[發明專利]一種在橫向超導磁場中應用的熱場及長晶方法

有效

• 申請號: 202011473237.3
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112626621B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 吳春生;張熠;穆童;鄭鍇
• 申請（專利權）人: 南京晶能半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B30/04
• 分類號: C30B30/04;C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種在橫向超導磁場中應用的熱場及長晶方法。該熱場包括主加熱器、位于主加熱器下方的底加熱器、隔熱層；其中主加熱器與底加熱器通過開槽長度的變化調整不同部位的發熱量，從而通過調整橫向磁場內不抑制流動方向的加熱器和隔熱層結構，達到降低溫度梯度的效果，能夠減弱橫向磁場的軸向不對稱性，提高晶體質量。

技術領域

本發明屬于硅晶體材料單晶爐技術領域。

背景技術

由于傳統的勾型磁場有著能耗高、強度低等缺點，超導橫向磁場由于其線圈采用超導材料，低溫下電阻為0，除了必要的制冷壓縮機外，基本不發熱，能耗很低，僅需很低的電壓就能都達到很高的磁場強度，大尺寸半導體級單晶爐逐漸開始使用橫向超導磁場，適用于大尺寸半導體級單晶硅設備使用的超導橫向磁場其磁場強度通常為4000高斯，由于橫向磁場的特性，磁感線方向為面對設備的前后方向，前后方向的磁感線能夠有效抑制熔體的上下流動，從而達到降低氧含量和穩定液面的效果，但是同樣由于橫向磁場的特點，橫向磁場僅能抑制液面表面左右方向的液體流動，前后方向的液體流動由于其平行于磁感線方向，無法被磁場抑制，使得熔體在橫向磁場中相對圓周方向呈不對稱性，由于在長晶過程中通常會讓晶體旋轉，這種不對稱，使得旋轉的晶體生長界面經歷溫度的周期變化，會造成長晶生長紋路，從而影響晶體的微觀質量。

同時，由于超導磁場破壞了自然對流的軸對稱性，其液體的徑向溫度梯度同樣不對稱，在長晶的放肩階段，晶體直徑緩慢長大，此不對稱現象容易導致放肩過程中溫度不穩，使得放肩過程極易出現斷線的情況。

故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種熱場，能夠對熱場中加熱的單晶硅熔液對流進行調節，以解決現有技術中水平方向熱傳輸仍然主要依靠熱對流，不利于大尺寸高品質單晶硅的生長的技術問題。

本發明還提供了使用該熱場的長晶方法。

技術方案：為達到上述目的，本發明熱場可采用如下技術方案：

一種在橫向超導磁場中應用的熱場，包括圍成上下貫穿的圓筒形的主加熱器、位于主加熱器下方的底加熱器、隔熱層；

所述底加熱器包括位于兩端部分的第一扇面形部及位于兩側部分的第二扇面形部，且兩個第一扇面形部與兩個第二扇面形部交叉排列形成中心為圓形開口的整體；所述第一扇面形部的側邊長度大于第二扇面形部的側邊長度；第一扇面形部上設有若干條沿著直徑方向的第一開縫；第二扇面形部上設有若干條沿著直徑方向的第二開縫，且第一開縫的長度大于第二開縫的長度；每個所述第一扇面形部上設有一個電極，兩個電極對稱設置，

所述主加熱器上設有若干自上而下延伸的第三開縫，且該第三開縫沿著主加熱器的軸向設置，位于第一扇面形部上方位置的第三開縫長度大于位于第二扇面形部上方位置的第三開縫的長度；

所述隔熱層包括中空的空腔，該空腔上下貫穿隔熱層，所述主加熱器及底加熱器均位于空腔內；所述空腔具有圓形的上開口及橢圓形的下開口，且橢圓形的長軸穿過第二扇面形部，橢圓形的短軸穿過第一扇面形部。

進一步的，該熱場所在的磁場中，磁場兩極分別位于所述橢圓形下開口的長軸兩側。

進一步的，所述主加熱器上的第三開縫的長度是逐漸變化的，變化的規律是：位于第一扇面形部上方位置至位于第二扇面形部上方位置的第三開縫的長度逐漸縮短。

進一步的，還包括兩個主加熱器腿及兩個主加熱器支撐，所述兩個主加熱器腿分別位于第一扇面形部的外側，主加熱器腿向主加熱器供電，主加熱器支撐不供電。

有益效果：本發明提供的熱場的技術方案通過調整橫向磁場內不抑制流動方向的加熱器和隔熱層結構，達到降低溫度梯度的效果，能夠減弱橫向磁場的軸向不對稱性，提高晶體質量。

而使用上述熱場的長晶方法采用以下技術方案，包括以下步驟：