一种新型半导体单晶硅炉水冷套的制作方法

本发明属于半导体硅材料晶体用单晶炉设备技术领域。

背景技术：

目前半导体级硅单晶炉中水冷套已成为了一种常规配套部件。通过水冷套的使用，不仅可以提高晶体的提拉速度，增加生产效率，同时还能够有效的控制热场的温度梯度，减小晶体内部缺陷。

现有技术方案都是采用焊接式水冷套，水冷套的喉口法兰固定在上炉盖口，从喉口法兰的侧部通水，并进入水冷套内部循环。由于需要避让引晶及等径过程中的观察视线，目前的水冷套长度都比较短，无法更加接近熔体液面位置，这就极大的局限了水冷套本该有的作用。另外，由于水冷套为不锈钢焊接件，内部为0.2-0.3mpa的冷却水，外部为热场核心位置，温度约为800-1400℃，所以保证安全性及避免材料对硅原料的污染成为了更难解决的问题。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明要解决的技术问题是，在不遮挡引晶及等径时视线的前提下，将水冷部分延伸到距离熔体液面较近的位置，同时结构需保证设备整体的安全性以及避免金属对熔体原料的污染。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种新型半导体单晶硅炉水冷套，包括上部水冷套、下部水冷套、若干条水冷管；所述每条水冷管的一端为进水端、另一侧为出水端；水冷管的进水端安装于上部水冷套一侧，而出水端安装于上部水冷套的另一侧；水冷管自进水端向下延伸至下部水冷套外表面一侧，并沿着下部水冷套外表面周向延伸至另一侧后继续向上延伸直至出水端；所述上部水冷套与下部水冷套之间为中空的空间。

进一步的，所述下部水冷套包括金属环及封板，所述金属环的一侧设有向内凹设的若干进口槽，金属环的另一侧设有向内凹设的若干出口槽，所述进口槽均向上贯穿金属环的上表面，出口槽同样均向上贯穿金属环的上表面；所述水冷管自进水端向下延伸入进口槽内后横向弯折并沿着金属环周向弧面沿着弧线延伸至出口槽下方，然后向上弯折延伸并进入出口槽后继续向上延伸直至上部的出水端；所述封板围绕金属环的外围设置并覆盖在金属环外围延伸的水冷管部分。

进一步的，所述上部水冷套与下部水冷套之间还连接有若干支撑条，设水冷管自进水端延伸至进口槽之间的部分为进水段，水冷管自出口槽延伸至出水端之间的部分为出水段；其中相邻两条水冷管的进水段之间设有一个支撑条，相邻两条水冷管的出水段之间设有一个支撑条。

进一步的，所述金属环周向表面还设有若干横向凹槽，该横向凹槽分别与进口槽、出口槽连通，横向凹槽收容水冷管在金属环周向延伸的部分，且所述横向凹槽在金属环周向表面自上而下平行设置。

进一步的，所述水冷管、金属环、支撑条的表面均覆盖有特氟龙涂层。所述水冷管为镍管。所述支撑条为不锈钢条。所述金属环为铜环。所述封板为铜板。

有益效果：相对于现有技术，本发明技术方案的优点为：

本发明提供的技术方案中采用分段下沉式结构，上部水冷套与下部水冷套之间的中空的空间，正好可以使观察视线通过以观察水冷套内部，结构不会影响引晶及等径过程的观察视野，同时在具体使用时，由于在单晶炉内下沉的下部水冷套更接近液面位置，能够更加有效地构建温度梯度。

进一步的，下部采用整根的镍管，不存在封水焊接，保证了安全性。外表面涂层，保证了金属元素的污染问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为金属环、水冷管、支撑条配合的结构示意图。

图3为金属环结构图。

图4为水冷管示意图。

具体实施方式

请结合图1至图4所示，本发明公开一种新型半导体单晶硅炉水冷套，包括上部水冷套1、下部水冷套2、若干条水冷管3。所述每条水冷管3的一端为进水端、另一侧为出水端以形成水冷回路。水冷管3的进水端安装于上部水冷套1一侧，而出水端安装于上部水冷套1的另一侧。水冷管3自进水端向下延伸至下部水冷套2外表面一侧，并沿着下部水冷套2外表面周向延伸至另一侧后继续向上延伸直至出水端。所述上部水冷套1与下部水冷套2之间为中空的空间，该中空的空间正好可以使观察视线通过，结构不会影响引晶及等径过程的观察视野。所述上部水冷套1的侧壁上设有分水盒5，所述水冷管3的进水端与分水盒5连通。分水盒5延伸到上部水冷套1的喉口法兰，最终接到真空腔室(未图示)外。在本实施方式中，所述水冷管为镍管。

