专利名称：一种用于拉晶炉的电阻加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于丘劳斯基法硅晶体生长的加热装置，特别是用于这种晶 体生长装置的电阻加热器。
背景技术：
硅晶体是半导体行业和太阳能行业最常使用的材料。生产这种材料最常用的方法 是丘克劳斯基法(Czochralski法，简称CZ法)。行业内又称为拉晶法或提拉法。丘克劳斯 基法制备硅晶体的设备称为拉晶炉。在拉晶炉中，硅材料放置在炉膛中央的坩埚内，通过环 绕坩埚的电阻加热器来熔化坩埚中的硅。采用电阻加热器的原理在于，加热器由电阻性材 料制成(通常为石墨材料)，当电阻性材料通过电流时将产生热量。通常加热器由圆柱桶状 石墨材料加工而成，通过在桶状材料的垂直方向开槽，切割成多个垂直取向的加热分段，这 些加热分段在各自相邻的分段底部连接，从而形成蛇形的外形，如图1所示。为了将电流导 入，加热器在某个垂直分段的底部导出电极脚(即加热器脚)，用于接入电流。通常从受力 及电阻值的考虑，加热器通常有2个电极脚，用于电流导入和导出。另外考虑到大型加热器 的电阻值及改善加热器的受力情况，加热器还被加工成有4个电极脚。通常采用CZ法生长的用于半导体行业的硅材料纯度均在9N 12N之间，并且在 晶体生长过程中炉内压力控制在500Pa以上。因此采用以上方式的电极脚已经能满足生产 的要求。如果在采用CZ法生长用于太阳能行业的硅材料时，由于硅材料的来源广泛，因此 有时需要在硅晶体生长之前对硅材料进行特殊工艺的处理，或者对硅材料进行特殊工艺的 提纯。在这种情况下，显然更高的炉内温度和更低的炉内压力是有利于硅材料中的杂质挥 发的。在上述的特殊生产情况下，加热器会遇到严重的硅沉积的问题，即硅熔液表面部分硅 被蒸发出来，并最终沉积在电极脚上，使电极脚与为之供电的电极(通常又称为石墨电极、 电极柱或石墨电极柱)焊接在一起，在每次需要将电极柱与电极脚分离时，电极脚容易出 现裂纹甚至断裂，影响了加热器的寿命。
发明内容本实用新型提供了一种使用方便，结构简单的加热器，能有效地提高加热器的使 用寿命。一种用于丘克劳斯基法硅晶体的加热装置，包括底部带电极脚的发热部件，所述 的电极脚的数量为N只，N彡6，并且N为偶数。一般情况下所述的发热部件为圆筒形结构，即截面为圆形，电极脚分布在圆筒的 底沿。发热部件由电阻性材料制成(通常为石墨材料)，当电阻性材料通过电流时将产生热量。所述的电极脚成对分布，每对电极脚相对于一个平面作对称分布，该平面通过圆 桶状加热器的旋转轴心线。在高温低压下对硅熔液进行加热时，电极脚损坏的可能性大大增加。为了防止单纯由于电极脚的损坏而使整个加热器报废，尽可能多地设置电极脚，可使加热器实现最大 程度的利用，提高加热器的寿命。具体分析如下在高温低压下，当加热器对硅熔液进行加热时，如果炉压低于500Pa，则硅蒸汽从 硅熔液液面挥发出来的可能性就加大；当炉压低于5Pa时，硅蒸汽从坩埚液面挥发的现象 则相当明显。特别是在对硅熔液进行提纯的环境中，加热器承载的功率往往比较高，同时硅 熔液中还加入有促使杂质挥发的提纯剂，这些提纯剂同时也会加快硅蒸汽的形成。当硅蒸 汽从液面挥发后，会与温度相对比较低的电极脚接触，硅蒸汽最终被冷却，以小液滴的形式 液化粘附(沉积)在电极脚上，并渗入电极脚以及与之相连的石墨电极柱之间的间隙内。结 果，液化的硅在电极脚和电极柱之间起到了粘结剂的作用，在冷却后加热器很可能牢牢固 定在电极柱之上，不能再分离了。另外，高温下硅(Si)还可能与构成电极柱和加热器主要材料的石墨(C)发生如下 化学反应Si+C—SiC当生产停止后装置冷却时，生成的SiC由于热膨胀系数与石墨不同，因此会导致 用石墨材料加工的电极脚的开裂，使加热器报废。解决上述问题的一个途径是采用可以吸附硅蒸汽的热场材料，将硅蒸汽起到粘结 剂作用之前，将有害的硅蒸汽吸附去除。例如申请号为97113523. 1的发明专利中就提出了 采用有吸附硅蒸汽作用的材料来加工热场，或者在石墨零件表面采用热分解碳膜来缓解这 一情况。另一个方法是尽可能地减少电极脚和石墨电极已经粘结(或电极脚已经开裂)的 情况下，不至于造成对整个加热器的报废。因此在加热器上尽可能多地加工电极脚为一个 较为现实的方案。也就是说，当正在使用的电极脚由于粘结电极(或者开裂)无法使用时， 将该对电极脚弃用(弃用前可破坏性地将其与电极分开)，另外选择一对尚未使用的电极 脚作为电流导入和导出用的引脚。介于以上分析可以看出，电极脚的数量必须是偶数。在不影响结构和安装的前提 下，电极脚的数量是越多越好。通过对现有设计的单晶炉的加热器结构分析可以得出，电极 脚的数量通常至少可以加工3对以上，即数量大于6。而且每对电极脚必须以一个平面作 为对称面，该平面必须通过圆桶状加热器的旋转轴心线。在上述前提下，电极脚可以均勻分 布，也可以不均勻分布。本实用新型加热装置通过增加电极脚的数量，可以延长加热器的使用寿命。
图1是现有技术中的加热装置的立体结构示意图。图2是本实用新型的加热装置的立体结构示意图。
具体实施方式
参见图2本实用新型的加热装置包括底部带电极脚2的发热部件1，发热部件1由 石墨制成，当发热部件1通过电流时将产生热量。发热部件1为圆筒状，通过交错的开槽，切割成多个垂直取向的加热分段，这些加 热分段在各自相邻的分段底部连接，从而形成蛇形的外形，发热部件1底沿均勻分布6个电极脚2。 当正在使用的电极脚由于粘结电极(或者开裂)无法使用时，将该对电极脚破坏 性地将其与电极分开，另外选择一对尚未使用的电极脚2作为电流导入和导出用的引脚。
权利要求一种用于拉晶炉的电阻加热器，包括底部带电极脚的发热部件，其特征在于，所述的电极脚的数量为N只，N≥6，并且N为偶数。
2.如权利要求1所述的用于拉晶炉的电阻加热器，其特征在于，所述的发热部件为圆 筒形结构，电极脚分布在圆筒的底沿。
3.如权利要求1或2所述的用于拉晶炉的电阻加热器，其特征在于，所述的电极脚成对 分布，每对电极脚相对于一个平面作对称分布，该平面通过圆桶状加热器的旋转轴心线。
专利摘要本实用新型提供了一种用于拉晶炉的电阻加热器，包括底部带电极脚的发热部件，所述的电极脚的数量为N只，N≥6，并且N为偶数。本实用新型的电阻加热器，能在有硅沉积的环境下，有效地提高加热器的使用寿命。
文档编号C30B29/06GK201686764SQ20102019712
公开日2010年12月29日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者李乔, 马远 申请人:浙江碧晶科技有限公司