[發明專利]硅熔體連續加注的直拉硅單晶生長爐及其方法

無效

• 申請號: 201110407848.2
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102418140A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 曾澤斌
• 申請（專利權）人: 曾澤斌
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及直拉硅單晶生長領域，尤其涉及一種硅熔體連續加注的直拉硅單晶生長爐及其方法。

背景技術

直拉硅單晶生長爐的組成如圖1所示，主要由四部分組成：

（一）爐體：包括石英坩堝7、石墨坩堝8（用來支撐石英坩堝）、加熱器9及隔熱體10、爐體16、保溫罩20，爐體16內這些影響傳熱及溫度分布的部件，一般稱為熱場，熱場一般用所用的石英坩堝外徑來表征，石英坩堝一般用其外徑來表示，現在常用的有18英寸、20英寸、22英寸、24英寸、28英寸、32英寸的石英坩堝，對應的熱場尺寸分別是18英寸、20英寸、22英寸、24英寸、28英寸、32英寸的熱場；

（二）?單晶提升旋轉機構：包括夾頭5、鋼絲繩3及提拉頭1；提拉頭1通過鋼絲繩3、夾頭5、籽晶6帶動單晶17旋轉和升降；

（三）?坩堝升降旋轉機構12，帶動石英坩堝7、石墨坩堝8、硅熔體18旋轉和升降；

（四）氣氛及壓力控制系統：包括氬氣流量控制、真空系統及壓力自動控制閥；

（五）?生長控制系統：包括加熱變壓器14、計算機控制系統15、爐體溫度探頭19、直徑控制探頭22。

通常根據所生長的硅單晶的直徑的大小和長度選用石英坩堝。。

晶體生長時要將石英坩堝內裝滿多晶硅，抽真空，給加熱器9通電將爐內溫度升高到1500-1600℃使多晶硅全部融化，控制溫度通過加熱變壓器14、計算機控制系統15、爐體溫度探頭19的共同作用將熔體溫度穩定到硅的熔點溫度以上10-30?C的范圍內，提拉頭1下放鋼絲繩3、夾頭5和晶種6直到晶種和熔體熔接，熔接后通過熱變壓器14、計算機控制系統15、爐體溫度探頭19、坩堝升降旋轉機構12、提拉頭1的共同作用控制熔體的溫度、提拉速度、坩堝上升速度使硅單晶以晶種為中心長大到目標直徑后開始等徑生長，當剩料達到規定值后開始晶體尾部生長，尾部生長完成后單晶與剩余少量熔體脫離，晶體生長過程結束。將爐子冷卻到常溫后打開爐子取出單晶。更換石英坩堝重新開始下一個硅單晶生長過程。

使用現在的方法，要生長直徑更大和長度更長的單晶需要使用更大尺寸的石英坩堝、更大的爐體尺寸、更大尺寸的熱場。生長的單晶的體積由裝料量決定，晶體生長的過程必定是一個頻繁的加熱冷卻過程。因爐體尺寸大、晶體生長的過程是一個頻繁的加熱冷卻過程，使用現在的直拉硅單晶生長方法的能耗大、效率低，生產每公斤硅單晶的電耗是區熔法的4-5倍，臺機產量是區熔法的三分之一。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種硅熔體連續加注的直拉硅單晶生長爐及其方法。

一種硅熔體連續加注的直拉硅單晶生長生長爐是：生長爐本體左側從上到下順次設有提拉頭、副爐室、隔離閥、爐蓋、爐體、電極、坩堝升降旋轉機構，隔離閥安裝在爐蓋的上方，副爐室安裝在隔離閥的上方，提拉頭安裝在副爐室的上方，爐蓋蓋在爐體上，下部隔熱體安裝在爐體的下部，爐體內從底部向上順次安裝隔熱體、上部保溫罩，在穿過爐體底部的電極上安裝加熱器，在下部隔熱體、加熱器、上部保溫罩圍成的空間內安裝石墨坩堝，在石墨坩堝內安裝坩堝，在坩堝內安裝坩堝內環，石墨坩堝、坩堝及坩堝內的硅熔體和坩堝內環的重量由安裝在爐體底部下方的坩堝升降旋轉機構穿過爐體的底部支撐，副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內環、加熱器是同軸布置，副爐室、石墨坩堝、坩堝、坩堝內環、加熱器的軸線相對爐體的軸線向左偏移，爐體、隔熱體、加熱器均為圓柱形，爐蓋的上方安裝激光液面位置傳感器、直徑控制探頭，爐體的側壁中部安裝爐體溫度探頭，提拉頭1下端設有鋼絲繩、夾頭；生長爐本體右側的爐蓋的上方安裝小爐筒，形狀為圓筒形，在小爐筒的蓋子上方向上順次安裝隔離閥、加料和稱重裝置、加料倉，加料倉內安裝石英玻璃套，石英玻璃套內裝多晶硅，小爐筒內的上部從外向內順次安裝隔熱體、加熱器、連續熔化管，熱電偶穿過小爐筒的側壁和隔熱體的中部插到隔熱體和加熱器之間，在小爐筒的下部、爐體的右上部和坩堝的右上部，從外到內順次安裝隔熱體、加熱器、熔體溫度穩定管，熱電偶穿過爐體右上方的側壁和隔熱體的中部插到加熱器和隔熱體之間，支架安裝在隔熱體上，連續熔化管、隔熱體安裝在支架上，加料倉、隔熱體、加熱器、連續熔化管、隔熱體、加熱器、熔體溫度穩定管同軸，并垂直于水平方向，在爐體的右邊底部下方安裝的電極和電極穿過爐體的底部和爐體的右邊分別與加熱器和加熱器相連；三組加熱變壓器分別與電極、電極、電極通過加熱電纜相連，控制系統與加熱變壓器、直徑控制探頭、激光液面位置傳感器、爐體溫度探頭、熱電偶、熱電偶、提拉頭、加料和稱重裝置通過控制電纜相連接。