CN102505145B - 石墨预热片、半导体预热装置、硅芯炉及磷检炉 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种石墨预热片及半导体预热装置，所述石墨预热片包括本体，所述本体上设置有多个通孔。所述半导体预热装置，位于硅芯炉内部，包括高频线圈和与所述高频线圈同轴设置的石墨预热片。本发明实施例还提供了一种使用该半导体预热装置的硅芯炉和磷检炉。本发明实施例的石墨预热片可以使高频线圈发出的磁线穿过通孔到达母料，使母料在温度有一定程度升高变成导磁体后，产生涡流效应，从而使母料快速地熔化。

Description

石墨预热片、半导体预热装置、硅芯炉及磷检炉

技术领域

本发明涉及一种制备半导体的设备及其配件，尤其涉及一种石墨预热片、半导体预热装置、硅芯炉及磷检炉。

背景技术

在直拉法或区熔法制备硅芯等半导体材料时，通常需要先将原生多晶硅棒或直拉多晶硅棒等母料进行熔化。目前常用的熔化加热方法是电感应加热，即，用高频线圈进行加热使其熔化。但由于硅为半导体，在常温下不导电，在高频磁场中不会产生涡流，只有将其加热至温度升高到一定值，使硅成为导磁体时，方可产生涡流效应而发热熔化。这种在对母料进行加热升温的过程称为预热。

传统技术中，预热的方法主要有两种，图1和图2所示分别为这两个方法所采用的装置示意图。

第一种为滴熔法，此法主要用于一次拉制单根硅芯的情形。参见图1，包括籽晶固定装置，其中，籽晶1’就是在直拉法或区熔法中，用来使已熔化的母料2’沿预定晶体结构生长的细小硅棒。籽晶固定装置包括石墨套3’，石墨为导体，在靠近高频线圈4’时会产生涡流效应发热，当热量达到一定程度，可以将籽晶1’加热变红，籽晶1’加热变红后熔化，熔液滴在母料2’上，通过熔液的热传递对母料2’进行预热。

第二种为石墨圆片预热法，此法主要用于一次拉制多根硅芯的情形。参见图2，石墨套3’’中固定有多个籽晶1’’，在高频线圈4’’和母料2’’之间放置一石墨圆片5’’，用钼丝将石墨圆片3’’与炉膛操作杆（未图示）连接起来。由于石墨圆片5’’的导磁性，在高频线圈4’’下能很快发热，通过向母料2’’辐射或传递热量从而将母料2’’加热，使之成为导磁体。之后用炉膛操作杆拉走石墨圆片5’’，再用高频磁场将母料2’’继续加热直至熔化。

以上现有的预热方法均存在较大的缺陷：

一、    上述两种方法采用的是热传递或热辐射的方式，不仅加热速度慢，而且能量利用率低。

二、    方法二的预热效果难以及时确认，即难以实时发现是否达到预定状态。

三、    方法一只适用于一次拉制单根硅芯时的预热，而方法二虽然可以用于一次拉制多根硅芯的硅芯炉中母料的预热，但钼丝易于熔断，造成可靠性降低。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种石墨预热片、半导体预热装置和使用该装置的硅芯炉、磷检炉，可有效克服上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明实施例首先提供一种石墨预热片，所述石墨预热片包括本体，所述本体上设置有多个通孔。

其中，所述本体为圆片状结构，所述多个通孔在靠近所述本体的边缘处密集，在靠近所述本体的圆心处稀疏。

其中，所述石墨预热片还包括操纵柄，所述操纵柄与所述本体连接且该二者处于同一平面内。

相应地，本发明实施例还提供一种半导体预热装置，其位于硅芯炉内部，包括高频线圈；还包括与所述高频线圈同轴设置的石墨预热片，所述石墨预热片包括本体，所述本体上设置有多个通孔。

其中，所述本体为圆片状结构，所述多个通孔在靠近所述本体的边缘处密集，在靠近所述本体的圆心处稀疏。

其中，所述石墨预热片还包括操纵柄，所述操纵柄与所述本体连接且该二者处于同一平面内。

其中，所述半导体预热装置还包括预热片抽离装置，所述预热片抽离装置包括控制杆，所述控制杆一端与所述硅芯炉，另一端与所述石墨预热片固定连接。

其中，所述高频线圈连接有一功率监测仪，可实时监测所述高频线圈的输出功率。

同时，本发明实施例还提供了一种单次可拉制多根硅芯的硅芯炉，包括籽晶固定装置和炉体，所述硅芯炉还包括上述半导体预热装置，炉体内放置有棒状母料，所述半导体预热装置位于所述籽晶固定装置和母料之间，用于对所述母料预热。

