一种大尺寸单晶的退火设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大尺寸单晶的退火设备，包括炉体、保温层、分体坩埚、加热器组件、坩埚移动架和移动架升降机构；所述分体坩埚由上下两部分嵌合而成，分别设置在保温层侧壁中部及底部坩埚移动架上。所述加热器组件由上部加热器、中部加热器和底部加热器组成。本实用新型专利技术大尺寸单晶的退火设备增设底部加热器，使用大容积分体坩埚，设置碎晶料排放和收容结构；使得退火时，晶体的环境温梯分布更细密；有效改善大尺寸单晶退火完成后的应力分布，减少晶体缺陷。晶体缺陷。晶体缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸单晶的退火设备


[0001]本技术涉及半导体材料生产设备领域，尤其是一种大尺寸单晶的退火设备。

技术介绍

[0002]晶体生长的技术有很多种，熔体法生长大尺寸单晶的主流技术有提拉法、泡生法、坩埚下降法、温梯法等。无论使用哪种方法进行晶体生长，都需要合适的温度梯度。结晶过程会释放结晶潜热，提高固液界面处的温度，如果没有合适的温度梯度，则结晶过程无法持续下去。简而言之，合适的温度梯度是熔体结晶的驱动力。工业生长晶体不仅需要提高产品的质量，也要考虑长晶的周期。在生长大尺寸单晶时这个问题尤为重要。一般而言，轴向温梯越大，晶体散热越快，生长速率越高，则生长周期越小，时效越高。然而带来的问题就是晶体中的热应力会增大，严重时晶体会开裂。在生长大尺寸晶体时，由于热场的几何空间分布过大，这个问题更加客观和严重，所以工艺研发往往也更加困难。一般人工生长的大尺寸单晶在生长完成后都需要经历退火的过程，否则因为残余热应力以及其他问题会使成品晶体各项性能难以达到最佳，并且给后续精加工带来难题。
[0003]现有的大部分退火方式，都是将晶锭或粗加工后具有一定尺寸和形状的件直接置于坩埚中，也有少量使用碎晶料填充法进行大尺寸晶体退火的，但是坩埚结构简单，放取晶体不太方便。主要工艺流程是通过升温和较为缓慢的降温过程，降低晶体中的热应力。主要不足是使用单加热器或者两加热器给大尺寸晶体退火时温梯分布难以达到足够小，并且如果晶体与坩埚直接接触会带来二次残余应力。
[0004]综上所述，需设计出一种能有效解决上述问题的设备和方法，用以大尺寸单晶的退火，并且实际操作时安全简单。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够使大尺寸晶体退火时温梯分布更细密的大尺寸单晶的退火设备；具体技术方案为：
[0006]一种大尺寸单晶的退火设备，包括炉体、保温层、分体坩埚、加热器组件、坩埚移动架和移动架升降机构；所述分体坩埚由上下两部组合而成，所述加热器组件由上部加热器、中部加热器和底部加热器组成。
[0007]进一步，所述保温层顶部、底部及保温层侧壁上部、下部均设置有温度传感器。
[0008]进一步，所述坩埚移动架设置有容纳所述坩埚和碎晶料的收纳仓。
[0009]进一步，所述炉体的底壁和底部保温层均固定在所述坩埚移动架上。
[0010]进一步，所述炉体的底部设置有进气管及阀门；所述炉体的顶部设置有抽气管及阀门。
[0011]进一步，所述炉体的底壁与侧壁之间设置有密封结构。
[0012]进一步，所述炉体的底壁设置有限位螺杆，所述限位螺杆上设置有控制所述底壁与所述坩埚移动架的底板之间相对运动的限位螺母。
[0013]进一步，所述炉体的底壁与所述坩埚移动架的底板之间设置有包覆坩埚支撑轴的真空波纹管。
[0014]本技术大尺寸单晶的退火设备增设底部加热器，并使用组合型大容量坩埚，设置碎晶料排放和收容结构；使得退火时，晶体的温梯分布更细密；能够有效减少晶体缺陷及内应力；提高产品成品率。
附图说明
[0015]图1为本技术大尺寸单晶的退火设备结构示意图。
