專利名稱：一種用于拉晶爐的電阻加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于丘勞斯基法硅晶體生長的加熱裝置，特別是用于這種晶 體生長裝置的電阻加熱器。
背景技術(shù)：
硅晶體是半導(dǎo)體行業(yè)和太陽能行業(yè)最常使用的材料。生產(chǎn)這種材料最常用的方法 是丘克勞斯基法(Czochralski法，簡稱CZ法)。行業(yè)內(nèi)又稱為拉晶法或提拉法。丘克勞斯 基法制備硅晶體的設(shè)備稱為拉晶爐。在拉晶爐中，硅材料放置在爐膛中央的坩堝內(nèi)，通過環(huán) 繞坩堝的電阻加熱器來熔化坩堝中的硅。采用電阻加熱器的原理在于，加熱器由電阻性材 料制成(通常為石墨材料)，當電阻性材料通過電流時將產(chǎn)生熱量。通常加熱器由圓柱桶狀 石墨材料加工而成，通過在桶狀材料的垂直方向開槽，切割成多個垂直取向的加熱分段，這 些加熱分段在各自相鄰的分段底部連接，從而形成蛇形的外形，如圖1所示。為了將電流導(dǎo) 入，加熱器在某個垂直分段的底部導(dǎo)出電極腳(即加熱器腳)，用于接入電流。通常從受力 及電阻值的考慮，加熱器通常有2個電極腳，用于電流導(dǎo)入和導(dǎo)出。另外考慮到大型加熱器 的電阻值及改善加熱器的受力情況，加熱器還被加工成有4個電極腳。通常采用CZ法生長的用于半導(dǎo)體行業(yè)的硅材料純度均在9N 12N之間，并且在 晶體生長過程中爐內(nèi)壓力控制在500Pa以上。因此采用以上方式的電極腳已經(jīng)能滿足生產(chǎn) 的要求。如果在采用CZ法生長用于太陽能行業(yè)的硅材料時，由于硅材料的來源廣泛，因此 有時需要在硅晶體生長之前對硅材料進行特殊工藝的處理，或者對硅材料進行特殊工藝的 提純。在這種情況下，顯然更高的爐內(nèi)溫度和更低的爐內(nèi)壓力是有利于硅材料中的雜質(zhì)揮 發(fā)的。在上述的特殊生產(chǎn)情況下，加熱器會遇到嚴重的硅沉積的問題，即硅熔液表面部分硅 被蒸發(fā)出來，并最終沉積在電極腳上，使電極腳與為之供電的電極(通常又稱為石墨電極、 電極柱或石墨電極柱)焊接在一起，在每次需要將電極柱與電極腳分離時，電極腳容易出 現(xiàn)裂紋甚至斷裂，影響了加熱器的壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種使用方便，結(jié)構(gòu)簡單的加熱器，能有效地提高加熱器的使 用壽命。一種用于丘克勞斯基法硅晶體的加熱裝置，包括底部帶電極腳的發(fā)熱部件，所述 的電極腳的數(shù)量為N只，N彡6，并且N為偶數(shù)。一般情況下所述的發(fā)熱部件為圓筒形結(jié)構(gòu)，即截面為圓形，電極腳分布在圓筒的 底沿。發(fā)熱部件由電阻性材料制成(通常為石墨材料)，當電阻性材料通過電流時將產(chǎn)生熱量。所述的電極腳成對分布，每對電極腳相對于一個平面作對稱分布，該平面通過圓 桶狀加熱器的旋轉(zhuǎn)軸心線。在高溫低壓下對硅熔液進行加熱時，電極腳損壞的可能性大大增加。為了防止單純由于電極腳的損壞而使整個加熱器報廢，盡可能多地設(shè)置電極腳，可使加熱器實現(xiàn)最大 程度的利用，提高加熱器的壽命。具體分析如下在高溫低壓下，當加熱器對硅熔液進行加熱時，如果爐壓低于500Pa，則硅蒸汽從 硅熔液液面揮發(fā)出來的可能性就加大；當爐壓低于5Pa時，硅蒸汽從坩堝液面揮發(fā)的現(xiàn)象 則相當明顯。特別是在對硅熔液進行提純的環(huán)境中，加熱器承載的功率往往比較高，同時硅 熔液中還加入有促使雜質(zhì)揮發(fā)的提純劑，這些提純劑同時也會加快硅蒸汽的形成。當硅蒸 汽從液面揮發(fā)后，會與溫度相對比較低的電極腳接觸，硅蒸汽最終被冷卻，以小液滴的形式 液化粘附(沉積)在電極腳上，并滲入電極腳以及與之相連的石墨電極柱之間的間隙內(nèi)。結(jié) 果，液化的硅在電極腳和電極柱之間起到了粘結(jié)劑的作用，在冷卻后加熱器很可能牢牢固 定在電極柱之上，不能再分離了。