專利名稱：一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體生長設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種三瓣石墨坩堝單晶 爐。
背景技術(shù)：
[0002]現(xiàn)有CZ直拉單晶硅工藝，坩堝內(nèi)硅熔體的軸向、徑向溫度梯度以及熔體本身的 溫度波動(dòng)對(duì)單晶的質(zhì)量有決定性的作用。單晶爐熱場主要有石墨加熱器、旋轉(zhuǎn)的石墨坩 堝以及外保溫裝置構(gòu)成。石墨電阻加熱器主要靠輻射加熱坩堝，然后再熔化石英坩堝內(nèi) 的硅料。但石墨坩堝之間的拼縫是徑向的，這樣的拼縫，當(dāng)使用一段時(shí)間后，拼縫不嚴(yán) 密，拼縫間隙處熱輻射容易射入，直接給石英坩堝加熱，此處的溫度會(huì)比較高，石英坩 堝內(nèi)受熱不均勻，造成單晶旋轉(zhuǎn)性缺陷，影響晶體品質(zhì)。[0003]中國專利公告號(hào)CN201317827Y，公告日2009年9月30日，公告了一種直拉單 晶爐用石墨坩堝，包括石墨坩堝本體，所述石墨坩堝本體包括三瓣塊體，石墨坩堝內(nèi)壁 的三瓣塊體的接口處的彎曲部為“R”部，其特征在于所述石墨紙覆蓋于三瓣接口處 “R”部的位置。所述石墨紙的面積大于接口處“R”部；所述石墨紙的面積與石墨坩堝的大小相匹配。本實(shí)用新型延長三瓣堝的使用壽命20%以上；增加單晶硅產(chǎn)量2%以 上，因避免了在生產(chǎn)過程中三瓣堝開裂而使單晶生長終止現(xiàn)象的發(fā)生；具有操作簡單、 改裝方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。[0004]中國專利公告號(hào)CN201305646Y，公告日2009年9月9日，公告了一種熔融 單晶硅爐裝置，尤其是涉及圓筒式石墨加熱器，多層保溫裝置，按圓柱體形多晶硅結(jié)晶 特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品結(jié)晶過程，并且節(jié)能的一種單晶爐熱場裝置，包括外殼、坩堝、電 極、驅(qū)動(dòng)裝置，外殼為圓管形，外殼內(nèi)設(shè)有碳纖維保溫棉，緊貼碳纖維保溫棉設(shè)一保溫 筒，保溫筒內(nèi)設(shè)一石墨加熱器，石墨加熱器內(nèi)設(shè)一三瓣坩堝，三瓣坩堝中放置一石英坩 堝，單晶硅置于石英坩堝內(nèi)，石墨加熱器通電后加熱，高溫下單晶硅在石英坩堝內(nèi)結(jié)晶 并上拉，坩堝體在電機(jī)作用下配合其下移，達(dá)到多層保溫、均勻結(jié)晶的目的。[0005]中國專利公告號(hào)CN201411508Y，公告日2010年2月M日，公告了一種直拉 單晶爐，由晶體提升電機(jī)、坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、爐殼、石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、保溫 層、導(dǎo)流管、摻雜托盤、坩堝托盤組成，所述的坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的上部設(shè)置坩堝托盤，坩 堝托盤上面設(shè)置石墨坩堝，石墨坩堝的里面設(shè)置石英坩堝，石英坩堝的里面放置熔化 物，石墨坩堝的外面設(shè)置加熱器，加熱器的外面設(shè)置保溫層，保溫層的外面設(shè)置爐殼， 爐殼的下端設(shè)置坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，爐殼的上端設(shè)置晶體提升電機(jī)，坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、晶體提 升電機(jī)均設(shè)置在爐殼的外部，晶體從熔化物中生長出后，由晶體提升電機(jī)緩慢向上提 升。[0006]但以上這些裝置的石墨坩堝之間的拼縫是徑向的，這樣的拼縫，當(dāng)使用一段時(shí) 間后，拼縫不嚴(yán)密，拼縫間隙處熱輻射容易射入，直接給石英坩堝加熱，此處的溫度會(huì) 比較高，石英坩堝內(nèi)受熱不均勻，造成單晶旋轉(zhuǎn)性缺陷，影響晶體品質(zhì)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種使石英坩堝受熱更均勻的新型三瓣石墨坩堝單 晶爐，解決了現(xiàn)有石墨坩堝之間的拼縫是徑向的，這樣的拼縫不嚴(yán)密時(shí)，拼縫間隙處熱 輻射容易射入，直接給石英坩堝加熱，使石英坩堝內(nèi)受熱不均勻，造成單晶旋轉(zhuǎn)性缺 陷，影響晶體品質(zhì)的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，包括爐殼、保溫層、石英坩堝、石墨坩堝、加 熱器和保溫桶，石墨坩堝的里面設(shè)置石英坩堝，石墨坩堝的外面設(shè)置加熱器，加熱器的 外面設(shè)置保溫層，所述石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成40度-50度斜角。