CN114592235A - 一种用于集成电路生产的单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体生产技术领域，且公开了一种用于集成电路生产的单晶炉，炉体内部的顶端位置活动套接有导流筒，炉体内部的底端固定安装有支撑板，支撑板两侧的套孔内部活动套接有螺旋筒，支撑板顶面中部活动安装有顶部与石墨坩埚底面固定连接的支撑转柱，导流筒的顶部呈环状均匀开设有进气孔，导流筒内壁靠近导气口一侧开设有与进气孔连通的喇叭口，炉体内壁位于导流筒顶部位置固定安装有定位环，导流筒内部开设有与进气孔、喇叭口连通的L型液压孔，支撑板顶面中部开设有与支撑转柱活动套接的限位槽，该单晶炉通过对导流筒的改进以及支撑板的设计，大大提高了硅棒拉出时的稳定性，保证了成型质量。

Description

一种用于集成电路生产的单晶炉

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域，具体为一种用于集成电路生产的单晶炉。

背景技术

集成电路是采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，其中对于半导体的要求很高，因此在生产的时候需要保证硅片的质量，而硅片由单晶硅制成，单晶硅的生产多采用直拉法制备，即通过在单晶炉中拉出一根硅棒，虽然现有技术已经比较成熟，但是单晶炉还是存在一定的不足：

1、在进行单晶硅的制备时先由籽晶在单晶炉中拉出一根单晶硅棒，然后对单晶硅棒进行加工处理从而得到单晶硅，而上述过程又必须在充满惰性气体的环境中进行，因此就需要不断地向单晶炉中通入保护气，而现有的是从单晶炉的开口就向内部通气，这样会导致进入到导流筒内的气体分散不均匀，同时在进行等径工艺的时候坩埚与导流筒之间的距离减小，此时会导致气流的流动通过空间变小，如果保持一个稳定的气压输入就容易造成熔融的硅液晃动，从而导致拉出来的硅棒直径不符合要求；

2、在进行籽晶向上拉伸拉出单晶硅棒的过程中会带动坩埚一起转动，而坩埚的转动需要额外的驱动源来提供，同时在等径工艺的时候为了保证导流筒与坩埚内液面距离保持不变就需要向上移动坩埚，而坩埚一旦上移就会造成其顶部位置不与加热器接触，从而其温度不均匀就会影响到硅液的质量和硅棒成型，同时移动坩埚也容易造成晃动，这些都会造成硅棒成型质量差。

发明内容

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种用于集成电路生产的单晶炉，具备硅棒成型效果好的优点，解决了背景技术提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种用于集成电路生产的单晶炉，包括炉体，所述炉体的顶部开设有炉口，所述炉体的底部开设有排气口，所述炉体内部的顶端位置活动套接有导流筒，所述炉体内部的底端固定安装有支撑板，所述支撑板的两侧开设有套孔，所述支撑板顶部的外圈位置固定安装有加热器，所述加热器的内圈活动套接有石墨坩埚，所述石墨坩埚的内部固定安装有石英坩埚，所述支撑板的底部固定安装有与加热器电性连接的电极，所述支撑板顶面中部活动安装有顶部与石墨坩埚底面固定连接的支撑转柱，所述炉体顶部的两侧开设有伸入到导流筒顶部处的进气口，所述导流筒中部开设有导气口，所述导气口顶部的边缘与炉口边缘之间固定连接有波纹管，所述导流筒的顶部呈环状均匀开设有进气孔，所述导流筒内壁靠近导气口一侧开设有与进气孔连通的喇叭口。

优选的，所述炉体内壁位于导流筒顶部位置固定安装有定位环，所述导流筒内部开设有与进气孔、喇叭口连通的L型液压孔，所述定位环底面固定连接有底端套接在液压孔中的限位柱塞，所述液压孔的水平段活动套接有活塞，所述喇叭口内部活动套接有一端与活塞中部固定连接的调节头。

优选的，所述限位柱塞套接进液压孔的长度大于导流筒可滑动的最大长度，所述调节头呈锥状置于喇叭口中，所述液压孔中位于限位柱塞与活塞之间采用液压传动密封。

优选的，所述炉体内壁位于导流筒底部位置固定安装有支撑环，所述支撑环与导流筒底面之间固定连接有复位弹簧，所述套孔内部活动套接有螺旋筒，所述支撑板顶面中部开设有与支撑转柱活动套接的限位槽。

