CN220224441U - 一种管式扩散氧化炉及半导体扩散氧化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体产品制备领域，公开了一种管式扩散氧化炉及半导体扩散氧化设备，该管式扩散氧化炉包括炉管本体；炉管本体包括沿长度方向依次分布的多个加热区段；每个加热区段的管壁上均铺设有多个主加热条，各个主加热条和炉管本体的长度方向平行；还包括在相邻两个加热区段之间的过渡区段沿管壁设置有辅加热环；辅加热环所在平面和炉管本体的长度方向垂直。本申请中在管式扩散氧化炉内各个加热区段之间的过渡区段进一步地设置辅加热环，减小相邻两个加热区段之间的过渡区段的温度存在较大幅度的下降，也即可在一定程度上提升整个管式扩散氧化炉中温度的均匀性，进而有利于半导体电池等产品的生产质量。

Description

一种管式扩散氧化炉及半导体扩散氧化设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制备技术领域，特别是涉及一种管式扩散氧化炉以及一种半导体扩散氧化设备。

背景技术

管式扩散氧化设备是太阳能电池等半导体进行各种氧化膜层的制备过程中常用的一种加热氧化设备。管式扩散氧化设备在高温(900℃-1100℃)环境下通入掺杂杂质(BCl3)对制绒后N型硅片进行掺杂，该过程对于均匀性要求极高。目前管式扩散氧化设备一般设置有5-6个温区，每个温区单独加热，这种加热方式虽然可以对某个温区单独控制加热功率，但这种加热方式，并不能很好的保证整个管式扩散氧化设备加热温度的均匀性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种管式扩散氧化炉以及一种半导体扩散氧化设备，能够在一定程度上提升电池片进行扩散氧化过程中的加热温度均匀性，进而提升电池片的生产质量。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种管式扩散氧化炉，包括炉管本体；所述炉管本体包括沿长度方向依次分布的多个加热区段；每个所述加热区段的管壁上均铺设有条形结构的多个主加热条，各个所述主加热条和所述炉管本体的长度方向平行；

还包括在相邻两个所述加热区段之间的过渡区段沿管壁设置有环形结构的辅加热环；所述辅加热环所在平面和所述炉管本体的长度方向垂直。

在本申请的一种可选地实施例中，在同一所述加热区段内的相邻两个所述主加热条之间设置有绝缘隔条。

在本申请的一种可选地实施例中，所述绝缘隔条为氧化铝陶瓷条。

在本申请的一种可选地实施例中，所述绝缘隔条的截面高度大于所述主加热条的截面高度。

在本申请的一种可选地实施例中，各个所述加热区段之间的所述主加热条之间的加热功率独立可调；各个所述辅加热环之间的加热功率相互独立可调。

在本申请的一种可选地实施例中，每个所述加热区段沿所述炉管本体的长度方向依次包括三个子加热区段；相邻两个所述子加热区段之间设置有绝缘件；

在同一所述加热区段内各个所述子加热区段对应的主加热条的加热功率独立可调，且中间的所述子加热区段的加热功率小于两侧的所述子加热区段。

在本申请的一种可选地实施例中，所述主加热条和所述辅加热环均为加热电阻丝。

在本申请的一种可选地实施例中，每个所述辅加热环包括5圈～10圈所述加热电阻丝。

在本申请的一种可选地实施例中，所述辅加热环两侧均设置有环形绝缘件；且所述环形绝缘件的截面高度大于所述辅加热环的截面高度。

一种半导体扩散氧化设备，包括如上任一项所述的管式扩散氧化炉。

本实用新型所提供的一种管式扩散氧化炉及半导体扩散氧化设备，该管式扩散氧化炉包括炉管本体；炉管本体包括沿长度方向依次分布的多个加热区段；每个加热区段的管壁上均铺设有条形结构的多个主加热条，各个主加热条和炉管本体的长度方向平行；还包括在相邻两个加热区段之间的过渡区段沿管壁设置有环形结构的辅加热环；辅加热环所在平面和炉管本体的长度方向垂直。

本申请中在管式扩散氧化炉内各个加热区段之间的过渡区段进一步地设置辅加热环，利用该辅加热环的加热提升该过度区间的温度，从而在一定程度上减小相邻两个加热区段之间的过渡区段的温度存在较大幅度的下降，也即可在一定程度上提升整个管式扩散氧化炉中温度的均匀性，进而有利于半导体电池等产品的生产质量。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为管式扩散氧化炉整体的结构示意图；

图2为本申请提供的一种管式扩散氧化炉的部分剖面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的管式扩散氧化炉的加温区段的横截面示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为管式扩散氧化炉整体的结构示意图。管式扩散氧化炉大体上呈圆柱状结构，且一端为带门的开口一端封闭；当需要将半导体电池片置于该管式扩散氧化炉内进行扩散氧化加工工序时，需要通过石英舟承载多片电池片进入该管式扩散氧化炉的炉内，石英舟上各个电池片沿该管式扩散氧化炉的长度方向依次相互平行排布；通过该管式扩散氧化炉提供高温环境为电池片进行各种掺杂物质的扩散氧化。

