具有多熔体区的坩埚的制作方法

1.本实用新型涉及硅晶体生长技术领域，具体为一种具有多熔体区的坩埚。


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法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法使用的坩埚为双层坩埚，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.然而现有技术中，从硅料在外层坩埚加料熔化成熔汤后，从外坩埚流入内坩埚的过程中仍存在对内坩埚的涡流扰动、造成晶体生长液面不稳定的问题，并且，坩埚内熔汤的温度必须被维持在足够高的温度以防止熔汤过早凝固，因此有必要增加坩埚内熔汤的热传递以维持熔体的温度。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术不足，本实用新型的目的是提供一种具有多熔体区的坩埚，以解决背景技术中提出的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提供一种具有多熔体区的坩埚，包括：
7.第一坩埚，包括：第一侧壁、第一底壁；
8.第二坩埚，设置于所述第一坩埚内，且与所述第一坩埚的轴线重合，所述第二坩埚包括：第二侧壁、第二底壁，所述第二侧壁和所述第二底壁限定形成晶体生长区，所述第二底壁沿径向方向向外延伸与所述第一侧壁相接，所述第二侧壁的外侧与第二底壁之间沿所述第二坩埚的周向设有隔离壁；
9.所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第二底壁以及所述隔离壁限定形成加料区，所述第二底壁、所述第一侧壁和所述第一底壁限定形成第一熔体区，所述第二底壁、所述隔离壁和所述第二侧壁限定形成第二熔体区；
10.所述第二底壁上开设有连通所述加料区和所述第一熔体区的第一过孔，以及连通所述第一熔体区和所述第二熔体区的第二过孔，所述第二侧壁开设有连通所述第二熔体区和所述晶体生长区的第三过孔。
11.进一步地，所述第一侧壁包括从上到下一体成型的第一直筒段、第一倒角段；所述第二侧壁包括从上到下一体成型的第二直筒段、第二倒角段和支撑段，所述支撑段与所述第二底壁连接。
12.进一步地，所述第二过孔和所述第三过孔均为一个，在经过所述第一坩埚轴线的剖切面上，所述第三过孔与所述第二过孔分别设置在所述第一坩埚轴线的两侧。
13.进一步地，所述第二过孔和所述第三过孔均为多个，多个第二过孔沿所述第二底壁周向均匀设置，多个所述第三过孔沿所述支撑段周向均匀设置，且所述第三过孔和所述第二过孔交错设置。
14.进一步地，所述支撑段呈孔径从上到下逐渐减小的筒状结构，所述第二直筒段与所述支撑段通过第二倒角段连接。
15.进一步地，所述隔离壁的上端与所述第二倒角段连接，在从下到上的方向上，所述隔离壁向所述第二坩埚轴线方向倾斜，以使所述隔离壁和所述支撑段形成对所述第二坩埚的支撑。
16.进一步地，在所述第二坩埚轴线方向上，所述隔离壁的上端连接于所述第二倒角段的中心位置。
17.进一步地，在所述第一坩埚轴线方向上，所述第二底壁连接于所述第一倒角段的中心位置。
18.进一步地，所述第一底壁和所述第二底壁均呈向外凸起的弧状结构。
19.进一步地，在从下至上的方向上，所述第二过孔朝向所述隔离壁一侧倾斜设置；
20.在第二侧壁向所述第二坩埚轴线的方向上，所述第三过孔倾斜向下设置。
21.本实用新型的有益效果在于：
22.(1)本实用新型的坩埚，包括第一坩埚、第二坩埚和隔离壁，三者限定出晶体生长区、加料区、第一熔体区和第二熔体区，本实用新型的坩埚利用连通器原理，硅料加入至加料区后，在大气压力的作用下，硅料和部分熔汤通过第一过孔落入第一熔体区中，在第一熔体区化料成熔汤。熔汤通过第二过孔由第一熔体区进入第二熔体区，再通过第三过孔进入第二坩埚的晶体生长区进行生长晶棒。由于第一熔体区熔汤需要通过第二熔体区才能流至晶体生长区，第二熔体区可以适于构造成“熔融区”，使得熔汤具有足够的受热时间，且便于熔化后形成的熔汤提供足够的混合空间，从而有利于提升晶体生长区内熔汤的均匀性，同时还可以防止未完全熔化的硅材料直接进入晶体生长区造成杂质，便于生产出较高品质的晶棒。而且，通过设置第二熔体区以将晶体生长区与第一熔体区隔开，可以避免加料过程中液面受到扰动，有利于保证加料过程中液面的稳定性，便于实现晶棒稳定生长，保证生产稳定。
