单晶炉加热装置、单晶炉及单晶炉的加热方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单晶炉加热装置、单晶炉及单晶炉的加热方法，单晶炉加热装置包括第一加热结构，且沿周向第一加热结构的上端部至下端部的高度一致；第二加热结构，位于第一加热结构下方；第三加热结构，位于第二加热结构下方；第一加热结构的加热控制机构与第二加热结构、第三加热结构的加热控制机构不同，且第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液处于第一加热结构的高度范围内。本发明专利技术第一加热结构的上端部至第一加热结构的下端部的高度一致，在等径生长阶段第一加热结构提供的热量能使熔液维持熔融状态，使熔液中和固液界面处有足够的纵向温度梯度，保持整个等径过程平稳进行，保证固液界面波动很小，从而保证晶棒的质量。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉加热装置、单晶炉及单晶炉的加热方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种单晶炉加热装置、单晶炉及单晶炉的加热方法。
技术介绍
目前，在单晶硅的制备过程中，多晶硅的熔化和单晶硅的正常生长都离不开加热装置，加热装置是直拉单晶炉热场结构中最重要的核心部件。随着晶棒直径的不断增大，用于生长晶棒设备的尺寸标准变得也更大，随着直拉单晶炉热场尺寸的增大使得单晶炉所用的加热装置也随之增大。而加热装置的主要作用是为石英坩埚中的多晶硅料提供热量，使初始的固态原料熔化为液态并确保单晶硅生长所需的温度梯度，维持单晶硅的正常生长，保证单晶硅的成晶率。目前常用的加热装置主要有两种，第一种加热装置是安装在石英坩埚外侧的加热装置，第二种加热装置是包括同时安装在石英坩埚侧部的主加热器和安装在石英坩埚底部的副加热器，利用主加热器和副加热器来加热熔化多晶硅料，从而实现对温度场的控制，其中，位于石英坩埚侧部的主加热器为圆筒结构的石墨加热器，主加热器包括加热筒体和设置在加热筒体底部的至少两个电极脚，加热筒体由上下迂回的U字型石墨条首尾连接制成，沿着加热筒体的轴向方向在加热筒体上开设有竖直条状的沟槽，用来减少电阻的横截面积，进而增大电阻值，从而使发热量较高。而位于石英坩埚底部的副加热器形状则是多种多样，其主要目的是缩短多晶硅料的熔化时间、提高晶棒的生产效率、提供均匀可控的热环境。但是，目前常用的加热装置的温度分布不均匀，这样会产生热对流，会对坩埚侧壁造成冲刷，从而影响晶棒质量。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种单晶炉加热装置、单晶炉及单晶炉的加热方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种单晶炉加热装置，包括：环绕坩埚设置的第一加热结构，且沿周向所述第一加热结构的上端部至下端部的高度一致；环绕坩埚设置的第二加热结构，位于所述第一加热结构下方，并且，所述第二加热结构的上端部与所述第一加热结构的下端部之间具有第一间隙通道；第三加热结构，位于所述第二加热结构下方，且所述第三加热结构与所述第二加热结构的下端部连接以形成加热腔体；其中，所述第一加热结构的加热控制机构与所述第二加热结构、所述第三加热结构的加热控制机构不同，且所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液处于所述第一加热结构的高度范围内。在本专利技术的一个实施例中，所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液的一部分处于所述第一加热结构的径向高温线以下的高度范围内、另一部分处于所述第一加热结构的径向高温线以上的高度范围内，其中，所述径向高温线对应所述第一加热结构轴向方向上温度最高的位置。在本专利技术的一个实施例中，所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液的下半部分处于所述第一加热结构的径向高温线以下的高度范围内、上半部分处于所述第一加热结构的径向高温线以上的高度范围内。在本专利技术的一个实施例中，所述第一加热结构的高度与所述第二加热结构的高度的比例范围为1:1～2:1。在本专利技术的一个实施例中，所述第一加热结构上设置有沿周向均匀排布的若干第一U型加热单元；所述第二加热结构上设置有沿周向均匀排布的若干第二U型加热单元；所述第三加热结构上设置有若干狭槽组，所述若干狭槽组围绕所述第二加热结构的中心轴线间隔设置，所述第三加热结构的中心位置设置有第三间隙通道，所述若干狭槽组连通至所述第三间隙通道，且所述第三加热结构上还设置有若干第二连接孔；所述第一加热结构的下端部还设置有加热器脚，所述加热器脚位于所述第二加热结构的侧部沟槽和所述第三加热结构的底部沟槽中，且所述加热器脚与所述第二加热结构的侧部沟槽和所述第三加热结构的底部沟槽之间设有第二间隙通道，所述加热器脚上还设置有第一连接孔。在本专利技术的一个实施例中，所述第一U型加热单元由所述第一加热结构上相邻两个第一沟槽之间的部分构成，且在相邻两个所述第一沟槽的中间位置还设置有第二沟槽，其中，所述第一沟槽为自所述第一加热结构的下端部向上端部延伸的沟槽，所述第二沟槽为自所述第一加热结构的上端部向下端部延伸的沟槽；所述第二U型加热单元由所述第二加热结构上相邻两个第三沟槽之间的部分构成，且在相邻两个所述第三沟槽的中间位置还设置有第四沟槽，其中，所述第三沟槽为自所述第二加热结构的下端部向上端部延伸的沟槽，所述第四沟槽为自所述第二加热结构的上端部向下端部延伸的沟槽；所述第一沟槽的长度小于所述第二沟槽的长度，所述第一沟槽的宽度等于所述第二沟槽的宽度，所述第三沟槽的长度小于所述第四沟槽的长度，所述第三沟槽的宽度等于所述第四沟槽的宽度，且所述第一沟槽和所述第二沟槽的宽度大于所述第三沟槽和所述第四沟槽的宽度。在本专利技术的一个实施例中，所述第一U型加热单元的数量小于所述第二U型加热单元的数量。在本专利技术的一个实施例中，所述若干狭槽组包括若干第一狭槽组、若干第二狭槽组、若干第三狭槽组，所述若干第一狭槽组、所述若干第二狭槽组、所述若干第三狭槽组按照预设方式围绕所述第三加热结构的中心轴线间隔设置，且所述第一狭槽组包括若干第一狭槽，所述第二狭槽组包括若干第二狭槽，所述第三狭槽组包括若干第三狭槽，其中，所述第一狭槽的第一端至第二端的距离、所述第二狭槽的第一端至第二端的距离、所述第三狭槽的第一端至第二端的距离依次减小。本专利技术一个实施例还提供一种单晶炉，包括上述任一项实施例所述的单晶炉加热装置。本专利技术一个实施例还提供一种单晶炉的加热方法，所述单晶炉包括权利要求9所述的单晶炉，所述加热方法包括：在化料阶段，所述第一加热结构、所述第二加热结构和所述第三加热结构同时开启工作，利用所述第一加热结构、所述第二加热结构和所述第三加热结构加热坩埚中的熔料使所述熔料熔化得到熔液，此过程所述第一加热结构的功率大于所述第二加热结构和所述第三加热结构的功率；在所述熔料全部熔化成熔液后，降低所述第一加热结构、所述第二加热结构和所述第三加热结构的功率使热场和所述熔液稳定，此过程所述第一加热结构的功率大于所述第二加热结构和所述第三加热结构的功率；降低所述第二加热结构和所述第三加热结构的功率或者关闭所述第二加热结构和所述第三加热结构，之后对所述熔液进行熔接、放肩、转肩和等径得到晶棒，且在所述等径阶段，坩埚中的熔液处于所述第一加热结构的高度范围内。本专利技术的有益效果：本专利技术沿第一加热结构的周向，第一加热结构的上端部至第一加热结构的下端部的高度一致，在等径生长阶段，第一加热结构提供的热量能保证熔液维持熔融状态，并且第一加热结构的加热区域温度稳定、均匀，减小热对流对坩埚的冲刷，能够使熔液中和固液界面处有足够的纵向温度梯度，保持整个等径过程平稳进行，保证固液界面波动很小，从而保证晶棒的质量。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是现有技术提供的一种加热器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种单晶炉加热装置的结构示意图；图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶炉加热装置，其特征在于，包括：/n环绕坩埚设置的第一加热结构，且沿周向所述第一加热结构的上端部至下端部的高度一致；/n环绕坩埚设置的第二加热结构，位于所述第一加热结构下方，并且，所述第二加热结构的上端部与所述第一加热结构的下端部之间具有第一间隙通道；/n第三加热结构，位于所述第二加热结构下方，且所述第三加热结构与所述第二加热结构的下端部连接以形成加热腔体；/n其中，所述第一加热结构的加热控制机构与所述第二加热结构、所述第三加热结构的加热控制机构不同，且所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液处于所述第一加热结构的高度范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉加热装置，其特征在于，包括：
环绕坩埚设置的第一加热结构，且沿周向所述第一加热结构的上端部至下端部的高度一致；
环绕坩埚设置的第二加热结构，位于所述第一加热结构下方，并且，所述第二加热结构的上端部与所述第一加热结构的下端部之间具有第一间隙通道；
第三加热结构，位于所述第二加热结构下方，且所述第三加热结构与所述第二加热结构的下端部连接以形成加热腔体；
其中，所述第一加热结构的加热控制机构与所述第二加热结构、所述第三加热结构的加热控制机构不同，且所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液处于所述第一加热结构的高度范围内。


