TW201800624A - 一種單晶矽生長爐 - Google Patents

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郭鴻震
溫雅楠
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上海新昇半導體科技有限公司
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

本發明提供一種單晶矽生長爐，包括：坩堝；支撐所述坩堝並使所述坩堝旋轉的底座；收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室帶有石墨導管，所述底座下部收容在所述石墨導管內；其中，收容在所述石墨導管內的底座下部設有外螺紋。本發明的單晶矽生長爐，通過對坩堝底座進行簡單的結構改進，便可有效解決坩堝掉落物在石墨導管中堆積導致的種種問題，減少了坩堝底座磨損、開裂等損壞，減少了因坩堝震動導致的漏液，有效避免了石墨塵埃造成的污染，並大大地減少了由於掉落物造成的底座卡頓事故。

Description

一種單晶矽生長爐
本發明係關於晶圓製造技術領域，特別是關於一種單晶矽生長爐。
在晶圓製造技術中，所需的單晶矽晶圓是通過將多晶矽熔融後拉制生長成單晶矽晶棒，再切割、研磨而得。拉制生長單晶矽晶棒採用直拉法，其過程一般是：將高純度的多晶矽碎塊放在坩堝中，並用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，使多晶矽熔化，坩堝帶著多晶矽熔融液旋轉，再在熔融液裡種入籽晶，然後將其慢慢拉出，從而生長成圓柱狀的單晶矽晶棒。
單晶矽生長爐包括爐腔、位於爐腔內的坩堝、帶動坩堝旋轉的部件以及加熱部件，通常坩堝由底座支撐，並由底座中的轉軸帶動旋轉，底座下部安裝在基底腔室的石墨導管中，轉軸下部設有石墨軟氈，基底腔室設有冷卻水管道，可通入冷卻水。
在拉制單晶矽晶棒時，通常要在坩堝中滿載約300kg的多晶矽塊。而在坩堝滿載運行時，一些多晶矽碎塊和石墨碎片容易掉落下來，這些掉落物堆積在基底腔室上，容易落入石墨導管之中，擠壓和摩擦石墨導管及石墨底座，產生石墨塵埃，使坩堝震動，甚至卡住底座導致旋轉停 止。在掉落物的擠壓和摩擦作用下，石墨導管及石墨底座容易損壞和變形，坩堝震動容易造成熔融液滴漏，產生的石墨塵埃會造成碳污染。這些問題不僅損壞設備、降低生產效率、還嚴重影響了單晶矽的生產品質。
專利申請號為CN201210136908.6的專利文獻公開了一種單晶生長爐內腔清潔設備。它包括基礎板、升降元件、旋轉元件、水噴洗元件，升降元件裝在基礎板上，旋轉元件裝在升降元件的升降支架上，水噴洗元件裝在旋轉元件的套筒軸上。該設備採用高壓水流噴射的方法清潔爐腔。然而，這種清潔設備需要每次單晶矽晶棒生長完成後，設備停止工作時，才能進行爐腔清潔，且設備結構複雜，成本較高。
因此，實有必要尋求一種更為簡單、有效的方法，解決或減少上述坩堝掉落物堆積造成的種種問題。
鑒於以上所述現有技術，本發明的目的在於提供一種改良的單晶矽生長爐，用於解決現有技術中爐內坩堝掉落物落入石墨導管造成的種種問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種單晶矽生長爐，包括：坩堝；支撐所述坩堝並使所述坩堝旋轉的底座；收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室帶有石墨導管，所述底座下部收容在所述石墨導管內；其中，收容在所述石墨導管內的底座下部設有外螺紋。
較佳地，所述坩堝的旋轉方式為順時針旋轉，所述外螺紋為左旋螺紋。
較佳地，所述坩堝的旋轉方式為逆時針旋轉，所述外螺紋為右旋螺紋。
較佳地，所述外螺紋的螺牙間距為1-40mm。
較佳地，所述外螺紋為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋或圓弧形螺紋。
較佳地，所述外螺紋為單線螺紋、雙線螺紋或多線螺紋。
較佳地，所述外螺紋的材料選自石墨、金屬、合金、陶瓷中的一種或多種。
較佳地，所述坩堝為石墨坩堝。
較佳地，所述底座為石墨底座。
如上所述，本發明的單晶矽生長爐，具有以下有益效果：
本發明提供的單晶矽生長爐，不需要停止設備工作來進行清理，而是通過對坩堝底座進行簡單的結構改進，便可有效解決坩堝掉落物在石墨導管中堆積導致的種種問題，減少了坩堝底座磨損、開裂等損壞，減少了因坩堝震動導致的漏液，有效避免了石墨塵埃造成的污染，並大大地減少了由於掉落物造成的底座卡頓事故。
1‧‧‧坩堝
2‧‧‧底座
3‧‧‧基底腔室
201‧‧‧外螺紋
301‧‧‧石墨導管
第1圖係表示本發明實施例提供的單晶矽生長爐結構示意圖。
第2圖係表示，依據本發明之一實施例，坩堝採用順時針旋 轉的螺紋結構示意圖。
第3圖係表示，依據本發明之一實施例，坩堝採用逆時針旋轉的螺紋結構示意圖。
以下結合圖式和具體實施例對本發明進一步詳細說明。根據本案說明書及申請專利範圍，本發明的優點及特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式，且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
現有的直拉法單晶矽生長爐，在坩堝滿載運行時，常常會出現坩堝底座卡頓、磨損、開裂、坩堝晃動、漏液等問題，發明人深究其原因發現，由於坩堝滿載，一些多晶矽碎塊和石墨碎片容易掉落下來，這些掉落物堆積在基底腔室上，落入石墨導管之中，會擠壓和摩擦石墨導管及石墨底座，產生石墨塵埃，使坩堝震動，甚至卡住底座導致旋轉停止。而清潔爐腔通常需要在每次生長晶棒結束後才能開腔沖洗，並不能解決生長爐在工作時掉落物堆積導致的種種問題。為解決上述問題，本發明對現有的單晶矽生長爐進行了改良。
