CN1195107C - 硅锭块生长装置 - Google Patents

Abstract

一种硅锭块生长装置，其包含：石墨坩埚，其中装有石英坩埚；传动轴，它与石墨坩埚的下部相连接，可使石墨坩埚实现旋转和上下移动，并为石墨坩埚提供支承，该传动轴包含内部中空的空心轴部分、与空心轴部分底部相连接的用于抑制热传递的绝热轴部分以及与绝热轴部分底部相连接的圆柱形轴部分；用于石墨坩埚加热的加热装置；以及用于石墨坩埚、加热装置和部分传动轴的保护和与外界环境实现温度隔离的绝热墙。本发明有助于降低高温带熔融硅和石英坩埚的温度梯度，改善热量分布的均匀性，进而达到提高单晶锭块质量的目的。

Description

硅锭块生长装置

技术领域

本项发明所涉及的是一种硅锭块生长装置，更具体地说，涉及一种对石墨坩埚的传动轴进行了技术改进的装置。

背景技术

根据半导体电路技术的发展，在高度集成电路的制造中，良好的晶片是不可或缺的，而要制造出高质量的硅晶片，则需要获得高质量的单晶硅锭块。在已知的单晶硅锭块生长装置中，人们广泛采用的是切克劳斯基晶体生长法。

一般采用相关工艺的生长装置，如图3所示，常常包括一套石墨坩埚33，其中放置一套装有熔融硅34的石英坩埚32。传动轴36与石墨坩埚33的下部相连接，用于石墨坩埚的转动以及上下移动，并为石墨坩埚33提供支承。加热装置35用于坩埚33的加热，具有绝热墙37的外室38用于石墨坩埚33、加热装置35和部分传动轴36的保护并实现与外部环境的隔离。图中的虚线为等温线，表示温度的分布情况。

这种采用其它相关工艺的单晶硅锭块生长装置一般采用如图1所示的传动轴。该传动轴的上半部分10是采用石墨柱加工而成的，在传动轴的上半部分10中形成一个凹孔11，支座12用于与石墨坩埚33的连接。传动轴的下半部分13为圆柱形，以便实现与旋转装置和提升装置(如液压缸)的连接，使坩埚能够上下移动。

单晶生长装置的传动轴的功能是支承、转动和上下移动装有熔融硅的坩埚。采用单转设计传动轴的晶体生长装置取决于传动轴和冷却系统相邻处所发生的快速热传导，因此，环境条件的变化不可避免地带来系统的不稳定性。此外，由于传动轴所造成的热量损失，传动轴所支承的熔融硅的温度梯度会变得更大，进而降低晶体的质量。

采用其它相关工艺的生长装置使用的这种传动轴，如图3所示，在单晶硅生成过程中，造成大量的热量损失，进而加大硅熔化锅内的温度梯度。温度梯度对单晶硅的生成质量造成直接影响，因此，它代表着提高工艺管理水平的主要方面。另外，传动轴的热通量还会降低热效率

发明内容

有鉴于此，本项技术发明的主体是硅锭块生长装置，它可极大地避免因其它相关工艺的限制和缺点而造成的一种或多种问题。

本发明的目的是提供一种新型硅锭块生长装置，通过改进传统硅生长装置传动轴，降低熔融硅的温度梯度的方法改善单晶硅锭块的质量。

本发明的其他优点、目标和特点将在接下来的描述中加以部分说明，同时，对于本领域中的普通技术人员来说，在仔细研究以下内容后，他们亦可对此形成部分认识。另外，他们还可从发明过程中部分地了解这些情况。本项发明的目标和其他优点还可从具体的文字描述的结构及其权利要求和附图中获知。

为实现这些目标和其他一些优点，并达到本项技术发明的目的，正如本文件所说明和广泛描述的一样，本发明中的硅锭块生长装置包括一套石墨坩埚以及其中所包括的一套石英坩埚、一只与石墨坩埚下部相连接的、用于石墨坩埚旋转、上下移动和支承的传动轴、一套用于石墨坩埚加热的加热装置以及一套用于石墨坩埚、加热装置和部分传动轴的保护和与外界环境实现温度隔离的绝热墙。该传动轴由三个部分组成：内部中空的空心轴部分、与空心轴部分底部相连接的用于降低热传递的绝热轴部分以及与绝热轴部分底部相连接的圆柱形轴部分。

绝热轴部分的最理想的设计安装位置应在传动轴上下移动过程中与绝热墙相对应，并采用非均质绝热材料制成。

最理想的状态是，该绝热轴部分采用多个非均质绝热盘重叠的方法制成。

需要说明的是，此前的关于本技术发明的总体说明以及接下来的详细说明都是示范性和解释性的，其目的在于对本发明作进一步的解释说明。

附图说明

本发明附图目的在于对本发明提供更进一步的理解，它们构成本发明的一部分，其与本发明的实施例一起对本发明进行解释和说明。具体如下：

图1所示为传统硅锭块生长装置的一种传动轴；

图3所示为采用传统工艺的硅锭块生长装置；

图2所示为本发明的硅锭块生长装置传动轴；

图4所示为根据本发明的硅锭块生长装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图2和图4所示分别为根据本发明的硅锭块生长装置传动轴和硅锭块生长装置。

