长晶炉的制作方法

1.本发明涉及晶体生长领域，尤其涉及一种长晶炉。


背景技术：

2.单晶硅片的主要生长方式为直拉法，在单晶晶体的生长过程中，熔硅的温度会高达1400
‑
1500℃，在硅料从熔料到等径收尾过程中，都可能发生漏硅事故，原因有多种，可能是坩埚析晶，鼓包或人为操作不当。
3.目前单晶炉未能实时监测漏硅，一般是根据漏硅后加热器打火反推测漏硅情况，有时炉底波纹管烧穿漏硅才被发现，这样对单晶炉的损坏巨大。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种长晶炉，该长晶炉能实时检测漏硅，使得危险能被及时处理，且检测结果精准，不会存在虚假报警，造成财产损失。
5.根据本发明的公开了一种长晶炉，长晶炉包括坩埚，坩埚用来承载硅液，漏硅检测装置，漏硅检测装置设置在坩埚下方，漏硅检测装置包括：检测线，检测线为导电金属丝，检测线设置在坩埚正下方投影区域，并在投影区域进行排布；检测单元，检测单元与检测线的入线端和出线端相连接，用于检测检测线的电性能参数值。
6.通过在坩埚正下方投影区域设置漏硅检测装置，当硅液从坩埚中漏出，会直接滴落在检测线上，检测单元感知到检测线的电性能参数的变化，及时反馈给长晶炉，从而使得漏硅被实时监控，进而避免危险的发生。
7.在一些实施例中，漏硅检测装置还包括：包覆材料层，包覆材料层为耐高温绝缘疏松材料，包覆材料层置于检测线的上表面和/或下表面。
8.在一些实施例中，包覆材料层为单层或多层。
9.在一些实施例中，包覆材料层的边缘区域高于包覆材料层的中心区域。
10.在一些实施例中，包覆材料边缘区域20
‑
100mm的区域高于包覆材料层的中心区域。
11.在一些实施例中，检测线在排布过程中相邻线段之间距离为d，d值需在一定范围内。
12.在一些实施例中，检测线在排布过程中相邻线段之间的距离d值的范围为1
‑
50mm。
13.在一些实施例中，检测线的排布方式为均匀排布，检测线相邻线段之间的距离d值恒定，且d值在一定的范围内。
14.在一些实施例中，长晶炉还包括控制系统，控制系统与漏硅检测装置中的检测单元相连，用于获取检测线的电性能参数值。
15.在一些实施例中，控制系统中还包括电性能阈值判断模块，用来判断检测线的电性能参数值是否超过阈值。
16.在一些实施例中，长晶炉还包括报警系统，报警系统与控制系统相连，在控制系统
发出报警信号后，进行报警处理。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.图1是本发明长晶炉的一个实施例的示意图；
19.图2是本发明漏硅检测装置的一个实施例的正面示意图；
20.图3是本发明漏硅检测装置的一个实施例的背面的检测线排布示意图；
21.图4是本发明漏硅检测装置的另一个实施例的检测线排布示意图；
22.图5是本发明漏硅检测装置的再一个实施例的检测线排布示意图；
23.附图标记：
24.漏硅检测装置1；
25.包覆材料层11；通孔110；
26.检测线12；入线端121；出线端122；
27.检测单元13；
28.坩埚2；电性能阈值判断模块3；控制系统4；报警系统5。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，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发明。此外，本发明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，本发明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。
31.下面，参考附图描述根据本发明实施例的长晶炉，如图1所示，长晶炉包括坩埚2，坩埚2内承载硅液，漏硅检测检测装置1设置在坩埚2下方，其中，漏硅检测装置包括检测线12和检测单元13。
32.检测线12为导电金属丝，例如可以是钼丝、钨丝、镍铬合金丝、铁铬丝等导电金属丝，当硅液滴落在检测线12上时，检测线的电性能，比如电阻、电流、电压或电信号等电性能参数会发生变化。检测线12设置在坩埚正下方投影区域，并在投影区域进行排布，因为重力的影响，硅液的落下一般是沿着正下方进行，将检测线12设置在坩埚正下方能更快捷的感知硅液的滴落或渗出。其中，在坩埚正下方区域存在一些热场构件(比如主加热器电极、底加热器电极、排气孔、托杆等，图未示出)需要贯穿检测线，检测线在排布时需避开所述热场构件。
33.检测单元13，检测单元13与检测线12的入线端121和出线端122相连，用于检测检测线12的电性能参数，当落下的硅液使检测线12的电性能参数发生变化时，检测单元13获
取其变化值，反馈给长晶炉，从而快捷迅速的进行漏硅处理。
