專利名稱：制造硅單晶的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一中配備加料裝置的制造硅單晶的設(shè)備，該加料裝置可將硅粒原料連續(xù)加進(jìn)坩堝。
在此之前，用引上法(Chochralski)制造硅單晶的公知設(shè)備包括這樣一類設(shè)備，它可連續(xù)提拉單晶硅，同時將顆粒原料加進(jìn)坩堝。在此情況下，一般選用振動加料器作原料加料器是由于它結(jié)構(gòu)簡單。振動加料器就是把原料顆粒加到振動板上，通過振板振動加進(jìn)原料粒。采用這種辦法，加料速度僅通過控制振板的振動幅度或振動次數(shù)來進(jìn)行控制。日本專利公開JP-61-17537提供了一種類型的振動加粒器。
使用這種加料器，原料尺寸的大小顯著影響原料的進(jìn)料速度。換言之，進(jìn)料速度將隨原料顆粒尺寸的增大而增加，隨顆粒尺寸的減小而降低。硅粒的實際尺寸變化很大，它的粒度分布范圍為大約0.1-5mmφ。
此外，將這些顆粒完全混和是困難的。所以，只分離大顆?；蛑环蛛x小顆粒的情況在所難免。因此在振動加料器的情況下，因原料粒的這一分離現(xiàn)象而造成進(jìn)料速度的改變亦不可避免。從單晶生長的角度看，由于這種速度的變化改變了單晶生長坩堝的熱場，所以它不合要求。
回轉(zhuǎn)閥是另外一類的、可運行的加料裝置。

圖11是回轉(zhuǎn)閥的剖視圖。數(shù)標(biāo)41是轉(zhuǎn)子，41a是軸，41b是葉片。42是外殼，43是顆粒貯存斗。在這種回轉(zhuǎn)閥中，轉(zhuǎn)子41有多個固定在軸41a上的葉片41b，并在外殼42內(nèi)旋轉(zhuǎn)。從上部貯料斗43排出的顆粒被送進(jìn)葉片41b和外殼42之間的空間，隨后相繼從外殼42的下部排出。
另一方面，顆粒在回轉(zhuǎn)閥中轉(zhuǎn)子葉片和外殼之間易于堵塞。發(fā)生這種情況時轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動。
還有，由于顆粒在外殼內(nèi)以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而運動，則顆粒在外殼內(nèi)表面產(chǎn)生磨擦。結(jié)果，外殼內(nèi)壁磨損。外殼內(nèi)壁磨損將導(dǎo)致硅晶體內(nèi)的雜質(zhì)。考慮到這兩個問題，使用回轉(zhuǎn)閥作為原料的加料方法并非優(yōu)選。
本發(fā)明的目的是提供一種硅粒加料裝置，該裝置用在連續(xù)加料型引上法制造硅單晶的設(shè)備中，該引上法生長單晶的同時可將原料硅粒加進(jìn)坩堝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種硅粒加料裝置，它包括一種轉(zhuǎn)筒，該轉(zhuǎn)筒外園表面上備有多個凸起或溝槽;并且包括一個臥式旋轉(zhuǎn)軸;硅粒貯存斗安置在轉(zhuǎn)筒上方;以及與轉(zhuǎn)筒和貯料斗相配套的箱體，箱體內(nèi)用惰性氣體代替大氣氣氛;貯料斗底部排出口和轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離要進(jìn)行選擇，使得該距離大于硅粒的最大直徑，還要使得從貯料斗底部排出口排出的硅粒在轉(zhuǎn)筒上邊堆積，形成一個停止轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)的靜止角，從而停止加料。
從貯料斗底部排出口排出的硅粒原料先降落到轉(zhuǎn)筒的外園表面上。因為轉(zhuǎn)筒外園表面上有多個凸起或溝槽，硅粒原料不能脫離而停在外園表面。硅粒料只能隨轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動而向下降落。降落的硅原料被送進(jìn)坩堝。硅料的進(jìn)料速度將受轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速控制。
轉(zhuǎn)筒停轉(zhuǎn)時，由于有顆粒料的靜止角，從貯料斗底部排出口排出的硅粒料堆積在轉(zhuǎn)筒的外園表面。換言之，停止原料加進(jìn)坩堝。如果貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離過大，就不會形成靜止角，因之硅粒也不會在停轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒上停留。與之相反，如果該距離小于硅粒的最大直徑，硅粒將在轉(zhuǎn)筒與底部排出口之間被擠塞，于是阻止轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。
影響硅粒原料進(jìn)料速度的因素是貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速。進(jìn)料速度實際上不受原料顆粒尺寸的影響。因此在運行中，硅粒的進(jìn)料速度可用控制筒轉(zhuǎn)速的方式來控制。
