專利名稱：一種大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英坩堝的制造裝置及制造方法，具體涉及一種大直徑石英坩堝的制造裝置及制造方法。
背景技術(shù)：
石英坩堝主要用于單晶硅拉制過程中半導(dǎo)體材料的融化。近年來，為了降低單晶硅拉制的成本，在單晶硅拉制技術(shù)方面作了許多改進(jìn)，使用的石英坩堝也要求向大直徑方向發(fā)展。大直徑石英坩堝使用時(shí)，需要融化的半導(dǎo)體材料變多，若采用原先加熱條件，需要更長的融化時(shí)間，總體拉制時(shí)間增加。為了縮短拉制時(shí)間，可以增大加熱器的供熱量，同時(shí)為了使大量的半導(dǎo)體材料融液保持規(guī)定的溫度，加熱器的供熱量應(yīng)該越多越好。但是，石英坩堝制造過程中混入的氣體產(chǎn)生氣泡，在單晶硅拉制高溫使用條件下， 石英坩堝內(nèi)部氣泡膨脹破裂，產(chǎn)生的石英玻璃碎片混入到硅融液中，形成二氧化硅的晶體(方石英)，方石英在硅融液中流動(dòng)附著在拉晶過程中的單晶硅端部，緊接著附著部分的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變異無法正常長晶，結(jié)果降低了半導(dǎo)體的單結(jié)晶化率。石英坩堝的直徑越大，氣泡個(gè)數(shù)越多，氣泡越大，單晶硅拉制時(shí)所需熱量和拉晶時(shí)間的越大，氣泡的膨脹程度越大，越容易發(fā)生上述缺陷。目前采用的大直徑石英坩堝的制造方法中，石英砂熔融時(shí)周圍環(huán)境中的氣體(主要為氮?dú)夂脱鯕?容易混入，產(chǎn)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(dǎo)體單晶化成功率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種操作簡便、結(jié)構(gòu)合理的大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法，使生產(chǎn)的大直徑石英坩堝中氣泡直徑小、氣泡個(gè)數(shù)少，氣泡膨脹率低。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種大直徑石英坩堝制造裝置，包括金屬模具、真空泵、切換器，金屬模具設(shè)有內(nèi)腔和外腔，內(nèi)腔和外腔由通孔連接，外腔的底部連接有氣體導(dǎo)管，在真空泵和氣體導(dǎo)管之間設(shè)有切換器，切換器一邊連接氦氣供應(yīng)源，金屬模具頂部設(shè)有封蓋，封蓋上方設(shè)有石墨電極。其中，石墨電極上設(shè)有遮熱板；外腔設(shè)有水循環(huán)裝置，可以對金屬模具進(jìn)行冷卻；通孔為臺階孔，通孔中設(shè)有石棉，防止石英砂泄漏。另外在本發(fā)明中，還提供了一種大直徑石英坩堝制造方法，包括以下步驟首先，向旋轉(zhuǎn)的金屬模具加入石英砂，金屬模具中形成堆積層后，蓋上封蓋；然后，對金屬模具外腔和內(nèi)腔進(jìn)行抽真空，當(dāng)金屬模具內(nèi)部達(dá)到預(yù)定的真空度時(shí)，對金屬模具內(nèi)部輸送氦氣 ’最后，當(dāng)金屬模具內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定值，打開封蓋，同時(shí)石墨電極開始放電，對模具內(nèi)腔的石英砂進(jìn)行熔融，氦氣繼續(xù)供給，當(dāng)石英砂表面形成熔融薄膜層時(shí)開始逐步減少氦氣的供應(yīng)，直至最終停止氦氣的供應(yīng)。
其中，金屬內(nèi)部壓力預(yù)定值為一個(gè)大氣壓。本發(fā)明所依據(jù)的原理為石英坩堝制造過程中產(chǎn)生氣泡的原因是原料石英砂的粒子間存在氮?dú)獾葰怏w和堿土金屬等雜質(zhì)，為了減少氣泡個(gè)數(shù)，減小氣泡直徑，必須將它們?nèi)コ?。本發(fā)明采用氦氣對石英砂周圍環(huán)境中的氣體進(jìn)行置換，由于氦氣的原子量小，高溫環(huán)境下可以在熔融的石英玻璃層中流動(dòng)，在高溫低壓的環(huán)境下容易從石英玻璃層中溢出，大大減少了氣泡產(chǎn)生的數(shù)量，使產(chǎn)生的氣泡直徑減小，而且由于氦氣為惰性氣體，可作為保護(hù)氣體使用，保證了使用過程中的安全性。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置構(gòu)思獨(dú)特、結(jié)構(gòu)巧妙，操作簡單、方便；本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝方法工藝流程簡單，可重復(fù)操作性強(qiáng)，適于流水線生產(chǎn)；采用本發(fā)明的裝置和方法制造的大直徑石英坩堝性能優(yōu)異，具有氣泡直徑小、氣泡個(gè)數(shù)少并且氣泡膨脹率低的特點(diǎn)。