优选的，所述支撑转柱位于限位槽内部处外圈固定安装有第一齿环，所述螺旋筒中部外圈固定安装有第二齿环，所述支撑板内部位于套孔与限位槽之间的位置开设有传动腔，所述传动腔内部活动套接有两侧分别与第一齿环、第二齿环啮合传动的传动齿轮。

优选的，所述复位弹簧采用耐高温材料制成，所述复位弹簧始终处于压缩状态。

优选的，所述螺旋筒采用轴承活动安装在套孔内部且摩擦力小，所述螺旋筒内圈设置有螺旋叶。

优选的，所述支撑转柱与套孔的内壁内外圈之间不接触，所述支撑转柱的底面与限位槽底壁之间均采用耐磨材料制成。

本发明具备以下有益效果：

1、通过在炉体内部设置可活动的导流筒，并且配合进气口和波纹管改变进气方式，相较于现有技术来说，利用在导流筒上开设有进气孔和喇叭口，将从进气口进来的保护气体均匀的分散到导流筒内部，同时导流筒是可上下滑动式，保证了根据位置变化或者气压变化时能通过定位环与导流筒之间的限位柱塞控制调节头的移动情况，进而就实现了对于出气量的调节，从而使得坩埚内的硅液不会受到气流影响，保证硅棒拉出的质量。

2、通过设置导流筒配合定位环和支撑环，并且和二者之间具有连接作用关系，同时在炉体内的支撑板上设置螺旋筒配合支撑转柱工作，相较于现有技术来说，根据坩埚的总重量变化带来支撑转柱转动的阻力变化，从而影响到螺旋筒转动的阻力变化，进而根据螺旋筒的导流情况实现导流筒上下气压差不再处于稳定值，就会带动导流筒向下移动，以此来代替坩埚的上移，这样就可以保证坩埚内的硅液不受影响，同时利用螺旋筒的转动传递来带动支撑转柱的转动可以节省转动柱和驱动结构，更加地方便。

附图说明

图1为本发明结构整体示意图；

图2为本发明结构整体俯视图；

图3为本发明内部结构示意图；

图4为图2中A-A剖面图；

图5为图4中B-B剖面图；

图6为图3中C处放大图。

图中：1、炉体；101、炉口；102、排气口；103、进气口；2、导流筒；201、导气口；202、进气孔；203、液压孔；204、喇叭口；3、支撑板；301、套孔；302、限位槽；303、传动腔；4、加热器；5、石墨坩埚；6、石英坩埚；7、电极；8、支撑转柱；801、第一齿环；9、波纹管；10、定位环；11、支撑环；12、复位弹簧；13、限位柱塞；14、活塞；15、调节头；16、螺旋筒；1601、第二齿环；17、传动齿轮。

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。

请参阅附图1、附图2、附图3、附图4、附图6，一种用于集成电路生产的单晶炉，包括炉体1，炉体1的顶部开设有炉口101，炉体1的底部开设有排气口102，炉体1内部的顶端位置活动套接有导流筒2，炉体1内部的底端固定安装有支撑板3，支撑板3的两侧开设有套孔301，支撑板3顶部的外圈位置固定安装有加热器4，加热器4的内圈活动套接有石墨坩埚5，石墨坩埚5的内部固定安装有石英坩埚6，支撑板3的底部固定安装有与加热器4电性连接的电极7，支撑板3顶面中部活动安装有顶部与石墨坩埚5底面固定连接的支撑转柱8，通过电极7对加热器4进行加热，然后其再通过坩埚加热硅料，同时支撑转柱8设置在支撑板3顶部位置起到支撑坩埚的作用，并且其可以根据坩埚与硅料的总质量来控制底部的转动摩擦力大小，炉体1顶部的两侧开设有伸入到导流筒2顶部处的进气口103，导流筒2中部开设有导气口201，导气口201顶部的边缘与炉口101边缘之间固定连接有波纹管9，波纹管9配合进气口103的进气在导流筒2顶部处形成一个密封空间，利用其的伸缩性可以进行后续的气压调整，导流筒2的顶部呈环状均匀开设有进气孔202，导流筒2内壁靠近导气口201一侧开设有与进气孔202连通的喇叭口204，通过均匀设计的进气孔202和喇叭口204可以将气流通过进气口103引入到导气口201中进而作用到工作区域，并且喇叭口204呈喇叭状一方面可以将气流分散降低其冲击力，另一方面还能方便后续进行出气的调节，炉体1内壁位于导流筒2顶部位置固定安装有定位环10，导流筒2内部开设有与进气孔202、喇叭口204连通的L型液压孔203，定位环10底面固定连接有底端套接在液压孔203中的限位柱塞13，液压孔203的水平段活动套接有活塞14，喇叭口204内部活动套接有一端与活塞14中部固定连接的调节头15，调节头15就是用来调节喇叭口204的出气情况，当调节头15向内移动就减少其与喇叭口204内壁的间隙，此时出气量减小，当调节头15向外移动就增加其与喇叭口204内壁的间隙，此时出气量就变大，限位柱塞13套接进液压孔203的长度大于导流筒2可滑动的最大长度，通过限位柱塞13在导流筒2和定位环10之间构成连接关系，同时还能起到一定的限位作用，调节头15呈锥状置于喇叭口204中，液压孔203中位于限位柱塞13与活塞14之间采用液压传动密封，采用液压密封的方式一方面是可以力的方向转变，另一方面是通过导流筒2的移动带动限位柱塞13与液压孔203发生相对移动从而带动调节头15来调节出气量。