此外，本发明实施例还提供了一种磷检炉，包括炉腔和上述半导体预热装置，炉腔内放置有棒状硅料，所述半导体预热装置位于所述炉腔内，对炉腔内的硅料进行预热。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例的半导体预热装置中，石墨预热片不仅可以将自身涡流产生的热量传递至半导体母料中，而且采用石墨预热片中间穿孔的方法，可以使高频线圈发出的磁线穿过通孔到达母料，使母料在温度有一定程度升高变成导磁体后，产生涡流效应，从而使母料快速地熔化。

本发明实施例的硅芯炉和磷检炉，由于采用了上述半导体预热装置，因而具有与上述半导体预热装置所具有的相同优势。此外，本发明的硅芯炉和磷检炉中，高频线圈还连接有功率监测仪，可用于实时监测高频线圈的输出功率，当母料达到一定温度产生涡流后，高频线圈的输出功率明显增大，这样便可用于对母料的预热效果进行实时监测，以便及时将石墨预热片抽离，避免能源浪费。而且，磷检炉中，由于半导体预热装置不再需要与待检验母料进行直接接触，可以避免母料被污染，从而保证了检验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施范例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一次制备单根硅芯的预热装置示意图；

图2是现有技术中一次制备多根硅芯的预热装置示意图；

图3是本发明一实施例中半导体预热装置的结构示意图；

图4是图3中石墨预热片的结构示意图；

图5是本发明另一实施例中半导体预热装置的结构示意图；

图6是本发明又一实施例中硅芯炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例首先提供一种半导体预热装置，用于在半导体制备过程中对半导体母料进行预热。本实施例及其它实施例将以硅为例详细说明本发明半导体预热装置的结构和功能特点。需要说明的是，本预热装置同样适于对锗等半导体材料的预热，此处不再详述。

参照图3所示，本实施例的半导体预热装置1，设置在硅芯炉内部，包括高频线圈11，还包括与高频线圈11同轴设置的石墨预热片12，石墨预热片12置于高频线圈11的下沿，但不与高频线圈11相接触。

如图4所示，石墨预热片12包括圆形片状的本体121，本体121上设置有多个圆形通孔122，且上述通孔122在靠近本体121的边缘处较为密集，在靠近本体121的圆心处则较为稀疏。石墨预热片12的本体121的直径优选为略小于高频线圈11的外径或相等，既充分利用高频线圈11所产生的磁场，又不会因本体121过大而延长预热时间。石墨预热片12还可以设置有一个操纵柄123，操纵柄123与本体121连接且该二者处于同一平面内。

本实施例的半导体预热装置1不仅可以将自身涡流效应产生的热量传递至半导体母料3中，而且采用石墨预热片12中间穿孔的方法，可以使高频线圈11发出的磁线能透过通孔122到达母料3，母料3在温度有一定程度升高后，变成导磁体并产生涡流效应。从而使母料3可以快速地熔化，大大缩短了预热时间。

实施例二：

参照图5所示，本实施例再提供另一种半导体预热装置10，其与实施例一中所述的半导体预热装置1的不同之处在于，本实施例的半导体预热装置10还包括预热片抽离装置20，预热片抽离装置20包括一控制杆13，该控制杆13的一端伸出硅芯炉之外，另一端与石墨预热12片上所设置的操纵柄123相连接，通过控制杆13将石墨预热片12抽离硅芯炉。

此外，本实施例的半导体预热装置10中，高频线圈11上连接有一功率监测仪14，用于实时监测高频线圈11的输出功率，当母料3达到一定温度后，变成导磁体，并产生涡流效应，高频线圈11的输出功率将明显增大，这样，通过观察功率监测仪14，便可对母料3的预热效果进行实时确认，以便使用上述预热片抽离装置20及时地将石墨预热片12从硅芯炉中抽离，继续由高频线圈11对母料3直接进行加热，直到母料3熔化，避免能源的浪费。

以上所述可以看出，本实施例的半导体预热装置10不仅可实时准确地监测到预热效果，还可以在到达满意的预热效果时，及时地将石墨预热片12抽离硅芯炉，而且，由于预热片抽离装置20采用控制杆13与石墨预热片12的操纵柄121直接连接，避免了传统技术中采用钼丝将石墨预热片12抽离时易发生断丝等现象，可大大提高操作的可靠性。

实施例三：

参照图6所示，本实施例提供一种单次可拉制多根硅芯的硅芯炉2，该硅芯炉2包括实施例二中所述的半导体预热装置10，还包括炉体21和籽晶固定装置。籽晶固定装置为一石墨套22，石墨套22上设置有多个可装设籽晶4的工位；炉体21内放置有棒状母料3。本实施例的硅芯炉2中，半导体预热装置10位于石墨套22和母料3之间，三者处于同一铅直线上。母料3直立地放置或被固定在炉体21内，并位于石墨预热片12的正下方。

如前文所述，籽晶4就是在直拉法或区熔法中，用来使已熔化的母料3沿籽晶4并以与籽晶4相同的晶体结构生长成硅芯的细小硅棒，母料3通常是用来为硅芯的生长提供原料的原生多晶硅棒或直拉多晶硅棒料。本实施例的硅芯炉2既可以采用直拉法制备硅芯，也可以采用区熔法制备硅芯。

