CN108179463A - 直拉法中大直径单晶拉制工艺的导流结构及导流方法 - Google Patents

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Abstract

一种直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构及导流方法，其特殊之处是：在导流筒内侧设置导流导热筒，所述导流导热筒下端面与导流筒的下端面的距离为30～50mm，所述导流导流筒上安装导热管，所述导热管穿出炉盖并与炉外水冷系统的冷却水管相连接，所述导流导热筒与所述导流筒内壁之间留有间隙形成导流通道。有益效果是：开始时使导游导热筒上升，使加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒带走，同时使导流导热筒脱离加热区域；在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒，起到导流的同时，将晶体散发出来的潜热通过导热管引导到炉外水冷系统里；从而大大提高拉速，并缩短了生长周期。可以提高拉速进而提高生产效率。

Description

直拉法中大直径单晶拉制工艺的导流结构及导流方法
技术领域
本发明涉及到一种直拉法中大直径单晶拉制工艺的导流结构及其导流方法。
背景技术
随着电子信息的迅猛发展，国际半导体产业迅速扩张，我国的集成电路产业也形成了规模，形成了泛半导体产业的大格局。在这种背景下，单晶硅作为一种最基础的材料得到了更广泛的使用，由全球市场需求的12英寸(300mm)晶圆片，需求直径逐渐增大至17英寸以上，且需求量越来越大。生产单晶硅的方法主要有CZ法(直拉法)、FZ法(区熔法)和外延法。其中直拉法是生产单晶硅的最广泛的方法。
生产大直径半导体级单晶硅的过程中，设置在石英坩埚内上方的导流筒的作用至关重要，它起到引导氩气，屏蔽热量的作用。传统导流筒由二层石墨结构组成，中间放置软毡，依靠石墨结构进行导流隔热，但是当应用到大直径单晶时，因为需要直径变大，导致液面露出的面积更多，削弱了导流筒的作用，导致晶体生长拉速低，严重影响了生产效率。
发明内容
本发明就是要解决现有技术的不足，提供一种可以提高拉速进而提高生产效率的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构及导流方法
本发明通过以下技术方案予以实现：
直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，包括设置在直拉式单晶炉内固定筒上的导流筒，其特殊之处是：在导流筒内侧设置导流导热筒，所述导流导热筒下端面与导流筒的下端面的距离为30～50mm，所述导流导流筒上安装导热管，所述导热管穿出炉盖并与炉外水冷系统的冷却水管相连接，所述导流导热筒与所述导流筒内壁之间留有间隙形成导流通道，将晶体散发出来的潜热通过导热管引导到炉外水冷系统中。
进一步，所述导流筒内壁与导流导热筒外表面的夹角为3～4°。
进一步，所述导流导热筒表面均布有多个凸起，以形成一种漫反射，可以提高冷却效果。
进一步，所述导热管是由底部圆圈、设置在底部圆圈两侧的立管构成，所述底部圆圈上设有多个上安装孔，所述导流导热筒上沿对应上安装孔处设置下安装孔，通过穿过上、下安装孔的螺栓和螺母将导流导热筒和导热管安装在一起。
采用上述导流结构的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流方法，其步骤如下：
1、在升温化料过程中，将导流导热筒向上提升400～500mm，让加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒带走，同时使导流导热筒脱离加热区域；
2、在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒，按照10～20mm/min的速度下降，直至导流导热筒下端面和导流筒下端面之间的距离在30～50mm后，停止下降；
3、进入稳定阶段，待1-2小时，进行正常的引晶操作。
本发明的有益效果是：采用导游导热筒，开始时使其上升，使加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒带走，同时使导流导热筒脱离加热区域；在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒，按照10－20mm/min的速度下降，直至导流导热筒下端面和导流筒下端面之间的距离在30-50mm后，停止下降，起到导流的同时，将晶体散发出来的潜热通过导热管引导到炉外水冷系统里，通过冷却水带走热量，达到一个较低的温度区间；从而大大提高拉速，并缩短了生长周期。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中导流筒与导流导热筒结构示意图；
图3是图2中导流导热筒俯视图；
图4是图1中导热管结构示意图。
图中：1.炉盖，2.导热管，3.导流导热筒，4.导流筒，5.固定筒，6.直拉式单晶炉体，7.冷却水管，201.立管，202.底部圆圈，203.上安装孔，301.下安装孔，302.凸起，401.石墨隔热外层，402.石墨隔热内层，403.保温毡隔热材料。
具体实施方式
实施例1
