CN114540939A - 一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法 - Google Patents

一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法 Download PDF

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CN114540939A CN202210079677.3A CN202210079677A CN114540939A CN 114540939 A CN114540939 A CN 114540939A CN 202210079677 A CN202210079677 A CN 202210079677A CN 114540939 A CN114540939 A CN 114540939A
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马玉怀
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Abstract

本发明公开了一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法，包括第一支架，第一支架的一端表面固定连接有第二支架，第一支架的上端表面位于一端边缘处固定安装有承载座，承载座的上端表面设置有炉盖，炉盖的底端表面固定连接有炉体，本发明涉及半导体生长炉结构技术领域。本发明所述的一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法，通过设置的第一支架组件结构，可方便吊起炉盖结构，以方便使用者往炉体中添加固定半导体材料，同时可方便对炉体内部装置结构进行检修或清洗，通过设置的第二支架组件结构，可方便在装置使用过程中吊起连接绳查看和收集产物，通过设置的炉体结构，其保温效果良好，升温速度块，可提升半导体生长速率。

Description

一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法
技术领域
本发明涉及半导体生长炉结构技术领域，特别涉及一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法。
背景技术
硅材料由于具有单方向导电性、热敏特性、光电特性以及掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，故而成为全球应用广泛的重要集成电路基础材料，半导体硅材料按照应用场景划分，可以分为芯片用单晶硅材料和蚀刻用硅材料，其中芯片用单晶硅材料是制造半导体器件的基础原材料，芯片用单晶硅材料经过一系列晶圆制造工艺形成极微小的电路结构，再经切割、封装、测试等环节成为芯片，并广泛应用于集成电路下游市场，蚀刻用硅材料则是加工制成半导体级硅部件，用于蚀刻设备上的硅电极，由于硅电极在硅片氧化膜刻蚀等加工工艺过程会逐渐腐蚀并变薄，当硅电极厚度减少到一定程度后，需要更换新的硅电极，因此硅电极是晶圆制造蚀刻环节所需的核心耗材，半导体单晶硅生长主要采用切克劳斯基法，在这种方法中，多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后，将硅熔体略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定径向的硅单晶体与硅熔体接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速率，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提拉速率，使晶体近恒直径生长，在生长过程的末期，此时坩埚内的硅熔体尚有残余，通过增加晶锭提拉速率和调整加热功率使晶锭直径渐渐缩小而形成一个锥形尾部，直至晶锭与页面脱离，从而完成晶锭的生长过程；现有的半导体生长炉在使用时存在一定的弊端，现有结构炉体拆装较为麻烦，不能方便对炉体结构进行检修和清理，且对籽晶的吊装提升控制较为麻烦，同时炉体结构升温慢，热量流失快，容易造成能源浪费。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种半导体生长炉用调节控制系统，包括第一支架，所述第一支架的一端表面固定连接有第二支架，所述第一支架的上端表面位于一端边缘处固定安装有承载座，所述承载座的上端表面设置有炉盖，所述炉盖的底端表面固定连接有炉体；
