一種單晶爐加熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及單晶硅的制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單晶爐加熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]硅單晶作為一種半導(dǎo)體材料，主要用于光伏和半導(dǎo)體領(lǐng)域。大部分的半導(dǎo)體硅單晶采用CZ(Czochralski)直拉法制造。一般采用如下制造方法:將高純度的多晶硅裝入石英坩禍內(nèi)，加熱熔化，然后，將熔硅略做降溫，給予一定的過冷度，將一支特定晶向的硅單晶體(稱做硅籽晶)裝入夾持器中，夾持器的上端通過聯(lián)接件與籽晶軸連接，硅籽晶固定于夾持器下端，使夾持器在籽晶軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，并使石英坩禍在石墨中軸的帶動(dòng)下反向旋轉(zhuǎn)，將硅籽晶慢慢下降，并與硅熔體接觸，然后以一定的速度向上提升硅籽晶，此過程的目的主要是消除硅籽晶中因熱沖擊形成的位錯(cuò)缺陷。待硅籽晶提升到一定長度時(shí)，通過調(diào)整熔體的溫度和硅籽晶向上的提升速度，使硅籽晶長大，當(dāng)晶體的直徑接近目標(biāo)直徑時(shí)，提高提升速度，使單晶體近乎等直徑生長。在生長過程的尾期，石英坩禍內(nèi)的硅熔體剩余不多時(shí)，提高晶體的提升速度，同時(shí)適當(dāng)增加加熱的功率，使晶體漸漸縮小，從而形成一個(gè)尾形椎體，當(dāng)椎體的尖足夠小時(shí)，晶體就會(huì)與熔體脫離，從而完成晶體的生長過程。
[0003]當(dāng)拉制摻雜劑采用不易揮發(fā)的母合金硼、磷的單晶硅時(shí)，先將摻雜劑預(yù)先放入石英坩禍；當(dāng)拉制摻雜劑采用易揮發(fā)的純元素銻、磷、砷的單晶硅時(shí)，不能將摻雜劑預(yù)先放入石英坩禍，必須放在摻雜勺內(nèi)，拉晶過程將摻雜勺移到坩禍中心，將摻雜劑倒入坩禍，才能保證摻雜準(zhǔn)確。
[0004]直拉法的優(yōu)點(diǎn)是晶體被拉出液面不與器壁接觸，不受容器限制，因此晶體中應(yīng)力小，同時(shí)又能防止器壁沾污或接觸所可能引起的雜亂晶核而形成多晶。此法制成的單晶完整性好，直徑和長度都可以很大，生長速率也高。所用坩禍必須由不污染熔體的材料制成。
[0005]影響直拉法晶體質(zhì)量有以下幾個(gè)方面:
[0006](I)直拉法生產(chǎn)單晶硅時(shí)需要將塊狀的高純度多晶硅置于石英坩禍內(nèi)，加熱到其熔點(diǎn)1420°C以上，使其完全融化，然而融化的硅熔體會(huì)與石英坩禍內(nèi)壁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)石英坩禍內(nèi)壁產(chǎn)生侵蝕，影響石英坩禍的在高溫下的強(qiáng)度，同時(shí)也降低了單晶硅晶體的晶格完整性。
[0007](2)拉晶過程中，盛料的石英坩禍被置于加熱器內(nèi)部，坩禍上部是敞開系統(tǒng)，沒有保溫或保溫效果差，且保護(hù)氣的流動(dòng)帶走大量熱量，而加熱器側(cè)面和底部保溫效果好，因此，石英坩禍中熔體的溫度隨熔體的深度加深越來越高，從而形成較大的溫度梯度，熔體的溫度隨熔體的深度加深不斷升高，從而使溫度梯度引起的熱對(duì)流加劇，進(jìn)而導(dǎo)致晶體中缺陷密度急劇加大；另外硅熔體侵蝕石英坩禍導(dǎo)致坩禍中的雜質(zhì)氧隨對(duì)流增加進(jìn)入晶體的機(jī)會(huì)也大幅增加。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型目的是提供一種單晶爐加熱系統(tǒng)。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種單晶爐加熱系統(tǒng)，由內(nèi)到外依次包括坩禍、輔助加熱系統(tǒng)、加熱套和保溫罩，所述坩禍內(nèi)壁涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層，所述坩禍底部設(shè)置有拖桿底座，所述拖桿底座與拖桿固定連接，所述拖桿外周設(shè)置有拖桿護(hù)套，所述i甘禍外部設(shè)置有加熱套，所述加熱套為敞口結(jié)構(gòu)、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩禍之間設(shè)置有輔助加熱系統(tǒng)，所述輔助加熱系統(tǒng)上部設(shè)置有圓環(huán)形的加熱板，所述加熱板圓環(huán)內(nèi)對(duì)稱位置各設(shè)置有一個(gè)雜質(zhì)加料口。保溫罩底部一側(cè)設(shè)置有抽真空和充保護(hù)氣的氣體出入
□ O
[0010]進(jìn)一步，所述加熱套的石墨加熱條為梯形，上底是下底邊長的二分之一。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述圓環(huán)形加熱板的內(nèi)圓半徑大于單晶硅產(chǎn)品直徑。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果在于:在坩禍內(nèi)涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層，防止坩禍引入雜質(zhì);在加熱套內(nèi)部設(shè)置保溫罩，補(bǔ)償加熱，減少由于晶體成型造成的縱向溫差。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做出簡要說明。
