CN102115909A

CN102115909A - 一种三瓣石墨坩埚单晶炉

Info

Publication number: CN102115909A
Application number: CN2010105044046A
Authority: CN
Inventors: 钟小平
Original assignee: Zhejiang Shuqimeng Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Shuqimeng Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2011-07-06

Abstract

本发明公开了一种新型三瓣石墨坩埚单晶炉，包括炉壳、保温层、石英坩埚、石墨坩埚、加热器和保温桶，石墨坩埚的里面设置石英坩埚，石墨坩埚的外面设置加热器，加热器的外面设置保温层，所述石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝与径向成40度-45度斜角。解决了现有石墨坩埚之间的拼缝是径向的，这样的拼缝不严密时，拼缝间隙处热辐射容易射入，直接给石英坩埚加热，坩埚内受热不均匀，造成单晶旋转性缺陷，影响晶体品质的问题。

Description

一种三瓣石墨坩埚单晶炉

技术领域

本发明涉及一种半导体生长设备领域，尤其涉及一种三瓣石墨坩埚单晶炉。

背景技术

现有CZ直拉单晶硅工艺，坩埚内硅熔体的轴向、径向温度梯度以及熔体本身的温度波动对单晶的质量有决定性的作用。单晶炉热场主要有石墨加热器、旋转的石墨坩埚以及外保温装置构成。石墨电阻加热器主要靠辐射加热坩埚，然后再熔化石英坩埚内的硅料。但石墨坩埚之间的拼缝是径向的，这样的拼缝，当使用一段时间后，拼缝不严密，拼缝间隙处热辐射容易射入，直接给石英坩埚加热，此处的温度会比较高，石英坩埚内受热不均匀，造成单晶旋转性缺陷，影响晶体品质。

中国专利公告号CN201317827Y，公告日2009年9月30日，公告了一种直拉单晶炉用石墨坩埚，包括石墨坩埚本体，所述石墨坩埚本体包括三瓣块体，石墨坩埚内壁的三瓣块体的接口处的弯曲部为“R”部，其特征在于：所述石墨纸覆盖于三瓣接口处“R”部的位置。所述石墨纸的面积大于接口处“R”部；所述石墨纸的面积与石墨坩埚的大小相匹配。本实用新型延长三瓣埚的使用寿命20%以上；增加单晶硅产量2%以上，因避免了在生产过程中三瓣埚开裂而使单晶生长终止现象的发生；具有操作简单、改装方便、成本低廉的优点。

中国专利公告号CN201305646Y，公告日2009年9月9日，公告了一种熔融单晶硅炉装置，尤其是涉及圆筒式石墨加热器，多层保温装置，按圆柱体形多晶硅结晶特性，自动调节产品结晶过程，并且节能的一种单晶炉热场装置，包括外壳、坩埚、电极、驱动装置，外壳为圆管形，外壳内设有碳纤维保温棉，紧贴碳纤维保温棉设一保温筒，保温筒内设一石墨加热器，石墨加热器内设一三瓣坩埚，三瓣坩埚中放置一石英坩埚，单晶硅置于石英坩埚内，石墨加热器通电后加热，高温下单晶硅在石英坩埚内结晶并上拉，坩埚体在电机作用下配合其下移，达到多层保温、均匀结晶的目的。

中国专利公告号CN201411508Y，公告日2010年2月24日，公告了一种直拉单晶炉，由晶体提升电机、坩埚转动电机、炉壳、石英坩埚、石墨坩埚、加热器、保温层、导流管、掺杂托盘、坩埚托盘组成，所述的坩埚转动电机的上部设置坩埚托盘，坩埚托盘上面设置石墨坩埚，石墨坩埚的里面设置石英坩埚，石英坩埚的里面放置熔化物，石墨坩埚的外面设置加热器，加热器的外面设置保温层，保温层的外面设置炉壳，炉壳的下端设置坩埚转动电机，炉壳的上端设置晶体提升电机，坩埚转动电机、晶体提升电机均设置在炉壳的外部，晶体从熔化物中生长出后，由晶体提升电机缓慢向上提升。

但以上这些装置的石墨坩埚之间的拼缝是径向的，这样的拼缝，当使用一段时间后，拼缝不严密，拼缝间隙处热辐射容易射入，直接给石英坩埚加热，此处的温度会比较高，石英坩埚内受热不均匀，造成单晶旋转性缺陷，影响晶体品质。

