CN202595325U

CN202595325U - 一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置

Info

Publication number: CN202595325U
Application number: CN 201220207062
Authority: CN
Inventors: 熊红兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

本实用新型公开了一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，所述晶体硅铸锭炉包括炉体、炉体内的保温装置以及设置在保温装置内的上加热器和石英坩埚，所述气体导流装置包括：依次贯穿上加热器和保温装置顶部并从炉口伸出炉体外的气体导入管；位于所述炉体外部驱动所述气体导入管升降的驱动机构；连接在所述气体导入管底端，且位于上加热器和石英坩埚之间的扩流面板。本实用新型提供的结构简单、安装方便的可升降气体导流装置，可以减少保护气流对坩埚上方加热器的冲刷，减少将加热器表面的含碳杂质冲刷入硅溶液，提高了晶体硅的纯度。

Description

一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置

技术领域

本实用新型涉及半导体行业中晶体硅铸造设备领域，具体涉及一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置。

背景技术

晶体硅铸锭炉内有用于提供晶体硅生长所需热场的装置，可以提供晶体硅生长所需的高温温度区，该装置通常由耐高温材料制成，主要部件包括石墨加热器和碳纤维保温层，对石墨加热器输入电流生成焦尔热，加热放置在热场中央的坩埚，将坩埚内的硅原料熔化，碳纤维保温层保持高温，硅原料熔化后重新结晶生长晶体硅。坩埚通常为方形石英坩埚，目前市场上常用的尺寸有878mm（长）x878mm（宽）x480mm（高）、1040mm（长）x1040mm（宽）x480mm（高）等型号，坩埚底部及侧面通常安装有保护石英坩埚的保护板。

加热器的加热方式有多种，当坩埚的尺寸较大时，最为有效的方式是五面加热方式，即除了坩埚底部不加热外，对其于各面均加热的方式。另外，还可以采用六面加热方式，即在坩埚底部也布置加热器，用于加快硅原料熔化的速度。加热器由石墨材料加工而成，主要成分为碳元素，同时也含有一定量的在加工过程中带入的金属杂质，当采用五面或六面加热方式时，由于坩埚顶部也布置了加热器（简称上加热器），当坩埚上方无覆盖物或阻挡物时，加热器由于高温而挥发出的含碳杂质将影响坩埚中晶体硅的纯度，这是因为当硅原料熔化成硅熔液后，硅熔液很容易吸收环境气氛中的碳元素，最终以碳化硅或间隙碳的形式存在于硅晶体内，这种杂质的引入会因保护气流而变得更为严重。保护气流的目的是在热场内部形成一种保护气氛，同时带走从硅熔液液面挥发出的杂质，但是由于气流通常是从坩埚上方导入，当保护气流经过坩埚上方的加热器时，气流将冲刷加热器表面，加快了含碳杂质向坩埚内的硅原料扩散的速度，使得到的产品晶体硅的质量难以提高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种结构简单、安装方便的可升降气体导流装置，可以减少保护气流对坩埚上方加热器的冲刷，减少将加热器表面的含碳杂质冲刷入硅溶液，提高了晶体硅的纯度。

一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，所述晶体硅铸锭炉包括炉体、炉体内的保温装置以及设置在保温装置内的上加热器和石英坩埚，所述气体导流装置包括：依次贯穿上加热器和保温装置顶部并从炉口伸出炉体外的气体导入管；位于所述炉体外部驱动所述气体导入管升降的驱动机构；连接在所述气体导入管底端，且位于上加热器和石英坩埚之间的扩流面板。

在生产前，放置在坩埚内的晶体硅原料为不规则块状，通常为西门子法生产的块状多晶硅，或者为不合格晶体硅经破碎后重新回炉的块状原料，这些原料在堆积时具有20~40%的空隙率。为了充分利用石英坩埚，装料时硅原料应堆放得尽量高，一般会高于石英坩埚100~250mm，使得扩流面板的初始位置必须高于石英坩埚100mm以上；液态硅的密度要高于固态硅的密度，因此硅熔化后体积会变小，再加上硅原料堆积产生的空隙率，使得硅熔液的液面位置要低于石英坩埚100~300mm。因此，固定式的气体导流装置在硅原料熔化后，距离硅溶液液面高度在200~500mm范围内，无法达到气流冲刷硅熔液液面的效果。

