单晶炉热场加热器及单晶炉的制作方法

本发明涉及半导体晶圆技术领域，尤其涉及一种单晶炉热场加热器及单晶炉。

背景技术：

拉制单晶硅时，需要使用单晶炉，在特制石英坩埚中，将多晶硅原料融化，然后使用籽晶拉制单晶硅晶棒。随着半导体硅晶圆品质的不断提高，对拉晶过程中晶棒的晶体缺陷有了更高的管控要求。单晶炉的内部结构形成热场(hotzone)，而热场的结构及性能直接影响着晶棒的品质，因此热场的设计至关重要。

对于一个单晶炉来说，加热器的设计是热场设计的核心之一。加热器分为主环形加热器和底部加热器，主加热器承担着单晶炉的主要热量输出，但底部加热器也有着重要的作用，一方面，底部加热器是在初始化料阶段承担着底部的热量输出，对顺利完成化料有着很重要的作用；另一方面，底部加热器是在后续晶棒(body)长晶阶段起着保温和防底部硅溶液沉积的作用。

但是，在相关技术中，底部加热器是固定在底部绝缘毡的上面，其通过电极螺栓与底部电极相连。而随着body长晶过程的进行，石英坩埚中的硅溶液不断减少，硅溶液液面不断下降，为了保证meltgap(硅溶液液面到导流筒底部的距离)保持在一定范围内，坩埚轴要托着坩埚及溶液向上移动，而此时底部加热器无法移动，这就使得底部加热器与坩埚的距离越来越大。随着距离的不断增大，对于坩埚底部的保温严重不足，会出现底部硅溶液的沉积现象。这一方面会影响拉晶的进一步进行，另一方面会影响晶棒的尺寸和整体的品质。

同时，相关技术中底部加热器没有保护装置，其直接裸露在氩气流环境中，在拉晶过程中氩气流会不断侵蚀加热器上表面和外表面，而且在相应位置会发生sio2的沉积，这极大地缩小了边部加热器的使用寿命。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种单晶炉热场加热器及单晶炉，解决body长晶过程中底部温度场不稳定等问题，具有热场温度稳定等特点，有利于长晶过程中晶棒的无缺陷生长，提高晶棒的良率，并且，解决相关技术中底部加热器受氩气流侵蚀及sio2沉积的问题。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种单晶炉热场加热器组件，包括：

设置于单晶炉热场内的坩埚底部的底部加热器，所述底部加热器包括加热器主体和罩设于所述加热器主体外的绝缘保护罩，所述加热器主体的中部设第一通孔，所述绝缘保护罩与所述第一通孔对应的位置设有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔内设有绝缘轴承套，所述底部加热器通过所述绝缘轴承套固定于所述坩埚的坩埚轴上，以使所述底部加热器在所述坩埚轴带动下运动；

及，至少一组导向组件，所述导向组件包括导轨和滑动件，所述导轨设置在所述底部加热器的侧面，所述导轨的导向方向与所述坩埚轴的轴向相同，所述滑动件连接至所述底部加热器，且所述滑动件以可移动方式设置在所述导轨上，所述滑动件在所述底部加热器带动下沿所述导轨运动。

示例性的，所述加热器主体呈盘型结构，包括相背设置的第一盘面和第二盘面，所述第一盘面为面向所述坩埚底部的一面，所述第二盘面为背向所述坩埚底部的一面；所述绝缘保护罩包括相互扣合的第一罩体和第二罩体，所述第一罩体罩设于所述第一盘面所在一侧，所述第二罩体罩设于所述第二盘面一侧。

示例性的，所述第一罩体包括面向所述加热器主体的下侧面和与所述内侧面相背设置的上侧面，其中在所述上侧面上，围绕所述上侧面的四周设有凸起的一圈防漏凸沿，所述上侧面与所述防漏凸沿配合，围设形成用于盛放所述坩埚内泄露液的容置腔，在所述防漏凸沿上设有引流口。

