CN116288704A - 一种多晶半导体晶棒生产热熔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，涉及晶棒生产装置领域，包括处理箱，所述处理箱的内部安装有加热器。本发明所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，通过设置内坩埚、外坩埚和孔槽，将需要的原料放置在外坩埚和内坩埚之间，由于外坩埚的底部设置为类似球状，因此当原料放置在外坩埚的内部时，原料就会因为重力的原因全部堆积在外坩埚的底部，此时就能够启动加热器，加热器就能够将固体的原料变成液体的原料，液体原料不断的上升，就会慢慢穿过内坩埚的底部，同时就能够进行晶棒的拉伸工作，此时内部的原料减少，就能够同时向外坩埚的内部进行加入固体原料，使得拉伸晶棒的过程与添加原料的过程同步进行，提高生产的效率。

Description

一种多晶半导体晶棒生产热熔装置

技术领域

本发明涉及晶棒生产装置领域，特别涉及一种多晶半导体晶棒生产热熔装置。

背景技术

晶棒的生产过程为，将块状的高纯度复晶硅置于石英绀锅内，加热使其完全融化，待硅融浆的温度稳定之后，将竖直方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸，维持此直径并拉长，以消除晶种内的晶粒排列取向差异，颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈部直径逐渐加大到所需尺寸，不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值，当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。

热熔就是将原料放置到坩埚的内部进行加热，使得固体变成液体，才能够进行提拉，然而每一次产生一个晶棒，就需要加入一定的原料等到其再次完全热熔，才能够进行下一次的生产，每次生产的过程都要经过热熔和提拉的交替过程，生产过程较为繁琐，因此就会导致生产的效率较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，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：一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，包括处理箱，所述处理箱的内部安装有加热器，所述处理箱的内部安装有外坩埚，所述外坩埚的内部安装有内坩埚，所述内坩埚为桶状，其底部与外坩埚之间设置一定的距离，所述内坩埚与外坩埚之间用于放置原料，所述内坩埚的下表面开设有孔槽，所述外坩埚的底部为球状。

所述内坩埚的表面固定安装有外延环，所述内坩埚的表面套接有承接环，所述承接环的宽度小于外延环的宽度，所述承接环的表面安装有维稳组件。

所述维稳组件包括维稳环，所述维稳环的内侧面固定安装有两个横固定杆，两个所述横固定杆之间的角度为平角，两个所述横固定杆的一端活动安装在承接环的表面，所述维稳环的表面安装有两个纵固定杆，两个所述纵固定杆之间的角度为平角，两个所述纵固定杆的一端活动安装在外坩埚的内侧，所述外坩埚的表面安装有晃动组件，目的是为了对外坩埚进行晃动，能够保证对其内部的固体原料进行晃动，保证当一部分的固体原料融化的时候，其余的固体原料能够补充空缺的位置。

所述晃动组件包括多个横凹槽，多个所述横凹槽开设在外坩埚的底部，所述横凹槽向两侧延伸至外部，所述外坩埚的下方安装有第一齿轮，所述第一齿轮的齿牙啮合进入横凹槽的内部，所述外坩埚与处理箱之间通过安装组件连接。

所述安装组件包括两个纵连接杆，两个所述纵连接杆对称安装在外坩埚的两侧，两个所述纵连接杆活动安装在处理箱内部的两侧，当第一齿轮转动的时候，此时的外坩埚就会沿着两个纵连接杆转动，来回的晃动能够改变该位置上固体原料的原始位置，使得其补充进入到空缺的位置。

所述晃动组件还包括多个纵凹槽，多个所述纵凹槽开设在外坩埚的底部，所述纵凹槽与横凹槽交叉，所述纵凹槽向两侧延伸至外部，所述外坩埚的下方安装有第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮之间安装有移动组件。

所述安装组件还包括安装环，所述安装环的两侧安装有横连接杆，两个所述横连接杆之间的角度为平角，所述横连接杆的端部活动安装在处理箱的内部，所述纵连接杆的端部活动安装在安装环的内部。

