專利名稱：直拉硅單晶爐爐蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爐蓋，尤其涉及一種直拉法制備單晶硅爐的爐蓋。
背景技術(shù)：
直拉法提拉硅單晶是目前生產(chǎn)單晶硅應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在直拉法工藝中將高純 度的多晶硅裝進(jìn)石英坩堝，由負(fù)載高頻波的環(huán)繞線圈或電流加熱器來加熱石英坩堝以使多 晶硅熔化。然后把一特定晶向的硅單晶(稱作籽晶)與熔融硅接觸，硅在合適的溫度下將順 著已知晶向的籽晶上硅原子的排列結(jié)構(gòu)在固液交界面上形成規(guī)則的結(jié)晶，成為單晶體。在 結(jié)晶的同時(shí)將籽晶向上提升，當(dāng)籽晶體長大至接近目標(biāo)直徑時(shí)，改變提升速度，使單晶體等 徑生長。直至大部分硅熔液都結(jié)晶成硅晶錠，只剩少量剩料，通過調(diào)整晶體的提升速度和熔 液溫度將晶體直徑漸漸減小而形成一個(gè)尾形錐體，當(dāng)錐體的尖足夠小時(shí)，晶體就會(huì)和熔體 分離，最后完成硅單晶生長的全過程。 為了避免硅在高溫下氧化，單晶硅爐必須在惰性氣氛下操作。惰性氣體流可以對(duì) 單晶表面進(jìn)行保護(hù)，使硅單晶免于各種金屬雜質(zhì)和氣體雜質(zhì)原子的污染；還可以帶走硅單 晶結(jié)晶時(shí)放出的熱量，促進(jìn)單晶硅的生長。石英坩堝在高溫且惰性氣氛下容易脫氧生成一 氧化硅，一氧化硅以氣態(tài)形式進(jìn)入保護(hù)氣體(保護(hù)氣體為惰性氣體)氣流排出長晶爐，在此 過程中一氧化硅會(huì)對(duì)熱場部件(如石墨坩堝、保溫材料、石英坩堝、加熱器等)進(jìn)行侵蝕，降 低壽命，因此需要將一氧化硅盡快排出爐膛。 在硅單晶生長爐中保護(hù)氣體從上至下流經(jīng)熱場元件。目前生產(chǎn)中所用直拉硅單晶 爐爐蓋上只設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣口作為保護(hù)氣體的進(jìn)入通道，保護(hù)氣體高速流經(jīng)進(jìn)氣口后由于爐 體內(nèi)空間的驟然增大及爐蓋的弧線設(shè)計(jì)會(huì)使氣體在爐蓋下部爐體內(nèi)產(chǎn)生渦流，流經(jīng)導(dǎo)流筒 后吹向晶體表面，在外部抽真空機(jī)械泵的作用下流出爐體，這樣就會(huì)大大降低流經(jīng)晶體表 面氣體的流量和流速，從而也限制了一氧化硅有害物質(zhì)的及時(shí)排除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過提供一種改進(jìn)的直拉硅單晶爐爐蓋，以解決保護(hù) 氣體流經(jīng)晶體表面時(shí)流量和流速低的問題。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種直拉硅單晶爐爐蓋，包括 設(shè)置在爐蓋頂部的進(jìn)氣口 ，其特征在于在爐蓋下方、進(jìn)氣口的邊緣連接有擋流裝置。
上述直拉硅單晶爐爐蓋，所述擋流裝置為擋流板或擋流筒。 上述直拉硅單晶爐爐蓋，所述擋流板為上寬下窄的弧形面板，所述擋流筒為錐形筒。 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于由于在爐蓋頂部下方安裝了擋流裝 置，因此消除了保護(hù)氣體產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象，使保護(hù)氣體全部沿縱向流程流動(dòng)，在原有基礎(chǔ)上 提高了保護(hù)氣體流經(jīng)晶體表面時(shí)的流速。這使得能夠及時(shí)排除爐體內(nèi)的一氧化硅，阻止一 氧化硅對(duì)熱場元件的侵蝕，從而提高了熱場元件的壽命，有效地阻止了其他污染物對(duì)單晶
3的擴(kuò)散污染，在一定程度上抑制氧進(jìn)入硅單晶。同時(shí)，流經(jīng)晶體表面的保護(hù)氣體流量和流速 的加大會(huì)及時(shí)帶走結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的熱量，提高了單晶的生長速度。 作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，在進(jìn)氣口處增設(shè)二次進(jìn)氣口 ，用于連通二次 補(bǔ)氣進(jìn)氣裝置，從而增大了保護(hù)氣體的流量；此外，在進(jìn)氣口處設(shè)有進(jìn)氣環(huán)，內(nèi)徑尺寸大小 和所要提拉的單晶硅的尺寸相適應(yīng)，從而使進(jìn)入爐內(nèi)的保護(hù)氣體在進(jìn)氣口處形成向下的均 勻的氣流，均勻地流經(jīng)硅晶體表面，為單晶硅的生長提供均一的外部環(huán)境，以消除單晶硅生 長過程中產(chǎn)生的缺陷。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
圖1是本發(fā)明的直拉硅單晶爐爐蓋與爐體的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中l(wèi)-爐蓋，2-進(jìn)氣口，3-擋流裝置，4-二次進(jìn)氣口，5-進(jìn)氣環(huán)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本發(fā)明的直拉硅單晶爐爐蓋使用時(shí)和爐體的裝配結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在爐 蓋1頂部的進(jìn)氣口 2，關(guān)鍵在于在爐蓋1下方、進(jìn)氣口 2的邊緣連接有擋流裝置3。擋流裝 置3為擋流板或擋流筒。擋流板優(yōu)選為上寬下窄的弧形面板，也可以為其他形狀的面板，例 如矩形面板。擋流筒優(yōu)選為上口徑大于下口徑的錐形筒，也可以為方形筒，圓柱形筒等其他 形狀的筒狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的擋流裝置3插入或采用活動(dòng)鉸鏈連接于爐蓋1上，擋流板與豎直 向下方向應(yīng)有一定的夾角，一般大于IO。，從而能夠使氣流更集中，加大氣體流速。擋流裝 置3所用材質(zhì)為石墨材料，避免高溫下?lián)趿餮b置3原料的揮發(fā)造成硅單晶的污染。