示例性的，所述单晶炉热场加热器组件还包括：用于向所述底部加热器施加电信号的两个电极；

所述加热器主体上设有两个电接入端，所述绝缘保护罩上设有开口，所述电接入端自所述开口伸出所述绝缘保护罩；

所述导向组件至少有两组，并分别设置在所述底部加热器的相对两侧，每一所述电接入端通过一组所述导向组件与一个所述电极电连接；其中，一组所述导向组件中，所述导轨与所述滑动件之间电连接，所述滑动件与对应的所述电接入端电连接，所述导轨与对应的所述电极连接。

示例性的，所述导向组件还包括：第一转接头和第二转接头；

所述第一转接头为套环结构，所述第二转接头为板状结构；

所述电接入端与所述第二转接头之间通过所述第一转接头固定连接；

所述第二转接头上设有第一螺纹孔，所述滑动件包括连接杆和滑块，所述滑块可移动设置在所述导轨上，所述连接杆为l型杆，包括弯折设置的第一段和第二段，所述第一段上设有外螺纹，所述第一段穿过所述第一螺纹孔内，以与所述第二转接头进行螺纹连接，并通过螺母紧固，所述第二段与所述滑块连接。

示例性的，所述导轨包括轨道部和连接部，所述轨道部沿所述坩埚轴的轴向方向延伸，所述连接部与所述轨道部之间呈夹角，所述连接部上设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔内穿装螺栓，所述螺栓与所述电极电连接。

示例性的，所述第一转接头、所述第二转接头、所述连接杆、所述滑动件及所述导轨均为导体，以使所述电接入端与所述电极通过所述导向组件进行电连接。

示例性的，所述底部加热器为螺旋盘型结构，包括：

中部设有所述第一通孔的圆环；

相互嵌套在一起的至少两个螺旋盘；

至少两个螺旋盘中，其中一个螺旋盘的一端自所述圆环的第一端开始螺旋盘绕，另一端形成一个所述电接入端；另一个所螺栓盘的一端自所述圆环的第二端开始螺栓盘绕，另一端形成另一个所述电接入端。

示例性的，所述导轨上还设有用于对所述滑动件的运动行程进行限定的限位组件。

示例性的，所述限位组件包括第一限位销和第二限位销，所述第一限位销和所述第二限位销间隔设置于所述导轨上；所述限位组件还包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器与所述第一限位销连接，所述第二传感器与所述第二限位销连接。

另一方面，本公开提供了一种单晶炉，包括如上所述的单晶炉热场加热器组件。

本公开实施例所带来的有益效果如下：

本公开实施例所提供的单晶炉热场加热器及单晶炉，通过在底部加热器主体外罩设有绝缘保护罩，该绝缘保护罩可以把底部加热器包裹覆盖住，这样，阻止了氩气流对加热器主体的侵蚀及sio2在加热器主体上的沉积，提高了加热器的使用寿命；同时，绝缘保护罩还具有保温效果，减少了加热器主体的热量损失，使得更多的热量传输至热场内的坩埚内部，提高了加热器能量转化效率；此外，通过底部加热器与坩埚轴之间设置绝缘轴承套，这样，所述底部加热器可以通过所述绝缘轴承套而固定于坩埚的坩埚轴上某一固定位置，这样，当坩埚的坩埚轴运动时，会带动底部加热器一起同步运动，且所述绝缘轴承套还可以保证底部加热器不会随坩埚轴的旋转而转动，而与底部加热器连接的导向组件，可对底部加热器进行运动导向，保证运动稳定性，从而在后续晶棒长晶过程中保证了坩埚底部温度场的恒定，避免了硅溶液沉积，提升晶棒的整体品质。

附图说明

图1表示本公开实施例提供的一种单晶炉热场加热器的整体结构示意图；

图2表示本公开实施例提供的一种单晶炉热场加热器中加热器主体的整体结构示意图；

图3表示本公开实施例提供的一种单晶炉热场加热器中第二罩体的结构示意图；

图4表示本公开实施例提供的一种单晶炉热场加热器中第一罩体的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在对本公开实施例所提供的单晶炉热场加热器及单晶炉进行详细说明之前，有必要对相关技术进行以下说明：

