CN102758245A

CN102758245A - 除氧型单晶炉

Info

Publication number: CN102758245A
Application number: CN2012102056981A
Authority: CN
Inventors: 林游辉
Original assignee: Hefei Jingkun New Energy Co Ltd
Current assignee: Hefei Jingkun New Energy Co Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开了一种除氧型单晶炉，包括置于炉体内上加热器、下加热器、以及围绕于硅单晶棒外热屏，上加热器、下加热器分别正对于坩埚的上部、下部，上加热器、下加热器分别连接有电源系统，所述的上加热器、下加热器分别呈方波状，上加热器的下端与下加热器的上端之间具有间隙，且上加热器大于下加热器的竖向高度，所述的上加热器下端与下加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；热屏的上端连接有热屏上盖，热屏上盖的下方设有上保温筒，所述热屏是由热屏外壳、热屏内壳及中间的热屏保温层组成，中央通道的纵剖面为梯形。使热场的底部温度下降且不影响晶体的生长，减小了传统热场顶部与底部的温差；加强了氩（氮）气流对固-液界面的吹拂，增强了氩（氮）气流携带结晶潜热的作用因此有利于单晶生长，并可以提高结晶速率，进而提高拉晶速率。

Description

除氧型单晶炉

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术领域，具体属于除氧型单晶炉。

背景技术

当前，硅材料在半导体领域和太阳能领域仍然占据着主要地位。随着科技的发展和技术的进步，集成电路和太阳能电池生产工艺都对硅材料提出了新的要求，大直径、高质量硅单晶的生长技术成为当前半导体材料领域和太阳能领域的研发热点。

近年来，硅材料加工技术取得了许多重要进展。硅晶体生长方面最重要的进展之一是12英寸硅单晶生长技术已经成熟。世界主要硅单晶生产商，包括信越，SUMCO，MEMC，瓦克等均采用适合于12英寸硅单晶生长的单晶炉，大都采用磁场直拉法，每炉装料量达300-350公斤，主要应用28或32英寸坩埚和热场进行硅单晶生产。目前国内外前沿技术包括：1)热场设计技术，即利用计算机模拟技术，模拟晶体生长时热场的温度及其梯度的分布情况，达到晶体质量的改善；

2)热屏技术，即利用热屏减少热辐射和热量损失，减少热对流，加快蒸发气体的挥发，加快晶体的冷却；3)双加热器技术，即利用上，下两加热器，保证固液界面有合适的温度梯度；4)磁场技术，即应用磁场控制熔体的对流，抑制熔体表面温度的起伏和降低硅单晶体内间隙氧的浓度；5)籽晶技术，由于大直径硅单晶的重量愈来愈重，开发出二次抓肩技术，无缩颈籽晶技术等。此外，也开发出直拉单晶的再装料和连续加料技术。

硅晶体生长方面另一重要进展是有效控制了晶体中原生颗粒(COP)缺陷的形成。COP缺陷的尺寸在100纳米左右，在8英寸硅片中早已存在，但随着线宽变小到100纳米以下时，这个问题变得更加突出。由于COP缺陷会引起栅极氧化物完整性的退化和隔离的失效，MEMC公司首先开发了这种技术，之后其他主要硅片制造厂商也开发出类似技术。这些技术根据最佳拉晶速率和固-液交界面处的最佳温度，在晶锭的整个长度和直径上抑制两类高度有害缺陷的形成。用这些技术拉制的硅单晶制备的硅抛光片可完全满足器件的要求，因而大大提高了器件的成品率，降低了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种除氧型单晶炉，使热场的底部温度下降且不影响晶体的生长，减小了传统热场顶部与底部的温差；加强了氩（氮）气流对固-液界面的吹拂，增强了氩（氮）气流携带结晶潜热的作用因此有利于单晶生长，并可以提高结晶速率，进而提高拉晶速率。

本发明的技术方案如下：

除氧型单晶炉，包括置于炉体内上加热器、下加热器、以及围绕于硅单晶棒外热屏，上加热器、下加热器分别正对于坩埚的上部、下部，上加热器、下加热器分别连接有电源系统，所述的上加热器、下加热器分别呈方波状，上加热器的下端与下加热器的上端之间具有间隙，且上加热器大于下加热器的竖向高度，所述的上加热器下端与下加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；热屏的上端连接有热屏上盖，热屏上盖的下方设有上保温筒，所述热屏是由热屏外壳、热屏内壳及中间的热屏保温层组成，热屏呈圆台状，且具有中央通道，热屏与热屏上盖之间的夹角为40-50°，中央通道的纵剖面为梯形。