请参阅附图3、附图4、附图5、附图6，炉体1内壁位于导流筒2底部位置固定安装有支撑环11，支撑环11与导流筒2底面之间固定连接有复位弹簧12，套孔301内部活动套接有螺旋筒16，支撑板3顶面中部开设有与支撑转柱8活动套接的限位槽302，支撑转柱8位于限位槽302内部处外圈固定安装有第一齿环801，螺旋筒16中部外圈固定安装有第二齿环1601，支撑板3内部位于套孔301与限位槽302之间的位置开设有传动腔303，传动腔303内部活动套接有两侧分别与第一齿环801、第二齿环1601啮合传动的传动齿轮17，通过在螺旋筒16与支撑转柱8之间设置传动齿轮17可以进行传动效果，然后再根据螺旋筒16通过气流会转动来带动第二齿环1601的转动，之后通过传递就带动第一齿环801转动了，第一齿环801转动可以带动坩埚一起转动，使得拉出的硅棒质量更佳，同时节约了设置额外的转动机构和动力源，同时支撑转柱8的转动也是具有摩擦力的，采用转动与摩擦力的相抵恰好可以形成一个调节系统，复位弹簧12采用耐高温材料制成，复位弹簧12始终处于压缩状态，复位弹簧12需要保持弹力，因此其必须处于压缩状态才能对复位弹簧12起到支撑弹力的作用，同时还要能进行压力调节的适应，因为其处于单晶炉内部温度较高，因此得采用耐高温的材料制成，多为合金制成，螺旋筒16采用轴承活动安装在套孔301内部且摩擦力小，螺旋筒16内圈设置有螺旋叶，这样当气流通过其向底部流动的时候就会冲击螺旋叶，然后带动螺旋筒16转动，其也是支撑转柱8转动的动力来源，因此需要降低其摩擦损耗，采用轴承转动安装，支撑转柱8与套孔301的内壁内外圈之间不接触，支撑转柱8的底面与限位槽302底壁之间均采用耐磨材料制成，支撑转柱8的底部只有底面与限位槽302底壁接触，这样保证支撑转柱8受到的阻力只有底面给它的，而支撑转柱8转动转动时受到的是滑动摩擦力，因此当支撑转柱8顶部的重力变化就会带来其摩擦阻力的直接变化，并且根据这一特性通过螺旋筒16的转动来实现控制，从而实现了气压的调节来控制导流筒2下移配合硅棒的拉出，同时避免了坩埚的移动。

工作原理：工作时通过电极7加热加热器4，加热器4通过石墨坩埚5的热传导将石英坩埚6中盛有的硅料加热呈熔融态，然后用籽晶从炉口101伸入到炉体1中并从熔融的硅料中将拉出一根硅棒，与此同时启动供气系统通过进气口103向炉体1内部通入气体，进入到炉体1内部的气体会进入进气孔202，然后再经喇叭口204吹到导气口201中起到保护作用，然后气流经过导气口201和石英坩埚6之间向下流动，流动的气体经过螺旋筒16流到支撑板3底部并最终从排气口102排出，气体经过螺旋筒16的时候由于螺旋叶的存在会带动螺旋筒16发生一定的转动，而螺旋筒16的转动恰好带动外圈的第二齿环1601一起转动，然后通过传动齿轮17的传动带动第一齿环801转动，即带动支撑转柱8转动，最终带动石墨坩埚5转动即坩埚整体转动，再配合籽晶的上拉就可以得到一根高质量的硅棒；

