CN111763990B - 一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器，包括：石墨环、安装在石墨环上的若干石墨杆、安装在若干石墨杆上的石墨电极盘、安装在石墨电极盘上的两个石墨电极、石墨螺钉、若干石墨螺帽。本发明采用石墨杆和石墨环的连接方式代替了整块石墨的电极，大幅度节省了加热器的材料，可有效降低加热器成本。同时，石墨电极是从上方进入热场，避免了挥发物落在石墨电极处，有效避免了打火的发生。本发明同时提供了该加热器的组装方法。

Description

一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器及组装方法

技术领域

本发明属于半导体硅材料晶体生长技术领域，尤其是晶体生长加热时采用的加热器。

背景技术

硅材料由于具有单方向导电性、热敏特性、光电特性以及掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度单晶体，且价格适中，故而成为全球应用广泛的重要集成电路基础材料。

半导体硅材料主要为单晶硅材料，按照应用场景划分，半导体硅材料可以分为芯片用单晶硅材料和蚀刻用硅材料。其中芯片用单晶硅材料是制造半导体器件的基础原材料，芯片用单晶硅材料经过一系列晶圆制造工艺形成极微小的电路结构，再经切割、封装、测试等环节成为芯片，并广泛应用于集成电路下游市场。

半导体级单晶硅长晶炉主要生产的是芯片用单晶硅材料，由于长晶炉价格高，特别是加热器材料采购价格高，周期长，为制约单晶炉生产的一个重要因素。现有技术中的加热器结构为整体加热器，通过将整块石墨加工成一个空心的石墨筒，再根据图纸需要进行切缝和细节加工。此方法需要准备一大块石墨，从中间掏空，中间掏空的部分可根据需要加工其他石墨件，此加工方式备料困难，整块石墨价格高，备料周期长，如果内部尺寸不合适，会造成大量材料的浪费。加工完成的加热器，由于占地面积大，在石墨纯化时，会占用大量纯化炉空间，进一步增加加热器成本。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

发明目的：本发明适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器，用分别加工生产的石墨材质的各个部件组装成整体的加热器，以代替现有技术中整块石墨加工而成的加热器，本发明提供的加热器能够大幅度降低设备成本，并降低加工周期。

本发明同时提供了该加热器的组装方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器，包括：

石墨环、安装在石墨环上的若干石墨杆、安装在若干石墨杆上的石墨电极盘、安装在石墨电极盘上的两个石墨电极、石墨螺钉、若干石墨螺帽；

所述石墨环上设有若干下螺纹孔，每个石墨杆的下端设有下外螺纹，且该外螺纹通过螺纹配合一一对应的安装在螺纹孔中；

所述石墨电极盘设有若干上穿孔，每个石墨杆的上端设有上外螺纹，且该上外螺纹的上方穿过上穿孔，一个石墨螺帽与一个上外螺纹穿过上穿孔的部分通过螺纹配合安装固定；石墨杆挂在石墨电极盘上；

每个石墨电极的下方设有石墨电极螺纹孔，石墨电极盘的两侧上均设有开孔，每个开孔均位于一个石墨电极螺纹孔下方，所述石墨螺钉自下而上穿过开孔并***石墨电极螺纹孔内形成螺纹配合固定。

进一步的，所述石墨电极为圆柱棒状结构，并对称的安装在石墨电极盘的两侧。

进一步的，每个石墨电极的下方设有若干个螺纹孔，每个石墨电极的下方安装有若干个石墨螺钉。

进一步的，所述石墨杆为棒状杆结构，且若干个石墨杆平行且均匀的安装在石墨环上。

进一步的，石墨螺帽为不通孔的螺帽，石墨螺帽的一端为螺纹孔，另外一端为盲板，石墨杆的上外螺纹无法从螺帽中穿出使每个石墨杆在石墨电极盘于石墨环之间部分的长度一致。

进一步的，所述石墨电极盘上设有若干收容石墨螺帽的凹槽，所述石墨螺帽定位在凹槽中。

本发明提供的上述加热器的组装方法，采用的技术方案包括以下步骤：

(1)、先将石墨电极盘固定在一个中空的工装平台上；

(2)、将石墨电极通过石墨螺钉固定在石墨电极盘上，安装石墨螺钉时，用扭力扳手旋紧石墨螺钉，通过扭力扳手使每个石墨螺钉受力一样；石墨电极和石墨电极盘中间用石墨纸间隔；

