相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2014年9月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/052,914的優(yōu)先權(quán)，其全文通過(guò)引用結(jié)合在本文中。

本發(fā)明總體上涉及用于生長(zhǎng)半導(dǎo)體或太陽(yáng)能級(jí)材料的單晶錠的拉晶機(jī)，更具體地涉及用在拉晶機(jī)中的灰塵阻隔裝置，以防止顆粒物進(jìn)入與生長(zhǎng)的晶錠鄰近的熔體。

背景技術(shù)：

在通過(guò)直拉(cz)法生長(zhǎng)的單晶硅的制造中，首先在拉晶裝置的諸如石英坩堝那樣的坩堝中熔化多晶硅，以形成硅熔體。拉晶機(jī)然后將晶種下降到熔體中，并且緩慢地將該晶種提升出熔體，使熔體凝固到晶種上。為了使用該方法制造高品質(zhì)單晶，必須使緊鄰晶錠的熔體的表面的穩(wěn)定性大體上保持恒定。另外，應(yīng)當(dāng)使緊鄰晶錠的熔體大體上保持沒(méi)有固體顆粒物和其它污染物，以防止不能實(shí)現(xiàn)零位錯(cuò)生長(zhǎng)。用于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的現(xiàn)有系統(tǒng)不完全令人滿(mǎn)意。因此，需要更加高效且有效的系統(tǒng)，以防止固體顆粒物到達(dá)鄰近晶錠的熔體和限制鄰近晶錠的熔體中的表面破裂。

此“背景技術(shù)”章節(jié)意在向讀者介紹可能與下文所描述和/或要求保護(hù)的本發(fā)明的各種方面有關(guān)的技術(shù)的多個(gè)方面。相信該討論有助于向讀者提供背景信息，以便于更好地理解本發(fā)明的各方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些敘述將在此基礎(chǔ)上被理解，而不應(yīng)理解成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，提供了一種用于從熔體生長(zhǎng)晶錠的拉晶機(jī)。該拉晶機(jī)包括殼體、隔離裝置、坩堝、隔熱罩和灰塵阻隔裝置。該殼體包圍生長(zhǎng)室，并且具有上壁，該上壁具有內(nèi)表面和孔。該隔離裝置將殼體的內(nèi)部分成上部區(qū)域和下部區(qū)域，并且具有中心開(kāi)口。坩堝組件位于下部區(qū)域中，以容納熔體。隔熱罩鄰近隔離裝置的中心開(kāi)口，并且與坩堝組件構(gòu)成迷宮式氣體路徑。該灰塵阻隔裝置從上壁的內(nèi)表面延伸到隔離裝置和隔熱罩中的一個(gè)，并且圍繞所述孔與上壁構(gòu)成密封，以阻止顆粒物通過(guò)殼體的上部區(qū)域進(jìn)入生長(zhǎng)室。

另一方面，提供了一種用于阻止顆粒物進(jìn)入位于拉晶機(jī)的生長(zhǎng)室中的熔體的裝置。該拉晶機(jī)具有上壁和隔離裝置，該隔離裝置限定了生長(zhǎng)室的上部區(qū)域。該上壁具有內(nèi)表面和孔，該孔用于將晶錠從生長(zhǎng)室中移走。該裝置包括防塵罩和密封件，該防塵罩用于在上壁和隔離裝置之間插入拉晶機(jī)中。該防塵罩具有頂部部分，該頂部部分具有比所述孔的直徑更大的直徑，以允許通過(guò)上壁無(wú)障礙地進(jìn)入生長(zhǎng)室。該密封件沿著防塵罩的頂部部分與防塵罩連接，并且構(gòu)造成用于在將防塵罩安裝在拉晶機(jī)中時(shí)壓靠于上壁，以阻止顆粒物在防塵罩和上壁之間通過(guò)。

存在對(duì)關(guān)于上述方面提到的特征的多種改進(jìn)。其它特征也可以并入上述方面中。這些改進(jìn)和附加特征可以單獨(dú)地或以任意組合存在。例如，下文關(guān)于任一所示實(shí)施例所討論的各種特征可以單獨(dú)地或以任意組合并入上述任一方面中。

附圖說(shuō)明

圖1是拉晶機(jī)的示意性剖視圖，該拉晶機(jī)包括安裝在該拉晶機(jī)的下部殼體中的灰塵阻隔裝置；

圖2是不具有灰塵阻隔裝置的拉晶機(jī)的示意性剖視圖，示出從進(jìn)料區(qū)域到晶體生長(zhǎng)區(qū)域的灰塵顆粒物路徑；

圖3是圖1的灰塵阻隔裝置和下部殼體的放大剖面圖，示出密封組件；

圖4是灰塵阻隔裝置的頂部透視圖；

圖5是灰塵阻隔裝置的頂視圖；

圖6是灰塵阻隔裝置的剖面圖；和

圖7是將在具有和不具有灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的晶體的標(biāo)準(zhǔn)化位錯(cuò)自由長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比的圖表。