因为该管式扩散氧化炉一端设置有开口，该端开口打开和关闭的过程中热量损耗相对较多，使得该管式扩散氧化炉的内部呈现一端温度高而另一端温度低这种温度分布不均匀的状况，进而影响制备生产电池片的生产质量。为了提升管式扩散氧化炉的炉内温度的均匀性，可以将炉内空间沿管式扩散氧化炉的长度方向划分成多个加温区段，每个加温区段分别甚至有加热部件，且各个加热区段的加热功率大小各不相同，靠近炉内开口端的加温区段的加热功率可以适当偏高，而远离开口端的加温区段的加热功率则可以适当偏低；由此，在一定程度上提升炉内温度的均匀性。

但目前常规的管式扩散氧化炉中因为安装限制等原因，相邻两个加温区段的加热部件之间并非无缝衔接的，而是存在一个较小的空白的过渡区段。这一区段因为没有任何加热部件，使得在实际对炉内环境进行加热过程中，这一区段位置的温度相对于其临近区域而言或存在一个明显的下降，也即是说在两个加温区段之间的区域存在温度不均匀的情况。因此，传统的管式扩散氧化炉中靠近每个加温区段两端位置的电池片往往因为加热温度不均匀导致扩散氧化质量差的问题。

本申请中提供了一种能够在一定程度上提升管式扩散氧化炉的炉内温度均匀性的技术方案。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图2和图3所示，图2为本申请提供的一种管式扩散氧化炉的部分剖面结构示意图；图3为本申请实施例提供的管式扩散氧化炉的加温区段的横截面示意图。

在本申请的一种具体实施例中，该管式扩散氧化炉可以包括：

炉管本体1；炉管本体1包括沿炉管本体1的长度方向依次分布的多个加热区段；每个加热区段的管壁上均铺设有条形结构的多个主加热条2，各个主加热条2和炉管本体1的长度方向平行；

还包括在相邻两个加热区段之间的过渡区段的管壁上设置有环形结构的辅加热环3；辅加热环3所在平面和炉管本体1的长度方向垂直。

本实施例中的管式扩散氧化炉的炉管本体1从整体结构上而言，和常规的炉管本体1的结构大致相同，均为圆柱形结构。当然，若基于实际需要设置成长方体结构或者其他柱形结构，本申请中也并不限制，只要能够保证正常对置于其内部的电池片进行加热即可。

本实施例中在炉管本体1内，沿着炉管本体1每个加热区段对应的内管壁均匀铺设一整圈主加热条2。在图2和图3所示的实施例中，各个主加热条2均为直线条形结构，当然本实施例中也并不排除主加热条2为波浪线条形结构或锯齿形条形结构等等，只要该主加热条2的大体是长条形结构，且宽度尺寸不至于过大即可，从而可以保证主加热条2能够紧密贴合于炉管本体1的内壁表面，且各个主加热条2均是和炉管本体1的中心轴线相互平行铺设。当然，在实际应用中，也可以考虑采用其他形状结构的主加热条2。但因为炉管本体1的内壁表面为柱曲面，相对而言，直线条型结构的主加热条2能够更好的贴合于炉管本体1的内壁。

对于同一个加热区段内的各个主加热条2应当均是相同的长度，且同一个加热区段的各个主加热条2的分布也恰好可以围成一个柱形的加热空间。各个不同的加热区段之间的主加热条2之间的长度可以根据实际需要设置为不同，也即每个加热区段的大小可以不同，也可以设置为相同，即每个加热区段的大小也可以相同，对此本申请种不做具体限制。

在此基础上，对于同一个加热区段内的各个主加热条2之间可以相互串联、并联或串并联的连接同一个供电电路；相应地，同一个加热区段内的各个主加热条2分别对应的加热功率也即可以是相同且可以同步调节，从而在一定程度上可以保证在炉管本体1内部的温度场，是以炉管本体1的对称中心轴为中心的周向均匀性和径向均匀性。

尽管各个主加热条2关于炉管本体1的对称中心轴中心对称铺设，能够在一定程度上保证在各个加热区段内的温度场，沿炉管本体1的对称中心轴沿径向和周向上的均匀性，但相邻两个加热区段之间存在过渡区段，即便是该过渡区段沿炉管本体1的对称中心轴方向的尺寸相对较小，但若过渡区段未设置加热件，炉管本体1内对应于该过渡区段的空间温度会出现明显的下降，由此每个过渡区段对应空间位置的温度都会相对于其相邻空间的温度低；也即是说在炉管本体1内因为过渡区段的位置未设置加热部件，会导致整个炉管本体1内部沿炉管本体1的长度方向上呈现温度分布不均匀状态。当电池片在该炉管本体1内进行扩散氧化的过程中，位于靠近加热区段两端边缘位置的电池片所在环境的温度不均匀性也就必然更为明显，从而导致位于该位置的电池片扩散加工的质量明显降低。

