用于单晶炉的加料装置的制作方法

无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术1.本公开涉及半导体晶圆技术领域，具体地，涉及用于单晶炉的加料装置。背景技术：2.随着晶圆品质的不断提高，对拉晶过程中晶棒的晶体缺陷有了更高的管控要求。影响晶体缺陷的主要因素之一是拉晶工艺参数，用优化的工艺参数去拉晶能制得品质更好的晶棒。拉晶工艺过程通常包括化料、二次加料、稳温、浸渍、缩径、放肩、转肩、等径、收尾等工艺。对于二次加料工序，向坩埚中加入的多晶硅物料因其反膨胀特性，即固体的体积要比液体的体积大，在熔化后体积会变小，因此需要通过再次加料的方式来将坩埚中装满硅溶液。3.然而，由于不同单晶炉的投料量不同，而且由于因对晶棒品质要求不一样如对氧含量要求不一样而导致的每个单晶炉的热场结构不一样，需要使用不同长度的加料管来进行加料。目前，针对上述问题，每台炉子均会定制加料管，这些加料管无法通用，造成了成本浪费。4.此外，加料管的下部会受到坩埚中的熔融硅溶液的热辐射，由此在加料管的下部会产生热应力，这会极大程度地限制加料管的使用寿命。技术实现要素：5.本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。6.本公开的一个目的在于提供一种能够适用于不同投料量和不同热场结构的具有通用性的用于单晶炉的加料装置。7.本公开的另一目的在于提供一种能够具有相对较长使用寿命的用于单晶炉的加料装置。8.为了实现上述目的中的一个或更多个，提供了一种用于单晶炉的加料装置，包括：9.加料管，其包括进料端和出料端；10.物料挡件，其设置在加料管的出料端处；以及11.驱动装置，其构造成用于使物料挡件移动以打开及关闭加料管的在出料端处的管口，12.其中，加料管包括第一加料管和第二加料管，第一加料管和第二加料管中的一者的一端能够在其于加料管的轴向方向上的不同位置处与另一者的一端连接，以使得加料管是可伸缩的。13.在上述用于单晶炉的加料装置，所述一者的一端可以在其外表面上设置有至少两个环形槽以及滑槽，其中，环形槽绕所述一者的一端的周向方向延伸且在轴向方向上彼此间隔开，滑槽延伸穿过所述至少两个环形槽以将所述至少两个环形槽连通并且延伸成贯穿所述一者的一端的端面，并且所述另一者的一端可以在其内表面上设置有卡接件，其中，卡接件能够沿着滑槽移动到所述至少两个环形槽中的任一环形槽中并卡接在其中。14.在上述用于单晶炉的加料装置，所述一者的一端可以在其外表面上径向对置地设置有两个滑槽，并且所述另一者的一端可以在其内表面上径向对置地设置有两个卡接件。15.在上述用于单晶炉的加料装置，所述另一者为第二加料管，第二加料管可以包括上端直筒部和下端渐开部，并且卡接件设置在上端直筒部的内表面上。16.在上述用于单晶炉的加料装置，物料挡件能够被接纳在第二加料管的下端渐开部内以关闭加料管的管口。17.在上述用于单晶炉的加料装置，物料挡件的与物料接触的上表面可以呈凸起形状。18.在上述用于单晶炉的加料装置，凸起形状的陡峭度能够根据不同的投料量和单晶炉的不同的热场结构而构造成不同的。19.在上述用于单晶炉的加料装置，物料挡件和第二加料管的表面可以涂覆有纳米隔热涂层。20.在上述用于单晶炉的加料装置，第一加料管可以在其另一端处设置有用于使加料管接合在单晶炉上以不再向下移动的接合结构。21.在上述用于单晶炉的加料装置，驱动装置可以为加料杆，加料杆穿过进料端在加料管中延伸并在其一端处连接至物料挡件。22.根据本公开，通过将加料管构造成包括第一加料管和第二加料管，并使二者中的一者的一端能够在其于轴向方向上的不同位置处与另一者的一端连接，来使加料管是可伸缩的，由此使加料管对于不同加料量和不同热场结构而言具有通用性。另外，通过在物料挡件和第二加料管的表面涂覆纳米隔热涂层，来阻挡来自熔融硅溶液的热辐射，以避免加料管受热应力影响，由此获得相对较长的使用寿命。23.通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。附图说明24.参照下面结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，可以更加容易地理解本公开的以上和其他目的、特点和优点。