34.由此，本发明中通过在坩埚正下方投影区域设置漏硅检测装置，当硅液从坩埚中漏出，会落在检测线上，检测单元感知到检测线的电性能参数的变化，及时反馈给长晶炉，使得漏硅被实时监控，进而避免危险的发生。
35.可以理解的是，为了保证漏硅及时被检测，检测线的排布区域应尽可能覆盖坩埚正下方投影区域，但若本领域技术人员根据实际情况，比如某一区域不存在漏硅，为此避开该区域进行的排布方式的修改，这些都属于本发明的保护范围。
36.申请人发现，将检测线直接设置坩埚正下方的投影区域，虽然也能实时检测漏硅，但因为炉内的温度较高，会影响检测线的灵敏度，从而造成漏硅的虚假信号，使得漏硅的检测结果不太精确，因此，本发明中对于漏硅检测装置进行了一些改善。
37.如图2
‑
3所示，漏硅检测装置中还包括包覆材料层11，包覆材料层11为耐高温绝缘疏松材料，包覆材料层11置于检测线12的上表面和/或下表面，包覆材料层需全面覆盖检测线12，并存在需贯穿容纳热场构件的通孔110。如图2所示，漏硅检测装置的正面为包覆材料层11，包覆材料层11下方排布有检测线12，包覆材料层11基本完全覆盖住检测线12，包覆材料层上存在需要容纳贯穿热场构件的通孔110。如图3所示，漏硅检测装置的背面为根据坩埚正下方的投影排布的检测线12，检测线12的入线端121和出线端122与检测单元13相连，并避开需要容纳贯穿热场构件的通孔110。本发明中包覆材料层具有耐高温、绝缘和疏松性能，将检测线设置在包覆材料层下，可有效隔绝长晶炉中的高温，使得检测线不受炉内高温的影响，检测结果更精确，还能减少检测线导电金属检测线对炉体的污染。而漏出的硅液又可以从包覆材料的孔隙中进入排布在包覆材料下的检测线上，使得检测线的电性能参数能被实时检测，且检测结果精准，不仅可有效避免危险情况的发生，使得漏硅被检测，可避免漏硅的误判。
38.其中，包覆材料层11可以置于检测线的上表面，此时检测线下表面可以直接是致密材料，例如直接放在长晶炉的护底压板或隔热材料上。或者包覆材料可以置于检测线的上表面和下表面，即将检测线12夹在中间，进一步的隔绝炉内高温，并使得检测结果更准确，另外还进一步提高了漏硅检测装置与热场构件(例如炉内隔热材料，护底压板)的适配性，使得漏硅检测装置更加方便的安装在炉内。
39.在一些具体的实施例中，包覆材料层11的软化点大于1500℃，电阻率大于106ω.cm，孔径为2
‑
100μm，厚度为0.01mm
‑
10mm。长晶炉的环境温度在1450℃左右，包覆材料层的软化点大于1500℃，炉内的高温对它不会存在影响，包覆材料置于检测线的上表面和/或下表面，即包覆材料覆盖住检测线，使检测线与炉内高温隔绝，保证检测线受炉内保温的影响，检测结果更加精确。包覆材料层的电阻率大于106ω.cm，包覆材料层为绝缘材料，不会与检测线发生反应，包覆材料层的孔径为2
‑
100μm，例如可以是2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，7μm，8μm，9μm，10μm，20μm，30μm，40μm，50μm，60μm，70μm，80μm，90μm或100μm，包覆材料层的厚度为0.01mm
‑
1mm例如是0.01mm，0.02mm，0.03mm，0.04mm，0.05mm，0.06mm，0.07mm，0.08mm，0.09mm，0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm或10mm。由此可使得进入孔隙的硅液能快速落入到检测线中，而不会凝固在包覆材料层上，从而使得检测线的电性能参数值能被实时检测，检测结果精准，不仅可有效避免危险情况的发生，且可避免漏硅的误判。
40.在一些具体的实施例中，包覆材料层11的材料为石英纤维布，石英纤维布是由二氧化硅和天然石英晶体制造而成的玻璃纤维，其软化点高于1500℃，石英纤维布具有高耐热性和绝缘性能，可有效隔绝长晶炉中的高温，并不与检测线反应。石英纤维布的孔径为2
‑
10μm，例如可以是2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，7μm，8μm，9μm或10μm，由此可使得硅液能进入石英纤维布的孔隙中，石英纤维布的厚度小于10mm，由此可使得进入孔隙的硅液能快速落入到检测线中，而不会凝固在石英纤维布上，从而使得检测线的电阻值能被实时检测，且检测结果精准，不仅可有效避免危险情况的发生，亦可避免漏硅的误判。此外石英纤维布中二氧化硅的纯度为99.95％，不会对长晶炉内造成污染。
41.在一些具体的实施例中，包覆材料层11为单层或多层，检测线12设置在所述包覆材料下方。其中，多层为至少2层，检测线排布在该包覆材料层下方，这样一方面不影响漏硅检测装置对漏硅的检测，使硅液能通过包覆材料层落入在检测线上，又不会凝固在包覆材料层上。另外一方面又可以调整漏硅检测装置的厚度，使得漏硅检测装置更加适用于热场的结构。