現(xiàn)有石墨坩 堝之間的拼縫是徑向的，這樣的拼縫，當(dāng)使用一段時(shí)間后，拼縫不嚴(yán)密，拼縫間隙處熱 輻射容易射入，直接給石英坩堝加熱，石英坩堝內(nèi)受熱不均勻，造成單晶旋轉(zhuǎn)性缺陷， 影響晶體品質(zhì)，該發(fā)明石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成40度-50度斜角，熱輻射無 法從拼縫間隙直射入，石英坩堝內(nèi)受熱更均勻，使產(chǎn)生晶體旋轉(zhuǎn)性缺陷少，晶體品質(zhì)更 優(yōu)，且石墨易碎，石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向斜角不宜過大，斜角過小則不能阻止 熱輻射從拼縫間隙直射入，使石英坩堝內(nèi)受熱不均勻，所以選取40度-50度斜角。作為優(yōu)選，所述石墨坩堝堝底相鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧一端相交于坩 堝中心，另一端與坩堝側(cè)壁相連，堝底三瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫 由石墨坩堝堝底三瓣間拼縫順延而成。石墨坩堝堝底相鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧 一端相交于坩堝中心，另一端與坩堝側(cè)壁相連，堝底三瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝三 瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝堝底三瓣間拼縫順延而成，使石墨坩堝三瓣側(cè)壁間接口與堝底 三瓣間接口更為圓滑，不易磨損，使用壽命長。作為優(yōu)選，所述石墨坩堝三瓣的形狀大小相同。石墨坩堝三瓣的形狀大小相 同，方便三瓣組合，保證拼縫齊整緊密，三瓣可統(tǒng)一鑄造成型，使石墨坩堝三瓣側(cè)壁一 致，使石墨坩堝內(nèi)部受熱均勻。作為優(yōu)選，所述加熱器上方設(shè)有上反射板，加熱器下方設(shè)有下反射板，上反射 板和下反射板為圓環(huán)形。加熱器上方設(shè)有上反射板，加熱器下方設(shè)有下反射板，反射 加熱器上、下沿處熱輻射，減少通過加熱器上、下沿處損失的熱量，加熱器為圓環(huán)形， 上、下反射板為圓環(huán)形，最大范圍的反射加熱器上、下沿處熱輻射，減少通過加熱器 上、下沿處損失的熱量，使桶內(nèi)溫度上下側(cè)熱量損失少，使坩堝上下側(cè)受熱均勻。作為優(yōu)選，所述上反射板圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定于保溫桶內(nèi)側(cè)，下反射板圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定 于加熱器基座內(nèi)側(cè)。上反射板圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定于保溫桶內(nèi)側(cè)，下反射板圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定于加 熱器基座內(nèi)側(cè)，便于上、下反射板有效安裝固定，安裝于指定位置。作為優(yōu)選，所述上反射板與加熱器上沿垂直間隙為15mm-20mm，下反射板與加 熱器下沿垂直間隙為15mm-20mm。加熱器上、下沿垂直間隙為15mm-20mm處，熱輻 射較為集中，當(dāng)上反射板與加熱器上沿垂直間隙為15mm-20mm，下反射板與加熱器下沿 垂直間隙為15mm-20mm時(shí)，上、下反射板對(duì)熱輻射反射效果好，熱量損失小，且留有 間隙，不會(huì)與加熱器相碰。作為優(yōu)選，所述上反射板和下反射板的材質(zhì)為碳/碳纖維。上反射板和下反射板的材質(zhì)為碳/碳纖維，碳/碳纖維的反射板，表面非常光滑，對(duì)熱輻射的反射效果極 好，最大程度的反射熱輻射，減少熱量損失。[0016]本實(shí)用新型的有益效果是(1)、石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成45度斜 角，熱輻射無法從拼縫間隙直射入，石英坩堝內(nèi)受熱更均勻，促使產(chǎn)生晶體旋轉(zhuǎn)性缺陷 少，晶體品質(zhì)更優(yōu)；(2)、增加上、下反射板，反射加熱器上、下沿處熱輻射，減少 通過加熱器上、下沿處損失的熱量，使桶內(nèi)溫度上下側(cè)熱量損失少，使坩堝上下側(cè)受熱 均勻；(3)、石墨坩堝堝底三瓣間拼縫由三段圓弧相交于中心成風(fēng)車狀，石墨坩堝三 瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝堝底三瓣間拼縫順延而成，使石墨坩堝三瓣側(cè)壁間接口與堝底 三瓣間接口更為圓滑，不易磨損，使用壽命長。


