專利名稱：一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體生長技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置。
背景技術(shù)：
[0002]區(qū)熔單晶硅是制備各種電力電子器件的重要襯底材料，隨著各類電力電子器件向著高電壓、大功率的方向發(fā)展，人們對區(qū)熔硅單晶質(zhì)量要求也越來越高，不僅要求區(qū)熔硅單晶具有純度高、尺寸大等特點(diǎn)，更加要求區(qū)熔硅單晶中的電阻率徑向均勻性好、少子壽命尚ο[0003]典型的區(qū)熔單晶生長步驟包括引晶、放肩、等徑生長、收尾共四個(gè)部分，其中以等徑生長的持續(xù)時(shí)間最長，其生長的條件、生長的時(shí)間、瞬時(shí)的條件變化決定了整個(gè)單晶體的質(zhì)量和長度，也影響著硅單晶的生產(chǎn)效率、成本及效益。因此，晶體生長的核心步驟是等徑生長。如何保證單晶在等徑生長過程中的高穩(wěn)定性和高成晶率，是區(qū)熔單晶生長過程中的關(guān)鍵技術(shù)和重要環(huán)節(jié)。[0004]如圖1所示，是一種無晶體支撐裝置的區(qū)熔單晶爐，包括預(yù)熱環(huán)1、高頻加熱線圈 2、上晶軸3、下晶軸4、爐門5、籽晶夾頭6和多晶夾持裝置7。該區(qū)熔單晶爐沒有對生長出來的單晶體進(jìn)行支撐保護(hù)，在生產(chǎn)過程中，籽晶不僅要對單晶實(shí)體進(jìn)行物理支撐，而且需要以一定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以降低生長過程中的徑向電阻率不均勻性。該種設(shè)備用于等徑長度短、直徑小的小質(zhì)量硅單晶時(shí)能滿足要求。但是隨著區(qū)熔單晶技術(shù)、工藝的不斷提高，生長出來的單晶質(zhì)量越來越大，重心也越來越高，在原有的設(shè)備上生長此類單晶將造成晶體晃動(dòng)嚴(yán)重、生長穩(wěn)定性下降，極易產(chǎn)生晶體斷胞、熔區(qū)溢流等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐勺丫д蹟嗑w摔落，不僅降低了單晶成晶率，更對區(qū)熔單晶爐造成了損壞。[0005]圖2顯示了在CFG4/1400P型區(qū)熔單晶爐上的晶體支撐裝置。該裝置使用整體成型的石英棒9作為晶體支撐體，石英棒9安裝在下軸上蓋8上方，對生長出來的單晶實(shí)體進(jìn)行支撐保護(hù)。該區(qū)熔單晶爐通過撥叉與螺紋絲杠對晶體支撐裝置進(jìn)行調(diào)整，使得晶體支撐裝置在單晶生長時(shí)有兩種狀態(tài)。當(dāng)引晶開始時(shí)，螺紋絲杠與籽晶一同旋轉(zhuǎn)，石英棒9處于收起狀態(tài)，石英棒9頂部高度低于籽晶高度，方便了引晶過程的進(jìn)行。當(dāng)放肩結(jié)束進(jìn)入等徑時(shí)， 螺紋絲杠被撥叉阻擋，旋轉(zhuǎn)升起石英棒9對晶體進(jìn)行支撐。由于整體成型的石英棒9價(jià)格昂貴，使用成本較高。石英棒9為一個(gè)整體，頭部被設(shè)計(jì)成等徑圓球體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅適合用作支撐直徑單一的硅單晶。當(dāng)使用其支撐直徑單一的硅單晶時(shí)，會(huì)造成支撐接觸面積極小，針尖效應(yīng)明顯，容易造成石英棒9破裂、折斷，導(dǎo)致硅單晶失去支撐，無法繼續(xù)生長。大量的生產(chǎn)實(shí)踐也顯示該種區(qū)熔單晶爐無法靈活拉制各種尺寸的硅單晶。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述的問題。[0007]為解決上述技術(shù)問題，一方面，本實(shí)用新型提供一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，安裝在區(qū)熔單晶爐內(nèi)，所述裝置包括下軸上蓋、不銹鋼支撐棒和石英支撐頭；[0008]其中所述下軸上蓋設(shè)置在區(qū)熔單晶爐的下晶軸的頂部、籽晶夾頭的底部；所述下軸上蓋上設(shè)置有一個(gè)大直徑圓孔和三個(gè)小直徑圓孔；[0009]所述不銹鋼支撐棒為等徑空心圓柱結(jié)構(gòu)，通過所述小直徑圓孔插入至區(qū)熔單晶爐的螺紋絲杠的底部；[0010]所述石英支撐頭包括圓柱形的連接部和設(shè)置在連接部上的支撐部，其中，所述圓柱形的連接部插入所述不銹鋼支撐棒中；所述支撐部為半球型。[0011]進(jìn)一步，所述下軸上蓋為圓臺結(jié)構(gòu)，大直徑圓孔位于所述圓臺中央，所述三個(gè)小直徑圓孔位于大直徑圓孔的外圍；其中，所述三個(gè)小直徑圓孔的圓心依次連接構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，所述大直徑圓孔的圓心為等邊三角形的中心。