一种用于单晶生长的热场调节装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种用于单晶生长的热场调节装置和方法，该热场调节装置包括：顶部固定安装有导流筒的隔热筒；第一控制单元和第二控制单元，其中，所述第一控制单元经配置为在拉晶过程中控制坩埚的高度位置不变，所述第二控制单元经配置为在拉晶过程中驱动所述隔热筒沿竖直方向做升降运动，使得所述导流筒的底部与熔融硅的液面的距离始终保持一致。同时通过独立移动的加热器配合所述隔热筒移动实现多样化的热场控制，为工艺参数的调节提供更多的方法和支持，使得提高提拉速度和降低氧浓度变得容易，使得晶棒冷却更快，生长更快。生长更快。生长更快。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单晶生长的热场调节装置和方法


[0001]本专利技术实施例涉及拉晶热场
，尤其涉及一种用于单晶生长的热场调节装置和方法。

技术介绍

[0002]制造单晶硅棒的方法有区熔法和切克劳斯基法，通常采用切克劳斯基法(即CZ法)。在氩气保护下，CZ法是将多晶硅料收容在设置于拉晶炉炉体内的石英坩埚里，通过加热器融化多晶硅原料获得熔融硅，并通过加热器持续保温熔融硅，将一根直径只有10mm的棒状晶种(称籽晶)与熔融硅液面接触，在工艺要求合适的温度下，熔融硅中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体，将晶种一边旋转一边提拉，熔融硅中的硅原子会在之前形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构，同时加速提拉，生产出目标直径和品质的单晶硅棒。
[0003]参见附图1，其示出了常见的拉晶炉10的示意图，该拉晶炉10包括：炉体11、坩埚12、加热器13、隔热筒14、导流筒15以及籽晶提拉装置16，其中加热器13、隔热筒14和导流筒15均属于固定结构。在拉晶过程中，为确保生长出缺陷较少的高品质单晶硅棒S，对其生长环境必须进行严格控制，这是因为在直拉法生长单晶的过程中，工艺气体从单晶炉10的顶部充入，为了保证挥发物质能够及时排出通过安装在坩埚12上方的导流筒15使得工艺气体经过导流筒15和炉体11的内壁。再通过真空泵从单晶炉10的底部排气口排出。在晶棒S的形成过程中，单晶硅棒S生长在固液交界面处，由于熔融硅持续从液态转化为固态依附在籽晶上，随着坩埚12中的熔融硅不断减少，熔融硅的液面位置也在不断下降，为了保证熔融硅的液面始终与晶体接触，需要持续向上提升坩埚12，为了避免导流筒15与熔融硅的液面接触，同时也要保证气体流动的稳定，导流筒15与液面的相对高度须要保持一致，因此坩埚1需要随着晶体提升同步上移。同时，CZ法主要通过坩埚和籽晶的同步上升以及坩埚和籽晶的旋转来保持拉晶炉内部热场的稳定性，然而，坩埚上升对拉晶炉内能耗和热场的稳定性都带来的不小的弊端。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供用于单晶生长的热场调节装置和方法；能够在拉晶过程中，通过调节隔热筒以实现导流筒与熔融硅液面的距离保持一致，同时独立调节加热器以配合隔热筒的移动以实现多样化的热场控制，为拉晶工艺提供更多方法，提高加工效率。
[0005]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于单晶生长的热场调节装置，所述热场调节装置布置在拉晶炉内，所述热场调节装置包括：
[0007]顶部固定安装有导流筒的隔热筒；第一控制单元和第二控制单元，其中，所述第一控制单元经配置为在拉晶过程中控制坩埚的高度位置不变，所述第二控制单元经配置为在
拉晶过程中驱动所述隔热筒沿竖直方向做升降运动，使得所述导流筒的底部与熔融硅的液面的距离始终保持一致。
[0008]第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于单晶生长的热场调节方法，所述热场调节方法包括：
[0009]在拉制单晶硅棒开始前，通过隔热筒带动导流筒处于最高位置，待多晶硅原料完全熔化成熔融硅后，调节所述导流筒至与所述熔融硅的液面固定距离处；在拉晶过程中，控制坩埚的高度位置不变并旋转，驱动所述隔热筒以带动所述导流筒沿竖直方向向下移动，以使得在拉晶过程中所述导流筒的底部与所述熔融硅的液面距离始终保持一致。
[0010]本专利技术实施例提供了一种用于单晶生长的热场调节装置和方法；在拉晶过程中，通过隔热筒带动导流筒沿竖直方向向下移动，以使得导流筒与熔融硅的液面距离保持一致，避免了坩埚移动带来的弊端。同时，通过独立移动的加热器配合所述隔热筒实现多样化的热场控制，为工艺参数的调节提供更多的方法和支持，有效提高提拉速度以及降低氧浓度，即，使得提高提拉速度和降低氧浓度变得容易，使得晶棒冷却更快，生长更快。
