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1、(10)申请公布号 CN 102775048 A(43)申请公布日 2012.11.14CN102775048A*CN102775048A*(21)申请号 201110122276.3(22)申请日 2011.05.12C03B 20/00(2006.01)C30B 15/10(2006.01)(71)申请人江苏华尔光电材料股份有限公司地址 225600 江苏省扬州市高邮市经济开发区长江路北侧江苏华尔光电材料股份有限公司(72)发明人李鹏飞 金军(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204代理人徐激波(54) 发明名称一种大直径石英坩埚制造装置及制造方法(57) 摘要本发。
2、明公开了一种大直径石英坩埚制造装置及制造方法，该装置包括金属模具、真空泵和切换器，金属模具设有内腔和外腔，外腔的底部连接有气体导管，在真空泵和气体导管之间设有切换器；该方法主要是在旋转的模具内用石墨电极间的电弧放电来使石英砂融化，使坩埚成型。本发明的一种大直径石英坩埚制造装置构思独特、结构巧妙，操作简单、方便；本发明的一种大直径石英坩埚方法工艺流程简单，可重复操作性强，适于流水线生产；采用本发明的装置和方法制造的大直径石英坩埚性能优异，具有气泡直径小、气泡个数少并且气泡膨胀率低的特点。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利。
3、申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页1/1页21.一种大直径石英坩埚制造装置，其特征在于：包括金属模具(5)、真空泵(10)和切换器(11)，所述的金属模具(5)设有内腔(4)和外腔(6)，所述的内腔(4)和外腔(6)由通孔(8)连接，外腔(6)的底部连接有气体导管(13)，在真空泵(10)和气体导管(13)之间设有切换器(11)，所述的切换器(11)连接氦气供应源(12)，所述的金属模具(5)顶部设有封盖(3)，封盖(3)上方设有石墨电极(1)。2.根据权利要求1所述的大直径石英坩埚制造装置，其特征在于：所述的石墨电极上设有遮热板(2)。3.根据权利要求1所述的大直径石英坩埚。
4、制造装置，其特征在于：所述的外腔(6)设有水循环装置(7)。4.根据权利要求1所述的大直径石英坩埚制造装置，其特征在于：所述的通孔(8)为台阶孔，通孔(8)中设有石棉。5.一种大直径石英坩埚制造方法，其特征在于包括以下步骤：首先，向旋转的金属模具(5)加入石英砂，金属模具(5)中形成石英砂堆积层(9)后，盖上封盖(3)；然后，对金属模具外腔(6)和内腔(4)进行抽真空，当金属模具(5)内部达到预定的真空度时，对金属模具(5)内部输送氦气；最后，当金属模具(5)内部压力达到预定值，打开封盖(3)，同时石墨电极(1)开始放电，对金属模具内腔(4)的石英砂进行熔融，氦气继续供给，当石英砂表面形成熔融。
5、薄膜层时开始逐步减少氦气的供应，直至最终停止氦气的供应。6.根据权利要求4所述的大直径石英坩埚制造方法，其特征在于：所述的金属模具(5)内部压力预定值为一个大气压。权 利 要 求 书CN 102775048 A1/3页3一种大直径石英坩埚制造装置及制造方法技术领域0001 本发明涉及一种石英坩埚的制造装置及制造方法，具体涉及一种大直径石英坩埚的制造装置及制造方法。背景技术0002 石英坩埚主要用于单晶硅拉制过程中半导体材料的融化。近年来，为了降低单晶硅拉制的成本，在单晶硅拉制技术方面作了许多改进，使用的石英坩埚也要求向大直径方向发展。大直径石英坩埚使用时，需要融化的半导体材料变多，若采用原先加。
6、热条件，需要更长的融化时间，总体拉制时间增加。为了缩短拉制时间，可以增大加热器的供热量，同时为了使大量的半导体材料融液保持规定的温度，加热器的供热量应该越多越好。0003 但是，石英坩埚制造过程中混入的气体产生气泡，在单晶硅拉制高温使用条件下，石英坩埚内部气泡膨胀破裂，产生的石英玻璃碎片混入到硅融液中，形成二氧化硅的晶体(方石英)，方石英在硅融液中流动附着在拉晶过程中的单晶硅端部，紧接着附着部分的晶体结构发生变异无法正常长晶，结果降低了半导体的单结晶化率。石英坩埚的直径越大，气泡个数越多，气泡越大，单晶硅拉制时所需热量和拉晶时间的越大，气泡的膨胀程度越大，越容易发生上述缺陷。0004 目前采用。
