TW202202668A - 一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐 - Google Patents
一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202202668A TW202202668A TW109146349A TW109146349A TW202202668A TW 202202668 A TW202202668 A TW 202202668A TW 109146349 A TW109146349 A TW 109146349A TW 109146349 A TW109146349 A TW 109146349A TW 202202668 A TW202202668 A TW 202202668A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- heat shield
- single crystal
- heat
- production furnace
- casing
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 35
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NMFHJNAPXOMSRX-PUPDPRJKSA-N [(1r)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)-1-[3-(2-morpholin-4-ylethoxy)phenyl]propyl] (2s)-1-[(2s)-2-(3,4,5-trimethoxyphenyl)butanoyl]piperidine-2-carboxylate Chemical compound C([C@@H](OC(=O)[C@@H]1CCCCN1C(=O)[C@@H](CC)C=1C=C(OC)C(OC)=C(OC)C=1)C=1C=C(OCCN2CCOCC2)C=CC=1)CC1=CC=C(OC)C(OC)=C1 NMFHJNAPXOMSRX-PUPDPRJKSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/203—Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
- Y10T117/1068—Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本發明公開了一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，所述熱屏裝置設在所述單晶矽生長爐的熔體坩堝上部，所述熱屏裝置包括殼體、支撐件、隔熱板和方向控制組件，所述支撐件與所述隔熱板設於所述殼體內，所述支撐件的一端與所述殼體內壁固定連接，所述方向控制元件與所述隔熱板連接，所述支撐件用於作為所述隔熱板的支點並與所述方向控制組件配合控制所述隔熱板與所述殼體之間相對轉動，所述隔熱板的可轉動夾角朝向所述單晶矽的柱面，所述殼體底部外表面朝向所述熔體坩堝內部。本發明的目的是提供一種用於單晶生產爐的熱屏裝置及單晶生產爐，通過改變熱屏設計，通過控制隔熱板的方向和角度實現溫度梯度的動態控制，從而實現拉速的控制。
Description
本發明涉及到半導體製造設備技術領域，尤其涉及一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐。
單晶矽是現代資訊技術、通信技術得以持續發展的材料基礎，有著不可替代的作用。目前，從熔體中生長單晶矽所用的直拉法和區熔法是當前單晶矽生產的主要方法。由於直拉法生產單晶矽具有設備和工藝簡單，容易實現自動控制，生產效率高，易於製備大直徑單晶矽，且晶體生長速度快、晶體純度高和完整性高等優點，因此直拉法是製備高品質大單晶，尤其是高品質的IC片單晶矽最常用的及最重要的方法。
利用直拉式晶體生長爐生產單晶矽，主要依靠將普通矽材料進行熔化，然後進行重新結晶來完成的。根據單晶矽的結晶規律，將原材料放在坩堝中加熱熔化，控制溫度比矽單晶的結晶溫度略高，確保熔化後的矽材料在溶液表面可以結晶。結晶出來的單晶通過直拉爐的提升系統提出液面，在惰性氣體的保護下冷卻、成形，最後結晶成一個主體為圓柱體、尾部為圓錐體的晶體。
單晶矽是在單晶爐熱場中進行生長的，熱場的優劣對單晶矽的生長和品質有很大的影響。單晶矽生長過程中，好的熱場，不但單晶生長順利，而且能生長出高品質的單晶；而熱場條件不完備時，可能無法生長出單晶，即使生長出單晶，也容易發生晶變，變成多晶或有大量的結構缺陷。因此，尋找較好的熱場條件，配置最佳熱場，是直拉單晶矽生長工藝非常重要的技術。