[0012]進(jìn)一步，所述晶體支撐裝置包括支撐部直徑不同的多種石英支撐頭。[0013]本實(shí)用新型有益效果如下[0014]本實(shí)用新型通過晶體支撐裝置與生長中的單晶進(jìn)行實(shí)體接觸，對單晶提供有效的物理支撐作用，保證了在等徑過程中固液界面生長的可持續(xù)性；另外，降低晶體生長時(shí)的機(jī)械振動(dòng)、晶體晃動(dòng)和傾倒的現(xiàn)象，增加晶體生長時(shí)的熔區(qū)穩(wěn)定性；同時(shí)也降低了斷棱斷胞等晶變現(xiàn)象，改善了晶體質(zhì)量提高了成品率；而且石英支撐頭用料較少，成本低廉，可以方便進(jìn)行更換。


[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種無晶體支撐裝置的區(qū)熔單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種安裝有晶體支撐裝置的區(qū)熔單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中一種安裝有晶體支撐裝置的區(qū)熔單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中一種支撐直徑45mm-75mm時(shí)的石英支撐頭的結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中一種支撐直徑60mm-100mm時(shí)的石英支撐頭的結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中一種支撐直徑75mm-125mm時(shí)的石英支撐頭的結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中一種下軸上蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖8是圖7的仰視圖。
具體實(shí)施方式
[0023]本實(shí)用新型提供了一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，
以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。[0024]為了保證在等徑過程中熔區(qū)的穩(wěn)定性，降低拉制單晶過程中的使用成本。本實(shí)用新型提供設(shè)計(jì)一種造價(jià)便宜，使用簡單，可以靈活應(yīng)用于拉制各種尺寸的晶體支撐裝置。該晶體支撐裝置可以支撐直徑為45-125mm的單晶體，提高拉制單晶時(shí)的熔區(qū)穩(wěn)定性。[0025]如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例涉及一種安裝在區(qū)熔單晶爐內(nèi)的用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，包括下軸上蓋8、支撐棒9和石英支撐頭10。[0026]下軸上蓋8設(shè)置在下晶軸4的頂部，籽晶夾頭6的底部。下軸上蓋8的結(jié)構(gòu)如圖 7、圖8所示，為圓臺結(jié)構(gòu)，圓臺中央為一大直徑圓孔，大直徑圓孔的外圍設(shè)置有三個(gè)小直徑圓孔。其中，三個(gè)小直徑圓孔的圓心依次連接構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，大直徑圓孔的圓心為等邊三角形的中心。[0027]三根不銹鋼支撐棒9通過下軸上蓋8的三個(gè)小直徑圓孔插入至螺紋絲杠的底部。 不銹鋼支撐棒9結(jié)構(gòu)為等徑空心圓柱結(jié)構(gòu)，外表面為單面機(jī)械拋光，該拋光面能有效地降低支撐棒升降時(shí)的摩擦力，從而可以有效地降低晶體支撐裝置的振動(dòng)。[0028]石英支撐頭10包括圓柱形的連接部和設(shè)置在連接部上的支撐部，其中，下部的圓柱形的連接部插入不銹鋼支撐棒9中，支撐部為半球型設(shè)計(jì)。[0029]石英支撐頭10與生長中的晶體實(shí)體接觸，根據(jù)直徑的不同設(shè)計(jì)了三種規(guī)格，如圖 4、圖5、圖6所示，分別用以拉制直徑在45mm-125mm的單晶，基本滿足了現(xiàn)階段對單晶直徑的要求，操作人員可以方便地更換不同規(guī)格的石英支撐頭10，靈活地拉制不同尺寸的單晶。