一種大直徑石英坩堝製造裝置的製作方法

2023-05-25 18:51:06

專利名稱：一種大直徑石英坩堝製造裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石英坩堝的製造裝置，具體涉及一種大直徑石英坩堝的製造裝置。
背景技術：
石英坩堝主要用於單晶矽拉制過程中半導體材料的融化。近年來，為了降低單晶矽拉制的成本，在單晶矽拉制技術方面作了許多改進，使用的石英坩堝也要求向大直徑方向發展。大直徑石英坩堝使用時，需要融化的半導體材料變多，若採用原先加熱條件，需要更長的融化時間，總體拉制時間增加。為了縮短拉制時間，可以增大加熱器的供熱量，同時為了使大量的半導體材料融液保持規定的溫度，加熱器的供熱量應該越多越好。但是，石英坩堝製造過程中混入的氣體產生氣泡，在單晶矽拉制高溫使用條件下， 石英坩堝內部氣泡膨脹破裂，產生的石英玻璃碎片混入到矽融液中，形成二氧化矽的晶體 (方石英)，方石英在矽融液中流動附著在拉晶過程中的單晶矽端部，緊接著附著部分的晶體結構發生變異無法正常長晶，結果降低了半導體的單結晶化率。石英坩堝的直徑越大，氣泡個數越多，氣泡越大，單晶矽拉制時所需熱量和拉晶時間的越大，氣泡的膨脹程度越大， 越容易發生上述缺陷。目前採用的大直徑石英坩堝的製造方法中，石英砂熔融時周圍環境中的氣體(主要為氮氣和氧氣)容易混入，產生氣泡，在石英坩堝使用過程中上述氣泡膨脹破裂，降低了半導體單晶化成功率。

實用新型內容發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種操作簡便、結構合理的大直徑石英坩堝製造裝置，使生產的大直徑石英坩堝中氣泡直徑小、氣泡個數少，氣泡膨脹率低。技術方案為實現上述目的，本實用新型提供的一種大直徑石英坩堝製造裝置，包括金屬模具、真空泵、切換器，金屬模具設有內腔和外腔，內腔和外腔由通孔連接，外腔的底部連接有氣體導管，在真空泵和氣體導管之間設有切換器，切換器一邊連接氦氣供應源，金屬模具頂部設有封蓋，封蓋上方設有石墨電極。其中，石墨電極上設有遮熱板；外腔設有水循環裝置，可以對金屬模具進行冷卻； 通孔為臺階孔，通孔中設有石棉，防止石英砂洩漏。本實用新型所依據的原理為石英坩堝製造過程中產生氣泡的原因是原料石英砂的粒子間存在氮氣等氣體和鹼土金屬等雜質，為了減少氣泡個數，減小氣泡直徑，必須將它們去除。本實用新型採用氦氣對石英砂周圍環境中的氣體進行置換，由於氦氣的原子量小， 高溫環境下可以在熔融的石英玻璃層中流動，在高溫低壓的環境下容易從石英玻璃層中溢出，大大減少了氣泡產生的數量，使產生的氣泡直徑減小，而且由於氦氣為惰性氣體，可作為保護氣體使用，保證了使用過程中的安全性。[0009]有益效果與現有技術相比，本實用新型的一種大直徑石英坩堝製造裝置構思獨特、結構巧妙，操作簡單、方便，採用本實用新型的裝置製造的大直徑石英坩堝性能優異，具有氣泡直徑小、氣泡個數少並且氣泡膨脹率低的特點。

圖1本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1所示，本實用新型的一種大直徑石英坩堝製造裝置，包括金屬模具5、真空泵10和切換器11，金屬模具5設有內腔4和外腔6，內腔4和外腔6由通孔8連接，外腔6 的底部連接有氣體導管13，在真空泵10和氣體導管13之間設有切換器11，切換器11 一邊連接氦氣供應源12，金屬模具5頂部設有封蓋3，封蓋3上方設有石墨電極1。在本實施例中，石墨電極1上設有遮熱板2，外腔6設有水循環裝置7，可以對金屬模具5進行冷卻，在內腔4側面和底部和外腔6側面和底部設有多個通孔8，通孔8為臺階孔，通孔8中設有石棉，防止石英砂洩漏。本實用新型的一種大直徑石英坩堝製造裝置在使用時，包括以下步驟首先，使金屬模具5繞中心軸旋轉，打開水循環裝置7對金屬模具5進行冷卻，切換器11切換到真空泵模式，切換器11通過金屬模具5底部和側面的多個通孔8對金屬模具內腔4進行抽真空，同時向金屬模具內腔4中加入石英砂，由於離心力的作用，石英砂沿內腔內壁開始形成石英砂堆積層9，當石英砂加入一定量後，石英砂堆積層9完全形成。然後，石英砂堆積層9形成後，將封蓋3蓋在金屬模具5的上端開口處，同時繼續打開真空泵10進行抽真空，當金屬模具5中的壓強達到預定值時停止抽真空，切換器11切換到氦氣供應源12。氦氣供應源12通過金屬模具5底部和側部的多個通孔8向金屬模具 5中的石英砂堆積層9通入氦氣，氦氣佔據原先模具內氣體佔據的空間。最後，當金屬模具5內壓強到達1個大氣壓時，封蓋3移出，帶有遮熱板2的石墨電極1加熱裝置移入，石墨電極1通電產生電弧對金屬模具5內石英砂進行熔融，同時氦氣繼續供給，當石英砂表面形成熔融薄膜層時開始逐步減少氦氣的供應，直至最終停止氦氣的供應，此時氦氣的排氣口為石英砂堆積層9的上端。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種大直徑石英坩堝製造裝置，其特徵在於包括金屬模具(5)、真空泵(10)和切換器(11)，所述的金屬模具(5)設有內腔⑷和外腔(6)，所述的內腔(4)和外腔(6)由通孔 (8)連接，外腔(6)的底部連接有氣體導管(13)，在真空泵(10)和氣體導管(1 之間設有切換器(11)，所述的切換器(11)連接氦氣供應源(12)，所述的金屬模具( 頂部設有封蓋 ⑶，封蓋(3)上方設有石墨電極(I)0
2.根據權利要求1所述的大直徑石英坩堝製造裝置，其特徵在於所述的石墨電極上設有遮熱板(2)。
3.根據權利要求1所述的大直徑石英坩堝製造裝置，其特徵在於所述的外腔(6)設有水循環裝置(7)。
4.根據權利要求1所述的大直徑石英坩堝製造裝置，其特徵在於所述的通孔(8)為臺階孔，通孔(8)中設有石棉。
專利摘要本實用新型公開了一種大直徑石英坩堝製造裝置，包括金屬模具、真空泵和切換器，金屬模具設有內腔和外腔，外腔的底部連接有氣體導管，在真空泵和氣體導管之間設有切換器，本實用新型主要是在旋轉的模具內用石墨電極間的電弧放電來使石英砂融化，使坩堝成型。本實用新型構思獨特、結構巧妙，操作簡單、方便，使用本實用新型的裝置製造的大直徑石英坩堝性能優異，具有氣泡直徑小、氣泡個數少並且氣泡膨脹率低的特點。
文檔編號C03B20/00GK202089888SQ20112015024
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月12日 優先權日2011年5月12日
發明者李鵬飛, 金軍 申請人:江蘇華爾光電材料股份有限公司