(3)、将石墨杆与石墨螺帽连接，通过扭力扳手使每个石墨螺帽和石墨杆的扭力一致；

(4)、将安装好的石墨杆穿入石墨电极盘上的通孔内，将石墨杆挂在石墨电极盘上；

(5)、将石墨环固定在石墨杆下方，用扭力扳手将石墨杆分别拧在石墨环上；

(6)、将石墨电极盘抬高，使石墨杆通过石墨螺帽挂在石墨电极盘上。

进一步的，在长晶中，通过调整石墨杆的长度和粗细，进行电阻的调整。

有益效果：相对于现有技术，本发明技术方案的优点为：

本发明采用石墨杆和石墨环的连接方式代替了整块石墨的电极，大幅度节省了加热器的材料，可有效降低加热器成本。同时，石墨电极是从上方进入热场，避免了挥发物落在石墨电极处，有效避免了打火的发生。在长晶中，可以通过调整石墨杆的长度和粗细，进行电阻的调整，有利于工艺改进。更换时，只需要更换石墨杆即可进行加热器电阻调整，可根据长晶需要的温度梯度和不同类型的半导体晶片进行加热器调整。

附图说明

图1是本发明中适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器的立体图。

图2是本发明中适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器的主视图。

具体实施方式

结合图1及图2所示，本发明公开一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器，包括：石墨环1、安装在石墨环1上的若干石墨杆2、安装在若干石墨杆2上的石墨电极盘3、安装在石墨电极盘3上的两个石墨电极4、石墨螺钉5、若干石墨螺帽6。所述石墨环1上设有若干下螺纹孔，每个石墨杆2的下端设有下外螺纹，且该外螺纹通过螺纹配合一一对应的安装在螺纹孔中。石墨电极盘3设有若干上穿孔。每个石墨杆2的上端设有上外螺纹，且该上外螺纹的上方穿过上穿孔。一个石墨螺帽6与一个上外螺纹穿过上穿孔的部分通过螺纹配合安装固定。石墨螺帽6为不通孔的螺帽，石墨螺帽6的一端为螺纹孔，另外一端为盲板，石墨杆的上外螺纹无法从螺帽中穿出，使每个石墨杆在石墨电极盘于石墨环之间部分的长度一致。由于石墨螺帽6的直径大于穿孔的直径，通过石墨螺帽6与石墨电极盘的相互干涉使石墨杆2挂在石墨电极盘3上。所述石墨电极盘上设有若干收容石墨螺帽6的凹槽，所述石墨螺帽6定位在凹槽中，通过凹槽的定位使石墨杆2不会晃动.如果石墨螺帽6与凹槽底部之间存在间隙，可用石墨线垫紧。所述石墨杆2为棒状杆结构，且若干个石墨杆2平行且均匀的安装在石墨环1上。在本实施方式中，石墨杆2数量通常为24-36根。

石墨电极4位于整个加热器结构内的最上方，使加热器电极能够从上方进入热场与石墨电极4连接，有效的避免了打火等情况的发生。所述石墨电极4为圆柱棒状结构，并对称的安装在石墨电极盘3的两侧且向上延伸。每个石墨电极4的下方设有石墨电极螺纹孔。石墨电极盘3的两侧上均设有开孔，每个开孔均位于一个石墨电极螺纹孔下方。所述石墨螺钉5自下而上穿过开孔并***石墨电极螺纹孔内形成螺纹配合固定。在本实施方式中，每个石墨电极4的下方设有3或4个螺纹孔，每个石墨电极4的下方安装有3或4个石墨螺钉。