在所有附图中，相同的或对应的技术特征或组成部分将采用相同或对应的附图标记来表示。在附图中：25.图1为示意性地示出了根据本公开的实施方式的用于单晶炉的加料装置的侧视剖视图；26.图2为示意性地示出了根据本公开的实施方式的第一加料管的侧视立体图；27.图3为示意性地示出了根据本公开的实施方式的第二加料管的俯视立体图；以及28.图4至图6为分别示意性地示出了具有呈不同陡峭度的上表面的物料挡件的侧视立体图。具体实施方式29.下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。30.根据本公开的实施方式，如图1中所示，提供了用于单晶炉的加料装置1，该加料装置1包括：31.加料管11，其包括进料端11a和出料端11b；32.物料挡件12，其设置在加料管11的出料端11b处；以及33.驱动装置13，其构造成用于使物料挡件12移动以打开及关闭加料管11的在出料端11b处的管口。34.加料管11可以例如呈大致筒形形状，或者可以呈上下贯通的其他形状，以允许多晶硅料穿过。在单晶炉的二次加料中，加料管11会被从单晶炉的炉口伸入到炉内，通常为块料的多晶硅料可以从进料端11a处的管口投入加料管11内并经由出料端11b处的管口从加料管11离开以落入单晶炉内的坩埚中，从而实现单晶炉的二次加料。35.物料挡件12可以借助于驱动装置13移动以协助加料。具体地，当要向加料管11中投入多晶硅料时，驱动装置13驱动物料挡件12向上移动以关闭出料端11b处的管口，使得在投入多晶硅料时，多晶硅料会因被物料挡件12阻挡而聚积并容置在加料管11中；当要向坩埚中加入多晶硅料时，驱动装置13驱动物料挡件12向下移动以打开出料端11b处的管口，使得容置在加料管11中的多晶硅料能够从出料端11b处的管口离开以落入坩埚中。36.在本公开的实施方式中，加料管11包括第一加料管111和第二加料管112，第一加料管111和第二加料管112中的一者的一端能够在其于加料管11的轴向方向上的不同位置处与另一者的一端连接，以使得加料管11是可伸缩的。37.具体而言，第一加料管111具有第一端部和第二端部，其中，第一端部即为加料管11的进料端11a，而第二端部为与第二加料管112连接的端部。类似地，第二加料管112同样具有第一端部和第二端部，其中，第一端部为与第一加料管111的第二端部连接的端部，而第二端部即为加料管11的出料端11b。38.在一种实施方式中，第一加料管111的第二端部能够在其于轴向方向上的不同位置处与第二加料管112的第一端部连接。在这种情况下，对于这些轴向上的不同位置，当第一加料管111与第二加料管112连接的位置相对而言更靠近第一加料管111的第一端部即进料端11a时，通过该连接而形成的加料管11的总长度会相对较短；而当连接的位置相对而言更靠近第一加料管111的第二端部时，通过该连接而形成的加料管11的总长会相对较长。39.可以设想的是，在另一实施方式中，也可以使第二加料管112的第一端部能够在其于轴向方向上的不同位置处与第一加料管111的第二端部连接。在这种情况下，对于这些轴向上的不同位置，当第一加料管111与第二加料管112连接的位置相对而言更靠近第二加料管112的第二端部即出料端11b时，通过该连接而形成的加料管11的总长度会相对较短；而当连接的位置相对而言更靠近第二加料管111的第一端部时，通过该连接而形成的加料管11的总长会相对较长。40.由此，可以通过设置第一加料管111与第二加料管112的连接位置来改变加料管11的长度，从而使得加料管11是可伸缩的。41.通过这种构造，可以根据单晶炉所需的投料量以及单晶炉所需的热场结构，通过调整第一加料管111与第二加料管112的连接位置来获得所需长度的加料管11。以此方式，对于不同的投料量和不同的热场结构，根据本公开的实施方式的加料管11具有通用性，由此避免了可能产生的成本浪费。42.对于第一加料管111和第二加料管112的连接结构，图2和图3示出了根据本公开的示例性实施方式。43.