CN101724889A - 一种用于直拉硅单晶炉热场系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于直拉硅单晶炉热场的主发热体系统，本发明包括石墨坩埚、石英坩埚、加热器、导流筒、保温筒(上、中、下)、保温盖、保温底盘、保温碳毡等，其特征在于下保温盖的上平面设置有槽，槽内设置有保温筒；在硅单晶炉的底部加厚了底部碳毡，并在底部碳毡上方压有炉底压片；在托盘的内孔内设置有连杆，在连杆和托盘相啮合的圆周上设置有销；本发明利用改善的炉内保温系统，有效的利用热量，缩短生产周期，从而节约了电能，降低了损耗，同时方便了维护。

Description

一种用于直拉硅单晶炉热场系统

技术领域

本发明涉及一种用于制造集成电路和其它电子元件半导体级硅单晶体的制造设备，特别是涉及一种用于直拉硅单晶炉热场的主发热体。

背景技术

半导体硅单晶体的大部分用切克劳斯基(Czochralski)法制造。在这种方法中，多晶硅被装进石英祸内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称做籽晶)与熔体硅接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速度，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，此时祸内的硅熔体尚未完全消失，通过增加晶体的提升速度和调整向祸的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。直拉硅单晶在制造时大致分为这么几个阶段：装多晶料、抽空、多晶硅熔化、颈及肩的生长、等直径生长、尾部晶体的生长、晶体冷却，其中大部分过程是吸热过程，也就是说要外部供给热量。单晶炉中一般有一个主发热体(石墨制)，在其两端通上直流电，产生热量。已有的主发热体由多片组成，使用时，将各片围成圆型(与石英锅配合)。每片呈波浪状，波浪状的两个端部带有电极，电极接直流电源，根据炉子所需功率的大小，考虑各片之间的电路的串、并联连接方式。所述的每片波浪状转弯处的内壁和外壁均呈直角。发热体处在吸热体的外面，也就是说，热量是由外向内传导(径向)。随着硅单晶直径的加大(小200mm，中300mm，大300mm以上)，单晶炉热场的尺寸变得越来越大，相对应的，发热体的尺寸变大，重量增加了，在运输和使用过程中损坏它的可能性也增加了。北京有色金属研究总院和有研半导体材料股份有限公司联合发明的“一种用于直拉硅单晶炉热场的主发热体”(专利号：ZL200720169560.5)，该实用新型提供一种用于直拉硅单晶炉热场的主发热体。该主发热体由石墨制成，它用在一种名为切克劳斯基(或称直拉)法制造的硅单晶生长制备中，用于供给维持热场用的热量。本主发热体呈波浪状，在波浪转弯处的外壁做成直边倒角，直边与发热体轴线的倾角为10～80度或者波浪转弯处的外壁做成圆弧倒角，其波浪转弯处的内壁为圆弧倒角。该实用新型中提供的主发热体，可以减轻它的自重和延长它的使用寿命，但是，不能解决能耗高和热场等问题。

发明目的

本发明的目的是提供一种节能降耗型的单晶炉的热场系统，该热场系统利用良好的保温设施和改变传统的纵向温度梯度，是耗能少晶体生长快，从而达到节能降耗的目的。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明在下保温盖的上平面设置有槽，槽内设置有保温筒，保温筒的内圆与下保温盖的上平面设置有槽的内圆大小一致，保温筒的外圆与下保温盖的上平面设置有槽的外圆大小一致，保温筒的外圆在套有上保温盖。由于设置了保温筒，可以增加上保温盖与下保温盖之间碳毡的厚度，改善了保温效果。本发明加厚了底部碳毡，并在底部碳毡上方压有炉底压片，保证单晶炉下部的保温需求和热场处于高温。由于改善了硅单晶炉的保温效果，改善了热场分布，从而降低了硅单晶炉的能源消耗。本发明将连杆和托盘分开，在托盘的内孔内设置有连杆；在连杆和托盘相啮合的圆周上设置有销，销的数量可以根据托盘和连杆的几何尺寸决定，从而方便了托盘和连杆的维护与更换。

