阅读说明：本技术 一种半导体级直拉复投筒 (Semiconductor-grade straight-pulling re-casting barrel ) 是由 袁长宏 娄中士 李鹏飞 田旭东 马飞 田宇翔 常瑞新 于 2020-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种半导体级直拉复投筒,包括筒本体、钼杆和置于所述筒本体下端的主石英伞,在所述钼杆上且位于所述主石英伞上方还设有副石英伞；所述主石英伞上还设有用于隔离钼杆和硅料并贯穿所述副石英伞设置的石英筒；所述筒本体上端面设有用于调节所述主石英伞和所述副石英伞升降位置的定位组件。本发明复投筒,缓冲硅料的下落速度,降低硅料对主石英伞的冲击,降低硅料飞溅的风险；固定下降距离,以调整复投筒开伞高度和下料速度；防止钼杆直接与硅料接触,保证进入复投筒内硅料的纯度,提升直拉单晶品质；提高复投筒强度,延长其使用寿命,降低复投筒制备成本。(The invention provides a semiconductor grade straight-pulling re-throwing barrel which comprises a barrel body, a molybdenum rod and a main quartz umbrella, wherein the main quartz umbrella is arranged at the lower end of the barrel body; the main quartz umbrella is also provided with a quartz cylinder which is used for isolating the molybdenum rod and the silicon material and penetrates through the auxiliary quartz umbrella; and the upper end surface of the cylinder body is provided with a positioning component for adjusting the lifting positions of the main quartz umbrella and the auxiliary quartz umbrella. The re-feeding cylinder buffers the falling speed of the silicon material, reduces the impact of the silicon material on the main quartz umbrella and reduces the risk of splashing of the silicon material; fixing the descending distance to adjust the parachute opening height and the blanking speed of the re-throwing cylinder; the molybdenum rod is prevented from directly contacting with the silicon material, the purity of the silicon material entering the re-feeding cylinder is ensured, and the quality of the straight-pulled single crystal is improved; the strength of the re-feeding cylinder is improved, the service life of the re-feeding cylinder is prolonged, and the preparation cost of the re-feeding cylinder is reduced.)

一种半导体级直拉复投筒

技术领域

本发明属于半导体直拉单晶辅助设备技术领域，尤其是涉及一种半导体级直拉复投筒。

背景技术

在半导体级单晶制备过程中，复投筒是一种常用的重要投料工具，复投筒的结构直接影响着硅料的投料量和拉制质量。中国公开专利CN210636091U提出一种新型直拉单晶用复投器，包括复投筒、石英伞和固定架，复投筒为上宽下窄式结构，这一结构的复投筒有以下问题：

首先：对于单个设置在复投筒下端的石英伞其受到硅料下落的冲击力较大，石英伞的底部冲击力很大，在下料时会带动复投料发生旋转，导致硅料在落入硅料液面后增加溅硅风险。

其次：同时由于其采用钼杆作为拉杆对石英伞进行操作，不仅易于造成硅料被钼金属污染，严重影响半导体级单晶硅的技术参数，无法应用于半导体级单晶硅的复投；而且在复投筒的上端面没有防呆设计，复投开伞时存在安全隐患。

还有：这一结构中的中间的第二筒部与下段的第三筒部之间的过渡结构为横截平面，其靠近第三筒部上端面外壁处容易产生应力集中，导致复投筒第三筒部与第二筒部连接处强度不够，容易出现裂纹，严重影响复投筒的使用寿命。

最后：还有这一结构的复投筒整体造价较高且使用频率较高，一旦出现任何质量，使得整个复投筒都要更换，造成加工成本提高。

故，如何设计一种适用于半导体级单晶复投用的复投筒，解决现有技术中的复投筒容易出现溅硅、污染硅料以及寿命短的技术问题，是提高复投效率、保证复投质量、降低加工成本的关键。

发明内容

本发明提供一种半导体级直拉复投筒，解决现有技术中的复投筒容易出现溅硅、污染硅料以及寿命短的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种半导体级直拉复投筒，包括筒本体、钼杆和置于所述筒本体下端的主石英伞，在所述钼杆上且位于所述主石英伞上方还设有副石英伞；所述主石英伞上还设有用于隔离钼杆和硅料并贯穿所述副石英伞设置的石英筒；所述筒本体上端面设有用于调节所述主石英伞和所述副石英伞升降位置的定位组件。

