[发明专利]一种坩埚组件及长晶炉

说明书

一种坩埚组件及长晶炉，涉及晶体生长设备技术领域。该坩埚组件包括石英坩埚、石墨坩埚以及隔离层，石英坩埚设于石墨坩埚内，隔离层设于石英坩埚与石墨坩埚之间，隔离层用于阻隔石英坩埚与石墨坩埚发生接触反应。该长晶炉包括炉体、用于提拉和旋转籽晶的提拉旋转机构，以及上述的坩埚组件，坩埚组件位于炉体内，长晶炉还包括环设于坩埚组件的石墨坩埚外部的加热器，其中，坩埚组件的石英坩埚内用于容纳原料。该坩埚组件能够降低石墨坩埚的氧化侵蚀速度，进而增加了石墨坩埚的使用寿命，同时降低了单晶硅棒内的碳氧堆积，提高了单晶硅棒的整体质量。

技术领域

本发明涉及晶体生长设备技术领域，具体而言，涉及一种坩埚组件及长晶炉。

背景技术

单晶硅，即硅的单晶体，是一种较活泼的非金属元素，具有基本完整的点阵结构，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导体材料，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。主要是用作先进半导体晶圆芯片、传感器以及太阳能光伏发电、供热等方面，其利用高纯度的多晶硅在长晶炉内拉制而成。长晶炉是用于人工合成晶体的设备，是在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，用加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。单晶硅主要的生产制程包括入料(将符合要求的多晶硅原材料装入长晶炉内)、抽真空、熔融(开启加热器)、长晶、退火、冷却及下货(取出晶硅)等步骤。

目前，长晶炉主要用于生产硅半导体材料和太阳能级硅材料，国内用于生产半导体晶圆、传感器和太阳能电池的主要材料-单晶硅棒就在长晶炉内拉制而成。其长晶过程需使用石英坩埚，石英坩埚外部采用石墨坩埚作为支撑和导热层，现有技术中的石英坩埚与石墨坩埚的组合如图1所示。由于石英坩埚主要成分为二氧化硅(SiO₂)，外部的石墨坩埚的成分为碳(C)，在长晶过程的高温情况下(一般超过450℃)，石英(SiO₂)和石墨(C)会发生化学反应，生成碳氧化物，不仅使石墨坩埚被氧化侵蚀，同时，石英坩埚和石墨坩埚接触部分的氧化反应，使硅原子渗透到石墨坩埚的表层，形成一层碳硅结合层，引起坩埚断裂，这些都会造成石墨坩埚的使用寿命下降；而生成的碳氧化物进入到多晶硅熔融液或者已生长的单晶硅棒中，使得单晶硅棒内的碳氧堆积，影响单晶硅棒的整体质量。

如何降低石墨坩埚的氧化侵蚀速度，以延长石墨坩埚与石英坩埚的使用寿命是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种坩埚组件及长晶炉，其能够降低石墨坩埚的氧化侵蚀速度，进而增加了石墨坩埚的使用寿命，同时降低了单晶硅棒内的碳氧堆积，提高了单晶硅棒的整体质量。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种坩埚组件，该坩埚组件包括石英坩埚、石墨坩埚以及隔离层，所述石英坩埚设于所述石墨坩埚内，所述隔离层设于所述石英坩埚与所述石墨坩埚之间，所述隔离层用于阻隔所述石英坩埚与所述石墨坩埚发生接触反应。其能够降低石墨坩埚的氧化侵蚀速度，进而增加了石墨坩埚的使用寿命，同时降低了单晶硅棒内的碳氧堆积，提高单晶硅棒的整体质量。

在本发明较佳的实施例中，所述隔离层的材质为碳化硅材料、氮化硅材料，或者碳化硅结合氮化硅材料中的任意一种。

在本发明较佳的实施例中，所述隔离层涂覆于所述石英坩埚的外壁上。

在本发明较佳的实施例中，所述隔离层涂覆于所述石墨坩埚的内壁上。

在本发明较佳的实施例中，所述隔离层包括多个子隔离部，多个所述子隔离部设于所述石英坩埚与所述石墨坩埚之间。

在本发明较佳的实施例中，所述子隔离部的截面形状为圆形或者多边形中的任意一种。

在本发明较佳的实施例中，多个所述子隔离部均布于所述石英坩埚与所述石墨坩埚之间。