在整個熱場設計中，最為關鍵的就是熱屏的設計。首先熱屏的設計直接影響固液介面的垂直溫度梯度，通過梯度的變化影響V/G比值決定晶體品質。其次，會影響固液介面的水準溫度梯度，控制整個矽片的品質均勻性。最後，熱屏的合理設計會影響晶體熱歷史，控制晶體內部缺陷的形核與長大，在製備高階矽片過程中非常關鍵。
目前，常用的熱屏的外層為SiC鍍層或熱解石墨，內層為保溫石墨氈。熱屏的位置放置於熱場上部，呈圓筒狀，晶棒從圓桶內部被拉制出來。熱屏靠近晶棒的石墨熱反射率較低，吸收晶棒散發的熱量。熱屏外部的石墨通常熱反射率較高，利於將熔體散發的熱量放射回去，提高熱場的保溫性能，降低整個工藝的功耗。而現有的熱屏設計仍然存在溫度梯度不均勻的缺陷。因此，需要提供一種能夠動態控制溫度梯度的用於單晶生產爐的熱屏裝置及單晶生產爐。
本發明的目的是提供一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐，通過改變熱屏設計，通過控制隔熱板的方向和角度實現溫度梯度的動態控制，從而實現拉速的控制。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，所述熱屏裝置設在所述單晶矽生長爐的熔體坩堝上部，所述熱屏裝置包括殼體、支撐件、隔熱板和方向控制組件，所述支撐件與所述隔熱板設於所述殼體內，所述支撐件的一端與所述殼體內壁固定連接，所述方向控制元件與所述隔熱板連接，所述支撐件用於作為所述隔熱板的支點並與所述方向控制組件配合控制所述隔熱板與所述殼體之間相對轉動，所述隔熱板的可轉動夾角朝向所述單晶矽的柱面，所述殼體底部外表面用於朝向所述熔體坩堝內部。
可選的，還包括外殼，所述殼體設在所述外殼的內部且設在所述外殼的底部，所述外殼與所述殼體之間的空間填充有保溫材料。
可選的，所述殼體內設有多個所述隔熱板，且與每個所述隔熱板相匹配設置的所述支撐件的數量為1個或2個，優選的，支撐件的材料為石墨材料。
可選的，還包括吸熱板，所述吸熱板的側面與所述殼體底部的內壁連接。
可選的，所述隔熱板在所述殼體底部投影的最大面積占所述殼體底部面積的比例範圍為60%-90%。
可選的，還包括控制器、電機及傳動裝置，所述控制器與所述電機電連接，所述電機通過所述傳動裝置與所述方向控制元件連接。
可選的，所述隔熱板至少包括一組隔熱膜組，所述隔熱膜組包括第一折射層和第二折射層，所述第一折射層的折射率為第一折射率，所述第二折射層的折射率為第二折射率，所述第一折射率與所述第二折射率不同。
可選的，還包括多個溫度感測器和溫度梯度計算單元，所述多個溫度感測器用於測量單晶矽的外側表面的溫度，所述多個溫度感測器與所述溫度梯度計算單元電連接，所述溫度梯度計算單元與所述控制器電連接。
根據本發明提供的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置的控制方法，所述控制方法用於控制上述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，所述方法包括：
獲取單晶矽外側表面的溫度梯度及預設值；
判斷所述單晶矽外側表面的溫度梯度是否等於預設值；
若是，則控制所述隔熱板位於水準位置；
若否，則判斷所述單晶矽外表面的溫度梯度是否大於預設值；
若是，則控制所述隔熱板處於散熱模式，其中所述散熱模式具體為，所述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度小於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度；
若否，則控制所述隔熱板處於加熱模式，其中所述加熱模式具體為，所述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度大於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度。
根據本發明提供的一種單晶生產爐，包括：爐體，包括爐體壁以及腔體，所述腔體由所述爐體壁所包圍；熔體坩堝，設置於所述腔體內，用於承載熔體；加熱器，設置所述腔體內且分佈於所述熔體坩堝外周，用以提供所述熔體坩堝的熱場；以及上述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，所述外殼底部外表面朝向所述熔體坩堝內部。
根據本發明提供的具體實施例，本發明具有以下技術效果：
(1)本發明提供的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置及單晶生產爐，改變了原有熱屏結構設計，通過隔熱板及其方向控制裝置，控制隔熱板的方向和角度，改變熱流的通道來改變熱量的方向，實現溫度梯度的動態控制，進而實現拉速的控制。
(2）通過對單晶矽外表面溫度梯度的資訊採集，並根據單晶矽外表面溫度梯度與預設值，來控制隔熱板的方向和角度，實現溫度梯度的動態控制。
