專利名稱：用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直拉硅單晶生長(zhǎng)，尤其涉及一種用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝。
背景技術(shù)：
直拉硅單晶生長(zhǎng)爐要使用石英坩堝熔化多晶硅，通常根據(jù)所生長(zhǎng)的硅單晶的直徑的大小選用石英坩堝，現(xiàn)在常用的有外徑為18英寸、20英寸、22英寸、M英寸、洲英寸、32 英寸的石英坩堝。石英坩堝的形狀為上部開口、下部有底的圓筒形。在直拉硅單晶爐生長(zhǎng)硅單晶時(shí)，在石英坩堝內(nèi)存在熔體熱對(duì)流，熱對(duì)流是沿著坩堝壁上升，在熔體表面下流向坩堝的中心區(qū)域。熱對(duì)流對(duì)坩堝壁有很強(qiáng)的沖刷作用加快了石英坩堝壁的熔蝕速度，石英坩堝壁熔蝕是硅單晶中氧的來(lái)源，熱對(duì)流在熔體表面下流向坩堝的中心，加大了坩堝表面中心區(qū)的溫度波動(dòng)，尤其是在晶體生長(zhǎng)的開始階段。為降低單晶中的氧濃度、提高硅熔體表面中心區(qū)的溫度穩(wěn)定性，現(xiàn)在一般使用外加電磁場(chǎng)使硅熔體處在磁場(chǎng)的環(huán)境中，磁場(chǎng)的阻尼作用抑制熔體的熱對(duì)流，磁場(chǎng)的方向一般垂直于坩堝壁或熔體表面。但電磁場(chǎng)要消耗非常多電能，需要大的設(shè)備投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩禍。用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝包括坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、流液洞，坩堝內(nèi)的中心設(shè)有坩堝內(nèi)環(huán)，坩堝內(nèi)環(huán)下端與坩堝底部接觸處設(shè)有四個(gè)對(duì)稱分布的流液洞，流液洞的直徑為 10 20mm，坩堝內(nèi)環(huán)與坩堝同軸，坩堝和坩堝內(nèi)環(huán)的壁厚為8 12mm，坩堝內(nèi)環(huán)的外徑d與坩堝的外徑D之比為0. 5 0. 7，坩堝內(nèi)環(huán)的高度Ii2與坩堝的高度Ii1之比為0. 6 0. 8。所述坩堝和坩堝內(nèi)環(huán)的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶。本發(fā)明能夠有效抑制硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程中硅熔體中的熱對(duì)流，代替電磁場(chǎng)的作用， 簡(jiǎn)單又節(jié)能。能有效降低石英坩堝的熔蝕速度，提高硅熔體表面中心區(qū)的溫度穩(wěn)定性，降低硅單晶中的氧濃度。


圖1 (a)是用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝結(jié)構(gòu)主視圖； 圖1 (b)是用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝結(jié)構(gòu)俯視圖2是使用本發(fā)明的直拉硅單晶生長(zhǎng)爐結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝包括坩堝24、坩堝內(nèi)環(huán)23、流液洞 25，坩堝M內(nèi)的中心設(shè)有坩堝內(nèi)環(huán)23，坩堝內(nèi)環(huán)23下端與坩堝M底部接觸處設(shè)有四個(gè)對(duì)稱分布的流液洞25，流液洞25的直徑為10 20mm，坩堝內(nèi)環(huán)23與坩堝M同軸，坩堝M和坩堝內(nèi)環(huán)23的壁厚為8 12mm，坩堝內(nèi)環(huán)23的外徑d與坩堝M的外徑D之比為0. 5 0. 7，坩堝內(nèi)環(huán)23的高度Ii2與坩堝M的高度Ii1之比為0. 6 0. 8。所述坩堝M和坩堝內(nèi)環(huán)23的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。