專利名稱：一種帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于硅單晶制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶氣體冷阱的硅單晶生 長(zhǎng)爐。
背景技術(shù)：
硅單晶是制造集成電路和太陽(yáng)能電池的主要原料，硅單晶的生長(zhǎng)是在真空工作室 內(nèi)將多晶硅原材料放入坩堝中，通過加熱器將原材料熔化，然后，通過籽晶引導(dǎo)、向上提拉 的方法生長(zhǎng)出理想的硅單晶。在連續(xù)向上提拉的硅單晶生長(zhǎng)過程中，為了保證硅單晶的穩(wěn) 定快速生長(zhǎng)和揮發(fā)物的及時(shí)排除，整個(gè)工藝過程中都有工藝氣體(常用高純氬氣)從硅單晶 生長(zhǎng)爐頂部充入，再通過真空泵從硅單晶生長(zhǎng)爐底部排出。但是，當(dāng)硅單晶棒生長(zhǎng)到爐蓋上 口位置時(shí)，硅單晶棒與爐蓋上口之間形成環(huán)形的縫隙，而氬氣從硅單晶生長(zhǎng)爐頂部流經(jīng)該 縫隙時(shí)，氬氣流動(dòng)加速，一旦硅單晶棒與爐蓋上口不同軸，硅單晶棒產(chǎn)生偏移，就會(huì)產(chǎn)生硅 單晶棒周圍氬氣流量不均，根據(jù)流體力學(xué)原理，會(huì)引起硅單晶棒晃動(dòng)，進(jìn)而影響硅單晶的正 常生長(zhǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用安 全，能有效提高硅單晶的生長(zhǎng)效率。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，包括真空工 作室和晶體生長(zhǎng)室，真空工作室內(nèi)設(shè)置有坩堝、加熱器、保溫罩以及位于坩堝上方的導(dǎo)流 筒，晶體生長(zhǎng)室同軸設(shè)置在真空工作室的上部并與真空工作室相通，在晶體生長(zhǎng)室和真空 工作室之間設(shè)置有氣體冷阱，氣體冷阱包括同軸設(shè)置的法蘭盤一、外套筒以及內(nèi)套筒，法蘭 盤一的盤體上開有徑向方向的進(jìn)氣口，內(nèi)套筒固定連接在法蘭盤一的內(nèi)壁上，外套筒設(shè)置 在內(nèi)套筒的外側(cè)且固定連接在法蘭盤一的下方，外套筒和內(nèi)套筒豎直向下延伸至導(dǎo)流筒的 上方，外套筒和內(nèi)套筒之間形成環(huán)形的氣體流通空隙，氣體流通空隙與進(jìn)氣口相通。法蘭盤一、外套筒和內(nèi)套筒為一體式結(jié)構(gòu)。晶體生長(zhǎng)室的下端部固定有法蘭盤二，法蘭盤一的上下兩端分別與法蘭盤二和真 空工作室焊接連接。本實(shí)用新型帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，氬氣是通過外套筒和內(nèi)套筒之間的氣體 流通空隙均勻流入硅單晶棒周圍的。這樣，氬氣不直接從硅單晶棒與爐蓋上口之間的縫隙 處充入，就不會(huì)因氬氣的加速流動(dòng)而造成硅單晶棒的晃動(dòng)，從而使硅單晶能夠正常生長(zhǎng)。另 外，由于氬氣溫度相對(duì)較低，氬氣直接均勻充斥在硅單晶棒的周圍，增大了硅單晶棒的縱向 溫度梯度，能加大硅單晶棒的生長(zhǎng)速度，提高生產(chǎn)效率。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的硅單晶生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；[0009]圖2是本實(shí)用新型帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的局部放大示意圖；其中，1.爐底板，2.抽氣口，3.爐筒，4.坩堝軸，5.保溫罩，6.加熱器，7.坩堝， 8.多晶硅溶液，9.導(dǎo)流筒，10.硅單晶棒，11.爐蓋，12.外套筒，13.氣體流通空隙，14.內(nèi)套 筒，15.鋼絲繩軟軸，16.晶體生長(zhǎng)室，17.進(jìn)氣口，18.氣體冷阱，19.法蘭盤一，20.法蘭盤