(3）通過採用由至少兩種不同折射率的折射層組成的隔熱板，將熔體發出的熱量反射至單晶矽周圍或反射至遠離單晶矽外表面的方向，採用此結構的隔熱板的熱反射效率更高，利於單晶矽的徑向溫度梯度的優化。
(4）通過殼體與外殼的設計並與隔熱板配合使用，使單晶矽的徑向溫度梯度得到優化的同時，通過在外殼及內殼之間空間填充保溫材料，使縱向溫度梯度也能夠得到優化。
(5）通過增設吸熱板，對熔體散出的熱量進行收集，增大熱量傳遞的效率。
為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還能夠根據這些附圖獲得其它附圖。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的目的是提供一種用於單晶生產爐的熱屏裝置及單晶生產爐，通過改變熱屏設計，通過控制隔熱板的方向和角度實現溫度梯度的動態控制，從而實現拉速的控制。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1：參閱圖1、圖2及圖8，一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，熱屏裝置16設在單晶矽生長爐的熔體坩堝15上部，熱屏裝置16包括殼體1、支撐件2、隔熱板3和方向控制組件4，支撐件2與隔熱板3設於殼體1內，支撐件的一端與殼體內壁固定連接，方向控制元件4與隔熱板3連接，支撐件2用於作為隔熱板3的支點並與方向控制元件4配合控制隔熱板3與殼體1之間相對轉動，隔熱板3的可轉動夾角朝向單晶矽14的柱面，殼體1底部外表面用於朝向熔體坩堝15內部。
支撐件2所起到的支撐作用是為了作為隔熱板3的支點實現隔熱板3的相對轉動，使隔熱板3的轉動方向既有正向的也有負向的。
本發明提供的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，結構簡單，改變了原有熱屏結構設計，通過隔熱板及其方向控制裝置，控制隔熱板的方向和角度，改變熱流的通道來改變熱量的方向，實現溫度梯度的動態控制，進而實現拉速的控制。
進一步地，本實施例中，殼體1的結構為內設有空腔的環形結構，隔熱板3的形狀為扇環形，且隔熱板3的數量為2個，兩個隔熱板的扇形圓心角均為180度，設置在殼體1內，當兩個隔熱板均位於水準狀態時兩者是位於同一水平面上且兩者之間無重疊區域，與每個隔熱板3相配合的支撐件為1個，即共有2個支撐件。支撐件2一端與隔熱板3接觸的點即為隔熱板3的支點，該接觸點是在下表面的中部；方向控制元件設有兩個連接件，分別與兩個隔熱板中部的一側連接，如圖1-2所示。隔熱板3在殼體1底部投影的最大面積占殼體1底部面積的比例範圍為60%-90%，即隔熱板3處於水準位置時向底部投影得到的投影面積為隔熱板3在殼體1底部投影的最大面積。支撐件2與方向控制元件4配合，將支撐件2作為支點，通過方向控制元件4的上下移動控制隔熱板3的傾斜角度和傾斜方向的變化。
進一步地，還包括外殼5，殼體1設在外殼5的內部且設在外殼5的底部，外殼5與殼體1之間的空間填充有保溫材料6。通過殼體與外殼的設計並與隔熱板配合使用，使單晶矽的徑向溫度梯度得到優化的同時，通過在外殼及內殼之間空間填充保溫材料，使縱向溫度梯度也能夠得到優化。
進一步地，如圖4所示，還包括控制器8、電機17及傳動裝置，控制器8與電機17電連接，電機17通過傳動裝置與方向控制元件4連接，電機17與傳動裝置的連接關係及傳動裝置與方向控制元件4的連接關係均未在圖中示出。通過控制器發送控制型號給電機17，電機17通過傳動裝置來控制方向控制元件4的移動，進而對隔熱板的傾斜方向和傾斜角度進行控制。
在本實施例中，隔熱板的傾斜角度變化範圍為-30°~+30°。還包括多個溫度感測器9和溫度梯度計算單元10，多個溫度感測器9用於測量單晶矽14的外側表面的溫度，多個溫度感測器9與溫度梯度計算單元10電連接，溫度梯度計算單元10與控制器8電連接。通過多個溫度感測器9對單晶矽14外表面溫度資訊進行採集，並將其外表面溫度資訊傳輸給溫度梯度計算單元10對其溫度梯度進行計算，然後將此溫度梯度計算結果傳輸給控制器8，實現對單晶矽14外表面溫度梯度的即時採集與監測。
進一步地，本實施例中，隔熱板1採用的是兩組隔熱膜組，隔熱膜組包括第一折射層11和第二折射層12，第一折射層11的折射率為第一折射率，第二折射層12的折射率為第二折射率，第一折射率與第二折射率不同。在其他實施例中，如圖5所示，隔熱板1可能是由多組隔熱膜組組成的薄板型的隔熱板，或者是由多個不同折射率的折射層組成的薄板型的隔熱板，如圖6所示，或者是由支撐層13和至少一組隔熱膜組組成的複合隔熱層。其中，具體地，在組成的薄板型的隔熱板1中，第一折射層11的材料為矽或鉬，第二折射層12的材料為石英；在組成的複合隔熱層形式的隔熱板1中，第一折射層11的材料為矽，第二折射層12的材料為石英或氮化矽，支撐層13的材料為矽。通過採用由至少兩種不同折射率的折射層組成的隔熱板3，將熔體發出的熱量反射至單晶矽14周圍或反射至遠離單晶矽14外表面的方向，採用此結構的隔熱板3的熱反射效率更高，利於單晶矽14的徑向溫度梯度的優化。
