TW202311579A - 用於單晶爐的坩堝支承組件和單晶爐 - Google Patents

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Abstract

本發明屬於用於單晶爐的坩堝支承組件和單晶爐，該用於單晶爐的坩堝支承組件包括：坩堝托盤，其用於支承坩堝；以及坩堝軸，其包括與動力源連接的第一端部和與坩堝托盤連接的第二端部，以用於通過由動力源驅動旋轉而帶動坩堝旋轉，其中，坩堝支承組件設置有用於緩衝坩堝支承組件的震動的吸震結構。

Description

用於單晶爐的坩堝支承組件和單晶爐
本發明屬於半導體技術領域，具體地，關於用於單晶爐的坩堝支承組件和單晶爐。
單晶矽棒的生產例如可以利用單晶爐通過直拉法進行。在該生產中，高純度的多晶矽原料被投入坩堝中並熔化成矽溶液，當拉晶時，坩堝會在動力源如電機的帶動下進行旋轉運動，同時籽晶被浸入液面並被慢慢旋轉拉出，最終拉制形成圓柱形的單晶矽棒。
然而，在拉晶過程中，坩堝中矽溶液的液面會發生抖動，而液面抖動對拉晶的正常進行是極為不利的，很大程度上影響了晶體的正常生長。具體而言，單晶生長過程對固、液、氣三相點的穩定性要求很高，不允許有抖動或說波動現象，而當液面出現抖動時，該抖動會傳輸至三相點並很可能會導致晶體斷線，失去單晶品質，同時抖動還會導致在晶體中形成疏鬆孔（Pin Hole），這種缺陷會影響後端晶片電路的鋪設，以致產生漏電現象。
此外，坩堝通常包括內側的石英坩堝和外側的石墨坩堝。拉晶過程中，石英坩堝與矽溶液會發生反應並因此被不斷消耗，並且石英坩堝與石墨坩堝之間也會發生反應。因此，當坩堝使用時間過長時，或者另外地，當坩堝發生意外損壞時，會存在熔融矽溶液從坩堝洩漏的風險，而一旦洩漏，矽溶液會對單晶爐中的諸多熱場部件如加熱器等造成侵蝕和破壞。
本部分提供了本發明的總體概要，而不是對本發明的全部範圍或所有特徵的全面公開。
本發明的一個目的在於提供一種能夠消除或減弱坩堝中矽溶液的液面的抖動的用於單晶爐的坩堝支承組件。
本發明的另一目的在於提供一種能夠避免坩堝中矽溶液的洩漏對單晶爐內熱場部件造成損害的用於單晶爐的坩堝支承組件。
為了實現上述目的中的一個或更多個，根據本發明的一方面，提供了一種用於單晶爐的坩堝支承組件，其包括： 坩堝托盤，其用於支承坩堝；以及 坩堝軸，其包括與動力源連接的第一端部和與坩堝托盤連接的第二端部，以用於通過由動力源驅動旋轉而帶動坩堝旋轉， 其中，坩堝支承組件設置有用於緩衝坩堝支承組件的震動的吸震結構。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，吸震結構可以包括設置在坩堝軸的第一端部與動力源的連接處的第一端部吸震結構。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，第一端部可以呈沿軸向方向向下漸縮的錐形，並且第一端部吸震結構呈與第一端部的形狀對應的形狀並能夠套設在第一端部的外表面上。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，吸震結構可以包括設置在坩堝軸的第二端部與坩堝托盤的連接處的第二端部吸震結構。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，第二端部可以包括呈沿軸向方向向上漸擴的錐形的凹部，並且坩堝托盤包括凸部，凸部呈與凹部的形狀對應的形狀，使得凸部能夠被配裝在凹部中，並且第二端部吸震結構包括呈與凹部的形狀對應的形狀並能夠被佈置在凸部與凹部之間的部分。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，吸震結構可以包括以夾心形式設置在坩堝托盤內的內部吸震結構。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，吸震結構可以包括設置在坩堝軸的第二端部與坩堝托盤的連接處的第二端部吸震結構以及以夾心形式設置在坩堝托盤內的內部吸震結構。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，坩堝托盤、第二端部吸震結構和坩堝軸均可以為中空結構，使得在坩堝支承組件中形成用於在坩堝中的矽溶液發生洩漏時容納所洩漏的矽溶液的中空腔體。
