CN202246977U - 一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，安装在区熔单晶炉内，包括：下轴上盖、支撑棒和石英支撑头；其中下轴上盖设置在区熔单晶炉的下晶轴的顶部、籽晶夹头的底部；下轴上盖上设置有一个大直径圆孔和三个小直径圆孔；不锈钢支撑棒为等径空心圆柱结构，通过小直径圆孔插入至区熔单晶炉的螺纹丝杠的底部；石英支撑头包括圆柱形的连接部和设置在连接部上的支撑部，其中，圆柱形的连接部插入不锈钢支撑棒中。本实用新型通过晶体支撑装置与生长中的单晶进行实体接触，对单晶提供有效的物理支撑作用，增加晶体生长时的熔区稳定性，改善了晶体质量提高了成品率；而且石英支撑头用料较少，成本低廉，可以方便进行更换。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体生长技术领域，特别是涉及一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置。
背景技术
区熔单晶硅是制备各种电力电子器件的重要衬底材料，随着各类电力电子器件向着高电压、大功率的方向发展，人们对区熔硅单晶质量要求也越来越高，不仅要求区熔硅单晶具有纯度高、尺寸大等特点，更加要求区熔硅单晶中的电阻率径向均匀性好、少子寿命高。
典型的区熔单晶生长步骤包括引晶、放肩、等径生长、收尾共四个部分，其中以等径生长的持续时间最长，其生长的条件、生长的时间、瞬时的条件变化决定了整个单晶体的质量和长度，也影响着硅单晶的生产效率、成本及效益。因此，晶体生长的核心步骤是等径生长。如何保证单晶在等径生长过程中的高稳定性和高成晶率，是区熔单晶生长过程中的关键技术和重要环节。
如图1所示，是一种无晶体支撑装置的区熔单晶炉，包括预热环1、高频加热线圈2、上晶轴3、下晶轴4、炉门5、籽晶夹头6和多晶夹持装置7。该区熔单晶炉没有对生长出来的单晶体进行支撑保护，在生产过程中，籽晶不仅要对单晶实体进行物理支撑，而且需要以一定的转速进行旋转，以降低生长过程中的径向电阻率不均匀性。该种设备用于等径长度短、直径小的小质量硅单晶时能满足要求。但是随着区熔单晶技术、工艺的不断提高，生长出来的单晶质量越来越大，重心也越来越高，在原有的设备上生长此类单晶将造成晶体晃动严重、生长稳定性下降，极易产生晶体断胞、熔区溢流等现象，严重时甚至会造成籽晶折断晶体摔落，不仅降低了单晶成晶率，更对区熔单晶炉造成了损坏。
图2显示了在CFG4/1400P型区熔单晶炉上的晶体支撑装置。该装置使用整体成型的石英棒9作为晶体支撑体，石英棒9安装在下轴上盖8上方，对生长出来的单晶实体进行支撑保护。该区熔单晶炉通过拨叉与螺纹丝杠对晶体支撑装置进行调整，使得晶体支撑装置在单晶生长时有两种状态。当引晶开始时，螺纹丝杠与籽晶一同旋转，石英棒9处于收起状态，石英棒9顶部高度低于籽晶高度，方便了引晶过程的进行。当放肩结束进入等径时，螺纹丝杠被拨叉阻挡，旋转升起石英棒9对晶体进行支撑。由于整体成型的石英棒9价格昂贵，使用成本较高。石英棒9为一个整体，头部被设计成等径圆球体结构，该结构仅适合用作支撑直径单一的硅单晶。当使用其支撑直径单一的硅单晶时，会造成支撑接触面积极小，针尖效应明显，容易造成石英棒9破裂、折断，导致硅单晶失去支撑，无法继续生长。大量的生产实践也显示该种区熔单晶炉无法灵活拉制各种尺寸的硅单晶。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，用以解决现有技术中存在的上述的问题。
为解决上述技术问题，一方面，本实用新型提供一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，安装在区熔单晶炉内，所述装置包括：下轴上盖、不锈钢支撑棒和石英支撑头；
其中所述下轴上盖设置在区熔单晶炉的下晶轴的顶部、籽晶夹头的底部；所述下轴上盖上设置有一个大直径圆孔和三个小直径圆孔；
所述不锈钢支撑棒为等径空心圆柱结构，通过所述小直径圆孔插入至区熔单晶炉的螺纹丝杠的底部；
所述石英支撑头包括圆柱形的连接部和设置在连接部上的支撑部，其中，所述圆柱形的连接部插入所述不锈钢支撑棒中；所述支撑部为半球型。
进一步，所述下轴上盖为圆台结构，大直径圆孔位于所述圆台中央，所述三个小直径圆孔位于大直径圆孔的外围；其中，所述三个小直径圆孔的圆心依次连接构成一个等边三角形，所述大直径圆孔的圆心为等边三角形的中心。
进一步，所述晶体支撑装置包括支撑部直径不同的多种石英支撑头。
本实用新型有益效果如下：
本实用新型通过晶体支撑装置与生长中的单晶进行实体接触，对单晶提供有效的物理支撑作用，保证了在等径过程中固液界面生长的可持续性；另外，降低晶体生长时的机械振动、晶体晃动和倾倒的现象，增加晶体生长时的熔区稳定性；同时也降低了断棱断胞等晶变现象，改善了晶体质量提高了成品率；而且石英支撑头用料较少，成本低廉，可以方便进行更换。
附图说明
图1是现有技术中一种无晶体支撑装置的区熔单晶炉的结构示意图；
图2是现有技术中一种安装有晶体支撑装置的区熔单晶炉的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中一种安装有晶体支撑装置的区熔单晶炉的结构示意图；
图4是本实用新型实施例中一种支撑直径45mm-75mm时的石英支撑头的结构示意图；
图5是本实用新型实施例中一种支撑直径60mm-100mm时的石英支撑头的结构示意图；
图6是本实用新型实施例中一种支撑直径75mm-125mm时的石英支撑头的结构示意图；
图7是本实用新型实施例中一种下轴上盖的结构示意图；
