專利名稱：?jiǎn)尉t腔體排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于單晶硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種生長(zhǎng)單晶硅的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
硅材料是半導(dǎo)體工業(yè)中最重要且應(yīng)用最廣泛的元素半導(dǎo)體材料，是微電子工業(yè)和太陽(yáng)能光伏工業(yè)的基礎(chǔ)材料。硅材料有多種晶體形式，包括單晶硅、多晶硅。由于單晶硅具有結(jié)晶中的缺陷較少、光能轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢(shì)，其被廣泛的應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)制造過(guò)程中。基于生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能要求，目前業(yè)內(nèi)一般采用直拉單晶制造法 (Czochralski, CZ法)生產(chǎn)單晶硅。單晶爐是一種在惰性氣體環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等材料熔化，用直拉單晶制造法生長(zhǎng)無(wú)錯(cuò)位單晶硅的設(shè)備。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)用以生長(zhǎng)單晶硅，其包括保溫蓋 A、導(dǎo)流筒B、石英坩堝G、設(shè)于石英坩堝G外側(cè)以導(dǎo)熱的三瓣坩堝C、加熱器D、石墨托桿E、爐底盤F以及保溫筒H。所述導(dǎo)流筒B將生長(zhǎng)單晶硅所需的惰性氣體導(dǎo)入石英坩堝G內(nèi)。請(qǐng)參閱圖2所示，所述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的氣流流通路徑是惰性氣體從導(dǎo)流筒下到石英坩堝G，再?gòu)氖③釄錑的堝底經(jīng)過(guò)石英坩堝G的堝口繼續(xù)往下流，此時(shí)從石英坩堝G流出的惰性氣體已經(jīng)帶有硅料揮發(fā)物，然后帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體繼續(xù)往下流而經(jīng)過(guò)三瓣坩堝C與加熱器D，然后經(jīng)過(guò)石墨托桿E而到達(dá)爐底盤F，最后從單晶爐腔體排氣系統(tǒng)下面靠近爐底盤F的排氣口排出。此氣流流通路徑的缺點(diǎn)是增加硅料中的揮發(fā)物與各個(gè)加熱器等石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，使所接觸到的加熱器等石墨器件將會(huì)加快氧化和腐蝕的速率， 從而縮短加熱器等石墨器件的使用壽命、增加生產(chǎn)成本。因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種具有改良結(jié)構(gòu)的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)， 以克服上述缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，通過(guò)采用雙層中空保溫筒來(lái)改變氣體的氣流流通路徑，有效減少氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案—種單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，用于生長(zhǎng)單晶硅，其包括單晶爐腔體、保溫蓋、導(dǎo)流筒、 放置硅料的石英坩堝、設(shè)于石英坩堝外側(cè)以導(dǎo)熱的三瓣坩堝、用于加熱三瓣坩堝的加熱器、 保溫筒、石墨托桿以及爐底盤，所述單晶爐腔體設(shè)有爐膛排氣口，所述保溫筒包括內(nèi)保溫筒、外保溫筒以及位于內(nèi)保溫筒與外保溫筒之間的夾層空間，所述內(nèi)保溫筒設(shè)有靠近保溫蓋的若干通氣孔。優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述外保溫筒設(shè)有與爐膛排氣口位置對(duì)應(yīng)的下排氣口，所述下排氣口大于爐膛排氣口，所述氣體直接從下排氣口流向爐膛排氣口而排出。優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述通氣孔包括12個(gè)且沿爐膛軸線一圈均等分開(kāi)。