上述直拉硅單晶爐爐蓋，所述進(jìn)氣口 2側(cè)面部位的爐蓋1上設(shè)有貫穿蓋壁的二次 進(jìn)氣口 4，數(shù)量至少為2個(gè)，且均勻分布在進(jìn)氣口 2對(duì)應(yīng)的圓周上。 上述改進(jìn)的直拉硅單晶爐爐蓋，所述進(jìn)氣口 2處設(shè)有進(jìn)氣環(huán)5，進(jìn)氣環(huán)5的內(nèi)徑和 所拉制的單晶硅的直徑相適應(yīng)。
本發(fā)明具體工作過程 由副室吹入的保護(hù)氣體通過進(jìn)氣口 2進(jìn)入單晶硅生長爐內(nèi)，在擋流裝置3的作用 下直接沿縱向流程流動(dòng)而不會(huì)在爐蓋1底部形成渦流，因此極大地提高了保護(hù)氣體的流 速。保護(hù)氣體氣流流經(jīng)擋流裝置3后以極高的速度繼續(xù)向下流動(dòng)，流經(jīng)導(dǎo)流筒后吹向拉制 的硅單晶表面和熔融硅液面，及時(shí)帶走一氧化硅揮發(fā)物，在抽真空機(jī)械泵的作用下氣流流 經(jīng)爐內(nèi)熱場元件(石墨坩堝、石墨套筒和石墨保溫層)，最后從爐內(nèi)排出。上述擋流裝置3 優(yōu)選為擋流板或擋流筒，擋流板優(yōu)選為上寬下窄的弧形面板，擋流筒優(yōu)選為錐形筒，其中擋 流板的數(shù)量至少為2個(gè)，且均勻分布在進(jìn)氣口 2的圓周周圍。 在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在進(jìn)氣口 2側(cè)面部位增設(shè)二次進(jìn)氣口 4，二次進(jìn)氣口 4可 以為l個(gè)也可以為多個(gè)，且均勻分布在進(jìn)氣口 2對(duì)應(yīng)的圓周上。二次進(jìn)氣口 4上設(shè)有補(bǔ)氣 閥，并與二次補(bǔ)氣供給裝置連通。由二次補(bǔ)氣供給裝置輸送的保護(hù)氣體通過二次進(jìn)氣口 4 后在進(jìn)氣口 1處巨大氣流的作用下進(jìn)入單晶硅生長爐內(nèi)，此后保護(hù)氣體的具體流動(dòng)過程與 上述實(shí)施例中描述的相同。 在進(jìn)氣口 2處的中間或以下位置設(shè)置進(jìn)氣環(huán)5，其內(nèi)徑尺寸大小和所要提拉的單
4晶硅的直徑相適應(yīng)，從而使進(jìn)入到爐體內(nèi)的保護(hù)氣體在進(jìn)氣口 2處形成向下的均勻的氣 流，使氣流可以均勻地流經(jīng)硅晶體表面。
權(quán)利要求
一種直拉硅單晶爐爐蓋，包括設(shè)置在爐蓋(1)頂部的進(jìn)氣口(2)，其特征在于在爐蓋(1)下方、進(jìn)氣口(2)的邊緣連接有擋流裝置(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流裝置(3)為擋流板 或擋流筒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流板為上寬下窄的弧 形面板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流筒為錐形筒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流板至少為2個(gè)， 且沿進(jìn)氣口 (2)的圓周對(duì)稱分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流裝置(3)插入或采 用活動(dòng)鉸鏈連接于爐蓋(1)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或6所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述擋流裝置(3) 所用材質(zhì)為石墨材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述進(jìn)氣口 (2)側(cè)面部位的 爐蓋(1)上設(shè)有貫穿蓋壁的二次進(jìn)氣口 (4)，數(shù)量至少為一個(gè)，且均勻分布在進(jìn)氣口 (2)對(duì) 應(yīng)的圓周上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或5或8所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述進(jìn)氣口 (2)處 設(shè)有進(jìn)氣環(huán)(5)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的直拉硅單晶爐爐蓋，其特征在于所述進(jìn)氣環(huán)(5)的內(nèi)徑和拉 制晶體的直徑相同或相近。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的直拉硅單晶爐爐蓋，包括設(shè)置在爐蓋頂部的進(jìn)氣口，該爐蓋下方、進(jìn)氣口的邊緣處連接有擋流裝置。擋流裝置以合理角度插入或采用活動(dòng)鉸鏈連接于爐蓋上。生長單晶硅過程用利用該改進(jìn)的直拉硅單晶爐爐蓋可以達(dá)到保護(hù)單晶表面免于污染，促進(jìn)硅單晶生長，提高熱場元件壽命的目的。
文檔編號(hào)C30B15/00GK101775640SQ200910175319
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者何京輝, 劉彬國, 張呈沛 申請人:晶龍實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司;寧晉晶興電子材料有限公司