一种用于拉晶炉的热屏蔽装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种热屏蔽装置，由带有中心开口的固定环和绕置在所述中心开口边缘的柔性保温材料构成。本发明专利技术热屏蔽装置可以提高在拉晶炉内生长硅晶体时的可靠性和安全性，并降低原先技术中热屏蔽装置的制作成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备硅晶体的装置，尤其涉及一种在拉晶炉内使用的 热屏蔽装置。
技术介绍
硅晶体是半导体行业和太阳能行业最常使用的材料。生产这种材料最常用的方法是丘克劳斯基法(Czochralski法，简称CZ法)。行业内又称 为拉晶法或提拉法。丘克劳斯基法制备硅晶体的设备称为拉晶炉。如图1 所示，该设备由副室(1)、炉体(2)、隔离岡(7)和籽晶提拉机构(3) 等组成。其中在炉体(2)内装有石墨热场。石墨热场通常由坩埚(4)、 加热器(5)等组成。在晶体生长时，由籽晶提拉机构(3)控制升降和旋 转籽晶与坩埚(4)内熔化后的硅料相接触，通过籽晶诱导生长出圓柱形 的晶棒(8)。为了提高产品(硅晶体)的质量、提高拉晶速度和降低拉晶时所需的 加热器输入功率，在已往的设计往往提供一种热屏蔽装置(简称热屏) (6)。该装置放置在熔化的硅原料的上方，并且当硅晶体(8)形成并向 上提拉时围绕硅晶体，以便保护硅晶体免受从坩埚和围绕坩埚的加热器辐 射出来的热量影响。热屏蔽装置通常用石墨或钼等钢性耐高温材料制成。在有特殊要求时表面还有可能涂覆有碳化硅或其他涂层。例如中国专利技术专利01816793.4中^^开了一种用于生长珪晶体的热屏蔽组件，其中热屏蔽组件由内外两个反射器组成。所用的材料为难熔的钢性材料。在中国专利技术专利申请01134359.1中公开了一种单晶炉内用的热屏方法 和热屏器，其中热屏蔽组件由热屏外壳、热屏内壳、热屏上盖及热屏保温 层组成。其中热屏外壳、热屏内壳和热屏上盖由石墨或钼等钢性材料制成， 热屏保温层被夹在钢性材料之间，热屏保温层通常为石墨发泡材料或石英 棉。热屏蔽组件还可以制成其他形状，例如在中国专利技术专利申请98807859.7或者中国专利技术专利申请98809651.X中所描述的形状。综上所述，在目前现有的热屏设计中，热屏蔽装置的外表面均采用石 墨、钼、陶瓷或其他耐高温金属等钢性材料加工而成，通常这类材料价格 昂贵，制作成^4艮高，并存在潜在的如下所述的使用风险1、 钢性的耐高温材料，例如石墨或钼，在长时间反复高温和冷却交 替的使用之后，会使材料变脆，容易形成可见或不可见的裂紋。当有裂紋 的热屏蔽装置在使用时，可能导致热屏的一部份碎裂或剥落。当碎裂或剥 落的热屏材料落入到硅熔液中时，会导致硅原料的污染；情况严重时还可 能导致硅熔液的突然结晶膨胀，破坏拉晶炉内的热场结构，甚至影响到拉 晶炉的安全。2、 现有的热屏设计没有考虑跳硅或硅液蒸发后在热屏上层积对热屏 的影响。硅原料由于种种原因粘附在热屏上是一种常见的现象。例如坩埚 升降时的操作失误会使硅液賊到热屏上。而承放硅液的石英坩埚底部有樣吏 小气泡等缺陷，在高温真空下释放形成气泡并上浮到石圭液面也是形成跳硅 的一个常见的原因。当硅液因各种不同原因溅到或者蒸发到热屏表面时， 由于热屏表面的温度略低于硅的凝固温度，因此硅会凝固并依附在热屏表 面。当生产完成后，拉晶炉内的热场冷却时，硅的收缩率与热屏材料的收 缩率不同，从而热应力使热屏表面形成裂紋，或者使热屏碎裂。
技术实现思路
本专利技术提供一种热屏蔽装置，用于提高在拉晶炉内生长硅晶体的可靠 性和安全性，并降低现有技术中热屏蔽装置的制作成本。采用本专利技术的热屏蔽装置，可以避免长时间冷热交替使用而导致裂紋 的问题，也克服了现有热屏在其表面粘附有硅时，因热应力而导致热屏损 坏的问题。一种热屏蔽装置，由带有中心开口的固定环和绕置在所述中心开口边 缘的柔性保温材料构成。所述的固定环由横向环和纵向环两部分组成，横向环为圆环状，所述 的柔性保温材料绕置在纵向环上，纵向环顶沿与横向环的内沿相连接所述的纵向环为桶状或直径较大的一端与横向环的内沿相连接的漏斗状。所述的纵向环既可以是连续的，也可以是间断的为栅栏结构组成的桶 状或漏斗状。所述的固定环上设有若干个安装孔，柔性保温材料通过碳绳或钼丝穿 过安装孔固定在固定环上。柔性保温材料根据纵向环的形状包在纵向环的表面形成桶状或漏斗 状。