[發(fā)明專利]單晶爐用自控式加熱系統

有效

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• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102828236A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 林游輝
• 申請（專利權）人: 合肥景坤新能源有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 方崢

技術領域

本發(fā)明涉及單晶硅制備領域，具體屬于單晶爐用自控式加熱系統。

背景技術

當前，硅材料在半導體領域和太陽能領域仍然占據著主要地位。隨著科技的發(fā)展和技術的進步，集成電路和太陽能電池生產工藝都對硅材料提出了新的要求，大直徑、高質量硅單晶的生長技術成為當前半導體材料領域和太陽能領域的研發(fā)熱點。

近年來，硅材料加工技術取得了許多重要進展。硅晶體生長方面最重要的進展之一是12英寸硅單晶生長技術已經成熟。世界主要硅單晶生產商，包括信越，SUMCO，MEMC，瓦克等均采用適合于12英寸硅單晶生長的單晶爐，大都采用磁場直拉法，每爐裝料量達300-350公斤，主要應用28或32英寸坩堝和熱場進行硅單晶生產。目前國內外前沿技術包括：1)熱場設計技術，即利用計算機模擬技術，模擬晶體生長時熱場的溫度及其梯度的分布情況，達到晶體質量的改善；

2)熱屏技術，即利用熱屏減少熱輻射和熱量損失，減少熱對流，加快蒸發(fā)氣體的揮發(fā)，加快晶體的冷卻；3)雙石墨加熱器技術，即利用上，下兩石墨加熱器，保證固液界面有合適的溫度梯度；4)磁場技術，即應用磁場控制熔體的對流，抑制熔體表面溫度的起伏和降低硅單晶體內間隙氧的濃度；5)籽晶技術，由于大直徑硅單晶的重量愈來愈重，開發(fā)出二次抓肩技術，無縮頸籽晶技術等。此外，也開發(fā)出直拉單晶的再裝料和連續(xù)加料技術。

硅晶體生長方面另一重要進展是有效控制了晶體中原生顆粒(COP)缺陷的形成。COP缺陷的尺寸在100納米左右，在8英寸硅片中早已存在，但隨著線寬變小到100納米以下時，這個問題變得更加突出。由于COP缺陷會引起柵極氧化物完整性的退化和隔離的失效，MEMC公司首先開發(fā)了這種技術，之后其他主要硅片制造廠商也開發(fā)出類似技術。這些技術根據最佳拉晶速率和固-液交界面處的最佳溫度，在晶錠的整個長度和直徑上抑制兩類高度有害缺陷的形成。用這些技術拉制的硅單晶制備的硅拋光片可完全滿足器件的要求，因而大大提高了器件的成品率，降低了成本。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種單晶爐用自控式加熱系統，采用了分段式組合石墨加熱器，雙電源系統，化料時雙石墨加熱器同時工作，大大縮短了熔硅時間，化料結束后降低下石墨加熱器功率，以上石墨加熱器為主石墨加熱器進行生長，使熱場的底部溫度下降且不影響晶體的生長，減小了傳統熱場頂部與底部的溫差。

本發(fā)明的技術方案如下：

單晶爐用自控式加熱系統，包括置于爐體內上石墨加熱器、下石墨加熱器，上石墨加熱器、下石墨加熱器分別正對于坩堝的上部、下部，上石墨加熱器、下石墨加熱器分別連接有電源系統，所述的上石墨加熱器、下石墨加熱器分別呈方波狀，上石墨加熱器、下石墨加熱器的間距內設有梳狀排布的導熱板，相鄰的導流板之間有連接筋，上石墨加熱器的下端與下石墨加熱器的上端之間具有間隙，且上石墨加熱器大于下石墨加熱器的豎向高度，所述的上石墨加熱器下端與下石墨加熱器上端的間隙中設有隔熱板，隔熱板伸向坩堝；坩堝的上部、下部側壁上分別設有溫度傳感器，溫度傳感器分別連接到單片機的輸入端，單片機的輸出端與上石墨加熱器、下石墨加熱器的電源系統相連接。

????所述的單片機外連接有對應的坩堝上部、下部的溫度顯示屏。

本發(fā)明采用復合式熱系統降氧機理，通過大量實驗證明，減小了熔體熱對流，從而抑制了氧從坩堝壁向熔體的輸運，降低了晶體中的氧含量。

本發(fā)明采用了分段式組合石墨加熱器，雙電源系統，化料時雙石墨加熱器同時工作，大大縮短了熔硅時間，化料結束后降低下石墨加熱器功率，以上石墨加熱器為主石墨加熱器進行生長，使熱場的底部溫度下降且不影響晶體的生長，減小了傳統熱場頂部與底部的溫差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為上石墨加熱器與下石墨加熱器的安裝示意圖。

具體實施方式

參見附圖，單晶爐加熱系統，包括置于爐體內上石墨加熱器1、下石墨加熱器2，上石墨加熱器1、下石墨加熱器2分別正對于坩堝3的上部、下部，上石墨加熱器、下石墨加熱器分別連接有電源系統，上石墨加熱器1、下石墨加熱器2分別呈方波狀，上石墨加熱器1、下石墨加熱器2的間距內設有梳狀排布的導熱板7，相鄰的導流板7之間有連接筋8，上石墨加熱器1的下端與下石墨加熱器的上端之間具有間隙4，且上石墨加熱器1大于下石墨加熱器2的豎向高度，上石墨加熱器下端與下石墨加熱器上端的間隙中設有隔熱板5，隔熱板5伸向坩堝3，坩堝的上部、下部側壁上分別設有溫度傳感器6，溫度傳感器6分別連接到單片機7的輸入端，單片機7的輸出端與上石墨加熱器、下石墨加熱器的電源系統8相連接，單片機7外連接有對應的坩堝上部、下部的溫度顯示屏。