多晶硅沉积炉制造技术

本实用新型专利技术涉及晶体生长设备，公开了一种多晶硅沉积炉，包括：由底盘和外壳形成的炉体、至少一根进气管、数根硅芯和硅芯加热装置；进气管从底盘穿进炉体并分布于硅芯之间；进气管分为内层和外层：内层一端封闭形成一个进气腔，用于通入含硅气体，另一端与外部连通形成进气管路；进气腔上分布有不与外层导通的喷嘴，喷嘴连接进气腔和炉体，外层具有一个环绕内层的导热通道，导热通道内注有导热介质。通过对进气管结构的改进和针对该改进对炉体内硅芯的位置作了适应性的排布，有效地减少了含硅原料气体的自分解，提高了沉积率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及晶体生长设备，特别涉及一种多晶硅沉积炉。
技术介绍
多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。通常采用沉积法生长多晶硅时，最令人困扰的问题之一在于原料气体的自分解。以最常见的硅烷混合气体为例，由于硅烷在400°C即会发生自分解，而通常采用的炉内工艺温度一般达600°C至800°C，因此硅烷很有可能在还未及到达硅芯表面即发生自分解。而硅烷一旦发生自分解，不单造成原料气体的浪费，而且生成的硅粉还将引发包括污染问题、质量问题、清洁问题、安全问题等诸多问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以有效防止原料气体自分解，并以较低的成本，$父少的能耗提尚广品良率的多晶娃沉积炉。为解决上述技术问题，本技术提供的一种多晶硅沉积炉，包括:由底盘和外壳形成的炉体、至少一根进气管、数根娃芯和娃芯加热装置；所述进气管从所述底盘穿进所述炉体并分布于所述硅芯之间；其中，进气管分为内外两层:内层一端封闭形成一个进气腔，用于通入含硅气体，另一端与外部连通形成进气管路；该进气腔上分布有不与该外层导通的喷嘴，该喷嘴连接进气腔和炉体。而外层则具有一个环绕进气腔的导热通道，通道内注有导热介质。与现有技术相比，本技术的实施方式通过将进气管分为内层和外层，外层具有一个环绕所述内层的且注有导热介质导热通道，使得本技术的实施方式具有如下几个有益效果:a、在开始晶体生长之前，在导热通道内通入导热介质可以对硅芯进行预加热，从而降低硅芯的电阻，当加热装置为电极时，可以有效降低击穿难度；b、由于降低了加热难度或击穿难度，并调节炉体内的温度场，在增加产品良率的同时也减少了生产成本；C、在晶体生长过程中，导热介质散发出的热量可以对周围温度场进行调控，提高不同硅芯温度的一致性；d、对原料气体进行预加热，使得气体进入炉体后不因骤冷骤热发生剧烈膨胀，加强安全性的同时减少了进气管的材料损耗，延长进气管寿命；e、控制原料气体(通常是硅烷和氢气的混合气体或其他含硅气体)的温度，防止原料气体在未及接触硅芯之前就产生自分解，从而提升沉积率，减少硅粉生成。而作为优选，进气管的导热通道可以且并不限于以下四种构造:1、进气管由第一管道绕于第二管道构成，该第一管道构成外层，该第一管道的内部通道构成导热通道，该第二管道构成所述内层。选用这种结构，外层管道与内层管道之间可以很容易地进行分离，方便管道泄露及维护时候的替换；2、该进气管包含内壁和外壁；外壁与内壁之间形成的通道为该导热通道，内壁形成内层。导热介质从两壁之间的导热通道流过。选用这一结构，由于内外层之间仅隔了一层内壁而非两层管道壁，相对第I种结构而言，热传导效率更好；3、在第2种结构的基础上，在进气管顶部预留了一个集液腔，构成导热通道的一部分，并有一根中心管从内层中通入，该中心管的上端口与集液腔连通，下端口作为导热通道的出口。导热介质从进气管的外层入口流入，通过该集液腔并从中心管流出。选用这一结构，由于中心管直接穿过内层中心，相应地增大了接触面积，提高了热传导效率，并且设置的集液腔还可以防止导热介质回流；4、在第3种结构的基础上，进一步地，将中心管设为螺旋状的，增大与进气腔内原料气体的接触面积，提高了热传导效率。进一步地，该外层的导热通道也以呈螺旋状环绕于内层为佳。