当石英坩埚6中的硅溶液随着硅棒的拉出而变少时，此时支撑转柱8顶部的坩埚和硅溶液的总重量减少，就导致支撑转柱8底部与限位槽302之间的摩擦力减小，此时支撑转柱8就更容易被传动齿轮17带动转动，即第一齿环801转动的阻力减小，在气流保证不变的情况下更容易转动第一齿环801就导致螺旋筒16转动的速度变快，这样流过的气流也就变多变快，就导致位于导流筒2底部的气压减少，而导流筒2顶部的气压保持，在导流筒2上下两端由于气压的变化就会带动导流筒2下移，导流筒2下移的同时一方面使得硅液面与导流筒2底面的距离保持在一定范围内，另一方面会使得限位柱塞13在液压孔203中的套接部分变短，通过液压传递带动活塞14和调节头15向液压孔203内部移动，此时降低喇叭口204的出气间隙，用来降低保护气的补充量，恰好符合硅液的减少量，并且还能使得导流筒2顶部位置的气压再变大，保证不会因为导流筒2的下移而将上下的气压平衡，利用进气的稳定实现整体气压的自锁功能保证了拉出的硅棒质量好。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于集成电路生产的单晶炉，包括炉体（1），其特征在于：所述炉体（1）的顶部开设有炉口（101），所述炉体（1）的底部开设有排气口（102），所述炉体（1）内部的顶端位置活动套接有导流筒（2），所述炉体（1）内部的底端固定安装有支撑板（3），所述支撑板（3）的两侧开设有套孔（301），所述支撑板（3）顶部的外圈位置固定安装有加热器（4），所述加热器（4）的内圈活动套接有石墨坩埚（5），所述石墨坩埚（5）的内部固定安装有石英坩埚（6），所述支撑板（3）的底部固定安装有与加热器（4）电性连接的电极（7），所述支撑板（3）顶面中部活动安装有顶部与石墨坩埚（5）底面固定连接的支撑转柱（8），所述炉体（1）顶部的两侧开设有伸入到导流筒（2）顶部处的进气口（103），所述导流筒（2）中部开设有导气口（201），所述导气口（201）顶部的边缘与炉口（101）边缘之间固定连接有波纹管（9），所述导流筒（2）的顶部呈环状均匀开设有进气孔（202），所述导流筒（2）内壁靠近导气口（201）一侧开设有与进气孔（202）连通的喇叭口（204）。

2.根据权利要求1所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述炉体（1）内壁位于导流筒（2）顶部位置固定安装有定位环（10），所述导流筒（2）内部开设有与进气孔（202）、喇叭口（204）连通的L型液压孔（203），所述定位环（10）底面固定连接有底端套接在液压孔（203）中的限位柱塞（13），所述液压孔（203）的水平段活动套接有活塞（14），所述喇叭口（204）内部活动套接有一端与活塞（14）中部固定连接的调节头（15）。

3.根据权利要求2所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述限位柱塞（13）套接进液压孔（203）的长度大于导流筒（2）可滑动的最大长度，所述调节头（15）呈锥状置于喇叭口（204）中，所述液压孔（203）中位于限位柱塞（13）与活塞（14）之间采用液压传动密封。

4.根据权利要求1所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述炉体（1）内壁位于导流筒（2）底部位置固定安装有支撑环（11），所述支撑环（11）与导流筒（2）底面之间固定连接有复位弹簧（12），所述套孔（301）内部活动套接有螺旋筒（16），所述支撑板（3）顶面中部开设有与支撑转柱（8）活动套接的限位槽（302）。

5.根据权利要求4所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述支撑转柱（8）位于限位槽（302）内部处外圈固定安装有第一齿环（801），所述螺旋筒（16）中部外圈固定安装有第二齿环（1601），所述支撑板（3）内部位于套孔（301）与限位槽（302）之间的位置开设有传动腔（303），所述传动腔（303）内部活动套接有两侧分别与第一齿环（801）、第二齿环（1601）啮合传动的传动齿轮（17）。

6.根据权利要求4所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述复位弹簧（12）采用耐高温材料制成，所述复位弹簧（12）始终处于压缩状态。

7.根据权利要求4所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述螺旋筒（16）采用轴承活动安装在套孔（301）内部且摩擦力小，所述螺旋筒（16）内圈设置有螺旋叶。

8.根据权利要求4所述的一种用于集成电路生产的单晶炉，其特征在于：所述支撑转柱（8）与套孔（301）的内壁内外圈之间不接触，所述支撑转柱（8）的底面与限位槽（302）底壁之间均采用耐磨材料制成。

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