[实用新型]一种降低晶体缺陷的单晶炉

说明书

本实用新型公开了一种降低晶体缺陷的单晶炉，属于单晶炉设备技术领域，包括坩埚和包围在坩埚外面的加热器，加热器包括加热筒体和设置在加热筒体底部的至少四个电极脚；加热筒体由上下迂回的U字型石墨条制成；加热器的高度不高于坩埚内溶体的高度，加热筒体的高度为加热器总高度的1/3～2/3；坩埚与加热器之间设有相对移动的驱动机构。筒形结构通过正负电极形成电流回路。为减小能量流失，通过加宽加厚电极脚达到减小发热器的发热来实现。设置四个以上的电极脚以保证加热器的中心对称性。在坩埚与加热器设置驱动机构可以用于调节加热器与坩埚内溶液高度的相对位置，保证加热器的高度不高于坩埚内溶体的高度，从而提高单晶的质量。

技术领域

本实用新型涉及单晶炉设备技术领域，具体地说，涉及一种降低晶体缺陷的单晶炉。

背景技术

直拉单晶制造法是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热熔化，再将晶种(籽晶)进入溶液中。在合适的温度下，溶液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。把晶种微微的旋转向上提升，溶液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶棒。

直拉单晶炉是采用直拉法生长无位错单晶的设备，加热器是单晶炉热场的核心部件，提供多晶熔化长晶的热能，其结构的设计不仅直接影响着是否能顺利长晶以及单晶的质量，而且作为主要耗材之一，直接影响到单晶的制造成本。

常规的直拉单晶炉的发热体，通常只设置正负两个电极，这在小直径半导体分立器件的单晶材料中并没有明显品质问题，大规模集成电路用的单晶硅材料，线宽的尺寸达到几纳米，相近尺寸的微缺陷将严重影响器件的品质和成品率，因此，晶体中的缺陷控制就显得尤为关键。

单晶硅片通过择优腐蚀在聚光灯下就能看到的缺陷称为宏观缺陷，漩涡、热氧化漩涡、热氧化层错环等宏观缺陷是不允许的，一旦存在将导致整个器件报废。

在众多的影响因素中，热场的中心不对称严重影响晶体缺陷的形成，随着生长的单晶直径不断增大，所用热场的尺寸也相应增加，28寸以上大直径发热体，由于自身重量及使用过程中加热变形，仅靠传统的两只电极脚的固定已经很难保证整个发热体的中心对称性，单晶生长过程中单晶的外侧面离发热体距离的差异导致单晶生长界面温度波动，从而导致单晶转到温度低的一侧快速生长，而转到温度高的一侧生长放慢，甚至生长出的晶体熔化的回熔现象，从而产生严重的漩涡，有时在原生晶体中都能出现漩涡，热氧化后漩涡现象更严重。

为了避免上述现象的发生，现有部分单晶炉的发热体设置更多的电极脚以保证发热体的中心对称性，如公告号为CN206015144U和公告号为CN105586634A的中国专利文献公开的单晶炉加热器均设置了至少4个电极脚，用以固定和调整整个发热体的中心对称性。

毋庸置疑，增加发热体的电极脚数量不仅可以大幅改善单晶的品质，同时也可大幅提升发热体的使用寿命，但是，发热体的电极脚数量增加，通过电极脚的热传导带走的能量也相应增加，导致等径功率增加，拉晶的单位能耗增加。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种降低晶体缺陷的单晶炉，可以在能耗一定的情况下保证发热体的中心对称性，提高单晶的成品率。

为了实现上述目的，本实用新型提供的降低晶体缺陷的单晶炉包括坩埚和包围在坩埚外面的加热器，加热器包括加热筒体和设置在加热筒体底部的至少四个电极脚；加热筒体由上下迂回的U字型石墨条制成；加热器的高度不高于坩埚内溶体的高度，加热筒体的高度为加热器总高度的1/3～2/3；坩埚与加热器之间设有相对移动的驱动机构。