請參閱第1圖，本發明實施例提供一種單晶矽生長爐，包括：坩堝1；支撐所述坩堝1並使所述坩堝1旋轉的底座2；收容所述底座2的基底腔室3，所述基底腔室3帶有石墨導管301，所述底座2下部收容在所述石墨導管301內；其中，收容在所述石墨導管301內的底座2下部設有外螺紋201。
由於在底座2下部設置了外螺紋201，當坩堝1掉落物落入基底腔室3的石墨導管301內時，會被外螺紋201擋住，而不會直接卡進底座2，並可以被旋轉的外螺紋201帶出石墨導管301。這樣一來，在單晶矽生長爐工作時，掉落物就不會在底座2轉軸和石墨導管301之間產生擠壓和摩擦，從而可避免或減少因此產生的石墨塵埃污染、設備損壞等種種問題。
此外，為了更加有效地將掉落物移出基底腔室3，在底座2旋轉時，應當使掉落物向上移動。所以，根據單晶矽生長爐的旋轉方向不同，底座2的外螺紋201設計也不相同。
如第2圖所示，當所述坩堝1的旋轉方式採用順時針旋轉時，所述外螺紋201可設計為左旋螺紋，即底座2順時針旋轉時，螺線方向採用左旋，旋進方向向上，使掉落物向上移動從而可快速移出基底腔室3。
如第3圖所示，當所述坩堝1的旋轉方式採用逆時針旋轉時，所述外螺紋201可設計為右旋螺紋，即底座2逆時針旋轉時，螺線方向採用右旋，旋進方向向上，使掉落物向上移動從而快速移出基底腔室3。
另外，為了有效避免掉落物入卡進底座2，所述外螺紋201的螺牙間距可以依照所用的原料尺寸和實際縫隙來設計，即可根據所用多晶矽塊的大小和石墨導管與底座之間的實際縫隙來設定，較佳地，所述外螺紋201的螺牙間距可以為1-40mm。
此外，本發明對所述外螺紋201的截面形狀，即牙型，沒有特殊限制，可以根據實際情況選取，如所述外螺紋201可以為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋或圓弧形螺紋等。
此外，本發明對所述外螺紋201的螺旋線的數量沒有特殊限制，可以根據實際情況選取，如所述外螺紋可以為單線螺紋、雙線螺紋或多線螺紋，其中，雙線螺紋或多線螺紋相對進升更快。
具體地，所述外螺紋201的材料可以選自石墨、金屬、合金、陶瓷中的一種或多種，或其他適用於單晶矽生長爐的材料。
具體地，由於用於單晶矽生長，所述坩堝1較佳為石墨坩堝。
具體地，所述底座2較佳為石墨底座。
需要說明的是，本發明的單晶矽生長爐還可以包括加熱裝置、拉升機構、爐腔氣流控制、監看視窗、冷卻機構等部件，然而這些部件並不是本發明改良的核心之處，故在此不做贅述。根據實際情況需要，本發明的單晶矽生長爐還可以配置不同結構和功能的其他部件。
綜上所述，本發明的單晶矽生長爐，通過在坩堝底座下部加設螺紋，可有效減少坩堝掉落物的堆積，減少了坩堝底座磨損、開裂等損壞，減少了因坩堝震動導致的漏液，有效避免了石墨塵埃造成的污染，並大大地減少了由於掉落物造成的底座卡頓事故。
本發明通過對坩堝底座進行簡單的結構改進，不需要停止設備工作來進行清理，便可避免和減小掉落物堆積的問題，成本小，成效高。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述特定實施例之內容係為了詳細說明本發明，然而，該等實施例係僅用於說明，並非意欲限制本發明。熟習本領域之技藝者可理解，在不悖離後附申請專利範圍所界定之範疇下針對本發明所進行之各種變化或修改係落入本發明之一部分。
1‧‧‧坩堝
2‧‧‧底座
3‧‧‧基底腔室
201‧‧‧外螺紋
301‧‧‧石墨導管

Claims (9)

  1. 一種單晶矽生長爐，其特徵在於，包括：坩堝；支撐所述坩堝並使所述坩堝旋轉的底座；收容所述底座的基底腔室，所述基底腔室帶有石墨導管，所述底座下部收容在所述石墨導管內；其中，收容在所述石墨導管內的底座下部設有外螺紋。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述坩堝的旋轉方式為順時針旋轉，所述外螺紋為左旋螺紋。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述坩堝的旋轉方式為逆時針旋轉，所述外螺紋為右旋螺紋。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述外螺紋的螺牙間距為1-40mm。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述外螺紋為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋或圓弧形螺紋。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述外螺紋為單線螺紋、雙線螺紋或多線螺紋。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述外螺紋的材料選自石墨、金屬、合金、陶瓷中的一種或多種。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述坩堝為石墨坩堝。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的單晶矽生長爐，其特徵在於：所述底座為石墨底座。
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