[发明专利]一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆装置及防爆方法

说明书

技术领域

本发明涉及直拉重掺磷单晶的生产方法，特别涉及一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆装置及防爆方法。

背景技术

直拉重掺硅单晶是半导体产业的一种不可缺少的基础材料，需要生产大量的直拉重掺单晶。由于磷熔点、沸点都很低，在高温的硅熔体中会不断挥发，因而直拉重掺磷单晶的生产过程中，需要掺入大量的单质磷。掺杂之后，在单晶的拉制过程中，磷蒸汽不断从硅熔体中挥发出来，并随着Ar气排除炉体。由于炉壁和管道等部位温度较低，所以磷蒸汽在这些地方不断沉积。

冷却停炉后，在清炉过程中，炉壁、管道等部位的磷单质暴露在空气中，极易与氧气反应自燃，进而发生连锁反应而爆炸，对员工人身安全造成了极大的威胁。生产Φ6寸重掺磷单晶时投料量较少，仍然需要掺入大约300g左右的磷，而生产Φ8寸、Φ12寸重掺磷单晶时投入的磷将达到数千克之多，其爆炸所产生的危害是不能接受的。所以研发一种防爆装置及防爆方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆装置及防爆方法，以保证生产安全有序地进行。

重掺磷单晶在清炉时之所以爆炸，就是因为低燃点的磷元素与氧气剧烈反应，放出大量的热。所以，本发明的思路就在于使磷在炉内挥发为磷蒸汽，并随Ar气排出的过程中使之转化为P₂O₅，在清炉时，炉壁管道等部位沉积的便不再是活跃的磷单质，而是性质不活泼的P₂O₅，从而避免爆炸事故的发生。

具体而言，就是采用数个分支管道伸入到炉膛内部，将净化空气送入炉膛中与磷元素化合。为了使磷元素充分反应，分支管道伸入的高度应等于熔体液面高度或略高于硅熔体液面高度。同时为了保证炉内真空度，需要一个气体流量阀控制空气进入的速率。为了避免空气中的杂质进入炉膛内造成断苞事故，必须在空气进入炉膛之前对其进行净化。

本发明所采取的技术方案是：一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆装置，其特征在于：包括空气净化器、气体流量阀、气体流量计、环形管道、数个的分支管道及连接管道，所述空气净化器、气体流量阀及气体流量计通过连接管道连接，连接管道的一端与环形管道相通连接，每个分支管道的一端与环形管道相通连接，另一端伸入到炉体内部。

一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆方法，其特征在于：在生产重掺磷单晶过程中，掺杂开始后，打开气体流量阀，通入定量的净化空气或其它含氧气的气体，直至拉晶收尾，埚底料凝固结晶超过1~5min后停止通入净化空气或其它含氧气的气体。

本发明所产生的有益效果是：采用本发明，有效地解决了直拉重掺磷单晶清炉时容易爆炸的问题，从而保证了工艺的安全性。

附图说明

图1为防爆装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明：参照图1，一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆装置包括空气净化器1、气体流量阀2、气体流量计3、环形管道4、数个的分支管道5及连接管道6，空气净化器1、气体流量阀2及气体流量计3通过连接管道6连接，连接管道6的一端与环形管道4相通连接，每个分支管道5的一端与环形管道4相通连接，另一端伸入到炉体7内部。数个分支管道5水平高度等于或高于硅熔体液面高度。连接管道6、环形管道4和分支管道5之间是通过焊接连接的。

一种用于生产直拉重掺磷单晶的防爆方法，具体步骤如下：拆清炉、装化料，将掺杂剂磷放入掺杂装置后，净化副室，打开翻板阀，下降掺杂装置至熔体液面上方约1～2mm处，掺杂开始后，此时，打开气体流量阀，通入定量的净化空气或其它含氧气的气体，并调整气体流量。

掺杂完毕后，将籽晶降至液面处，经过热、引晶、扩肩、转肩、等径保持直至拉晶收尾工艺过程后，当埚底料凝固结晶超过1~5min后，关闭气体流量阀，停止通入净化空气或其它含氧气的气体，并且停炉。

本防爆装置通入的净化空气，经气体流量阀以及连接管道进入环形管道，再经分支管道进入炉体内部，与挥发的P蒸汽反应生成P₂O₅后，随Ar气排出炉体。此时再进行清炉，便不会发生爆炸起火事故了。