所述移动组件包括两个安装框，所述第一齿轮与第二齿轮分别活动安装在两个安装框的内部，两个所述安装框的表面均固定安装有齿柱，所述处理箱的内部安装有驱动齿轮，两个所述齿柱均与驱动齿轮啮合，两个所述齿柱呈十字交叉状且错位，所述处理箱的内部通过安装架安装有驱动电机，所述驱动齿轮套接在驱动电机的表面。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，通过设置内坩埚、外坩埚和孔槽，将需要的原料放置在外坩埚和内坩埚之间，由于外坩埚的底部设置为类似球状，因此当原料放置在外坩埚的内部时，原料就会因为重力的原因全部堆积在外坩埚的底部，此时就能够启动加热器，加热器就能够将固体的原料变成液体的原料，液体原料不断的上升，就会慢慢穿过内坩埚的底部，同时就能够进行晶棒的拉伸工作，此时内部的原料减少，就能够同时向外坩埚的内部进行加入固体原料，使得拉伸晶棒的过程与添加原料的过程同步进行，提高生产的效率。

本发明中，通过设置外坩埚和内坩埚，纵固定杆和横固定杆，当晃动组件进行晃动的时候，此时需要保证外坩埚只能再横固定杆和纵固定杆的方向上晃动，当外坩埚沿着横固定杆的方向上晃动时，横固定杆就会转动，保证内坩埚一直处于竖直向下的状态，当外坩埚沿着纵固定杆的方向上晃动时，内坩埚与维稳环为一个整体，纵固定杆就会转动，保证内坩埚一直处于竖直向下的状态，处于稳定的状态，保证晶棒的正常提拉，提供足够的空间保护晶棒的生产。

本发明中，通过设置第一齿轮、横凹槽、第二齿轮和纵凹槽，移动第一齿轮和第二齿轮的位置，能够保证不同的时间，第一齿轮与第二齿轮交错位于外坩埚的正下方，由于横凹槽和纵凹槽都与外坩埚的外部连接，因此就能够保证第一齿轮与第二齿轮分别远离横凹槽和纵凹槽的内部，此时就能够多个维度的对外坩埚进行晃动，从而保证外坩埚内部的固体原料移动的方位更多，不仅能够使得固体自动填满空间，而且能够保证加快固体原料的融化速度，间接的提高生产的效率。

本发明中，通过设置横连接杆和纵连接杆，两个横连接杆之间的连线与两个纵连接杆之间的连接线交叉为直角，保证当第一齿轮带动外坩埚进行转动的时候，安装环与外坩埚为一个整体，能够进行转动，当第二齿轮带动外坩埚进行转动的时候，此时外坩埚就能够沿着纵连接杆转动，从而保证外坩埚的运动顺畅。

本发明中，通过设置内坩埚和外坩埚，内坩埚底部与外坩埚之前相隔一定的距离，因此能够保证小体积的原料堆积在外坩埚的底部，从而确保内坩埚的内部原料更加均匀，保证晶体的生产质量。

附图说明

图1为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的俯视整体结构示意图；

图3为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的处理器内部部分结构示意图；

图4为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的横凹槽位置部分结构示意图；

图5为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的驱动齿轮位置部分结构示意图；

图6为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的第一齿轮位置部分结构示意图；

图7为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的维稳环位置部分拆分结构示意图；

图8为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的承接环位置部分拆分结构示意图；

图9为本发明一种多晶半导体晶棒生产热熔装置的孔槽位置部分结构示意图。

图中：1、处理箱；2、加热器；3、外坩埚；4、内坩埚；5、孔槽；6、外延环；7、承接环；8、维稳环；9、横固定杆；10、纵固定杆；11、横凹槽；12、第一齿轮；13、纵凹槽；14、第二齿轮；15、安装环；16、安装框；17、齿柱；18、驱动齿轮；19、安装架；20、驱动电机；21、横连接杆；22、纵连接杆。

实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-9所示，包括为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，包括处理箱1，处理箱1的表面具有隔热和保温的功能，且内部能够承受的温度要在2000摄氏度左右，所述处理箱1的内部安装有加热器2，加热器2的数量设置有四个，四个加热器2环绕在处理箱1的内部，所述处理箱1的内部安装有外坩埚3，外坩埚3位于四个加热器2的中间部位，所述外坩埚3的内部安装有内坩埚4，外坩埚3的直径至少是内坩埚4直径的两倍，所述内坩埚4为桶状，其底部与外坩埚3之间设置一定的距离，所述内坩埚4与外坩埚3之间用于放置原料，所述内坩埚4的下表面开设有孔槽5，孔槽5的数量设置有多个，环形阵列在内坩埚4的下表面，所述外坩埚3的底部为球状。

