CN219044980U - 一种直拉单晶硅降氧热场装置及单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直拉单晶硅降氧热场装置及单晶炉。一种直拉单晶硅降氧热场装置，包括上保温筒、中保温筒和下保温筒，在所述下保温筒的底部设置底部保温筒，在下保温筒与中保温筒之间设置支撑环，用于连接下保温筒和中保温筒，支撑环的内径小于下保温筒和中保温筒。支撑环具有一个与坩埚外径相同的内径。所述底部保温筒、下保温筒和上保温筒分别进行缩颈，所述底部保温筒、下保温筒和上保温筒的内径小于中保温筒的内径。本实用新型能够减小坩埚底部的空间，使热场温度保持稳定，从而使坩埚内的熔硅对流减小，长晶液面对流减小，液面稳定，长晶成功率更高，从而使单晶硅棒中的氧含量更低。

Description

一种直拉单晶硅降氧热场装置及单晶炉

技术领域

本实用新型涉及单晶硅制造技术领域，具体涉及一种直拉法单晶硅降氧热场装置及单晶炉。

背景技术

直拉法又称为切克劳斯基法，它是1918年由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，将旋转的籽晶下降与熔体浸润接触，逐步提升，经引颈、缩颈、放肩、等径控制、收尾等步骤完或拉晶。

单晶炉内的热系统是单晶炉的核心系统，随着硅单晶半导体集成电路技术和产业的快速发展，要求硅单晶片直径更大、质量更好。然而，随着晶体直径的增大，坩埚尺寸及热场相应增加。目前市面上单晶炉的保温筒分为上保温筒、中保温筒和下保温筒，并且三个保温筒直径保持一致，同时三个保温筒构成同一个空间，增加了坩埚底部的氩气对流，使坩埚底部散热变快，并引起熔体的温度振荡，干扰晶体生长界面的稳定性，最终制得的硅棒氧含量增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直拉法单晶硅降氧热场装置，通过下保温筒与中保温筒设置一个支撑环，支撑环的内径小于下保温筒和中保温筒内径；将底部保温筒与下部保温筒进行缩颈设置，有效解决了将氧杂质带入熔硅中，引起溶体温度振荡，干扰晶体生长界面稳定性以及最后制得的硅棒含量增加的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下方案：

一种直拉单晶硅降氧热场装置，包括上保温筒、中保温筒和下保温筒，在所述下保温筒的底部设置底部保温筒，在下保温筒与中保温筒之间设置支撑环，用于连接下保温筒和中保温筒，支撑环的内径小于中保温筒和下保温筒的内径。

优选地，所述支撑环具有一个与坩埚外径相等的内径。

优选地，所述底部保温筒、下保温筒和上保温筒分别进行缩颈，所述底部保温筒、下保温筒和上保温筒的内径小于中保温筒的内径。

优选地，所述底部保温筒由多个第一弧形保温区瓣组成，在第一弧形保温区瓣之间设置紧固部件，紧固部件通过螺栓连接第一弧形保温区瓣。

优选地，所述下保温筒由第二弧形保温区瓣组成，在第二弧形保温区瓣之间对称设置外凸状连接部件，外凸状连接部件通过螺栓连接第二弧形保温区瓣。

优选地，在支撑环的内表面对称设置盲孔，支撑环置于下保温筒的外凸状连接部件的上方。

优选地，底部保温筒、支撑环、紧固部件和外凸状连接部件均为碳碳石墨材质。

一种单晶炉，包括上述的直拉单晶硅降氧热场装置、主加热器、坩埚和水冷热屏，其特征在于，主加热器位于直拉法单晶硅降氧热场装置的内侧，坩埚位于主加热器的内侧，水冷热屏位于坩埚的上部。

本实用新型的有益效果：

1、在本实用新型所述的一种直拉法单晶硅降氧热场装置，通过在下保温筒与中保温筒之间设置支撑环，支撑环的内径小于中保温筒和下保温筒的内径。支撑环能够有效阻隔中保温筒与坩埚组成的第一空间向下保温筒与坩埚组成的第二空间之间的对流。工作时，有效地阻挡了主加热器的热量传递到坩埚底部，使坩埚底部的温度保持恒定且较低，降低石英坩埚底部与熔硅的反应速率，减少氧含量进入硅晶体中，从而使单晶硅棒中的氧含量更低。

2、现有技术中只有下保温筒、中保温筒和上保温筒，并且三个保温筒内径相同。而本发明通过加设一个底部保温筒，对底部保温筒、下保温筒和上保温筒分别进行缩径，能够减小坩埚底部的空间，从而减小底部的氩气对流，导致坩埚底部散热变慢，热场的温度保持稳定，从而使坩埚内的熔硅对流减小，长晶液面对流减小，液面稳定，长晶成功率更高。

附图说明

图1为底部保温筒的示意图；

图2为下保温筒的示意图；

图3为支撑环的示意图；

图4为单晶炉的结构示意图。

附图标记：1-底部保温筒，101-紧固部件，2-下保温筒，201-外凸状连接部件，3-支撑环，301-盲孔，4-坩埚，5-中保温筒，6-主加热器，7-上保温筒，8-水冷热屏。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

