多层坩埚及具有其的长晶炉的制作方法

1.本实用新型具体是一种多层坩埚及具有其的长晶炉，属于半导体技术领域。


背景技术：

2.连续直拉法(ccz法)是一种在晶棒生长时不断地添加硅原料以保持硅熔汤量不变，使整个长晶制程处于稳定状态的单晶硅生长工艺。ccz法可以减少ccz法电阻率轴向偏析的现象，也可以长出较长的晶棒以增加产量，ccz的单晶炉上装有储存颗粒硅原料的漏斗，并与一个振动给料器相连。ccz使用的坩埚为双层或者多层坩埚，颗粒硅通过加料器加入到外层坩埚内，石英挡板能够有效隔绝加料引起的熔液扰流，防止内层坩埚的拉制过程受到加料过程影响。
3.现有技术中的多层坩埚的散热面积较大，导致熔汤热量损失，或者化料不充分，进而需要提高加热器功率，增加了能耗。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种多层坩埚及具有其的长晶炉，能够减少坩埚散热面积，从而减少熔汤热量损失，无需提高加热器功率即可使坩埚内部的料充分熔化。
5.为实现上述目的，一方面本实用新型提供一种多层坩埚，包括：
6.从内到外依次同轴设置的内坩埚、中坩埚和外坩埚；
7.所述内坩埚限定出晶体生长空间，所述中坩埚与所述内坩埚限定出熔料空间，所述中坩埚与所述外坩埚限定出加料空间；
8.在所述熔料空间中，沿所述内坩埚的周向设置有第一遮挡件，所述第一遮挡件与所述内坩埚的侧壁以及所述中坩埚的侧壁连接；
9.所述内坩埚的侧壁形成有连通所述晶体生长空间与所述熔料空间的第一过孔，所述中坩埚的侧壁形成有连通所述熔料空间与所述加料空间的第二过孔，所述第一过孔靠近所述内坩埚的底壁设置，所述第二过孔靠近所述中坩埚的底壁设置。
10.进一步地，在所述外坩埚轴向方向的截面中，所述第一过孔与第二过孔分别设置于内坩埚的轴线两侧。
11.进一步地，在所述内坩埚轴向方向的截面中，所述第一遮挡件呈向远离所述内坩埚的底壁凸起的弧形结构。
12.进一步地，在所述加料空间中，沿所述中坩埚的周向设置第二遮挡件，所述第二遮挡件与所述外坩埚的侧壁以及所述中坩埚的侧壁连接，所述第二遮挡件沿所述中坩埚的周向具有环形的加料口。
13.进一步地，在所述外坩埚轴向方向的截面中，所述第二遮挡件呈向所述外坩埚的底壁凸起的弧形结构。
14.进一步地，在所述熔料空间中，沿所述中坩埚的周向设置第三遮挡件，所述第三遮
挡件设置于所述第一遮挡件的下方，所述第一遮挡件、所述第三遮挡件、所述内坩埚的侧壁和所述中坩埚的侧壁共同限定出隔热空间。
15.进一步地，在所述中坩埚轴向方向的截面中，所述第三遮挡件呈向远离所述外坩埚的底壁凸起的弧形结构，或者呈向所述外坩埚的底壁凸起的弧形结构。
16.进一步地，所述内坩埚的底壁与所述中坩埚的底壁以及所述外坩埚的底壁叠设连接共同形成多层坩埚的底壁。
17.进一步地，所述内坩埚的底壁以其轴线为中心限定出第一底口，所述外坩埚的底壁以其轴线为中心限定出第二底口，在所述中坩埚轴向方向的截面中，所述中坩埚的底壁呈远离熔汤液面的弧形结构，所述中坩埚的底壁延伸至所述第二底口外。
18.另一方面，本实用新型还提供了一种长晶炉，包括如第一方面中任一项所述的多层坩埚。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.1)本实用新型熔料空间上部设置有第一遮挡件，减少了熔料空间内熔汤的热量散失，加料空间上部设置有第二遮挡件，减少了加料空间内熔汤的热量散失，同时在熔料空间内还设置有第三遮挡件，并与第一遮挡件、内坩埚侧壁和外坩埚侧壁形成一个隔热空间，进一步减少了熔料空间内熔汤热量的散失，从而减少了对晶体生长空间内熔汤温度的影响，同时熔汤的热量散失减少了，保证了化料的温度，因此，也保证了加入的颗粒硅在坩埚内充分熔化。
