组合坩埚的制作方法

1.本实用新型涉及半导体材料制备技术领域，特别是涉及一种用于连续直拉单晶硅生产的组合坩埚。


背景技术：

2.目前，随着颗粒硅技术的逐渐成熟，单晶硅拉晶技术正逐步由多次拉晶技术(recharged czocharlski，rcz)向连续拉晶技术(continuous czocharlski，ccz)过渡，ccz技术能有效提高拉晶产量，降低坩埚损耗与生产成本。
3.当前，ccz技术使用的三层坩埚拉晶技术，三层坩埚与硅液接触面积大，导致晶棒杂质含量较高、少子寿命偏低；另外，ccz技术使用的双层坩埚拉晶技术，虽然降低了双层坩埚与硅液的接触面积，但由于坩埚层数过少，外坩埚硅液由熔化区进入长晶区对温度梯度稳定性具有较大冲击，导致拉晶成功率降低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对ccz技术使用的坩埚与硅液接触面积大，且连续加料对中心拉晶区域温度稳定性造成影响的问题，提供一种组合坩埚。
5.一种组合坩埚，包括内坩埚、外坩埚及挡板，其中：
6.所述外坩埚绕设于所述内坩埚外部，且与所述内坩埚共用内坩埚侧壁，均呈一端开口的筒状结构；
7.所述挡板的两端部分别固定在所述内坩埚侧壁、所述外坩埚上，且将所述外坩埚分割为熔化区和过渡区，所述过渡区与所述熔化区相连通，且与所述内坩埚相连通。
8.上述组合坩埚，外坩埚绕设于内坩埚外部，且与内坩埚共用内坩埚侧壁，外坩埚与内坩埚均呈一端开口的筒状结构，外坩埚与内坩埚侧壁形成有用于连续加料、熔化硅料的加料区，内坩埚形成有用于晶体生长的生长区。挡板的两端分别固定在内坩埚侧壁、外坩埚上，且挡板将外坩埚加料区分割为熔化区和过渡区，过渡区与熔化区相连通，用于在熔化区中熔化的硅料进入至过渡区中，且过渡区与内坩埚相连通，用于在过渡区中的硅液进入至生长区中参与晶体的生长，过渡区的设置能够减小组合坩埚与硅液的接触面积，且有效避免新添加的硅料直接从熔化区进入生长区，造成温度波动，影响晶体的生长，同时还能避免未熔化的硅料直接进入至生长区中参与晶体的生长，有效提高单晶硅的品质，降低生产成本。
9.在其中一个实施例中，所述挡板上开设有至少一个贯穿其厚度的第一进料孔，所述过渡区对应的所述内坩埚侧壁上开设有至少一个贯穿其厚度的第二进料孔。
10.在其中一个实施例中，至少有一组第二进料孔位于远离对应的第一进料孔的一侧。
11.在其中一个实施例中，所述第二进料孔位于所述过渡区对应的所述内坩埚侧壁上远离所述内坩埚开口端的一侧。
12.在其中一个实施例中，所述第一进料孔为圆孔和/或锥形孔，且其为锥形孔时，朝向所述第二进料孔呈渐扩状，所述第二进料孔为圆孔和/或锥形孔，且其为锥形孔时，朝向所述内坩埚中心线呈渐扩状。
13.在其中一个实施例中，所述第一进料孔与所述第二进料孔的直径为8mm
‑
20mm。
14.在其中一个实施例中，所述挡板连接到所述内坩埚侧壁上靠近所述内坩埚开口端的一侧，且与所述内坩埚侧壁远离所述内坩埚开口端的一侧的夹角小于或等于90
°
，所述挡板向着远离所述内坩埚开口端的一侧呈凹陷状。
15.在其中一个实施例中，所述组合坩埚包括底壁、第一侧壁及第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁呈筒状结构，且一端部分别固定在所述底壁的同一侧，所述第二侧壁间隔设置在所述第一侧壁内，且与所述底壁围成所述内坩埚，与所述底壁以及第一侧壁围成所述外坩埚。
16.在其中一个实施例中，所述挡板为环状结构，且所述第一侧壁和所述第二侧壁与所述挡板三者同轴设置。
17.在其中一个实施例中，所述底壁朝向所述内坩埚开口端呈凹陷状。
附图说明
18.图1为本实用新型提供的一种组合坩埚的整体结构剖视图；
19.图2为本实用新型提供的另一种组合坩埚的整体结构剖视图；
20.图3为本实用新型提供的挡板的结构示意图。
