一種單晶爐加熱系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及單晶硅的制造設備技術領域，尤其涉及一種單晶爐加熱系統。
【背景技術】
[0002]硅單晶作為一種半導體材料，主要用于光伏和半導體領域。大部分的半導體硅單晶采用CZ(Czochralski)直拉法制造。一般采用如下制造方法:將高純度的多晶硅裝入石英坩禍內，加熱熔化，然后，將熔硅略做降溫，給予一定的過冷度，將一支特定晶向的硅單晶體(稱做硅籽晶)裝入夾持器中，夾持器的上端通過聯接件與籽晶軸連接，硅籽晶固定于夾持器下端，使夾持器在籽晶軸的帶動下旋轉，并使石英坩禍在石墨中軸的帶動下反向旋轉，將硅籽晶慢慢下降，并與硅熔體接觸，然后以一定的速度向上提升硅籽晶，此過程的目的主要是消除硅籽晶中因熱沖擊形成的位錯缺陷。待硅籽晶提升到一定長度時，通過調整熔體的溫度和硅籽晶向上的提升速度，使硅籽晶長大，當晶體的直徑接近目標直徑時，提高提升速度，使單晶體近乎等直徑生長。在生長過程的尾期，石英坩禍內的硅熔體剩余不多時，提高晶體的提升速度，同時適當增加加熱的功率，使晶體漸漸縮小，從而形成一個尾形椎體，當椎體的尖足夠小時，晶體就會與熔體脫離，從而完成晶體的生長過程。
[0003]當拉制摻雜劑采用不易揮發的母合金硼、磷的單晶硅時，先將摻雜劑預先放入石英坩禍；當拉制摻雜劑采用易揮發的純元素銻、磷、砷的單晶硅時，不能將摻雜劑預先放入石英坩禍，必須放在摻雜勺內，拉晶過程將摻雜勺移到坩禍中心，將摻雜劑倒入坩禍，才能保證摻雜準確。
[0004]直拉法的優點是晶體被拉出液面不與器壁接觸，不受容器限制，因此晶體中應力小，同時又能防止器壁沾污或接觸所可能引起的雜亂晶核而形成多晶。此法制成的單晶完整性好，直徑和長度都可以很大，生長速率也高。所用坩禍必須由不污染熔體的材料制成。
[0005]影響直拉法晶體質量有以下幾個方面:
[0006](I)直拉法生產單晶硅時需要將塊狀的高純度多晶硅置于石英坩禍內，加熱到其熔點1420°C以上，使其完全融化，然而融化的硅熔體會與石英坩禍內壁產生化學反應，對石英坩禍內壁產生侵蝕，影響石英坩禍的在高溫下的強度，同時也降低了單晶硅晶體的晶格完整性。
[0007](2)拉晶過程中，盛料的石英坩禍被置于加熱器內部，坩禍上部是敞開系統，沒有保溫或保溫效果差，且保護氣的流動帶走大量熱量，而加熱器側面和底部保溫效果好，因此，石英坩禍中熔體的溫度隨熔體的深度加深越來越高，從而形成較大的溫度梯度，熔體的溫度隨熔體的深度加深不斷升高，從而使溫度梯度引起的熱對流加劇，進而導致晶體中缺陷密度急劇加大；另外硅熔體侵蝕石英坩禍導致坩禍中的雜質氧隨對流增加進入晶體的機會也大幅增加。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型目的是提供一種單晶爐加熱系統。
[0009]本實用新型的技術方案為:一種單晶爐加熱系統，由內到外依次包括坩禍、輔助加熱系統、加熱套和保溫罩，所述坩禍內壁涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層，所述坩禍底部設置有拖桿底座，所述拖桿底座與拖桿固定連接，所述拖桿外周設置有拖桿護套，所述i甘禍外部設置有加熱套，所述加熱套為敞口結構、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩禍之間設置有輔助加熱系統，所述輔助加熱系統上部設置有圓環形的加熱板，所述加熱板圓環內對稱位置各設置有一個雜質加料口。保溫罩底部一側設置有抽真空和充保護氣的氣體出入
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[0010]進一步，所述加熱套的石墨加熱條為梯形，上底是下底邊長的二分之一。
[0011 ] 進一步，所述圓環形加熱板的內圓半徑大于單晶硅產品直徑。
[0012]本實用新型的有益效果在于:在坩禍內涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層，防止坩禍引入雜質;在加熱套內部設置保溫罩，補償加熱，減少由于晶體成型造成的縱向溫差。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的不意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做出簡要說明。