在气体导流装置中设置驱动气体导入管升降的驱动机构，在硅原料熔化前，所述的驱动机构可以提升气体导入管及扩流面板，使扩流面板高于装料时块状晶体硅的高度，扩流面板不与晶体硅原料接触；当硅原料熔化后，硅溶液液面位置降低，通过驱动机构降低气体导入管及扩流面板的高度，直至位于硅熔液液面的上方，并尽可能地与硅熔液液面靠近，增强对硅溶液液面的冲刷效果，带走硅溶液液面挥发出的杂质。

安装时，为了使导入的气流均匀地冲刷硅溶液表面，需将所述气体导入管的中心轴线与晶体硅铸锭炉真空腔体的中心线重合，将气流从坩埚的正中央位置导入；驱动机构安装在晶体硅铸锭炉真空腔体的外面，腔体顶部中央位置，可以使结构简单，使用方便。

所述的驱动机构包括安装在炉口处的下支撑板、固定在下支撑板上的气缸以及与气缸的活塞杆固定连接的上支撑板，所述气体导入管贯穿下支撑板且顶端与所述上支撑板固定连接。气缸也可以为电机等可提供动力驱动上支撑板升降的部件。

作为优选，上支撑板和下支撑板之间的气体导入管外套设有波纹管，波纹管两端分别于上支撑板和下支撑板密封连接。

所述的波纹管可伸缩，可以保证驱动机构带动气体导入管升降时，晶体硅铸锭炉真空腔体的密闭性，从而保证晶体硅的生长质量。

作为优选，所述的气体导入管包括相互嵌套贴合的内管和外管，内管与所述扩流面板固定连接。

由于气体导入管承受了扩流面板的重量，因此，气体导入管外管应采用在高温下不变形，具有良好结构强度的碳碳复合材料或者石墨，但气流流过碳碳复合材料或者石墨时，会带入含碳杂质，因此，气体导入管内管应为不会挥发出碳杂质的材料，例如可使用钼或含钼合金材料。

扩流面板的主要作用为隔离坩埚上方加热器挥发出的含碳杂质，由于热场内温度较高，因此扩流面板需要具有不挥发或很难挥发出碳元素的表面，从成本考虑，扩流面板所用材料的最佳选择为金属钼或含钼的耐高温合金。

扩流面板设有与所述气体导入管相连通的出气孔，出气孔位于扩流面板的中央，可以使气流均与分布于硅溶液表面。

作为优选，所述扩流面板为伞状。

扩流面板覆盖在坩埚中硅溶液液面的上方，当气流从气体导入管导入时，经扩流面板的阻挡，强迫气流流经硅溶液液面，带走挥发出的杂质，扩流面板可以为平板状，也可以为伞状，当扩流面板为伞状时，气流从气体导入管导入后，进入一个逐步扩大的锥形扩充通道中，并导向硅溶液表面，可以起到更好的扩流效果。

作为优选，所述扩流面板与水平面之间所成角度为15~30°。

所述扩流面板与水平面之间角度为15~30°时，有利于气流的扩散。

本实用新型还提供了一种晶体硅铸锭炉，包括炉体、炉体内的保温装置以及设置在保温装置内的上加热器和石英坩埚，设有所述的气体导流装置。

本实用新型提供的结构简单，安装方便的气体导流装置，可以将保护气体引入到坩埚中硅溶液液面的上方，避免保护气体因对坩埚上方石墨加热器的冲刷而将其表面挥发出的含碳杂质带入硅溶液，提高了生长得到的硅晶体的纯度。