優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述加熱器設(shè)有靠近導(dǎo)流筒的上口，所述通氣孔位于保溫蓋與上口之間。優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述通氣孔的圓心與上口之間的距離為 50mmo優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述通氣孔的直徑為30mm。優(yōu)選的，在上述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中，所述夾層空間的寬度為30mm。從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例中通過(guò)采用雙層中空保溫筒來(lái)改變氣體的氣流流通路徑，有效減少氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的氣流流通路徑的示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的氣流流通路徑的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，通過(guò)采用雙層中空保溫筒，改變傳統(tǒng)的惰性氣體的氣流流動(dòng)方向，從而達(dá)到有效減少惰性氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。請(qǐng)參閱圖3所示，本實(shí)用新型單晶爐腔體排氣系統(tǒng)用以在惰性氣體的環(huán)境下生長(zhǎng)單晶硅。所述惰性氣體的作用是帶走硅料的揮發(fā)物。所以在單晶硅的生長(zhǎng)過(guò)程中，一直會(huì)有惰性氣體被引入到單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中。本實(shí)施方式中，將單晶爐的軸線方向界定為上下方向。請(qǐng)參閱圖3所示，所述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)包括單晶爐腔體100、保溫蓋1、保溫筒 2、導(dǎo)流筒3、放置硅料的石英坩堝4、三瓣坩堝5、用于加熱三瓣坩堝5的加熱器6、兩組石墨電極7、石墨托桿8、以及爐底盤9。所述單晶爐腔體100設(shè)有爐膛排氣口。所述保溫蓋1的外圓周與單晶爐腔體100內(nèi)壁是密封的。所述保溫蓋1與單晶爐腔體100的內(nèi)腔之間的密封效果可以通過(guò)密封圈實(shí)現(xiàn)，保證兩者的接觸面密封牢靠，堵住氣體通路，阻止惰性氣體由此向下流動(dòng)，使得惰性氣體從導(dǎo)流筒中通過(guò)。所述保溫筒2呈雙層中空狀。所述保溫筒2包括內(nèi)保溫筒21、外保溫筒22以及位于內(nèi)保溫筒21及外保溫筒22之間的供含有硅料揮發(fā)物的惰性氣體通過(guò)的夾層空間。所述內(nèi)保溫筒21上端設(shè)有若干與外保溫筒22連通的通氣孔211。所述通氣孔211靠近導(dǎo)流筒 3且位于加熱器6的上方。所述通氣孔包括12個(gè)且直徑為30mm。所述12個(gè)通氣孔沿單晶爐軸線一圈均等分開(kāi)。所述加熱器6設(shè)有位于一端且與爐底盤9連接的下口以及位于另一端的上口。所述12個(gè)通氣孔的圓心與加熱器6的上口之間的距離是50mm。所述加熱器6 的上口靠近導(dǎo)流筒3。所述外保溫筒設(shè)有與爐膛排氣口位置對(duì)應(yīng)的下排氣口，所述爐膛排氣口與下排氣口皆為圓孔，所述下排氣口的位置正對(duì)爐膛排氣口，使得帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體可以直接從下排氣口流到爐膛排氣口。所述下排氣口大于爐膛排氣口，所述圓孔的直徑比爐膛排氣口的直徑大10mm，使得大部分帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體可以直接從爐膛排氣口排出而不會(huì)滯留在單晶爐腔體排氣系統(tǒng)中。所述惰性氣體直接從下排氣口流向爐膛排氣口而排出。所述內(nèi)保溫筒21與外保溫筒22之間形成的夾層空間的寬度為30mm，如此設(shè)置，方便惰性氣體及時(shí)有效排出單晶爐腔體排氣系統(tǒng)而不會(huì)滯留在外保溫筒22中。請(qǐng)參閱圖4所示，所述單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的氣流流通路徑是惰性氣體從導(dǎo)流筒3下到石英坩堝4，再?gòu)氖③釄?