在附圖的多個(gè)視圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。

具體實(shí)施方式

參考圖1，其中示意性地示出拉晶機(jī)，該拉晶機(jī)總體上以10表示。拉晶機(jī)10用于通過(guò)直拉法制造單晶錠。如本文所討論的那樣，盡管可以使用分批工藝，但是這里結(jié)合制造單晶錠的連續(xù)直拉法來(lái)描述該系統(tǒng)。然而，也可以使用與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)制造多晶錠，例如通過(guò)定向凝固工藝。

在制造單晶錠的連續(xù)直拉法期間，將固體原材料12供應(yīng)到拉晶機(jī)10并且在拉晶機(jī)10中熔化或液化固體原材料12，以形成熔化的原料或熔體14，同時(shí)從熔體中生長(zhǎng)出單晶錠或晶錠16。通過(guò)進(jìn)料管20將固體原材料12從進(jìn)料器18供應(yīng)到拉晶機(jī)10中，對(duì)此將在下面更加詳細(xì)地討論。通過(guò)隨著熔體14在晶錠形成過(guò)程期間的減少連續(xù)地向拉晶機(jī)10添加固體原材料12，該方法允許制造多個(gè)晶錠16。

拉晶機(jī)10包括水冷式殼體，該殼體包括上部殼體30，該上部殼體30通過(guò)凸緣式連接件50與下部殼體60連接。上部殼體30圍繞晶體提拉或移除室32，下部殼體60圍繞晶體生長(zhǎng)室62。可以設(shè)置泵(未示出)或其它適當(dāng)?shù)难b置，以將殼體的內(nèi)部抽成真空。

上部殼體30包括氣體系統(tǒng)34，該氣體系統(tǒng)34用于將諸如為氬氣的惰性氣體36穿過(guò)提拉室供應(yīng)到晶體生長(zhǎng)室62。惰性氣體36用于冷卻生長(zhǎng)中的晶錠16，還用于阻止顆粒物接觸生長(zhǎng)中的晶錠或污染熔體14，這將在下文詳細(xì)討論。

上部殼體30還包括提拉系統(tǒng)40，該提拉系統(tǒng)40具有提拉機(jī)構(gòu)42和晶種44。晶種44附裝到布置在熔體14上方的提拉機(jī)構(gòu)42的一個(gè)部分上。提拉機(jī)構(gòu)42為晶種44提供沿著與熔體14的表面垂直的方向的運(yùn)動(dòng)。提拉機(jī)構(gòu)42向下延伸通過(guò)提拉室32，并且能夠使晶種44提升、下降和旋轉(zhuǎn)。晶種44用于生長(zhǎng)晶錠16。

在生長(zhǎng)晶錠16期間，提拉機(jī)構(gòu)42使晶種44下降，直到它接觸熔體14的表面。一旦晶種44開(kāi)始熔化，提拉機(jī)構(gòu)42將晶種44緩慢地向上提升通過(guò)生長(zhǎng)室62和提拉室32，以生長(zhǎng)晶錠16。通過(guò)外部控制系統(tǒng)或控制器24控制提拉機(jī)構(gòu)42使晶種44旋轉(zhuǎn)的速度和提拉機(jī)構(gòu)使晶種44提升的速度。

圍繞晶體生長(zhǎng)室62的下部殼體60具有大體上圓柱形的外側(cè)壁或圓柱形壁70和大體上拱頂形的上壁或拱頂80。圓柱形壁70和上壁80都可以具有各種端口或連接裝置，以使諸如液體或氣體的材料和諸如溫度及其它傳感器的電信號(hào)與晶體生長(zhǎng)室62連接。這些連接裝置可以與外部控制器24連接，以監(jiān)測(cè)和控制下部殼體60中的進(jìn)程。

特別地，上壁80包括孔82、進(jìn)料端口84、觀察端口86和溫度端口88。通過(guò)使用提拉系統(tǒng)40將晶錠16穿過(guò)孔82提升到提拉室32中，可以將晶錠16從生長(zhǎng)室62移走。進(jìn)料端口84與進(jìn)料管20連接，以將固體原材料12供應(yīng)到生長(zhǎng)室62中。觀察端口86為操作員提供了到生長(zhǎng)中的晶錠16的直接視線，其允許操作員觀察生長(zhǎng)室62中的晶體生長(zhǎng)過(guò)程。觀察端口86可以包括透明材料以允許操作員直接觀察晶體生長(zhǎng)過(guò)程，或者包括用于遠(yuǎn)程觀察該過(guò)程的攝像機(jī)。

