專利名稱：一種大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石英坩堝的制造裝置及制造方法，具體涉及一種大直徑石英坩堝的制造裝置及制造方法。
背景技術：
石英坩堝主要用于單晶硅拉制過程中半導體材料的融化。近年來，為了降低單晶硅拉制的成本，在單晶硅拉制技術方面作了許多改進，使用的石英坩堝也要求向大直徑方向發(fā)展。大直徑石英坩堝使用時，需要融化的半導體材料變多，若采用原先加熱條件，需要更長的融化時間，總體拉制時間增加。為了縮短拉制時間，可以增大加熱器的供熱量，同時為了使大量的半導體材料融液保持規(guī)定的溫度，加熱器的供熱量應該越多越好。但是，石英坩堝制造過程中混入的氣體產(chǎn)生氣泡，在單晶硅拉制高溫使用條件下， 石英坩堝內(nèi)部氣泡膨脹破裂，產(chǎn)生的石英玻璃碎片混入到硅融液中，形成二氧化硅的晶體(方石英)，方石英在硅融液中流動附著在拉晶過程中的單晶硅端部，緊接著附著部分的晶體結構發(fā)生變異無法正常長晶，結果降低了半導體的單結晶化率。石英坩堝的直徑越大，氣泡個數(shù)越多，氣泡越大，單晶硅拉制時所需熱量和拉晶時間的越大，氣泡的膨脹程度越大，越容易發(fā)生上述缺陷。目前采用的大直徑石英坩堝的制造方法中，石英砂熔融時周圍環(huán)境中的氣體(主要為氮氣和氧氣)容易混入，產(chǎn)生氣泡，在石英坩堝使用過程中上述氣泡膨脹破裂，降低了半導體單晶化成功率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種操作簡便、結構合理的大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法，使生產(chǎn)的大直徑石英坩堝中氣泡直徑小、氣泡個數(shù)少，氣泡膨脹率低。技術方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種大直徑石英坩堝制造裝置，包括金屬模具、真空泵、切換器，金屬模具設有內(nèi)腔和外腔，內(nèi)腔和外腔由通孔連接，外腔的底部連接有氣體導管，在真空泵和氣體導管之間設有切換器，切換器一邊連接氦氣供應源，金屬模具頂部設有封蓋，封蓋上方設有石墨電極。其中，石墨電極上設有遮熱板；外腔設有水循環(huán)裝置，可以對金屬模具進行冷卻；通孔為臺階孔，通孔中設有石棉，防止石英砂泄漏。另外在本發(fā)明中，還提供了一種大直徑石英坩堝制造方法，包括以下步驟首先，向旋轉的金屬模具加入石英砂，金屬模具中形成堆積層后，蓋上封蓋；然后，對金屬模具外腔和內(nèi)腔進行抽真空，當金屬模具內(nèi)部達到預定的真空度時，對金屬模具內(nèi)部輸送氦氣 ’最后，當金屬模具內(nèi)部壓力達到預定值，打開封蓋，同時石墨電極開始放電，對模具內(nèi)腔的石英砂進行熔融，氦氣繼續(xù)供給，當石英砂表面形成熔融薄膜層時開始逐步減少氦氣的供應，直至最終停止氦氣的供應。
其中，金屬內(nèi)部壓力預定值為一個大氣壓。本發(fā)明所依據(jù)的原理為石英坩堝制造過程中產(chǎn)生氣泡的原因是原料石英砂的粒子間存在氮氣等氣體和堿土金屬等雜質，為了減少氣泡個數(shù)，減小氣泡直徑，必須將它們?nèi)コ?。本發(fā)明采用氦氣對石英砂周圍環(huán)境中的氣體進行置換，由于氦氣的原子量小，高溫環(huán)境下可以在熔融的石英玻璃層中流動，在高溫低壓的環(huán)境下容易從石英玻璃層中溢出，大大減少了氣泡產(chǎn)生的數(shù)量，使產(chǎn)生的氣泡直徑減小，而且由于氦氣為惰性氣體，可作為保護氣體使用，保證了使用過程中的安全性。有益效果與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置構思獨特、結構巧妙，操作簡單、方便；本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝方法工藝流程簡單，可重復操作性強，適于流水線生產(chǎn)；采用本發(fā)明的裝置和方法制造的大直徑石英坩堝性能優(yōu)異，具有氣泡直徑小、氣泡個數(shù)少并且氣泡膨脹率低的特點。