如圖7所示，本實施例中還提供了一種用於單晶生產爐的熱屏裝置的控制方法，用於控制上述的熱屏裝置，具體方法包括：
S1.獲取單晶矽外側表面的溫度梯度及預設值；
S2.判斷所述單晶矽外側表面的溫度梯度是否等於預設值；
S3.若是，則控制所述隔熱板位於水準位置；
S4.若否，則判斷所述單晶矽外表面的溫度梯度是否大於預設值；
S5.若是，則控制所述隔熱板處於散熱模式，其中所述散熱模式具體為，所
述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度小於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度；
S6.若否，則控制所述隔熱板處於加熱模式，其中所述加熱模式具體為，所
述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度大於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度。
根據通過溫度感測器9採集到的單晶矽14的外表面溫度資訊，利用溫度梯度計算單元10對單晶矽外表面溫度梯度進行計算，然後通過單晶矽外表面溫度梯度與預設值進行比對，根據兩者的對比結果來控制隔熱板3的方向和角度，實現溫度梯度的動態控制。
本實施例與實施例1的不同之處在於，增設了吸熱板。如圖3所示，一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，熱屏裝置16設在單晶矽生長爐的熔體坩堝15上部，熱屏裝置16包括殼體1、支撐件2、隔熱板3和方向控制組件4，支撐件2與隔熱板3設於殼體1內，支撐件的一端與殼體內壁固定連接，方向控制元件4與隔熱板3連接，支撐件2用於作為隔熱板3的支點並與方向控制元件4配合控制隔熱板3與殼體1之間相對轉動，隔熱板3的可轉動夾角朝向單晶矽14的柱面，殼體1底部外表面用於朝向熔體坩堝15內部。還包括吸熱板7，吸熱板7的側面與殼體1底部的內壁連接。吸熱板為吸收性複合材料。通過改變薄膜材料的厚度或層數來使其折射率不同，其吸熱或絕熱的性能不同。通過增設吸熱板7，對熔體散出的熱量進行收集，增大熱量傳遞的效率。
實施例3：本實施例與實施例1的不同之處在於，本實施例中支撐件2的數量及其設置的位置，以及方向控制組件設置的位置不同。本實施例中，殼體1的結構為內設有空腔的環形結構，隔熱板3的形狀為扇環形，且隔熱板3的數量為2個，兩個隔熱板的扇形圓心角均為180度，設置在殼體1內，當兩個隔熱板均位於水準狀態時兩者是位於同一水平面上且兩者之間無重疊區域，與單個隔熱板3相配合的支撐件有2個，即共有4個支撐件。支撐件2一端與隔熱板3接觸的點即為隔熱板3的支點，該接觸點可以是在隔熱板3的上表面或下表面。與每個隔熱板3相對應的兩個支撐件2設在隔熱板3的扇環形表面的中軸線的兩側，方向控制元件4與隔熱板3的連接點位於2個支撐件之間。所述隔熱板3在所述殼體1底部投影的最大面積占所述殼體1底部面積的比例範圍為60%-90%。支撐件2與方向控制元件4配合，將支撐件2作為支點，通過方向控制元件4的上下移動控制隔熱板3的傾斜角度和傾斜方向的變化。
實施例4：本實施例與上述實施例不同之處在於，本實施例中支撐件2的數量及其設置的位置，以及方向控制組件設置的位置不同。本實施例中，殼體1內設有兩個扇環形的隔熱板3，設置在殼體1內，當兩個隔熱板均位於水準狀態時兩者是位於同一水平面上且兩者之間無重疊區域，隔熱板3的扇形圓心角為180度，每個隔熱板3均設有一個支撐件2用來作為其支點，並與方向控制元件4配合來控制隔熱板3的轉動。支撐件2與隔熱板3的接觸點位於隔熱板3的上表面或下表面的中部，方向控制元件設有4個連接件，該連接件兩兩分別與隔熱板連接且分別連接在支撐件2的兩側。支撐件2與方向控制元件4配合，將支撐件2作為支點，通過方向控制元件4的上下移動控制隔熱板3的傾斜角度和傾斜方向的變化。
實施例5：本實施例與上述實施例的不同之處在於，本實施例中支撐件2的數量及其設置的位置，以及方向控制組件設置的位置不同。本實施例中，殼體1內設有三個或三個以上的扇環形結構的隔熱板3，當隔熱板均位於水準狀態時隔熱板位於同一水平面上且隔熱板之間無重疊區域，支撐件2與方向控制元件4的連接件的數量與隔熱板3的數量相同，每個隔熱板3分別與1個支撐件及方向控制元件4的單個連接件相配合，支撐件2與隔熱板3的接觸點位於隔熱板3的扇環形外表面的中部且靠近隔熱板3扇環形的環形內側，或該接觸點位於隔熱板3靠近單晶矽14的側面的中部（如圖9所示）；方向控制元件4的連接件與隔熱板3的連接點位於隔熱板3的扇環形外表面的中部且靠近隔熱板3扇環形的環形外側。