[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖2是本實(shí)用新型中的石墨坩堝的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖3是圖2中I處的放大圖；[0020]圖4是本實(shí)用新型中的石墨坩堝的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖5是圖4中II處的放大圖；[0022]圖6是本實(shí)用新型中的石墨坩堝的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖7是圖6中III處的放大圖；[0024]圖中1、爐殼，2、石墨坩堝，3、石英坩堝，4、坩堝托盤，5、加熱器，6、 坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸，7、上保溫桶，8、中保溫桶，9、下保溫桶，10、上反射板，11、下反射 板，12、籽晶夾頭，13、籽晶，14、保溫層，15、導(dǎo)流管。
具體實(shí)施方式
[0025]下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體 描述[0026]一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐(參見附圖1)，包括爐殼1、石墨坩堝2、石英 坩堝3、加熱器5、保溫層14、坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸6、導(dǎo)流管15、坩堝托盤4、保溫桶、上反射 板10和下反射板11，保溫桶包括上保溫桶7、中保溫桶8、下保溫桶9，坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸6的 上部設(shè)置坩堝托盤4，坩堝托盤4上面設(shè)置石墨坩堝2，石墨坩堝2的里面設(shè)置石英坩堝 3，石墨坩堝2的外面設(shè)置加熱器5，加熱器5的外面設(shè)置保溫桶，保溫桶外設(shè)有保溫層 14，，保溫層14的外面設(shè)置爐殼1，爐殼1的下端設(shè)置坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸6，爐殼1的上端設(shè)置 籽晶夾頭12，籽晶夾頭12上夾有籽晶13，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成45度斜 角，石墨坩堝2堝底相鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧一端相交于坩堝中心，另一端與 坩堝側(cè)壁相連，堝底三瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝2堝 底三瓣間拼縫順延而成，石墨坩堝2三瓣的形狀大小相同，本實(shí)用新型單晶爐的上、中 保溫桶間內(nèi)側(cè)設(shè)有上反射板10，中、下保溫桶間內(nèi)側(cè)設(shè)有下反射板11，上、下反射板為 圓環(huán)形，上反射板10圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定于保溫桶內(nèi)側(cè)，下反射板11圓環(huán)內(nèi)側(cè)固定于加熱器5 基座內(nèi)側(cè)，上、下反射板的材質(zhì)為碳/碳纖維，上反射板10與加熱器5上沿垂直間隙為 18mm，下反射板11與加熱器5下沿垂直間隙也為18mm。[0027]如附圖2和附圖3所示，本實(shí)用新型單晶爐使用時(shí)，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫 與徑向成45度斜角，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成45度斜角，石墨坩堝2堝底相 鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧一端相交于坩堝中心，另一端與坩堝側(cè)壁相連，堝底三 瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝2堝底三瓣間拼縫順延而成， 加熱器5通過熱輻射對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，熱輻射無法從拼縫間隙直射入，石英坩堝3內(nèi)受熱 更均勻，促使產(chǎn)生晶體旋轉(zhuǎn)性缺陷少，晶體品質(zhì)更優(yōu)。如附圖1所示，本實(shí)用新型單晶爐使用時(shí)，坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)軸6帶動(dòng)坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)，加熱器 5通過熱輻射對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，上、下反射板反射加熱器5上、下沿處熱輻射，減少通過 加熱器5上、下沿處損失的熱量，使熱量集中于坩堝處，實(shí)現(xiàn)高熱效的功能。