42.在另一些具体的实施例中，包覆材料层11为多层，检测线12设置在包覆材料中间。其中，在检测线上方的包覆材料层为上层。可以理解的是，上层为包覆材料层漏硅方向与检测线之间的层数，为了使得硅液能够进入包覆材料层中且不会凝固在包覆材料中，此时，上层的层数不能太多，具体地可根据包覆材料层单层的厚度来设置。在检测线下方的包覆材料层为下层，下层的包覆材料层铺设在炉内热场构件(例如炉底的隔热材料或护压底板，图未标识)上，下层的包覆材料的层数可根据热场的要求来具体设置，这样包覆材料层不仅能有效保护炉内热场构件，且能根据热场上温度、空间或其他的需求而随意设置，满足热场的需求。
43.在一些具体的实施例中，为了避免落入包覆材料层边缘的硅液从其边缘上掉落被漏检，包覆材料层11的边缘区域高于中心区域。其中，包覆材料边缘区域20
‑
100mm的区域高于包覆材料层的中心区域。需要说明的是，包覆材料边缘区域20
‑
100mm是指从边缘最外端即边缘区域为0mm处到边缘区域20mm处，边缘区域0处到边缘区域30mm处，边缘区域0处到边缘区域40mm处，边缘区域0处到边缘区域50mm处，边缘区域0处到边缘区域60mm处，边缘区域0处到边缘区域70mm处，边缘区域0处到边缘区域80mm处，边缘区域0处到边缘区域90mm处，或边缘区域0处到边缘区域100mm处；包覆材料的中心区域则对应的为边缘区域20mm处到中心点、边缘区域30mm处到中心点、边缘区域40mm处到中心点、边缘区域50mm处到中心点、边缘区域60mm处到中心点、边缘区域70mm处到中心点、边缘区域80mm处到中心点、边缘区域90mm处到中心点、边缘区域100mm处到中心点。所述高度差可以采用在包覆材料层边缘区域与包覆材料中心区域设置不同的层数方式制备，例如，可以在边缘区域采用10层，12层，15层，20层或30层等包覆材料层，而地在中心区域采用1层，2层，5层，10层等包覆材料层，这样可避免落入包覆材料层边缘处的硅液从边缘处滑落进入坩埚下方的隔热材料或护底压板中被漏检，可以理解是的，在边缘区域上层或下层设置包覆材料层都可以达到该效果，但为了满足硅液能落入检测线上而不会凝固在包覆材料上，边缘区域上层的层数的厚度需满足小于10mm。
44.在一些具体的实施例中，如图3
‑
5所示，所述排布过程中检测线的相邻线段之间的距离为d，d值需在一定范围内。具体地，d为1
‑
50mm，例如可以是1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，
7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，15mm，20mm，25mm，30mm，35mm，40mm，45mm或50mm。在检测线的排布过程中，若d间距过大，硅液从包覆材料层11的孔隙中不能落入到检测线上，使得漏硅不能被发现或不能第一时间被发现。若d过小，则可能造成短路，出现误判。当检测线的排布在1
‑
50mm时，则不仅能有效监测漏硅，且不会造成误判。为了满足不同形状包覆材料进行检测线的排布或者为了根据漏硅的实际情况进行检测线的排布，在上述具体的实施例中，d值不需要是固定值，即d可以为固定值也可以不为固定值。
45.在一些具体的实施例中，检测线12的排布方式为均匀排布，例如可以是直线型回路排布，曲线型回路排布或圆形回路分布。如图4所示，检测线12的入线端121从包覆材料层的一端进入，按照直线型回路的排布方式，检测线12的出线端122从包覆材料层的同一端伸出，检测线12的入线端121和出线端122与检测单元13相连接，由此实现检测线12的回路连接，进行电阻值或其他电性能参数值的检测。如图5所示，检测线12采用圆形回路的结构，检测线12的出线端122从包覆材料层的同一端伸出，检测线12的入线端121和出线端122与检测单元13相连接，由此实现检测线12的回路连接，进行电阻值或其他电性能参数值的检测。此时，所述检测线相邻线段之间的距离均匀，d值恒定，且d值在一定的范围内，具体地，d值在1
‑
50mm之间，由此可以进一步提高漏硅检测装置的精度，及时感知漏硅的发生，并不会产生误判。可以理解的是，在通孔处，为了避开通孔进行检测线的排布，在通孔周围的相邻的检测线的间距d会存在例如小于10％的误差，也属于均匀排布的范围。
46.在一些具体的实施例中，检测线的直径为0.1
‑
10mm，例如直径为0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm或10mm。根据检测线的排布方式，选择合适的检测线直径，可以提高检测线的电性能参数的检测精度，并能进一步的迅速准确的对漏硅进行处理。