溫度端口88也具有對(duì)生長(zhǎng)中的晶錠16的直接視線，以使得能夠利用傳感器90測(cè)量熔體14和/或生長(zhǎng)中的晶錠16的溫度。諸如為高溫計(jì)或類(lèi)似溫度傳感器的傳感器90提供了對(duì)生長(zhǎng)中的單晶錠16的晶體/熔體界面處的熔體14的溫度的連續(xù)測(cè)量。傳感器90還可以構(gòu)造成測(cè)量生長(zhǎng)中的晶錠16的溫度。傳感器90在通訊方面與控制器24聯(lián)接。可以使用附加的溫度傳感器，以關(guān)于原材料的熔化或控制生長(zhǎng)中的晶錠的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和向控制器提供溫度反饋。盡管為了清楚而示出了單個(gè)通訊導(dǎo)線，但是可以通過(guò)多個(gè)導(dǎo)線或無(wú)線連接裝置將一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器連接到控制器，例如通過(guò)紅外線數(shù)據(jù)鏈路或其它適當(dāng)?shù)难b置。

下部殼體60容納就位在石墨基座130中的坩堝組件100。坩堝組件100容納熔體14，晶錠16從該熔體14中生長(zhǎng)?；?30安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)140上，該轉(zhuǎn)盤(pán)140用于使基座130和坩堝組件100圍繞拉晶機(jī)10的中心縱軸線旋轉(zhuǎn)。坩堝組件100也能夠在生長(zhǎng)室62中被提升，以在生長(zhǎng)晶錠16和原材料從熔體中移走時(shí)，使熔化的原材料或熔體14的表面保持在大體上恒定的水平面上。

電阻加熱器150和隔離裝置160圍繞坩堝組件100。加熱器150加熱放置在坩堝組件100中的固體原材料12以使其液化，并且使得到的熔體14保持在熔化狀態(tài)。加熱器150大體上是圓柱體的形狀，并且向坩堝組件100的側(cè)面提供熱量。加熱器150與外部控制器24連接并由該外部控制器24控制，從而在整個(gè)拉晶過(guò)程中精確控制熔體14的溫度。

在一些實(shí)施例中，可以在坩堝周?chē)贾靡粋€(gè)以上加熱器以提供熱量。在這些實(shí)施例中，可以分別地、獨(dú)立地選擇通過(guò)控制器24向各加熱器供應(yīng)的電流量，以?xún)?yōu)化熔體14的熱特性。

控制器24也可以與進(jìn)料器18連接來(lái)改變?cè)牧?2的供應(yīng)，以在晶體生長(zhǎng)室62中實(shí)現(xiàn)最佳的生長(zhǎng)條件。在這些實(shí)施例中，控制器24控制向進(jìn)料器18提供的電流以控制功率輸出，并且控制向坩堝組件100供應(yīng)的原材料12的數(shù)量，以由此控制熔體14的溫度。

可以通過(guò)進(jìn)料管20將固體原材料12從進(jìn)料器18放置到坩堝組件中。原材料12的溫度比周?chē)娜垠w14的溫度低得多，并且從熔體吸收熱量，同時(shí)原材料的溫度升高，并且固體原材料在外部區(qū)域中液化以形成外部熔化部分。隨著固體原材料12(有時(shí)被稱(chēng)為“冷原料”)從熔體14吸收能量，周?chē)娜垠w的溫度與所吸收的能量成比例地降低。

添加到熔體中的原材料12的數(shù)量由進(jìn)料器18控制，該進(jìn)料器18響應(yīng)于來(lái)自控制器24的啟動(dòng)信號(hào)。控制器24精確地確定和控制熔體14的冷卻量?？刂破?4將添加或不添加原材料12，以調(diào)節(jié)熔體14的溫度和質(zhì)量?？梢曰谯釄逯械墓璧馁|(zhì)量添加原材料12，例如通過(guò)測(cè)量熔體的重量或測(cè)量熔體的液體高度。

控制器24控制向加熱器150提供的電流以控制加熱器功率輸出，并且控制對(duì)原材料12的供應(yīng)以由此控制熔體14的溫度。通過(guò)控制加熱和對(duì)原材料12的供應(yīng)，控制器能夠?yàn)榫уV16提供適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)條件。

隔離裝置160控制坩堝組件100周?chē)臒醾鬟f和生長(zhǎng)中的晶錠16的冷卻速率。隔離裝置160包括側(cè)面隔離裝置162和頂部隔離裝置164，該側(cè)面隔離裝置162圍繞加熱器150，該頂部隔離裝置164將下部殼體60的內(nèi)部分成上部區(qū)域64和下部區(qū)域66。上部區(qū)域64是低壓區(qū)或死區(qū)(沒(méi)有再循環(huán))。坩堝組件100和加熱器150被容納在下部區(qū)域66中。隔離裝置160用于容納/保持由加熱器150產(chǎn)生的熱量，并且使坩堝組件100周?chē)男枰杉訜崞骷訜岬目臻g最小。

如圖1所示，頂部隔離裝置164具有與上壁80中的孔82和坩堝組件100的中心對(duì)齊的中心開(kāi)口166，晶錠16從該中心開(kāi)口生長(zhǎng)出來(lái)。隔離裝置160還具有加熱器隔離裝置168和坩堝隔離裝置170，該加熱器隔離裝置168從側(cè)面隔離裝置162向內(nèi)至少部分地在加熱器150上方延伸，該坩堝隔離裝置170進(jìn)一步向內(nèi)延伸。坩堝隔離裝置170至少部分地覆蓋坩堝組件100。