在上述用於單晶爐的坩堝支承組件中，吸震結構可以由矽氧烷共聚形成的彈性共聚物製成。
根據本發明的另一方面，提供了一種單晶爐，其包括根據前述段落中的任一個所述之用於單晶爐的坩堝支承組件。
根據本發明，通過使坩堝支承組件設置有用於緩衝坩堝支承組件的震動的吸震結構，即在坩堝軸與動力源如電機的連接處、坩堝軸與坩堝托盤的連接處以及坩堝托盤內設置吸震結構，阻隔或至少減少來自動力源的震動在坩堝支承組件中的傳遞並最終阻隔或至少減少震動向坩堝的傳遞，以消除或至少減弱坩堝中矽溶液的液面的抖動，降低由此造成的晶體斷線和晶體中形成疏鬆孔的風險。此外，通過將坩堝支承組件中的坩堝托盤、第二端部吸震結構和坩堝軸設置成中空的，使得在坩堝中矽溶液發生洩漏時所洩漏的矽溶液能夠被暫時緩存在於三者中形成的中空腔體中，以避免對單晶爐內熱場部件造成損害。
通過以下結合附圖對本發明的示例性實施方式的詳細說明，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將更加清楚。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
下面參照附圖、借助於示例性實施方式對本發明進行詳細描述。要注意的是，對本發明的以下詳細描述僅僅是出於說明目的，而絕不是對本發明的限制。
在單晶爐中，通常，坩堝由支承件支承，該支承件包括坩堝軸，該坩堝軸的下端與設置在單晶爐底部處的動力源的某一部件連接並且坩堝軸在該動力源的帶動下旋轉，並由此帶動該支承件所支承的坩堝旋轉。該動力源通常為電機，但也可以是其他能夠提供動力的機構。
電機在其運轉時會產生震動，該震動會通過電機與坩堝軸的連接傳遞至坩堝軸並因此傳遞至該支承件，並且該震動會通過該支承件與坩堝的連接進一步傳遞至坩堝，從而使坩堝中所容納的矽溶液的液面發生抖動，由此對拉晶產生前面提到的不利影響。可以理解的是，其他動力源同樣也會因自身震動而對拉晶產生前述不利影響。
根據以上發現和分析，為解決上述問題，如圖1中所示，本發明提出了一種用於單晶爐的坩堝支承組件1，其包括： 坩堝托盤10，其用於支承坩堝2；以及 坩堝軸11，其包括與動力源（未示出）連接的第一端部11a和與坩堝托盤10連接的第二端部11b，以用於通過由動力源驅動旋轉而帶動坩堝2旋轉， 其中，坩堝支承組件1設置有用於緩衝坩堝支承組件1的震動的吸震結構。
在利用上述坩堝支承組件1進行的拉晶過程中，動力源驅動與其連接的坩堝軸11的第一端部11a並因此坩堝軸11旋轉，坩堝軸11帶動與其第二端部11b連接的坩堝托盤10旋轉，並且由此坩堝托盤10帶動其所支承的坩堝2旋轉。
通過在坩堝支承組件1中設置吸震結構，由動力源產生的震動會被吸震結構吸收或減弱以緩衝坩堝支承組件1的震動，由此，阻隔或至少減少了震動向坩堝2的傳遞，從而消除或至少減弱了坩堝2中所容納的矽溶液的液面的抖動，因此避免或至少降低了晶體斷線和在晶體中形成疏鬆孔的風險。
根據本發明的實施方式，該吸震結構可以包括設置在坩堝軸11的第一端部11a與動力源的連接處的第一端部吸震結構20。
可以理解的是，由於第一端部吸震結構20設置在坩堝軸11的第一端部11a與動力源例如電機的某一部件的連接處，因此震動通過該連接從動力源的該部件向坩堝軸11的第一端部11a的傳遞被阻隔或減少。
可以設想第一端部吸震結構20的各種具體實現形式。
在根據本發明的實施方式中，如圖1和圖2中所示，第一端部11a可以呈沿坩堝軸11的軸向方向向下漸縮的錐形，並且第一端部吸震結構20可以呈與第一端部11a的形狀對應的形狀並能夠套設在第一端部11a的外表面上。
通過構造成與第一端部11a的形狀對應並能夠套設在第一端部11a的外表面上，第一端部吸震結構20可以在第一端部11a與動力源如電機的與其連接的部件如承窩狀部件之間起作用，以阻隔或減少震動從電機向坩堝軸11的傳遞。
具體地，第一端部吸震結構20可以包括錐形部分20a和凸緣部分20b。錐形部分20a呈沿軸向方向向下漸縮的截頭圓錐形並具有同樣呈該截頭圓錐形的中空腔，並且錐形部分20a包括敞開的擴口的上端和封閉的縮口的下端。凸緣部分20b呈環形並從錐形部分20a的上端沿徑向方向向外延伸。
當第一端部吸震結構20套設在第一端部11a的外表面上時，錐形部分20a佈置在第一端部11a的錐形部分處，並且凸緣部分20b佈置在第一端部11a的從其錐形部分的上端沿徑向向外延伸的凸台處。由此，第一端部吸震結構20佈置在第一端部11a與動力源的整個連接處以阻隔或減少震動向坩堝軸11的傳遞。
