[发明专利]一种单晶炉热场的排气方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶炉热场的排气方法和装置，具体的涉及一种切克劳斯基法(Czochralski法)单晶硅生长中热场的排气方法和装置。

背景技术

直拉单晶基本原理，高纯硅料经加热熔化，待温度适合，将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶棒的拉制。

现有技术中，高纯氩气从单晶炉顶部注入，底部由真空泵将气体抽出，炉内的真空值保持动态平衡(一般在10-15mbar左右)。此过程的排气过程见图2箭头所示，氩气从顶部进入炉室，经过熔液表面带走杂质，再经热场的加热器5及保温罩10、11之间的间隙，最后从单晶炉的底部排气孔由真空泵排出，这种方式称为下排气热场方式。

实际生产中该下排气热场方式缺点：1、坩埚内部的原料高温下反应及挥发产生的杂质，经气流携带后，杂质及其挥发物通过加热器的过程中，富集在加热器上，极易导致加热器短路或打火，影响生产，甚至造成热场损伤。同时，杂质也会富集在热场其他配件上，影响配件的使用寿命；2、单晶棒制备过程中需要稳定的热场，气流通过加热器，带走热量，温度控制回路系统会通过PID参数自动调节功率，进行热量补偿，故会引起坩埚内温度波动，影响晶体生长；3、由于气流通过加热器与保温罩，带走加热器与保温罩的热量，造成热量的过多损耗。

针对以上问题，申请号为01136561，题名为“直拉硅单晶炉热场的气流控制方法及装置”的中国专利提出了一种解决方式，该方式是在发热体与保温罩之间设导气管，含有一氧化硅的氩气气体的气流经密封导气装置的导气管排出，杂质不再附着在发热体上，可延长发热体的寿命，但此种方式也还存在以下不足之处：导气管如果是金属等材料制成，由于导气管位于保温罩内表面与发热体之间，则经由导气管内相对低温的气体会带走加热器与保温罩的热量，仍无法解决热量散失引起的坩埚内温度波动，影响晶体生长这一缺陷；如果导气管是一些非金属材料保温材料制成，往往需要占用较大的体积，使整个保温罩体积增加，相应的所需保温材料也增加；另外，杂质积累于管体内，管道容易堵塞，管壁不易清理。

中国专利申请号200510132575，题名为“一种提高直拉硅单晶炉热场部件寿命的方法及单晶炉”在排气方式的设置上，提出了另一种方式，该发明将排气孔设于炉体上部，并在炉体上部设孔直接将气体排出炉体外，此种方式虽使挥发物SiO的流向不再经过加热器和石墨坩埚，也便于清扫杂质。但在实际生产中，直接从上部抽真空的排气方式，会造成液面抖动和液面温度的难以控制。而拉单晶过程中，液面抖动严重，且液面温度稍微不稳定就会造成单晶断线(也称为晶线鼓断，即拉晶失败)，甚至根本无法引晶，或者引出来的是多晶。另外，直接对着液面抽真空，将热气流直接抽走，会对真空管道和真空泵造成伤害，为了避免伤害真空管道和真空泵，必须加大冷却水的流量和流速，从而引起不必要的功耗损失。

发明内容

本发明的目的在于针对以上缺陷，提供一种单晶炉热场的排气方法和装置，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种单晶炉热场的排气方法，将导流筒进入的气流和坩埚内产生的含杂质的气流，流向位于炉室上部的上保温罩的上排气口，再通过炉壁与主保温罩之间的通道流向炉壁底部的抽气管道，最后经抽气管道排出。

一种单晶炉热场的排气装置，包括炉壁、石墨坩埚、石英坩埚、加热器、保温罩、导流筒，所述的保温罩包括上保温罩、主保温罩及下保温罩，其中所述的上保温罩上开设有上排气口，所述的炉壁与保温罩之间留有间隙，由上排气口排出的气流，经过保温罩与炉壁之间的间隙进入抽气管道，由真空泵抽离。

所述的炉壁和保温罩之间的间隙为30mm～50mm。

所述的上排气孔可以为6～16个，根据需要设定。

综上所述，与原有下排气热场方式相比，本发明排气热场的优点：在直拉单晶生长过程中，炉体内的气体气流由上至下贯穿单晶生长的区域，及时地带走由于高温而产生出来的硅氧化物和其他杂质的挥发物，保证了热场内部洁净度。因此可以维持单晶炉体内真空值的稳定性，不受外界因素的影响，使保护气体有合理的气流走向，迅速带走杂质。同时，此种发明热场中的排气气流通道，由于不经过底部加热器，故不会造成热量的无意义损耗，较原有下排气热场更加节能，提高生产效率。

另外，本发明的排气通道位于保温罩外表面，既解决了发热器热量散失的缺陷，又无需增加保温罩体积及增加保温材料，且保温罩可灵活拆卸，积累于保温罩外层与炉壁之间的杂质也易清洗。

附图说明