在一些實(shí)施例中，隔離裝置160由多塊隔離裝置制成，這些隔離裝置互相連接，以限制各塊隔離裝置之間的流徑和熱因素(thermalviewfactors)。

此實(shí)施例的拉晶機(jī)10包括隔熱罩180，該隔熱罩180鄰近坩堝組件100安裝在生長(zhǎng)室62中。隔熱罩180從頂部隔離裝置164的中心開(kāi)口166向內(nèi)至少部分地在熔體14上方延伸。隔熱罩180具有圓錐形件182，該圓錐形件182具有中心開(kāi)口，該中心開(kāi)口的尺寸和形狀被確定成在從熔體14向上提拉晶錠16時(shí)圍繞晶錠16。然而，可以使用任何適當(dāng)?shù)乃叫D(zhuǎn)式橫截面形狀，該橫截面形狀使熔體14與下部殼體60的上部區(qū)域64分開(kāi)，并且具有中心開(kāi)口以允許通過(guò)其中將晶錠16拉出。

隔熱罩180包括從圓錐形件182向下豎直延伸的擋板190。擋板190適當(dāng)?shù)貥?gòu)成圓錐形件182的一部分，該圓錐形件182可以一體地制成或作為具有多個(gè)部分的組件制成。在此實(shí)施例中，圓錐形件182和擋板190都由石墨、涂覆有碳化硅的石墨或高純鉬制成，但是也可以使用其它適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

圍繞坩堝組件100的下部殼體60中的下部區(qū)域66通常被稱(chēng)作拉晶機(jī)10的“熱區(qū)”。熱區(qū)的組成部件包括基座130、加熱器150、隔離裝置160和隔熱罩180。在一些實(shí)施例中，下部殼體60包括冷卻套或水套(未示出)。

如上所述，在生產(chǎn)單晶錠的連續(xù)直拉法期間，原材料12被同時(shí)供應(yīng)到坩堝組件100中和在其中熔化，而晶錠16從熔體14中生長(zhǎng)出來(lái)。

該固體原材料12不是立即在熔體14中液化，而可能進(jìn)入熔體的緊鄰生長(zhǎng)中的晶錠16的區(qū)域，或由空氣運(yùn)送并與晶錠直接接觸，從而在晶錠中引起缺陷或位錯(cuò)。位于緊鄰生長(zhǎng)中的晶錠16的熔體區(qū)域中的熔體固體原料的碎塊或碎片俗稱(chēng)為“魚(yú)”。這些污染顆粒物可能導(dǎo)致生長(zhǎng)中的晶錠16結(jié)構(gòu)異常。

例如由于灰塵、與其它固體原料碰撞并彈開(kāi)的固體原料、或在固體原料熔化期間在固體原料周?chē)纬傻臍錃馀荼?，一些固體原材料12可以由空氣運(yùn)送。由空氣運(yùn)送的固體原料的碎塊俗稱(chēng)“鳥(niǎo)”。通過(guò)使用本發(fā)明的實(shí)施例，在晶錠生長(zhǎng)過(guò)程期間，可以防止這些魚(yú)和鳥(niǎo)進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域和在晶錠中引起缺陷或位錯(cuò)。

定位在晶體生長(zhǎng)室62中的坩堝組件100包括坩堝102，該坩堝102構(gòu)成用于將熔體14容納在其中的凹腔104。坩堝102與提拉機(jī)構(gòu)42接近同軸，并且布置成從進(jìn)料管20接收原材料12。

如上所述，向熔體14添加固體原材料12還可導(dǎo)致熔體的表面被擾動(dòng)。這些擾動(dòng)還影響熔體14的硅原子與晶種44的硅原子適當(dāng)對(duì)齊的能力。為了制造高品質(zhì)的晶錠16，鄰近晶種44/晶錠16的區(qū)域中的熔體14必須保持在大體上恒定的溫度，并且大體上免于表面擾動(dòng)，并且外來(lái)的固體顆粒物必須被最小化。

為了限制與在緊鄰生長(zhǎng)中的晶錠16的區(qū)域中添加原材料12相關(guān)的表面擾動(dòng)和溫度波動(dòng)，一個(gè)或多個(gè)硅土隔擋或堰體定位在坩堝102中。典型地，堰體是放置在坩堝中的石英管。這些堰體定位在坩堝組件100中并位于供應(yīng)原料的位置和提拉晶錠16的位置之間，以構(gòu)成坩堝組件100。這些堰體在坩堝組件中形成多個(gè)區(qū)域，并且阻止未液化的或固體的原料(即魚(yú))進(jìn)入緊鄰生長(zhǎng)中的晶錠16的區(qū)域中。