圖I本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖I所示，本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置，包括金屬模具5、真空泵10和切換器11，金屬模具5設(shè)有內(nèi)腔4和外腔6，內(nèi)腔4和外腔6由通孔8連接，外腔6的底部連接有氣體導(dǎo)管13，在真空泵10和氣體導(dǎo)管13之間設(shè)有切換器11，切換器11 一邊連接氦氣供應(yīng)源12，金屬模具5頂部設(shè)有封蓋3，封蓋3上方設(shè)有石墨電極I。在本實(shí)施例中，石墨電極I上設(shè)有遮熱板2，外腔6設(shè)有水循環(huán)裝置7，可以對金屬模具5進(jìn)行冷卻，在內(nèi)腔4側(cè)面和底部和外腔6側(cè)面和底部設(shè)有多個(gè)通孔8，通孔8為臺階孔，通孔8中設(shè)有石棉，防止石英砂泄漏。本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造方法，通過利用上述裝置生產(chǎn)大直徑石英坩堝，包括以下步驟首先，使金屬模具5繞中心軸旋轉(zhuǎn)，打開水循環(huán)裝置7對金屬模具5進(jìn)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(cè)面的多個(gè)通孔8對金屬模具內(nèi)腔4進(jìn)行抽真空，同時(shí)向金屬模具內(nèi)腔4中加入石英砂，由于離心力的作用，石英砂沿內(nèi)腔內(nèi)壁開始形成石英砂堆積層9，當(dāng)石英砂加入一定量后，石英砂堆積層9完全形成。然后，石英砂堆積層9形成后，將封蓋3蓋在金屬模具5的上端開口處，同時(shí)繼續(xù)打開真空泵10進(jìn)行抽真空，當(dāng)金屬模具5中的壓強(qiáng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)停止抽真空，切換器11切換到氦氣供應(yīng)源12。氦氣供應(yīng)源12通過金屬模具5底部和側(cè)部的多個(gè)通孔8向金屬模具5中的石英砂堆積層9通入氦氣，氦氣占據(jù)原先模具內(nèi)氣體占據(jù)的空間。最后，當(dāng)金屬模具5內(nèi)壓強(qiáng)到達(dá)I個(gè)大氣壓時(shí)，封蓋3移出，帶有遮熱板2的石墨電極I加熱裝置移入，石墨電極I通電產(chǎn)生電弧對金屬模具5內(nèi)石英砂進(jìn)行熔融，同時(shí)氦氣繼續(xù)供給，當(dāng)石英砂表面形成熔融薄膜層時(shí)開始逐步減少氦氣的供應(yīng)，直至最終停止氦氣的供應(yīng)，此時(shí)氦氣的排氣口為石英砂堆積層9的上端。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于包括金屬模具(5)、真空泵(10)和切換器(11)，所述的金屬模具(5)設(shè)有內(nèi)腔⑷和外腔(6)，所述的內(nèi)腔(4)和外腔(6)由通孔(8)連接，外腔￠)的底部連接有氣體導(dǎo)管(13)，在真空泵(10)和氣體導(dǎo)管(13)之間設(shè)有切換器(11)，所述的切換器(11)連接氦氣供應(yīng)源(12)，所述的金屬模具(5)頂部設(shè)有封蓋(3)，封蓋(3)上方設(shè)有石墨電極(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的石墨電極上設(shè)有遮熱板(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的外腔(6)設(shè)有水循環(huán)裝置(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大直徑石英坩堝制造裝置，其特征在于所述的通孔(8)為臺階孔，通孔(8)中設(shè)有石棉。
5.一種大直徑石英坩堝制造方法，其特征在于包括以下步驟 首先，向旋轉(zhuǎn)的金屬模具(5)加入石英砂，金屬模具(5)中形成石英砂堆積層(9)后，蓋上封蓋⑶； 然后，對金屬模具外腔(6)和內(nèi)腔(4)進(jìn)行抽真空，當(dāng)金屬模具(5)內(nèi)部達(dá)到預(yù)定的真空度時(shí)，對金屬模具(5)內(nèi)部輸送氦氣； 最后，當(dāng)金屬模具(5)內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定值，打開封蓋(3)，同時(shí)石墨電極⑴開始放電，對金屬模具內(nèi)腔(4)的石英砂進(jìn)行熔融，氦氣繼續(xù)供給，當(dāng)石英砂表面形成熔融薄膜層時(shí)開始逐步減少氦氣的供應(yīng)，直至最終停止氦氣的供應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大直徑石英坩堝制造方法，其特征在于所述的金屬模具(5)內(nèi)部壓力預(yù)定值為一個(gè)大氣壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大直徑石英坩堝制造裝置及制造方法，該裝置包括金屬模具、真空泵和切換器，金屬模具設(shè)有內(nèi)腔和外腔，外腔的底部連接有氣體導(dǎo)管，在真空泵和氣體導(dǎo)管之間設(shè)有切換器；該方法主要是在旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)用石墨電極間的電弧放電來使石英砂融化，使坩堝成型。本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝制造裝置構(gòu)思獨(dú)特、結(jié)構(gòu)巧妙，操作簡單、方便；本發(fā)明的一種大直徑石英坩堝方法工藝流程簡單，可重復(fù)操作性強(qiáng)，適于流水線生產(chǎn)；采用本發(fā)明的裝置和方法制造的大直徑石英坩堝性能優(yōu)異，具有氣泡直徑小、氣泡個(gè)數(shù)少并且氣泡膨脹率低的特點(diǎn)。
文檔編號C03B20/00GK102775048SQ20111012227
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者李鵬飛, 金軍 申請人:江蘇華爾光電材料股份有限公司