一种直拉单晶炉及其纵向温度梯度的测定控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110284186A(43)申请公布日2019.09.27(21)申请号201910694931.9(22)申请日2019.07.30(71)申请人刘冬雯地址226501江苏省南通市如皋市如城街道凌青村二十一组16号(72)发明人刘冬雯(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人胡红娟(51)Int.Cl.C30B15/20(2006.01)C30B29/06(2006.01)G01J5/00(2006.01)G01K7/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种直拉单晶炉及其纵向温度梯度的测定控制方法(57)摘要本发明公开了一种直拉单晶炉及其纵向温度梯度的测定控制方法，属于单晶硅生产领域，直拉单晶炉包括坩埚和加热器，加热器的外围设有保温层，坩埚包括用于承装熔体的石英坩埚和套设在石英坩埚外的外围支撑坩埚；加热器包括包围在坩埚周围的主加热器和设置在坩埚的底部的辅加热器；保温层外在垂直方向上间隔设有若干热电偶测温探头，或在保温层上开有供红外测温仪测温的第一窗口。通过检测和控制石英坩埚内熔体的温度分布达到对拉晶过程的科学精准的控制，拉晶过程中控制坩埚底熔体温度尽可能低，以获得更低氧含量单晶，控制坩埚中熔体的最高温度尽可能低，以获得更低缺陷密度的单晶，不仅使拉速更快，拉晶成本更低，而且单晶的品质也得到大幅提升。CN110284186ACN110284186A权利要求书1/1页1.一种直拉单晶炉，包括坩埚和加热器，所述加热器的外围设有保温层，其特征在于：所述坩埚包括用于承装熔体的石英坩埚和套设在所述石英坩埚外的外围支撑坩埚；所述加热器包括包围在所述坩埚周围的主加热器和设置在所述坩埚的底部的辅加热器；所述保温层外在垂直方向上间隔设有若干热电偶测温探头，或在保温层上开有供红外测温仪测温的第一窗口。2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的主加热器的高度为坩埚高度的1/3～2/3。3.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的保温层包括位于内层的石墨保温内筒和位于外层的外保温层。4.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的外围支撑坩埚由石墨或碳碳复合材料制成。5.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的保温层外设有主炉筒体，所述主炉筒体上设有与所述的第一窗口对应的第二窗口。6.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的辅加热器为圆盘状或碗状。7.根据权利要求1所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述的测温仪的位置在垂直方向上位于所述坩埚内熔体上下超出至少2cm的范围内。8.一种直拉单晶炉的纵向温度梯度的测定控制方法，基于权利要求1～7任一权利要求所述的直拉单晶炉实现，其特征在于，包括以下步骤：1)确定测温仪测量点位置，以主加热器上侧边沿为水平方向的O点，垂直向下距离O点的位置为X轴方向，以X1、X2……Xi作为测量点；2)温度测量和数据处理，测量各测量点的温度T1、T2……Ti，取每一个温度测量点的温度信号，将温度数据与垂直方向上位置数据对应点作图，得到某一时间的T-X曲线；3)确定等径生长时生长界面的位置X面和石英坩埚底的起始位置X底；4)确定拉晶过程中对应于石英坩埚底的位置和温度，并根据步骤2)的T-X曲线计算出最高温度Tmax。5)随时计算并输出石英坩埚底和生长界面的温度差ΔT；6)确定当发生单晶扭曲变形、埚底结晶时ΔT的临界值，记为ΔT临界；7)拉晶过程中控制生长界面温度梯度，同时保持埚底与生长界面的温度差，当埚底温度降到一定程度时开辅加热器，相应降低主加热器的加热功率。9.根据权利要求8所述的直拉单晶炉的纵向温度梯度的测定控制方法，其特征在于，步骤3)中，坩埚内起始液面根据一定投料量下坩埚内壁熔硅的腐蚀线确定，拆炉后先测量腐蚀线与外围支撑坩埚上沿的垂直距离a，再确定等径生长时外围支撑坩埚的起始位置b，X面＝a+b，坩埚底的起始位置X底＝a+b+L，L为坩埚内熔硅的液面垂直深度，等于坩埚的总高度-熔硅腐蚀线距离石英坩埚上沿的距离。10.根据权利要求8所述的直拉单晶炉的纵向温度梯度的测定控制方法，其特征在于，步骤4)中，拉晶过程中生长界面的位置不变，坩埚底位置随着坩埚轴上升位置发生变化，某时间或某等径长度下，坩埚底的位置X底’＝(a+b+L)-埚升距离，坩埚底温度根据坩埚底位置，代入到步骤2)所得T-X曲线中由计算机算出温度T底’。2CN110284186A说明书1/5页一种直拉单晶炉及其纵向温度梯度的测定控制方法技术领域[0001]本发明涉及单晶硅生产领域，具体地说，涉及一种直拉单晶炉及其纵向温度梯度的测定控制方法。背景技术[0002]随着极大规模集成电路进入纳米尺