在圖1所示的實(shí)施例中，外堰體106和內(nèi)堰體108定位在坩堝102的凹腔104中。堰體106和108通過(guò)將熔體14分成外熔體部分110、中間熔體部分112和內(nèi)熔體部分114，阻止熔體表面擾動(dòng)的向內(nèi)傳播。外熔體部分110定位在外堰體106外側(cè)或定位在外部區(qū)域中。中間熔體部分112定位在外堰體106和內(nèi)堰體108之間或定位在中間區(qū)域中。內(nèi)熔體部分114定位在內(nèi)堰體108內(nèi)側(cè)或定位在內(nèi)部區(qū)域中，并且鄰近生長(zhǎng)中的晶錠16。堰體106和108阻止熔體14中的魚(yú)從外熔體部分110向內(nèi)熔體部分114的運(yùn)動(dòng)。

在其它實(shí)施例中，可以通過(guò)堰體106和108的下部區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)通道(未示出)允許熔體14在區(qū)域之間的運(yùn)動(dòng)。

熔體14的運(yùn)動(dòng)基本被限制在堰體106和108下方，或通過(guò)在堰體106、108中構(gòu)成的通道。因此，熔體14到內(nèi)部區(qū)域中的任何運(yùn)動(dòng)都在熔體頂部的位置下方或直接與該位置相對(duì)的位置處，其中晶錠16在該頂部的位置被拉出。對(duì)熔體運(yùn)動(dòng)的這種約束限制了沿著熔體14的內(nèi)熔體部分的頂部的表面擾動(dòng)和溫度波動(dòng)，這限制了正在形成的晶錠中的位錯(cuò)。

在堰體106和108中構(gòu)成的通道允許熔體14在外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域之間受控制的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)阻止或限制熔體14在區(qū)域之間的運(yùn)動(dòng)，可以在原材料進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域中時(shí)，允許將外部區(qū)域中的原材料12加熱到幾乎與內(nèi)熔體部分的溫度相等的溫度。

坩堝102以及堰體106和108適當(dāng)?shù)赜墒⒅瞥?，熔體14和原材料12是硅。在這些實(shí)施例中，硅熔體14有腐蝕性，并且可能導(dǎo)致坩堝102以及堰體106和108的石英在低壓下被穿通，極大地限制了系統(tǒng)的總運(yùn)行時(shí)間。為了防止將限制總運(yùn)行時(shí)間的坩堝102以及堰體106和108的過(guò)度腐蝕，通過(guò)控制以介于約15托和約75托之間的壓力和介于約90slpm和約140slpm之間的流量從氣體系統(tǒng)34供應(yīng)諸如氬氣的惰性氣體36，使鄰近石英的氧氣向上偏移。熔體表面中的更高的氧氣含量由此限制了石英腐蝕速率。更高的壓力降低了拉晶機(jī)10中的氬氣的速度，從而減少?gòu)娜垠w表面蒸發(fā)的一氧化硅。由此將更少的一氧化硅帶入排氣管線中，防止了排氣管線的過(guò)早堵塞和過(guò)早的運(yùn)行終止。

如上所述，必須防止鳥(niǎo)進(jìn)入緊鄰生長(zhǎng)中的晶錠的區(qū)域。由于固體原料的大的硅顆粒物可能從熔體彈開(kāi)、彼此碰撞和回彈以及從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)彈飛，因此不能確定每個(gè)不受約束的鳥(niǎo)的軌跡。在內(nèi)部區(qū)域中流動(dòng)的熔體可以使落在內(nèi)熔體表面上的鳥(niǎo)向生長(zhǎng)中的晶錠移動(dòng)，導(dǎo)致這些未熔化的硅顆粒物接觸生長(zhǎng)中的晶錠和在生長(zhǎng)中的晶錠內(nèi)形成缺陷或位錯(cuò)。因此，鳥(niǎo)或其它污染物存在大量可能的軌跡。通過(guò)使用交疊的堰體106、108和隔熱罩180，限制了這些鳥(niǎo)的軌跡，以防止它們進(jìn)入內(nèi)熔體部分114和接觸生長(zhǎng)中的晶錠16，尤其是鄰近固液界面。

與本發(fā)明的隔熱罩180相結(jié)合的堰體106、108防止了從外堰體106的外部(尤其是從原料管或通道)向內(nèi)堰體108內(nèi)部的區(qū)域的視線路徑或直接路徑。通過(guò)中斷外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域之間的視線路徑，降低了顆粒物彈飛的風(fēng)險(xiǎn)或一些將允許鳥(niǎo)和污染物進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域的牛頓軌跡的風(fēng)險(xiǎn)。

如圖所示，向上延伸的堰體106和108彼此平行，并且具有不同的長(zhǎng)度。在一些實(shí)施例中，向上延伸的堰體106和108可以具有大體上相等的長(zhǎng)度。在其它實(shí)施例中，堰體106和108可以具有復(fù)雜的形狀。