所述的坩埚的上部、下部侧壁上分别设有温度探头，温度探头分别电连接到上加热器、下加热器电源系统的控制单元。

所述的上加热器、下加热器内侧壁上分别固定设有数个防对流板，防对流板是有耐热材料制成。

所述热屏与热屏上盖之间的夹角为45°。

本发明采用了分段式组合加热器，双电源系统，化料时双加热器同时工作，大大缩短了熔硅时间，化料结束后降低下加热器功率，以上加热器为主加热器进行生长，使热场的底部温度下降且不影响晶体的生长，减小了传统热场顶部与底部的温差。采用复合式热系统降氧机理，通过大量实验证明，减小了熔体热对流，从而抑制了氧从坩埚壁向熔体的输运，降低了晶体中的氧含量。

本发明的温场是指热系统中的温度分布，对晶体的生长极其重要。温场分为静态温场和动态温场。不进行晶体生长时的温场称为静态温场，决定于加热器和保温系统的形状和尺寸。进行晶体生长时的温场称之为动态温场。结晶过程中有结晶潜热释放，拉速越快，结晶速率越高，释放的潜热越多。晶体直径、长度和坩埚位置的变化以及熔体的流动对温场均产生较大的影响。由于这方面的因素改变了静态温场，因此要经过拉晶工艺的动态跟随试验对静态温场加以修正，才能使得动态温场满足晶体生长的要求。在熔体中，纵向温度梯度适当地增大，有利于结晶潜热散发中的热传导进行，有利于结晶过程的顺利进行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为热屏的结构示意图。

图3为加热器与下加热器的安装示意图。

具体实施方式

参见附图，除氧型单晶炉，包括置于炉体内上加热器1、下加热器2、以及围绕于硅单晶棒3外热屏4，上加热器1、下加热器2分别正对于坩埚5的上部、下部，上加热器1、下加热器2分别连接有电源系统，上加热器1、下加热器2分别呈方波状，上加热器的下端与下加热器的上端之间具有间隙6，且上加热器1大于下加热器2的竖向高度，上加热器1下端与下加热器2上端的间隙中设有隔热板7，隔热板7伸向坩埚5；热屏4的上端连接有热屏上盖8，热屏4上盖的下方设有上保温筒9，热屏4是由热屏外壳10、热屏内壳11及中间的热屏保温层12组成，热屏4呈圆台状，且具有中央通道13，热屏与热屏上盖之间的夹角为45°，中央通道的纵剖面为梯形；坩埚5的上部、下部侧壁上分别设有温度探头，温度探头分别电连接到上加热器1、下加热器2电源系统的控制单元，上加热器、下加热器内侧壁上分别固定设有数个防对流板，防对流板是有耐热材料制成。

Claims

1.除氧型单晶炉，其特征在于：包括置于炉体内上加热器、下加热器、以及围绕于硅单晶棒外热屏，上加热器、下加热器分别正对于坩埚的上部、下部，上加热器、下加热器分别连接有电源系统，所述的上加热器、下加热器分别呈方波状，上加热器的下端与下加热器的上端之间具有间隙，且上加热器大于下加热器的竖向高度，所述的上加热器下端与下加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；热屏的上端连接有热屏上盖，热屏上盖的下方设有上保温筒，所述热屏是由热屏外壳、热屏内壳及中间的热屏保温层组成，热屏呈圆台状，且具有中央通道，热屏与热屏上盖之间的夹角为40-50°，中央通道的纵剖面为梯形。

2.根据权利要求1所述的除氧型单晶炉，其特征在于：所述的坩埚的上部、下部侧壁上分别设有温度探头，温度探头分别电连接到上加热器、下加热器电源系统的控制单元。

3.根据权利要求1所述的除氧型单晶炉，其特征在于：所述的上加热器、下加热器内侧壁上分别固定设有数个防对流板，防对流板是有耐热材料制成。

4.根据权利要求1所述的除氧型单晶炉，其特征在于：所述热屏与热屏上盖之间的夹角为45°。