21.附图标记：
22.100、组合坩埚；
23.110、内坩埚；111、内坩埚侧壁；112、第二进料孔；113、底壁；114、第二侧壁；
24.120、外坩埚；121、第一侧壁；
25.130、挡板；131、第一进料孔；
26.140、熔化区；
27.150、过渡区；
28.160、生长区。
具体实施方式：
29.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型
的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
35.下面结合附图介绍本实用新型实施例提供的技术方案。
36.如图1、图2所示，本实用新型提供了一种组合坩埚100，用于连续直拉单晶硅的生产，该组合坩埚100包括内坩埚110、外坩埚120及挡板130，其中：
37.外坩埚120绕设于内坩埚110外部，即外坩埚120的内径大于内坩埚110的外径，且外坩埚120与内坩埚110共用内坩埚侧壁111，外坩埚120与内坩埚110均呈一端开口的筒状结构。其中，外坩埚120与内坩埚110均为高纯度石英材料制成，内坩埚110与外坩埚120可以是通过模具一体成型，也可以将内坩埚110与外坩埚120通过模具分别成型后组合在一起。当然，在其它对于导热性能要求较高的场合，内坩埚110与外坩埚120也可采用石墨制成，对于内坩埚110与外坩埚120的具体材料本实用新型不做限制。
38.挡板130的两端部分别固定在内坩埚侧壁111、外坩埚120上，挡板130将外坩埚120分割为熔化区140和过渡区150，过渡区150与熔化区140相连通，且过渡区150与内坩埚110相连通。这里需要说明的是，挡板130可以是采用与外坩埚120、内坩埚110同种高纯度石英材料制成，此时，挡板130可以与外坩埚120、内坩埚110通过模具一体成型；挡板130也可以是采用其它耐高温金属材料制成，此时，挡板130可以在内坩埚110、外坩埚120成型之后通过卡接、嵌套等方式固定在内坩埚侧壁111、外坩埚120上。
39.上述组合坩埚100，外坩埚120绕设于内坩埚110外部，且与内坩埚110共用内坩埚侧壁111，外坩埚120与内坩埚110均呈一端开口的筒状结构，外坩埚120与内坩埚侧壁111形成有用于连续加料、熔化硅料的加料区，内坩埚110形成有用于晶体生长的生长区160。挡板130的两端分别固定在内坩埚侧壁111、外坩埚120上，且挡板130将外坩埚120加料区分割为
熔化区140和过渡区150，过渡区150与熔化区140相连通，用于在熔化区140中熔化的硅料进入至过渡区150中，且过渡区150与内坩埚110相连通，用于在过渡区150中的硅液进入至生长区160中参与晶体的生长，过渡区150的设置能够减小组合坩埚100与硅液的接触面积，且有效避免新添加的硅料直接从熔化区140进入生长区160，造成温度波动，影响晶体的生长，同时还能避免未熔化的硅料直接进入至生长区160中参与晶体的生长，有效提高单晶硅的品质，降低生产成本。
40.为实现过渡区150与熔化区140的连通，以及过渡区150与内坩埚110的连通，一种优选实施方式，如图1、图2及图3所示，在挡板130上开设有至少一个贯穿挡板130厚度的第一进料孔131，过渡区150对应的内坩埚侧壁111上开设有至少一个贯穿内坩埚侧壁111厚度的第二进料孔112。其中，第一进料孔131可以是与挡板130一体成型的，也可以是在挡板130成型后通过开孔辅助工具开设而成；同样地，第二进料孔112可以是与内坩埚110一体成型，也可以是在内坩埚110成型后通过开孔辅助工具开设而成。