附图说明

图1为本实用新型气体导流装置第一种实施方式晶体硅熔化前的剖面结构示意图；

图2为本实用新型气体导流装置第一种实施方式晶体硅熔化后的剖面结构示意图；

图3为本实用新型气体导流装置第二种实施方式晶体硅熔化后的剖面结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，本实用新型一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，包括一套驱动机构、一根气体导入管2、一块扩流面板3。驱动机构包括上支撑板13和下支撑板14以及气缸1，驱动机构上支撑板13开有进气孔，进气孔与气源管4相连通，气源管4与保护气体气源相连。驱动机构安装在晶体硅铸锭炉炉体5的外面，并位于炉体5的顶部中央。扩流面板3为平板状，扩流面板3与气体导入管2下端通过螺纹连接。驱动机构上支撑板13和下支撑板14采用不锈钢材质加工，气体导入管2外管采用石墨加工，气体导入管内管为0.5mm壁厚的钼卷筒，扩流面板3采用钼薄板加工。

上支撑板13和下支撑板14之间的气体导入管2外套设有可伸缩波纹管，可伸缩波纹管12两端分别与上支撑板13和下支撑板（14）密封连接，可伸缩波纹管12内腔与晶体硅铸锭炉内空间构成一密封空间，在气体导入管2升降的同时，不影响晶体硅铸锭炉的气密性。

热场结构由加热器、保温装置8及其他结构件，其中加热器包括上加热器6和侧加热器7。气体导入管2的底端贯穿上加热器6，气体导入管2下端连接的扩流面板3伸入到热场结构内，位于石英坩埚9和上加热器6之间，石英坩埚9位于热场的中央，内部放置块状硅原料10，块状硅原料10熔化后形成硅熔液11。

在块状硅原料熔化之前，为了不与高出石英坩埚的块状硅原料相碰，驱动机构驱动扩流面板3升到高位，如图1所示，当块状硅原料熔化成硅熔液后，通过驱动机构降低扩流面板3的位置使之尽可能靠近硅熔液，如图2所示。此时，通过气体导流装置导入，经扩流面板扩散的气流，被强迫流过硅熔液液面，带走硅溶液挥发出的杂质。另外，通过气体导入管2将气流限制在管内，避免与上加热器表面接触，防止高温条件下上加热器表面挥发出杂质影响硅晶体的质量。

实施例2

本实用新型第二种实施方式如图3所示，与第一种实施方式不同之处在于扩流面板3为伞状结构。

Claims

1.一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，所述晶体硅铸锭炉包括炉体（5）、炉体（5）内的保温装置（8）以及设置在保温装置（8）内的上加热器（6）和石英坩埚（9），其特征在于，所述气体导流装置包括：

依次贯穿上加热器（6）和保温装置（8）顶部并从炉口伸出炉体（5）外的气体导入管（2）；

位于所述炉体（5）外部驱动所述气体导入管（2）升降的驱动机构；

连接在所述气体导入管（2）底端，且位于上加热器和石英坩埚（9）之间的扩流面板（3）。

2.如权利要求1所述的用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，其特征在于，所述的驱动机构包括安装在炉口处的下支撑板（14）、固定在下支撑板（14）上的气缸（1）以及与气缸（1）的活塞杆固定连接的上支撑板（13），所述气体导入管（2）贯穿下支撑板（14）且顶端与所述上支撑板（13）固定连接。

3.如权利要求1所述的用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，其特征在于，上支撑板（13）和下支撑板（14）之间的气体导入管（2）外套设有波纹管，波纹管（12）两端分别于上支撑板（13）和下支撑板（14）密封连接。

4.如权利要求1~3任一所述的用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，其特征在于，所述的气体导入管（2）包括相互嵌套贴合的内管和外管，内管与所述扩流面板（3）固定连接。

5.如权利要求1所述的用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，其特征在于，所述扩流面板（3）为伞状。

6.如权利要求5所述的用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置，其特征在于，所述扩流面板（3）与水平面之间所成角度为15~30°。

7.一种晶体硅铸锭炉，包括炉体（5）、炉体（5）内的保温装置（8）以及设置在保温装置（8）内的上加热器（6）和石英坩埚（9），其特征在于，设有如权利要求1~6任一所述的气体导流装置。