为此，本申请中为了进一步地提升该炉管本体1内部温度分布的均匀性，在炉管本体1内相邻两个加热区段之间的过渡区段设置辅加热环3。和主加热条2不同的是，辅加热环3为环形结构，且对于环形结构的具体形状应当是和炉管本体1的内壁横截面形状相同；例如，该炉管本体1的内壁为圆柱形结构，则该辅加热环3即可为和炉管本体1的内壁表面良好贴合的圆环形结构。可以理解的是，各个过渡区段分别对应的辅加热环3之间的加热功率是独立可调的。在实际应用中，每个辅助加热环3可以单独设置一路供电电路，从而保证各个辅加热环3的加热功率调节更为灵活。并且每个辅加热环3的加热功率可以比相邻的两个加热区段的各个主加热条2的加热功率小，进而避免该过渡区段的温度过高的问题。

此外，对于主加热条2和辅加热环3而言，均可以采用加热电阻丝，也可以是加热灯管或其他类似的加热部件，对此本申请中不做具体限制，只要保证能够将炉管本体1的温度稳定加热到需求的温度即可。

并且，对于辅加热环3而言，每个过渡区段所对应的辅加热环3可以包括5圈～10圈呈圆环形结构的加热电阻丝，且每圈加热电阻丝沿炉管本体1的长度方向依次排布，从而在一定程度上保证辅加热环3能够提供足够的加热热量。

对于传统的管式扩散氧化炉对电池片进行生产加工过程中，因为炉管本体1内部温度分布不均匀，会导致电池片上不同位置的方阻不均匀，结深高低不一致，烧结银浆渗透过程中有些地方接触不好，有些地方可能过烧，导致VOC偏低；同时导致电池片串联电阻增大，ISC偏低，直接导致最终成品的电池片工作效率波动大。

而本实施例所提供的管式扩散氧化炉，能够在一定程度上提升炉管本体1内部温度的均匀性，由此可以优化电池片方阻均匀性，拓宽工艺调试窗口。理论上来说，本实施例中的管式扩散氧化炉可以达到3％-5％的方阻均匀性提升，从而使得电池片的工作效率提升。

基于上述论述，进一步地考虑到当采用加热电阻丝作为主加热条2时，相邻两个主加热条2之间如果相互接触可能会出现整个加热回路出现短路的情况，进而导致实际的加热功率升高，为此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以包括：

在同一加热区段内的相邻两个主加热条2之间设置有绝缘隔条4。

参照图2和图3，对于同一加热区段内主加热条2和绝缘隔条4可以沿炉管本体1的内壁上交替排布，通过绝缘隔条4的绝缘作用，避免相邻两个主加热条2之间出现短路。

对于该绝缘隔条4具体可以采用氧化铝陶瓷条，氧化铝陶瓷主要组成物为Al₂O₃，一般含量大于45％。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能，例如，耐高温，一般可要1600℃长期使用；耐腐蚀；高强度，其强度为普通陶瓷的2～3倍，高者可达5～6倍。由此，本实施例中采用氧化铝陶瓷条作为绝缘隔条4，能够保证各个相邻主加热条2之间相互绝缘的条件下，还能够保证该氧化铝陶瓷条能够耐受炉管本体1内部的高温。

另外，当主加热条2通电发热为炉管本体1内提供加热热量的过程中，主加热条2的本身也必然具有更高的温度；若是置于炉管本体1内的半导体电池片和主加热条2之间产生相互接触，不可避免的会损坏电池片，由此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

绝缘隔条4的截面高度大于主加热条2的截面高度。

如图2和图3所示，因为绝缘隔条4的高度大于主加热条2的高度，因此，相邻两个绝缘隔条4之间即可形成一个容纳主加热条2的空间，能够在一定程度上阻挡电池片直接接触主加热条2，在起到对电池片的保护作用。

进一步地考虑到同一加热区段内相邻的主加热条2之间需要保持相互绝缘，对于辅加热环3和相邻两个加热区段内的主加热条2之间也应当保持绝缘。因此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步的包括：

辅加热环3两侧均设置有环形绝缘件5；且环形绝缘件5的截面高度大于辅加热环3的截面高度。

对于环形绝缘件5和绝缘隔条4可以采用相同材质的绝缘结构，即，本实施例中的环形绝缘件5也可以是氧化铝陶瓷件。且环形绝缘件5的截面高度可以是和绝缘隔条4的截面高度相同，也即可在对一定程度上避免电池片和辅加热环3相互接触。