21.2)本实用新型内坩埚底壁设有第一过孔，中坩埚底壁设有第二过孔，第一过孔和第二过孔连通了晶体生长空间、熔料空间和加料空间，随着晶体生长空间内熔汤的减少，熔料空间内的熔汤会通过其底部的过孔不断的渗入到晶体生长空间内，以使晶体生长空间内的熔汤表面始终保持在设定的水平线上，同时这种加料方式不会对熔汤表面造成波动，有利于提高晶棒的生长质量。而第一过孔和第二过孔设置于内坩埚轴线两侧，熔料空间的熔汤沿着内坩埚和中坩埚侧壁流入第一过孔，从而进入到晶体生长空间内，熔汤沿着内、外坩埚侧壁流动时，进一步提高了熔汤的温度，有利于充分化料，同时减少了对晶体生长空间内熔汤温度的影响，使其温度符合晶棒生长的工艺要求。
22.3)由于本实用新型提供的多层坩埚具有由第一遮挡件、第三遮挡件、内坩埚的侧壁和中坩埚的侧壁共同限定出隔热空间，可以减少坩埚内熔汤的热量散失，在一定程度上可降低加热器的加热功率，节省了电力能源，降低了企业的生产成本。
23.4)由于本实用新型中坩埚和外坩埚上部均设置有遮挡件，即使中坩埚和外坩埚内的熔汤表面发生飞溅的情况，由于遮挡件的作用也不会飞溅到内坩埚中，对内坩埚中的熔汤液面造成波动，提高了长晶品质。
附图说明
24.图1是本实用新型一实施例结构示意图；
25.图2是本实用新型一实施例结构示意图；
26.图3是本实用新型一实施例结构示意图。
27.附图标记：
28.10-外坩埚；11-第二遮挡件；111-加料口；12-第二底口；13-加料空间；
29.20-中坩埚；21-第一遮挡件；22-第三遮挡件，23-隔热空间；24-第二过孔；25-熔料空间；
30.30-内坩埚；31-第一过孔；32-第一底口；33-晶体生长空间。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
32.参见图1，本实施例一种多层坩埚，包括同轴设置的内坩埚30、外坩埚10和中坩埚20。其中，外坩埚10设置于最外侧，中坩埚20设置于内坩埚30与外坩埚10之间。内坩埚30限定出晶体生长空间33，为晶棒生长提供原料。中坩埚20的侧壁与内坩埚30的侧壁限定出熔料空间25，中坩埚20的侧壁与外坩埚10的侧壁限定出加料空间13。
33.内坩埚30的侧壁在靠近其底壁处形成有第一过孔31，第一过孔31连通晶体生长空间33与熔料空间25，中坩埚20侧壁在靠近其底壁处形成有第二过孔24，第二过孔24连通熔料空间25与加料空间13。
34.在熔料空间25中(即在内坩埚30与中坩埚20之间)设置有第一遮挡件21，第一遮挡件21沿内坩埚30的侧壁的周向设置，并与中坩埚20的侧壁连接。
35.该实施例中，硅颗粒加入到外坩埚10中(图中箭头所示为加料方向)，在外坩埚10内熔化，熔化后的硅颗粒即熔汤通过第二过孔24进入到中坩埚20，并存储在中坩埚20内，当内坩埚30中的熔汤减少时，中坩埚20内的熔汤通过第一过孔31补入到内坩埚30中，以保证内坩埚30中的熔汤量始终在工艺要求的范围内。而在这个过程中会导致熔汤的热量散失，因此，为了减少熔汤的热量散失，本实施例在中坩埚20上部设置第一遮挡件21，第一遮挡件21减小了熔料空间25上部开口面积，阻止了中坩埚20内大部分的热量外散，有效地减少了中坩埚20内熔汤的热量散失，相对于现有的坩埚可减少对加热功率的需求，节省了电力能耗，降低了企业的生产成本。
36.又由于第一过孔31设置于内坩埚30的底壁，熔汤是从内坩埚30的底壁缓慢渗入到内坩埚30中，因此，不会对内坩埚30中熔汤的表面造成波动，从而保证了晶棒的生长质量。