另外，作为优选，喷嘴在进气管上均匀分布，其喷出方向以避开硅芯所在位置为佳，以在其所向的两根硅芯的中间位置为最佳。这是因为如果喷嘴对准硅芯喷射，可能会导致硅芯朝向喷嘴的方向流过过多的原料气体。从而使得硅沉积不均匀，导致产品产生疙瘩状缺陷。而对准中心位置可以使得不同硅芯之间的沉积均匀。导热介质优选为导热油。选用导热油作为导热介质具有如下优势:相对于常用的导热介质(水)而言，导热油有加热均匀、调温控制准确、能在低蒸汽压下产生高温、传热效果好、节能等特点，而且导热油还可以降低系统和操作的复杂性，省略了水处理系统和设备，提高了系统热效率，减少设备和管线的维护工作量。另外，作为优选，导热油的温度控制在100°C至400°C为佳。进一步地，温度范围在200°C至300°C最好。这是因为，作为最常用的原料气体，硅烷气体在400°C以上时很容易发生自分解。一旦硅烷未及到达硅棒表面即产生自分解，将直接生成硅粉和氢气，这样不但浪费原料，而且会严重污染炉内环境，破坏既有的沉积气氛、降低产品良率的同时还可能导致维护和清洁困难，影响清洁人员的身体健康等诸多问题。导热油的温度范围在100°C至400 °C范围内，特别是在200 0C至300 °C范围内的时候，受其温度控制，硅烷气体在从喷嘴喷出前可以处于相对稳定的状态，而喷出后，其温度才会逐渐升高，并在到达硅芯表面时开始分解。这样，娃烧气体的自分解率大大降低，在炉体内生成的娃粉也大大减少。选用200°C至3000C的温度时，硅的沉积率最高。另外，作为优选，在底盘上接有进气管支撑座，用于支撑或加固进气管，进气管的进气管路和导热通道出入口与外部管道之间都采用快速结构进行连接，方便拆卸。该支撑座可以是焊接在底盘上的，支撑座上加工有螺纹连接口，内管通过螺栓与底盘连接，中间通过圆形密封环进行密封。作为优选，硅芯呈正多边形的方式环绕进气管设置。为了得到最大的空间利用率，优选为正六边形排布。这样可以合理地利用硅芯之间的空隙，在相同的空间条件下，可以更多地设置硅芯数量，减少投资成本。此外，将硅芯环绕进气管设置可以有效地利用进气管的温度控制效果，稳定炉体的整体温度场，提高产品良率，降低能耗。此外，同其他的沉积炉类似，本技术所称的外壳可以是钟罩形双层外壳，底盘也可以是双层的，以便于与冷却系统工作；本技术也可以通过在外壳上安置摄像头以便于观察炉内情况；其他与现有技术相同或相近的设计或结构在此不再一一赘述。【附图说明】图1是本技术第一实施方式的炉体剖面示意图；图2是本技术第一实施方式的炉体内进气管和硅芯排布示意图；图3是本技术第一实施方式的进气管结构示意图；图4是本技术第二实施方式的进气管剖面结构示意图；图5是本技术第三实施方式的进气管截取一段的立体透视示意图；图6是本技术第三实施方式的进气管剖面结构示意图；图7是本技术第三实施方式的集液腔立体透视示意图；图8是本技术第四实施方式的进气管结构示意图；图9是本技术第五实施方式的炉体内进气管和硅芯排布示意图。图10是本技术第六实施方式的炉体内进气管和硅芯排布示意图。【具体实施方式】为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。本技术的第一实施方式涉及一种多晶硅沉积炉，具体地说，本实施方式的多晶硅沉积炉用于硅烷法生长多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅沉积炉，包括：由底盘和外壳形成的炉体、至少一根进气管、数根硅芯和硅芯加热装置；所述进气管从所述底盘穿进所述炉体并分布于所述硅芯之间；其特征在于：所述进气管分为内层和外层：所述内层一端封闭形成一个进气腔，用于通入含硅气体，另一端与外部连通形成进气管路；所述进气腔上分布有不与所述外层导通的喷嘴，所述喷嘴连接所述进气腔和所述炉体，所述外层具有一个环绕所述内层的导热通道，所述导热通道内注有导热介质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程佳彪，茅陆荣，郑飞龙，
申请(专利权)人：上海森松新能源设备有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31