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的硅單晶生長(zhǎng)爐，包括真空工作室和晶體生長(zhǎng)室16，真空 工作室由爐底板1、爐筒3和爐蓋11構(gòu)成，爐底板1上豎直穿插設(shè)置有坩堝軸4，爐筒3的 下部開有兩個(gè)抽氣口 2。該真空工作室內(nèi)設(shè)置有坩堝7、加熱器6、保溫罩5以及導(dǎo)流筒9。 坩堝7位于真空工作室內(nèi)腔的中心位置，并用于盛放多晶硅溶液8，坩堝7安裝在坩堝軸4 上并由坩堝軸4帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加熱器6位于坩堝7的周圍，并用于加熱坩堝7。保溫 罩5位于加熱器6的周圍，保溫罩5上與兩個(gè)抽氣口 2相對(duì)應(yīng)的位置均開有通孔，以保證氬 氣的流通。導(dǎo)流筒9安裝在坩堝7的上方，且導(dǎo)流筒9的下部延伸至多晶硅溶液8的上方。 晶體生長(zhǎng)室16同軸設(shè)置在真空工作室的上部并與真空工作室相通，晶體生長(zhǎng)室16內(nèi)豎直 設(shè)置有引導(dǎo)硅單晶棒10作旋轉(zhuǎn)提拉生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的鋼絲繩軟軸15。硅單晶棒10的生長(zhǎng)工藝過 程中，高純氬氣從晶體生長(zhǎng)室16的頂部充入，在流經(jīng)真空工作室內(nèi)腔后，經(jīng)抽氣口 2排出。 當(dāng)硅單晶棒10生長(zhǎng)到爐蓋11上口的位置時(shí)，硅單晶棒10與爐蓋11上口之間形成環(huán)形的 縫隙T，流經(jīng)該縫隙T的氬氣會(huì)加速流動(dòng)，這時(shí)，一旦硅單晶棒10與爐蓋11不同軸，硅單晶 棒10產(chǎn)生偏移，就會(huì)造成硅單晶棒10周圍的氬氣流量不均，引起硅單晶棒10的晃動(dòng)，最終 影響硅單晶棒10的正常生長(zhǎng)。如圖2所示為本實(shí)用新型帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，包括真空工作室和晶體生 長(zhǎng)室16，真空工作室內(nèi)設(shè)置有坩堝7、加熱器6、保溫罩5以及導(dǎo)流筒9。其中，真空工作室 由爐底板1、爐筒3和爐蓋11構(gòu)成，爐底板1上豎直穿插設(shè)置有坩堝軸4，爐筒3的下部對(duì) 稱設(shè)置有兩個(gè)抽氣口 2。坩堝7用于盛放多晶硅溶液8，坩堝7通過坩堝軸4安裝在真空工 作室內(nèi)腔的中心位置，并由坩堝軸4帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加熱器6設(shè)置在坩堝7的周圍，并用 于加熱坩堝7。保溫罩5位于加熱器6的周圍，且保溫罩5上與兩個(gè)抽氣口 2相對(duì)應(yīng)的位置 均開有通孔，以保證如氬氣的流通。導(dǎo)流筒9為上大下小的錐形形狀，其安裝在坩堝7的上 方，且導(dǎo)流筒9的下部延伸至多晶硅溶液8的上方。晶體生長(zhǎng)室16同軸設(shè)置在真空工作室 的上部并與真空工作室相通，晶體生長(zhǎng)室16內(nèi)豎直設(shè)置有引導(dǎo)硅單晶棒10作旋轉(zhuǎn)提拉生 長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的鋼絲繩軟軸15。結(jié)合圖3所示，本實(shí)用新型在晶體生長(zhǎng)室16和真空工作室之間設(shè)置有氣體冷阱 18，氣體冷阱18包括同軸設(shè)置的法蘭盤一 19、外套筒12以及內(nèi)套筒14，法蘭盤一 19的盤 體上開有徑向方向的進(jìn)氣口 17，內(nèi)套筒14固定連接在法蘭盤一 19的內(nèi)壁上，外套筒12設(shè) 置在內(nèi)套筒14的外側(cè)且固定連接在法蘭盤一 19的下方，外套筒12和內(nèi)套筒14均豎直向 下延伸至導(dǎo)流筒9的上方，在外套筒12和內(nèi)套筒14之間形成環(huán)形的氣體流通空隙13，氣體 流通空隙13與進(jìn)氣口 17相通。氬氣從進(jìn)氣口 17充入，流經(jīng)氣體流通間隙13，在導(dǎo)流筒9的引導(dǎo)下，流經(jīng)坩堝7內(nèi)多晶硅溶液8的液面，最后經(jīng)抽氣口 2排出。為方便工業(yè)化生產(chǎn)，法蘭盤一 19、外套筒12和內(nèi)套筒14為一體式結(jié)構(gòu)。晶體生長(zhǎng) 室16下端部固定有法蘭盤二 20，法蘭盤一 19的上下兩端分別與法蘭盤二 20和真空工作室 焊接連接。將法蘭盤二 20與法蘭盤一 19上下固定，以實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)室16與氣體冷阱18 的固定。將法蘭盤一 19通過支撐板與爐蓋11焊接連接，以實(shí)現(xiàn)氣體冷阱18與真空工作室 的固定。