7、的大直径石英坩埚的制造方法中，石英砂熔融时周围环境中的气体(主要为氮气和氧气)容易混入，产生气泡，在石英坩埚使用过程中上述气泡膨胀破裂，降低了半导体单晶化成功率。发明内容0005 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种操作简便、结构合理的大直径石英坩埚制造装置及制造方法，使生产的大直径石英坩埚中气泡直径小、气泡个数少，气泡膨胀率低。0006 技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种大直径石英坩埚制造装置，包括金属模具、真空泵、切换器，金属模具设有内腔和外腔，内腔和外腔由通孔连接，外腔的底部连接有气体导管，在真空泵和气体导管之间设有切换器，切换器一边连接氦气供应源，金属模具顶部。
8、设有封盖，封盖上方设有石墨电极。0007 其中，石墨电极上设有遮热板；外腔设有水循环装置，可以对金属模具进行冷却；通孔为台阶孔，通孔中设有石棉，防止石英砂泄漏。0008 另外在本发明中，还提供了一种大直径石英坩埚制造方法，包括以下步骤：首先，向旋转的金属模具加入石英砂，金属模具中形成堆积层后，盖上封盖；然后，对金属模具外腔和内腔进行抽真空，当金属模具内部达到预定的真空度时，对金属模具内部输送氦气；最后，当金属模具内部压力达到预定值，打开封盖，同时石墨电极开始放电，对模具内腔的石英砂进行熔融，氦气继续供给，当石英砂表面形成熔融薄膜层时开始逐步减少氦气的供应，直至最终停止氦气的供应。说 明 书CN。
9、 102775048 A2/3页40009 其中，金属内部压力预定值为一个大气压。0010 本发明所依据的原理为：石英坩埚制造过程中产生气泡的原因是原料石英砂的粒子间存在氮气等气体和碱土金属等杂质，为了减少气泡个数，减小气泡直径，必须将它们去除。本发明采用氦气对石英砂周围环境中的气体进行置换，由于氦气的原子量小，高温环境下可以在熔融的石英玻璃层中流动，在高温低压的环境下容易从石英玻璃层中溢出，大大减少了气泡产生的数量，使产生的气泡直径减小，而且由于氦气为惰性气体，可作为保护气体使用，保证了使用过程中的安全性。0011 有益效果：与现有技术相比，本发明的一种大直径石英坩埚制造装置构思独特、结构巧。
10、妙，操作简单、方便；本发明的一种大直径石英坩埚方法工艺流程简单，可重复操作性强，适于流水线生产；采用本发明的装置和方法制造的大直径石英坩埚性能优异，具有气泡直径小、气泡个数少并且气泡膨胀率低的特点。附图说明0012 图1本发明的结构示意图。具体实施方式0013 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。0014 如图1所示，本发明的一种大直径石英坩埚制造装置，包括金属模具5、真空泵10和切换器11，金属模具5设有内腔4和外腔6，内腔4和外腔6由通孔8连接，外腔6的底部连接有气体导管13，在真空泵10和气体导管13之间设有切换器11，切换器11一边连接氦气供应源12，金属模具5顶部设有封盖3，封盖3。
11、上方设有石墨电极1。0015 在本实施例中，石墨电极1上设有遮热板2，外腔6设有水循环装置7，可以对金属模具5进行冷却，在内腔4侧面和底部和外腔6侧面和底部设有多个通孔8，通孔8为台阶孔，通孔8中设有石棉，防止石英砂泄漏。0016 本发明的一种大直径石英坩埚制造方法，通过利用上述装置生产大直径石英坩埚，包括以下步骤：0017 首先，使金属模具5绕中心轴旋转，打开水循环装置7对金属模具5进行冷却，切换器11切换到真空泵模式，切换器11通过金属模具5底部和侧面的多个通孔8对金属模具内腔4进行抽真空，同时向金属模具内腔4中加入石英砂，由于离心力的作用，石英砂沿内腔内壁开始形成石英砂堆积层9，当石英砂。
12、加入一定量后，石英砂堆积层9完全形成。0018 然后，石英砂堆积层9形成后，将封盖3盖在金属模具5的上端开口处，同时继续打开真空泵10进行抽真空，当金属模具5中的压强达到预定值时停止抽真空，切换器11切换到氦气供应源12。氦气供应源12通过金属模具5底部和侧部的多个通孔8向金属模具5中的石英砂堆积层9通入氦气，氦气占据原先模具内气体占据的空间。0019 最后，当金属模具5内压强到达1个大气压时，封盖3移出，带有遮热板2的石墨电极1加热装置移入，石墨电极1通电产生电弧对金属模具5内石英砂进行熔融，同时氦气继续供给，当石英砂表面形成熔融薄膜层时开始逐步减少氦气的供应，直至最终停止氦气的供应，此时氦气的排气口为石英砂堆积层9的上端。0020 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说 明 书CN 102775048 A3/3页5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。说 明 书CN 102775048 A1/1页6图1说 明 书 附 图CN 102775048 A。