實施例6：本實施例與上述實施例不同之處在於，本實施例中隔熱板3的數量不同。本實施例中，隔熱板3的數量為三個或三個以上。隔熱板3為扇環形，且各個隔熱板3的扇形圓心角相等，均勻分佈在殼體1內，當隔熱板均位於水準狀態時隔熱板位於同一水平面上，且所有隔熱板3的扇形圓心角之和為360度，相鄰隔熱板3之間無重疊。每個隔熱板3均設有一個支撐件2用來作為其支點，並與方向控制元件4配合來控制隔熱板3的轉動。支撐件2與隔熱板3的接觸點位於隔熱板3的上表面或下表面的中部，每個隔熱板3與方向控制元件4中的其中兩個連接件連接且分別連接在支撐件2的兩側。支撐件2與方向控制元件4配合，將支撐件2作為支點，通過方向控制元件4的上下移動控制隔熱板3的傾斜角度和傾斜方向的變化。
實施例7：本實施例與實施例6的不同之處在於，本實施例中支撐件2的數量及方向控制元件4的連接位置不同。本實施例中，隔熱板3的數量為三個或三個以上。隔熱板3為扇環形，且各個隔熱板3的扇形圓心角相等，均勻分佈在殼體1內，當隔熱板均位於水準狀態時隔熱板位於同一水平面上，且所有隔熱板3的扇形圓心角之和為360度，相鄰隔熱板3之間無重疊。每個隔熱板3均設有兩個支撐件2用來作為其支點，並與方向控制元件4配合來控制隔熱板3的轉動。與每個隔熱板3相對應的兩個支撐件2設在隔熱板3的扇環形表面的中軸線的兩側，方向控制元件4與隔熱板3的連接點位於2個支撐件之間。支撐件2與方向控制元件4配合，將支撐件2作為支點，通過方向控制元件4的上下移動控制隔熱板3的傾斜角度和傾斜方向的變化。
實施例8：本實施例與上述實施例的不同之處在於，本實施例中隔熱板的形狀不同。本實施例中，隔熱板的形狀為方形，且隔熱板的數量為6個以上，均勻分佈在殼體1內，當隔熱板均位於水準狀態時隔熱板是位於同一水平面上，相鄰隔熱板3之間無重疊。支撐件2與方向控制元件4的連接件的數量與隔熱板3的數量相同，每個隔熱板3分別與1個支撐件及方向控制元件4的單個連接件相配合，支撐件2與隔熱板3的接觸點位於隔熱板3上表面或下表面的中部且靠近殼體1的環形內側，或該接觸點位於隔熱板3靠近單晶矽14的側面的中部（如圖9所示）；方向控制元件4的連接件與隔熱板3的連接點位於隔熱板3上表面或下表面的中部且靠近殼體1的環形外側。
本發明的工作原理為：通過吸熱板7將熔體散出的熱量吸收後，然後通過隔熱板3的位置變化形成兩種不同類型的熱通道：如圖1所示，當隔熱板3與水平面的銳角夾角朝向遠離單晶矽14的方向時，隔熱板3將熱量傳遞向遠離單晶矽14的方向，即阻擋了熱量向單晶矽14的傳遞，使單晶矽外表面的溫度相對降低；如圖2所示，當隔熱板3與水平面的銳角夾角朝向靠近單晶矽14的方向時，隔熱板3將熱量傳遞向靠近單晶矽14的方向，使單晶矽外表面的溫度相對提高。通過改變熱流的通道來改變熱量的方向，實現溫度梯度的動態控制，進而實現拉速的控制。
本發明具有以下技術效果：
(1）本發明提供的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置及單晶生產爐，結構簡單，改變了原有熱屏結構設計，通過隔熱板及其方向控制裝置，控制隔熱板的方向和角度，改變熱流的通道來改變熱量的方向，實現溫度梯度的動態控制，進而實現拉速的控制。
(2）通過對單晶矽外表面溫度梯度的資訊採集，並根據單晶矽外表面溫度梯度與預設值，來控制隔熱板的方向和角度，實現溫度梯度的動態控制。
(3）通過採用由至少兩種不同折射率的折射層組成的隔熱板，將熔體發出的熱量反射至單晶矽周圍或反射至遠離單晶矽外表面的方向，採用此結構的隔熱板的熱反射效率更高，利於單晶矽的徑向溫度梯度的優化。
(4）通過殼體與外殼的設計並與隔熱板配合使用，使單晶矽的徑向溫度梯度得到優化的同時，通過在外殼及內殼之間空間填充保溫材料，使縱向溫度梯度也能夠得到優化。
(5）通過增設吸熱板，對熔體散出的熱量進行收集，增大熱量傳遞的效率。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
1.:殼體
2.:支撐件
3.:隔熱板
4.:方向控制組件
5.:外殼
6.:保溫材料
7.:吸熱板
8.:控制器
9.:溫度感測器
10.:溫度梯度計算單元
11.:第一折射層
12.:第二折射層
13.:支撐層
14.:單晶矽
15.:熔體坩堝
16.:熱屏裝置
17.:電機
圖1是本發明實施例1提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的隔熱板偏向其中一個方向的局部剖視圖。
圖2是本發明實施例1提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的隔熱板偏向另外一個方向的局部剖視圖。
圖3是本發明實施例2提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的局部剖視圖。
圖4是本發明提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的原理框圖。
圖5是本發明提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的中薄板型的隔熱板的結構示意圖。
