CN201864792U - 用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒和单晶硅生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒及使用该导流筒的单晶硅生长装置。所述导流筒的上、下两端均为敞口，导流筒套在生长的单晶硅所形成的晶锭外并处于硅熔液的上方，导流筒的下端连接有检测棒。本实用新型具有观测方便，能保持工艺的一致性的优点，当硅熔液淹没过检测棒也能及时调整，有效地避免“喷硅”事故。

Description

用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒和单晶硅生长装置

技术领域

本实用新型涉及单晶硅的制备技术领域，具体地涉及一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒和使用该导流筒的单晶硅生长装置。

背景技术

电子级及太阳能级半导体单晶硅硅主要采用直拉法(即切克劳斯基Czochralski法)制造。直拉法的原理是：在熔化后的硅熔液中插入具有一定晶向的单晶硅作为“籽晶”，通过Dash技术消除因热应力而产生的位错，通过石墨部件及保温材料形成的温度梯度，在结晶前沿形成一定过冷度，从而驱动硅原子按顺序排列在液体和固体交界面(固液界面)上，从而形成单晶硅的晶锭。

在直拉法制造单晶硅的过程中，随着硅熔液不断地变为固体，坩埚中的硅熔液液面会不断地下降，为了能够生成单晶硅，需要把硅熔液的液面保持在固定的高度。传统做法是根据拉制单晶的晶锭直径和石英坩埚的直径，通过拉制出的单晶的质量和石英坩埚中硅熔液缺少的质量相等计算出石英坩埚的上升速度，换算成埚跟比或随动比来控制硅熔液液面的高度。由于石英坩埚的下部是不规则的形状，以及系统误差等原因，计算出的埚跟比并不能满足实际需要，存在坩埚上升速度过快或过慢的问题，这就需要人工进行调整。

在实际使用直拉法拉制单晶硅的过程中，操作人员通过观察硅熔液的液面位置来修正埚跟比。现有技术中，采用通过观察导流筒下沿和其在硅熔液的液面上的倒影之间的距离来判断液面相对于导流筒下沿的距离。如果导流筒和其倒影距离过近，则说明液面上升过快，可以通过减小埚跟比来降低坩埚的上升速度，反之则增加埚跟比。然而，通过倒影来正确判断硅熔液的液面与导流筒之间的距离比较困难，容易因为坩埚上升太快而导致硅熔液和导流筒的距离太小，甚至发生“喷硅”事故。“喷硅”是因为当硅熔液的液面和导流筒接触后，氩气阻断，硅熔液自由表面外侧由于真空泵作用，压力持续减小，硅熔液喷出坩埚造成“喷硅”。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，能够容易观测硅熔液的液面与导流筒之间的距离。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，所述导流筒的上、下两端均为敞口，所述导流筒套在生长的单晶硅所形成的晶锭外并处于硅熔液的上方，其中，所述导流筒的下端连接有检测棒。

作为优选，所述导流筒包括外壁、内壁和环状的底壁，所述内壁和外壁的下端通过所述环状的底壁连接在一起，所述内壁和外壁的上端相互连接，所述内壁围成上端大、下端小的圆台形空腔。

优选地，所述底壁上设有卡孔，所述检测棒的上端设有卡接部，所述检测棒的卡接部与所述卡孔相卡接。

作为进一步的优选，所述卡孔开设在所述底壁靠近所述晶锭一侧的内缘上。

更进一步地，卡接在所述卡孔上的所述检测棒的所述卡接部朝向所述晶锭的一侧为斜面。

作为优选，所述导流筒的底壁上设有螺纹孔，所述检测棒的上端设有外螺纹，所述检测棒的上端通过螺纹连接在所述导流筒的螺纹孔内。

作为优选，所述检测棒由石英制成。

本实用新型还提供了一种用于直拉法制造单晶硅过程的单晶硅生长装置，其特征在于，所述单晶硅生长装置内设有如上所述的任意一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒。

本实用新型的导流筒的下端设置有检测棒，可直接观察硅熔液的液面与检测棒下端之间的距离，便于观测硅熔液的液面高度。本实用新型具有观测方便，能保持工艺的一致性的优点，当硅熔液淹没过检测棒也能及时调整，有效地避免“喷硅”事故。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒的立体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为图1中的检测棒的立体放大图(一侧为斜面)；

图5为本实用新型另一个实施例的中的检测棒的立体放大图；

图6为本实用新型的一个实施例的直拉法单晶硅生长装置的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本实用新型的实施方式。

图1为本实用新型的一个实施例的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒的立体结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图2的A-A向剖视图。