本實(shí)用新型帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐的工作過程為兩個(gè)抽氣口 2均與真空泵 相連通，進(jìn)氣口 17與氬氣管道相連通，坩堝7內(nèi)部裝有多晶硅原料并通過加熱器6將其熔 化為多晶硅溶液8，坩堝7由坩堝軸4帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，硅單晶棒10由鋼絲繩軟軸15帶動(dòng) 在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)向上提拉生長(zhǎng)。這樣，在硅單晶棒10生長(zhǎng)時(shí)，氬氣通過進(jìn)氣口 17和氣體流通 間隙13后，均勻充斥在硅單晶棒10的周圍，再在導(dǎo)流筒9的引導(dǎo)下，流經(jīng)多晶硅溶液8的 液面，最后經(jīng)抽氣口 2排出。氬氣不直接從硅單晶棒10與爐蓋11上口之間的縫隙T處充 入真空工作室內(nèi)，避免了因氬氣的加速流動(dòng)而造成硅單晶棒10的晃動(dòng)，從而使硅單晶能夠 正常生長(zhǎng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，使用安全，能提高硅單晶生長(zhǎng)效率，可廣泛適用 于半導(dǎo)體硅單晶制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域和其它單晶制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，包括真空工作室和晶體生長(zhǎng)室(16)，所述真空工 作室內(nèi)設(shè)置有坩堝(7)、加熱器(6)、保溫罩(5)以及位于所述坩堝(7)上方的導(dǎo)流筒(9)， 所述晶體生長(zhǎng)室(16)同軸設(shè)置在所述真空工作室的上部并與所述真空工作室相通，其特征 在于，在所述晶體生長(zhǎng)室(16)和所述真空工作室之間設(shè)置有氣體冷阱(18)，所述氣體冷阱 (18)包括同軸設(shè)置的法蘭盤一(19)、外套筒(12)以及內(nèi)套筒(14)，所述法蘭盤一(19)的盤 體上開有徑向方向的進(jìn)氣口(17)，所述內(nèi)套筒(14)固定連接在所述法蘭盤一(19)的內(nèi)壁 上，所述外套筒(12)設(shè)置在所述內(nèi)套筒(14)的外側(cè)且固定連接在法蘭盤一(19)的下方，所 述外套筒(12)和內(nèi)套筒(14)均豎直向下延伸至所述導(dǎo)流筒(9)的上方，所述外套筒(12) 和內(nèi)套筒(14)之間形成環(huán)形的氣體流通空隙(13)，所述氣體流通空隙(13)與進(jìn)氣口(17) 相通。
2.按照權(quán)利要求1所述帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述法蘭盤一(19)、 外套筒(12)和內(nèi)套筒(14)為一體式結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述晶體生長(zhǎng) 室(16)的下端部固定有法蘭盤二(20)，所述法蘭盤一(19)的上下兩端分別與所述法蘭盤 二(20)和所述真空工作室焊接連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種帶氣體冷阱的硅單晶生長(zhǎng)爐，包括真空工作室和晶體生長(zhǎng)室，真空工作室內(nèi)設(shè)置有坩堝、加熱器、保溫罩以及導(dǎo)流筒，晶體生長(zhǎng)室同軸設(shè)置在真空工作室的上部并與其相通，在晶體生長(zhǎng)室和真空工作室之間設(shè)置有氣體冷阱，氣體冷阱包括法蘭盤一、外套筒以及內(nèi)套筒，法蘭盤一的盤體上開有進(jìn)氣口，外套筒和內(nèi)套筒固定連接在法蘭盤一上，且均豎直向下延伸至導(dǎo)流筒的上方，在其兩者之間形成氣體流通空隙，氣體流通空隙與進(jìn)氣口相通。本實(shí)用新型不會(huì)產(chǎn)生因氬氣的流動(dòng)而硅單晶的正常生長(zhǎng)，同時(shí)能加大硅單晶棒的生長(zhǎng)速度，可廣泛適用于半導(dǎo)體硅單晶制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域和其它單晶制備設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C30B15/00GK201924100SQ20102063287
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者李留臣 申請(qǐng)人:江蘇華盛天龍光電設(shè)備股份有限公司