采用本实施例的半导体预热装置10对母料3进行预热，可参照以下步骤：

S1、将母料3放置或固定在炉体21内；

S2、调整好预热片抽离装置20，使石墨预热片12尽量处于水平面内；

S3、安装籽晶固定装置，将籽晶4装夹在石墨套22上，并使籽晶4的下端平齐；

S4、调节好籽晶4、高频线圈11、石墨预热片12及母料3之间的距离，使石墨预热片12与高频线圈11同轴设置，且靠近高频线圈11的下沿，并尽量使石墨套22、高频线圈11、石墨预热片12及母料3处于同一铅直线上；

S5、封闭硅芯炉2，高频线圈11通电，预热开始；

S6、若功率监测仪14显示高频线圈11的输出功率明显增大，则在硅芯炉2外，通过预热片抽离装置20将石墨预热片12抽离或拨离。

S7、母料3预热完成。

待到母料3完全熔化后，便可降下籽晶固定装置，将籽晶浸入到母料中，开始进行硅芯的制备。

当然，上述所列步骤仅作为参考，可以根据实际情况作一些适应性改变。比如，可以将半导体预热装置10固定在炉体21上，便石墨预热片12与高频线圈11及与母料3之间的距离保持恒定，这样，每次预热时，便不必再调节籽晶4、高频线圈11、石墨预热片12及母料3之间的距离，只需将母料3做成一定高度的棒状即可。因而可在预热前的安装步骤中简化步骤、节省时间。

采用本实施例的硅芯炉2，不仅可以快速地将母料3预热，而且预热效果可以实时监测，当发现达到预定的预热效果时，可及时将石墨预热片12抽离，继续由高频线圈11对母料3直接加热，加快母料3的熔化，以节省电能。

实施例四：

本发明实施例还提供一种磷检炉（未图示，可参考图6所示），该磷检炉包括与实施例二中相同的半导体预热装置，该半导体预热装置位于磷检炉的炉腔内，用于对待检验的硅多晶棒进行预热。磷检炉中采用半导体预热装置将待检验的硅多晶棒进行预热的步骤与实施例三所述的相似，此处不再赘述。

同实施例三所述硅芯炉一样，本实施例的磷检炉也具有预热时间短，预热效果可以实时监测及达到预定预热效果时可及时将石墨预热片抽离的优点。此外，本实施例的磷检炉与现有技术相比，由于半导体预热装置不再需要与待检验的硅多晶棒直接接触，因而避免了母料被污染，保证了检验的准确性。

综上所述，本发明实施例所提供的半导体预热装置具有预热速度快，节省能源的优点。本发明实施例所提供的硅芯炉和磷检炉具有可对母料的预热效果进行实时监测，以便及时将石墨预热片抽离，避免了能源浪费等优点，可大量推广使用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半导体预热装置，位于硅芯炉内部，包括高频线圈，其特征在于：还包括与所述高频线圈同轴设置的石墨预热片，所述石墨预热片包括本体，所述本体上设置有多个通孔，所述石墨预热片置于所述高频线圈的下沿，但不与高频线圈相接触。

2.如权利要求2所述的半导体预热装置，其特征在于：所述本体为圆片状结构，所述多个通孔在靠近所述本体的边缘处密集，在靠近所述本体的圆心处稀疏。

3.如权利要求2所述的半导体预热装置，其特征在于：所述石墨预热片还包括操纵柄，所述操纵柄与所述本体连接且该二者处于同一平面内。

4.如权利要求2所述的半导体预热装置，其特征在于：所述半导体预热装置还包括预热片抽离装置，所述预热片抽离装置包括控制杆，所述控制杆一端伸出所述硅芯炉，所述控制杆的另一端与所述石墨预热片固定连接。

5.如权利要求2所述的半导体预热装置，其特征在于：所述高频线圈连接有一功率监测仪，可实时监测所述高频线圈的输出功率。

6.一种单次可拉制多根硅芯的硅芯炉，包括籽晶固定装置和炉体，其特征在于：所述硅芯炉还包括如权利要求1～5任一项中所述的半导体预热装置，炉体内放置有棒状母料，所述半导体预热装置位于所述籽晶固定装置和母料之间，石墨预热片置于高频线圈的下沿，但不与高频线圈相接触，对所述母料进行预热。

7.一种磷检炉，包括炉腔和籽晶固定装置，炉腔内放置有棒状硅料，其特征在于：还包括半导体预热装置，所述半导体预热装置设置于所述炉腔内，所述半导体预热装置位于所述籽晶固定装置和硅料之间，对所述硅料进行预热，所述半导体预热装置包括高频线圈，和与所述高频线圈同轴设置的石墨预热片，所述石墨预热片包括本体，所述本体上设置有多个通孔，所述石墨预热片置于所述高频线圈的下沿，但不与高频线圈相接触。