41.上述组合坩埚100，在挡板130上开设有一个至少贯穿挡板130厚度第一进料孔131，第一进料孔131连通过渡区150与熔化区140，在熔化区140中熔化的硅料可以通过第一进料孔131进入至过渡区150中；在过渡区150对应的内坩埚侧壁111上开设有至少一个贯穿内坩埚侧壁111厚度的第二进料孔112，过渡区150中的硅液可以通过第二进料孔112进入至生长区160中参与晶体的生长。开设多个第一进料孔131与多个第二进料孔112可以加快硅液的流动速度，提高单晶硅的生产效率。
42.为使得加入至外坩埚120中的硅料充分熔化，具体地，如图1、图2所示，至少有一组第二进料孔112位于远离对应的第一进料孔131的一侧。当挡板130上只开设有一个第一进料孔131时，以及内坩埚侧壁111上对应只开设有一个第二进料孔112时，第一进料孔131远离第二进料孔112设置，可延长过渡区150中的硅液进入至生长区160的路径，避免第一进料孔131与第二进料孔112位置过近，进入至过渡区150中未熔化的硅料立即进入至生长区160中参与晶体的生长，影响单晶硅的质量。当挡板130上开设有多个第一进料孔131，以及内坩埚侧壁上开设有多个第二进料孔112时，只需其中至少有一组第二进料孔112设置在远离第一进料孔131时，即使其中有第一进料孔131靠近第二进料孔112设置，部分过渡区150中的硅液进入至生长区160中参与晶体生长的路径也能被延长，单晶硅的质量也能得到改善，且多个第一进料孔131与多个第二进料孔112能够加快硅液的流动速度，提高单晶硅的生产效率。
43.为使得过渡区150中的硅液能够尽可能多的进入到生长区160中参与晶体的生长，具体地，如图1、图2所示，第二进料孔112位于过渡区150对应的内坩埚侧壁111上远离内坩埚110开口端的一侧。过渡区150中的硅液能够通过第二进料孔112尽可能多的进入至生长区160中参与晶体的生长，避免过多的硅液残留在过渡区150底部无法进入至生长区160中参与晶体的生长，造成硅液的浪费，降低单晶硅的生产效率。
44.为进一步提高单晶硅的生产效率和质量，如图1、图2及图3所示，具体地，第一进料孔131为圆孔和/或锥形孔，且当第一进料孔131为锥形孔时，第一进料孔131朝向第二进料孔112呈渐扩状，第二进料孔112为圆孔和/或锥形孔，且当第二进料孔112为锥形孔时，第二进料孔112朝向内坩埚110中心线呈渐扩状。当然，第一进料孔131与第二进料孔112的具体结构形式不局限于上述优选实施方式提供的圆孔和/或锥形孔，还可为其他能够满足将过
渡区150与熔化区140相连通，且将过渡区150与内坩埚110相连通的结构形式，如，矩形孔、多边形孔等，对于第一进料孔131与第二进料孔112的具体结构形式本实用新型不做限制。
45.上述组合坩埚100，将第一进料孔131和第二进料孔112设置为圆孔时，简化制造工艺，降低组合坩埚100的制造成本。将第一进料孔131设置为锥形孔时，由于第一进料孔131朝向第二进料孔112呈渐扩状，在熔化区140中熔化后的硅料易通过第一进料孔131进入至过渡区150中，同时，在熔化区140中未熔化的硅料由于粒径较大，不易通过渐扩状的第一进料孔131进入至过渡区150中；将第二进料孔112设置为锥形孔时，由于第二进料孔112朝向内坩埚110中心线呈渐扩状，在过渡区150中的硅液易通过第二进料孔112进入至生长区160中参与晶体生长，同时也能够阻碍部分通过渐扩状的第一进料孔131进入至过渡区150中的硅料通过渐扩状的第二进料孔112进入至生长区160中参与晶体生长，对单晶硅的生产效率和质量造成影响。
46.为进一步提高单晶硅的生产效率和质量，如图1、图2及图3所示，具体地，第一进料孔131与第二进料孔112的直径为8mm
‑