具体地，第一加料管111的用于与第二加料管112连接的第二端部在其外表面上设置有三个环形槽111a以及两个滑槽111b，其中，环形槽111a绕该第二端部的周向方向延伸且在轴向方向上彼此间隔开，滑槽111b延伸穿过这三个环形槽111a以将三个环形槽111a连通并且延伸成贯穿该第二端部的端面，并且第二加料管112的用于与第一加料管111连接的第一端部在其内表面上设置有两个卡接件112a，其中，卡接件112a能够沿着滑槽111b移动到三个环形槽111a中的任一环形槽中并卡接在其中。44.第一加料管111的三个环形槽111a在该第二端部上限定了轴向方向上的三个不同位置，通过调整第二加料管112的卡接件112a在第一加料管111的第二端部上的具体位置即通过选择卡接在这三个不同位置中的某一个，就可以调节加料管11的长度。45.具体而言，在将第一加料管111与第二加料管112连接时，可以使第二加料管112的卡接件112a首先进入第一加料管111的滑槽111b中。当需要将第二加料管112例如在三个环形槽111a中的距离第一加料管111的第二端部最远的环形槽处连接至第一加料管111时，可以通过向上移动第二加料管112来使卡接件112a沿着滑槽111b向上移动以到达滑槽111b与该环形槽的相交处，随后通过绕加料管11的中心轴线旋转第二加料管112来使卡接件112a移动进入并卡接在该环形槽中。46.另一方面，当需要根据特定的投料量和热场结构来调整例如延长加料管11的长度时，则可以通过旋转第二加料管112来使卡接件112a移动到滑槽111b与该环形槽的相交处，并随后通过使第二加料管112向下移动来使卡接件112a脱离该环形槽而沿着滑槽111b向下移动到滑槽111b与所预期的环形槽的相交处，并重复上述卡接件112a在所预期的环形槽中的卡接过程。47.再一方面，当需要使第二加料管112与第一加料管111分离时，可以通过旋转第二加料管112来使卡接件112a移动到滑槽111b与原先卡接的环形槽的相交处，并随后通过使第二加料管112向下移动来使卡接件112a脱离该环形槽而进入滑槽111b，并沿滑槽111b继续移动到第一加料管111的第二端部的端面而从滑槽111b脱离，由此，实现第二加料管112从第一加料管111的脱离。48.可以设想的是，环形槽111a的数目可以根据所需设定的加料管的长度的数目来设置，但至少具有两个环形槽，以便能够允许进行加料管11的长度的调整。环形槽111a之间的间隔也可以根据所需设定的加料管的长度的差异来设置，既可以设置成相等的，也可以设置成不等的。49.还可以设想的是，滑槽111b和对应的卡接件112a的数目可以为一个或更多个，只要能够实现第一加料管111与第二加料管112的连接即可。从操作方便性和连接稳固性方面考虑，滑槽111b和对应的卡接件112a的数目可以优选地为两个。50.在本实施方式中，卡接件112a为从第二加料管112的内表面径向向内侧延伸的小突起，该小突起的尺寸使得其能够被接纳在滑槽111b中，并且能够被接纳在环形槽111a中且无法从其脱离即卡接在环形槽111a中，除非被移动至滑槽区域。另外，为了使卡接件112a能够卡接在距离第一加料管111的第二端部最远的环形槽处，滑槽111b被进一步向第一加料管111的第一端部侧延伸，如图2中清楚地示出的。51.可以理解的是，为实现第二加料管112与第一加料管111的顺利连接，滑槽111b可以是沿与轴向方向平行的方向延伸的。52.在设置有两个滑槽和对应的两个接合件的情况下，可以设想的是，这两个滑槽在第一加料管111的第二端部的外表面上径向对置地设置，并且这两个卡接件在第二加料管112的第一端部的内表面上径向对置地设置。由此，可以使第二加料管112平稳均衡地连接至第一加料管111，以使加料管11的内部通道具有直的路径，便于多晶硅料顺利从加料管11中通过。53.对于第一加料管111和第二加料管112的连接结构，可以设想的是，环形槽和滑槽可以设置在第二加料管112的第一端部的外表面上，并且卡接件可以设置在第一加料管111的第二端部的内表面上。54.还可以设想的是，环形槽和滑槽可以设置在第一加料管112的第二端部的内表面上，并且卡接件可以设置在第二加料管111的第一端部的外表面上；或者环形槽和滑槽可以设置在第二加料管112的第一端部的内表面上，并且卡接件可以设置在第一加料管111的第二端部的外表面上。