隔熱罩180的擋板190布置在一個(gè)位置，當(dāng)將隔熱罩安裝在拉晶機(jī)10中時(shí)，該位置使得該擋板就位在堰體106和108之間。

通過(guò)在堰體106和108的頂部之間延伸出直線，然后使該直線圍繞堰體106和108的中心旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)頂部形成切向圓錐。在其它實(shí)施例中，堰體106和108可以具有相同的高度，從而在堰體106和108的頂部之間形成切向直線或平面。擋板190從圓錐形件182向下延伸通過(guò)該切向平面或圓錐，從而穿過(guò)由堰體106和108限定的梯形回轉(zhuǎn)體積，以構(gòu)成曲折的布置結(jié)構(gòu)或迷宮式氣體路徑192，以防止鳥(niǎo)和污染物進(jìn)入鄰近生長(zhǎng)中的晶錠16的區(qū)域。

堰體106和108、擋板190以及圓錐形件182之間的間隔的尺寸可以確定成使足夠的氬氣通過(guò)迷宮式區(qū)域流出，例如以防止可能攜帶污染物或鳥(niǎo)的氣體向內(nèi)流動(dòng)。足夠的氬氣流出可以阻止非常小的污染物(例如灰塵或非常小的顆粒物)進(jìn)入鄰近生長(zhǎng)中的晶錠16的區(qū)域，并且防止在晶錠中引起缺陷或位錯(cuò)。

擋板190可以與堰體106和108的頂部表面隔開(kāi)一個(gè)最小距離，該最小距離由堰體106和108之間的熔體飛濺情況確定。除其它因素以外，該熔體飛濺情況典型地取決于凈化氣體的流量、壓力和溫度。擋板190的長(zhǎng)度或擋板在堰體106和108之間延伸的超過(guò)切向圓錐的距離還可以取決于其它設(shè)計(jì)考慮。

在其它實(shí)施例中，堰體和擋板的數(shù)量可以改變。在這些實(shí)施例中，至少其中一個(gè)堰體或擋板延伸到由多個(gè)其它堰體或擋板形成的切向圓錐或平面中，以防止從外堰體106的外部到內(nèi)堰體108內(nèi)部的區(qū)域的視線路徑或直接路徑。

拉晶機(jī)10還包括灰塵阻隔裝置200(廣義地，裝置)，該灰塵阻隔裝置200用于在晶錠生長(zhǎng)過(guò)程期間阻止顆粒物從上部區(qū)域64進(jìn)入熔體。在晶錠生長(zhǎng)過(guò)程期間，該裝置200使進(jìn)料區(qū)域與晶體生長(zhǎng)區(qū)域隔開(kāi)。如圖3所示，灰塵阻隔裝置200包括防塵罩210和密封件250。

圖2是不具有裝置200或防塵罩210的拉晶機(jī)10的剖視圖。如圖2所示，由空氣運(yùn)送的顆粒物，例如來(lái)自于原材料12的灰塵，可以沿著顆粒物路徑p行進(jìn)通過(guò)隔離裝置160，或向上和圍繞隔離裝置160，并落在內(nèi)熔體部分114上，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)零位錯(cuò)生長(zhǎng)。如本文更加詳細(xì)描述的，裝置200有助于使上部區(qū)域64與進(jìn)料區(qū)域密封隔開(kāi)，并且阻止顆粒物(諸如來(lái)自于原材料12的灰塵)進(jìn)入生長(zhǎng)區(qū)域或內(nèi)熔體部分114。

附加地參考圖4-6，防塵罩210被成型為截頭圓錐形狀，其與隔離裝置160或隔熱罩180連接，并且向上延伸至上壁80并圍繞孔82。這樣，防塵罩210阻止顆粒物如圖2的顆粒物路徑p所示通過(guò)下部殼體60的上部區(qū)域64進(jìn)入生長(zhǎng)室62。

參考圖1、3和4，在安裝期間，將防塵罩210在上壁80和隔離裝置160之間插入拉晶機(jī)10中。防塵罩210具有頂部部分212，該頂部部分212具有比孔82的直徑更大的直徑，以允許通過(guò)上壁80無(wú)障礙地進(jìn)入生長(zhǎng)室62。防塵罩210的頂部部分212經(jīng)由在孔82的徑向外部的密封件250與上壁80連接，并且周向地圍繞孔82延伸，以密封上部區(qū)域64的徑向內(nèi)部部分。防塵罩210經(jīng)由在觀察端口86的徑向外部的密封件250與上壁80連接，以防止通過(guò)該觀察端口對(duì)生長(zhǎng)室的視覺(jué)障礙。防塵罩210的頂部部分212不直接附裝到上壁80上，而是朝上壁80被偏壓，以防止顆粒物從中通過(guò)。防塵罩210具有底部部分220，該底部部分220連接或附裝到隔離裝置160或隔熱罩180上。