内坩埚4能够直接安装在外坩埚3的表面，此时的内坩埚4为管状，孔槽5就会开设在内坩埚4的侧边，能够保证当固体原料变成液体原料的时候，能够渗入内坩埚4的内部，同时就能够进行晶棒的拉伸工作，此时内部的原料减少，就能够同时向外坩埚3的内部进行加入固体原料，使得拉伸晶棒的过程与添加原料的过程同步进行；

在进行使用的时候，将需要的原料放置在外坩埚3和内坩埚4之间，由于外坩埚3的底部设置为类似球状，因此当原料放置在外坩埚3的内部时，原料就会因为重力的原因全部堆积在外坩埚3的底部，此时就能够启动加热器2，加热器2就能够将固体的原料变成液体的原料，液体原料不断的上升，就会慢慢穿过内坩埚4的底部，此时的孔槽5不仅能够对小体积固定原料进行过滤，并且由于内坩埚4底部与外坩埚3之前相隔一定的距离，因此能够保证小体积的原料堆积在外坩埚3的底部，从而确保内坩埚4的内部原料更加均匀，保证晶体的生产质量。

所述内坩埚4的表面固定安装有外延环6，外延环6的内径与内坩埚4的外径完全相同，外延环6与内坩埚4为一体化结构，所述内坩埚4的表面套接有承接环7，承接环7与内坩埚4之间设置一定的间隙，所述承接环7的宽度小于外延环6的宽度，当需要对内坩埚4进行清洗的时候，只需要拿着外延环6的边缘就能够将内坩埚4拿起，所述承接环7的表面安装有维稳组件。

所述维稳组件包括维稳环8，维稳环8的内径远大于外延环6的外径，保证有足够的空间放置固体原料，所述维稳环8的内侧面固定安装有两个横固定杆9，两个横固定杆9的长度完全相同，两个所述横固定杆9之间的角度为平角，两个所述横固定杆9的相对端活动安装在承接环7的表面，所述维稳环8的表面安装有两个纵固定杆10，两个所述纵固定杆10之间的角度为平角，两个所述横固定杆9之间的连接线与两个纵固定杆10之间的连接线呈现为十字状，两个所述纵固定杆10的活动端活动安装在外坩埚3的内侧，所述外坩埚3的表面安装有晃动组件。

晃动组件的目的是为了对外坩埚3进行晃动，能够保证对其内部的固体原料进行晃动，保证当一部分的固体原料融化的时候，其余的固体原料能够补充空缺的位置，以此提供更大的空间来放置下一批的固定原料，但是为了保证晶棒的正常提拉，因此就需要保证内坩埚4的稳定，提供足够的空间保护晶棒的生产，因此就能够通过维稳组件保证内坩埚4的稳定；

内坩埚4的需要选择大质量的材质，当晃动组件进行晃动的时候，此时需要保证外坩埚3只能在横固定杆9和纵固定杆10的方向上晃动，当外坩埚3沿着横固定杆9的方向上晃动时，横固定杆9就会转动，保证内坩埚4一直处于竖直向下的状态，当外坩埚3沿着纵固定杆10的方向上晃动时，内坩埚4与维稳环8为一个整体，纵固定杆10就会转动，保证内坩埚4一直处于竖直向下的状态，处于稳定的状态。

所述晃动组件包括多个横凹槽11，多个所述横凹槽11开设在外坩埚3的底部，横凹槽11之间的距离完全相同，所述横凹槽11向两侧延伸至外部，由于外坩埚3的底部为球状，因此横凹槽11的内部与外坩埚3的表面处于同一平面上，所述外坩埚3的下方安装有第一齿轮12，所述第一齿轮12的齿牙啮合进入横凹槽11的内部，在第一齿轮12进行转动的时候，就能够使得外坩埚3进行转动，通过反复的转动，从而产生一定的晃动，所述外坩埚3与处理箱1之间通过安装组件连接。