所述炉体的上端表面位于边缘处固定安装有对接架，所述炉体的内侧表面位于上端边缘处固定安装有连接盖，所述炉体的侧表面靠近底端边缘处固定安装有泄气阀，所述炉体内部的底端表面开设有嵌槽，所述炉体内部的底端表面位于中部处开设有通孔，所述炉体的内侧表面靠近底端边缘处固定安装有限位架，所述炉体的内侧表面位于限位架的上端固定安装有加热器，所述加热器的数量设置为四个，所述限位架的内侧表面嵌入连接有坩埚托盘，所述坩埚托盘的上端表面固定安装有石墨坩埚，所述石墨坩埚的内侧表面固定安装有石英坩埚；
所述连接盖的底端表面靠近中部处开设有导流槽，所述连接盖的底端表面位于中部处固定安装有保温架，所述保温架的表面等距开设有透热口，所述保温架的材料设置为轻质保温石墨材料。
优选的，所述第一支架的上端表面固定安装有第一安装板，所述第一安装板的上端表面固定安装有减速电机，所述减速电机的底端表面固定安装有传动丝杆，所述第一安装板的底端表面位于传动丝杆的两侧固定安装有辅助套杆，所述辅助套杆的表面套设连接有延伸板。
优选的，所述第二支架的上端表面固定安装有第二安装板，所述第二安装板的上端表面固定安装有卷扬电机，所述卷扬电机的表面缠绕连接有连接绳，所述第二安装板的一端表面固定安装有滑轮架。
优选的，所述承载座的底端表面固定安装有承载板，所述承载座的上端表面靠近两侧边缘处对称固定安装有定位板，所述定位板的表面固定安装有连接杆，所述连接杆的上端表面固定安装有套架，所述承载板的上端表面位于中部处固定安装有驱动电机。
优选的，所述炉盖的表面靠近边缘处固定安装有高温计，所述炉盖的表面位于边缘处固定安装有连接架，所述炉盖的表面靠近边缘处位于高温计的对面固定安装进气阀，所述；炉盖的表面位于中部处固定安装有高筒，所述高筒的内侧表面位于上端边缘处开设有内螺槽，所述高筒的上端表面螺旋连接有封闭盖，所述封闭盖的表面开设有穿孔。
优选的，所述第一支架、第二支架和承载座的底端表面固定安装有橡胶垫。
优选的，所述延伸板的两侧表面靠近一端边缘处固定安装有连接锁，所述连接锁的表面扣合连接有连接扣，所述连接扣的表面固定连接有套接板，所述套接板的表面开设有空槽。
优选的，所述连接绳的另一端固定连接有连接马达，所述连接马达的底端表面固定安装有籽晶夹头，所述籽晶夹头的底端表面固定连接有籽晶。
本发明还公开了一种半导体生长炉用调节方法，包括以下步骤：
S1、启动减速电机之后，传动丝杆将随之朝指定方向旋转，延伸板在传动丝杆和辅助套杆的作用下开始向上移动，被延伸板和套接板夹持的炉盖也将脱离炉体的表面，使用者往石英坩埚中投入定量的固体半导体材料，然后控制减速电机反向转动，使炉盖盖在炉体的表面，并通过连接架和对接架进行固定连接；
S2、使抽气装置与泄气阀对接，抽出炉体内部的空气，直至内部气压低于设定值后，使充气装置与进气阀对接，在从炉体内部抽出空气同时，往其中注入氩气；
S3、启动加热器，使炉体内部上升至设定值，升温过程中，热量将通过导流槽涌向保温架表面的透热口，并使固体半导体材料熔化，然后启动驱动电机，使其带动坩埚旋转，位于石墨坩埚表面的石英坩埚也将随之旋转；
S4、当籽晶晶体的重量超过投放固体半导体材料重量的三分之二后，可增大氩气的通入量，直至固体半导体材料将近反应完毕时，可开始停止加热器加热，利用装置内部余热进行反应完全；
S5、拧开封闭盖，然后启动卷扬电机，使其开始收卷连接绳，等籽晶晶体完全脱离炉盖之后，可取下籽晶夹头收集籽晶晶体。优选的，所述连接架的表面螺旋连接有定位螺栓，所述定位螺栓的数量设置有十六个，所述对接架的表面等距开设有螺孔。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，通过设置的第一支架组件结构，可方便吊起炉盖结构，以方便使用者往炉体中添加固定半导体材料，同时可方便对炉体内部装置结构进行检修或清洗，操作时，启动减速电机之后，传动丝杆将随之朝指定方向旋转，延伸板在传动丝杆和辅助套杆的作用下开始向上移动，被延伸板和套接板夹持的炉盖也将脱离炉体的表面，使用者往石英坩埚中投入定量的固体半导体材料；
通过设置的第二支架组件结构，可方便在装置使用过程中吊起连接绳查看和收集产物，操作时，拧开封闭盖，然后启动卷扬电机，使其开始收卷连接绳，等籽晶晶体完全脱离炉盖之后，可取下籽晶夹头收集籽晶晶体；