在一些實(shí)施例中，防塵罩210是石墨。在一些實(shí)施例中，隔熱罩180和防塵罩210作為單個(gè)單元構(gòu)成。在其它實(shí)施例中，防塵罩210可以是與上壁80和隔離裝置160或隔熱罩180匹配的任何形狀，其阻止顆粒物進(jìn)入內(nèi)熔體部分114中，但不妨礙觀察或儀器的使用。

附加地參考圖5和6，防塵罩210具有管道230，該管道230包圍進(jìn)料管20，該進(jìn)料管20延伸通過(guò)上壁80并進(jìn)入生長(zhǎng)室62中。管道230是這樣一個(gè)管子，該管子從防塵罩210的圓錐形部分向上延伸，以防止顆粒物從進(jìn)料管20和隔離裝置160之間進(jìn)入內(nèi)熔體部分114中。

防塵罩210還具有帽件(cowl)240。該帽件240是防塵罩210中的“隆起物”或突起，該突起從防塵罩210的一側(cè)延伸到防塵罩210的中心。該突起為諸如為摻雜劑進(jìn)料管(未示出)的管子提供通路，以向外熔體部分110供應(yīng)諸如摻雜劑的其它材料。帽件240允許從防塵罩210的一側(cè)接近外熔體部分110和通過(guò)上壁80接近內(nèi)熔體部分114。帽件240還允許在不需要對(duì)通過(guò)防塵罩210的側(cè)面的管子單獨(dú)密封的情況下接近外熔體部分110。

密封件250限定了灰塵阻隔裝置200的頂部部分，并且包圍防塵罩210的頂部部分212的至少一部分。防塵罩210包括凸緣214，以提供用于密封件250?？康闹С斜砻妗７缐m罩210還包括鄰近密封件250的壁部218，該壁部218部分地覆蓋密封件250，以在將裝置200安裝在拉晶機(jī)10中期間保持密封件250的就位。密封件250在壁部218上方延伸，以在防塵罩210和上壁80之間提供空間。

密封件250將防塵罩210與上壁80連接。在將防塵罩210安裝在拉晶機(jī)10中時(shí)，密封件250在縱向上被擠壓或偏壓以抵靠上壁80，以在裝置200和上壁80之間構(gòu)成密封。密封件250具有密封圈260和彈簧270，該彈簧270擠壓或偏壓密封圈260以抵靠上壁80。如圖所示，密封圈260具有恒定的梯形橫截面，并且包括成角度的頂部表面262，該頂部表面262大體上符合上壁80的形狀。在一些實(shí)施例中，密封圈260可以具有其它的橫截面形狀。

在其它實(shí)施例中，密封圈260可以具有復(fù)雜的形狀，以提供與上壁80的更好的密封。在這些實(shí)施例中，密封圈260可以具有包括峰和谷的不平坦的頂部表面，以適應(yīng)手工制成的拱頂80的不平坦表面。上壁80的手工制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不平坦的表面，密封圈260與這些表面匹配。因此，密封圈260可以適當(dāng)?shù)刂圃斐膳c上壁80的輪廓相匹配。在其它實(shí)施例中，密封圈260足夠薄，以允許將其裝配到上壁80上。

彈簧270就位于由凸緣214和壁部218限定的袋形區(qū)216中，以在裝置200的安裝和使用期間保持其就位。凸緣214和壁部218可以限定任意數(shù)量的袋形區(qū)216，以容納多個(gè)彈簧270。在一些實(shí)施例中，并非所有袋形區(qū)216都容納彈簧270。在一些實(shí)施例中，彈簧270可以圍繞凸緣214等距地間隔開(kāi)。

在該示例性實(shí)施例中，彈簧270是螺旋彈簧，該螺旋彈簧對(duì)密封圈260施加移位力，以偏壓密封圈遠(yuǎn)離防塵罩210的凸緣214并抵靠上壁80。在該示例性實(shí)施例中，彈簧270由兩個(gè)卷曲的金屬片材構(gòu)成，所述金屬諸如鉬、鋼或其合金。一種適當(dāng)?shù)闹圃鞆椈?70的方法包括將兩個(gè)金屬片材平直地一個(gè)放置于另一個(gè)之上，然后將它們卷成圈狀。然后將彈簧的端部銷(xiāo)釘在一起以制成剛性彈簧。彈簧270能夠在需要更換之前在反復(fù)的熱循環(huán)或晶體生長(zhǎng)過(guò)程期間保持其剛度。

在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的直徑、厚度或材料來(lái)增大或減小來(lái)自于彈簧270的密封力。可以通過(guò)使彈簧270變形以匹配新的芯軸來(lái)調(diào)節(jié)直徑。在其它實(shí)施例中，可以通過(guò)增加或減小用于向上且遠(yuǎn)離防塵罩210偏壓密封圈260的彈簧270的數(shù)量來(lái)改變密封力。