37.为了减少坩埚内熔汤热量的散失，在一些实施例中，如图1所示，在内坩埚轴向方向的截面中，第一过孔31和第二过孔24分别设置于内坩埚30的轴线两侧。本实施例中坩埚20内的熔汤通过第一过孔31进入到内坩埚30中时，由于第一过孔31和第二过孔24设置于内坩埚30的轴线两侧，所以熔汤进入到中坩埚20后会沿着中坩埚20和内坩埚30的侧壁移动一段距离，然后再通过第一过孔31进入到内坩埚30中，而熔汤沿坩埚侧壁移动的过程中，坩埚侧壁的温度会对熔汤进行再次加热，使进入到内坩埚30中的熔汤温度接近于甚至等于内坩埚30中原有熔汤的温度。第一过孔31和第二过孔24可设置多个，如3-5个。当然，第一过孔31和第二过孔24也可根据实际需要进行设置，如环形间隔设置在内坩埚30和中坩埚20的底壁，第一过孔31和第二过孔24的孔径也可根据实际需要设置，最大孔径不建议超过15mm，因为孔径过大，可能会造成熔汤液面波动，从而对晶棒生长质量造成影响。
38.为了减少外坩埚10内熔汤热量的散失，在一些实施例中，还包括第二遮挡件11，第二遮挡件11设置于外坩埚10与中坩埚20之间，且第二遮挡件11一侧与中坩埚20的侧壁连接，另一侧与外坩埚10的侧壁连接，第二遮挡件11具有环形的加料口111。颗粒硅通过该加料口111加入到外坩埚10内。第二遮挡件11减小了外坩埚10上部开口面积，从而减少了外坩
埚10内的热量散失，有效地防止了外坩埚10内的熔汤温度下降快过，从而避免了降低坩埚内整体熔汤的温度。
39.参见图2，为了进一步减少中坩埚20内熔汤热量的散失，在一些实施例中，还包括第三遮挡件22，第三遮挡件22设置于所述第一遮挡件21的下方，且设置于内坩埚30和中坩埚20之间，换言之，第三遮挡件22的一侧连接于内坩埚30外侧壁，另一侧连接于中坩埚20内侧壁，第一遮挡件21、第三遮挡件22、内坩埚30的侧壁和中坩埚20的侧壁共同限定出密封的隔热空间23，隔热空间23对内坩埚30中的熔汤具有一定的保温作用，因此，进一步减少了内坩埚30中熔汤的热量散失。
40.参见图1至图3，为了进一步减少中坩埚20内的热量散失，在一些实施例中，第一遮挡件21为沿熔料空间25周向设置的环形结构，环形结构密封了整个熔料空间25上部，有效地防止了熔料空间25内熔汤热量的散失，第一遮挡件21沿内坩埚30轴向方向的截面呈向远离外坩埚10的底壁凸起的弧形结构。当然，第一遮挡件21也可以根据需要设计成其他形状，如第一遮挡件21沿内坩埚30轴向方向的截面，呈向外坩埚10的底壁凸起的弧形结构。
41.参见图2和图3，在一些实施例中，第三遮挡件22为沿加料空间13周向设置的环形结构，用于密封熔料空间25上部，进一步阻止了熔料空间25内熔汤的热量散失；第三遮挡件22沿内坩埚30轴向方向的截面，呈向远离外坩埚10的底壁凸起的弧形结构，或者呈向外坩埚10的底壁凸起的弧形结构。当然，也可以根据实际需要设计成其他形状。
42.参见图1和图2，在一些实施例中，第二遮挡件11沿外坩埚10轴向方向的截面呈向远离外坩埚10的底壁凸起的弧形结构，但是这种结构在加料时，硅颗粒有可能落在第二遮挡件11与外坩埚10和内坩埚30侧壁形成的夹角内，从而造成原料的浪费。因此，为了解决上述问题，保证加入的硅颗粒能够全部落入到外坩埚10内，在一些实施例中，第二遮挡件11沿外坩埚10轴向方向的截面呈向外坩埚10的底壁凸起的弧形结构，参见图3，由于第二遮挡件11的弧度向外坩埚10底壁凸起，因此，硅颗粒即使落到第二遮挡件11上，也会顺着第二遮挡件11的弧度全部落入到外坩埚10内，避免了原料的浪费，从而降低了企业的生产成本。
43.参见图3，为了增加坩埚的稳定性，在一些实施例中，内坩埚30的底壁以其轴线为中心限定出第一底口32，外坩埚10的底壁以其轴线为中心限定出第二底口12，中坩埚20的底壁沿中坩埚20轴向方向的截面呈远离熔汤液面(未视出)的弧形结构，即向坩埚外凸出的弧形结构，中坩埚20的底壁延伸至第二底口12外，内坩埚30的底壁与中坩埚20的底壁以及外坩埚10的底壁叠设共同形成多层坩埚的底壁。本实施例多层坩埚底部叠设，增加了坩埚底部的厚度，一方面增加了坩埚整体的稳定性，另一方面增加了坩埚整体的保温性，进一步减少了坩埚内部熔汤热量的散失。另外，内坩埚30、中坩埚20和外坩埚10底壁均有弧度，即各层坩埚底部均有弧度，有效地避免了磕碰，降低了坩埚损坏的概率，延长了坩埚的使用寿命。内坩埚30、中坩埚20和外坩埚10共同叠设出的底壁也可一体成型。
