CN221971730U - 节能单晶硅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及单晶硅制备设备领域，具体涉及一种节能单晶硅炉。本实用新型提供一种节能单晶硅炉，包括炉体，炉体炉口朝上，还包括设在炉体内的用于盛放原料的坩埚，坩埚埚口朝上对准炉体炉口，坩埚旁侧设有加热器对其进行加热，坩埚下方设有用于调控炉体内温度的底部热场装置，所述炉体的内侧壁上全部或局部设有隔热银层。该单晶硅炉隔热效果较好，功耗较低且较为节能。

Description

节能单晶硅炉

技术领域

本实用新型涉及单晶硅制备设备领域，具体涉及一种节能单晶硅炉。

背景技术

单晶硅是大多数半导体元器件的基底材料，目前大多数的单晶硅都是借助单晶硅炉(又称为还原炉)以直拉法(即J.Czochralski法)制备得到的。现有的单晶硅炉包括炉口朝上的炉体，炉体内部设有用于盛放原料的坩埚，坩埚埚口朝上对准炉体炉口；坩埚周侧设有加热器对其进行加热，坩埚下方设有底部热场装置。需要制备单晶硅时，先把高纯度的多晶硅原料放入坩埚中，加热器对坩埚加热使盛放在其内的原料熔化成硅液；然后，加热器加热温度稍微下降，使熔化的硅液温度适当下降从而产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体(称作籽晶)从炉体炉口处伸入到炉体内，插入坩埚中的硅液熔体表面，籽晶下端的固液界面处的硅液熔体便沿着籽晶下端冷却结晶，此后缓慢向上拉起籽晶，硅晶体便会在籽晶下端持续生长。在硅晶体生长过程中，需要首先控制籽晶上升速度等参数使其下方生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的晶体细颈，用于消除因高温溶液对籽晶的强烈热冲击产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；然后，控制籽晶以适当速度上升并控制硅液熔体温度使籽晶下方生长出直径尺寸符合工艺要求(一般为75～300mm)的硅晶体，这个过程称为放肩(放肩过程中形成的前述直径尺寸为75～300mm的硅晶体在业内被称为晶体肩部)；再然后，突然提高籽晶上升速度进行转肩操作，使晶体肩部转为近似直角；之后进入等径工艺，通过控制底部热场温度和籽晶上升速度，生长出一定直径规格大小的硅单晶柱体；最后，待大部分硅液都已经完成结晶，就再将晶体逐渐缩小形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。至此，一个单晶硅体就拉制完成，在保温冷却一段时间后就可以取出存放了。这种单晶硅炉在拉制过程中需要长时间持续加热，但自身隔热效果较差，导致功耗较高，而功耗较高不仅会引起拉制成本上升，还会影响单晶硅生长的稳定性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种单晶硅炉，其隔热效果较好，功耗较低且较为节能。

为解决上述问题，本实用新型提供一种节能单晶硅炉，包括炉体，炉体炉口朝上，还包括设在炉体内的用于盛放原料的坩埚，坩埚埚口朝上对准炉体炉口，坩埚旁侧设有加热器对其进行加热，坩埚下方设有用于调控炉体内温度的底部热场装置，所述炉体的内侧壁上全部或局部设有隔热银层。

进一步地，所述隔热银层的厚度为0.1-1um。

进一步地，所述隔热银层与所述炉体的内侧壁之间设有介质层，隔热银层通过介质层附着到所述炉体的内侧壁上。

进一步地，所述介质层具体采用镍铬合金或者镍铬钼合金制成。

进一步地，所述介质层的厚度为50-200nm。

有益效果：由于单晶硅炉炉体内侧壁上设有隔热银层，而银层本身能够反射大量红外线(红外辐射)，当炉内热源(加热器)朝外发射热源辐射时，热源辐射中的红外辐射在碰到炉体内侧壁上的隔热银层后被其反射至朝内，就减少了发射到炉体外的红外辐射量从而减少了热量散失，故本实用新型的单晶硅炉隔热效果较好，单晶硅炉炉内能够较容易地保持在一定温度，功耗较低且较为节能。