2.根据权利要求1所述的单晶炉加热装置，其特征在于，所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液的一部分处于所述第一加热结构的径向高温线以下的高度范围内、另一部分处于所述第一加热结构的径向高温线以上的高度范围内，其中，所述径向高温线对应所述第一加热结构轴向方向上温度最高的位置。


3.根据权利要求2所述的单晶炉加热装置，其特征在于，所述第一加热结构的高度满足在等径生长阶段坩埚中的熔液的下半部分处于所述第一加热结构的径向高温线以下的高度范围内、上半部分处于所述第一加热结构的径向高温线以上的高度范围内。


4.根据权利要求3所述的单晶炉加热装置，其特征在于，所述第一加热结构的高度与所述第二加热结构的高度的比例范围为1:1～2:1。


5.根据权利要求1所述的单晶炉加热装置，其特征在于，所述第一加热结构上设置有沿周向均匀排布的若干第一U型加热单元；
所述第二加热结构上设置有沿周向均匀排布的若干第二U型加热单元；
所述第三加热结构上设置有若干狭槽组，所述若干狭槽组围绕所述第二加热结构的中心轴线间隔设置，所述第三加热结构的中心位置设置有第三间隙通道，所述若干狭槽组连通至所述第三间隙通道，且所述第三加热结构上还设置有若干第二连接孔；
所述第一加热结构的下端部还设置有加热器脚，所述加热器脚位于所述第二加热结构的侧部沟槽和所述第三加热结构的底部沟槽中，且所述加热器脚与所述第二加热结构的侧部沟槽和所述第三加热结构的底部沟槽之间设有第二间隙通道，所述加热器脚上还设置有第一连接孔。


6.根据权利要求5所述的单晶炉加热装置，其特征在于，所述第一U型加热单元由所述第一加热结构上相邻两个第一沟槽之间的部分构成，且在相邻两个所述第一沟槽的中间位置还...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲以松，
申请(专利权)人：西安奕斯伟硅片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61