CN103820847A - 一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置及方法 - Google Patents

一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置及方法，该温度梯度控制装置包括温控反射器及温控系统，该温控反射器为石墨材质的圆筒形结构，设置在区熔炉体的加热线圈下方，其具有电流输入、输出端口；该温控系统包括温度传感器和主控制器，该温控反射器通过其电流输入、输出端口与主控制器连接。利用该温度梯度装置控制硅单晶生长温度梯度的方法是通过温度传感器将反射器内的温度信号传递到主控制器，通过主控制器控制温控反射器内电流的大小，进而控制反射器内的温度。本发明通过温控系统对反射器内的温度进行控制，在大直径硅单晶拉制过程中，能为硅单晶生长提供可调控的温度梯度，提高了大尺寸硅单晶的成晶率。

Description

一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置及方法。
背景技术
硅单晶作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件。区熔法生长硅单晶是一种重要的方法。采用区熔法生长的硅单晶纯度高，均匀性好，是制造功率器件的优秀材料。
近年来，区熔硅单晶的直径不断增大，六英寸单晶已经成为主流，八英寸单晶的技术也已经成型。随着单晶直径的不断增加，反射器的作用越来越大，它对单晶的拉制有着直接的影响。
原有的铜质反射器，只能起到反射单晶释放出的热辐射，被动的调节单晶温度梯度。在单晶直径六英寸以下时，作用比较明显。但是在更大尺寸的单晶生产拉制时，就存在一定的局限性。原有的反射器对大尺寸单晶的保温效果明显不足。就FZ-30炉为例，原有的炉体，如果简单加大反射器，因炉体设计有限，会影响到夹持机构的使用，以及操作视线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，在大直径硅单晶拉制过程中为硅单晶生长提供可调控的温度梯度，以增加大尺寸硅单晶的成晶率。
本发明的另一目的在于提供一种利用该装置对硅单晶生长温度梯度进行控制的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，包括温控反射器及温控系统，该温控反射器为石墨材质的圆筒形结构，设置在区熔炉体的加热线圈下方，其具有电流输入、输出端口；该温控系统包括温度传感器和主控制器，该温控反射器通过其电流输入、输出端口与主控制器连接。
所述温度传感器为非接触式温度传感器。所述温度传感器安装在炉壁外侧，与温控反射器平行，其直径为100～300mm，高度为20～100mm。
所述主控制器安装在区熔炉体的控制面板上，由温度传感器发出的温度信号反馈到所述主控制器。
一种利用所述的温度梯度控制装置控制硅单晶生长温度梯度的方法，在区熔法生长大尺寸硅单晶的等径生长过程中，通过温度传感器将反射器内的温度信号传递到主控制器，通过主控制器控制温控反射器内电流的大小，进而控制反射器内的温度。
所述温控反射器的内部电流控制在5％～35％之间，加热线圈电压为40～80％。
本发明的优点在于：
本发明通过温控系统对反射器内的温度进行控制，在大直径硅单晶拉制过程中，能为硅单晶生长提供可调控的温度梯度，提高了大尺寸硅单晶的成晶率。
附图说明
图1为本发明的温控反射器的俯视图。
图2为本发明的温控反射器的主视图。
图3为采用本发明的温度梯度控制的方法的区熔法制备硅单晶的流程图。
图4为温度梯度控制系统图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明的温度梯度控制装置，包括温控反射器及温控系统，该温控反射器1为石墨材质的圆筒形结构，设置在区熔炉体的加热线圈下方，该温控反射器1具有电流输入端口2、输出端口3；该温控系统包括温度传感器和主控制器；该温控反射器1通过其电流输入端口2、输出端口3与主控制器连接。
所述温度传感器为非接触式温度传感器。例如，可以使用具体型号为WGG2-201光学高温计。
所述温度传感器安装在炉壁外侧，与温控反射器平行，其直径及高度可以根据硅单晶的尺寸确定，一般情况下其直径为100～250mm，高度为20～100mm。
所述主控制器安装在区熔炉体的控制面板上，由温度传感器发出的温度信号反馈到所述主控制器。
在采用区熔法制备大尺寸硅单晶时，在等径生长过程中，根据不同硅单晶生长尺寸、反射器的大小不同，反射器内的温度控制也不尽相同。如图3所示，为采用本发明的温度梯度控制的方法的区熔法制备硅单晶的流程图。在等径生长过程中，采用本发明的温度梯度控制装置控制硅单晶生长时的温度梯度，首先通过温度传感器将温控反射器内的温度信号传递到主控制器，然后通过主控制器控制温控反射器内电流的大小(电流设置值为5％～35％)，进而准确的控制温控反射器内的温度，使得硅单晶的生长得到精确控制，大大提高了硅单晶的成晶率。
实施例1
1、本实施例采用的主要设备及原材料如下：
区熔炉：型号：FZ-30；多晶硅：REC一级棒料
高纯氩气：露点：-70℃纯度：＞99.9993％氧含量≤1ppma
籽晶：检验标准见《硅片检测操作规程》
2、以下是6英尺寸区熔硅单晶的生产方法的具体步骤：
(1)将硅棒装入区熔炉，抽真空，充入氩气；
(2)预热硅棒；
(3)将硅棒熔成半球，下压硅棒熔接籽晶；
(4)缩细颈：籽晶硅棒同步下行轻拉上轴使熔区呈漏斗状；
(5)放肩：籽晶硅棒同步下行形成饱满的熔区；
(6)等径生长：硅棒晶体同步运动通过适当拉压上轴来控制晶体直径；
(7)收尾：上拉硅棒使熔区逐步拉断形成尖形；
(8)停炉，取单晶。
在等径过程中，控制单晶温度梯度，将温控反射器电流控制在17％，加热线圈电压为72％。
3、采用上述方法进行了10炉实验，实验对比结果如表1所示。
表1
Figure BDA00002417505700031

Claims (7)

1.一种区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，其特征在于，包括温控反射器及温控系统，该温控反射器为石墨材质的圆筒形结构，设置在区熔炉体的加热线圈下方，其具有电流输入、输出端口；该温控系统包括温度传感器和主控制器，该温控反射器通过其电流输入、输出端口与主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，其特征在于，所述温度传感器为非接触式温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，其特征在于，所述温度传感器安装在炉壁外侧，与温控反射器平行。
4.根据权利要求3所述的温度梯度控制装置，其特征在于，所述温控反射器的直径为100～300mm，高度为20～100mm。
5.根据权利要求1所述的区熔法生长大尺寸硅单晶用温度梯度控制装置，其特征在于，所述主控制器安装在区熔炉体的控制面板上，由温度传感器发出的温度信号反馈到所述主控制器。
6.一种利用权利要求1所述的温度梯度控制装置控制硅单晶生长温度梯度的方法，其特征在于，在区熔法生长大尺寸硅单晶的等径生长过程中，通过温度传感器将反射器内的温度信号传递到主控制器，通过主控制器控制温控反射器内电流的大小，进而控制反射器内的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温控反射器的内部电流控制在5％～35％之间，加热线圈电压为40～80％。
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