如图所示，直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，包括设置在直拉式单晶炉体6内固定筒5上的导流筒4，所述导流筒4由石墨隔热外层401、石墨隔热内层402和填充在由石墨隔热外层401和石墨隔热内层402内部形成封闭空间的保温毡隔热材料403构成，在导流筒4内侧设置材质为银(或不锈钢)的导流导热筒3，所述导流导热筒3下端面高于导流筒4的下端面且其间距离为30mm，所述导流导流筒3上安装导热管2，所述导热管2采用不锈钢且由底部圆圈202、焊接在底部圆圈202两侧的立管201构成，所述底部圆圈202上设有8个上安装孔203，所述导流导热筒3上沿对应上安装孔202处设置下安装孔301，通过穿过上安装孔203、下安装孔301的螺栓和螺母将导流导热筒3和导热管2安装在一起。
所述导热管2穿出炉盖1与炉外水冷系统的冷却水管7连接，所述导流导热筒3与所述导流筒4内壁之间留有间隙形成导流通道，将晶体散发出来的潜热通过导热管2引导到炉外水冷系统里，通过冷却水带走热量，达到一个较低的温度区间。
所述导流筒内壁与导流导热筒外表面的夹角为3-4°。所述导流导热筒3表面均布有多个凸起302，以形成一种漫反射，可以提高冷却效果。
直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流方法，其步骤如下：
1、在升温化料过程中，将导流导热筒3向上提升400mm，让加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒带走，同时使导流导热筒3脱离加热区域；
2、在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒3，按照10mm/min的速度下降，直至导流导热筒3下端面和导流筒4下端面之间的距离在30mm后，停止下降；
3、进入稳定阶段，待1小时，进行正常的引晶操作。
实施例2
所述导流导热筒3下端面与导流筒4的下端面的距离为50mm，其它与实施例1相同。
直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流方法，其步骤如下：
1、在升温化料过程中，将导流导热筒3向上提升500mm，让加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒3带走，同时使导流导热筒3脱离加热区域；
2、在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒3，按照20mm/min的速度下降，直至导流导热筒3下端面和导流筒4下端面之间的距离在50mm后，停止下降；
3、进入稳定阶段，待2小时，进行正常的引晶操作。
实施例3
所述导流导热筒3下端面与导流筒4的下端面的距离为40mm，其它与实施例1相同。
直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流方法，其步骤如下：
1、在升温化料过程中，将导流导热筒3向上提升450mm，让加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒3带走，同时使导流导热筒3脱离加热区域；
2、在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒3，按照15mm/min的速度下降，直至导流导热筒3下端面和导流筒4下端面之间的距离在40mm后，停止下降；
3、进入稳定阶段，待1.5小时，进行正常的引晶操作。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，包括设置在直拉式单晶炉内固定筒上的导流筒，其特征是：在导流筒内侧设置导流导热筒，所述导流导热筒下端面与导流筒的下端面的距离为30～50mm，所述导流导流筒上安装导热管，所述导热管穿出炉盖并与炉外水冷系统的冷却水管相连接，所述导流导热筒与所述导流筒内壁之间留有间隙形成导流通道，将晶体散发出来的潜热通过导热管引导到炉外水冷系统中。
2.根据权利要求1所述的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，其特征是：所述导流筒内壁与导流导热筒外表面的夹角为3～4°。
3.根据权利要求1所述的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，其特征是：所述导流导热筒表面均布有多个凸起。
4.根据权利要求1所述的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构，其特征是：所述导热管是由底部圆圈、设置在底部圆圈两侧的立管构成，所述底部圆圈上设有多个上安装孔，所述导流导热筒上沿对应上安装孔处设置下安装孔，通过穿过上、下安装孔的螺栓和螺母将导流导热筒和导热管安装在一起。
5.如权利要求1所述的直拉法中应用于大直径单晶拉制工艺的导流结构的导游方法，其特征是：其步骤如下：
1)、在升温化料过程中，将导流导热筒向上提升400～500mm，让加热集中在熔料，防止发热体的热量被导流导热筒带走，同时使导流导热筒脱离加热区域；
2)、在熔料熔化后，拉晶开始阶段，降下导流导热筒，按照10～20mm/min的速度下降，直至导流导热筒下端面和导流筒下端面之间的距离在30～50mm后，停止下降；
3)、进入稳定阶段，待1-2小时，进行正常的引晶操作。
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