单晶炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单晶炉，其包括保温桶、坩埚和下保温层，所述保温桶环绕在所述坩埚外侧，所述下保温层设置于所述坩埚的下方；所述保温桶包括第一保温部和第二保温部，所述第一保温部和所述第二保温部具有同轴的圆柱内表面；所述第一保温部的内径小于所述第二保温部的内径，并且所述第一保温部叠置于所述第二保温部的上方；所述第一保温部和所述第二保温部的材质为第一保温材料，所述下保温层的材质为第二保温材料。本实用新型专利技术可提高单晶炉的保温性能，减少生长单晶硅时的炉台单耗。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉
本技术涉及一种单晶炉。
技术介绍
晶体生长是把半导体级硅的多晶硅块转换成一块大的单晶硅，生长后的单晶硅被称为硅锭。现在生产用于硅片制备的单晶硅棒最普遍的技术是Czochralski(CZ)法，这是按20世纪初它的技术者的名字来命名的。Czochralski(CZ)法生长单晶硅把熔化了的半导体级硅液体变成有正确晶向并且被掺杂成N型或P型的固体硅锭。85％以上的单晶硅是采用CZ法生长出来的。一块具有所需晶向的单晶硅作为籽晶来生长硅锭，生长的单晶硅棒就像籽晶的复制品。熔化的硅和单晶籽晶接触并精确控制接触面，从而精确复制籽晶结构。熔化的硅放在石英坩埚中，还有少量掺杂物质使其生成N型或P型硅。坩埚中的硅被拉晶炉加热，使用电阻加热或射频(RF)加热线圈。当硅被加热时，它变成液体，叫做熔体；籽晶硅接触到直拉装置并开始生长新的晶体结构。籽晶放在熔体表面并在旋转过程中缓慢地拉起。随着籽晶在直拉过程中离开熔体，熔体上的液体会因为表面张力而提高。籽晶上的界面散发热量并向下朝着熔体的方向凝固。随着籽晶旋转着从熔体里拉出，与籽晶有同样晶向的单晶就生长出来了。不同的硅锭生长结果依赖于籽晶相对于坩埚的旋转方向及速度。直拉法的目的是实现均匀掺杂浓度的同时精确复制籽晶结构，得到合适的硅锭直径并限制杂质引入到硅中。影响直拉法的两个主要参数是拉伸速率和晶体旋转速率。以上简述了单晶硅的CZ法制备过程。参考图1，单晶炉的基本结构主要包括保温桶1、坩埚2、导流筒3和下保温层4，在坩埚2和保温桶1之间设置有加热装置，用于将坩埚加热；下保温层4中央设有通孔41，供坩埚2的支承及旋转驱动部件穿过。向坩埚2内熔体表面吹送惰性气体保护气需要用到导流筒3，现使用的导流筒3多为单层结构，保温性不佳；还有部分导流筒3的材质为钼，其生长单晶硅的体内金属含量已成为产品质量改善的一大阻力。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能提高保温效果、减少单晶硅内金属含量的单晶炉。为实现以上目的，本技术通过以下技术方案实现：一种单晶炉，其特征在于，包括保温桶、坩埚和下保温层，所述保温桶环绕在所述坩埚外侧，所述下保温层设置于所述坩埚的下方；所述保温桶包括第一保温部和第二保温部，所述第一保温部和所述第二保温部具有同轴的圆柱内表面；所述第一保温部的内径小于所述第二保温部的内径，并且所述第一保温部叠置于所述第二保温部的上方；所述第一保温部和所述第二保温部的材质为第一保温材料，所述下保温层的材质为第二保温材料。根据本技术的技术方案，所述第一保温部和所述第二保温部均为圆筒形。根据本技术的技术方案，还包括导流筒，所述导流筒设置于所述坩埚的上方，用于将惰性气体导入所述坩埚内地设置。根据本技术的技术方案，所述导流筒材质为石墨。根据本技术的技术方案，所述导流筒为双层，所述双层夹有一保温夹层。根据本技术的技术方案，所述夹层内填充有第三保温材料。根据本技术的技术方案，所述第一保温材料、所述第二保温材料和所述第三保温材料相同。根据本技术的技术方案，所述第二保温部和所述下保温层一体成型。根据本技术的技术方案，所述第一保温部的壁厚小于所述第二保温部的壁厚。根据本技术的技术方案，所述第一保温部和所述第二保温部一体成型。本技术提供的单晶炉，设置有保温桶，保温桶分为两段，上段为第一保温部，下段为第二保温部；第一保温部的的内径小于第二保温部的内径，相比直筒形设计而言，增加了保温桶的保温性；设置第一保温部的壁厚小于第二保温部的壁厚，可以增加上下温度梯度，便于单晶硅结晶析出。