圖1是本發(fā)明一種實施方案中硅粒原料加料裝置的縱向剖視圖。
圖2是本發(fā)明實施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面制成齒狀凸起的一個實施例示意圖。
圖3是制成圖2凸起的轉(zhuǎn)筒和貯料斗底部排出口之間以靜止角使硅粒停留的狀態(tài)示意圖。
圖4是本發(fā)明另個實施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面形成彎拱狀溝槽的原料加料裝置剖視圖。
圖5是本發(fā)明實施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成平行平板狀凸起實例的示意圖。
圖6是本發(fā)明實施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成園柱狀凸起實例的示意圖。
圖7是本發(fā)明實施方案中轉(zhuǎn)筒外園表面部位形成平行垅溝狀溝槽實例的示意圖。
圖8是由圖7所示溝槽改進(jìn)成網(wǎng)狀形式的示意圖。
圖9是作成凹坑狀溝槽實例的示意圖。
圖10是由圖6所示園柱狀凸起和圖9所示凹坑狀溝槽相結(jié)合使用的示意圖。
圖11是常規(guī)回轉(zhuǎn)閥實例的縱向剖視圖。
圖12是另個常規(guī)回轉(zhuǎn)閥實例的縱向剖視圖。
現(xiàn)參照附圖進(jìn)一步詳述本發(fā)明的實施方案。按照本發(fā)明的實施方案，圖1是硅原料加料裝置的縱向剖視圖。在制造硅單晶的設(shè)備中，在容器30的開口24的上方，安裝一個通過閘閥23與容器30相連接的箱體11。箱體11充滿的惰性氣體同單晶硅的拉制腔中的一樣。在箱體11的頂部安裝一個能補充硅粒27的可拆卸的蓋20，可拆蓋20是通過O型密封圈21用螺栓固定在箱體11上。
箱體11的內(nèi)部裝有貯存硅粒27的貯料斗12，并可從其底部排出口排出硅粒料，一個托住貯料斗12的料斗料斗支架18，一個具有臥式旋轉(zhuǎn)軸16的轉(zhuǎn)筒14，第一個漏斗形導(dǎo)向管17和導(dǎo)管支架19。在容器30的開口24處安裝第二個漏斗形導(dǎo)向管25，可直接將硅粒送進(jìn)坩堝。
轉(zhuǎn)筒14的外園表面形成多個凸起或溝槽15，以便阻止硅粒27脫離。圖2和圖3以及圖5到圖10每個都是一個凸起或溝槽15實例的示意圖或剖視圖。
圖2是齒狀凸起15的示意圖，圖3是制成圖2所示凸起的轉(zhuǎn)筒14和貯料斗排出口13的縱向剖視圖。
圖4是轉(zhuǎn)筒外園表面形成彎拱狀溝槽的原料加料裝置剖視圖，這種外表面形狀的轉(zhuǎn)筒14是易于制作的。
圖5和圖6所示為轉(zhuǎn)筒14的外園表面部位形成多個平行的平板狀凸起或多個適當(dāng)分布的柱狀凸起。
圖7，圖8和圖9所示為用來截住硅粒原料的轉(zhuǎn)筒外園表面形成溝槽的實例，圖7所示為相互平行的垅溝狀溝槽。
圖8是作成網(wǎng)狀的溝槽，圖9示出適當(dāng)分布的凹坑狀溝槽。
圖10為園柱狀凸起和凹坑狀溝槽相結(jié)合配置的情況。
根據(jù)上述解釋，本發(fā)明實施過程運行如下。裝入貯料斗12的硅粒27從貯料斗12底部排出口13連續(xù)排出，加到緊靠排出口13下方設(shè)置的轉(zhuǎn)筒14的外園表面。由于外園表面形成的多個凸起，阻止了進(jìn)料硅粒的脫離，因此它們停留在轉(zhuǎn)筒的外園表面。然后，硅粒隨轉(zhuǎn)筒14的旋轉(zhuǎn)而運動，結(jié)果它們靠重力從轉(zhuǎn)筒外園表面連繼降落。降落的硅粒通過第一和第二個漏斗形導(dǎo)向管被送進(jìn)坩堝。
硅粒27加料速度的確定，其根據(jù)是貯料斗12底部排出口13的下端與轉(zhuǎn)筒14的外園表面之間的距離以及轉(zhuǎn)筒14的轉(zhuǎn)速。從實際上看，硅粒加料速度的控制是以控制轉(zhuǎn)筒14的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行的。
轉(zhuǎn)筒14停止轉(zhuǎn)動時，硅料以給定的靜止角堆積在轉(zhuǎn)筒14的上部。此時硅粒停止運動，向坩堝內(nèi)的加硅粒料也就停止了。
按照本實施方案的加料裝置，進(jìn)料速度與常規(guī)振動加料器的不同，不受原料尺寸的影響，因而能夠穩(wěn)定地制備質(zhì)量優(yōu)異的單晶。
另外，由于不存在轉(zhuǎn)筒外園表面所面臨的，正象在回轉(zhuǎn)閥所面臨的狀況，也就沒有外殼內(nèi)壁與轉(zhuǎn)筒外園表面之間造成硅粒料的擠塞以使轉(zhuǎn)筒停轉(zhuǎn)的問題。
而且，也沒有由于外殼內(nèi)壁磨損而產(chǎn)生雜質(zhì)的問題。