在相关技术中，单晶炉热场内的底部加热器设置在坩埚的底部，没有保护装置，直接裸露在氩气流环境中，在拉晶过程中氩气流会不断侵蚀加热器上表面和外表面，极大地缩小了主加热器的使用寿命；并且，在相应位置会发生sio2(二氧化硅)的沉积，去除sio2时也会造成加热器的寿命减小；此外，底部加热器是固定在坩埚的底端，随着拉晶的进行，坩埚中溶液逐渐减少，硅溶液的热损失逐渐变大，坩埚轴托着坩埚向上移动，其与底部加热器的距离不断增大，导致加热效率降低，通常会通过增大加热器功率的方式弥补热损失，而加热功率的调整会引起温度场的波动，导致溶液附近温度场的不稳定，局部会形成热冲击，这对于晶棒的平稳可控生长极为不利。

针对上述问题，本公开实施例提供的单晶炉热场加热器及单晶炉，能够阻止氩气流对加热器的侵蚀及sio2的沉积，提高加热器的使用寿命，同时减少加热器的热量损失，减少成本；具有加热效果好、升温快、热场温度稳定等特点，有利于长晶过程中晶棒的无缺陷生长，提高晶棒的良率。

如图1至图4所示，本公开实施例提供的单晶炉热场加热器组件包括：

设置于单晶炉热场内的坩埚100底部的底部加热器200，所述底部加热器200包括加热器主体21和罩设于所述加热器主体21外的绝缘保护罩22，所述加热器主体21的中部设有第一通孔210，所述绝缘保护罩22与所述第一通孔210对应的位置设有第二通孔211，所述第一通孔210和所述第二通孔212内设有绝缘轴承套300，所述底部加热器200通过所述绝缘轴承套300固定于所述坩埚100的坩埚轴110上，以使所述底部加热器200在所述坩埚轴110带动下运动；

及至少一组导向组件，所述导向组件包括导轨410和滑动件420，所述导轨410设置在所述底部加热器200的侧面，所述导轨410的导向方向与所述坩埚轴110的轴向相同，所述滑动件420连接至所述底部加热器200，且述滑动件420以可移动方式设置在所述导轨410上，所述滑动件420在所述底部加热器200带动下沿所述导轨410运动。

本公开实施例所提供的单晶炉热场加热器组件，通过在底部加热器的加热器主体21外罩设有绝缘保护罩22，该绝缘保护罩22可以把加热器主体21包裹覆盖住，这样，阻止了氩气流对加热器主体的侵蚀及sio2在加热器主体上的沉积，提高了加热器的使用寿命；同时，绝缘保护罩22还具有保温效果，减少了加热器主体的热量损失，使得更多的热量传输至热场内的坩埚内部，提高了加热器能量转化效率；此外，通过在所述底部加热器200的加热器主体21和绝缘保护罩22的中部开设通孔，并在通孔内设置绝缘轴承套300，所述底部加热器200可以通过所述绝缘轴承套300而固定于坩埚100的坩埚轴110上某一固定位置，这样，当坩埚100的坩埚轴110运动时，会带动底部加热器200一起同步运动，且所述绝缘轴承套300还可以保证底部加热器200不会随坩埚轴110的旋转而转动，而与底部加热器200连接的导向组件，可对底部加热器200进行运动导向，保证运动稳定性，从而在后续晶棒长晶过程中保证了坩埚100底部温度场的恒定，避免了硅溶液沉积，提升晶棒的整体品质。

在一种示例性的实施例中，如图所示，所述加热器主体21呈盘型结构，包括相背设置的第一盘面21a和第二盘面21b，所述第一盘面21a为面向所述坩埚底部的一面，所述第二盘面21b为背向所述坩埚100底部的一面；所述绝缘保护罩22包括相互扣合的第一罩体221和第二罩体222，所述第一罩体221罩设于所述第一盘面21a所在一侧，所述第二罩体222罩设于所述第二盘面21b一侧。