通过设置的炉体结构，其保温效果良好，升温速度块，可提升半导体生长速率，使用时，启动加热器，使炉体内部上升至设定值，升温过程中，热量将通过导流槽涌向保温架表面的透热口，并使固体半导体材料熔化。
附图说明
图1为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的整体结构示意图；
图2为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的第一支架组件结构示意图；
图3为图2中A处的放大图；
图4为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的第二支架组件结构示意图；
图5为图4中B处的放大图；
图6为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的承载座组件结构示意图；
图7为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的炉盖组件结构拆分示意图；
图8为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的炉体结构示意图；
图9为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的连接盖组件结构示意图；
图10为本发明一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法的炉体组件结构拆分示意图。
图中：1、第一支架；101、第一安装板；102、减速电机；103、传动丝杆；104、辅助套杆；105、延伸板；106、连接锁；107、连接扣；108、套接板；2、第二支架；201、第二安装板；202、卷扬电机；203、连接绳；204、滑轮架；205、连接马达；206、籽晶夹头；207、籽晶；3、承载座；301、承载板；302、定位板；303、连接杆；304、套架；305、驱动电机；4、炉盖；401、高温计；402、连接架；403、进气阀；404、高筒；405、内螺槽；406、封闭盖；5、炉体；501、对接架；502、连接盖；5021、导流槽；5022、保温架；5023、透热口；503、泄气阀；504、嵌槽；505、通孔；506、限位架；507、加热器；508、坩埚托盘；509、石墨坩埚；5091、石英坩埚。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-10所示，一种半导体生长炉用调节控制系统，包括第一支架1，第一支架1的一端表面固定连接有第二支架2，第一支架1的上端表面位于一端边缘处固定安装有承载座3，承载座3的上端表面设置有炉盖4，炉盖4的底端表面固定连接有炉体5；
炉体5的上端表面位于边缘处固定安装有对接架501，炉体5的内侧表面位于上端边缘处固定安装有连接盖502，炉体5的侧表面靠近底端边缘处固定安装有泄气阀503，炉体5内部的底端表面开设有嵌槽504，炉体5内部的底端表面位于中部处开设有通孔505，炉体5的内侧表面靠近底端边缘处固定安装有限位架506，炉体5的内侧表面位于限位架506的上端固定安装有加热器507，加热器507的数量设置为四个，限位架506的内侧表面嵌入连接有坩埚托盘508，坩埚托盘508的上端表面固定安装有石墨坩埚509，石墨坩埚509的内侧表面固定安装有石英坩埚5091；
连接盖502的底端表面靠近中部处开设有导流槽5021，连接盖502的底端表面位于中部处固定安装有保温架5022，保温架5022的表面等距开设有透热口5023，保温架5022的材料设置为轻质保温石墨材料；
第一支架1的上端表面固定安装有第一安装板101，第一安装板101的上端表面固定安装有减速电机102，减速电机102的底端表面固定安装有传动丝杆103，第一安装板101的底端表面位于传动丝杆103的两侧固定安装有辅助套杆104，辅助套杆104的表面套设连接有延伸板105；
第二支架2的上端表面固定安装有第二安装板201，第二安装板201的上端表面固定安装有卷扬电机202，卷扬电机202的表面缠绕连接有连接绳203，第二安装板201的一端表面固定安装有滑轮架204；
承载座3的底端表面固定安装有承载板301，承载座3的上端表面靠近两侧边缘处对称固定安装有定位板302，定位板302的表面固定安装有连接杆303，连接杆303的上端表面固定安装有套架304，承载板301的上端表面位于中部处固定安装有驱动电机305；
