[发明专利]半导体级硅单晶炉主加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨加热器，尤其是一种用于硅单晶炉的能够满足半导体级硅单晶生长所需梯度温度场条件的一种石墨加热器。

背景技术

单晶硅是具有基本完整的点阵结构的晶体，是一种良好的半导体材料，纯度可达到99.9999999%以上，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及芯片产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位，处于新材料发展的前沿。

半导体级硅单晶炉是单晶硅产业链中重要的晶体生长设备，由于半导体级硅单晶体是在高温的条件下缓慢生长而成的，需要良好的温度梯度控制以形成冷心，同时需要均匀稳定的温度场以实现单晶体的稳定生长，因此主加热器的结构稳定性、温度梯度可控基础至关重要。目前，硅单晶炉的主加热器大多未设置加热器腿和辅助支撑柱，而是在主发热体上延伸出安装支撑面，设计结构简单，无法对主加热器形成可靠、稳定的支撑，且一旦安装支撑面发生损坏，主加热器将无法使用，寿命低。同时因材质力学性能及纯度较低，现有的主加热器严重影响硅单晶的生产质量与效率。因此，传统硅单晶炉的主加热器只适用于太阳能级硅单晶的生长，且晶体常因热场紊乱、污染等问题产生大量杂质，晶体纯度及成品率较低，严重影响高纯度硅单晶的生产效率。

目前，在半导体级硅单晶炉中采用四点对称支撑式环形筒状结构主加热器，增大发热面积，通过加热器腿和辅助支撑柱对主发热体形成四点支撑，并通过设置定位台阶、定位销孔、支撑柱绝热子、垫片、绝缘块等措施以实现均匀、稳定温度场的方案未见诸报道

发明内容

本发明的目的在于：针对现有硅单晶炉的主加热器结构稳定性差、寿命低、材质力学性能和纯度底，致使硅单晶生长成品率低、纯度低、质量不高等一系列问题，提供一种性能可靠的用于半导体级硅单晶生长的主加热器。

本发明的目的是这样实现的：一种用于半导体级硅单晶炉的主加热器，包括主发热体、主加热器腿、辅助支撑柱和连接螺栓，其特征在于：

a)主发热体为筒状结构，其筒壁设有由上而下的应力缓冲槽和由下而上的应力缓冲槽的应力缓冲槽，它们均匀分布且相间设置，各应力缓冲槽末端均设有应力圆孔，主发热体还对称设有电接触安装面和一对辅助支撑安装面，其中，一对电接触安装面相距180弧度，一对辅助支撑安装面相距180弧度，电接触安装面与相邻的辅助支撑安装面相距90弧度；

b)两个主加热器腿上均设置有定位台阶、定位销孔和三个连接螺栓孔，它们通过定位台阶和定位销孔与主发热体的电接触安装面定位后，通过三个连接螺栓与电接触安装面紧固连接；

c)两个圆柱形辅助支撑柱上均设置有定位台阶、定位销孔和一个连接螺栓孔，它们通过定位台阶和定位销孔与辅助支撑安装面定位后，通过一个连接螺栓与辅助支撑安装面紧固连接；

d)两个主加热器腿分别主发热体的直流电源的阳极和阴极输入端。

在本发明中，辅助支撑柱的圆柱形内设置有盲孔，支撑柱绝热子装配于辅助支撑柱的盲孔中，辅助支撑柱的底端配有绝缘块。所述的支撑柱绝热子采用固化碳毡制作，固化碳毡需经高温纯化处理，其纯度要求为20 ppm；所述的绝缘块的材料为氮化硼。

在本发明中，主加热器腿与主发热体的电接触安装面之间配有导电垫片。所述的导电垫片为石墨纸，石墨纸需经高温纯化处理，其纯度为5 ppm。

在本发明中，所述的主发热体、加热器腿、辅助支撑柱、连接螺栓和定位销均采用高强度等静压石墨制作。所述的石墨需经高温纯化处理，其纯度要求为5 ppm。

本发明的优点在于：由于主发热体采用环形筒状结构，筒壁设有由上而下的应力缓冲槽和由下而上的应力缓冲槽的应力缓冲槽可以有效吸收工作中产生的应力。由于在加热器腿和辅助支撑柱上设置定位台阶和定位销孔，并通过连接螺栓固定，主发热体通过加热器腿、辅助支撑柱形成的四点对称支撑，定位可靠且支撑稳定。由于主加热器腿与主发热体的电接触安装面之间配有导电垫片可以防止工作中打火，由于辅助支撑柱的圆柱形内设置有盲孔，支撑柱绝热子装配于辅助支撑柱的盲孔中，辅助支撑柱的底端配有绝缘块，可以确保辅助支撑柱隔热和绝缘。由于加热器采用高纯度石墨、固化碳毡和石墨纸等材料，大大减少了对炉内污染，提高了硅单晶的质量。本发明结构紧凑，使用寿命较长，便于拆装和维修。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的I局部放大示意图。