如图1-图3所示，本实用新型的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒40包括内壁4和外壁5，内壁4和外壁5的上端相互连接，内壁4和外壁5的下端通过环状的底壁54连接，导流筒40的上、下两端均为敞口，形成上口大、下口小的圆台形的空腔，用于氩气的流通。外壁5的上端设有向外的翻边55，用于与单晶硅生长装置连接，把导流筒40挂在单晶硅生长装置上。在使用时，导流筒40套在生长的单晶硅所形成的晶锭外并处于硅熔液的上方。导流筒40的下端连接有检测棒6。检测棒6采用高纯石英制成，适合此处高达1400多摄氏度的高温环境。作为优选，本实施例中，底壁54靠近晶锭一侧的边缘(即内侧边缘)上设有卡孔，检测棒6的形状如图4所示，检测棒6的上部为卡持部62，检测棒6插入卡孔后，通过凸出的卡持部62卡在底壁54的内侧边缘上。当然，检测棒6安装在底壁54的任何部位，都可以起到检测导流筒40的底部与硅溶液的液面之间距离的作用，为了便于更换，本实施例中把卡孔开在底壁54的内侧边缘上。此外，还可以在底壁54上开设螺纹孔，在检测棒6的上端设置外螺纹，检测棒6的上端便可通过螺纹连接在导流筒40的底壁54上的螺纹孔内。

在本实施例中，检测棒6伸出底壁54的长度为导流筒的底部与硅熔液的液面之间应保持的距离，此距离为预先设定的。根据实际需要，可选用不同长度的检测棒6。也就是说，当导流筒的底部与硅熔液的液面之间保持在预定距离时，检测棒6的下端正好与硅熔液的液面接触，此时，硅溶液的液面高度处于正常生长单晶晶锭所需要的高度。如果硅熔液没过检测棒6的下端，就需要降低埚跟比，如果硅熔液与检测棒6的下端留有空隙，就增加埚跟比，从而使检测棒6的下端保持刚好与硅熔液的液面接触的状态。本实用新型的导流筒的下端设置有检测棒6，可以通过直接观察硅熔液的液面与检测棒6下端之间的距离来确定硅熔液的液面高度，便于观测和控制硅熔液的液面高度。此外，由于只观察硅熔液的液面与检测棒6下端之间的距离，便于操作，可以更好地保证工艺的一致性。

如图4所示，本实施例中，检测棒6的上端的卡持部62上设有斜面621，安装时斜面621朝向晶锭的方向，斜面621可以减小氩气的流动阻力，使导流筒内的氩气更流畅地流通。

如图5所示，在本实用新型的另一个实施例中，检测棒6的下部为圆柱状，检测棒6的上端的卡持部62为凸台状，使用时把检测棒6插入底壁54上的卡孔内，通过凸出的卡持部62即卡在底壁54上。

如图6所示，本实用新型一个实施例的直拉法单晶硅生长装置100，在单晶炉炉体1的下部设有石英坩埚9，石英坩埚9内为硅熔液10。在石英坩埚9的下面设有石墨坩埚8，石墨坩埚8的下部为坩埚承托装置11，坩埚承托装置11可以带动石墨坩埚8和石英坩埚9做升降运动，从而改变硅溶液10的液面的高度，在单晶炉炉体1的最下部为底部保温装置12。在石墨坩埚8的周围设有加热器7，在单晶炉炉体1的上部也设有保温材料3，用于保证单晶炉炉体1内的温度梯度。在单晶炉炉体1的中央为生长的晶锭50，晶锭50的下端与硅熔液10接触，形成固液交界面。在晶锭50周围设有导流筒40，导流筒40挂在与单晶炉炉体1固定连接的石墨架2上。导流筒40的上、下端均为敞口，用于引导单晶炉炉体1的氩气流动，带动硅熔液的挥发物，导流筒40的下端连接有检测棒6。如上所述，本实施例中，通过观测硅熔液的液面与检测棒6下端的距离来判断硅熔液的液面的高度，即使硅熔液的液面没过检测棒6的下端，由于距离导流筒40的下端还有一定的距离，也能及时进行调整，有效地避免“喷硅”事故。

当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，所述导流筒的上、下两端均为敞口，所述导流筒套在生长的单晶硅所形成的晶锭外并处于硅熔液的上方，其特征在于，所述导流筒的下端连接有检测棒。

2.根据权利要求1所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，所述导流筒包括外壁、内壁和环状的底壁，所述内壁和外壁的下端通过所述环状的底壁连接在一起，所述内壁和外壁的上端相互连接，所述内壁围成上端大、下端小的圆台形空腔。

3.根据权利要求2所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，所述底壁上设有卡孔，所述检测棒的上端设有卡接部，所述检测棒的卡接部与所述卡孔相卡接。

4.根据权利要求3所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，所述卡孔开设在所述底壁靠近所述晶锭一侧的内缘上。

5.根据权利要求4所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，卡接在所述卡孔上的所述检测棒的所述卡接部朝向所述晶锭的一侧为斜面。

6.根据权利要求1所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，所述检测棒由石英制成。

7.根据权利要求1所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒，其特征在于，所述导流筒的底壁上设有螺纹孔，所述检测棒的上端设有外螺纹，所述检测棒的上端通过螺纹连接在所述导流筒的螺纹孔内。

8.一种用于直拉法制造单晶硅过程的单晶硅生长装置，其特征在于，所述单晶硅生长装置内设有如权利要求1-7任意一项所述的用于直拉法单晶硅生长装置的导流筒。

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