一种降低区熔单晶碳含量的预热装置的制作方法

本发明属于区熔硅单晶生产技术领域，尤其是涉及一种降低区熔单晶碳含量的预热装置。

背景技术

区熔法(fz)生产单晶硅是区别于直拉法(cz)的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应线圈将高纯度的多晶料加热融化，产生的熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后利用籽晶熔接多晶棒料经过晶体生长的过程拉制成单晶。

碳和氧是高纯硅单晶中的两大主要杂质，由于碳原子在硅晶格中处于替代位置,是一种中性等电子杂质，尽管不呈现电活性,但它会与其它杂质和缺陷形成复合体,以第二相形式沉淀下来,还会在硅中诱生缺陷。它不仅本身会影响器件的性能,而且会通过氧或与氧结合起来起着更复杂的作用。

区熔法生长的硅单晶由于采用感应加热的方式，没有采用像直拉法电阻加热的方式，很大程度上避免了石墨坩埚造成的碳污染，其生长的单晶纯度高，均匀性好，低微缺陷，优良的电学性能适合制作高压、大电流、大功率的电力电子器件。但随着先进大规模集成电路和功率半导体器件的不断发展,对单晶硅的纯度和结晶完整性以及碳含量要求越来越严格,因此如何更好的控制单晶硅中碳含量的任务也越来越紧迫，区熔单晶硅中的碳含量客户要求越来越严格。区熔硅单晶碳源主要来源于掺杂气源、多晶原料、以及以石墨为材质的预热装置。

由于高纯多晶硅料为半导体，具有常温下不导电的性质，在采用高频线圈进行加热的时候，多晶硅棒在高频磁场中不会产生涡流，只有将其加热至温度达到一定值，使多晶硅棒成为导磁体时，方可产生涡流效应而发热融化。本专利所述的预热装置就是对多晶硅棒进行预加热的装置，将其加热至一定温度使其变成导磁体，现有的预热装置一般是导电性能良好的石墨材质的圆环。虽然此种石墨预热机构能够很好的起到预热作用，能够满足区熔炉的一般生产要求，但石墨预热装置本身是一种碳污染源，多晶硅棒在预热时存在被石墨沾污，单晶硅纯度降低，碳含量的超标的风险。此外，也会对单晶的少数载流子寿命、缺陷等造成不利的影响，且石墨材料本身吸附性较强，容易附着氧化物，容易随着保护气体的流动进入熔区造成单晶掉苞，影响单晶成晶。国内相关专利cn203451645u提供了一种低阻硅材质的预热环旨在解决碳沾污的问题，虽然有效避免了现有技术中石墨预热环对炉室及高纯多晶棒母料的污染问题，但其低阻硅材质对加工一些高阻单晶产品不太适用，且预热时间长，具有较大的局限性。因此急需要解决现有石墨预热装置对多晶原料碳污染造成单晶碳含量超的问题，以及石墨预热环易于吸附杂质造成单晶掉苞的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种结构合理，避免多晶硅棒预热时被石墨预热装置碳污染，能够有效改善石墨预热装置表面吸附杂质进入熔区导致单晶掉苞问题的预热装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种降低区熔单晶碳含量的预热装置，包括石墨预热环及石英隔片；所述石墨预热环为圆柱体结构，其上顶面设有向下凹陷的碗状凹槽，所述碗状凹槽的底部设有通孔；所述石墨预热环表面设有所述石英隔片。

进一步的，所述石墨预热环的环形上沿上包裹有所述石英隔片。

进一步的，所述碗状凹槽的表面包裹有所述石英隔片。

进一步的，所述石墨预热环的环形上沿与所述碗状凹槽上边缘相接的位置处包裹有一圈所述石英隔片。

进一步的，所述石英隔片将所述石墨预热环的表面完全覆盖。

进一步的，所述石墨预热环的外径为135mm，所述碗状凹槽碗口处的直径为115mm，所述通孔的直径为30mm。

相对于现有技术，本发明所述的降低区熔单晶碳含量的预热装置具有以下优势：

(1)本发明所述的预热装置中的石墨预热环表面设有石英隔片，可以避免多晶硅棒与石墨预热环直接接触，避免了预热装置带来的碳污染；石墨预热环的碗状凹槽的设计，在进行预热时，多晶硅棒的前端可伸入其中，以提高预热效果，缩短预热时间；

(2)本发明所述的石英隔片在石墨预热环上的分布方式有多种，均以避免多晶硅棒与石墨预热环直接接触和避免石墨预热环附着氧化物为目的，同时尽量减少石英隔片的覆盖面积，以提高预热效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的预热装置的结构示意图；

图2为本发明所述的石英隔片在所述石墨预热环上的一种分布示意图；

图3为本发明所述的石英隔片在所述石墨预热环上的另一种分布示意图；

图4为本发明所述的石英隔片在所述石墨预热环上的另一种分布示意图；

图5为本发明所述的石英隔片在所述石墨预热环上的另一种分布示意图；

附图标记说明：

1-石墨预热环；2-石英隔片；3-碗状凹槽；4-通孔；5-圆孔；6-锁孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种降低区熔单晶碳含量的预热装置，包括石墨预热环1及石英隔片2；石墨预热环1为圆柱体结构，其上顶面设有向下凹陷的碗状凹槽3，碗状凹槽3的底部设有通孔4；石墨预热环1的外径为135mm，碗状凹槽3碗口处的直径为115mm，通孔4的直径为30mm,可适用于大直径多晶母料；石墨预热环1的侧壁上沿径向设有与用于抽离预热装置的连接杆相连接的圆孔5，石墨预热环1上还设有与圆孔5垂直的锁孔6，锁孔6用于将插入圆孔5中的连接杆锁紧；石墨预热环1表面设有石英隔片2；

石英隔片2在石墨预热环1表面的分布方式有多种，如图2所示的，石墨预热环1的环形上沿上包裹石英隔片2；如图3所示的，墨预热环1的环形上沿及碗状凹槽3的表面包裹有石英隔片2；如图4所示的，石墨预热环1的环形上沿与碗状凹槽3上边缘相接的位置处包裹一圈石英隔片2；如图5所示的，石英隔片2将石墨预热环1的表面完全覆盖。

本发明所述的降低区熔单晶碳含量的预热装置的使用过程如下：

预热时，预热装置位于高频加热线圈的正上方，多晶母料的前端伸入到预热装置的碗状凹槽3内，加热装置的石墨预热环1能够感应高频电流而涡流生热，对伸入到碗状凹槽3内的多晶母料的前端进行预热，预热效果好，有效缩短预热时间，同时由于石英隔片2的存在，避免了石墨预热环1与多晶母料接触，造成碳污染的问题，同时避免了石墨预热环吸附杂质附着氧化物的问题，实现了在具有良好预热效果的同时有效避免多晶母料被石墨预热环2碳污染的情况发生，避免单晶硅中的碳含量超标，同时也避免了石墨预热环吸附杂质附着氧化物，随着保护气体的流动进入熔区造成掉苞，影响成晶的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。