直拉单晶生长装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直拉单晶生长装置，其包括籽晶杆、坩埚和连接于坩埚底部的坩埚杆，所述的坩埚的上面设有用于密封坩埚的热壁密封盖，所述的热壁密封盖和坩埚连接部件设有动态密封装置，所述籽晶杆穿过热壁密封盖伸入坩埚室内并与热壁密封盖连为一体。本发明专利技术解决了现有的直拉单晶生长装置结构复杂、密封环节多的问题，只需在热壁密封盖和坩埚连接部位一处设有动态密封装置即可以实现密封，克服了现有直拉单晶生长装置因密封环节多、结构复杂而带来的成本增加、重复性差、不适于产业化生产、并且难以保证良好的密封效果等缺陷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种直拉单晶生长装置，属于半导体晶体生长设备

技术介绍
硅单晶体作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其它电子元件。大部分的半导体硅单晶体采用直拉法制造，一般采用如下制造方法多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称做籽晶)装入硅籽晶夹持器中，硅籽晶夹持器的上端通过连接件与籽晶轴连接，籽晶固定于夹持器的下端，并且使籽晶与硅熔体接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上的提升速度，使籽晶体长大，当硅晶体的直径接近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，石英坩埚内的硅熔体尚未完全消失，通过增加晶体的提升速度和调整石英埚内的供给热量，使晶体渐渐减小，从而形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。拉制III-V族化合物半导体单晶也基本如此。上述操作过程一般采用单晶炉，单晶炉包括坩埚、炉体、驱动装置、籽晶杆加热装置等，拉制III-V族化合物半导体单晶与拉制硅单晶不同，为了确保化合物单晶体中的化学配比，防止化合物分解损失，通常是在单晶炉的坩埚外安装一个热密封容器，使从坩埚中蒸发出来的混合蒸汽与坩埚内液体达成动平衡，确保化合物单晶体中的化学配比。目前一般使用的热密封容器是整体式结构，其安装不方便，不能够在热状态下开启，而且不能够重复使用，同时增加生产成本。为了解决上述问题，中国技术专利2470372Y于2002年01月09日公开了一种蒸汽压控制直拉单晶生长装置，参见图1，图1中展示了蒸汽压控制直拉单晶生长装置的结构，该装置是在单晶炉体1内装有热密封容器2，热密封容器2由上、下两容器体3、4组成，上、下容器3、4之间装有密封连接装置5，热密封容器2包围坩埚6，坩埚传动杆7和籽晶杆8分别通过密封装置9、10进入热密封容器2。其中密封连接装置5由环形凹槽构成，环形凹槽与下容器体4上端口连为一体，上容器体3的下端插在环形凹槽中。由于该装置的籽晶杆须穿过热密封容器2的上端伸入到坩埚的上方，因此，在上容器体3与籽晶杆8之间必须设置有结构复杂的密封装置9，同样，下端的坩埚转动杆7也须穿过下容器体4与坩埚连接为一体，在下容器体4与坩埚转动杆7之间必须设置有结构复杂密封装置10。因此，该蒸汽压控制直拉单晶生长装置首要问题在于热密封容器2需要设置三处密封装置，其密封环节多、结构复杂，由此降低密封效果的可靠性，例如图2所示的籽晶杆处的密封装置9，其主要由密封室13和密封环14组成，密封室13内带有环形凹槽15，底部带有中心孔16，密封环14外圆周表面与密封室13内表面紧密配合，密封环14的凹槽17与密封室13的环形凹槽15相对形成储液室18。其结构复杂，当密封区阻力大时，环形槽处易扭断，从而使密封失败。设在下容器体4与坩埚转动杆7之间的密封装置10的结构与密封装置9大致相同，其同样结构复杂，难以保证密封可靠性。密封连接装置5是通过在凹槽内放置氧化硼，对氧化硼加热使其熔化，上容器体3的下端插在环形凹槽的液态氧化硼中，实现液态密封。因此其存在的另一个问题是由于氧化硼遇冷收缩变形，从而使石墨材质的环形凹槽产生变形甚至产生裂纹，一般仅使用一次后该密封连接装置就失效，无法实现重复使用热密封容器的目的，无疑使生产成本增加。同时由于旋转力较大、扭力大、不稳定，环形密封处容易破碎。该装置的再一个问题是该装置的籽晶杆与籽晶之间的连接结构不合理，其通过定位销穿过籽晶杆壁顶紧籽晶，以固定籽晶，此种夹持器适合制造小直径的晶体，一般只能制造直径小于160毫米，重量不超过60Kg的晶体。当籽晶用于制造大于此范围的晶体时，就容易在籽晶的缺口部位断裂，降低使用次数，增加成本，因此这种结构在拉制晶体时受到局限，不能适用于较大的单晶生产，同时，籽晶用定位销固定，出炉后不易取下籽晶。