炉盖4的表面靠近边缘处固定安装有高温计401，炉盖4的表面位于边缘处固定安装有连接架402，炉盖4的表面靠近边缘处位于高温计401的对面固定安装进气阀403，；炉盖4的表面位于中部处固定安装有高筒404，高筒404的内侧表面位于上端边缘处开设有内螺槽405，高筒404的上端表面螺旋连接有封闭盖406，封闭盖406的表面开设有穿孔；
第一支架1、第二支架2和承载座3的底端表面固定安装有橡胶垫；
延伸板105的两侧表面靠近一端边缘处固定安装有连接锁106，连接锁106的表面扣合连接有连接扣107，连接扣107的表面固定连接有套接板108，套接板108的表面开设有空槽；
连接绳203的另一端固定连接有连接马达205，连接马达205的底端表面固定安装有籽晶夹头206，籽晶夹头206的底端表面固定连接有籽晶207。
本发明还公开了一种半导体生长炉用调节方法，包括以下步骤：
S1、启动减速电机102之后，传动丝杆103将随之朝指定方向旋转，延伸板105在传动丝杆103和辅助套杆104的作用下开始向上移动，被延伸板105和套接板108夹持的炉盖4也将脱离炉体5的表面，使用者往石英坩埚5091中投入定量的固体半导体材料，然后控制减速电机102反向转动，使炉盖4盖在炉体5的表面，并通过连接架402和对接架501进行固定连接；
S2、使抽气装置与泄气阀503对接，抽出炉体5内部的空气，直至内部气压低于设定值后，使充气装置与进气阀403对接，在从炉体5内部抽出空气同时，往其中注入氩气；
S3、启动加热器507，使炉体5内部上升至设定值，升温过程中，热量将通过导流槽5021涌向保温架5022表面的透热口5023，并使固体半导体材料熔化，然后启动驱动电机305，使其带动坩埚508旋转，位于石墨坩埚509表面的石英坩埚5091也将随之旋转；
S4、当籽晶207晶体的重量超过投放固体半导体材料重量的三分之二后，可增大氩气的通入量，直至固体半导体材料将近反应完毕时，可开始停止加热器507加热，利用装置内部余热进行反应完全；
S5、拧开封闭盖406，然后启动卷扬电机202，使其开始收卷连接绳203，等籽晶207晶体完全脱离炉盖4之后，可取下籽晶夹头206收集籽晶207晶体；
连接架402的表面螺旋连接有定位螺栓，定位螺栓的数量设置有十六个，对接架501的表面等距开设有螺孔。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种半导体生长炉用调节控制系统，包括第一支架(1)，其特征在于：所述第一支架(1)的一端表面固定连接有第二支架(2)，所述第一支架(1)的上端表面位于一端边缘处固定安装有承载座(3)，所述承载座(3)的上端表面设置有炉盖(4)，所述炉盖(4)的底端表面固定连接有炉体(5)；
所述炉体(5)的上端表面位于边缘处固定安装有对接架(501)，所述炉体(5)的内侧表面位于上端边缘处固定安装有连接盖(502)，所述炉体(5)的侧表面靠近底端边缘处固定安装有泄气阀(503)，所述炉体(5)内部的底端表面开设有嵌槽(504)，所述炉体(5)内部的底端表面位于中部处开设有通孔(505)，所述炉体(5)的内侧表面靠近底端边缘处固定安装有限位架(506)，所述炉体(5)的内侧表面位于限位架(506)的上端固定安装有加热器(507)，所述加热器(507)的数量设置为四个，所述限位架(506)的内侧表面嵌入连接有坩埚托盘(508)，所述坩埚托盘(508)的上端表面固定安装有石墨坩埚(509)，所述石墨坩埚(509)的内侧表面固定安装有石英坩埚(5091)；
所述连接盖(502)的底端表面靠近中部处开设有导流槽(5021)，所述连接盖(502)的底端表面位于中部处固定安装有保温架(5022)，所述保温架(5022)的表面等距开设有透热口(5023)，所述保温架(5022)的材料设置为轻质保温石墨材料。
2.根据权利要求1所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述第一支架(1)的上端表面固定安装有第一安装板(101)，所述第一安装板(101)的上端表面固定安装有减速电机(102)，所述减速电机(102)的底端表面固定安装有传动丝杆(103)，所述第一安装板(101)的底端表面位于传动丝杆(103)的两侧固定安装有辅助套杆(104)，所述辅助套杆(104)的表面套设连接有延伸板(105)。