[0016]图中：101、炉盖；102、炉体侧壁；103、炉体底壁；1031、炉底密封圈；104、第一进气管；105、第二进气管；106、抽气管； 107、限位器；201、顶部保温层；202、侧壁保温层；2021、坩埚上部支撑架；203、底部保温层；301、上部加热器；302、中部加热器；303、底部加热器； 401、坩埚下部；402、坩埚上部；501、坩埚移动架；502、收料仓；503、支撑螺杆；504、限位螺母；505、波纹管；601、顶部温度传感器；602、侧壁上部温度传感器；603、侧壁下部温度传感器；604、底壁温度传感器；701、晶体；702、碎晶料。
具体实施方式
[0017]下面利用实施例对本技术进行更全面的说明。本技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
[0018]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0019]如图1所示，本实施例中的大尺寸单晶的退火设备，包括炉体、保温层、加热器组件、坩埚移动架和移动架升降机构。坩埚上部402没有底，和坩埚下部401通过嵌合的方式组合成一个完整坩埚，坩埚上部402和坩埚下部401采用同种材料，例如高纯石墨。坩埚上部402与坩埚上部支撑架2021固定连接；坩埚上部支撑架2021固定在侧壁保温层202上。
[0020]为了使大尺寸晶体退火时温梯分布更细密；在炉体底部增加了底部加热器303，和炉体侧壁设置的上部加热器301、中部加热器302构成调整更灵活的加热器组件；通过各加热器配合，才炉体内形成更细密的温度梯度。
[0021]为了温度梯度控制精度更高，所述顶部保温层201设置顶部温度传感器601；在底部保温层203设置底壁温度传感器604；在侧壁保温层202的上部设置侧壁上部温度传感器602；在侧壁保温层202的下部设置侧壁下部温度传感器603。一般采用热电偶作为温度传感器。
[0022]为了便于收集包围晶体701的碎晶料702，所述坩埚移动架501套设有容纳所述坩埚下部401和坩埚上部402中脱落的碎晶料702的收料仓502。当坩埚下部401随坩埚移动架501缓慢匀速下降，与坩埚上部402脱离时，碎晶料702从坩埚401和坩埚增高圈402底部的缝隙中脱落，进入收料仓502内。
[0023]收料仓502底部为圆锥状，强度更高。
[0024]坩埚移动架501由底板、支撑轴组成；坩埚下部401固定在支撑轴的顶端。所述炉体的炉体底壁103通过下部均匀分布的四根支撑螺杆和限位螺母504架设在坩埚移动架501上，底部保温层203及底部加热器303均固定在所述坩炉体底壁103上。
[0025]所述炉体还设置有用于通入保护气体的第一进气管104和反应气体的第二进气管105；两个进气管汇合为一支进气管；进气管最好设置在炉体的底部。
[0026]坩埚下部401的底部设置有若干通气孔，进气管的末端最好设置横向气嘴；将进入炉腔内的气体输出方向导向水平方向，使保护气体和反应气体在炉腔内尽可能分布均匀；气体通过坩埚下部401的底部的通孔进入坩埚，通过碎晶料间的空隙到达晶体周边，从而充分发挥作用。
[0027]所述炉体还应该设置抽真空和排气的抽气管106；抽气管106最好设置在炉体的顶部。所述气管均设置有阀门，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸单晶的退火设备，包括炉体、保温层、分体坩埚、加热器组件、坩埚移动架和移动架升降机构；其特征在于，所述分体坩埚分为上下两部分，坩埚上部和下部分别设置在所述保温层侧壁中部及所述坩埚移动架上，所述加热器组件由上部加热器、中部加热器和底部加热器组成，所述保温层顶部、底部及保温层侧壁上部、下部均设置有温度传感器，所述坩埚移动架设置有容纳所述坩埚和坩埚增高圈中脱落的碎晶料的收纳仓。2.如权利要求1所述的大尺寸单晶的退火设备，其特征在于，所述炉体的底壁和底部保温层均固定在所述坩埚移动架上。3.如权利要求2所述的大尺寸单晶的退火设备，其特征在于，所述炉体的底部设置有进气管；所述炉体的顶部设置有抽气管。4.如权利要求2所述的大...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景峰，
申请(专利权)人：北京奇峰蓝达光学科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：