在上述实施例中，所述绝缘保护罩22采用上、下两个罩体来组成，即，第一罩体221和第二罩体222，这种结构，便于罩体扣在加热器主体21上。

需要说明的是，以上仅是提供了所述绝缘保护罩22的示例性实施例，在实际应用中，对于所述绝缘保护罩22的具体结构不限定。

此外，需要说明的是，所述绝缘保护罩22选用耐高温、耐腐蚀的绝缘材料制成，例如，可选用半导体陶瓷材质。

此外，在一些实施例中，所述轴承套300均采用耐腐蚀材质制成，例如，钼。

在一些示例性的实施例中，如图所示，所述第一罩体221包括面向所述加热器主体的下侧面和与所述内侧面相背设置的上侧面221a，其中在所述上侧面221a上，围绕所述上侧面的四周设有凸起的一圈防漏凸沿221b，所述上侧面221a与所述防漏凸沿221b配合，围设形成用于盛放所述坩埚100内泄露液的容置腔，在所述防漏凸沿上设有引流口221c。

上述方案中，所述第一罩体221作为一个防漏盘，且可以随着坩埚轴上下移动，但不会随坩埚轴的旋转而旋转；所述防漏凸沿221b上形成引流口221c，这样，硅液泄漏时会先流到所述第一罩体所形成的防漏盘的容置腔内，再从所述容置腔经所述引流口221c排出，这样，就避免了硅溶液侵蚀破坏其他热场部件，减少损失。

在一些实施例中，所述容置腔的体积大于坩埚100中硅溶液的最大体积，以保证泄漏液不会溢出。

在一些示例性的实施例中，所述单晶炉热场加热器组件还包括：用于向所述底部加热器200施加电信号的两个电极(图中未示意出)，所述底部加热器200上设有两个电接入端220，所述绝缘保护罩22上设有开口223，所述电接入端220自所述开口223伸出所述绝缘保护罩22；

所述导向组件至少有两组，并分别设置在所述底部加热器200的相对两侧，每一所述电接入端220通过一组所述导向组件与一个所述电极电连接；其中，一组所述导向组件中，所述导轨410与所述滑动件420之间电连接，所述滑动件420与对应的所述电接入端220电连接，所述导轨410与对应的所述电极连接。

用于向所述底部加热器200施加电信号的两个电极可以设置在所述底部加热器200的下方，所述底部加热器200上两个电接入端220可通过所述滑动组件与两个电极分别电连接。

一些实施例中，如图1至图3所示，所述导向组件还包括：第一转接头430和第二转接头440；所述第一转接头430为套环结构，所述第二转接头440为板状结构；所述电接入端220与所述第二转接头440之间通过所述第一转接头430固定连接；所述第二转接头440上设有第一螺纹孔441，所述滑动件420包括连接杆421和滑块422，所述滑块422可移动设置在所述导轨410上；所述连接杆421为l型杆，包括弯折设置的第一段4211和第二段4212，所述第一段4211上设有外螺纹，所述第一段4211穿过所述第一螺纹孔441内，以与所述第二转接头440进行螺纹连接，并通过螺母450紧固，所述第二段4212与所述滑块422连接。

在上述实施例中，所述底部加热器200与所述滑动组件之间的连接结构简单，可通过第一转接头430和第二转接头440，与连接杆421连接，而连接杆421连接滑块422，滑块422嵌入至导轨410内，从而实现底部加热器200与滑动组件之间的连接。

需要说明的是，在实际应用中，所述底部加热器200与所述滑动组件之间的连接方式不限定于此，例如，所述底部加热器200的电接入端220与所述滑动件420之间可以通过其他接头结构进行连接，或者，所述第一转接头430和所述第二转接头440的具体结构不限于上述公开实施例中的结构，或者，所述连接杆421的结构不限于为l型结构等。