此外，在本實施方案的加料裝置中，貯料斗12，轉(zhuǎn)筒14和漏斗形導(dǎo)向管17及25與硅粒接觸的等等部件是由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制作的，完全具有防止任何雜質(zhì)進(jìn)入坩堝的作用。
按照本發(fā)明的硅料加粒裝置，原料的加料速度是穩(wěn)定的，也沒有材料污染的問題。因此，原料連續(xù)加料型的引上法能夠?qū)嵤?，從而能制備高質(zhì)量的單晶硅。
權(quán)利要求
1.在連續(xù)送料型引上法制造硅單晶的設(shè)備中，包括一個將硅料連續(xù)送進(jìn)坩堝的加料裝置，其改進(jìn)之處包括一個充有減壓惰性氣體的箱體；該箱體內(nèi)安置一個轉(zhuǎn)筒并裝有一個臥式旋轉(zhuǎn)軸，在所說的轉(zhuǎn)筒外園表面上附有多個能截住顆粒的部件；一個安裝在所說的轉(zhuǎn)筒上方的貯料斗，該貯料斗底部排出口與所說的轉(zhuǎn)筒外園表面之間的距離是這樣一個范圍，其最小值要大于所說的硅粒最大直徑，其最大值則由一極限值構(gòu)成，該極限值以一個靜止角使所說的轉(zhuǎn)筒內(nèi)從所說的排出口排出的所說的硅粒停止轉(zhuǎn)動因而堆積在所說的轉(zhuǎn)筒外園表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中，在所說的轉(zhuǎn)筒外園表面上，所說的能截住顆粒的部件包括多個凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中在所說的轉(zhuǎn)筒外園表面上，所說的多個能截住顆粒的部件包括多個溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中在所說的轉(zhuǎn)筒外園表面上所說的多個能截住顆粒的部件包括多個凸起和多個溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的凸起是齒狀凸起。
6.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的凸起包括多個與旋轉(zhuǎn)軸平行的板型凸起。
7.根據(jù)權(quán)利要求2制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的凸起包括多個各自獨立安置的園柱形凸起。
8.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的溝槽包括多個垅溝狀溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的溝槽包括多個網(wǎng)狀溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的溝槽包括多個凹坑狀溝槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求4制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的轉(zhuǎn)筒外園表面上所說的多個能截住顆粒的部件包括多個園柱形凸起和多個凹坑狀溝槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中，與所說的硅粒相接觸的所說的貯料斗和所說的轉(zhuǎn)筒部件至少由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制造的。
13.根據(jù)權(quán)利要求3制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的溝槽包括多個彎拱形溝槽。
14.根據(jù)權(quán)利要求1制造硅單晶的設(shè)備，其中所說的硅原料加料速度是以控制所說的轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的方式來控制。
全文摘要
引上法制造硅單晶的設(shè)備，包括一個將硅粒原料連續(xù)送進(jìn)坩堝的加料裝置。該裝置包括一個充有減壓惰性氣體的箱體，箱體內(nèi)部安裝一個轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒外圓表面上有多個能截住顆粒原料的部件，在轉(zhuǎn)筒上方裝置一個貯料斗。加料裝置的配布要使貯料斗底部排出口與轉(zhuǎn)筒外圓表面之間的距離(縫隙)要大于硅粒的最大直徑，且該距離(縫隙)的最大值要足以使得硅粒能以一個靜止角堆積在這個距離(縫隙)上。轉(zhuǎn)筒外圓表面上能截住顆粒的部件采取各種任何凸起或溝槽的形式。
文檔編號C30B15/02GK1046360SQ9010247
公開日1990年10月24日 申請日期1990年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月30日
發(fā)明者毛利吉男, 荒木健治, 黑田浩一 申請人:日本鋼管株式會社