CN102828236B - 单晶炉用自控式加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶炉用自控式加热系统，包括置于炉体内上石墨加热器、下石墨加热器，上石墨加热器、下石墨加热器分别连接有电源系统，上石墨加热器、下石墨加热器分别呈方波状，上石墨加热器、下石墨加热器的间距内设有梳状排布的导热板，相邻的导热板之间有连接筋，上石墨加热器的下端与下石墨加热器的上端之间有间隙，上石墨加热器下端与下石墨加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；采用了分段式组合石墨加热器，双电源系统，化料时双石墨加热器同时工作，大大缩短了熔硅时间，化料结束后降低下石墨加热器功率，以上石墨加热器为主石墨加热器进行生长，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。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅制备领域，具体属于单晶炉用自控式加热系统。
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)双石墨加热器技术，即利用上，下两石墨加热器，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单晶炉用自控式加热系统，采用了分段式组合石墨加热器，双电源系统，化料时双石墨加热器同时工作，大大缩短了熔硅时间，化料结束后降低下石墨加热器功率，以上石墨加热器为主石墨加热器进行生长，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。
本发明的技术方案如下：
单晶炉用自控式加热系统，包括置于炉体内上石墨加热器、下石墨加热器，上石墨加热器、下石墨加热器分别正对于坩埚的上部、下部，上石墨加热器、下石墨加热器分别连接有电源系统，所述的上石墨加热器、下石墨加热器分别呈方波状，上石墨加热器、下石墨加热器的间距内设有梳状排布的导热板，相邻的导热板之间有连接筋，上石墨加热器的下端与下石墨加热器的上端之间具有间隙，且上石墨加热器大于下石墨加热器的竖向高度，所述的上石墨加热器下端与下石墨加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；坩埚的上部、下部侧壁上分别设有温度传感器，温度传感器分别连接到单片机的输入端，单片机的输出端与上石墨加热器、下石墨加热器的电源系统相连接。
所述的单片机外连接有对应的坩埚上部、下部的温度显示屏。
本发明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。
本发明采用了分段式组合石墨加热器，双电源系统，化料时双石墨加热器同时工作，大大缩短了熔硅时间，化料结束后降低下石墨加热器功率，以上石墨加热器为主石墨加热器进行生长，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。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为上石墨加热器与下石墨加热器的安装示意图。
具体实施方式
参见附图，单晶炉加热系统，包括置于炉体内上石墨加热器1、下石墨加热器2，上石墨加热器1、下石墨加热器2分别正对于坩埚3的上部、下部，上石墨加热器、下石墨加热器分别连接有电源系统，上石墨加热器1、下石墨加热器2分别呈方波状，上石墨加热器1、下石墨加热器2的间距内设有梳状排布的导热板7，相邻的导热板7之间有连接筋8，上石墨加热器1的下端与下石墨加热器的上端之间具有间隙4，且上石墨加热器1大于下石墨加热器2的竖向高度，上石墨加热器下端与下石墨加热器上端的间隙中设有隔热板5，隔热板5伸向坩埚3，坩埚的上部、下部侧壁上分别设有温度传感器6，温度传感器6分别连接到单片机9的输入端，单片机9的输出端与上石墨加热器、下石墨加热器的电源系统10相连接，单片机9外连接有对应的坩埚上部、下部的温度显示屏。
Claims (1)
1.单晶炉用自控式加热系统，其特征在于：包括置于炉体内上石墨加热器、下石墨加热器，上石墨加热器、下石墨加热器分别正对于坩埚的上部、下部，上石墨加热器、下石墨加热器分别连接有电源系统，所述的上石墨加热器、下石墨加热器分别呈方波状，上石墨加热器、下石墨加热器的间距内设有梳状排布的导热板，相邻的导热板之间有连接筋，上石墨加热器的下端与下石墨加热器的上端之间具有间隙，且上石墨加热器大于下石墨加热器的竖向高度，所述的上石墨加热器下端与下石墨加热器上端的间隙中设有隔热板，隔热板伸向坩埚；坩埚的上部、下部侧壁上分别设有温度传感器，温度传感器分别连接到单片机的输入端，单片机的输出端与上石墨加热器、下石墨加热器的电源系统相连接；所述的单片机外连接有对应的坩埚上部、下部的温度显示屏。
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