CN108179462B - 一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈。该线圈中心为贯通线圈上下表面的圆环状针眼，在该针眼的外周等间隔开设有四个贯通线圈上下表面的导流缝，其中一个导流缝延伸至线圈外，与连接电极的法兰连接；其余三个导流缝的结构是：与针眼相接的部分为宽度一致的缝隙，远离针眼的部分为V型结构。本发明的线圈可以提供一个稳定均匀的生长热场，改善上料熔化状况，防止出刺、兜料、腰带等问题出现，使上料顺畅下行，同时能够降低熔体内的温度梯度和热应力，提高成晶率，而且节约线圈制备的原材料和提高了线圈寿命。

Description

一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈
技术领域
本发明涉及一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，属于集成电路技术领域。
背景技术
硅材料作为一种重要的半导体材料具有广泛的应用，关于硅单晶的生长制备工艺也在不断地改进。对于用区熔法所生长的区熔硅单晶，随着所生长单晶直径的不断增大，单晶周围的电磁场分布和其自身的温度分布梯度变大，单晶的成晶难度加大。
区熔单晶的热场对于单晶的生长具有关键的作用。如果在单晶生长时热场不合适，容易出现多晶硅料出刺、熔区回熔、熔区出腰带等情况，造成单晶生长失败。所以一个稳定均匀的热场分布对于区熔单晶的生长具有重要的作用。热场的核心部件是加热线圈，线圈的台阶、开缝形状和尺寸、背面斜面的角度、中心“针眼”的直径大小等都会影响单晶的生长，特别是对于大直径单晶的影响更为严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，以使热场分布均匀、熔硅下行顺畅、熔区状态稳定，提高大直径区熔硅单晶的成晶率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，该线圈中心为贯通线圈上下表面的圆环状针眼，在该针眼的外周等间隔开设有四个贯通线圈上下表面的导流缝，其中一个导流缝延伸至线圈外，与连接电极的法兰连接；其余三个导流缝的结构是：与针眼相接的部分为宽度一致的缝隙，远离针眼的部分为V型结构。
在本发明中，所述线圈的上表面具有向线圈内部凹陷的环状台阶，该台阶的底端与针眼的上边缘连接成向下倾斜的斜面。
在本发明中，所述线圈的下表面具有从线圈边缘向针眼的下边缘延伸的向上倾斜的斜面。优选地，所述向上倾斜的斜面与线圈径向所呈角度为5度。
在本发明中，所述线圈的外形优选为八边形结构。
本发明的优点在于：
本发明的线圈可以提供一个稳定均匀的生长热场，改善上料熔化状况，防止出刺、兜料、腰带等问题出现，使上料顺畅下行，同时能够降低熔体内的温度梯度和热应力，提高成晶率，而且节约线圈制备的原材料和提高了线圈寿命。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2是本发明的截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施方式。
本发明的加热线圈用于制备区熔大直径单晶。如图1及图2所示，该线圈1中心为贯通线圈上下表面的圆环状针眼2，在该针眼2的外周以90°为间隔开有四个贯通线圈上下表面的导流缝。这些导流缝呈十字分布，包括一个主导流缝3和三个侧导流缝4。其中主导流缝3延伸至线圈外，与连接电极的法兰5连接。三个侧导流缝4设计为内宽外窄的叠加的V型结构，具体是：其与针眼2相接的部分为宽度一致的缝隙，而远离针眼2的部分设计为V型结构，同时V型头部为一个半圆弧结构。
通过所设计的导流缝结构可以引导感应电流从加热线圈针眼处向这些导流缝分流，克服电流集中分布于针眼处造成线圈中部温度高外围温度的低的弊端，提高热场分布的均匀性。特别的，线圈1的侧导流缝4为叠加的V型结构，与针眼2相接的部分为宽度一致的缝隙，能降低开缝对针眼感应电流分流太大的影响，使线圈中心保持较高的温度，利于多晶料熔化和顺畅下行，防止兜料产生。同时远离针眼2的部分设计为V型结构，引导部分感应电流到此处，能使熔区边缘温度升高，降低熔区整体的温度梯度，进而降低单晶整体承受的热应力，大大提高拉晶成功率。同时，采用本发明的设计，在进行大直径单晶拉制时，能够采用较低的高频频率，不但能降低炉内压力，而且还降低了电弧放电现象的发生，解决了区熔大直径单晶拉制的两个瓶颈因素。
进一步，本发明的加热线圈1上表面具有向内部凹陷的环状台阶6，即线圈1的上表面从外侧至里侧所在圆的直径逐级递减。环形结构的冷却水管7嵌入线圈1的内部，并位于环状台阶6的外侧。环状台阶6的底端与针眼2上边缘连接成向下倾斜的斜面8；线圈1的下表面为从线圈边缘向针眼2下边缘延伸的向上倾斜的斜面9，该斜面9与线圈径向所呈角度可调，称为低位角度θ。通过调整低位角度θ能够使热场在熔区分布更加均匀，降低温度梯度。具体地，所述线圈的低位角度对熔区形貌和温度分布有重要的影响，增加角度能降低熔体表面感应电流密度，较小角度则能起到相反的作用。因此，在实际生产中需要根据工艺要求来设计低位角度，对于大直径区熔单晶来说，低位角度为5°比较合适。
本发明中，加热线圈外形为八边形结构，相比与传统的圆形外形，在提供相同热场和磁场的条件下，更加节省原材料，降低成本，同时由于冷却水管外边缘受热部分变小，提高了散热效率，降低了线圈热变形程度，增加了线圈的寿命。

Claims (5)

1.一种用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，其特征在于，该线圈中心为贯通线圈上下表面的圆环状针眼，在该针眼的外周等间隔开设有四个贯通线圈上下表面的导流缝，其中一个导流缝延伸至线圈外，与连接电极的法兰连接；其余三个导流缝为内宽外窄的叠加的V型结构，具体是：与针眼相接的部分为宽度一致的缝隙，远离针眼的部分为V型结构，同时V型头部为一个半圆弧结构。
2.根据权利要求1所述的用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，其特征在于，所述线圈的上表面具有向线圈内部凹陷的环状台阶，该台阶的底端与针眼的上边缘连接成向下倾斜的斜面。
3.根据权利要求1所述的用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，其特征在于，所述线圈的下表面具有从线圈边缘向针眼的下边缘延伸的向上倾斜的斜面。
4.根据权利要求3所述的用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，其特征在于，所述向上倾斜的斜面与线圈径向所呈角度为5度。
5.根据权利要求1所述的用于制备区熔大直径单晶的加热线圈，其特征在于，所述线圈的外形为八边形结构。
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