图8是图7的仰视图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。
为了保证在等径过程中熔区的稳定性，降低拉制单晶过程中的使用成本。本实用新型提供设计一种造价便宜，使用简单，可以灵活应用于拉制各种尺寸的晶体支撑装置。该晶体支撑装置可以支撑直径为45-125mm的单晶体，提高拉制单晶时的熔区稳定性。
如图3所示，本实用新型实施例涉及一种安装在区熔单晶炉内的用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，包括下轴上盖8、支撑棒9和石英支撑头10。
下轴上盖8设置在下晶轴4的顶部，籽晶夹头6的底部。下轴上盖8的结构如图7、图8所示，为圆台结构，圆台中央为一大直径圆孔，大直径圆孔的外围设置有三个小直径圆孔。其中，三个小直径圆孔的圆心依次连接构成一个等边三角形，大直径圆孔的圆心为等边三角形的中心。
三根不锈钢支撑棒9通过下轴上盖8的三个小直径圆孔插入至螺纹丝杠的底部。不锈钢支撑棒9结构为等径空心圆柱结构，外表面为单面机械抛光，该抛光面能有效地降低支撑棒升降时的摩擦力，从而可以有效地降低晶体支撑装置的振动。
石英支撑头10包括圆柱形的连接部和设置在连接部上的支撑部，其中，下部的圆柱形的连接部插入不锈钢支撑棒9中，支撑部为半球型设计。
石英支撑头10与生长中的晶体实体接触，根据直径的不同设计了三种规格，如图4、图5、图6所示，分别用以拉制直径在45mm-125mm的单晶，基本满足了现阶段对单晶直径的要求，操作人员可以方便地更换不同规格的石英支撑头10，灵活地拉制不同尺寸的单晶。
本实用新型的使用十分简便，有利于各部件进行更换和维护，具体实施流程如下：
与原有的普通区熔单晶炉一样，先在多晶夹持装置7上安装多晶硅棒料，启动上晶轴3将多晶硅棒料吊升至顶部，将高频加热线圈2安装就位，高频加热线圈2应当水平放置并保持接地连接，必要时可使用水平计测量并调整，将籽晶装入籽晶夹头6中，装入下轴上盖8，将三根不锈钢支撑棒9通过下轴上盖8圆孔插入螺纹丝杠内，根据将要拉制单晶的直径选取合适的石英支撑头10套入不锈钢支撑棒9内，降下预热环1，下降多晶硅棒料至紧邻预热环1位置，关闭炉门5。开始进行预热和加热程序，待多晶硅棒料预热发红后，升起预热环1，启动下晶轴4将籽晶与多晶硅棒料的熔融体紧密接触，开始引晶及放肩操作。当放肩结束进入等径后，螺纹丝杠被拨叉阻挡，旋转升起不锈钢支撑棒9使石英支撑头10对生长出来的晶体进行支撑。
由上述实施例可以看出，本实用新型通过晶体支撑装置与生长中的单晶进行实体接触，对单晶提供有效的物理支撑作用，保证了在等径过程中固液界面生长的可持续性；另外，降低晶体生长时的机械振动、晶体晃动和倾倒的现象，增加晶体生长时的熔区稳定性；同时也降低了断棱断胞等晶变现象，改善了晶体质量提高了成品率；而且石英支撑头用料较少，成本低廉，可以方便进行更换。
尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本实用新型的范围应当不限于上述实施例。
Claims (4)
1.一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，安装在区熔单晶炉内，其特征在于，所述装置包括：下轴上盖、不锈钢支撑棒和石英支撑头；
其中所述下轴上盖设置在区熔单晶炉的下晶轴的顶部、籽晶夹头的底部；所述下轴上盖上设置有一个大直径圆孔和三个小直径圆孔；
所述不锈钢支撑棒为等径空心圆柱结构，通过所述小直径圆孔插入至区熔单晶炉的螺纹丝杠的底部；
所述石英支撑头包括圆柱形的连接部和设置在连接部上的支撑部，其中，所述圆柱形的连接部插入所述不锈钢支撑棒中。
2.如权利要求1所述的用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，其特征在于，所述下轴上盖为圆台结构，大直径圆孔位于所述圆台中央，所述三个小直径圆孔位于大直径圆孔的外围；其中，所述三个小直径圆孔的圆心依次连接构成一个等边三角形，所述大直径圆孔的圆心为等边三角形的中心。
3.如权利要求1或2所述的用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，其特征在于，所述晶体支撑装置包括支撑部直径不同的多种石英支撑头。
4.如权利要求3所述的用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置，其特征在于，所述支撑部为半球型。
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| CN2011202849575U CN202246977U (zh) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | 一种用于区熔单晶生长用的晶体支撑装置 |
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| CN105386120A (zh) * | 2014-09-03 | 2016-03-09 | 硅电子股份公司 | 在根据fz方法结晶单晶期间支撑生长单晶的方法 |
| CN112899771A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 胜高股份有限公司 | 单晶制备装置及单晶的制备方法 |
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