附图说明
[0011]图1为现有技术中拉晶炉的示意图；
[0012]图2为具有本专利技术实施例提供的一种用于调节单晶生长的热场调节装置的单晶炉的示意图；
[0013]图3为图2示出的拉晶炉装料后和化料阶段导流筒和加热器位置示意图；
[0014]图4为本专利技术实施例提供的一种用于调节单晶生长的热场调节方法的流程示意图；
[0015]图5为本专利技术实施例提供的一种用于调节单晶生长的热场调节方法中加速单晶硅棒冷却方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0017]在拉晶炉内通过CZ法拉制单晶硅的过程中，在坩埚上升的过程中由于保护气体流动的不稳定以及机械传动带来的震动会造成熔融硅液面颤动和单晶硅棒摇晃的问题。摇晃的单晶硅棒和不稳定的熔融硅固液界面会破坏拉晶炉内热场的稳定性，导致晶体缺陷的形成。上述问题不仅造成晶体难以无错位生长，而且对晶体的质量有十分不利的影响。
[0018]继续参见附图1，随着拉晶过程的行进，坩埚12在竖直方向上缓慢上升保证坩埚12与单晶硅棒S之间的距离保持在理想范围之内。同时，坩埚12的缓慢上升是由机械部件驱动的，由于加热器13保持不动，用于驱动坩埚12的机械部件长时间位于加热器13的热场中被动的接收加热器13的热辐射，导致坩埚12的使用寿命降低，并且由于热胀冷缩的原理，该机械部件的运动精度也会受到一定程度的影响，进而影响拉晶过程中坩埚12中熔融硅固液界面的稳定性。
[0019]因此，针对上述所面临的技术问题，本专利技术提出了一种用于单晶生长的热场调节装置，通过隔热筒带动导流筒下降以代替坩埚的上升，使得坩埚的高度位置保持不变，从而
提高拉晶效率。参见附图2，其示出了具有该热场调节装置的单晶炉100的示意性结构，该热场调节装置中至少可以包括：顶部固定安装有导流筒15的隔热筒14、第一控制单元T1和第二控制单元T2。
[0020]隔热筒14布置在拉晶炉的炉体11与加热器13之间，能够防止拉晶炉100内热场的热能向外辐射。隔热筒14可采用刚性碳毡制成，为了提高隔热和保温效果还可以采用更为先进的蜂窝结构。参见附图2，隔热筒14其至少包括侧面保温罩141和顶部保温罩142，隔热筒14可以是整体成型，也可以分段成型再进行组合，分段组合式的隔热筒制造成本低，而且针对损坏的部段更加容易更换。侧面保温罩141与加热器13平行布置，用于包围加热器13以防止加热器13的热量向外辐射从而增强加热器13的加热效果减少热量损失。顶部保温罩142从侧面保温罩141的顶部出发沿水平方向朝向拉制的单晶硅棒S延伸，直至坩埚12的上方停止，用于从顶部保护热场的热量损失，从而提高拉晶热场的效率。
[0021]固定安装在顶部保温罩142上的导流筒15呈上大下小的锥形，其主要起高温气体导流作用，因此，具有良好的耐热性能和一定的力学性能；导流筒15还具有保温隔热性能，用于保障坩埚12中的熔融硅沿径向、在拉制单晶硅棒S与坩埚12中的熔融硅沿轴向有合适的温度梯度。此外，导流筒15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单晶生长的热场调节装置，所述热场调节装置布置在拉晶炉内，其特征在于，所述热场调节装置包括：顶部固定安装有导流筒的隔热筒；第一控制单元和第二控制单元，其中，所述第一控制单元经配置为在拉晶过程中控制坩埚的高度位置不变，所述第二控制单元经配置为在拉晶过程中驱动所述隔热筒沿竖直方向做升降运动，使得所述导流筒的底部与熔融硅的液面的距离始终保持一致。2.根据权利要求1所述的热场调节装置，其特征在于，所述隔热筒包括侧面保温罩和顶部保温罩，所述侧面保温罩与加热器平行，所述顶部保温罩布置成从所述侧面保温罩的顶部朝向拉制的单晶硅棒水平延伸而不超过所述坩埚上方，所述导流筒与所述顶部保温罩固定连接。3.根据权利要求1所述的热场调节装置，其特征在于，所述第二控制单元还用于在拉晶过程中驱动所述隔热筒下降，使得所述拉制的单晶硅棒的冷却速率提升。4.根据权利要求3所述的热场调节装置，其特征在于，所述热场调节装置还包括第三控制单元，用于驱动所述加热器沿竖直方向做升降运动，使得在拉晶过程中所述拉制的单晶硅棒的冷却速率进一步提升。5.根据权利要求4所述的热场调节装置，其特征在于，所述第二控制单元与所述第三控制单元能够分别独立驱动所述隔热筒和所述加热器。6.根据权利要求1所述的热场调节装置，其特征在于，所述第一控制单元还用于驱动所述坩埚绕所述坩埚的中心线旋转。7.根据权利要求1所述的热场调节装置，其特征在于，所述热场调节装置还包括液面传感器和处理器，所述液面传感器经配...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
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：