參照圖1和圖3，根據本發明的實施方式，吸震結構還可以包括設置在坩堝軸11的第二端部11b與坩堝托盤10的連接處的第二端部吸震結構21。
可以理解的是，由於第二端部吸震結構21設置在坩堝軸11的第二端部11b與坩堝托盤10的連接處，因此震動通過該連接從坩堝軸11的第二端部11b向坩堝托盤10的傳遞被阻隔或減少。可以理解的是，在設置有第一端部吸震結構20的情況下，坩堝軸11可能不再震動，也可能仍存在殘餘震動，在這種情況下，第二端部吸震結構21可以吸收這些殘餘震動，阻隔和減少其向坩堝托盤10的傳遞。
可以設想的是，也可以僅設置第二端部吸震結構21，即不設置第一端部吸震結構20，而是僅通過設置在坩堝軸11的第二端部11b與坩堝托盤10的連接處的第二端部吸震結構21來吸收來自動力源的震動。
可以設想第二端部吸震結構21的各種具體實現形式。
在根據本發明的實施方式中，如圖1和圖3中所示，第二端部11b可以包括呈沿軸向方向向上漸擴的錐形的凹部111，並且坩堝托盤10包括凸部112，凸部112呈與凹部111的形狀對應的形狀，使得凸部112能夠被配裝在凹部111中，並且第二端部吸震結構21包括呈與凹部111的形狀對應的形狀並能夠被佈置在凸部112與凹部111之間的部分21a。
通過構造有與凹部111的形狀對應並能夠被佈置在凸部112與凹部111之間的部分21a，第二端部吸震結構21可以在第二端部11b與坩堝托盤10之間起作用，以阻隔或減少震動從坩堝軸11向坩堝托盤10的傳遞。
具體地，第二端部吸震結構21的部分21a可以包括第一錐形凹部211、環形凸台212和第二錐形凹部213。第一錐形凹部211呈沿軸向方向向下漸縮的截頭圓錐形並具有同樣呈該截頭圓錐形的中空腔。環形凸台212包括在徑向方向上的外端和內端，其外端與第一錐形凹部211的下端連接並且其從第一錐形凹部211的下端沿徑向向內延伸。第二錐形凹部213呈沿軸向方向向下漸縮的截頭圓錐形並具有同樣呈該截頭圓錐形的中空腔，並且第二錐形凹部213的上端與環形凸台222的內端連接。
當第二端部吸震結構21佈置在第二端部11b與坩堝托盤10之間時，第一錐形凹部211和第二錐形凹部213佈置在第二端部11b與坩堝托盤10的對應的錐形部分之間，並且環形凸台222佈置在第二端部11b與坩堝托盤10的對應的環形凸台部分之間。由此，第二端部吸震結構21佈置在第二端部11b與坩堝托盤10的整個連接處以阻隔或減少震動向坩堝托盤10的傳遞。
如圖1和圖3中所示，第二端部吸震結構21還可以包括從部分21a沿垂直向方向向下延伸的另一部分21b。該另一部分21b可以呈圓柱形，並且坩堝軸11可以具有頂部即第二端部11b的端面敞開的中空結構，以使得第二端部吸震結構21的另一部分21b能夠被接納在坩堝軸11內，以使第二端部吸震結構21可以被更穩定地保持在第二端部11b與坩堝托盤10之間。
根據本發明的實施方式，如圖1和圖4中所示，吸震結構還可以包括以夾心形式設置在坩堝托盤10內的內部吸震結構22。
該內部吸震結構22設置在坩堝托盤10內，可以阻隔或至少減少震動在坩堝托盤10內的傳遞，並因此進一步阻隔或至少減少震動從坩堝托盤10向坩堝2的傳遞。
可以設想內部吸震結構22的各種具體實現形式。
在根據本發明的實施方式中，如圖1和圖4中所示，內部吸震結構22可以呈圓形，使得能夠在坩堝托盤10與坩堝2接觸的整個面上施加吸震緩衝。
需要注意的是，在設置有第一端部吸震結構20、第二端部吸震結構21和內部吸震結構22的情況下，由於設置在坩堝支承組件1與動力源的直接連接處，第一端部吸震結構20可以直接吸收動力源產生的震動並可吸收該震動中的大部分，第二端部吸震結構21可以吸收殘餘震動，並且內部吸震結構22可以進一步吸收殘餘的震動，從而形成三級吸震結構。
可以設想的是，吸震結構可以由矽氧烷共聚形成的彈性共聚物製成。通過這種材質設置，可以為吸震結構提供更好的吸震效果。
此外，根據本發明的實施方式，如圖1和圖3中所示，坩堝托盤10、第二端部吸震結構21和坩堝軸11均可以為中空結構，使得在坩堝支承組件1中形成用於在坩堝2中的矽溶液發生洩漏時容納所洩漏的矽溶液的中空腔體100。
通過這種構造，當坩堝2中矽溶液發生洩漏時，所洩漏的矽溶液會穿過坩堝托盤10和第二端部吸震結構21的中空部分進入坩堝軸11的中空部分中，並可以被暫時緩存在設置於三者中的整個中空腔體100內，從而保護單晶爐內的熱場部件如加熱器等免受漏液的侵蝕和損壞，減少了損失。
