双加热器移动热屏式直拉单晶炉.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102162123A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102162123A(43)申请公布日2011.08.24(21)申请号201110081268.9(22)申请日2011.04.01(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人苏文佳左然(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人汪旭东(51)Int.Cl.C30B15/00(2006.01)C30B15/14(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称双加热器移动热屏式直拉单晶炉(57)摘要本发明公开一种半导体材料生长设备，具体为一种用于半导体单晶生长的直拉型单晶炉。本发明利用热屏的向下移动替代坩埚的向上运动，使坩埚只有旋转而不再上升，减少了一个自由度，降低了系统的复杂性；采用分别位于坩埚底部和侧面的双加热器，针对晶体生长的不同阶段分别控制，使晶体和熔体的温度梯度控制更加方便；坩埚与加热器的相对位置保持平行且不变，加热器的热辐射直接烘烤坩埚，与传统单晶炉中坩埚不断远离加热区域相比，传热效率大大提高；导流筒引导氩气对晶体强化换热，抑制了熔体上方的氩气对流涡旋，有利于减少晶体中的杂质和微缺陷，并降低氩气消耗量。CN10263ACCNN110216212302162124A权利要求书1/1页1.一种双加热器移动热屏式直拉单晶炉，其特征在于，包括不锈钢炉体（4）和水冷结构（3）、石墨坩埚（6）、石英坩埚（7）、移动热屏（8）、石墨连接臂（10）、导流筒（11）、钼连接螺栓（9）、侧面保温碳毡（5）、底部保温碳毡（1）、氩气出口（2）、连接杆（12）、同心套管（13）、伺服电机（14）、籽晶拉杆（15）、筒形石墨加热器（18）、托盘形石墨加热器（21）、石墨坩埚托（20）和坩埚旋转轴（22）；所述不锈钢炉体（4）为轴对称结构，不锈钢炉体（4）和水冷结构（3）构成整个单晶炉的外部框架；所述伺服电机（14）安装在不锈钢炉体（4）顶端，籽晶拉杆（15）和同心套管（13）与不锈钢炉体（4）同轴，两者安装于伺服电机（14）下端，籽晶拉杆（15）穿过同心套管（13）；所述伺服电机（14）控制籽晶拉杆（15）的升降与旋转，同时控制同心套管（13）的升降；所述同心套管（13）底端沿周向均匀焊接三个连接杆（12），三个连接杆（12）与导流筒（11）上部卡槽连接，导流筒（11）下部通过三个钼连接螺栓（9）与石墨连接臂（10）相连，石墨连接臂（10）通过三个钼连接螺栓（9）与移动热屏（8）相连；所述不锈钢炉体（4）下端安装坩埚旋转轴（22），坩埚旋转轴（22）与不锈钢炉体（4）同轴，坩埚旋转轴（22）的上部由下至上依次安装石墨坩埚托（20）、石墨坩埚（6）和石英坩埚（7），坩埚旋转轴（22）带动安装其上的石墨坩埚托（20）、石墨坩埚（6）和石英坩埚（7）旋转；所述筒形石墨加热器（18）与不锈钢炉体（4）同轴，套在石墨坩埚（6）外侧，所述托盘形石墨加热器（21）与不锈钢炉体（4）同轴，安装于石墨坩埚（6）的底部，所述筒形石墨加热器（18）和托盘形石墨加热器（21）分别独立加热；所述侧面保温碳毡（5）和底部保温碳毡（1）与不锈钢炉体（4）同轴，安装于靠近不锈钢炉体（4）的内壁面，对不锈钢炉体（4）保温；两个所述氩气出口（2）对称安装在不锈钢炉体（4）下部。2CCNN110216212302162124A说明书1/4页双加热器移动热屏式直拉单晶炉技术领域[0001]本发明涉及一种用于制造太阳能级和半导体级单晶硅的设备，特指一种热屏上下移动而坩埚静止的双加热器移动热屏式直拉单晶炉。技术背景[0002]直拉法（CZ）晶体生长技术是太阳能级和半导体级单晶硅生长的最主要方法。其工艺流程为：先将一定量的多晶硅原料放入坩埚中，加热至熔化(温度高达1600℃)，在拉杆下端装夹籽晶（即晶种），沉浸到熔化的晶体原料中，提拉杆缓缓向上提拉，同时缓慢旋转，最终生长出圆柱体形状的单晶硅棒。整个单晶生长过程大致分为六个阶段：(1)装料和熔料；(2)籽晶与熔硅的熔接；(3)引细颈；(4)放肩和转肩；(5)等径生长；(6)收尾。其中等径生长约占整个生长时间的80%。而后期的晶圆切片工艺，选用的也是等径生长的晶棒。[0003]直拉法生长的单晶硅，要求尽可能大的结晶速率和尽可能少的晶格缺陷。结晶速率V取决于晶体和熔体热流量的差值：其中、分别为固液界面处晶体和熔体的温度梯度。为增大结晶速率，应增大，减小。晶格缺陷可通过控制结晶速率V与固液界面附近晶体轴向温度梯度的比2值，即V/G比来实现。V/G比存在一个临界值：(V/G)C=0.2mm/min·K。当V/G<(V/G)C时，自填隙缺陷占主导；当V/G>(V/G)C时，空