圖I本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。如圖I所示，本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置，包括金屬模具5、真空泵10和切換器11，金屬模具5設有內(nèi)腔4和外腔6，內(nèi)腔4和外腔6由通孔8連接，外腔6的底部連接有氣體導管13，在真空泵10和氣體導管13之間設有切換器11，切換器11 一邊連接氦氣供應源12，金屬模具5頂部設有封蓋3，封蓋3上方設有石墨電極I。在本實施例中，石墨電極I上設有遮熱板2，外腔6設有水循環(huán)裝置7，可以對金屬模具5進行冷卻，在內(nèi)腔4側面和底部和外腔6側面和底部設有多個通孔8，通孔8為臺階孔，通孔8中設有石棉，防止石英砂泄漏。本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造方法，通過利用上述裝置生產(chǎn)大直徑石英坩堝，包括以下步驟首先，使金屬模具5繞中心軸旋轉，打開水循環(huán)裝置7對金屬模具5進行冷卻，切換器11切換到真空泵模式，切換器11通過金屬模具5底部和側面的多個通孔8對金屬模具內(nèi)腔4進行抽真空，同時向金屬模具內(nèi)腔4中加入石英砂，由于離心力的作用，石英砂沿內(nèi)腔內(nèi)壁開始形成石英砂堆積層9，當石英砂加入一定量后，石英砂堆積層9完全形成。然后，石英砂堆積層9形成后，將封蓋3蓋在金屬模具5的上端開口處，同時繼續(xù)打開真空泵10進行抽真空，當金屬模具5中的壓強達到預定值時停止抽真空，切換器11切換到氦氣供應源12。氦氣供應源12通過金屬模具5底部和側部的多個通孔8向金屬模具5中的石英砂堆積層9通入氦氣，氦氣占據(jù)原先模具內(nèi)氣體占據(jù)的空間。最后，當金屬模具5內(nèi)壓強到達I個大氣壓時，封蓋3移出，帶有遮熱板2的石墨電極I加熱裝置移入，石墨電極I通電產(chǎn)生電弧對金屬模具5內(nèi)石英砂進行熔融，同時氦氣繼續(xù)供給，當石英砂表面形成熔融薄膜層時開始逐步減少氦氣的供應，直至最終停止氦氣的供應，此時氦氣的排氣口為石英砂堆積層9的上端。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于包括金屬模具(5)、真空泵(10)和切換器(11)，所述的金屬模具(5)設有內(nèi)腔⑷和外腔(6)，所述的內(nèi)腔(4)和外腔(6)由通孔(8)連接，外腔￠)的底部連接有氣體導管(13)，在真空泵(10)和氣體導管(13)之間設有切換器(11)，所述的切換器(11)連接氦氣供應源(12)，所述的金屬模具(5)頂部設有封蓋(3)，封蓋(3)上方設有石墨電極(I)。
2.根據(jù)權利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的石墨電極上設有遮熱板(2)。
3.根據(jù)權利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的外腔(6)設有水循環(huán)裝置(7)。
4.根據(jù)權利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的通孔(8)為臺階孔，通孔(8)中設有石棉。
5.一種大直徑石英坩堝制造方法，其特征在于包括以下步驟 首先，向旋轉的金屬模具(5)加入石英砂，金屬模具(5)中形成石英砂堆積層(9)后，蓋上封蓋⑶； 然后，對金屬模具外腔(6)和內(nèi)腔(4)進行抽真空，當金屬模具(5)內(nèi)部達到預定的真空度時，對金屬模具(5)內(nèi)部輸送氦氣； 最后，當金屬模具(5)內(nèi)部壓力達到預定值，打開封蓋(3)，同時石墨電極⑴開始放電，對金屬模具內(nèi)腔(4)的石英砂進行熔融，氦氣繼續(xù)供給，當石英砂表面形成熔融薄膜層時開始逐步減少氦氣的供應，直至最終停止氦氣的供應。
6.根據(jù)權利要求4所述的大直徑石英坩堝制造方法，其特征在于所述的金屬模具(5)內(nèi)部壓力預定值為一個大氣壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法，該裝置包括金屬模具、真空泵和切換器，金屬模具設有內(nèi)腔和外腔，外腔的底部連接有氣體導管，在真空泵和氣體導管之間設有切換器；該方法主要是在旋轉的模具內(nèi)用石墨電極間的電弧放電來使石英砂融化，使坩堝成型。本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置構思獨特、結構巧妙，操作簡單、方便；本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝方法工藝流程簡單，可重復操作性強，適于流水線生產(chǎn)；采用本發(fā)明的裝置和方法制造的大直徑石英坩堝性能優(yōu)異，具有氣泡直徑小、氣泡個數(shù)少并且氣泡膨脹率低的特點。
文檔編號C03B20/00GK102775048SQ20111012227
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權日2011年5月12日
發(fā)明者李鵬飛, 金軍 申請人:江蘇華爾光電材料股份有限公司