可以設想的是，在設置有內部吸震結構22的情況下，內部吸震結構22也可以構造成中空的（如圖4中所示），以使所洩漏的矽溶液能夠經過該中空部分向下流至坩堝軸11的中空部分中。
還可以設想的是，在未設置第二端部吸震結構21和內部吸震結構22的情況下，也可以僅將坩堝托盤10和坩堝軸11構造為中空的，以使在二者中形成能夠容納所洩漏的矽溶液的中空腔體。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
1:坩堝支承組件 2:坩堝 10:坩堝托盤 11:坩堝軸 11a:第一端部 11b:第二端部 20:第一端部吸震結構 20a:錐形部分 20b:凸緣部分 21:第二端部吸震結構 21a:部分 21b:另一部分 22:內部吸震結構 100:中空腔體 111:凹部 112:凸部 211:第一錐形凹部 212:環形凸台 213:第二錐形凹部
圖1示意性地示出了根據本發明的實施方式的用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該坩堝支承組件支承有坩堝； 圖2示意性地示出了根據本發明的實施方式的第一端部吸震結構； 圖3示意性地示出了根據本發明的實施方式的第二端部吸震結構；以及 圖4示意性地示出了根據本發明的實施方式的內部吸震結構。
1:坩堝支承組件
2:坩堝
10:坩堝托盤
11:坩堝軸
11a:第一端部
11b:第二端部
20:第一端部吸震結構
21:第二端部吸震結構
22:內部吸震結構
100:中空腔體
111:凹部
112:凸部

Claims (10)

  1. 一種用於單晶爐的坩堝支承組件，包括： 坩堝托盤，其用於支承坩堝；以及 坩堝軸，其包括與動力源連接的第一端部和與該坩堝托盤連接的第二端部，以用於通過由該動力源驅動旋轉而帶動該坩堝旋轉， 其中，該坩堝支承組件設置有用於緩衝該坩堝支承組件的震動的吸震結構。
  2. 如請求項1     所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該吸震結構包括設置在該坩堝軸的該第一端部與該動力源的連接處的第一端部吸震結構。
  3. 如請求項2所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該第一端部呈沿軸向方向向下漸縮的錐形，並且該第一端部吸震結構呈與該第一端部的形狀對應的形狀並能夠套設在該第一端部的外表面上。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該吸震結構包括設置在該坩堝軸的該第二端部與該坩堝托盤的連接處的第二端部吸震結構。
  5. 如請求項4所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該第二端部包括呈沿軸向方向向上漸擴的錐形的凹部，並且該坩堝托盤包括凸部，該凸部呈與該凹部的形狀對應的形狀，使得該凸部能夠被配裝在該凹部中，並且該第二端部吸震結構包括呈與該凹部的形狀對應的形狀並能夠被佈置在該凸部與該凹部之間的部分。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該吸震結構包括以夾心形式設置在該坩堝托盤內的內部吸震結構。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該吸震結構包括設置在該坩堝軸的該第二端部與該坩堝托盤的連接處的第二端部吸震結構以及以夾心形式設置在該坩堝托盤內的內部吸震結構。
  8. 如請求項4所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該坩堝托盤、該第二端部吸震結構和該坩堝軸均為中空結構，使得在該坩堝支承組件中形成用於在該坩堝中的矽溶液發生洩漏時容納所洩漏的矽溶液的中空腔體。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之用於單晶爐的坩堝支承組件，其中，該吸震結構由矽氧烷共聚形成的彈性共聚物製成。
  10. 一種單晶爐，包括根據如請求項1至9中任一項所述之用於單晶爐的坩堝支承組件。
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