发明内容

本发明的目的在于提出一种使石英坩埚受热更均匀的三瓣石墨坩埚单晶炉，解决了现有石墨坩埚之间的拼缝是径向的，这样的拼缝不严密时，拼缝间隙处热辐射容易射入，直接给石英坩埚加热，使石英坩埚内受热不均匀，造成单晶旋转性缺陷，影响晶体品质的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种三瓣石墨坩埚单晶炉，包括炉壳、保温层、石英坩埚、石墨坩埚、加热器和保温桶，石墨坩埚的里面设置石英坩埚，石墨坩埚的外面设置加热器，加热器的外面设置保温层，所述石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝与径向成40度-50度斜角。现有石墨坩埚之间的拼缝是径向的，这样的拼缝，当使用一段时间后，拼缝不严密，拼缝间隙处热辐射容易射入，直接给石英坩埚加热，石英坩埚内受热不均匀，造成单晶旋转性缺陷，影响晶体品质，该发明石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝与径向成40度-50度斜角，热辐射无法从拼缝间隙直射入，石英坩埚内受热更均匀，使产生晶体旋转性缺陷少，晶体品质更优，且石墨易碎，石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝与径向斜角不宜过大，斜角过小则不能阻止热辐射从拼缝间隙直射入，使石英坩埚内受热不均匀，所以选取40度-50度斜角。

作为优选，所述石墨坩埚埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚埚底三瓣间拼缝顺延而成。石墨坩埚埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚埚底三瓣间拼缝顺延而成，使石墨坩埚三瓣侧壁间接口与埚底三瓣间接口更为圆滑，不易磨损，使用寿命长。

作为优选，所述石墨坩埚三瓣的形状大小相同。石墨坩埚三瓣的形状大小相同，方便三瓣组合，保证拼缝齐整紧密，三瓣可统一铸造成型，使石墨坩埚三瓣侧壁一致，使石墨坩埚内部受热均匀。

作为优选，所述加热器上方设有上反射板，加热器下方设有下反射板，上反射板和下反射板为圆环形。加热器上方设有上反射板，加热器下方设有下反射板，反射加热器上、下沿处热辐射，减少通过加热器上、下沿处损失的热量，加热器为圆环形，上、下反射板为圆环形，最大范围的反射加热器上、下沿处热辐射，减少通过加热器上、下沿处损失的热量，使桶内温度上下侧热量损失少，使坩埚上下侧受热均匀。

作为优选，所述上反射板圆环内侧固定于保温桶内侧，下反射板圆环内侧固定于加热器基座内侧。上反射板圆环内侧固定于保温桶内侧，下反射板圆环内侧固定于加热器基座内侧，便于上、下反射板有效安装固定，安装于指定位置。

作为优选，所述上反射板与加热器上沿垂直间隙为15mm-20mm，下反射板与加热器下沿垂直间隙为15mm-20mm。加热器上、下沿垂直间隙为15mm-20mm处，热辐射较为集中，当上反射板与加热器上沿垂直间隙为15mm-20mm，下反射板与加热器下沿垂直间隙为15mm-20mm时，上、下反射板对热辐射反射效果好，热量损失小，且留有间隙，不会与加热器相碰。

作为优选，所述上反射板和下反射板的材质为碳/碳纤维。上反射板和下反射板的材质为碳/碳纤维，碳/碳纤维的反射板，表面非常光滑，对热辐射的反射效果极好，最大程度的反射热辐射，减少热量损失。

本发明的有益效果是：（1）、石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝与径向成45度斜角，热辐射无法从拼缝间隙直射入，石英坩埚内受热更均匀，促使产生晶体旋转性缺陷少，晶体品质更优；（2）、增加上、下反射板，反射加热器上、下沿处热辐射，减少通过加热器上、下沿处损失的热量，使桶内温度上下侧热量损失少，使坩埚上下侧受热均匀；（3）、石墨坩埚埚底三瓣间拼缝由三段圆弧相交于中心成风车状，石墨坩埚三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚埚底三瓣间拼缝顺延而成，使石墨坩埚三瓣侧壁间接口与埚底三瓣间接口更为圆滑，不易磨损，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的石墨坩埚的第一种结构示意图；

图3是图2中I处的放大图；

图4是本发明中的石墨坩埚的第二种结构示意图；

图5是图4中II处的放大图；

图6是本发明中的石墨坩埚的第三种结构示意图；

图7是图6中III处的放大图；

图中：1、炉壳，2、石墨坩埚，3、石英坩埚，4、坩埚托盘，5、加热器，6、坩埚转动轴，7、上保温桶，8、中保温桶，9、下保温桶，10、上反射板，11、下反射板，12、籽晶夹头，13、籽晶，14、保温层，15、导流管。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

