專利名稱：制造硅單晶的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一中配備加料裝置的制造硅單晶的設備，該加料裝置可將硅粒原料連續加進坩堝。
在此之前，用引上法(Chochralski)制造硅單晶的公知設備包括這樣一類設備，它可連續提拉單晶硅，同時將顆粒原料加進坩堝。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構簡單。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來進行控制。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料速度。換言之，進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，只分離大顆粒或只分離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象而造成進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。
回轉閥是另外一類的、可運行的加料裝置。
圖11是回轉閥的剖視圖。數標41是轉子，41a是軸，41b是葉片。42是外殼，43是顆粒貯存斗。在這種回轉閥中，轉子41有多個固定在軸41a上的葉片41b，并在外殼42內旋轉。從上部貯料斗43排出的顆粒被送進葉片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，顆粒在回轉閥中轉子葉片和外殼之間易于堵塞。發生這種情況時轉子不再轉動。
還有，由于顆粒在外殼內以轉子旋轉而運動，則顆粒在外殼內表面產生磨擦。結果，外殼內壁磨損。外殼內壁磨損將導致硅晶體內的雜質。考慮到這兩個問題，使用回轉閥作為原料的加料方法并非優選。
本發明的目的是提供一種硅粒加料裝置，該裝置用在連續加料型引上法制造硅單晶的設備中，該引上法生長單晶的同時可將原料硅粒加進坩堝。
為實現上述目的，本發明提供一種硅粒加料裝置，它包括一種轉筒，該轉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軸;硅粒貯存斗安置在轉筒上方;以及與轉筒和貯料斗相配套的箱體，箱體內用惰性氣體代替大氣氣氛;貯料斗底部排出口和轉筒外園表面之間的距離要進行選擇，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筒上邊堆積，形成一個停止轉筒旋轉的靜止角，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筒的外園表面上。因為轉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。硅粒料只能隨轉筒轉動而向下降落。降落的硅原料被送進坩堝。硅料的進料速度將受轉筒的轉速控制。
轉筒停轉時，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筒的外園表面。換言之，停止原料加進坩堝。如果貯料斗底部排出口與轉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的轉筒上停留。與之相反，如果該距離小于硅粒的最大直徑，硅粒將在轉筒與底部排出口之間被擠塞，于是阻止轉筒旋轉。
影響硅粒原料進料速度的因素是貯料斗底部排出口與轉筒外園表面之間的距離和轉筒轉速。進料速度實際上不受原料顆粒尺寸的影響。因此在運行中，硅粒的進料速度可用控制筒轉速的方式來控制。
圖1是本發明一種實施方案中硅粒原料加料裝置的縱向剖視圖。
圖2是本發明實施方案中轉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凸起的轉筒和貯料斗底部排出口之間以靜止角使硅粒停留的狀態示意圖。
圖4是本發明另個實施方案中轉筒外園表面形成彎拱狀溝槽的原料加料裝置剖視圖。
圖5是本發明實施方案中轉筒外園表面部位形成平行平板狀凸起實例的示意圖。
圖6是本發明實施方案中轉筒外園表面部位形成園柱狀凸起實例的示意圖。
圖7是本發明實施方案中轉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所示溝槽改進成網狀形式的示意圖。
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合使用的示意圖。
圖11是常規回轉閥實例的縱向剖視圖。
圖12是另個常規回轉閥實例的縱向剖視圖。
現參照附圖進一步詳述本發明的實施方案。按照本發明的實施方案，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軸16的轉筒14，第一個漏斗形導向管17和導管支架19。在容器30的開口24處安裝第二個漏斗形導向管25，可直接將硅粒送進坩堝。