附图说明

图1是单晶硅炉的结构示意简图。

图2是图1中A部分的放大简图。

符号说明：

1-单晶硅炉；11-炉体；12-炉口；2-坩埚；21-埚口；3-籽晶；4-坩埚承载杆；5-加热器；6-底部热场装置；7-介质层；8-隔热银层。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明。

见图1，单晶硅炉1包括炉体11，其炉口12朝上。坩埚2容置在炉体11中，坩埚2埚口21朝上对准炉体11炉口12，在制备单晶硅体时，籽晶3可以从炉体11炉口12伸入到炉体11内，再从埚口21伸入到坩埚2内。坩埚2包括用于盛放硅原料的石英坩埚部(图中未示出)和套在石英坩埚部外侧的石墨坩埚部(图中未示出)，石墨坩埚部居下而石英坩埚部居上。坩埚承载杆4安装支撑在坩埚2底端；筒状加热器5套设在坩埚2外侧，对坩埚2进行环周均匀加热；底部热场装置6安装在坩埚2下方，负责调控炉体11内温度。坩埚2、籽晶3、石英坩埚部、石墨坩埚部、坩埚承载杆4、加热器5和底部热场装置6皆为现有技术，此处不对其具体结构及工作原理赘述。

见图2，炉体11的全部内侧壁上都设有厚度为50-200nm的介质层7，在介质层7的内侧壁上设有厚度为0.1-1um的隔热银层8；介质层7采用镍铬合金或者镍铬钼合金制成，对炉体11内侧壁粘附力较好，且对隔热银层8粘附力也较好，故隔热银层8通过介质层7能够较好地粘附到炉体11的内侧壁上。非优选地，可以不设置介质层7，直接在炉体11的内侧壁上设置该隔热银层8。隔热银层8和介质层7都可以采用磁控溅射、多弧离子镀膜、蒸发镀或冷喷涂等方式电镀或涂覆到相应位置。由于隔热银层8的银层本身能够反射大量红外线(红外辐射)，炉内的加热器5(及底部热场装置6等热源)在发热时会朝外发射热源辐射，这些热源辐射中的红外辐射在碰到炉体11内侧壁上的隔热银层8后被其反射至朝内，就减少了发射到炉体11外的红外辐射量从而减少了热量散失，单晶硅炉1由此取得较好的隔热效果，炉内温度的保温效果也较好，加热器5等热源需要使炉内温度维持在一定数值时所需要的功耗也就较低，即较为节能。在本实施例中，炉体11的全部内侧壁上都设有隔热银层8(通过介质层7粘附到炉体11的内侧壁上)。在其它实施例中，可以仅设在炉体11的局部内侧壁上设有隔热银层8。

如上所述仅为本发明创造的实施方式，不以此限定专利保护范围。本领域技术人员在本发明创造的基础上作出非实质性的变化或替换，仍落入专利保护范围。

Claims (5)

1.节能单晶硅炉，包括炉体，炉体炉口朝上，还包括设在炉体内的用于盛放原料的坩埚，坩埚埚口朝上对准炉体炉口，坩埚旁侧设有加热器对其进行加热，坩埚下方设有用于调控炉体内温度的底部热场装置，其特征在于，所述炉体的内侧壁上全部或局部设有隔热银层。

2.如权利要求1所述的单晶硅炉，其特征在于，所述隔热银层的厚度为0.1-1um。

3.如权利要求1或2所述的单晶硅炉，其特征在于，所述隔热银层与所述炉体的内侧壁之间设有介质层，隔热银层通过介质层附着到所述炉体的内侧壁上。

4.如权利要求3所述的单晶硅炉，其特征在于，所述介质层具体采用镍铬合金或者镍铬钼合金制成。

5.如权利要求3所述的单晶硅炉，其特征在于，所述介质层的厚度为50-200nm。