圖6是本發明提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的中複合隔熱層形式的隔熱板結構示意圖。
圖7是本發明提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的控制方法的流程圖。
圖8是本發明提供的單晶生產爐的結構示意圖。
圖9是本發明實施例4或實施例7提供的用於單晶生產爐的熱屏裝置的局部剖視圖。
1:殼體
2:支撐件
2:隔熱板
4:方向控制組件
5:外殼
6:保溫材料
Claims (10)
- 一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，所述熱屏裝置設在所述單晶矽生長爐的熔體坩堝上部，所述熱屏裝置包括殼體、支撐件、隔熱板和方向控制組件，所述支撐件與所述隔熱板設於所述殼體內，所述支撐件的一端與所述殼體內壁固定連接，所述方向控制元件與所述隔熱板連接，所述支撐件用於作為所述隔熱板的支點並與所述方向控制組件配合控制所述隔熱板與所述殼體之間相對轉動，所述隔熱板的可轉動夾角朝向所述單晶矽（的柱面，所述殼體底部外表面用於朝向所述熔體坩堝內部。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，還包括外殼，所述殼體設在所述外殼的內部且設在所述外殼的底部，所述外殼與所述殼體之間的空間填充有保溫材料。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，所述殼體內設有多個所述隔熱板，且與每個所述隔熱板相匹配設置的所述支撐件的數量為1個或2個。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，還包括吸熱板，所述吸熱板的側面與所述殼體底部的內壁連接。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，所述隔熱板在所述殼體底部投影的最大面積占所述殼體底部面積的比例範圍為60%-90%。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，還包括控制器、電機（及傳動裝置，所述控制器與所述電機電連接，所述電機通過所述傳動裝置與所述方向控制元件連接。
- 根據請求項1所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，所述隔熱板至少包括一組隔熱膜組，所述隔熱膜組包括第一折射層和第二折射層，所述第一折射層的折射率為第一折射率，所述第二折射層的折射率為第二折射率，所述第一折射率與所述第二折射率不同。
- 根據請求項6所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，還包括多個溫度感測器和溫度梯度計算單元，所述多個溫度感測器用於測量單晶矽的外側表面的溫度，所述多個溫度感測器與所述溫度梯度計算單元電連接，所述溫度梯度計算單元與所述控制器電連接。
- 一種用於單晶生產爐的熱屏裝置的控制方法，所述控制方法用於控制如請求項1-8任一項所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，其中，所述方法包括： 獲取單晶矽外側表面的溫度梯度及預設值； 判斷所述單晶矽外側表面的溫度梯度是否等於預設值； 若是，則控制所述隔熱板位於水準位置； 若否，則判斷所述單晶矽外表面的溫度梯度是否大於預設值； 若是，則控制所述隔熱板處於散熱模式，其中所述散熱模式具體為，所述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度小於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度； 若否，則控制所述隔熱板處於加熱模式，其中所述加熱模式具體為，所述隔熱板靠近單晶矽的一端基於水平面的高度大於所述隔離板遠離單晶矽的一端基於水平面的高度。
- 一種單晶生產爐，其中，所述單晶生產爐包括： 爐體，包括爐體壁以及腔體，所述腔體由所述爐體壁所包圍； 熔體坩堝，設置於所述腔體內，用於承載熔體； 加熱器，設置所述腔體內且分佈於所述熔體坩堝外周，用以提供所述熔體坩堝的熱場； 以及如請求項1-8任一項所述的一種用於單晶生產爐的熱屏裝置，所述外殼底部外表面朝向所述熔體坩堝內部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010621682.3A CN111926380B (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种用于单晶生产炉的热屏装置、控制方法及单晶生产炉 |