如附圖4和附圖5所示，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫還可以為S型，石墨坩堝 2堝底相鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧一端相交于坩堝中心，另一端與坩堝側(cè)壁相連， 堝底三瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝2堝底三瓣間拼縫順延 而成，加熱器5通過熱輻射對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，熱輻射無法從拼縫間隙直射入，石英坩堝3 內(nèi)受熱更均勻，促使產(chǎn)生晶體旋轉(zhuǎn)性缺陷少，晶體品質(zhì)更優(yōu)。如附圖6和附圖7所示，石墨坩堝2三瓣側(cè)壁間拼縫還可以中間沿環(huán)面錯(cuò)位形成 一臺(tái)階，加熱器5通過熱輻射對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，熱輻射無法從拼縫間隙直射入，石英坩 堝3內(nèi)受熱更均勻，促使產(chǎn)生晶體旋轉(zhuǎn)性缺陷少，晶體品質(zhì)更優(yōu)。以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一種較佳的方案，并非對(duì)本實(shí)用新型作任 何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改 型。
權(quán)利要求1.一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，包括爐殼(1)、保溫層(14)、石英坩堝 (3)、石墨坩堝(2)、加熱器(5)和保溫桶，石墨坩堝(2)的里面設(shè)置石英坩堝(3)，石墨坩堝(2)的外面設(shè)置加熱器(5)，加熱器(5)的外面設(shè)置保溫層 (14)，其特征是，所述石墨坩堝(2)三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成40度-50度斜角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述石墨坩堝 (2)堝底相鄰兩瓣間拼縫為一段圓弧，圓弧一端相交于坩堝中心，另一端與坩堝側(cè)壁相連，堝底三瓣間拼縫成風(fēng)車狀，石墨坩堝(2)三瓣側(cè)壁間拼縫由石墨坩堝(2)堝底三 瓣間拼縫順延而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述加熱器(5) 上方設(shè)有上反射板(10)，加熱器(5)下方設(shè)有下反射板(11)，上反射板(10)和 下反射板(11)為圓環(huán)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述石墨坩堝 (2)三瓣的形狀大小相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所 述上反射板(10)圓環(huán)外側(cè)固定于保溫桶內(nèi)側(cè)，下反射板(11)圓環(huán)外側(cè)固定于加熱器(5)基座內(nèi)側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述上反射板 (10)圓環(huán)外側(cè)固定于保溫桶內(nèi)側(cè)，下反射板(11)圓環(huán)外側(cè)固定于加熱器(5)基座內(nèi)側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述 上反射板(10)和下反射板(11)的材質(zhì)為碳/碳纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述上反射板 (10)和下反射板(11)的材質(zhì)為碳/碳纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，其特征是，所述上反射板 (10)與加熱器(5)上沿垂直間隙為15mm-20mm，下反射板(11)與加熱器(5)下沿垂直間隙為15mm-20mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型三瓣石墨坩堝單晶爐，包括爐殼、保溫層、石英坩堝、石墨坩堝、加熱器和保溫桶，石墨坩堝的里面設(shè)置石英坩堝，石墨坩堝的外面設(shè)置加熱器，加熱器的外面設(shè)置保溫層，所述石墨坩堝三瓣側(cè)壁間拼縫與徑向成40度-45度斜角。解決了現(xiàn)有石墨坩堝之間的拼縫是徑向的，這樣的拼縫不嚴(yán)密時(shí)，拼縫間隙處熱輻射容易射入，直接給石英坩堝加熱，坩堝內(nèi)受熱不均勻，造成單晶旋轉(zhuǎn)性缺陷，影響晶體品質(zhì)的問題。
文檔編號(hào)C30B15/10GK201801634SQ20102055803
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者鐘小平 申請(qǐng)人:浙江舒奇蒙能源科技有限公司