[發明專利]一種單晶爐

在審

• 申請號: 201610818921.8
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN107815729A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 鄧先亮
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 余昌昊

技術領域

本發明涉及晶體生長領域，具體涉及一種單晶爐。

背景技術

人工晶體在科學技術和工業生產領域中起到越來越重要的作用，特別是單晶硅作為一種半導體材料，在集成電路和其他電子元件應用越來越廣泛。現有的大部分的單晶硅都采用直拉法制造，在傳統的直拉法制造中，通常是在單晶硅生長之前，操作人員在單晶爐的控制系統里邊設定好相應的程序，然后單晶爐的控制系統按照程序的設定一步一步的完成單晶硅的生長過程。這種控制系統為單向控制方式、功能單一，單晶硅生長的好與壞基本完全依靠操作人員的專業經驗和操作技能，其產品質量相對不高。然而，市場對大尺寸的單晶硅的晶體質量要求越來越高，于是對單晶爐的控制系統的精準度也越來越嚴苛。

目前，因在直拉法單晶硅生長過程中投料量大，使得單晶爐內的熱場分布十分復雜，單晶爐的控制系統難以精確的呈現單晶爐內的實際熱場分布；而且，整個生長過程從引晶階段到最后收尾階段持續時間長，單晶爐的控制系統對每個階段工藝的穩定性和空間尺寸的精確控制面臨很大的挑戰。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種新的單晶爐。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種單晶爐，實現單晶爐的控制系統智能自動化控制，提高單晶爐的控制精準度，提高單晶體的晶體質量。

為解決上述技術問題，本發明提供一種單晶爐，所述單晶爐用于一單晶體的生長，所述單晶爐包括一長晶爐腔和一控制系統；所述控制系統包括一用于采集所述長晶爐腔中的數據的數據采集模塊、一用于將所述數據進行數據分析處理并且反饋一控制信號的數據處理模塊以及一用于對所述長晶爐腔反饋所述控制信號的輸出模塊；所述數據處理模塊包括一仿真結果數據庫和一數據存儲模塊，所述仿真結果數據庫為通過模擬仿真構建出的一長晶數據庫；所述數據存儲模塊用于存儲所述長晶數據庫和所述數據采集模塊采集的實時數據。

進一步的，所述單晶爐還包括一爐體、設于所述爐體內且用于裝熔融多晶硅料的坩堝、用于提拉和旋轉所述單晶體的提拉桿。

可選的，在所述單晶爐中，以所述爐體的幾何結構為基礎，依據所述單晶體生長中各個階段定義的工藝參數進行建模，利用一長晶模擬仿真軟件進行計算，利用計算結果建立所述長晶數據庫。

進一的，在所述單晶爐中，所述長晶數據庫中包括以所述爐體的幾何結構為基礎，不同的單晶體生長各個階段定義的工藝參數、不同的所述單晶體生長各個階段中所述爐體內的溫度分布圖或者溫度分布曲線、以及相對應的不同的所述單晶體生長各個階段中所述爐體內的流場分布圖或者流場分布曲線。

進一步的，在所述單晶爐中，所述數據處理模塊將所述實時數據在所述長晶數據庫中進行查找、對比和分析，反饋出一控制信號，所述控制信號為所述單晶體生長下一時刻的定義的工藝參數。

可選的，在所述單晶爐中，所述數據存儲模塊分為第一數據存儲模塊和第二數據存儲模塊，所述第一數據存儲模塊存儲所述長晶數據庫，所述第二數據存儲模塊存儲所述實時數據。

進一步的，在所述單晶爐中，所述第二數據存儲模塊的實時數據更新和優化所述第一數據存儲模塊的長晶數據庫。

進一步的，在所述單晶爐中，所述長晶爐腔包括一晶控模塊和一堝控模塊，所述晶控模塊用于調節所述單晶體的提拉速度和單晶體轉速，所述堝控模塊用于調節所述坩堝內溫度、所述坩堝的升降速度和坩堝轉速。

可選的，在所述單晶爐中，所述數據采集模塊包括一用于監測所述單晶體位置的晶位傳感器、一用于監測所述坩堝位置的堝位傳感器、一實時測量所述坩堝內溫度的溫度傳感器，所述數據采集模塊采集所述單晶體的提拉速度數據和單晶體轉速數據、所述坩堝的升降速度數據和坩堝轉速數據以及所述坩堝內的溫度數據。

進一步的，在所述單晶爐中，所述晶控模塊包括一控制所述提拉桿提拉所述單晶體的晶升電機和一控制所述單晶體旋轉的晶轉電機。

進一步的，在所述單晶爐中，所述堝控模塊包括一控制所述坩堝旋轉的堝轉電機、一控制所述坩堝升降的堝升電機、對所述坩堝進行加熱的加熱模塊以及根據所述坩堝內的溫度控制所述加熱模塊的溫控模塊。

進一步的，在所述單晶爐中，所述長晶爐腔還包括一控制所述爐體內的氣壓的氣壓控制模塊。

進一步的，在所述單晶爐中，所述數據采集單元還包括一用于采集所述爐體的氣壓值的氣壓檢測器。

可選的，在所述單晶爐中，所述控制系統還包括一報警模塊，用于提示和記錄所述單晶體生長過程中的故障信息。