23.(2)第二侧壁包括从上到下一体成型的第二直筒段、第二倒角段和支撑段，支撑段呈孔径从上到下逐渐减小的筒状结构，支撑段顶部孔径小于第二直筒段的孔径，第二直筒段的设置，预留给晶棒足够的生长空间，第二倒角段和支撑段的设置，预留给第二熔体区空间较多，同时增大了第二侧壁下部与第二熔体区的接触面积，使得第二熔体区与晶体生长区内熔汤温度更为接近，有利于维持熔汤的温度，有利于晶棒生长。
24.(2)本实用新型中隔离壁和支撑段形成对第二坩埚的支撑。同时，隔离壁的上端连接于第二倒角段的中心位置，设置在此处，隔离壁对第二倒角段支撑效果最好，防止第二坩埚的第二倒角段在高温环境下开裂。同时，第二坩埚底壁连接于外倒角段的中心位置，第二底壁可以对第一倒角段形成内支撑，防止第一坩埚的第一倒角段在高温环境下开裂。
25.(3)本实用新型第二过孔在从下至上的方向上，朝向隔离壁一侧倾斜设置，第三过孔在从外到内的方向上，向下倾斜，并且熔汤从第二过孔进入到第二熔体区的熔汤流动至晶体生长区需要流经较长路径，可以防止熔汤快速流动易引起液面振动，有利于保证液面
的稳定性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型实施例提供的一种具有多熔体区的坩埚的结构示意图；
28.图2为本实用新型中第二坩埚的剖视图；
29.图3为本实用新型中第一坩埚的剖视图；
30.图4为第一过孔、第二过孔和第三过孔均为一个时，本实用新型实施例提供的一种具有多熔体区的坩埚的俯视图；
31.图5为第一过孔、第二过孔和第三过孔为多个时，本实用新型实施例提供的一种具有多熔体区的坩埚的俯视图。
32.附图标记说明：
33.第一坩埚10、第二坩埚20、隔离壁30；
34.加料区1、第一熔体区2、第二熔体区3、晶体生长区4；
35.第一侧壁11、第一底壁12、第二侧壁21、第二底壁22；
36.第一直筒段111、第一倒角段112、第二直筒段211、第二倒角段212、支撑段213、第一过孔221、第二过孔222；
37.第三过孔2131。
具体实施方式
38.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
39.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.实施例：
42.参考图1-5所示，本实用新型提供了一种具有多熔体区的坩埚，包括第一坩埚10和
第二坩埚20，第一坩埚10和第二坩埚20的顶侧均敞开设置，第二坩埚20设置于第一坩埚10内，其轴线与第一坩埚10的轴线重合，第二坩埚20内部限定形成晶体生长区4，在晶体生长区4内，将籽晶浸入硅熔汤,然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体，同时在此区间内晶棒生长。
43.参考图1和图2所示，第一坩埚10包括第一侧壁11和第一底壁12。第二坩埚20包括第二侧壁21和第二底壁22，第二底壁22沿径向方向向外延伸与第一坩埚10的第一侧壁11相接，第二坩埚20的第二侧壁21的外侧与第二底壁22之间沿第二坩埚20的周向设有隔离壁30。
44.参考图1所示，第一侧壁11、第二侧壁21、第二底壁22以及隔离壁30限定形成加料区1，第二底壁22、第一侧壁11和第一底壁12限定形成第一熔体区2，第二底壁22、隔离壁30和第二侧壁21限定形成第二熔体区3。
45.参考图1所示，第二底壁22上开设有连通加料区1和第一熔体区2的第一过孔221，第二底壁22还开设有连通第一熔体区2和第二熔体区3的第二过孔222，第二侧壁21位于第二熔体区3的部分开设有连通第二熔体区3和晶体生长区4的第三过孔2131。