进一步的，所述筒本体为双层结构，包括外层筒和与所述外层筒内壁相适配的内层筒，所述内层筒厚度是所述外层筒厚度的1/4-1/3。

进一步的，所述内层筒下端面内嵌固设于置于所述外层筒内壁的卡槽内，所述卡槽靠近所述主石英伞一端，且距离所述外层筒下端面100-200mm。

进一步的，所述外层筒厚度为10-20mm。

进一步的，所述副石英伞置于所述筒本体下段部远离所述主石英伞一端设置，且所述副石英伞位于设置在所述筒本体外壁下法兰台位置高度的1/4-3/4。

进一步的，所述副石英伞为圆台形结构，其大径端靠近所述主石英伞一侧设置，且所述副石英伞母线角度为30-60°。

进一步的，所述副石英伞大径端直径是所述内层筒内径的1/3-1/2。

进一步的，所述外层筒与所述下法兰台连接处的变径横截面为菱形结构。

进一步的，所述定位组件包括定位板和对称设置的限位栓，所述限位栓设置在所述筒本体外壁上端面的上法兰台直径两端，所述限位栓两端分别与所述定位板和所述上法兰台；所述石英筒上端面被设置与所述定位板连接。

进一步的，在所述上法兰台和所述下法兰台之间还设有若干均匀设置的支撑杆。

与现有技术相比，采用本发明设计的复投筒，复投筒，缓冲硅料的下落速度，降低硅料对主石英伞的冲击，降低硅料飞溅的风险；固定下降距离，以调整复投筒开伞高度和下料速度；防止钼杆直接与硅料接触，保证进入复投筒内硅料的纯度，提升直拉单晶品质；提高复投筒强度，延长其使用寿命，降低复投筒制备成本。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种半导体级直拉复投筒的结构示意图；

图2是本发明一实施例的副石英伞的结构示意图。

图中：

100、筒本体 110、外层筒 120、内层筒

130、卡槽 200、钼杆 300、主石英伞

400、副石英伞 500、石英筒 600、定位组件

610、定位板 620、限位栓 700、上法兰台

800、下法兰台 900、支撑杆

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例提出一种半导体级直拉复投筒，如图1所示，包括筒本体100、钼杆200和设置在筒本体100下端的主石英伞300，在钼杆200上且位于主石英伞300正上方还设有副石英伞400；主石英伞300上还设有用于隔离钼杆200和硅料并贯穿副石英伞400设置的石英筒500；筒本体100的上端面设有用于调节主石英伞300和副石英伞400升降位置的定位组件600。

具体地，筒本体100为双层结构，包括外层筒110和与外层筒110内壁相适配的内层筒120，外层筒110和内层筒120也均为变径结构的筒体，采用上宽下窄式的结构，且其变径处的连接横截面为菱形结构，也即是外层筒110与设置在外层筒110变径处的下法兰台800的连接处的变径横截面为菱形结构。可提高上下段变径处的连接强度，降低应力集中，同时提高下法兰台800的固定强度，以提高复投筒在单晶炉炉台口放置的稳固性，提高复投筒的使用时间。

在本实施例中，外层筒110的厚度为10-20mm，内层筒120的厚度是外层筒110厚度的1/4-1/3；且外层筒110为普通石英砂层；内层筒120为高纯石英砂层。这是由于，当内层筒120的厚度小于外层筒110厚度的1/4时，内层筒120的厚度较薄，强度不足，容易碎裂，增加碎裂的风险；若内层筒120的厚度大于外层筒110厚度的1/3时，内层筒120的厚度增加，提高了复投筒整体重量，不仅不便于内层筒120的安装和更换，而且会缩小内层筒120的内壁直径，降低整体硅料的承载重量。优选地，当内层筒120的厚度是外层筒110厚度的1/4-1/3时，无论是内层筒120的机械强度以及安装的便捷性均处于最佳状态。

进一步的，内层筒120的下端面内嵌固设于置于外层筒110内壁的卡槽130内，卡槽130的结构与内层筒120的下端面相适配，且卡槽130靠近主石英伞300一端设置，且距离外层筒110的下端面100-200mm。卡槽130的位置不仅不会干涉主石英伞300上端面的位置，而且不会与副石英伞400下降的最低位置错开一段距离，不会影响硅料的下降。

采用普通石英砂做的外层筒110和高纯石英砂做的内层筒120相结合的复投筒，这一双层结构的复投筒，大大地降低复投筒生产的成本，在保证复投硅料量重量的同时，还可延长复投筒使用时间。这一结构，不仅节约了复投筒制备材料的使用，而且整体复投筒的制造成本相较于常规复投筒降低2/3左右，也即是制造这一双层结构的复投筒的费用是现有复投筒生产成本的1/3左右。

为了便于复投筒下料时固定在单晶炉炉口处，在外层筒110的上端面和变径处分别设有上法兰台700和下法兰台800，同时在上法兰台700和下法兰台800之间还设有若干支撑杆900，优选地，设置有四个支撑杆900。设置在上法兰台700和下法兰台800之间的支撑杆900与定位组件600一起配合，增强了复投筒整体的强度，降低复投筒受冲击下产生晃动的频率、也降低了复投筒使用过程中损裂的风险，从而提高复投筒的使用寿命。