图1、图2和图3为本实用新型的实施例1。如图1所示，在一种直拉单晶硅降氧热场装置中，包括上保温筒7、中保温筒5和下保温筒2。在下保温筒2的底部设置底部保温筒1，在下保温筒2与中保温筒5之间设置一个支撑环3，支撑环3用于连接下保温筒2和中保温筒5，支撑环3的内径小于下保温筒2和中保温筒5。支撑环的外径与中保温筒的外径相同，支撑环3一方面发挥下保温筒2与中保温筒5的连接过渡作用，另一方面由于支撑环3的内径向坩埚4水平延伸，还可以有效阻挡主加热器6的热量通过中保温筒5与坩埚4组成的第一空间传递到坩埚4底部，使坩埚4底部的温度保持恒定且较低，降低石英坩埚4底部与熔硅的反应速率，减少氧含量进入硅晶体中，从而减少最后制备得到的单晶硅棒中的氧含量。

进一步地，支撑环3具有一个与坩埚4外径相同的内径，即支撑环3的内径等于坩埚4的外径。支撑环3的阻隔作用进一步增加，减少主加热器6的热量传递到坩埚4底部，使坩埚4底部的温度进一步保持恒定。

进一步地，将底部保温筒1、下保温筒2和上保温筒7的内径分别进行缩颈设置，即为底部保温筒1、下保温筒2和上保温筒7的内径小于中保温筒5的内径。进行缩颈设置可以有效减小坩埚4底部的空间，从而减少坩埚4底部的氩气对流现象，防止强对流带走更多的热量。同时，热场底部氩气对流减小后，底部散热变慢，热场温度稳定，从而使坩埚4内的熔硅对流减小，长晶液面对流减小，液面稳定，长晶成功率更高。

进一步地，底部保温筒1由多个第一弧形保温区瓣组成，在两个第一弧形保温区瓣之间设置一个紧固部件101，紧固部件101通过螺栓将两个第一弧形保温区瓣连接，使其更加牢固。

进一步地，下保温筒2由第二弧形保温区瓣组成，为两个或多个，在第二弧形保温区瓣之间对称设置两个外凸状连接部件201，外凸状连接部件201通过螺栓将两个第二弧形保温区瓣连接起来。由于主加热器6的直径大于下保温筒2的内径，外凸状连接部件的设置能够有效避免主加热器6脚板。

进一步地，在支撑环3的内表面对称设置盲孔301，盲孔301与外凸状连接部件孔径尺寸相同，支撑环3置于下保温筒2的外凸状连接部件201的上方。盲孔301与外凸状连接部件相对连接进一步避免主加热器6脚板，提供主加热器6脚板空间。

进一步地，底部保温筒1、支撑环3、紧固部件101和外凸状连接部件201均为碳碳石墨材质。

实施例2

图4为一种单晶炉的结构示意图，为本实用新型的实施例2。单晶炉包括直拉单晶硅降氧热场装置、主加热器6、坩埚4和水冷热屏8，主加热器6位于直拉法单晶硅降氧热场装置的内侧，坩埚4位于主加热器6的内侧，水冷热屏8位于坩埚4的上部。直拉单晶硅降氧热场装置包括四个保温筒，分别为底部保温筒1、下保温筒2、中保温筒5和上保温筒7，在下保温筒2和中保温筒5之间设置一个支撑环3，支撑环3的盲孔301与下保温筒2的外凸状连接部件201相对连接，更好的容纳主加热器6脚板，同时，中保温筒5的内径大于底部保温筒1、下保温筒2和上保温筒7的内径，为主加热器6的安置留存一定的空间，拉晶时进行加热操作，并为拉晶提供功率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直拉单晶硅降氧热场装置，包括上保温筒(7)、中保温筒(5)和下保温筒(2)，其特征在于，在所述下保温筒(2)的底部设置底部保温筒(1)，在下保温筒(2)与中保温筒(5)之间设置支撑环(3)，用于连接下保温筒(2)和中保温筒(5)，支撑环(3)的内径小于中保温筒(5)和下保温筒(2)的内径。

2.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，所述支撑环(3)具有一个与坩埚(4)外径相等的内径。

3.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，所述底部保温筒(1)、下保温筒(2)和上保温筒(7)分别进行缩颈，所述底部保温筒(1)、下保温筒(2)和上保温筒(7)的内径小于中保温筒(5)的内径。

4.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，所述底部保温筒(1)由多个第一弧形保温区瓣组成，在第一弧形保温区瓣之间设置紧固部件(101)，紧固部件(101)通过螺栓连接第一弧形保温区瓣。

5.根据权利要求4所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，所述下保温筒(2)由第二弧形保温区瓣组成，在第二弧形保温区瓣之间对称设置外凸状连接部件(201)，外凸状连接部件(201)通过螺栓连接第二弧形保温区瓣。

6.根据权利要求4所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，在支撑环(3)的内表面对称设置盲孔(301)，支撑环(3)置于下保温筒(2)的外凸状连接部件(201)的上方。

7.根据权利要求4所述的一种直拉单晶硅降氧热场装置，其特征在于，底部保温筒(1)、支撑环(3)、紧固部件(101)和外凸状连接部件(201)均为碳碳石墨材质。

8.一种单晶炉，包括权利要求1-7任一项所述的直拉单晶硅降氧热场装置、主加热器(6)、坩埚(4)和水冷热屏(8)，其特征在于，主加热器(6)位于直拉法单晶硅降氧热场装置的内侧，坩埚(4)位于主加热器(6)的内侧，水冷热屏(8)位于坩埚(4)的上部。

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