在此實(shí)施例中，密封圈260由石墨制成。在其它實(shí)施例中，密封圈260包括沿著鄰近上壁80的密封圈260的頂部表面262放置的石墨氈(graphitizedfelt)。在此實(shí)施例中，允許最初在沒(méi)有原材料12的情況下操作拉晶機(jī)，以移除在安裝過(guò)程期間破碎的任何氈顆粒物。在其它實(shí)施例中，密封圈260可以是非污染材料，該材料具有高工作溫度，并且具有在晶錠16提拉過(guò)程之前或期間貼合上壁80的能力?？梢灾瞥擅芊馊?60的適當(dāng)?shù)摹⒖煞系?、非污染的高溫材料包?例如且不限于)氧化物氈，例如氧化鋁。對(duì)于石墨氈，跨密封圈260兩側(cè)可以建立壓力差，以產(chǎn)生穿過(guò)該氈的徑向向外的流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)由該氈產(chǎn)生的顆粒物遠(yuǎn)離生長(zhǎng)中的晶體。

彈簧270適當(dāng)?shù)赜芍T如鉬或鋼的彈性材料制成。這些適當(dāng)?shù)牟牧显试S彈簧變形，直到材料的屈服點(diǎn)，然后返回彈簧的初始形狀。適當(dāng)?shù)牟牧夏軌蛟诶C(jī)10的工作溫度下保持剛度。然而，拉晶機(jī)10的工作溫度可能降低在彈簧必須被更換之前彈簧270可以使用的周期數(shù)。在一些實(shí)施例中，彈簧270是螺旋卷繞的彈簧。在一些實(shí)施例中，彈簧270是片簧。在其它實(shí)施例中，彈簧270可以具有偏壓密封圈260遠(yuǎn)離凸緣214和/或抵靠上壁80的任何適當(dāng)?shù)男螤睢?/p>

在一些實(shí)施例中，上壁80包括唇部92(圖1)，該唇部92的尺寸被確定成至少部分地覆蓋密封件250的密封圈260。唇部92還可以部分地覆蓋防塵罩210的壁部218。在一些實(shí)施例中，唇部92與密封圈260對(duì)齊，以提供平坦面或平面。在這些實(shí)施例中，密封圈260也是平坦的，以與所述平面匹配并且在它們之間提供密封。在其它實(shí)施例中，加工上壁80以提供在預(yù)定公差內(nèi)的平坦面或平面。

通過(guò)限制污染物到達(dá)內(nèi)熔體部分或接觸生長(zhǎng)中的晶錠，上述實(shí)施例有利地提供了更好的系統(tǒng)性能。

參考圖7，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)比較在具有和不具有灰塵阻隔裝置的情況下晶體的標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)位錯(cuò)長(zhǎng)度。該實(shí)驗(yàn)包括在具有本文所公開(kāi)的灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的98個(gè)晶體和在不具有灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的98個(gè)晶體。如圖所示，在具有灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的晶體的全部平均標(biāo)準(zhǔn)化長(zhǎng)度大體上沒(méi)有位錯(cuò)。然而，在沒(méi)有灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的晶體的平均標(biāo)準(zhǔn)化長(zhǎng)度約89％沒(méi)有位錯(cuò)。這樣，與在沒(méi)有灰塵阻隔裝置的情況下生長(zhǎng)的晶體相比，使用本文公開(kāi)的灰塵阻隔裝置多產(chǎn)生了約10％的無(wú)位錯(cuò)長(zhǎng)度。因此，圖示出使用灰塵阻隔裝置在每次運(yùn)行中增加了約10％的總產(chǎn)量，同時(shí)由于較少的浪費(fèi)而降低了總運(yùn)行成本。

該系統(tǒng)的實(shí)施例阻止來(lái)自于進(jìn)料區(qū)域中的固體原材料的灰塵顆粒物通過(guò)下部殼體的上部區(qū)域到達(dá)生長(zhǎng)中的晶錠。減少熔體表面的擾動(dòng)增加了高零位錯(cuò)(zd)晶錠的產(chǎn)量。

另外，使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以降低污染熔體的風(fēng)險(xiǎn)，并且通過(guò)使用灰塵阻隔裝置來(lái)阻止通過(guò)上部區(qū)域接近熔體，降低了由進(jìn)入內(nèi)熔體部分的顆粒物引起的晶錠中的結(jié)構(gòu)異常的風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)的降低以及改進(jìn)的效率和運(yùn)行時(shí)間不僅增加了晶體成型系統(tǒng)的總產(chǎn)量，還降低了總運(yùn)行成本。

當(dāng)介紹本發(fā)明或其實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”是指存在一個(gè)或多個(gè)該元件。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，意味著可能存在除了所列舉的元件之外的附加元件。使用表示特定取向(例如“頂部”、“底部”、“側(cè)面”等)的術(shù)語(yǔ)是為了便于描述，而不要求所描述的部件的任何特定取向。

在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)上述結(jié)構(gòu)和方法進(jìn)行各種改變，因此上文說(shuō)明書(shū)中所包含的和附圖所示的全部?jī)?nèi)容應(yīng)旨在被解釋成說(shuō)明性而非限制性的。