如圖2所示，使用本發(fā)明的直拉硅單晶生長(zhǎng)爐結(jié)構(gòu)示意圖包括提拉頭1、副爐室2、 鋼絲繩3、隔離閥4、夾頭5、晶種6、石英坩堝7、石墨坩堝8、加熱器9、隔熱體10、電極11、坩堝上升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)12、下部隔熱體13、加熱變壓器14、控制系統(tǒng)15、爐體16、單晶17、硅熔體 18、爐體溫度探頭19、上部保溫罩20、爐蓋21、直徑控制探頭22、坩堝內(nèi)環(huán)23、坩堝M和流液洞25。使用本發(fā)明的雙層坩堝生長(zhǎng)直拉硅單晶的方法與使用現(xiàn)在常用的石英坩堝完全一樣。先裝滿多晶硅于雙層坩堝內(nèi)環(huán)23、坩堝M內(nèi)，抽真空檢漏，加功率升溫，多晶硅完全熔化后，通過(guò)加熱變壓器14、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)15、爐體溫度探頭19的共同作用將熔體溫度穩(wěn)定到硅的熔點(diǎn)溫度以上10-30 C的范圍內(nèi)，提拉頭1下放鋼絲繩3、夾頭5和晶種6直到晶種和熔體熔接，熔接后通過(guò)熱變壓器14、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)15、爐體溫度探頭19、坩堝升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)12、提拉頭1的共同作用控制熔體的溫度、提拉速度、坩堝上升速度使硅單晶以晶種為中心長(zhǎng)大到目標(biāo)直徑后開始等徑生長(zhǎng)，在硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程中坩堝內(nèi)環(huán)23內(nèi)的熔體不斷轉(zhuǎn)變成硅單晶而消耗，坩堝內(nèi)環(huán)23外的熔體通過(guò)流液洞25進(jìn)入坩堝內(nèi)環(huán)23，使坩堝內(nèi)環(huán) 23內(nèi)外的液面高度保持一致。當(dāng)剩料達(dá)到規(guī)定值后開始晶體尾部生長(zhǎng)，尾部生長(zhǎng)完成后單晶與剩余熔體脫離，晶體生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝，其特征在于包括坩堝(M)、坩堝內(nèi)環(huán)(23)、 流液洞(25)，坩堝04)內(nèi)的中心設(shè)有坩堝內(nèi)環(huán)(23)，坩堝內(nèi)環(huán)03)下端與坩堝04)底部接觸處設(shè)有四個(gè)對(duì)稱分布的流液洞(25)，流液洞05)的直徑為10 20mm，坩堝內(nèi)環(huán)Q3) 與坩堝04)同軸，坩堝04)和坩堝內(nèi)環(huán)03)的壁厚為8 12mm，坩堝內(nèi)環(huán)Q3)的外徑d 與坩堝04)的外徑D之比為0.5 0.7，坩堝內(nèi)環(huán)03)的高度Ii2與坩堝04)的高度Ii1 之比為0. 6 0. 8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝，其特征在于所述坩堝 (24)和坩堝內(nèi)環(huán)的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于直拉硅單晶生長(zhǎng)的雙層坩堝。它包括坩堝、坩堝內(nèi)環(huán)、流液洞，坩堝內(nèi)的中心設(shè)有坩堝內(nèi)環(huán)，坩堝內(nèi)環(huán)下端與坩堝底部接觸處設(shè)有四個(gè)對(duì)稱分布的流液洞，流液洞的直徑為10～20mm，坩堝內(nèi)環(huán)與坩堝同軸，坩堝和坩堝內(nèi)環(huán)的壁厚為8～12mm，坩堝內(nèi)環(huán)的外徑d與坩堝的外徑D之比為0.5～0.7，坩堝內(nèi)環(huán)的高度h2與坩堝的高度h1之比為0.6～0.8。所述坩堝和坩堝內(nèi)環(huán)的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶。本發(fā)明能夠有效抑制硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程中硅熔體中的熱對(duì)流，代替電磁場(chǎng)的作用，簡(jiǎn)單又節(jié)能。能有效降低石英坩堝的熔蝕速度，提高硅熔體表面中心區(qū)的溫度穩(wěn)定性，降低硅單晶中的氧濃度。
文檔編號(hào)C30B15/10GK102409396SQ201110407868
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者曾澤斌 申請(qǐng)人:曾澤斌