[0015]如圖1所示一種單晶爐加熱系統，由內到外依次為坩禍2、輔助加熱系統3、加熱套4和保溫罩5，所述坩禍2內壁涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層I，所述坩禍2底部設置有拖桿底座7，所述拖桿底座7與拖桿8固定連接，所述拖桿8外周設置有拖桿護套9，所述坩禍2外部設置有加熱套4，所述加熱套4為敞口結構、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套4與坩禍2之間設置有輔助加熱系統3，所述輔助加熱系統3上部設置有圓環形的加熱板31，所述加熱板31圓環內對稱位置各設置有一個雜質加料口 10。保溫罩底部一側設置有抽真空和充保護氣的氣體出入口 6。
[0016]本實例的工作過程:將多晶硅原料加入坩禍2，通過氣體出入口6抽真空，加熱套4加熱使原料熔化，it禍2內有保護涂層I防止原料腐蝕坩禍2引入雜質。溫度穩定后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中，由于籽晶與硅熔體場接觸時的熱應力，會使籽晶產生位錯，這些位錯必須利用縮頸生長使之消失掉。縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小(4-6_)由于位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出晶體表面，產生零位錯的晶體。長完細頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。長完細頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調整，可使晶棒直徑維持在正負2_之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。
[0017]等徑生長過程，多晶原料熔融液不斷消耗，坩禍2內溫差變大，因而開啟輔助加熱系統3，圓環形的加熱板31對坩禍2敞口部分有充分的熱補償。
[0018]需要添加雜質時，通過圓環加熱板邊緣的雜質加料口1，可有效控制原料的沿單晶硅晶體生長均勻。
[0019]以上對本實用新型的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作均等變化與改進等，均歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內。
【主權項】
1.一種單晶爐加熱系統，其特征在于:由內到外依次包括坩禍、輔助加熱系統、加熱套和保溫罩，所述坩禍內壁涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層，所述坩禍底部設置有拖桿底座，所述拖桿底座與拖桿固定連接，所述拖桿外周設置有拖桿護套，所述坩禍外部設置有加熱套，所述加熱套為敞口結構、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩禍之間設置有輔助加熱系統，所述輔助加熱系統上部設置有圓環形的加熱板，所述加熱板圓環內對稱位置各設置有一個雜質加料口。保溫罩底部一側設置有抽真空和充保護氣的氣體出入口。2.如權利要求1所述的一種單晶爐加熱系統，其特征在于:所述加熱套的石墨加熱條為梯形，上底是下底邊長的二分之一。3.如權利要求1所述的一種單晶爐加熱系統，其特征在于:所述圓環形加熱板的內圓半徑大于單晶硅產品直徑。
【專利摘要】本實用新型的目的是提供一種單晶爐加熱系統，本實用新型的技術方案為：由內到外依次包括坩堝、輔助加熱系統、加熱套和保溫罩，所述坩堝內壁涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層，所述坩堝外部設置有加熱套，所述加熱套為敞口結構、上窄下寬的石墨加熱條，所述加熱套與坩堝之間設置有輔助加熱系統，所述輔助加熱系統上部設置有圓環形的加熱板，所述加熱板圓環內對稱位置各設置有一個雜質加料口。保溫罩底部一側設置有抽真空和充保護氣的氣體出入口。本實用新型的有益效果在于：在坩堝內涂有防止熔硅腐蝕的保護涂層，防止坩堝引入雜質；在加熱套內部設置保溫罩，補償加熱，減少由于晶體成型造成的縱向溫差。
【IPC分類】C30B29/06, C30B15/14
【公開號】CN205241851
【申請號】CN201521135314
【發明人】張立
【申請人】天津長園電子材料有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月17日