用於加熱熔煉坩堝的加熱元件的製作方法

2023-11-04 11:06:32 1

專利名稱：用於加熱熔煉坩堝的加熱元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用於加熱熔煉坩堝的加熱元件。
附

圖1a給出了一種已知的通用型加熱元件的縱剖圖，附圖1b給出了它的橫剖圖。這種加熱元件具有圓筒狀筒體1。且通常是用石墨製成的，例如，在用坩堝拉制由半導體材料組成的單晶時需要用到這種加熱元件。在所說的圓筒體上每隔一段距離有一狹長形切口2，這些切口交替地分別由筒體的上邊緣或下邊緣切向各自的相對邊緣，但並未切及到邊緣。這些切口將筒體分成了一個個尚有一部分相連的分割段，這些分割段也被稱為波形段3。每一波形段又被切口不完全地分成了左右兩個半波形段3a。在靠近所說的加熱元件的下邊緣處裝有至少兩個電源接頭4，使電源能夠與之相連。
加熱元件的直徑越到筒體的下邊緣可以越小，這樣，可以使加熱元件做成與欲加熱的熔煉坩堝的形狀相匹配的桶狀。附圖所示的是直徑不變的實例類型。
為了保證坩堝中的內容物儘可能均勻地接受加熱元件熱輻射的加熱，通常加熱元件的上邊緣是伸出熔煉坩堝上邊緣外的。在由半導體材料，尤其是矽所組成的單晶生長過程中，經常可以觀察到有熔融的半導體材料從坩堝中飛濺到加熱元件的表面上。伸出坩堝邊緣的這段加熱元件邊緣尤其會受此影響，這是因為在一定的摻雜條件(doping ondition)下，熔融的材料是有可能從坩堝中飛濺出來的。另外，由坩堝逃逸出的氣態半導體材料很容易重新冷凝在加熱元件的邊緣。當為矽時，所說的這些沉積物可以與加熱元件的石墨起反應生成碳化物相(carbidic phase)，由於熱膨脹係數不同，所說的碳化物相能夠使加熱元件產生應力。這類應力通常是靠從加熱元件上剝落下一部分，掉落入晶體正在生長的熔煉坩堝中而消除的。而在坩堝中它們會明顯地幹擾單晶的無位錯生長。在更糟的情況下，因為這類事故甚而有必要終止晶體生長。另外，加熱元件上的部分物質重複剝落也會大大降低它的使用壽命，以致不得不及早更換一個新的。由於半導體材料的額外冷凝，特別是在加熱元件的下邊緣附近冷凝，從而減小了波形段之間的切口寬度和/或減小了加熱元件與系統中相鄰部件的間隙，使得電飛弧變得更加頻繁而進一步不利於晶體的無破壞生長和加熱元件的使用壽命。
因此，本發明的目的是開發一種損耗較小且更適於晶體生長的改進型加熱元件。
本發明的目的是通過以下的一種用於加熱熔煉坩堝的加熱元件實現的該加熱元件包括一被切口6分成了若干波形分割段的圓形筒體5，其中波形段7側表面之間的過渡區為圓形。
附圖簡要說明如下圖1a和圖1b分別為已知的通用型加熱元件的縱剖圖和橫剖圖。
本發明的加熱元件繪製在附圖2a(縱剖圖)和2b(橫剖圖)中。圖2c為圖2b的局部放大圖。
圓筒體5上有縱向狹長切口6，這些切口交替地分別由上邊緣和下邊緣切向各自的相對邊緣，形成典型的並列波形形狀7(附圖2a)。在筒體的下邊緣區中至少兩點處有電源接頭8伸出波形段。在該加熱元件操作過程中，電源接頭與電源相連。
每一波形段的兩個側面間的過渡區是具有半徑r的圓形，這樣使波形無稜角(附圖2c)。從波形段7的縱剖面看，在筒體5上下邊緣處的橫截面的周邊9分別為圓弧形(附圖2a)。這使得邊緣輪廓具有花樣外觀。圓弧形的曲率半徑R最好等於或約等於半波形7a的橫截面長度L。從波形段的橫剖面看，截面的周邊10隻具有直線或曲線部分(附圖2b)。
為了生產本發明的加熱元件，可以將適宜尺寸的成形品如石墨塊或石墨筒通過例如衝孔、切割、磨削、銑削等機加工成形。首先，用成形的實心體加工出筒圓體，然後在筒體上做切口，這樣即分成了若干個波形分割段。最後，使波形段的鄰接側面間的帶角過渡區變為圓形，並且除去相對于波形段縱剖面而言的筒體上下邊緣處的多餘材料以達到預期設想的圓形。在本發明的說明書中，即使在數控工具機上進行機加工但在足夠高的解析度下仍可以分辨出所產生的曲面是梯形水平變化的那些情況中，邊界也同樣被視為是圓形的。
只要具有必要的電源接頭，本發明的加熱元件即可特別有益於用作電阻加熱器來加熱製備半導體材料尤其是矽的單晶的熔煉坩堝。具有本發明特徵的加熱元件其特點在於所產生的加熱區具有特別均勻的溫度分布。在拉制由半導體材料組成的單晶時使用這種加熱元件可以減少可能由加熱元件的故障而直接或間接引起的晶體生長被破壞的次數。以無位錯單晶可達到的長度計，使用本發明的加熱元件可以提高產率。另外，根據初步試驗，更換加熱元件後的平均操作壽命比常規加熱元件的壽命要長兩倍多。
權利要求
1.一種用於加熱熔煉坩堝的加熱元件，該加熱元件包括一被切口(6)分成了若干波形分割段的圓形筒體(5)，其中波形段(7)側表面之間的過渡區為圓形。
2.根據權利要求1的加熱元件，其中在通過波形段(7)縱剖面並分別位於筒體(5)上下邊緣的橫截面的周邊(9)是曲率半徑R等於或約等於半波形段(7a)的橫截面長度L的圓弧形。
3.根據權利要求1或2的加熱元件，其中在通過波形段(7)的橫剖面上的橫截面的周邊(10)只具有直線或曲線部分。
4.根據權利要求1-3任一項的加熱元件，其中波形段(7)是用石墨製成的。
5.權利要求1-4任一項的加熱元件在半導體材料特別是矽的單晶生長時加熱熔煉坩堝中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種用於加熱熔煉坩堝的加熱元件，該加熱元件包括被切口分成了若干個波形分割段的圓筒體。為了開發損耗少且適於單晶生長的改進型加熱元件，本發明提出把波形段的側面間的過濾區做成圓形。
文檔編號F27D11/02GK1115843SQ9510769
公開日1996年1月31日 申請日期1995年6月20日 優先權日1994年7月1日
發明者彼得·弗爾茲曼 申請人:瓦克矽電子半導體材料有限公司