一种单晶炉加热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单晶硅的制造设备技术领域，尤其涉及一种单晶炉加热系统。
【背景技术】
[0002]硅单晶作为一种半导体材料，主要用于光伏和半导体领域。大部分的半导体硅单晶采用CZ(Czochralski)直拉法制造。一般采用如下制造方法:将高纯度的多晶硅装入石英坩祸内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，将一支特定晶向的硅单晶体(称做硅籽晶)装入夹持器中，夹持器的上端通过联接件与籽晶轴连接，硅籽晶固定于夹持器下端，使夹持器在籽晶轴的带动下旋转，并使石英坩祸在石墨中轴的带动下反向旋转，将硅籽晶慢慢下降，并与硅熔体接触，然后以一定的速度向上提升硅籽晶，此过程的目的主要是消除硅籽晶中因热冲击形成的位错缺陷。待硅籽晶提升到一定长度时，通过调整熔体的温度和硅籽晶向上的提升速度，使硅籽晶长大，当晶体的直径接近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近乎等直径生长。在生长过程的尾期，石英坩祸内的硅熔体剩余不多时，提高晶体的提升速度，同时适当增加加热的功率，使晶体渐渐缩小，从而形成一个尾形椎体，当椎体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。
[0003]当拉制掺杂剂采用不易挥发的母合金硼、磷的单晶硅时，先将掺杂剂预先放入石英坩祸；当拉制掺杂剂采用易挥发的纯元素锑、磷、砷的单晶硅时，不能将掺杂剂预先放入石英坩祸，必须放在掺杂勺内，拉晶过程将掺杂勺移到坩祸中心，将掺杂剂倒入坩祸，才能保证掺杂准确。
[0004]直拉法的优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。此法制成的单晶完整性好，直径和长度都可以很大，生长速率也高。所用坩祸必须由不污染熔体的材料制成。
[0005]影响直拉法晶体质量有以下几个方面:
[0006](I)直拉法生产单晶硅时需要将块状的高纯度多晶硅置于石英坩祸内，加热到其熔点1420°C以上，使其完全融化，然而融化的硅熔体会与石英坩祸内壁产生化学反应，对石英坩祸内壁产生侵蚀，影响石英坩祸的在高温下的强度，同时也降低了单晶硅晶体的晶格完整性。
[0007](2)拉晶过程中，盛料的石英坩祸被置于加热器内部，坩祸上部是敞开系统，没有保温或保温效果差，且保护气的流动带走大量热量，而加热器侧面和底部保温效果好，因此，石英坩祸中熔体的温度随熔体的深度加深越来越高，从而形成较大的温度梯度，熔体的温度随熔体的深度加深不断升高，从而使温度梯度引起的热对流加剧，进而导致晶体中缺陷密度急剧加大；另外硅熔体侵蚀石英坩祸导致坩祸中的杂质氧随对流增加进入晶体的机会也大幅增加。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型目的是提供一种单晶炉加热系统。
[0009]本实用新型的技术方案为:一种单晶炉加热系统，由内到外依次包括坩祸、辅助加热系统、加热套和保温罩，所述坩祸内壁涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层，所述坩祸底部设置有拖杆底座，所述拖杆底座与拖杆固定连接，所述拖杆外周设置有拖杆护套，所述i甘祸外部设置有加热套，所述加热套为敞口结构、上窄下宽的石墨加热条，所述加热套与坩祸之间设置有辅助加热系统，所述辅助加热系统上部设置有圆环形的加热板，所述加热板圆环内对称位置各设置有一个杂质加料口。保温罩底部一侧设置有抽真空和充保护气的气体出入
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[0010]进一步，所述加热套的石墨加热条为梯形，上底是下底边长的二分之一。
[0011 ] 进一步，所述圆环形加热板的内圆半径大于单晶硅产品直径。
[0012]本实用新型的有益效果在于:在坩祸内涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层，防止坩祸引入杂质;在加热套内部设置保温罩，补偿加热，减少由于晶体成型造成的纵向温差。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的不意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做出简要说明。
[0015]如图1所示一种单晶炉加热系统，由内到外依次为坩祸2、辅助加热系统3、加热套4和保温罩5，所述坩祸2内壁涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层I，所述坩祸2底部设置有拖杆底座7，所述拖杆底座7与拖杆8固定连接，所述拖杆8外周设置有拖杆护套9，所述坩祸2外部设置有加热套4，所述加热套4为敞口结构、上窄下宽的石墨加热条，所述加热套4与坩祸2之间设置有辅助加热系统3，所述辅助加热系统3上部设置有圆环形的加热板31，所述加热板31圆环内对称位置各设置有一个杂质加料口 10。保温罩底部一侧设置有抽真空和充保护气的气体出入口 6。
[0016]本实例的工作过程:将多晶硅原料加入坩祸2，通过气体出入口6抽真空，加热套4加热使原料熔化，it祸2内有保护涂层I防止原料腐蚀坩祸2引入杂质。温度稳定后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中，由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小(4-6_)由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2_之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。
[0017]等径生长过程，多晶原料熔融液不断消耗，坩祸2内温差变大，因而开启辅助加热系统3，圆环形的加热板31对坩祸2敞口部分有充分的热补偿。
[0018]需要添加杂质时，通过圆环加热板边缘的杂质加料口1，可有效控制原料的沿单晶硅晶体生长均匀。
[0019]以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作均等变化与改进等，均归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种单晶炉加热系统，其特征在于:由内到外依次包括坩祸、辅助加热系统、加热套和保温罩，所述坩祸内壁涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层，所述坩祸底部设置有拖杆底座，所述拖杆底座与拖杆固定连接，所述拖杆外周设置有拖杆护套，所述坩祸外部设置有加热套，所述加热套为敞口结构、上窄下宽的石墨加热条，所述加热套与坩祸之间设置有辅助加热系统，所述辅助加热系统上部设置有圆环形的加热板，所述加热板圆环内对称位置各设置有一个杂质加料口。保温罩底部一侧设置有抽真空和充保护气的气体出入口。2.如权利要求1所述的一种单晶炉加热系统，其特征在于:所述加热套的石墨加热条为梯形，上底是下底边长的二分之一。3.如权利要求1所述的一种单晶炉加热系统，其特征在于:所述圆环形加热板的内圆半径大于单晶硅产品直径。
【专利摘要】本实用新型的目的是提供一种单晶炉加热系统，本实用新型的技术方案为：由内到外依次包括坩埚、辅助加热系统、加热套和保温罩，所述坩埚内壁涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层，所述坩埚外部设置有加热套，所述加热套为敞口结构、上窄下宽的石墨加热条，所述加热套与坩埚之间设置有辅助加热系统，所述辅助加热系统上部设置有圆环形的加热板，所述加热板圆环内对称位置各设置有一个杂质加料口。保温罩底部一侧设置有抽真空和充保护气的气体出入口。本实用新型的有益效果在于：在坩埚内涂有防止熔硅腐蚀的保护涂层，防止坩埚引入杂质；在加热套内部设置保温罩，补偿加热，减少由于晶体成型造成的纵向温差。
【IPC分类】C30B29/06, C30B15/14
【公开号】CN205241851
【申请号】CN201521135314
【发明人】张立
【申请人】天津长园电子材料有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月17日