的堝底經(jīng)過(guò)石英坩堝4的堝口流到通氣孔221內(nèi)，此時(shí)從石英坩堝4流出的惰性氣體已經(jīng)帶有硅料揮發(fā)物，然后帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體通過(guò)通氣孔221流到夾層空間中，帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體順著夾層空間向下流到外保溫筒22的下排氣口，因?yàn)橄屡艢饪诳拷鼱t底盤9且位置與爐膛排氣口對(duì)應(yīng)，帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體直接從下排氣口流到爐膛排氣口，最后經(jīng)過(guò)爐膛排氣口排出單晶爐腔體排氣系統(tǒng)。如此設(shè)置，大部分含有硅料揮發(fā)物的惰性氣體就不會(huì)經(jīng)過(guò)加熱器6等石墨器件，如此設(shè)置，通過(guò)采用雙層中空保溫筒2，改變傳統(tǒng)的惰性氣體的氣流流動(dòng)方向，從而達(dá)到有效減少惰性氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。所述導(dǎo)流筒3是將生長(zhǎng)單晶硅所需的惰性氣體導(dǎo)入石英坩堝4內(nèi)的通道，也是成型單晶的空間。在實(shí)際成型工藝中，是將一個(gè)仔晶通過(guò)鋼絲繩送入石英坩堝4里，并跟硅料液體粘在一起，加工時(shí)，鋼絲繩往上拉仔晶，拉完后會(huì)形成需要的單晶。所述導(dǎo)流筒3的末端，也就是導(dǎo)流筒3的下端伸入到石英坩堝4的堝口處，但沒(méi)有跟硅料液體表面接觸。所述導(dǎo)流筒3與硅料液體之間存在一定的間隙。所述間隙提供仔晶的拉晶空間，保證單晶硅成品率。所述三瓣坩堝5設(shè)于石英坩堝4外側(cè)。所述三瓣坩堝5有兩個(gè)作用，第一個(gè)作用是給石英坩堝4導(dǎo)熱，即傳熱的作用；第二個(gè)作用是當(dāng)石英坩堝4受熱達(dá)到融化溫度變軟時(shí)， 可以托住石英坩堝4，保證石英坩堝4的形狀，防止石英坩堝4變形，即起到托堝的作用。所述兩組石墨電極7上各設(shè)有一個(gè)石墨螺釘71，所述加熱器6通過(guò)石墨螺釘71固定在石墨電極7上。所述石墨托桿8是一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述石英坩堝4及三瓣坩堝5安裝于石墨托桿 8上。本實(shí)用新型通過(guò)石墨托桿8實(shí)現(xiàn)三瓣坩堝5以及石英坩堝4的位置調(diào)整，因?yàn)楫?dāng)成型單晶硅時(shí)，仔晶會(huì)吸走石英坩堝4內(nèi)的硅液，使得硅料液面下沉，那么為了保證硅料液面與導(dǎo)流筒3下方末端的距離，保證單晶硅的成型，所以設(shè)置該石墨托桿8。所述石墨托桿8可以沿上下方向同時(shí)旋轉(zhuǎn)升降，實(shí)現(xiàn)硅料液面與導(dǎo)流筒3下方末端距離的調(diào)節(jié)。所述爐底盤9是整個(gè)單晶爐腔體排氣系統(tǒng)的底部。各個(gè)元件先從爐底盤9上開(kāi)始安裝。本實(shí)用新型通過(guò)采用雙層中空保溫筒2，改變傳統(tǒng)的惰性氣體的氣流流動(dòng)方向，使得減少含有揮發(fā)物的惰性氣體與加熱器6等石墨器件接觸，大大延長(zhǎng)了加熱器6等石墨器件的壽命。本實(shí)用新型的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，改變了拉晶時(shí)惰性氣體的流動(dòng)方向，使得惰性氣體從導(dǎo)流筒3下到石英坩堝4，再?gòu)氖③釄?的堝底經(jīng)過(guò)石英坩堝4的堝口流到通氣孔221內(nèi)，此時(shí)從石英坩堝4流出的惰性氣體已經(jīng)帶有硅料揮發(fā)物，然后帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體通過(guò)通氣孔221流到夾層空間中，帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體順著夾層空間向下流到外保溫筒22的下排氣口，因?yàn)橄屡艢饪诳拷鼱t底盤9且位置與爐膛排氣口對(duì)應(yīng)，帶有硅料揮發(fā)物的惰性氣體直接從下排氣口流到爐膛排氣口，最后經(jīng)過(guò)爐膛排氣口排出，減小了帶有揮發(fā)物的惰性氣體與加熱器6等石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)了加熱器6等石墨器件的壽命。