[0030]本實(shí)用新型的使用十分簡便，有利于各部件進(jìn)行更換和維護(hù)，具體實(shí)施流程如下[0031]與原有的普通區(qū)熔單晶爐一樣，先在多晶夾持裝置7上安裝多晶硅棒料，啟動(dòng)上晶軸3將多晶硅棒料吊升至頂部，將高頻加熱線圈2安裝就位，高頻加熱線圈2應(yīng)當(dāng)水平放置并保持接地連接，必要時(shí)可使用水平計(jì)測量并調(diào)整，將籽晶裝入籽晶夾頭6中，裝入下軸上蓋8，將三根不銹鋼支撐棒9通過下軸上蓋8圓孔插入螺紋絲杠內(nèi)，根據(jù)將要拉制單晶的直徑選取合適的石英支撐頭10套入不銹鋼支撐棒9內(nèi)，降下預(yù)熱環(huán)1，下降多晶硅棒料至緊鄰預(yù)熱環(huán)1位置，關(guān)閉爐門5。開始進(jìn)行預(yù)熱和加熱程序，待多晶硅棒料預(yù)熱發(fā)紅后，升起預(yù)熱環(huán)1，啟動(dòng)下晶軸4將籽晶與多晶硅棒料的熔融體緊密接觸，開始引晶及放肩操作。當(dāng)放肩結(jié)束進(jìn)入等徑后，螺紋絲杠被撥叉阻擋，旋轉(zhuǎn)升起不銹鋼支撐棒9使石英支撐頭10對生長出來的晶體進(jìn)行支撐。[0032]由上述實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型通過晶體支撐裝置與生長中的單晶進(jìn)行實(shí)體接觸，對單晶提供有效的物理支撐作用，保證了在等徑過程中固液界面生長的可持續(xù)性 ’另外，降低晶體生長時(shí)的機(jī)械振動(dòng)、晶體晃動(dòng)和傾倒的現(xiàn)象，增加晶體生長時(shí)的熔區(qū)穩(wěn)定性； 同時(shí)也降低了斷棱斷胞等晶變現(xiàn)象，改善了晶體質(zhì)量提高了成品率；而且石英支撐頭用料較少，成本低廉，可以方便進(jìn)行更換。[0033]盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到各種改進(jìn)、增加和取代也是可能的，因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)當(dāng)不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，安裝在區(qū)熔單晶爐內(nèi)，其特征在于，所述裝置包括下軸上蓋、不銹鋼支撐棒和石英支撐頭；其中所述下軸上蓋設(shè)置在區(qū)熔單晶爐的下晶軸的頂部、籽晶夾頭的底部；所述下軸上蓋上設(shè)置有一個(gè)大直徑圓孔和三個(gè)小直徑圓孔；所述不銹鋼支撐棒為等徑空心圓柱結(jié)構(gòu)，通過所述小直徑圓孔插入至區(qū)熔單晶爐的螺紋絲杠的底部；所述石英支撐頭包括圓柱形的連接部和設(shè)置在連接部上的支撐部，其中，所述圓柱形的連接部插入所述不銹鋼支撐棒中。
2.如權(quán)利要求1所述的用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，其特征在于，所述下軸上蓋為圓臺結(jié)構(gòu)，大直徑圓孔位于所述圓臺中央，所述三個(gè)小直徑圓孔位于大直徑圓孔的外圍；其中，所述三個(gè)小直徑圓孔的圓心依次連接構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，所述大直徑圓孔的圓心為等邊三角形的中心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，其特征在于，所述晶體支撐裝置包括支撐部直徑不同的多種石英支撐頭。
4.如權(quán)利要求3所述的用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，其特征在于，所述支撐部為半球型。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于區(qū)熔單晶生長用的晶體支撐裝置，安裝在區(qū)熔單晶爐內(nèi)，包括下軸上蓋、支撐棒和石英支撐頭；其中下軸上蓋設(shè)置在區(qū)熔單晶爐的下晶軸的頂部、籽晶夾頭的底部；下軸上蓋上設(shè)置有一個(gè)大直徑圓孔和三個(gè)小直徑圓孔；不銹鋼支撐棒為等徑空心圓柱結(jié)構(gòu)，通過小直徑圓孔插入至區(qū)熔單晶爐的螺紋絲杠的底部；石英支撐頭包括圓柱形的連接部和設(shè)置在連接部上的支撐部，其中，圓柱形的連接部插入不銹鋼支撐棒中。本實(shí)用新型通過晶體支撐裝置與生長中的單晶進(jìn)行實(shí)體接觸，對單晶提供有效的物理支撐作用，增加晶體生長時(shí)的熔區(qū)穩(wěn)定性，改善了晶體質(zhì)量提高了成品率；而且石英支撐頭用料較少，成本低廉，可以方便進(jìn)行更換。
文檔編號C30B13/00GK202246977SQ20112028495
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者劉洪 , 劉洪飛, 龐炳遠(yuǎn), 耿博耘, 董軍恒, 高崗 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所