所述安装组件包括两个纵连接杆22，两个所述纵连接杆22对称安装在外坩埚3的两侧，两个所述纵连接杆22活动安装在处理箱1内部的两侧，当第一齿轮12转动的时候，此时的外坩埚3就会沿着两个纵连接杆22转动，来回的晃动能够改变该位置上固体原料的原始位置，使得其补充进入到空缺的位置。

所述晃动组件还包括多个纵凹槽13，纵凹槽13之间的距离完全相同，多个所述纵凹槽13开设在外坩埚3的底部，纵凹槽13的内部与外坩埚3的表面处于同一平面上，所述纵凹槽13与横凹槽11交叉，第一齿轮12的齿牙宽度大于两个纵凹槽13之间的距离，能够保证第一齿轮12与横凹槽11啮合，所述纵凹槽13向两侧延伸至外部，所述外坩埚3的下方安装有第二齿轮14，第二齿轮14的齿牙宽度大于横凹槽11之间的距离，保证第二齿轮14能够与纵凹槽13啮合，所述第二齿轮14与第一齿轮12之间安装有移动组件。

通过启动移动组件，能够移动第一齿轮12和第二齿轮14的位置，能够保证不同的时间，第一齿轮12与第二齿轮14交错位于外坩埚3的正下方，由于横凹槽11和纵凹槽13都与外坩埚3的外部连接，因此就能够保证第一齿轮12与第二齿轮14分别远离横凹槽11和纵凹槽13的内部，此时就能够多个维度的对外坩埚3进行晃动，从而保证外坩埚3内部的固体原料移动的方位更多，不仅能够使得固体自动填满空间，而且能够保证加快固体原料的融化速度，间接的提高生产的效率。

所述安装组件还包括安装环15，所述安装环15的两侧安装有横连接杆21，两个所述横连接杆21之间的角度为平角，所述横连接杆21的端部活动安装在处理箱1的内部，所述横连接杆21的端部活动安装在安装环15的内部，两个横连接杆21之间的连线与两个纵连接杆22之间的连接线交叉为直角，保证当第一齿轮12带动外坩埚3进行转动的时候，安装环15与外坩埚3为一个整体，能够进行转动，当第二齿轮14带动外坩埚3进行转动的时候，此时外坩埚3就能够沿着纵连接杆22转动，从而保证外坩埚3的运动顺畅。

所述移动组件包括两个安装框16，安装框16的内部能够驱动第一齿轮12和第二齿轮14进行转动，所述第一齿轮12与第二齿轮14分别活动安装在两个安装框16的内部，两个所述安装框16的表面均固定安装有齿柱17，两个齿柱17位于不同的高度上，所述处理箱1的内部安装有驱动齿轮18，两个所述齿柱17均与驱动齿轮18啮合，两个所述齿柱17呈十字交叉状且错位，所述处理箱1的内部通过安装架19安装有驱动电机20，所述驱动齿轮18套接在驱动电机20的表面。

在进行使用的时候，启动驱动电机20，驱动电机20的输出轴转动就会带动驱动齿轮18进行转动，此时的驱动齿轮18就会带动第一齿轮12的安装框16远离外坩埚3的底部，同时就能够带动第二齿轮14的安装框16靠近外坩埚3的顶部，此时就能够实现第一齿轮12和第二齿轮14的交替，从而提供横纵两个方向上的驱动力，保证外坩埚3能够顺畅的运动。

