專利名稱：低能耗單晶熱場的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種硅晶生長的熱場結(jié)構(gòu)，尤其是一種低能耗單晶熱場。
背景技術(shù)：
半導體硅單晶生長中，大約85%是采用直拉法制造。在這樣方式中，多晶硅被 裝進石英坩堝中，加熱融化，然后，將熔硅略作降溫，給予一定的過冷度，把一支特定 晶向的硅單晶體(籽晶)與熔體硅接觸，通過調(diào)整熔體的溫度和籽晶向上提升速度，使籽 晶體長大至目標直徑時，提高拉速，使單晶體近等直徑生長。在生長過程尾期，此時坩 堝內(nèi)的硅熔體尚未完全消失，通過增加晶體的提升速度和調(diào)整向堝的供熱量將晶體直徑 逐漸減少而形成一個錐形，收尖后即可與熔體脫離，進而完成整個長晶過程。在整個熔 化和長晶過程中，需要構(gòu)建一個1400°C左右的高溫環(huán)境，與環(huán)境溫度存在巨大的溫差， 因而存在巨大的熱量損失，需要對熱系統(tǒng)進行設(shè)計，盡可能的減少系統(tǒng)的熱損失，降低 能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。生產(chǎn)單晶硅的熱場結(jié)構(gòu)，多諸多相似之處，均是根據(jù)自己的使用 條件對熱場局部做調(diào)整。但能耗、拉晶速度、氣流分布等熱場參數(shù)仍然存在較大的優(yōu)化 空間。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高拉制單晶硅棒的拉晶速 度，降低能耗，縮短生產(chǎn)周期的低能耗單晶熱場。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種低能耗單晶熱場，包括 爐體，所述的爐體內(nèi)壁之上而下依次設(shè)置有頂保溫層、上保溫筒、主保溫筒、排氣口、 底保溫層和爐底保溫層，所述的爐體內(nèi)腔中心設(shè)置有支撐軸，支撐軸上具有坩堝托盤， 所述的坩堝托盤上依次托有支撐坩堝和石英坩堝，所述的石英坩堝內(nèi)盛放有將單晶硅體 融化的熔融硅，所述的上保溫筒內(nèi)具有上保溫層，所述的主保溫筒內(nèi)設(shè)置有主保溫層， 所述的主保溫筒與支撐坩堝之間設(shè)置有加熱器，所述的頂保溫層連接有熱屏隔熱層，所 述的熱屏隔熱層的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。進一步具體的說，本實用新型所述的上保溫層內(nèi)徑與支撐坩堝外徑之間的間隙 為15 25mm，所述的上保溫層下沿與加熱器上沿的距離為20 50mm，所述的底保溫 層上表面不超過爐體上的排氣口下沿，厚度為60 80mm，所述的熱屏隔熱層上端最小 處的厚度為IOmm 20mm。本實用新型的有益效果是，解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，增加導熱筒夾層的 厚度，增加高溫硅熔體向上的傳熱熱阻，進而增加靠近結(jié)晶界面處的晶體中的縱向溫度 梯度，從而提高拉晶速度；減少上保溫筒內(nèi)壁直徑，增加上保溫筒的保溫層厚度，使其 阻擋加熱器向上的散熱器，降低功耗；增強爐底保溫，減少熱區(qū)空間。不僅提高單晶硅 棒的拉晶速度20%，而且降低能耗20%以上。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、爐體；2、頂保溫層；3、上保溫層；4、熱屏隔熱層；5、上保溫 筒；6、加熱器；7、主保溫層；8、主保溫筒；9、坩堝托盤；10、排氣口； 11、底保 溫層；12、爐底保溫層；13、支撐軸；14、單晶硅棒；15、石英坩堝；16、支撐坩堝； 17、熔融硅。
具體實施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為 簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型 有關(guān)的構(gòu)成。如圖1所示的一種低能耗單晶熱場，包括爐體1，所述的爐體1內(nèi)壁之上而下依 次設(shè)置有頂保溫層2、上保溫筒5、主保溫筒8、排氣口 10、底保溫層11和爐底保溫層 12，所述的爐體1內(nèi)腔中心設(shè)置有支撐軸13，支撐軸13上具有坩堝托盤9，所述的坩堝 托盤9上依次托有支撐坩堝16和石英坩堝15，所述的石英坩堝15內(nèi)盛放有將單晶硅體融 化的熔融硅17，所述的上保溫筒5內(nèi)具有上保溫層3，所述的主保溫筒8內(nèi)設(shè)置有主保溫 層7，所述的主保溫筒8與支撐坩堝16之間設(shè)置有加熱器6，所述的頂保溫層2連接有熱 屏隔熱層4，所述的熱屏隔熱層4的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。