46.在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，在沿第一坩埚10轴线的方向上，第一过孔221位置高于第二过孔222，如此设置，待第一熔体区2的熔汤充满后，优先通过第二过孔222进入第二熔体区3。
47.可以理解的是，硅料由加料区1加入，通过第一过孔221落入第一熔体区2中，在第一熔体区2以及加料区1底部化料成熔汤。熔汤通过第二过孔222由第一熔体区2进入第二熔体区3，再通过第三过孔2131进入第二坩埚10中。由于第一熔体区2熔汤需要通过第二熔体区3才能流至晶体生长区4，第二熔体区3可以适于构造成“熔融区”，使得熔汤具有足够的受热时间，且便于熔化后形成的熔汤提供足够的混合空间，从而有利于提升晶体生长区4内熔汤的均匀性，同时还可以防止未完全熔化的硅材料直接进入晶体生长区4造成杂质，便于生产出较高品质的晶棒。而且，通过设置第二熔体区3以将晶体生长区4与第一熔体区2隔开，可以避免加料过程中液面受到扰动，有利于保证加料过程中液面的稳定性，便于实现晶棒稳定生长，保证生产稳定。
48.在本实用新型的一些实施例中，参考图3所示，第一侧壁11包括从上到下一体成型的第一直筒段111、第一倒角段112；第一底壁23和第二底壁14均呈向外凸起的弧状结构。换言之，第一底壁23和第二底壁14均呈凹弧状结构，如此设置，第二熔体区3内的熔汤便于向靠近晶体生长区4一侧汇集，容易从第三过孔2131进入晶体生长区4内。
49.在本实用新型的一些实施例中，参考图2所示，第二侧壁21包括从上到下一体成型的第二直筒段211、第二倒角段212和支撑段213，支撑段213呈孔径从上到下逐渐减小的筒状结构，支撑段213顶部孔径小于第二直筒段211的孔径，第二直筒段211与支撑段213通过第二倒角段212连接。第二直筒段211的设置，预留给晶棒足够的生长空间，第二倒角段212和支撑段213的设置，预留给第二熔体区3空间较多，同时增大了第二侧壁21下部与第二熔体区的接触面积，使得第二熔体区3与晶体生长区4内熔汤温度更为接近，有利于维持熔汤的温度，有利于晶棒生长。
50.在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，隔离壁30的上端与第二倒角段212连接，在从下到上的方向上，隔离壁30向第二坩埚10轴线方向倾斜，以使隔离壁30和支撑段
213形成对第二坩埚10的支撑。
51.例如，在第二坩埚10轴线方向上，隔离壁30的上端连接于第二倒角段212的中心位置。如此设置，一是隔离壁30对第二倒角段212支撑效果最好，防止第二倒角段212在高温环境下开裂；二是，对加料区1和第二熔体区3空间进行更为合理的划分。
52.在第一坩埚20轴线方向上，第二底壁22连接于第一倒角段112的中心位置，如此设置，第二底壁22可以对第一倒角段112形成内支撑，防止第一倒角段112在高温环境下发生形变。
53.在本实用新型的一些实施例中，参考图1和图2所示，第三过孔2131位于支撑段213的下部，在第二侧壁21向中心轴线方向上，第三过孔2131倾斜向下设置，如此设置，方便第二熔体区3内的熔汤进入晶体生长区4内。
54.在本实用新型的一些实施例中，如图1和图4所示，第三过孔2131位于支撑段的下部，第一过孔221、第二过孔222、第三过孔2131可以是一个，也可以为多个，包括如下几种情况：
55.当第一过孔221、第二过孔222和第三过孔2131均为一个时，参考图4所示，第一过孔221设置位于加料区1的第二底壁14周向任一位置，第二过孔222和第三过孔2131相对设置在第一坩埚轴线的两侧，换言之，第三过孔2131设置于与第二过孔222相对的支撑段213上。如此设置的目的在于，从第二过孔222进入到第二熔体区3的熔汤流动至晶体生长区4需要流经较长路径，防止从第二过孔222进入到第二熔体区3的熔汤直接从较近的第三过孔2131流入晶体生长区3内，防止熔汤快速流动易引起液面振动，有利于保证液面的稳定性。