47.在一些具体的实施例中，长晶炉还包括控制系统4，控制系统4与漏硅检测装置1中的检测单元13相连，用于获取检测线12的电性能参数值。通过将电性能参数值上传到长晶炉控制系统中，可更有效的进行漏硅处理。
48.在一些具体的实施例中，长晶炉还包括报警系统5，报警系统5与控制系统4相连，在控制系统4发出报警信号后，进行报警处理。通过安装报警系统，可更直接有效的进行漏硅处理。
49.在一些具体的实施例中，控制系统中还包括电性能参数阈值判断模块3，用来判断检测线12的电性能参数值是否超过阈值。在实际的晶体生长过程中，比如在rcz(多次加料直拉法)或ccz(连续加料直拉法)的加料过程中或其他情况，可能存在少许硅液滴落在检测线上，该硅液的数量较少，不会对长晶炉或长晶造成影响，或者由于热场中的温度不均匀等其他原因，会引起检测线上的电性能参数值的变化，此时实际上并不存在漏硅，若进行漏硅处理，则存在损失。通过在控制系统中设置电性能参数阈值判断模块，当电性能参数值上的变化未超过阈值时，可认为是虚假漏硅，不去处理，而一旦电性能参数值的变化超过阈值时，则立即报警，进行漏硅的处理。在本技术中，电性能参数值的阈值可通过本领域技术人员在实际生产过程中前面一次或多次通过真实漏硅处理的电性能参数值的变化和虚假漏硅的电性能参数值变化获得。
50.下面参考图1
‑
图5以具体的实施例详细描述根据本发明实施例的长晶炉及其漏硅的效果。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
51.实施例1
52.采用图1的长晶炉，长晶炉内安装有承载溶液的坩埚3，坩埚下方设置有护底压板(图未标识)，漏硅检测装置1设置在护底压板上，检测线按照图3所示非均匀回路排布方式(无包覆材料层)，检测线在排布过程中需避开热场构件(主加热器的2个电极，侧加热器的2个电极，2个排气孔，1个托杆)，检测线相邻线段之间的距离d为5
‑
15mm(d值不固定)，检测单元13与检测线12的入线端121和出线端122相连，检测检测线的电阻值，并通过电阻值的变化进行漏硅的判断，检测单元直接与报警系统相连，若电阻值发生变化，则进行漏硅报警处理。
53.实施例2
54.与实施例1的不同之处在于，漏硅检测装置中包括包覆材料层11，包覆材料层11上有需要容纳贯穿包覆材料层的热场构件(主加热器的2个电极，侧加热器的2个电极，2个排气孔，1个托杆)的7个通孔110，检测线12设置在包覆材料层11的中间，包覆材料层为石英纤维布，其孔径为6μm，单层厚度为0.03mm，所述包覆材料层的上层为10层，所述包覆材料层中心区域的下层为100层，所述包覆材料层边缘区域0
‑
20mm处的下层设置为150层。
55.实施例3
56.与实施例2的不同之处在于，包覆材料层为石英纤维布，孔径为2μm，单层厚度为0.05mm，所述包覆材料层的上层为8层，所述包覆材料层中心区域的下层为50层，所述包覆材料层边缘区域20mm处的下层设置为70层。
57.实施例4
58.与实施例2的不同之处在于，检测线按照图5所示圆形回路排布方式，检测线相邻线段之间的距离d＝10mm(d值固定)。
59.实施例5
60.与实施例2的不同之处在于，检测线相邻线段之间的距离d＝10
‑
60mm(d值不固定)。
61.实施例6
62.与实施例4的不同之处在于，长晶炉还包括控制系统，控制系统与漏硅检测装置1中的检测单元13相连，用于获取检测线12的电阻值，报警系统与控制系统相连，在控制系统发出报警信号后，进行报警处理，控制系统中还包括电阻阈值判断模块，用来判断检测线12的电阻值是否超过阈值。
63.评价指标：
64.漏硅报警率＝报警次数/漏硅次数
65.误判率＝虚报次数/报警次数
66.下表为实施例1
‑
6的漏硅报警率和误判率，由表可知，通过在坩埚正下方设置漏硅检测装置，当漏硅装置仅为检测线和检测单元时，漏硅可被实时检测，但此时会存在一定的虚假报警，通过在检测线上设置包覆材料层后，误判率大大降低，而再通过设置电性能阈值判断模块，报警率达到100％，误判率为0％。
[0067] 漏硅报警率/％误判率/％实施例1143％30％实施例2111％10％
实施例3109％9.5％实施例4101％1％实施例580％0％实施例6100％0％
[0068]
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发明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。
[0069]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。