本實用新型將底保溫層11的厚度增加到與排氣口 10下沿位置。上保溫筒5內(nèi) 徑與加熱器6內(nèi)徑相當，從而增加上保溫層厚度。增加熱屏下端的厚度，最大處增至 50mm左右，且熱屏下端為圓弧平滑過渡，減少氣流阻力。熱屏上端，其內(nèi)部的保溫層 厚度不低于10mm。按照本實用新型的設(shè)計思路，對以上熱場進行實驗表明拉制6in單 晶硅棒時，平均拉晶速度可達1.5mm/min以上。拉制8in單晶硅棒時，平均拉晶速度可 達1.2mm/min以上。能耗由傳統(tǒng)熱場的60 80kw，降低至45 55kw，降低20%以 上。同時，由于熱屏與上保溫筒直徑的空間變小，氣流速度加快，減少了氣流中所攜帶 的揮發(fā)份在該處的沉積，使得熱場的清潔更為方便。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實 用新型的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以 前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求1.一種低能耗單晶熱場，包括爐體(1)，其特征在于所述的爐體(1)內(nèi)壁之上而下 依次設(shè)置有頂保溫層(2)、上保溫筒(5)、主保溫筒(8)、排氣口(10)、底保溫層(11)和 爐底保溫層(12)，所述的爐體⑴內(nèi)腔中心設(shè)置有支撐軸(13)，支撐軸(13)上具有坩堝 托盤(9)，所述的坩堝托盤(9)上依次托有支撐坩堝(16)和石英坩堝(15)，所述的石英 坩堝(15)內(nèi)盛放有將單晶硅體融化的熔融硅(17)，所述的上保溫筒(5)內(nèi)具有上保溫層(3)，所述的主保溫筒(5)內(nèi)設(shè)置有主保溫層(7)，所述的主保溫筒(8)與支撐坩堝(16) 之間設(shè)置有加熱器(6)，所述的頂保溫層(2)連接有熱屏隔熱層(4)，所述的熱屏隔熱層(4)的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。
2.如權(quán)利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的上保溫層(3)內(nèi)徑與支 撐坩堝(16)外徑之間的間隙為15 25mm。
3.如權(quán)利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的上保溫層(3)下沿與加 熱器(6)上沿的距離為20 50mm。
4.如權(quán)利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的底保溫層(11)上表面 不超過爐體(1)上的排氣口(10)下沿，厚度為60 80mm。
5.如權(quán)利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的熱屏隔熱層(4)上端最 小處的厚度為IOmm 20mm。
專利摘要本實用新型涉及一種低能耗單晶熱場，包括爐體，所述的爐體內(nèi)壁之上而下依次設(shè)置有頂保溫層、上保溫筒、主保溫筒、排氣口、底保溫層和爐底保溫層，所述的爐體內(nèi)腔中心設(shè)置有支撐軸，支撐軸上具有坩堝托盤，所述的坩堝托盤上依次托有支撐坩堝和石英坩堝，所述的石英坩堝內(nèi)盛放有將單晶硅體融化的熔融硅，所述的上保溫筒內(nèi)具有上保溫層，所述的主保溫筒內(nèi)設(shè)置有主保溫層，所述的主保溫筒與支撐坩堝之間設(shè)置有加熱器，所述的頂保溫層連接有熱屏隔熱層，所述的熱屏隔熱層的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。采用本實用新型不僅提高單晶硅棒的拉晶速度20％，而且降低能耗20％以上。
文檔編號C30B15/14GK201793813SQ201020545080
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者張志強, 黃強, 黃振飛 申請人:常州天合光能有限公司