[發明專利]一種控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器、拉晶爐和方法

在審

• 申請號: 202210697737.8
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115094518A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 陶瑩
• 申請（專利權）人: 陶瑩;北京麥竹吉科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/18;C30B15/20
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 朱曉彤

本發明涉及一種控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器、拉晶爐和方法，涉及單晶硅晶體生長領域，加熱器為倒錐臺形且上下均敞口的筒狀。拉晶爐包括所述的控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器。控制大直徑單晶硅棒直徑的方法，采用所述的控制大直徑單晶硅棒直徑的拉晶爐實現。有益效果是：加熱器可以盡可能的靠近三相點，加熱器升高功率與降低功率所增加和減少的熱量，能快速反應在直徑變化上。便于從單晶爐的正前方人工觀察單晶硅棒的情況，便于拉晶爐內斜上方的感應器或監控相機監測硅棒狀態，不遮擋視線或監測設備。

技術領域

本發明涉及單晶硅晶體生長領域，具體涉及一種控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器、拉晶爐和方法。

背景技術

拉晶是指熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。單晶硅主要用于制作半導體元件。

通常大直徑單晶硅棒是指硅棒的直徑大于或等于200mm。傳統上，一個大直徑直拉法(Czochralski)拉晶爐里，會用到兩個石墨加熱器。一個位于石英坩堝外側，為主加熱器(main heater)，另一個為位于石英坩鍋下方的底部加熱器(bottom heater)。在生長硅單晶棒的過程中，直徑的控制是利用拉速與加熱器功率的調整來完成。其中拉速的調整是屬于短程的控制效應，所謂短程就是直徑變化的反應時間是幾十秒鐘到幾分鐘，加熱器功率的調整是屬于長程的控制效應，所謂長程就是反應在20-40分鐘才能有效地開始影響直徑。然而在生產低缺陷硅單晶棒時，拉速必須維持在很小的范圍內，甚至鎖定為固定速度，才能精準的生產出低缺陷的單晶棒，不允許有大的拉速變化來調整直徑。由于每次調整加熱器功率之后，需要先把石英坩堝里的硅熔體加熱后，才能有效影響直徑，需要花費很長時間才能反應在直徑上，這樣，單獨依賴長程的加熱器功率的調整，就很難長出直徑均勻的硅棒。

因此本發明就是為了解決這問題，而提出一種靠近三相點位置特殊形狀的加熱器，用來快速調整晶棒的直徑而不改變拉速。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何控制大直徑。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器，加熱器為倒錐臺形且上下均敞口的筒狀。

本發明的有益效果是：倒錐臺形筒狀的加熱器可以盡可能的靠近坩堝的液面，也就是很靠近三相點，即晶體生長前鋒，加熱器升高功率與降低功率所增加和減少的熱量，能快速反應在直徑變化上。同時，采用倒錐臺形加熱器，其上端直徑較大，便于從單晶爐的正前方人工觀察單晶硅棒的情況，便于拉晶爐內斜上方的感應器或監控相機監測硅棒狀態，不遮擋視線或監測設備。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述加熱器的材質為石墨或碳化硅。

采用上述進一步方案的有益效果是：加熱器的材質為石墨或碳化硅，采用電阻加熱的方式。

進一步，所述加熱器周向側壁呈方波形狀。

進一步，所述加熱器的高度H為100-180mm。

進一步，所述加熱器的功率為5-20kW。

采用上述進一步方案的有益效果是：調整直徑時，通常采用的功率范圍為10-20kW，不需要調整直徑時，也就是正常拉晶時，使用5-9kW的功率。

進一步，所述加熱器的下端內徑d比單晶硅棒直徑大60-70mm。

本發明還提供一種控制大直徑單晶硅棒直徑的拉晶爐，包括所述的控制大直徑單晶硅棒直徑的加熱器。