一种三瓣石墨坩埚单晶炉（参见附图1），包括炉壳1、石墨坩埚2、石英坩埚3、加热器5、保温层14、坩埚转动轴6、导流管15、坩埚托盘4、保温桶、上反射板10和下反射板11，保温桶包括上保温桶7、中保温桶8、下保温桶9，坩埚转动轴6的上部设置坩埚托盘4，坩埚托盘4上面设置石墨坩埚2，石墨坩埚2的里面设置石英坩埚3，石墨坩埚2的外面设置加热器5，加热器5的外面设置保温桶，保温桶外设有保温层14，，保温层14的外面设置炉壳1，炉壳1的下端设置坩埚转动轴6，炉壳1的上端设置籽晶夹头12，籽晶夹头12上夹有籽晶13，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝与径向成45度斜角，石墨坩埚2埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚2埚底三瓣间拼缝顺延而成，石墨坩埚2三瓣的形状大小相同，本发明单晶炉的上、中保温桶间内侧设有上反射板10，中、下保温桶间内侧设有下反射板11，上、下反射板为圆环形，上反射板10圆环内侧固定于保温桶内侧，下反射板11圆环内侧固定于加热器5基座内侧，上、下反射板的材质为碳/碳纤维，上反射板10与加热器5上沿垂直间隙为18mm，下反射板11与加热器5下沿垂直间隙也为18mm。

如附图2和附图3所示，本发明单晶炉使用时，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝与径向成45度斜角，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝与径向成45度斜角，石墨坩埚2埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚2埚底三瓣间拼缝顺延而成，加热器5通过热辐射对坩埚进行加热，热辐射无法从拼缝间隙直射入，石英坩埚3内受热更均匀，促使产生晶体旋转性缺陷少，晶体品质更优。

如附图1所示，本发明单晶炉使用时，坩埚转动轴6带动坩埚转动，加热器5通过热辐射对坩埚进行加热，上、下反射板反射加热器5上、下沿处热辐射，减少通过加热器5上、下沿处损失的热量，使热量集中于坩埚处，实现高热效的功能。

如附图4和附图5所示，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝还可以为S型，石墨坩埚2埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚2埚底三瓣间拼缝顺延而成，加热器5通过热辐射对坩埚进行加热，热辐射无法从拼缝间隙直射入，石英坩埚3内受热更均匀，促使产生晶体旋转性缺陷少，晶体品质更优。

如附图6和附图7所示，石墨坩埚2三瓣侧壁间拼缝还可以中间沿环面错位形成一台阶，加热器5通过热辐射对坩埚进行加热，热辐射无法从拼缝间隙直射入，石英坩埚3内受热更均匀，促使产生晶体旋转性缺陷少，晶体品质更优。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种三瓣石墨坩埚单晶炉，包括炉壳（1）、保温层（14）、石英坩埚（3）、石墨坩埚（2）、加热器（5）和保温桶，石墨坩埚（2）的里面设置石英坩埚（3），石墨坩埚（2）的外面设置加热器（5），加热器（5）的外面设置保温层（14），其特征是，所述石墨坩埚（2）三瓣侧壁间拼缝与径向成40度-50度斜角。

2.根据权利要求1所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述石墨坩埚（2）埚底相邻两瓣间拼缝为一段圆弧，圆弧一端相交于坩埚中心，另一端与坩埚侧壁相连，埚底三瓣间拼缝成风车状，石墨坩埚（2）三瓣侧壁间拼缝由石墨坩埚（2）埚底三瓣间拼缝顺延而成。

3.根据权利要求1所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述加热器（5）上方设有上反射板（10），加热器（5）下方设有下反射板（11），上反射板（10）和下反射板（11）为圆环形。

4.根据权利要求1所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述石墨坩埚（2）三瓣的形状大小相同。

5.根据权利要求1或2或3或4所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述上反射板（10）圆环外侧固定于保温桶内侧，下反射板（11）圆环外侧固定于加热器（5）基座内侧。

6.根据权利要求5所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述上反射板（10）圆环外侧固定于保温桶内侧，下反射板（11）圆环外侧固定于加热器（5）基座内侧。

7.根据权利要求1或2或3或4所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述上反射板（10）和下反射板（11）的材质为碳/碳纤维。

8.根据权利要求6所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述上反射板（10）和下反射板（11）的材质为碳/碳纤维。

9.根据权利要求8所述一种三瓣石墨坩埚单晶炉，其特征是，所述上反射板（10）与加热器（5）上沿垂直间隙为15mm-20mm，下反射板（11）与加热器（5）下沿垂直间隙为15mm-20mm。