如图2所示，副石英伞400设置在内层筒120的下段部远离主石英伞300的一端设置，且副石英伞400位于设置在筒本体100外壁的下法兰台800位置高度的1/4-3/4，也即是副石英伞400的高度是下法兰台800距离筒本体100下端面高度的1/4-3/4处。这是由于当副石英伞400的高度小于下法兰台800距离筒本体100下端面高度的1/4时，靠近变径连接处，容易导致硅料堆积，产生卡料，不利于硅料下降，且此时由于副石英伞400至主石英伞300的距离过大，在重力的作用下，无法起到减缓硅料下降速度的作用。当副石英伞400的高度大于下法兰台800距离筒本体100下端面高度的3/4时，副石英伞400下降时会使其与卡槽130之间的空隙缩小，容易查收卡料或硅料堆积。故，优选地，副石英伞400的高度是下法兰台800距离筒本体100下端面高度的1/4-3/4处，不仅可使硅料减速下降，以降低硅料对主石英伞300的冲击力，避免复投硅料被主石英伞300带动发生旋转，可最大限度地会降低硅料在落入硅料液面后的溅硅风险。

进一步的，副石英伞400为圆台形结构，其大径端靠近主石英伞300一侧设置，且副石英伞400的母线角度θ为30-60°。这是由于，当副石英伞400的母线角度θ小于30°时，副石英伞400无法起到延缓硅料下降速度的作用；当副石英伞400的母线角度θ大于60°，副石英伞400容易导致卡料。

且副石英伞400的大径端直径是内层筒120内径的1/3-1/2，这是因为，副石英伞400的直径若太小，无法起到减缓硅料下料速度的作用；若太大，容易产生卡料的现象。优选地，副石英伞400的大径端直径在内层筒120内径的1/3-1/2的范围内时，不仅可起到减缓硅料下料的速度，而且可降低由于硅料快速下降而产生的扬尘，从而提高单晶一次成晶率及整棒率，实现复投两率指标与非复投指标一致。同时，这一结构的副石英伞400，由于半导体级复投用的硅料相交于太阳能级复投用的硅料而言颗粒径小，在下料时不会出现卡料现象。

进一步的，定位组件600包括定位板610和对称设置的限位栓620，限位栓620设置在筒本体100外壁上端面的上法兰台700的直径两端，限位栓620两端分别与定位板610和上法兰台700可拆卸连接，且石英筒500的上端面被固定连接设置在定位板610上。定位组件600的设置可进一步限定主石英伞300下降的最低位置，不仅可固定主石英伞300的下降距离，而且可决定复投筒开伞高度，以调节硅料下落速度和下落流向，有利于硅料稳定均匀地下落至石英坩埚中，减少硅料飞溅，保证拉晶质量。

1、采用本发明设计的复投筒，通过设置副石英伞，可使硅料减速下降，以降低硅料对主石英伞的冲击力，避免复投硅料被主石英伞带动发生旋转，可最大限度地会降低硅料在落入硅料液面后的溅硅风险。由于半导体级复投用的硅料相交于太阳能级复投用的硅料而言颗粒径小，在下料时副石英伞的设置不会使硅料卡料。

2、设置石英筒，隔离钼杆避免钼杆直接与硅料接触，降低硅料被金属沾污，保证硅料纯度；为了保证钼杆可自由拉动主石英伞，且保证副石英伞与主石英伞一同上下移动，则设置钼杆和石英筒之间有间隙，这一结构可缓解硅料对内层筒内壁的摩擦和冲击，增加硅料在内层筒中摆动的活动空间，可进一步提高硅料的流通性，减少硅料堆积或卡料。

3、定位组件的设置可进一步限定主石英伞下降的最低位置，不仅可固定主石英伞的下降距离，而且可决定复投筒开伞高度，以调节硅料下落速度和下落流向，有利于硅料稳定均匀地下落至石英坩埚中，减少硅料飞溅。定位组件与设置在上法兰台和下法兰台之间的支撑杆一起配合，增强了复投筒整体的强度，降低复投筒受冲击下产生晃动的频率、也降低了复投筒使用过程中损裂的风险，从而提高复投筒的使用寿命。

4、同时在复投筒上下段变径的连接处设置横截面为菱形结构的连接面，可进一步提高上下段变径处的连接强度，降低应力集中，同时提高下法兰台固定的强度，以提高复投筒在单晶炉炉台口放置的稳固性，提高复投筒的使用时间。

5、采用普通石英砂做的外层筒和高纯石英砂做的内层筒相结合的复投筒，这一双层结构的复投筒，降低复投筒生产的成本，在保证复投硅料量重量的同时，还可延长复投筒使用时间；制造这一结构的复投筒的费用是现有复投筒生产成本的1/3左右。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。