需要说明的是，本发明为一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，在使用时，在进行使用的时候，将需要的原料放置在外坩埚3和内坩埚4之间，由于外坩埚3的底部设置为类似球状，因此当原料放置在外坩埚3的内部时，原料就会因为重力的原因全部堆积在外坩埚3的底部，此时就能够启动加热器2，加热器2就能够将固体的原料变成液体的原料，液体原料不断的上升，就会慢慢穿过内坩埚4的底部，此时的孔槽5不仅能够对小体积固定原料进行过滤，并且由于内坩埚4底部与外坩埚3之前相隔一定的距离，因此能够保证小体积的原料堆积在外坩埚3的底部，从而确保内坩埚4的内部原料更加均匀，保证晶体的生产质量，在该过程中，启动启动驱动电机20，驱动电机20的输出轴转动就会带动驱动齿轮18进行转动，此时的驱动齿轮18就会带动第一齿轮12的安装框16远离外坩埚3的底部，同时就能够带动第二齿轮14的安装框16靠近外坩埚3的顶部，此时就能够实现第一齿轮12和第二齿轮14的交替，能够保证不同的时间，第一齿轮12与第二齿轮14交错位于外坩埚3的正下方，由于横凹槽11和纵凹槽13都与外坩埚3的外部连接，因此就能够保证第一齿轮12与第二齿轮14分别远离横凹槽11和纵凹槽13的内部，此时就能够多个维度的对外坩埚3进行晃动，从而保证外坩埚3内部的固体原料移动的方位更多，不仅能够使得固体自动填满空间，而且能够保证加快固体原料的融化速度，间接的提高生产的效率。

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 (8)

1.一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，包括处理箱（1），所述处理箱（1）的内部安装有加热器（2），其特征在于：所述处理箱（1）的内部安装有外坩埚（3），所述外坩埚（3）的内部安装有内坩埚（4），所述内坩埚（4）为桶状，其底部与外坩埚（3）之间设置一定的距离，所述内坩埚（4）与外坩埚（3）之间用于放置原料，所述内坩埚（4）的下表面开设有孔槽（5），所述外坩埚（3）的底部为球状。

2.根据权利要求1所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述内坩埚（4）的表面固定安装有外延环（6），所述内坩埚（4）的表面套接有承接环（7），所述承接环（7）的宽度小于外延环（6）的宽度，所述承接环（7）的表面安装有维稳组件。

3.根据权利要求2所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述维稳组件包括维稳环（8），所述维稳环（8）的内侧面固定安装有两个横固定杆（9），两个所述横固定杆（9）之间的角度为平角，两个所述横固定杆（9）的一端活动安装在承接环（7）的表面，所述维稳环（8）的表面安装有两个纵固定杆（10），两个所述纵固定杆（10）之间的角度为平角，两个所述纵固定杆（10）的一端活动安装在外坩埚（3）的内侧，所述外坩埚（3）的表面安装有晃动组件。

4.根据权利要求3所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述晃动组件包括多个横凹槽（11），多个所述横凹槽（11）开设在外坩埚（3）的底部，所述横凹槽（11）向两侧延伸至外部，所述外坩埚（3）的下方安装有第一齿轮（12），所述第一齿轮（12）的齿牙啮合进入横凹槽（11）的内部，所述外坩埚（3）与处理箱（1）之间通过安装组件连接。

5.根据权利要求4所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述安装组件包括两个纵连接杆（22），两个所述纵连接杆（22）对称安装在外坩埚（3）的两侧，两个所述横连接杆（22）活动安装在处理箱（1）内部的两侧。

6.根据权利要求4所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述晃动组件还包括多个纵凹槽（13），多个所述纵凹槽（13）开设在外坩埚（3）的底部，所述纵凹槽（13）与横凹槽（11）交叉，所述纵凹槽（13）向两侧延伸至外部，所述外坩埚（3）的下方安装有第二齿轮（14），所述第二齿轮（14）与第一齿轮（12）之间安装有移动组件。

7.根据权利要求5所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述安装组件还包括安装环（15），所述安装环（15）的两侧安装有横连接杆（21），两个所述横连接杆（21）之间的角度为平角，所述横连接杆（21）的端部活动安装在处理箱（1）的内部，所述横连接杆（21）的端部活动安装在安装环（15）的内部。

8.根据权利要求6所述的一种多晶半导体晶棒生产热熔装置，其特征在于：所述移动组件包括两个安装框（16），所述第一齿轮（12）与第二齿轮（14）分别活动安装在两个安装框（16）的内部，两个所述安装框（16）的表面均固定安装有齿柱（17），所述处理箱（1）的内部安装有驱动齿轮（18），两个所述齿柱（17）均与驱动齿轮（18）啮合，两个所述齿柱（17）呈十字交叉状且错位，所述处理箱（1）的内部通过安装架（19）安装有驱动电机（20），所述驱动齿轮（18）套接在驱动电机（20）的表面。

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