20mm，既有利于熔化后的硅料在第一进料孔131与第二进料孔112之间的流动性，又可避免当第一进料孔131与第二进料孔112直径过大时，未熔化的大颗粒硅料通过第一进料孔131与第二进料孔112进入至生长区160中参与晶体的生长，对单晶硅的质量造成影响；当第一进料孔131与第二进料孔112的直径过小时，硅料在第一进料孔131与第二进料孔112之间的流动性较差，影响单晶硅的生产效率。在具体设置时，第一进料孔131的直径可以为8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm，同样地，第二进料孔112的直径也可以为8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm，当然，第一进料孔131与第二进料孔112的直径并不局限于上述范围值，还可以为8mm
‑
20mm这一范围内的其他数值。另外，对于添加的硅料粒径较大或较小的场合，第一进料孔131与第二进料孔112的直径不局限于上述直径设置范围，也可以是8mm
‑
20mm这一范围之外的数值，第一进料孔131与第二进料孔112可根据添加的硅料粒径大小对应设置。
47.为避免在高温条件下因内坩埚110与外坩埚120的软化，导致挡板130的坍塌脱离，如图1、图2所示，一种优选实施方式，挡板130连接到内坩埚侧壁111上靠近内坩埚110开口端的一侧，且挡板130与内坩埚110侧壁远离内坩埚110开口端的一侧的夹角小于或等于90
°
。由于硅料熔化所需的温度较高，内坩埚110与外坩埚120均有一定程度的软化，此时，由于挡板130与外坩埚120、内坩埚侧壁111有支撑力的作用，不易向着远离内坩埚110开口端的一侧滑落，导致挡板130的坍塌脱落。如图1所示，当挡板130与内坩埚侧壁111远离内坩埚110开口端的一侧夹角小于90
°
时，挡板130与外坩埚120、内坩埚110侧壁的支撑力作用更大，稳固性更好；如图2所示，当挡板130与内坩埚侧壁111远离内坩埚110开口端的一侧夹角等于90
°
时，能够简化组合坩埚100的制造工艺，节省组合坩埚100的制造成本。且挡板130向着远离内坩埚110开口端的一侧呈凹陷状，能够进一步加强挡板130与外坩埚120、内坩埚侧壁111的稳固性，防止挡板130的坍塌脱落。
48.为丰富组合坩埚100的结构形式，如图1所示，一种优选实施方式，组合坩埚100包括底壁113、第一侧壁121及第二侧壁114，且第一侧壁121与第二侧壁114呈筒状结构，且第一侧壁121和第二侧壁114的一端部均固定在底壁113的同一侧，第二侧壁114间隔设置在第一侧壁121内，且第二侧壁114与底壁113围成内坩埚110，以形成用于晶体生长的生长区160，第二侧壁114与底壁113以及第一侧壁121围成外坩埚120，以形成用于添加硅料的加料
区。其中，第一侧壁121、第二侧壁114以及底壁113可以是通过模具一体成型，也可以是第一侧壁121、第二侧壁114以及底壁113通过模具分别成型之后组合在一起。本实用新型对于组合坩埚100的成型方式不做限制。
49.为便于组合坩埚100的成型与安装，具体地，如图1、图2及图3所示，挡板130为环状结构，且第一侧壁121、第二侧壁114与挡板130三者同轴设置，使得挡板130在嵌设固定于第一侧壁121、第二侧壁114的过程中更易定位，且为组合坩埚100在与其他工装配合时提供定位中心，便于安装。
50.为促进硅料的熔化，具体地，如图1、图2所示，底壁113朝向内坩埚110开口端呈凹陷状，一方面，在对外坩埚120进行加热时，底壁113的受热面积更大，受热更加均匀，能够较好的促进硅料的熔化；另一方面，底壁113呈凹陷状能够容纳更多的硅液。当然，对于硅料熔化速度和均匀性要求较低的场合，也可采用其他底壁113结构形式，如，平面状，本实用新型不做限制。
51.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
52.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。