55.还可以设想能够实现第一加料管111与第二加料管112可在轴向方向上的不同位置处连接的其他形式的连接结构。56.根据本公开的实施方式，如图1和图3中所示，第二加料管112可以包括上端直筒部1121和下端渐开部1122，并且卡接件112a设置在上端直筒部1121的内表面上。57.当第二加料管112连接至第一加料管111时，上端直筒部1121通过设置在其上的卡接件112a与设置在第一加料管111上的环形槽111a的卡接而连接在第一加料管111的第二端部上。58.下端渐开部1122与上端直筒部成一体并呈下端扩口的渐开线形式，以使第二加料管112的第二端部处的管口的直径相对更大，以便于在多晶硅料从加料管11中下料的过程中多晶硅料可以顺畅地从管口离开，避免了料块阻塞。59.根据本公开的实施方式，物料挡件12能够被接纳在第二加料管112的下端渐开部1122内以关闭加料管11的管口。60.如图1中所示，物料挡件12通过在下端渐开部1122内与下端渐开部1122的内壁接触来关闭加料管11的管口，以阻止加料管11中的硅料向下移动。由此，使加料管整体占用空间更小，而且一定程度减少了因物料挡件12暴露在单晶炉内的高温环境下而造成的热损伤。61.如图4至图6中所示，物料挡件12的与物料接触的上表面呈凸起形状。62.物料挡件12的这种形状在物料挡件12移动以打开管口时允许硅料顺着上表面向四周滑落而掉到坩埚中，从而使加料的过程更加顺畅，避免了多晶硅料聚集在管口而发生堵塞。63.该凸起形状的陡峭度能够根据不同的投料量和单晶炉的不同的热场结构而构造成不同的。64.图4至图6示出了上表面的陡峭度依次减小的物料挡件12。随着投料量的增加，物料挡件12的上表面的陡峭度被构造成更小的，以使下料速度降低，从而防止在加料过程中因多晶硅料块落下速度过快而导致较大量的溶液飞溅。65.根据本公开的实施方式，物料挡件12和第二加料管112的表面涂覆有纳米隔热涂层。66.在单晶炉的二次加料中，加料管11的下部具体为物料挡件12和第二加料管112会受到坩埚中的熔融硅溶液的热辐射，甚至会沾染被下落的硅料块溅起的熔融硅溶液，由此可能会在物料挡件12和第二加料管112中产生较大的热应力，从而影响加料管的使用寿命。67.通过在物料挡件12和第二加料管112的表面涂覆纳米隔热涂层，可以阻挡来自坩埚中的熔融硅溶液的热辐射，从而避免产生过大热应力并由此避免对加料管使用寿命的不利影响。68.可以设想的是，物料挡件12和第二加料管112的表面还可以涂覆能够阻挡热辐射的其他类型的涂层。69.在本公开的实施方式中，第一加料管111在其另一端即在进料端11a处可以设置有用于使加料管接合在单晶炉上以不再向下移动的接合结构113。70.如图1和图2中所示，该接合结构113呈凸缘的形式并设置在第一加料管111的进料端11a处的外管壁处以搭接在单晶炉上，使得包括第一加料管和第二加料管的加料管11不会再向下移动，保证了加料管11安置的稳定性。可以设想的是，该接合结构还可以采用其他形式的结构，只要能使加料管不再向下移动即可。71.在本公开的实施方式中，驱动装置13可以为加料杆，该加料杆穿过进料端在加料管11中延伸并在其一端处连接至物料挡件12。72.当要向加料管11中加入多晶硅料时，加料杆13可以向上移动以使物料挡件12被接纳在第二加料管12的下端渐开部1122内以关闭加料管11的管口；而当要向坩埚中投入多晶硅料时，加料杆13可以向下移动以使物料挡件12与第二加料管112分离以打开加料管11的管口，从而允许多晶硅料从物料挡件12的上表面向四周均匀地散落到坩埚中，由此实现加料。73.在本公开的实施方式中，加料杆13以螺纹连接方式连接在物料挡件12的上表面上。可以设想的是，加料杆13还可以通过焊接方式连接至物料挡件12。还可以设想加料杆13与物料挡件12的其他连接方式。74.可以理解的是，除加料杆之外，驱动装置13还可以采用能够使物料挡件12移动以打开及关闭加料管11的管口的其他形式。75.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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