工作原理是惰性氣體經(jīng)過(guò)導(dǎo)流筒3進(jìn)入石英坩堝4內(nèi)，此時(shí)硅料中會(huì)釋放一些揮發(fā)物隨著惰性氣體一起流動(dòng)，單晶爐腔體排氣系統(tǒng)內(nèi)腔內(nèi)部借助真空泵的作用使得含有揮發(fā)物的惰性氣體朝內(nèi)保溫筒21的上方的通氣孔211運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)通氣孔211流出進(jìn)入到內(nèi)保溫筒21與外保溫筒22的夾層空間中，含有揮發(fā)物的惰性氣體順著夾層空間向下流動(dòng)到外保溫筒22的下排氣口，因?yàn)橄屡艢饪谂c爐膛排氣口位置對(duì)應(yīng)，所以含有揮發(fā)物的惰性氣體直接由下排氣口排入爐膛排氣口，最后通過(guò)爐膛排氣口排出單晶爐腔體100。本實(shí)用新型單晶爐腔體排氣系統(tǒng)采用雙層中空保溫筒來(lái)改變惰性氣體的氣流流通路徑，有效減少惰性氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命；再就是有效控制由于揮發(fā)物在單晶爐腔體100 內(nèi)部滯留而給拉晶帶來(lái)的不利影響，從而提高拉晶成品率和產(chǎn)量。本實(shí)用新型單晶爐腔體排氣系統(tǒng)在內(nèi)保溫筒21的上方設(shè)置通氣孔221，含有硅料揮發(fā)物的惰性氣體從通氣孔221中流到內(nèi)保溫筒21及外保溫筒22之間的夾層空間里，然后往下行徑到外保溫筒22的下排氣口，然后由下排氣口直接流到爐膛排氣口，最后通過(guò)爐膛排氣口排出，如此設(shè)置，減小了含有硅料揮發(fā)物的惰性氣體與加熱器6等石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。本實(shí)用新型單晶爐腔體排氣系統(tǒng)在外保溫筒22設(shè)置直徑比爐膛排氣口大IOmm的下排氣口并且位置與爐膛排氣口對(duì)應(yīng)，所述內(nèi)保溫筒21與外保溫筒22之間形成的夾層空間的寬度為30mm，如此設(shè)置，使得惰性氣體可以直接從下排氣口流到爐膛排氣口，方便惰性氣體及時(shí)有效排出單晶爐腔體排氣系統(tǒng)而不會(huì)滯留在外保溫筒22中。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，用于生長(zhǎng)單晶硅，其包括單晶爐腔體、保溫蓋、導(dǎo)流筒、放置硅料的石英坩堝、設(shè)于石英坩堝外側(cè)以導(dǎo)熱的三瓣坩堝、用于加熱三瓣坩堝的加熱器、保溫筒、石墨托桿以及爐底盤，所述單晶爐腔體設(shè)有爐膛排氣口，其特征在于所述保溫筒包括內(nèi)保溫筒、外保溫筒以及位于內(nèi)保溫筒與外保溫筒之間的夾層空間，所述內(nèi)保溫筒設(shè)有靠近保溫蓋的若干通氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述外保溫筒設(shè)有與爐膛排氣口位置對(duì)應(yīng)的下排氣口，所述下排氣口大于爐膛排氣口，所述氣體直接從下排氣口流向爐膛排氣口而排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述通氣孔包括12個(gè)且沿爐膛軸線一圈均等分開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述加熱器設(shè)有靠近導(dǎo)流筒的上口，所述通氣孔位于保溫蓋與上口之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述通氣孔的圓心與上口之間的距離為50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述通氣孔的直徑為 30mmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，其特征在于所述夾層空間的寬度為 30mmo
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種單晶爐腔體排氣系統(tǒng)，用于生長(zhǎng)單晶硅，其包括單晶爐腔體、保溫蓋、導(dǎo)流筒、放置硅料的石英坩堝、設(shè)于石英坩堝外側(cè)以導(dǎo)熱的三瓣坩堝、用于加熱三瓣坩堝的加熱器、保溫筒、石墨托桿以及爐底盤，所述單晶爐腔體設(shè)有爐膛排氣口，所述保溫筒包括內(nèi)保溫筒、外保溫筒以及位于內(nèi)保溫筒與外保溫筒之間的夾層空間，所述內(nèi)保溫筒設(shè)有靠近保溫蓋的若干通氣孔。本實(shí)用新型實(shí)施例中通過(guò)采用雙層中空保溫筒，改變傳統(tǒng)的氣體的氣流流動(dòng)方向，從而達(dá)到有效減少氣體中的硅料揮發(fā)物與石墨器件接觸的機(jī)會(huì)，縮小硅料揮發(fā)物對(duì)石墨器件的損壞，延長(zhǎng)石墨器件的使用壽命。
文檔編號(hào)C30B15/00GK202131392SQ20112019783
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者華貴俊, 史才成, 徐昌華, 秦舒 申請(qǐng)人:江蘇晶鼎電子材料有限公司