[發明專利]硅單晶棒的快速冷卻方法

有效

• 申請號: 201510865621.0
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN105568366B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 張俊寶;宋洪偉
• 申請（專利權）人: 上海超硅半導體有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種硅單晶棒的快速冷卻方法，硅單晶生長爐冷卻套內壁采用高導熱銅制造，外側為水冷槽，內側采用熱噴涂技術鍍有多孔鉬合金吸熱鍍層和全透過保護層；下腔體的垂直段、爐蓋以及上腔體垂直段鍍層的厚度分別對應硅單晶棒的紅外輻射波長；其特征在于下腔體冷卻套直筒段部分內壁采用高導熱的銅做為內壁材料，內側表面拋光至表面粗糙度Ra_Cu小于05.μm，在銅內壁表面采用等離子熱噴涂技術制備多孔鉬鍍層，鉬原料為粉末，粒徑為1000目；硅單晶棒在下腔體內直筒段部分的中值溫度T_down為1200℃；鉬鍍層的厚度與紅外輻射的中心波長一致，為1.97μm；鉬鍍層的致密度中值為75％，孔隙尺寸分布中值為1.0μm；鉬鍍層表面粗糙度Ra_Mo-down為3.2μm；鉬材料的化學成分中含有至少1.5wt％的C和2.0wt％的Si；采用微弧氧化技術將鉬鍍層表面層全部氧化成氧化物；在鉬鍍層的表面，采用化學氣相沉積技術制備一層SiO₂鍍層，鍍層的厚度為0.48μm；形成輻射紅外線的全透過膜層；鉬合金成分具有紅外輻射吸熱功能，鉬合金表面采用微弧氧化技術氧化成氧化層，提高紅外吸收系數；下腔體爐蓋采用半橢球結構，長軸為爐體內徑，短軸為硅單晶棒的半徑；不同位置高效吸收晶棒輻射出的熱量，均勻吸收特定波長的輻射，達到快速降溫的目的。

2.根據權利要求1所述的一種硅單晶棒的快速冷卻方法，其特征在于下腔體爐蓋為一個上部開孔的半橢球殼結構；

橢球的長軸為下腔體內半徑R_f，橢球的焦點為硅單晶棒的外表面，即硅單晶棒的半徑r_Si。

3.根據權利要求2所述的一種硅單晶棒的快速冷卻方法，其特征還在于下腔體爐蓋內側表面拋光至表面粗糙度Ra_Cu小于0.5μm，在銅內壁表面采用等離子熱噴涂技術制備鉬鍍層，鉬原料為粉末，粒徑范圍為800-1000目；硅單晶棒在下腔爐蓋段部分的中值溫度T_lip為1000℃；鉬鍍層的厚度與紅外輻射的中心波長一致，為2.28μm；鉬鍍層的致密度中值為65％，孔隙尺寸分布中值為1.2μm；鉬鍍層表面粗糙度Ra_Mo-lip為5.0μm；鉬材料的化學成分中含有至少1.5wt％的C和2.0wt％的Si；采用微弧氧化技術將鉬鍍層表面層全部氧化成氧化物；在鉬鍍層的表面，采用化學氣相沉積技術制備一層SiO₂鍍層，鍍層的厚度為0.6μm；形成輻射紅外線的全透過膜層。

4.根據權利要求1所述的一種硅單晶棒的快速冷卻方法，其特征在于上腔體爐筒部分內側表面拋光至表面粗糙度Ra_Cu小于0.5μm，在銅內壁表面采用等離子熱噴涂技術制備鉬鍍層；鉬原料為粉末，粒徑范圍為500-800目；硅單晶棒在下腔體內直筒段部分的中值溫度T_up為700℃；鉬鍍層的厚度與紅外輻射的中心波長一致，為2.98μm；鉬鍍層的致密度中值為50％，孔隙尺寸分布中值為1.5μm；鉬鍍層表面粗糙度Ra_Mo-up為6.2μm；鉬材料的化學成分中含有至少1.5wt％的C、2.0wt％的Si和至少4wt％的Ti；采用微弧氧化技術將鉬鍍層表面層全部氧化成氧化物。

5.根據權利要求1所述的一種硅單晶棒的快速冷卻方法，其特征在于下腔體冷卻套直筒段部分冷卻水入口溫度23℃，出口溫度小于55℃；下腔體爐蓋冷卻水入口溫度23℃，出口溫度小于50℃， 上腔體爐筒部分冷卻水入口溫度23℃，出口溫度小于45℃。