專利名稱：低能耗單晶熱場的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種硅晶生長的熱場結構，尤其是一種低能耗單晶熱場。
背景技術：
半導體硅單晶生長中，大約85%是采用直拉法制造。在這樣方式中，多晶硅被 裝進石英坩堝中，加熱融化，然后，將熔硅略作降溫，給予一定的過冷度，把一支特定 晶向的硅單晶體(籽晶)與熔體硅接觸，通過調整熔體的溫度和籽晶向上提升速度，使籽 晶體長大至目標直徑時，提高拉速，使單晶體近等直徑生長。在生長過程尾期，此時坩 堝內的硅熔體尚未完全消失，通過增加晶體的提升速度和調整向堝的供熱量將晶體直徑 逐漸減少而形成一個錐形，收尖后即可與熔體脫離，進而完成整個長晶過程。在整個熔 化和長晶過程中，需要構建一個1400°C左右的高溫環(huán)境，與環(huán)境溫度存在巨大的溫差， 因而存在巨大的熱量損失，需要對熱系統進行設計，盡可能的減少系統的熱損失，降低 能耗，節(jié)約生產成本。生產單晶硅的熱場結構，多諸多相似之處，均是根據自己的使用 條件對熱場局部做調整。但能耗、拉晶速度、氣流分布等熱場參數仍然存在較大的優(yōu)化 空間。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠提高拉制單晶硅棒的拉晶速 度，降低能耗，縮短生產周期的低能耗單晶熱場。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種低能耗單晶熱場，包括 爐體，所述的爐體內壁之上而下依次設置有頂保溫層、上保溫筒、主保溫筒、排氣口、 底保溫層和爐底保溫層，所述的爐體內腔中心設置有支撐軸，支撐軸上具有坩堝托盤， 所述的坩堝托盤上依次托有支撐坩堝和石英坩堝，所述的石英坩堝內盛放有將單晶硅體 融化的熔融硅，所述的上保溫筒內具有上保溫層，所述的主保溫筒內設置有主保溫層， 所述的主保溫筒與支撐坩堝之間設置有加熱器，所述的頂保溫層連接有熱屏隔熱層，所 述的熱屏隔熱層的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。進一步具體的說，本實用新型所述的上保溫層內徑與支撐坩堝外徑之間的間隙 為15 25mm，所述的上保溫層下沿與加熱器上沿的距離為20 50mm，所述的底保溫 層上表面不超過爐體上的排氣口下沿，厚度為60 80mm，所述的熱屏隔熱層上端最小 處的厚度為IOmm 20mm。本實用新型的有益效果是，解決了背景技術中存在的缺陷，增加導熱筒夾層的 厚度，增加高溫硅熔體向上的傳熱熱阻，進而增加靠近結晶界面處的晶體中的縱向溫度 梯度，從而提高拉晶速度；減少上保溫筒內壁直徑，增加上保溫筒的保溫層厚度，使其 阻擋加熱器向上的散熱器，降低功耗；增強爐底保溫，減少熱區(qū)空間。不僅提高單晶硅 棒的拉晶速度20%，而且降低能耗20%以上。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的優(yōu)選實施例的結構示意圖；圖中1、爐體；2、頂保溫層；3、上保溫層；4、熱屏隔熱層；5、上保溫 筒；6、加熱器；7、主保溫層；8、主保溫筒；9、坩堝托盤；10、排氣口； 11、底保 溫層；12、爐底保溫層；13、支撐軸；14、單晶硅棒；15、石英坩堝；16、支撐坩堝； 17、熔融硅。
具體實施方式
現在結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為 簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型 有關的構成。如圖1所示的一種低能耗單晶熱場，包括爐體1，所述的爐體1內壁之上而下依 次設置有頂保溫層2、上保溫筒5、主保溫筒8、排氣口 10、底保溫層11和爐底保溫層 12，所述的爐體1內腔中心設置有支撐軸13，支撐軸13上具有坩堝托盤9，所述的坩堝 托盤9上依次托有支撐坩堝16和石英坩堝15，所述的石英坩堝15內盛放有將單晶硅體融 化的熔融硅17，所述的上保溫筒5內具有上保溫層3，所述的主保溫筒8內設置有主保溫 層7，所述的主保溫筒8與支撐坩堝16之間設置有加熱器6，所述的頂保溫層2連接有熱 屏隔熱層4，所述的熱屏隔熱層4的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。