如图2和图4所示，根据本发明的生长装置包括一套石英坩埚42，熔融硅44将装入石英坩埚中，而石英坩埚位于石墨43坩埚内。一根传动轴46与石墨坩埚43的下部连接，用于石墨坩埚的旋转和上下移动，并形成对石墨坩埚的支承。此外，该装置还包括一套用于石墨坩埚43加热的加热装置45、装有绝热墙47的外室48。绝热墙的作用是对石墨坩埚43、加热装置45和部分传动轴形成保护和实现与外部环境的隔热。图中的虚线为等温线，用来表示温度的分布情况。

根据本发明技术的传动轴46由三个部分组成：带有凹孔21的空心轴部分26、与空心轴部分26底部相连接的、用于抑制热传递的绝热轴部分25以及与绝热轴部分25底部相连接的圆柱形轴部分27。

绝热轴部分25采用非均质绝热材料制成，空心轴部分26和圆柱形轴部分27均采用基于石墨的材料制成。

根据本发明的最佳实施例，绝热轴部分25采用多个非均质绝热盘重叠的方法制成，以实现最高的隔热特性。在叠置绝热盘的过程中，材料的方向应相互交错，以抑制热传递并实现最大效率。如果非均质绝热材料以此种方式叠置，其热传导率将降低到均质性绝热材料传导率的十分之一。绝热轴部分25的设计安装位置应传动轴上下移动过程中与绝热墙47相对应。

空心轴部分26在圆柱形石墨柱中形成一个凹孔或空心21。该空心的直径应等于或大于空心轴部分26整个直径的30％，具体以其直径为空心轴部分26整个直径的50～70％为宜。空心越大，热传导部分就越小。这样，经由其下部损失掉的热量就得到最大程度的抑制，进而降低空心轴部分的温度梯度。因此，熔融硅在整个空心轴部分的温度梯度也随之降低。在这种情形下，在不牺牲机械稳定性的前提下，尽量加大空心的孔径是最好的办法。

在根据本发明的上述结构的装置中，在单晶锭块生长工艺完成的同时，加热装置45所产生的热量亦被传导到石墨坩埚43以及传动轴46。传动轴的安装贯穿绝热墙47的外部和内部，且与绝热墙47外部的传动装置相连接。绝热墙内部和外部之间的温差很大(超过1000℃)。如果该传动轴所采用的绝热材料不是本技术发明所选的材质，则有可能出现大量的热量通过传动轴损失的现象。根据本发明的传动轴采用非均质性绝热材料制成，它将空心轴部分26与圆柱形轴部分27连接起来，使绝热轴部分25能够将空心轴部分与圆柱形轴部分隔离开来，进而降低热量的流失。

因此，本技术发明有助于降低高温带熔融硅和石英坩埚的温度梯度，改善热量分布的均匀性，进而达到提高单晶锭块质量的目的。

本技术发明可降低热量损失，提高热量效率，降低石英坩埚中熔融硅的温度梯度，改善温度分布，达到明显减少硅锭块缺陷的目的。

上述实例只是典型举例，并不能说明本发明的全部功能。本原理可很容易地应用于其他工艺或设备。本技术发明的叙述只是说明性的，它并不可限制权利要求的范围。对于懂得相关技术的人来说，根据此项技术可演绎出许多替代、变更和变异工艺。

Claims (7)

1、一种硅锭块生长装置，其包含：石墨坩埚，其中装有石英坩埚；

传动轴，它与石墨坩埚的下部相连接，可使石墨坩埚实现旋转和上下移动，并为石墨坩埚提供支承，该传动轴包含内部中空的空心轴部分、与空心轴部分底部相连接的用于降低热传递的绝热轴部分以及与绝热轴部分底部相连接的圆柱形轴部分；

用于石墨坩埚加热的加热装置；以及

用于石墨坩埚、加热装置和部分传动轴的保护和与外界环境实现温度隔离的绝热墙。

2、根据权利要求1述的装置，其特征在于其绝热轴采用非均质性绝热材料制成。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其空心和圆柱形轴部分都采用基于石墨的材料制成，而且其空心的孔径最小应为空心轴部分整个直径的30％。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于其空心孔径为整个直径的50％-70％之间。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其绝热轴部分的安装位置在传动轴上下移动过程中与绝热墙相对应。

6、根据权利要求2所述的装置，其特征在于其绝热轴部分采用多个非均质性绝热盘重叠的方法制成。

7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于该绝热轴部分采用多个非均质绝热盘重叠的方法制成，其中非均质绝缘盘的方向彼此交叉。

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