本发明提供的上述加热器的组装方法，采用的技术方案包括以下步骤：

(1)、先将石墨电极盘3固定在一个中空的工装平台上。

(2)、将石墨电极2通过石墨螺钉5固定在石墨电极盘3上。安装石墨螺钉5时，用扭力扳手旋紧石墨螺钉5，通过扭力扳手使每个石墨螺钉5受力一样。石墨电极4和石墨电极盘3中间用石墨纸间隔。

(3)、将石墨杆2与石墨螺帽6连接，通过扭力扳手使每个石墨螺帽6和石墨杆2的扭力一致。

(4)、将安装好的石墨杆2穿入石墨电极盘3上的通孔内，将石墨杆2挂在石墨电极盘3上。

(5)、将石墨环1固定在石墨杆2下方，用扭力扳手将石墨杆2分别拧在石墨环1上。

(6)、将石墨电极盘3抬高，使石墨杆2通过石墨螺帽6挂在石墨电极盘3上。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种适用于半导体级单晶硅长晶炉的加热器，其特征在于，包括：石墨环、安装在石墨环上的若干石墨杆、安装在若干石墨杆上的石墨电极盘、安装在石墨电极盘上的两个石墨电极、石墨螺钉、若干石墨螺帽；

所述石墨环上设有若干下螺纹孔，每个石墨杆的下端设有下外螺纹，且该外螺纹通过螺纹配合一一对应的安装在螺纹孔中；

所述石墨电极盘设有若干上穿孔，每个石墨杆的上端设有上外螺纹，且该上外螺纹的上方穿过上穿孔，一个石墨螺帽与一个上外螺纹穿过上穿孔的部分通过螺纹配合安装固定；石墨杆挂在石墨电极盘上；

所述石墨杆为棒状杆结构，且若干个石墨杆平行且均匀的安装在石墨环上；石墨螺帽为不通孔的螺帽，石墨螺帽的一端为螺纹孔，另外一端为盲板，石墨杆的上外螺纹无法从螺帽中穿出使每个石墨杆在石墨电极盘于石墨环之间部分的长度一致；

石墨电极位于整个加热器结构内的最上方，每个石墨电极的下方设有石墨电极螺纹孔，石墨电极盘的两侧上均设有开孔，每个开孔均位于一个石墨电极螺纹孔下方，所述石墨螺钉自下而上穿过开孔并***石墨电极螺纹孔内形成螺纹配合固定。

2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于：所述石墨电极为圆柱棒状结构，并对称的安装在石墨电极盘的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的加热器，其特征在于：每个石墨电极的下方设有若干个螺纹孔，每个石墨电极的下方安装有若干个石墨螺钉。

4.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于：所述石墨电极盘上设有若干收容石墨螺帽的凹槽，所述石墨螺帽定位在凹槽中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述加热器的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、先将石墨电极盘固定在一个中空的工装平台上；

(2)、将石墨电极通过石墨螺钉固定在石墨电极盘上，安装石墨螺钉时，用扭力扳手旋紧石墨螺钉，通过扭力扳手使每个石墨螺钉受力一样；石墨电极和石墨电极盘中间用石墨纸间隔；

(3)、将石墨杆与石墨螺帽连接，通过扭力扳手使每个石墨螺帽和石墨杆的扭力一致；

(4)、将安装好的石墨杆穿入石墨电极盘上的通孔内，将石墨杆挂在石墨电极盘上；

(5)、将石墨环固定在石墨杆下方，用扭力扳手将石墨杆分别拧在石墨环上；

(6)、将石墨电极盘抬高，使石墨杆通过石墨螺帽挂在石墨电极盘上。

6.根据权利要求5所述的组装方法，其特征在于：在长晶中，通过调整石墨杆的长度和粗细，进行电阻的调整。

Images