本技术提供的单晶炉，第二保温部和下保温层一体成型，以及第一保温部和第二保温部一体成型，均可最大限度地提高单晶炉的保温性能，减少生长单晶硅时的炉台单耗。本技术提供的单晶炉，采用石墨材质代替钼材质制作导流筒，除了提高导流筒和单晶炉的保温性能外，还可降低单晶硅内的金属含量；将导流筒设置为双层，进一步提高了导流筒和单晶炉的保温性能；在双层导流筒内侧的夹层中置入保温材料，更进一步地提高了导流筒和单晶炉的保温性能，减少生长单晶硅时的炉台单耗。附图说明图1为一种现有的单晶炉的结构示意图；图2为本技术一种单晶炉的结构示意图；图3为本技术再一种单晶炉的结构示意图；图4为本技术又一种单晶炉的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细的描述：实施例一参考图2，一种单晶炉，包括保温桶1、坩埚2、导流筒3和下保温层4。保温桶1环绕在坩埚2外侧，其内用于容置熔化的硅原料即熔体。其中，保温桶1分为两部分，分别是第一保温部11和第二保温部12，第一保温部11位于第二保温部12的上方；第一保温部11和第二保温部12具有同轴的圆柱形内表面，并且第一保温部11的内径小于第二保温部12的内径，第一保温部11的厚度也小于第二保温部12的厚度。第一保温部11、第二保温部12和下保温层4由同种保温材料制成。导流筒3为高纯度石墨制成的双层结构，具有一个保温夹层31。保温夹层31可以是空心的，也可以填充保温材料，该保温材料可选择与第一保温部11、第二保温部12相同的保温材料。下保温层4置于坩埚2的下方，配合保温桶1对坩埚2进行保温。下保温层4为圆盘状，中央设有柱状的中央凸起42，在下保温层4其余部分所在平面内形成一个台阶。下保温层4中央设有一个通孔41，供坩埚2的支承及旋转驱动部件穿过(未示出)。下保温层4和第一保温部11、第二保温部12可采用相同的保温材料制成，也可采用不同的保温材料制成。实施例二本实施例提供的单晶炉和实施例一中的类似，区别在于，参考图3，保温桶1不具有分离的第一保温部11和第二保温部12，而是一体成型。实施例三本实施例提供的单晶炉和实施例一中的类似，区别在于，参考图4，第二保温部12和下保温层4一体成型。本技术中的实施例仅用于对本技术进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本技术保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶炉，其特征在于，包括保温桶、坩埚和下保温层，所述保温桶环绕在所述坩埚外侧，所述下保温层设置于所述坩埚的下方；所述保温桶包括第一保温部和第二保温部，所述第一保温部和所述第二保温部具有同轴的圆柱内表面；所述第一保温部的内径小于所述第二保温部的内径，并且所述第一保温部叠置于所述第二保温部的上方；所述第一保温部和所述第二保温部的材质为第一保温材料，所述下保温层的材质为第二保温材料。

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉，其特征在于，包括保温桶、坩埚和下保温层，所述保温桶环绕在所述坩埚外侧，所述下保温层设置于所述坩埚的下方；所述保温桶包括第一保温部和第二保温部，所述第一保温部和所述第二保温部具有同轴的圆柱内表面；所述第一保温部的内径小于所述第二保温部的内径，并且所述第一保温部叠置于所述第二保温部的上方；所述第一保温部和所述第二保温部的材质为第一保温材料，所述下保温层的材质为第二保温材料。2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述第一保温部和所述第二保温部均为圆筒形。3.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，还包括导流筒，所述导流筒设置于所述坩埚的上方，用于将惰性气体导入所述坩埚内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，
申请(专利权)人：上海合晶硅材料有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31