轉筒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所示凸起的轉筒14和貯料斗排出口13的縱向剖視圖。
圖4是轉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筒14是易于制作的。
圖5和圖6所示為轉筒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是作成網狀的溝槽，圖9示出適當分布的凹坑狀溝槽。
圖10為園柱狀凸起和凹坑狀溝槽相結合配置的情況。
根據上述解釋，本發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連續排出，加到緊靠排出口13下方設置的轉筒14的外園表面。由于外園表面形成的多個凸起，阻止了進料硅粒的脫離，因此它們停留在轉筒的外園表面。然后，硅粒隨轉筒14的旋轉而運動，結果它們靠重力從轉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向管被送進坩堝。
硅粒27加料速度的確定，其根據是貯料斗12底部排出口13的下端與轉筒14的外園表面之間的距離以及轉筒14的轉速。從實際上看，硅粒加料速度的控制是以控制轉筒14的轉速方式來進行的。
轉筒14停止轉動時，硅料以給定的靜止角堆積在轉筒14的上部。此時硅粒停止運動，向坩堝內的加硅粒料也就停止了。
按照本實施方案的加料裝置，進料速度與常規振動加料器的不同，不受原料尺寸的影響，因而能夠穩定地制備質量優異的單晶。
另外，由于不存在轉筒外園表面所面臨的，正象在回轉閥所面臨的狀況，也就沒有外殼內壁與轉筒外園表面之間造成硅粒料的擠塞以使轉筒停轉的問題。
而且，也沒有由于外殼內壁磨損而產生雜質的問題。
此外，在本實施方案的加料裝置中，貯料斗12，轉筒14和漏斗形導向管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進入坩堝的作用。
按照本發明的硅料加粒裝置，原料的加料速度是穩定的，也沒有材料污染的問題。因此，原料連續加料型的引上法能夠實施，從而能制備高質量的單晶硅。
權利要求
1.在連續送料型引上法制造硅單晶的設備中，包括一個將硅料連續送進坩堝的加料裝置，其改進之處包括一個充有減壓惰性氣體的箱體；該箱體內安置一個轉筒并裝有一個臥式旋轉軸，在所說的轉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筒上方的貯料斗，該貯料斗底部排出口與所說的轉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成，該極限值以一個靜止角使所說的轉筒內從所說的排出口排出的所說的硅粒停止轉動因而堆積在所說的轉筒外園表面。
2.根據權利要求1制造硅單晶的設備，其中，在所說的轉筒外園表面上，所說的能截住顆粒的部件包括多個凸起。
3.根據權利要求1制造硅單晶的設備，其中在所說的轉筒外園表面上，所說的多個能截住顆粒的部件包括多個溝槽。
4.根據權利要求1制造硅單晶的設備，其中在所說的轉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.根據權利要求2制造硅單晶的設備，其中所說的凸起是齒狀凸起。
6.根據權利要求2制造硅單晶的設備，其中所說的凸起包括多個與旋轉軸平行的板型凸起。
7.根據權利要求2制造硅單晶的設備，其中所說的凸起包括多個各自獨立安置的園柱形凸起。
8.根據權利要求3制造硅單晶的設備，其中所說的溝槽包括多個垅溝狀溝槽。
9.根據權利要求3制造硅單晶的設備，其中所說的溝槽包括多個網狀溝槽。
10.根據權利要求3制造硅單晶的設備，其中所說的溝槽包括多個凹坑狀溝槽。
11.根據權利要求4制造硅單晶的設備，其中所說的轉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.根據權利要求1制造硅單晶的設備，其中，與所說的硅粒相接觸的所說的貯料斗和所說的轉筒部件至少由二氧化硅，硅或聚四氟乙烯制造的。
13.根據權利要求3制造硅單晶的設備，其中所說的溝槽包括多個彎拱形溝槽。
14.根據權利要求1制造硅單晶的設備，其中所說的硅原料加料速度是以控制所說的轉筒轉速的方式來控制。
全文摘要
引上法制造硅單晶的設備，包括一個將硅粒原料連續送進坩堝的加料裝置。該裝置包括一個充有減壓惰性氣體的箱體，箱體內部安裝一個轉筒，轉筒外圓表面上有多個能截住顆粒原料的部件，在轉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 優先權日1989年3月30日
發明者毛利吉男, 荒木健治, 黑田浩一 申請人:日本鋼管株式會社