| CN202010621682.3 | 2020-07-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202202668A true TW202202668A (zh) | 2022-01-16 |
| TWI755219B TWI755219B (zh) | 2022-02-11 |
Family
ID=73316947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW109146349A TWI755219B (zh) | 2020-07-01 | 2020-12-25 | 一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220002903A1 (zh) |
| CN (1) | CN111926380B (zh) |
| TW (1) | TWI755219B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113106546B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-05-17 | 徐州鑫晶半导体科技有限公司 | 用于单晶炉的导流筒、单晶炉及导流筒的加工方法 |
| CN114574940B (zh) * | 2022-02-23 | 2025-03-18 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种拉制六英寸区熔硅单晶的方法及使用的热屏 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5363796A (en) * | 1991-02-20 | 1994-11-15 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Apparatus and method of growing single crystal |
| WO1997021853A1 (fr) * | 1995-12-08 | 1997-06-19 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Appareil de production de monocristaux et processus s'y rapportant |
| JP3844536B2 (ja) * | 1996-01-19 | 2006-11-15 | コマツ電子金属株式会社 | 単結晶引上装置 |
| US6503594B2 (en) * | 1997-02-13 | 2003-01-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Silicon wafers having controlled distribution of defects and slip |
| JP3428626B2 (ja) * | 1998-06-25 | 2003-07-22 | 三菱住友シリコン株式会社 | シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法 |
| JP2000327479A (ja) * | 1999-05-26 | 2000-11-28 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 単結晶製造装置及び単結晶製造方法 |
| TW588127B (en) * | 2000-02-01 | 2004-05-21 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | Apparatus for pulling single crystal by CZ method |
| TW498402B (en) * | 2000-04-26 | 2002-08-11 | Mitsubishi Material Silicon | Method for simulating the shape of the solid-liquid interface between a single crystal and a molten liquid, and the distribution of point defect of a single crystal |
| JP4244010B2 (ja) * | 2001-06-14 | 2009-03-25 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶の製造装置及びそれを用いた半導体単結晶の製造方法 |