另外，高溫下硅(Si)還可能與構(gòu)成電極柱和加熱器主要材料的石墨(C)發(fā)生如下 化學(xué)反應(yīng)Si+C—SiC當生產(chǎn)停止后裝置冷卻時，生成的SiC由于熱膨脹系數(shù)與石墨不同，因此會導(dǎo)致 用石墨材料加工的電極腳的開裂，使加熱器報廢。解決上述問題的一個途徑是采用可以吸附硅蒸汽的熱場材料，將硅蒸汽起到粘結(jié) 劑作用之前，將有害的硅蒸汽吸附去除。例如申請?zhí)枮?7113523. 1的發(fā)明專利中就提出了 采用有吸附硅蒸汽作用的材料來加工熱場，或者在石墨零件表面采用熱分解碳膜來緩解這 一情況。另一個方法是盡可能地減少電極腳和石墨電極已經(jīng)粘結(jié)(或電極腳已經(jīng)開裂)的 情況下，不至于造成對整個加熱器的報廢。因此在加熱器上盡可能多地加工電極腳為一個 較為現(xiàn)實的方案。也就是說，當正在使用的電極腳由于粘結(jié)電極(或者開裂)無法使用時， 將該對電極腳棄用(棄用前可破壞性地將其與電極分開)，另外選擇一對尚未使用的電極 腳作為電流導(dǎo)入和導(dǎo)出用的引腳。介于以上分析可以看出，電極腳的數(shù)量必須是偶數(shù)。在不影響結(jié)構(gòu)和安裝的前提 下，電極腳的數(shù)量是越多越好。通過對現(xiàn)有設(shè)計的單晶爐的加熱器結(jié)構(gòu)分析可以得出，電極 腳的數(shù)量通常至少可以加工3對以上，即數(shù)量大于6。而且每對電極腳必須以一個平面作 為對稱面，該平面必須通過圓桶狀加熱器的旋轉(zhuǎn)軸心線。在上述前提下，電極腳可以均勻分 布，也可以不均勻分布。本實用新型加熱裝置通過增加電極腳的數(shù)量，可以延長加熱器的使用壽命。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的加熱裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的加熱裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖2本實用新型的加熱裝置包括底部帶電極腳2的發(fā)熱部件1，發(fā)熱部件1由 石墨制成，當發(fā)熱部件1通過電流時將產(chǎn)生熱量。發(fā)熱部件1為圓筒狀，通過交錯的開槽，切割成多個垂直取向的加熱分段，這些加 熱分段在各自相鄰的分段底部連接，從而形成蛇形的外形，發(fā)熱部件1底沿均勻分布6個電極腳2。 當正在使用的電極腳由于粘結(jié)電極(或者開裂)無法使用時，將該對電極腳破壞 性地將其與電極分開，另外選擇一對尚未使用的電極腳2作為電流導(dǎo)入和導(dǎo)出用的引腳。
權(quán)利要求一種用于拉晶爐的電阻加熱器，包括底部帶電極腳的發(fā)熱部件，其特征在于，所述的電極腳的數(shù)量為N只，N≥6，并且N為偶數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于拉晶爐的電阻加熱器，其特征在于，所述的發(fā)熱部件為圓 筒形結(jié)構(gòu)，電極腳分布在圓筒的底沿。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于拉晶爐的電阻加熱器，其特征在于，所述的電極腳成對 分布，每對電極腳相對于一個平面作對稱分布，該平面通過圓桶狀加熱器的旋轉(zhuǎn)軸心線。
專利摘要本實用新型提供了一種用于拉晶爐的電阻加熱器，包括底部帶電極腳的發(fā)熱部件，所述的電極腳的數(shù)量為N只，N≥6，并且N為偶數(shù)。本實用新型的電阻加熱器，能在有硅沉積的環(huán)境下，有效地提高加熱器的使用壽命。
文檔編號C30B29/06GK201686764SQ20102019712
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者李喬, 馬遠 申請人:浙江碧晶科技有限公司