44.本实施例中，内坩埚30和中坩埚20均包括侧壁和弧形底壁，为了增加内坩埚30的稳定性，第三遮挡件22内侧连接于内坩埚30的弧形底壁靠近其侧壁的位置，第三遮挡件22外侧连接于中坩埚20的弧形底壁靠近其侧壁的位置。第三遮挡件22设置于该位置的优势在于：一方面阻止了熔料空间25熔汤的热量散失，另一方面加强了内坩埚30的底部的支撑，使得整个多层坩埚结构更加稳固。
45.为了进一步增加内坩埚30、中坩埚20和外坩埚10底壁叠设的稳定性，第一底口32
与第二底口12均为圆形，第二底口12的直径大于第一底口32的直径。本实施例中，内坩埚30、中坩埚20和外坩埚10底壁叠设时，内坩埚30底壁的第一底口32落于外坩埚10的第二底口12上，进一步对内坩埚30的位置进行了限位，进一步增加了多层坩埚的底壁结构的稳固性，同时便于内坩埚30的安装。
46.根据本实用新型实施例的长晶炉，包括：根据本实用新型上述实施例的多层坩埚。
47.多层坩埚包括：同轴设置的内坩埚30、外坩埚10和中坩埚20。其中，外坩埚10设置于最外侧，中坩埚20设置于内坩埚30与外坩埚10之间。内坩埚30限定出晶体生长空间33，为晶棒生长提供原料。中坩埚20的侧壁与内坩埚30的侧壁限定出熔料空间25，中坩埚20的侧壁与外坩埚10的侧壁限定出加料空间13。
48.内坩埚30的侧壁在靠近其底壁处形成有第一过孔31，第一过孔31连通晶体生长空间33与熔料空间25，中坩埚20侧壁在靠近其底壁处形成有第二过孔24，第二过孔24连通熔料空间25与加料空间13。
49.在熔料空间25中(即在内坩埚30与中坩埚20之间)设置有第一遮挡件21，第一遮挡件21沿内坩埚30的侧壁的周向设置，并与中坩埚20的侧壁连接。
50.本实用新型实施例的长晶炉限定出炉室，炉室中设置上述实施例的多层坩埚，在熔料空间25上部设置第一遮挡件21，减少了熔料空间25内熔汤的热量散失，在加料空间13上部设置第二遮挡件11，减少了加料空间13内熔汤的热量散失，同时在熔料空间25内还设置有第三遮挡件22，并与第一遮挡件21、内坩埚30侧壁和外坩埚10侧壁形成一个隔热空间23，进一步减少了熔料空间25内熔汤热量的散失，从而减少了对晶体生长空间33内熔汤温度的影响，同时熔汤的热量散失减少了，保证了化料的温度，因此，也保证了加入的颗粒硅在坩埚内充分熔化。
51.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。
52.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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.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，还可以是通信；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。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。
54.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。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。