此外，进一步地考虑到，尽管相邻两个加热区段之间设置有辅加热环3，但对于单个加热区段而言，其还是可能存在该加热区段的中间区段对应的空间中温度更高而该加热区段的两端区段对应的空间中温度更低。为此，在本申请的另一可选地实施例中，还可以进一步地包括：

每个加热区段沿炉管本体1的长度方向依次包括三个子加热区段；相邻两个子加热区段之间设置有绝缘件；

在同一加热区段内各个子加热区段对应的主加热条2的加热功率独立可调；且同一加热区段内位于中间的子加热区段的加热功率小于位于两侧的子加热区段。

在本申请的实施例中，对于每个加热区段而言进一步地划分为更小的三个子加热区段；相应地，每个加热区段内也就沿炉管本体1的对称中心轴平行的方向上依次排布设置有三圈主加热条2。可以理解的是，相对于同一个加热区段并不进行子加热区段划分的实施例而言，本实施例中每个子加热区段内的主加热条2的长度仅为整个加热区段沿炉管本体1的对称中心轴长度方向的尺寸的三分之一。当然为了绝缘隔离相邻两个子加热区段之间的主加热条2，可以将相邻两个子加热区段中的主加热条2和绝缘隔条4错位设置，也即是说一个子加热区段中的主加热条2对应于另一个子加热区段中的绝热隔条。当然也可以之间将两个相邻的子加热区段之间设置一个环形绝热件5，对此本申请中均不做具体限制。

此外，在对同一个加热区段内，各个子加热区段之间的主加热条2的加热功率独立可调。且为了避免同一加热区段内中间区段的温度更高，位于中间位置的子加热区段对应的主加热条2的加热功率应当适当低于其余两个子加热区段对应的主加热条2的加热功率。

综上所述，本申请中在管式扩散氧化炉内各个加热区段之间的过渡区段进一步地设置辅加热环，利用该辅加热环的加热提升该过度区间的温度，从而在一定程度上减小相邻两个加热区段之间的过渡区段的温度存在较大幅度的下降，也即可在一定程度上提升整个管式扩散氧化炉中温度的均匀性，进而有利于半导体电池等产品的生产质量。

本申请还提供了一种半导体扩散氧化设备的实施例，该半导体扩散氧化设备可以包括如上任一项所述的管式扩散氧化炉。

可以理解的是，本申请中的半导体扩散氧化设备中除了包含上述管式扩散氧化炉之外，还应当包含半导体扩散氧化设备中常规的其他结构部件，例如对上述管式扩散氧化炉中的主加热条以及辅加热环的加热功率进行控制调节的供电组件，还应当包括支撑固定该管式扩散氧化炉的各种支撑构件等等，具体参照目前常规的半导体扩散氧化设备即可，对此，本申请中不做具体限制。

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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管式扩散氧化炉，其特征在于，包括炉管本体；所述炉管本体内包括沿所述炉管本体的长度方向依次分布的多个加热区段；每个所述加热区段的管壁上均贴合铺设有多个条形结构的主加热条，各个所述主加热条和所述炉管本体的长度方向平行；

还包括在相邻两个所述加热区段之间的过渡区段对应的管壁上贴合设置有环形结构的辅加热环；所述辅加热环所在平面和所述炉管本体的长度方向垂直。

2.如权利要求1所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，在同一所述加热区段内相邻两个所述主加热条之间设置有绝缘隔条。

3.如权利要求2所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，所述绝缘隔条为氧化铝陶瓷条。

4.如权利要求2所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，所述绝缘隔条的截面高度大于所述主加热条的截面高度。

5.如权利要求1所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，同一个所述加热区段的各个所述主加热条为连接同一个供电电路，且加热功率同步可调的加热件；

各个不同的所述加热区段的所述主加热条以及各个所述辅加热环之间均分别连接不同的供电电路，以使各个不同的所述加热区段的所述主加热条的加热功率以及各个所述辅加热环的加热功率均分别独立可调。

6.如权利要求1所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，每个所述加热区段沿所述炉管本体的长度方向依次包括三个子加热区段；相邻两个所述子加热区段之间设置有绝缘件；

在同一所述加热区段内各个所述子加热区段对应的主加热条的加热功率独立可调；且同一所述加热区段内位于中间的所述子加热区段的加热功率小于位于两侧的所述子加热区段。

7.如权利要求1所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，所述主加热条和所述辅加热环均为加热电阻丝。

8.如权利要求7所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，每个所述辅加热环包括5圈～10圈所述加热电阻丝。

9.如权利要求1所述的管式扩散氧化炉，其特征在于，每个所述辅加热环两侧均设置有环形绝缘件；且所述环形绝缘件的截面高度大于所述辅加热环的截面高度。

10.一种半导体扩散氧化设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的管式扩散氧化炉。