此外，在一些实施例中，如图1至图4所示，所述导轨410包括轨道部411和连接部412，所述轨道部411沿所述坩埚轴110的轴向方向延伸，所述连接部412与所述轨道部411之间呈夹角，所述连接部412上设有第二螺纹孔4121，所述第二螺纹孔4121内穿装螺栓，所述螺栓与所述电极电连接(图中未示意出)，且所述第一转接头430、所述第二转接头440、所述连接杆421、所述滑动件420及所述导轨410均为导体，以使所述电接入端220与所述电极通过所述导向组件进行电连接。

采用上述方案，所述第一转接头430、所述第二转接头440、所述连接杆421、所述滑块422及所述导轨410均为导体，所述导轨410又通过所述螺栓与电极连接，如此，实现了所述底部加热器200的电接入端220与电极之间的电连接，使得所述底部加热器200在上升和下降的过程中时刻保持通电状态。

需要说明的是，上述方案中，通过将所述滑动组件中各部件设置为导体，巧妙地将所述底部加热器200与底部的电极电连接，不需要额外增加电连接线缆等，结构简单，且由于热场内温度高，若采用电缆等电连接，会存在线缆容易老化、占用空间等问题，而上述公开实施例中通过滑动组件中各部件直接设置为导体来实现底部加热器200与底部的电极电连接的方式，连接方式更为可靠。

还需要说明的是，以上仅是一种示例，在实际应用中，所述底部加热器200还可以通过其他方式来与电极进行电连接，对此不限定。

还需说明的是，由于底部加热器200与坩埚轴110之间设置绝缘轴承套300，保证底部加热器200与坩埚轴110之间电隔绝。

此外，在一些示例性的实施例中，如图1和图3所示，所述滑块422可以是方块状，所述轨道部411设有轨道凹槽，所述滑块422嵌入所述轨道凹槽内，以在所述轨道凹槽内滑动。当然可以理解的是，所述滑块422及所述轨道部411的具体结构不限于此。

此外，在一些实施例中，所述导轨410上还设有用于对所述滑动件420的运动行程进行限定的限位组件。通过限制所述限位组件，控制所述滑块422的位置，来保证所述底部加热器200在一定的合理范围内上下运动；并且，所述底部加热器200的行程限定，还可以与所述坩埚轴110的上升控制实现互锁，增加操作的安全性。

此外，在一些实施例中，如图1和图4所示，所述限位组件包括第一限位销510和第二限位销520，所述第一限位销510和所述第二限位销520间隔设置于所述导轨410上。当然可以理解的是，所述限位组件的具体结构不限定。

并且，示例性的，所述限位组件还包括第一传感器530和第二传感器540，所述第一传感器530与所述第一限位销510连接，所述第二传感器540与所述第二限位销520连接。采用上述方案，所述导轨410上的上、下限位销上分别连接传感器，可用于可根据预先设定好的坩埚轴110的行程，对底部加热器200进行限位设置。

此外，在一些实施例中，如图1和图2所示，所述底部加热器200为螺旋盘型结构，包括：中部设有所述第一通孔210的圆环220；相互嵌套在一起的至少两个螺旋盘230；至少两个螺旋盘230中，其中一个螺旋盘的一端自所述圆环的第一端开始螺旋盘绕，另一端形成一个所述电接入端220；另一个所螺栓盘的一端自所述圆环的第二端开始螺栓盘绕，另一端形成另一个所述电接入端220。

上述公开实施例中，所述底部加热器200的主体结构呈螺旋盘型，相较于现有技术中的底部加热器200，这种设计保证了底部加热场更加均匀和集中，保证了坩埚100底部的均匀受热，以进一步的提升了晶棒品质。

此外，本公开实施例还提供了一种单晶炉，包括本公开实施例提供的单晶炉热场加热器。显然，本公开实施例所提供的单晶炉也能够带来本公开实施例所提供的单晶炉热场加热器所带来的有益效果，在此不再赘述。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。