[0015]如圖1所示一種單晶爐加熱系統(tǒng)，由內(nèi)到外依次為坩禍2、輔助加熱系統(tǒng)3、加熱套4和保溫罩5，所述坩禍2內(nèi)壁涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層I，所述坩禍2底部設(shè)置有拖桿底座7，所述拖桿底座7與拖桿8固定連接，所述拖桿8外周設(shè)置有拖桿護(hù)套9，所述坩禍2外部設(shè)置有加熱套4，所述加熱套4為敞口結(jié)構(gòu)、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套4與坩禍2之間設(shè)置有輔助加熱系統(tǒng)3，所述輔助加熱系統(tǒng)3上部設(shè)置有圓環(huán)形的加熱板31，所述加熱板31圓環(huán)內(nèi)對(duì)稱位置各設(shè)置有一個(gè)雜質(zhì)加料口 10。保溫罩底部一側(cè)設(shè)置有抽真空和充保護(hù)氣的氣體出入口 6。
[0016]本實(shí)例的工作過程:將多晶硅原料加入坩禍2，通過氣體出入口6抽真空，加熱套4加熱使原料熔化，it禍2內(nèi)有保護(hù)涂層I防止原料腐蝕坩禍2引入雜質(zhì)。溫度穩(wěn)定后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中，由于籽晶與硅熔體場接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮頸生長使之消失掉?？s頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小(4-6_)由于位錯(cuò)線與生長軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長，位錯(cuò)便能長出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體。長完細(xì)頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。長完細(xì)頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，可使晶棒直徑維持在正負(fù)2_之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。
[0017]等徑生長過程，多晶原料熔融液不斷消耗，坩禍2內(nèi)溫差變大，因而開啟輔助加熱系統(tǒng)3，圓環(huán)形的加熱板31對(duì)坩禍2敞口部分有充分的熱補(bǔ)償。
[0018]需要添加雜質(zhì)時(shí)，通過圓環(huán)加熱板邊緣的雜質(zhì)加料口1，可有效控制原料的沿單晶硅晶體生長均勻。
[0019]以上對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作均等變化與改進(jìn)等，均歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單晶爐加熱系統(tǒng)，其特征在于:由內(nèi)到外依次包括坩禍、輔助加熱系統(tǒng)、加熱套和保溫罩，所述坩禍內(nèi)壁涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層，所述坩禍底部設(shè)置有拖桿底座，所述拖桿底座與拖桿固定連接，所述拖桿外周設(shè)置有拖桿護(hù)套，所述坩禍外部設(shè)置有加熱套，所述加熱套為敞口結(jié)構(gòu)、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩禍之間設(shè)置有輔助加熱系統(tǒng)，所述輔助加熱系統(tǒng)上部設(shè)置有圓環(huán)形的加熱板，所述加熱板圓環(huán)內(nèi)對(duì)稱位置各設(shè)置有一個(gè)雜質(zhì)加料口。保溫罩底部一側(cè)設(shè)置有抽真空和充保護(hù)氣的氣體出入口。2.如權(quán)利要求1所述的一種單晶爐加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱套的石墨加熱條為梯形，上底是下底邊長的二分之一。3.如權(quán)利要求1所述的一種單晶爐加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述圓環(huán)形加熱板的內(nèi)圓半徑大于單晶硅產(chǎn)品直徑。
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的是提供一種單晶爐加熱系統(tǒng)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：由內(nèi)到外依次包括坩堝、輔助加熱系統(tǒng)、加熱套和保溫罩，所述坩堝內(nèi)壁涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層，所述坩堝外部設(shè)置有加熱套，所述加熱套為敞口結(jié)構(gòu)、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩堝之間設(shè)置有輔助加熱系統(tǒng)，所述輔助加熱系統(tǒng)上部設(shè)置有圓環(huán)形的加熱板，所述加熱板圓環(huán)內(nèi)對(duì)稱位置各設(shè)置有一個(gè)雜質(zhì)加料口。保溫罩底部一側(cè)設(shè)置有抽真空和充保護(hù)氣的氣體出入口。本實(shí)用新型的有益效果在于：在坩堝內(nèi)涂有防止熔硅腐蝕的保護(hù)涂層，防止坩堝引入雜質(zhì)；在加熱套內(nèi)部設(shè)置保溫罩，補(bǔ)償加熱，減少由于晶體成型造成的縱向溫差。
【IPC分類】C30B29/06, C30B15/14
【公開號(hào)】CN205241851
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521135314
【發(fā)明人】張立
【申請(qǐng)人】天津長園電子材料有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日