56.当第一过孔221为一个、第二过孔222和第三过孔2131数量相等且均多个时，第一过孔221设置位于加料区1的第二底壁14周向任一位置，多个第二过孔222沿第二底壁14周向均匀设置，多个第三过孔2131沿支撑段213周向均匀设置，且第三过孔2131和第二过孔222交错设置。
57.当第一过孔221为多个、第二过孔222和第三过孔2131均为一个时，第一过孔221设置位于加料区1的第二底壁14周向均匀设置，第二过孔222和第三过孔2131相对设置在第一坩埚轴线的两侧。
58.当第一过孔221、第二过孔222、第三过孔2131均为多个且三者数量相等时，进一步地，第一过孔221为2-6个，可以取2-6中的任一值，例如2、3、4、5或6，多个的第一过孔221沿第二底壁14边沿周向均匀设置，多个第二过孔222沿第二底壁14周向均匀设置，多个第三过孔2131沿支撑段213周向均匀设置，且第三过孔2131和第二过孔222交错设置，以一个第一过孔221、一个第二过孔222、一个第三过孔2131为一组，每一组过孔位于第一坩埚10同一径向平面中。
59.当第一过孔221、第二过孔222、第三过孔2131均为多个、第二过孔222与第三过孔2131数量相等，且第一过孔221不少于第二过孔222，例如，第一过孔的数量为2、3、4、5、6个等，第三过孔2131和第二过孔222的数量为2或3个，多个的第一过孔221沿第二底壁14边沿周向均匀设置，多个第二过孔222沿第二底壁14周向均匀设置，多个第三过孔2131沿支撑段213周向均匀设置，且第三过孔2131和第二过孔222交错设置，第一过孔221数量较多，方便硅料和部分熔化的熔汤快速进入第二熔体区2，第三过孔2131和第二过孔222的数量少于第一过孔221，目的在于熔汤从第二过孔222流入第三过孔2131有相对较长的路径，例如图5的
示例中，第一过孔221为6个，第二过孔222和第三过孔2131均为2个。
60.在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，第二坩埚10的上边沿高于第一坩埚20的上边沿，如此设置，可以防止在加料过程中，硅料溅入第二坩埚10中，影响晶棒质量。
61.工作原理：
62.本实用新型的坩埚利用连通器原理，即几个底部互相连通的容器，注入同一种液体，在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上。晶体生长区4内晶棒生长过程中，硅熔汤减少，硅料加入至加料区1内后，在大气压的作用下，硅料和部分熔汤通过第一过孔221落入第一熔体区2中，在第一熔体区2化料成熔汤。熔汤通过第二过孔222由第一熔体区2进入第二熔体区3，再通过第三过孔2131进入第二坩埚10的晶体生长区4进行生长晶棒，大气压力的存在，使得在晶棒生长过程中，对晶体生长区4不断的补料，而且由于是从第二熔体区3的下部的补入晶体生长区4的底部，从而不会造成液面的波动，进而保证了晶棒的生长品质。
63.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”、“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。
64.特别地，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”，指的靠近第二坩埚轴线的一侧，“外”，指远离第二坩埚轴线的一侧。
65.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。
66.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。
67.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。
68.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。
69.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。