| US6960254B2 (en) * | 2003-07-21 | 2005-11-01 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method to monitor and control the crystal cooling or quenching rate by measuring crystal surface temperature |
| CN105239150A (zh) * | 2015-09-10 | 2016-01-13 | 上海超硅半导体有限公司 | 单晶硅生长炉用导流筒及其应用 |
| CN106702490B (zh) * | 2016-08-30 | 2020-12-11 | 天通银厦新材料有限公司 | 一种蓝宝石晶体的生长设备 |
| KR102171170B1 (ko) * | 2018-11-23 | 2020-10-28 | 주식회사 영도글로발 | 고품질 결정 인상용 열차단 에셈블리 및 이를 갖는 인상기 |
| CN110904498A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-24 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 用于拉晶炉的导流筒及拉晶炉 |
-
2020
- 2020-07-01 CN CN202010621682.3A patent/CN111926380B/zh active Active
- 2020-12-25 TW TW109146349A patent/TWI755219B/zh active
- 2020-12-31 US US17/139,990 patent/US20220002903A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111926380B (zh) | 2021-10-19 |
| TWI755219B (zh) | 2022-02-11 |
| US20220002903A1 (en) | 2022-01-06 |
| CN111926380A (zh) | 2020-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI723579B (zh) | 大尺寸高純度碳化矽單晶、基材及其製備方法和製備用裝置 | |
| TWI755219B (zh) | 一種用於單晶生產爐的熱屏裝置、控制方法及單晶生產爐 | |
| CN109280976A (zh) | 一种大尺寸高纯碳化硅单晶、单晶衬底及其制备方法 | |
| TWI767477B (zh) | 一種用於單晶矽生長爐的熱屏結構及單晶矽生長爐 | |
| CN104357906A (zh) | 多坩埚三维蓝宝石单晶生长装置 | |
| CN109930197A (zh) | 热屏及单晶硅生长炉结构 | |
| CN109930200A (zh) | 热屏及单晶硅生长炉结构 | |
| TW202305196A (zh) | 加熱器元件和單晶爐 | |
| CN114737253A (zh) | 生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法 | |
| CN109280964A (zh) | 一种生长碳化硅单晶的热场结构 | |
| CN102912430A (zh) | 一种蓝宝石晶体生长设备及生长方法 | |
| CN209144309U (zh) | 一种生长碳化硅单晶的装置 | |
| TWI760030B (zh) | 一種用於隔絕熱量的熱屏障裝置及熔煉爐 | |
| CN103590096B (zh) | 铸锭炉及控制类单晶铸造过程中籽晶保留高度的方法 | |
| CN206616293U (zh) | 一种泡生法制备蓝宝石晶体设备的温场控制系统 | |
| TWI739699B (zh) | 一種用於單晶矽生長爐的複合隔熱結構及單晶矽生長爐 | |
| WO2023245932A1 (zh) | 坩埚和单晶炉 | |
| TWI755220B (zh) | 一種用於單晶矽生長爐的薄膜隔熱片及單晶矽生長爐 | |
| CN113502531A (zh) | 一种多隔区垂直温度梯度可调的铸锭单晶硅生长设备及方法 | |
| TWI760031B (zh) | 一種熱屏障裝置及熔煉爐 | |
| CN103590098B (zh) | 单晶炉重锤、单晶炉、硅单晶的直拉方法及硅单晶 | |
| CN105926036A (zh) | 一种多晶硅晶体生长炉生长装置及其热源调节方法 | |
| CN110904510A (zh) | InSb晶体生长的单晶炉 | |
| CN202246991U (zh) | 低成本生长太阳能级硅单晶的装置 | |
| CN205011859U (zh) | 一种泡生法蓝宝石晶体生长炉 |