[實(shí)用新型]一種單晶爐加熱系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201521135314.9
• 申請(qǐng)日: 2015-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN205241851U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津長(zhǎng)園電子材料有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/14
• 分類號(hào): C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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堝內(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)，并使石英坩堝在石墨中軸的帶動(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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)。在生長(zhǎng)過程的尾期，石英坩堝內(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(zhǎng)過程。

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)先放入石英坩堝；當(dāng)拉制摻雜劑采用易揮發(fā)的純?cè)劁R、磷、 砷的單晶硅時(shí)，不能將摻雜劑預(yù)先放入石英坩堝，必須放在摻雜勺內(nèi)， 拉晶過程將摻雜勺移到坩堝中心，將摻雜劑倒入坩堝，才能保證摻雜 準(zhǔn)確。

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(zhǎng)度都可以很大， 生長(zhǎng)速率也高。所用坩堝必須由不污染熔體的材料制成。

影響直拉法晶體質(zhì)量有以下幾個(gè)方面：

(1)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 坩堝內(nèi)，加熱到其熔點(diǎn)1420℃以上，使其完全融化，然而融化的硅 熔體會(huì)與石英坩堝內(nèi)壁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)石英坩堝內(nèi)壁產(chǎn)生侵蝕，影 響石英坩堝的在高溫下的強(qiáng)度，同時(shí)也降低了單晶硅晶體的晶格完整 性。

(2)拉晶過程中，盛料的石英坩堝被置于加熱器內(nèi)部，坩堝上 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，石英坩堝中熔體的溫度 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堝導(dǎo)致坩 堝中的雜質(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

本實(shí)用新型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：一種單晶爐加熱系統(tǒng)，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。

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(zhǎng)的二 分之一。

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。

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。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的示意圖。

具體實(shí)施方式

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(jiǎn)要說明。