[發(fā)明專利]一種高速單晶生長裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610037736.5
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105603520B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 劉立軍;丁俊嶺;趙文翰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種高速單晶生長方法，其特征在于，該單晶生長方法基于的高速單晶生長裝置，包括由外至內(nèi)依次設置的爐壁（5）和保溫筒（4），在保溫筒（4）中心處的底部設置有支撐體（8），支撐體（8）上依次設置有石墨坩堝（10）和石英坩堝（7），支撐體（8）用于帶動石墨坩堝（10）和石英坩堝（7）升降及旋轉，在石墨坩堝（10）外側上設置有石墨加熱器（11）；在石英坩堝（7）內(nèi)設置有熱屏（6），且熱屏（6）的頂端與保溫筒（4）的內(nèi)壁相連；熱屏（6）內(nèi)設置有反應筒（1），反應筒（1）采用由外至內(nèi)設置的進氣筒（13）和排氣筒（12），且進氣筒（13）頂部的進氣口與爐壁（5）上開設的進氣口相連通，進氣筒（13）底部的出氣口與排氣筒（12）底部的進氣口相連通；使用時，石英坩堝（7）內(nèi)為熔體（9），熔體（9）的液面低于熱屏（6）的底面，通過爐壁（5）上開設的進氣口向反應筒（1）的內(nèi)腔通入保護氣氬氣和反應物，反應物在晶體（3）附近發(fā)生化學吸熱反應，對高溫晶體（3）進行冷卻，進而生長的晶體（3）依次穿過熱屏（6）內(nèi)腔和反應筒（1）內(nèi)腔提升至晶體生長單晶爐外；

該單晶生長方法包括以下步驟：

1）將高純多晶硅原料以及摻雜物質放入石英坩堝（7）中；

2）完成裝料后，關閉單晶爐抽真空，通過爐壁（5）開設的進氣孔充入低壓高純氬氣，使單晶爐內(nèi)壓力維持在1000pa-100000pa范圍內(nèi)，打開石墨加熱器（11），熔化高純多晶硅原料；

3）當硅熔體（9）溫度穩(wěn)定后，由提拉裝置將種晶慢慢浸入硅熔體（9）中開始進行引晶；

4）生長完晶頸后，降低拉速，使晶體（3）的直徑逐步增大到目標直徑；

5）達到目標直徑后，通過調整提拉速度和加熱器功率，使晶體（3）直徑維持在目標直徑±2mm之間，進行等徑生長；待晶體（3）高度超過進氣筒（13）出口位置時，由爐壁（5）上開設的進氣孔通入反應物，經(jīng)由進氣筒（13）后，噴射到晶體（3）表面，對高溫晶體（3）進行冷卻；其中，通入發(fā)生化學吸熱反應的反應物有碳粉和二氧化碳混合氣體，乙醇，碳粉和水蒸氣混合氣體，甲醇，氨氣，甲基環(huán)己烷或者甲烷；

6）等徑生長完成后，進入收尾階段，提高拉速，將晶體（3）直徑逐步縮小直至與硅熔體（9）分離；

7）生長完成的晶體（3）在上爐室冷卻至室溫時取出，至此完成整個拉晶過程。

2.根據(jù)權利要求1所述的高速單晶生長方法，其特征在于，爐壁（5）上設置有CCD圖像傳感器窗口（2）。

3.根據(jù)權利要求1所述的高速單晶生長方法，其特征在于，熔體（9）的液面與熱屏（6）的底面之間的距離為10mm-40mm，排氣筒（12）內(nèi)壁與晶體（3）之間的距離為10mm-30mm。

4.根據(jù)權利要求1所述的高速單晶生長方法，其特征在于，反應筒截面為環(huán)形，壁厚為2mm-10mm，進氣筒通道寬度為10mm-30mm。

5.根據(jù)權利要求1所述的高速單晶生長方法，其特征在于，反應筒采用耐高溫材料二氧化硅、碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼或者磷化硅制成。