[发明专利]双向气流的硅晶体生长装置

说明书

技术领域

本发明涉及硅多晶体熔融、结晶生长成单晶体领域，具体是一种双向气流的硅晶体生长装置。

背景技术

切克劳斯基法CZ直拉单晶法，通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，在惰性气体的保护下，经过引晶，放肩，转肩，等径，收尾，晶体取出等步骤，完成晶体生长。生长单晶体的尺寸越大，对石墨热系统的要求也越高。当前应用于硅单晶生长所用的石墨热系统的加工技术及生产规模在我国处于世界领先地位，然而在一些生长大尺寸单晶体的石墨热系统的设计中，往往出现单晶生长过程中出现不能正常生长，出现断棱等诸多情况，致使在大尺寸硅单晶生长在国内仍然处于盲点，虽然也有极少公司可以勉强生长，但终因运行生产成本过高，不符合企业综合经济效益目的，而不能得到市场认可和普及；整个国内行业仍然处在6寸及6寸以下硅单晶生长，然而国外市场对8寸及8寸以上硅单晶的需求量与日俱增，如何设计生长8寸以上大直径硅单晶的热系统，已经迫在眉睫。

CZ法硅单晶中碳含量的来源主要有以下几个方面：1)、大量的硅多晶溶液表面与气体接触；2)、大量石墨部品的应用及高温下碳的释放；3)、保温场及气体流畅的设计对CO的排放效率；4)、硅多晶本身的碳含量

CZ法硅晶体的成长中，由于溶液不断的固化，液体表面的自由境界层不断的由结晶所吸收，加上溶液面积的不断减少，及部分蒸发的效果，使得结晶中碳含量只剩硅溶液本身与石英坩埚释放出氧的反应残余进入晶体中而降低，但主要来源反而是加热系统与保温系统及氧的反应产生的CO及CO2成为主要污染源，所以要控制晶体内碳的含量主要从以下几个方面控制：(1)、抑制CO从石墨部品的析出，及控制石墨部品的表面积；(2)、改善气流场及改善抽气系统，使CO顺利的排除；(3)、多晶溶解后到晶棒成长时间的缩短，抑制CO与氧气的反应；(4)、控制溶液的流动，促进CO的蒸发。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向气流的硅晶体生长装置，采用双向气流后，可以降低热场内部有害气体对石墨件的腐蚀，减少了氧与石墨的接触面积及时间，使得硅液表面的氧碳化合无及有害气体在下部气体的流向带动下迅速带离热系统，有效控制了晶体中的碳含量。

本发明的技术方案如下：

双向气流的硅晶体生长装置，包括有炉体，炉体的内壁上设置有保温筒，炉体内腔中置有筒形的加热器，加热器底部的两个电极分别嵌入炉体的底部，加热器内腔中设置有石墨坩埚，石墨坩埚通过穿过炉体底部的连杆支撑固定，炉体的上口搁置有可伸入到石墨坩埚内腔中的导流筒，所述的炉体顶部的侧壁上开有排气口，且底部开有氩气进口，所述的排气口与氩气进口通过加热器内壁与石墨坩埚外壁之间的空隙联通，炉体外套装有导气筒，导气筒的底部侧壁开有出气口，出气口与排气口之间通过所述的导气筒与炉体之间的空隙联通，且出气口、排气口的外侧空间分别封闭。

所述的导流筒为锥形且由内导流筒、外导流筒构成。

所述的导流筒的外侧的炉体内壁上设置有上保温筒。

本发明的双向气流的采用改变了普通热场的气体流向，可以降低热场内部有害气体对石墨件的腐蚀，减少了氧与石墨的接触面积及时间，使得硅液表面的氧碳化合无及有害气体在下部气体的流向带动下迅速带离热系统，有效控制了晶体中的碳含量。

本发明减少降低了杂质粒子进入固液界面的几率从而大大提升了晶体的成晶率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见附图，双向气流的硅晶体生长装置，包括有炉体1，导流筒5的外侧的炉体内壁上设置有上保温筒9，炉体的下部内壁上设置有下保温筒10。炉体1内腔中置有筒形的加热器2，加热器2底部的两个电极分别嵌入炉体1的底部，加热器2内腔中设置有石墨坩埚3，石墨坩埚3通过穿过炉体1底部的连杆4支撑固定，炉体1的上口搁置有可伸入到石墨坩埚3内腔中的导流筒5，炉体1顶部的侧壁上开有排气口6，且底部开有氩气进口7，排气口6与氩气进口7通过加热器2内壁与石墨坩埚3外壁之间的空隙8联通，炉体外套装有导气筒11，导气筒5的底部侧壁开有出气口12，出气口12与排气口6之间通过所述的导气筒与炉体之间的空隙13联通，且出气口12、排气口6的外侧空间分别封闭。导流筒5为锥形且由内导流筒、外导流筒构成。