柔性保温材料的桶状或漏斗状下开口在垂直高度上多出纵向环下口50mm以上(柔性保温材料的桶状或漏斗状下开口延伸出纵向环下开口 50 ~ 250 mm )。柔性保温材料的桶状或漏斗状上开口位置需高于纵向环上 安装孔圓心位置2mm以上。以纵向环上的安装孔作为受力点，将碳绳或钼丝等耐高温丝线穿过安 装孔和覆盖安装孔的柔性保温材料，并将丝线以适当的方式缠绕和打结， 用以将柔性保温材料和固定环固定为一个整体。使用时，所述的热屏蔽装置放置在熔化的硅原料上方，当硅晶体通过 籽晶引晶，从熔化的硅液中提拉出来时，热屏蔽装置将围绕晶锭，起到引 导气流和隔热的作用。通过适当地调整由柔性保温材料环绕而成的漏斗状 结构的锥顶角角度的大小和柔性保温材料的厚度，可以方便地控制硅晶体 的冷却速度和硅晶体体内的温度梯度，从而有效地控制拉晶速度、晶体内 的热应力大小和缺陷。锥顶角通常为0。~90。。柔性保温材料可由一层或 多层叠加，累计厚度通常为5~50mm。柔性保温材料是用柔性耐高温多孔材料制成的，通常可采用石墨发泡 材料(例如石墨软毡或石墨固化毡)或耐高温石英棉。而同样尺寸的石墨 或钼材料加工而成的工件需要更高的成本和加工费。当柔性保温材料需要 更换时，并不需要复杂的处理即可将新的材料包扎在固定环上。为了结构 的强度，通常固定环由钢性的石墨、炭炭复合材料或钼材料加工而成。试验表明，在晶体炉的工况下，上述热屏蔽装置长时间的反复高温和 冷热交替使用，并不能使柔性保温材料碎裂，因此延长了热屏的使用寿命。 钢性的固定环由于远离了高温区和硅熔液表面，可以长时间使用而不会损 坏。在晶体炉使用时，由于操作失误或设备故障，常常会出现各种意外情 况，在这些情况下上述热屏也表现良好。详细的分析和说明如下与热屏有关的意外情况通常有以下几种5a) 热屏浸入到石圭熔液中；b) 对隔离阀进行操作时，由于炉体和副室之间的压力失衡导致溅 硅到热屏上。c) 拉晶时，晶棒突然坠落，落入硅液时将硅液溅起使热屏粘硅。d) 由于坩埚内的温度过高或真空度过低，导致硅液蒸发，硅蒸汽 冷却并凝固在热屏表面。e) 当采用氢含量过高的粒状多晶硅作为原料时，化料时出现喷溅 (splash)现象，导致热屏上附著硅。f) 放置硅原料的石英坩埚底部有微小气泡缺陷，在高温时，气泡 释放到硅熔液中，气泡受高温和真空环境作用，膨胀并上浮到 液面，当气泡在液面上-皮裂时，将> 圭液溅到热屏上。g) 由于炉温异常，使石英坩埚与硅液剧烈反应，引起跳硅，并将 硅液'践到热屏上。h) 其他不明原因导致的热屏表面附着硅液。当上述原因导致热屏表面附着硅液后，硅液凝固或者冷却时会导致较 大幅度的体积变化。这种体积变化会使钢性材料在巨大的热应力下破裂。 而当热屏表面采用柔性保温材料覆盖时，多孔状的保温材料会吸收硅液， 再加以多孔状的结构允许很大范围的收缩和膨胀，因此不会由于热应力的 作用导致热屏失效。实验表明，即使有硅以各种方式凝固在热屏表面上， 热屏也能承受从1500。C至室温范围的急冷和急热。另外，固定环虽然由 钢性材料加工而成，但由于表面被柔性保温材料覆盖，再加上固定环远离 高温区和硅液液面，因此固定环基本不受硅液沉积等异常情况的影响。在不脱离这里涉及到的本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于拉晶炉的热屏蔽装置，其特征在于，所述的热屏蔽装置由带有中心开口的固定环和绕置在所述中心开口边缘的柔性保温材料构成。

【技术特征摘要】
1、一种用于拉晶炉的热屏蔽装置，其特征在于，所述的热屏蔽装置由带有中心开口的固定环和绕置在所述中心开口边缘的柔性保温材料构成。2、 如权利要求1所述的热屏蔽装置，其特征在于所述的固定环由 横向环和纵向环两部分组成，横向环为圆环状，所述的柔性保温材料绕置 在纵向环上，纵向环顶沿与横向环的内沿相连接。3、 如权利要求1所述的热屏蔽装置，其特征在于所述的纵向环为 桶状或直径较大的一端与横向环的内沿相连接的漏斗状。4、 如权利要求3所述的热屏蔽装置，其特征在于所述的纵向环为 栅栏结构组成的桶状或漏斗状。5、 如权利要求1~4任一项所述的热屏蔽装置，其特征在于所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乔，马远，
申请(专利权)人：浙江碧晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]