3.根据权利要求1所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述第二支架(2)的上端表面固定安装有第二安装板(201)，所述第二安装板(201)的上端表面固定安装有卷扬电机(202)，所述卷扬电机(202)的表面缠绕连接有连接绳(203)，所述第二安装板(201)的一端表面固定安装有滑轮架(204)。
4.根据权利要求1所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述承载座(3)的底端表面固定安装有承载板(301)，所述承载座(3)的上端表面靠近两侧边缘处对称固定安装有定位板(302)，所述定位板(302)的表面固定安装有连接杆(303)，所述连接杆(303)的上端表面固定安装有套架(304)，所述承载板(301)的上端表面位于中部处固定安装有驱动电机(305)。
5.根据权利要求1所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述炉盖(4)的表面靠近边缘处固定安装有高温计(401)，所述炉盖(4)的表面位于边缘处固定安装有连接架(402)，所述炉盖(4)的表面靠近边缘处位于高温计(401)的对面固定安装进气阀(403)，所述；炉盖(4)的表面位于中部处固定安装有高筒(404)，所述高筒(404)的内侧表面位于上端边缘处开设有内螺槽(405)，所述高筒(404)的上端表面螺旋连接有封闭盖(406)，所述封闭盖(406)的表面开设有穿孔。
6.根据权利要求1所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述第一支架(1)、第二支架(2)和承载座(3)的底端表面固定安装有橡胶垫。
7.根据权利要求2所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述延伸板(105)的两侧表面靠近一端边缘处固定安装有连接锁(106)，所述连接锁(106)的表面扣合连接有连接扣(107)，所述连接扣(107)的表面固定连接有套接板(108)，所述套接板(108)的表面开设有空槽。
8.根据权利要求3所述的一种半导体生长炉用调节控制系统，其特征在于：所述连接绳(203)的另一端固定连接有连接马达(205)，所述连接马达(205)的底端表面固定安装有籽晶夹头(206)，所述籽晶夹头(206)的底端表面固定连接有籽晶(207)。
9.一种半导体生长炉用调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、启动减速电机(102)之后，传动丝杆(103)将随之朝指定方向旋转，延伸板(105)在传动丝杆(103)和辅助套杆(104)的作用下开始向上移动，被延伸板(105)和套接板(108)夹持的炉盖(4)也将脱离炉体(5)的表面，使用者往石英坩埚(5091)中投入定量的固体半导体材料，然后控制减速电机(12)反向转动，使炉盖(4)盖在炉体(5)的表面，并通过连接架(402)和对接架(501)进行固定连接；
S2、使抽气装置与泄气阀(503)对接，抽出炉体(5)内部的空气，直至内部气压低于设定值后，使充气装置与进气阀(403)对接，在从炉体(5)内部抽出空气同时，往其中注入氩气；
S3、启动加热器(507)，使炉体(5)内部上升至设定值，升温过程中，热量将通过导流槽(5021)涌向保温架(5022)表面的透热口(5023)，并使固体半导体材料熔化，然后启动驱动电机(305)，使其带动坩埚(508)旋转，位于石墨坩埚(509)表面的石英坩埚(5091)也将随之旋转；
S4、当籽晶(207)晶体的重量超过投放固体半导体材料重量的三分之二后，可增大氩气的通入量，直至固体半导体材料将近反应完毕时，可开始停止加热器(507)加热，利用装置内部余热进行反应完全；
S5、拧开封闭盖(406)，然后启动卷扬电机(202)，使其开始收卷连接绳(203)，等籽晶(207)晶体完全脱离炉盖(4)之后，可取下籽晶夹头(206)收集籽晶(207)晶体。
10.根据权利要求9所述的一种半导体生长炉用调节方法，其特征在于：所述连接架(402)的表面螺旋连接有定位螺栓，所述定位螺栓的数量设置有十六个，所述对接架(501)的表面等距开设有螺孔。
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