所述下部水冷套2包括金属环7及封板6，所述金属环7的一侧设有向内凹设的若干进口槽8，金属环7的另一侧设有向内凹设的若干出口槽9。所述进口槽8均向上贯穿金属环7的上表面。出口槽9同样均向上贯穿金属环7的上表面。所述水冷管3自进水端向下延伸入进口槽8内后横向弯折并沿着金属环7周向弧面沿着弧线延伸至出口槽8下方，然后向上弯折延伸并进入出口槽9后继续向上延伸直至上部的出水端。所述封板6围绕金属环7的外围设置并覆盖在金属环7外围延伸的水冷管3部分。

所述上部水冷套1与下部水冷套2之间还连接有若干支撑条4，设水冷管3自进水端延伸至进口槽之间的部分为进水段，水冷管3自出口槽延伸至出水端之间的部分为出水段；其中相邻两条水冷管3的进水段之间设有一个支撑条4，相邻两条水冷管的出水段之间设有一个支撑条4。在本实施方式中，所述支撑条4为不锈钢条。在上、下部水冷套的两侧各设置4根水冷管3，4根水冷管3之间焊接3个不锈钢条，用于增加悬挂的强度，承受下部水冷套2的重量。

如图3所示，所述金属环7周向表面还设有若干横向凹槽10，该横向凹槽10分别与进口槽8、出口槽9连通。横向凹槽10收容水冷管3在金属环7周向延伸的部分，且所述横向凹槽10在金属环7周向表面自上而下平行设置。在本实施方式中，金属环7为铜环，封板6为铜板。水冷管3在进口槽8、出口槽9及横向凹槽10内部通过填银焊接，最后用折弯的封板6将进口槽8、出口槽9及横向凹槽10封焊，以保证良好的导热性。所述水冷管3、金属环7、支撑条4的表面均覆盖有特氟龙涂层，以此隔高温处绝金属元素对溶体原料的污染。

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。

技术特征：

1.一种新型半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于，包括上部水冷套、下部水冷套、若干条水冷管；所述每条水冷管的一端为进水端、另一侧为出水端；水冷管的进水端安装于上部水冷套一侧，而出水端安装于上部水冷套的另一侧；水冷管自进水端向下延伸至下部水冷套外表面一侧，并沿着下部水冷套外表面周向延伸至另一侧后继续向上延伸直至出水端；所述上部水冷套与下部水冷套之间为中空的空间。

2.根据权利要求1所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述下部水冷套包括金属环及封板，所述金属环的一侧设有向内凹设的若干进口槽，金属环的另一侧设有向内凹设的若干出口槽，所述进口槽均向上贯穿金属环的上表面，出口槽同样均向上贯穿金属环的上表面；所述水冷管自进水端向下延伸入进口槽内后横向弯折并沿着金属环周向弧面沿着弧线延伸至出口槽下方，然后向上弯折延伸并进入出口槽后继续向上延伸直至上部的出水端；所述封板围绕金属环的外围设置并覆盖在金属环外围延伸的水冷管部分。

3.根据权利要求1或2所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述上部水冷套与下部水冷套之间还连接有若干支撑条，设水冷管自进水端延伸至进口槽之间的部分为进水段，水冷管自出口槽延伸至出水端之间的部分为出水段；其中相邻两条水冷管的进水段之间设有一个支撑条，相邻两条水冷管的出水段之间设有一个支撑条。

4.根据权利要求2所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述金属环周向表面还设有若干横向凹槽，该横向凹槽分别与进口槽、出口槽连通，横向凹槽收容水冷管在金属环周向延伸的部分，且所述横向凹槽在金属环周向表面自上而下平行设置。

5.根据权利要求3所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述水冷管、金属环、支撑条的表面均覆盖有特氟龙涂层。

6.根据权利要求5所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述水冷管为镍管。

7.根据权利要求6所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述支撑条为不锈钢条。

8.根据权利要求7所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述金属环为铜环。

9.根据权利要求8所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：所述封板为铜板。

10.根据权利要求4所述的半导体单晶硅炉水冷套，其特征在于：水冷管在进口槽、出口槽及横向凹槽内部通过填银焊接，最后用折弯的封板将进口槽、出口槽及横向凹槽封焊。

技术总结
本发明公开了一种新型半导体单晶硅炉水冷套，包括上部水冷套、下部水冷套、若干条水冷管；所述每条水冷管的一端为进水端、另一侧为出水端；水冷管自进水端向下延伸至下部水冷套外表面一侧，并沿着下部水冷套外表面周向延伸至另一侧后继续向上延伸直至出水端；所述上部水冷套与下部水冷套之间为中空的空间；该整体结构不会影响引晶及等径过程的观察视野，同时在具体使用时，由于在单晶炉内下沉的下部水冷套更接近液面位置，能够更加有效地构建温度梯度。

技术研发人员：丁柏松;罗汉昌;姜宏伟;穆童;郑锴
受保护的技术使用者：南京晶能半导体科技有限公司
技术研发日：2020.08.26
技术公布日：2020.12.08