有益效果：

本发明利用改善的炉内保温系统，有效的利用热量，缩短生产周期，从而节约了电能，降低了损耗。同时方便了维护。

附图说明

附图1为本发明结构示意图的主剖视图；

附图2为传统硅单晶炉上保温盖、下保温盖、碳毡相对联接结构示意图；

附图3为本发明上保温盖、下保温盖、碳毡和保温筒相对联接结构示意图；

附图4为连杆、托盘与销的联接结构示意图。

附图中1是上保温盖，2是下保温盖，2-1是下保温盖上的槽，3是上保温罩，4是中保温罩，5是加热器，6是下保温罩，7是底盘碳毡，8是炉底压片，9是排气孔，10是保温筒，11是连杆，12是托盘，13是锅托，14是导热筒，15是晶棒，16是碳毡，17是销。

具体实施方式

结合附图的实施例对本发明进行进一步描述。

本实施例中，下保温盖(2)的上平面设置有槽(2-1)，槽(2-1)内设置有保温筒(10)，保温筒(10)的内圆与下保温盖(2)的上平面设置的槽(2-1)的内圆采用过渡配合，保温筒的外圆与下保温盖(2)的上平面设置的槽(2-1)的外圆采用过渡配合，保温筒(10)的外圆在套有上保温盖(1)，保温筒(10)与保温盖(1)之间采用过渡配合。由于设置了保温筒(10)，可以增加上保温盖(1)与下保温盖(2)之间碳毡(16)的厚度，改善了保温效果。本发明加厚了底部碳毡(7)，并在底部碳毡(7)上方压有炉底压片(8)，保证单晶炉下部的保温需求和热场处于高温。由于改善了硅单晶炉的保温效果，改善了热场分布，从而降低了硅单晶炉的能源消耗。本发明将连杆(11)和托盘(12)分开，在托盘(12)的内孔内设置有连杆(11)；在连杆(11)和托盘(12)相啮合的圆周上设置有若干个销(17)，销(17)的数量可以根据托盘和连杆的几何尺寸决定，从而方便了托盘(12)和连杆(11)的维护与更换。上、下上部上保温盖(1)、下保温盖(2)作了改进，使炉内的保温效果加强，部分热量散失的慢，根据炉内的热量分布，上部散热是由保温盖(1)、氩气、晶棒(15)、液面；底部主要是炉底；传统的梯度是上高下低，本发明的温度梯度是上低下高。顶部散热只能是保温盖部分作好其保温效果，上保温盖(1)、下保温盖(2)从其装配和保温作了改进，将中间的碳毡(16)加厚，热量从上保温盖(1)上散失的就大大减少；把底部的保温加强，使其与传统的温度梯度翻过来，这样热量都在下部，减少了上部炉盖的散热。再者使液面的温度相对比较低，成晶也比较有利，相对于其他传统热场其生长速度要快，而使生长周期缩短，达到节能的目的。

Claims (4)

1.一种用于直拉硅单晶炉热场系统包括石墨坩埚、石英坩埚、加热器、导流筒、保温筒(上、中、下)、保温盖、保温底盘、保温碳毡等，其特征在于下保温盖的上平面设置有槽，槽内设置有保温筒；在硅单晶炉的底部加厚了底部碳毡，并在底部碳毡上方压有炉底压片；在托盘的内孔内设置有连杆，在连杆和托盘相啮合的圆周上设置有销。

2.根据权利要求1所述的一种用于直拉硅单晶炉热场系统，其特征在于保温筒的外圆与下保温盖的上平面设置有槽的外圆大小一致，保温筒的外圆在套有上保温盖。

3.根据权利要求1所述的一种用于直拉硅单晶炉热场系统，其特征在于销的数量可以根据托盘和连杆的几何尺寸决定。

4.根据权利要求1所述的一种用于直拉硅单晶炉热场系统，其特征在于保温筒、销等均由石墨制成。

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