本實用新型將底保溫層11的厚度增加到與排氣口 10下沿位置。上保溫筒5內 徑與加熱器6內徑相當，從而增加上保溫層厚度。增加熱屏下端的厚度，最大處增至 50mm左右，且熱屏下端為圓弧平滑過渡，減少氣流阻力。熱屏上端，其內部的保溫層 厚度不低于10mm。按照本實用新型的設計思路，對以上熱場進行實驗表明拉制6in單 晶硅棒時，平均拉晶速度可達1.5mm/min以上。拉制8in單晶硅棒時，平均拉晶速度可 達1.2mm/min以上。能耗由傳統熱場的60 80kw，降低至45 55kw，降低20%以 上。同時，由于熱屏與上保溫筒直徑的空間變小，氣流速度加快，減少了氣流中所攜帶 的揮發(fā)份在該處的沉積，使得熱場的清潔更為方便。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實 用新型的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書后可以對以 前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質和范圍。
權利要求1.一種低能耗單晶熱場，包括爐體(1)，其特征在于所述的爐體(1)內壁之上而下 依次設置有頂保溫層(2)、上保溫筒(5)、主保溫筒(8)、排氣口(10)、底保溫層(11)和 爐底保溫層(12)，所述的爐體⑴內腔中心設置有支撐軸(13)，支撐軸(13)上具有坩堝 托盤(9)，所述的坩堝托盤(9)上依次托有支撐坩堝(16)和石英坩堝(15)，所述的石英 坩堝(15)內盛放有將單晶硅體融化的熔融硅(17)，所述的上保溫筒(5)內具有上保溫層(3)，所述的主保溫筒(5)內設置有主保溫層(7)，所述的主保溫筒(8)與支撐坩堝(16) 之間設置有加熱器(6)，所述的頂保溫層(2)連接有熱屏隔熱層(4)，所述的熱屏隔熱層(4)的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。
2.如權利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的上保溫層(3)內徑與支 撐坩堝(16)外徑之間的間隙為15 25mm。
3.如權利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的上保溫層(3)下沿與加 熱器(6)上沿的距離為20 50mm。
4.如權利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的底保溫層(11)上表面 不超過爐體(1)上的排氣口(10)下沿，厚度為60 80mm。
5.如權利要求1所述的低能耗單晶熱場，其特征在于所述的熱屏隔熱層(4)上端最 小處的厚度為IOmm 20mm。
專利摘要本實用新型涉及一種低能耗單晶熱場，包括爐體，所述的爐體內壁之上而下依次設置有頂保溫層、上保溫筒、主保溫筒、排氣口、底保溫層和爐底保溫層，所述的爐體內腔中心設置有支撐軸，支撐軸上具有坩堝托盤，所述的坩堝托盤上依次托有支撐坩堝和石英坩堝，所述的石英坩堝內盛放有將單晶硅體融化的熔融硅，所述的上保溫筒內具有上保溫層，所述的主保溫筒內設置有主保溫層，所述的主保溫筒與支撐坩堝之間設置有加熱器，所述的頂保溫層連接有熱屏隔熱層，所述的熱屏隔熱層的下端寬度大于上端寬度且下端為圓弧平滑過渡。采用本實用新型不僅提高單晶硅棒的拉晶速度20％，而且降低能耗20％以上。
文檔編號C30B15/14GK201793813SQ201020545080
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者張志強, 黃強, 黃振飛 申請人:常州天合光能有限公司