技术实现思路
本专利技术首要解决的技术问题是现有的直拉单晶生长装置结构复杂、密封环节多的问题，即须在热密封容器上设上中下三处密封装置，从而使直拉单晶生长装置结构复杂、成本增加，重复性差，不适于产业化生产，并且难以保证良好的密封效果。本专利技术所要解决的另一个技术问题是石墨密封连接装置的环形凹槽因氧化硼冷却收缩变形，容易产生裂纹，同时由于旋转力较大、扭力大、不稳定，密封处容易破碎。本专利技术所要解决的又一个问题是克服现有技术中籽晶固定不牢固的问题，以及籽晶用定位销固定，出炉后不易取下籽晶的问题。为了解决上述问题，本专利技术所要采取的技术方案为一种直拉单晶生长装置，包括籽晶杆、坩埚和连接于坩埚底部的坩埚杆，所述的坩埚的上面设有用于密封坩埚的热壁密封盖，所述的热壁密封盖和坩埚连接部位设有动态密封装置，所述籽晶杆穿过热壁密封盖伸入坩埚室内并与热壁密封盖连为一体。其中，所述动态密封装置包括位于坩埚上端口且与坩埚连为一体的环形凹槽，在环形凹槽内设有一截面呈U字形与环形凹槽内壁两侧过盈配合的环状防裂装置，所述热壁密封盖的下端口插入环状防裂装置的截面呈U字形的环形凹槽内。所述籽晶杆的结构为所述籽晶杆为具有一纵向贯通空腔的空心杆状，所述籽晶杆的用于夹持籽晶的下端空腔呈收缩状，最好为倒圆台状或倒棱台状。所述籽晶杆的下端空腔的倒圆台或倒棱台的锥度为30°-150°。所述籽晶杆的结构还可以为所述籽晶杆为具有一纵向贯通空腔的空心杆状，所述籽晶杆用于夹持籽晶的下端空腔为径向尺寸小于上部空腔的圆柱状或棱柱状。为了方便，在所述的热壁密封盖的上部可进一步设有观察窗口。进一步，所述的坩埚内套装有一内坩埚。由于采用上述结构，不需另设热密封容器，而是在坩埚的上面直接设有一热壁密封盖，密封盖与坩埚之间通过动态密封装置连接并密封，采用这样的结构，省略了籽晶杆与热密封容器之间需要设有结构复杂的密封装置，同样下部的坩埚转动杆与热密封容器之间也省略了密封装置，只需要1处密封，即坩埚和热壁密封盖之间的密封，使得整个装置的结构更为简单，降低了成本，减少了密封环结，确保了密封的可靠性装置内气体组份控制晶体表面分解，提高晶体的质量；装配系统重复性好，操作更方便，适于产业化生产。同时，在动态密封装置内增加防裂装置，克服了现有的石墨动态密封装置容易产生裂纹，进而导致整个热密封容器的失效，使热密封容器和坩埚能够重复使用。而且，采用下端呈收缩孔状的空心杆状的籽晶杆吊装籽晶体，使籽晶连接牢固，且出炉后易于取下籽晶。附图说明图1为2470372Y技术专利公开的蒸汽压控制直拉单晶生长装置的结构示意图；图2为2470372Y技术专利公开的蒸汽压控制直拉单晶生长装置的密封装置9的结构示意图；图3为本专利技术的直拉单晶生长装置的结构示意图；图4为本专利技术的直拉单晶生长装置的动态密封装置的结构示意图；图5a、5b、5c为本专利技术的直拉单晶生长装置的籽晶杆和籽晶连接示意图；图6a、6b、6c为与本专利技术实施例中的籽晶杆相匹配的籽晶的结构示意图。其中炉体101 炉腔102 热壁密封盖103动态密封装置104 坩埚105 密封熔体106GaAs熔体107 坩埚杆108 单晶体109籽晶110 籽晶杆111 观察窗口112坩埚室113 环状防裂装置114 内坩埚116环形凹槽1051空腔1111下端空腔1112凹槽1141具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直拉单晶生长装置，包括籽晶杆（１１１）、坩埚（１０５）和连接于坩埚底部的坩埚杆（１０８），其特征在于：所述的坩埚（１０５）的上面设有用于密封坩埚的热壁密封盖（１０３），所述的热壁密封盖（１０３）和坩埚（１０５）连接部位设有动态密封装置（１０４），所述籽晶杆（１１１）穿过热壁密封盖（１０３）伸入坩埚室内并与热壁密封盖（１０３）连为一体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永鸿，
申请(专利权)人：王永鸿，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]