[发明专利]一种控制大直径单晶硅棒直径的加热器、拉晶炉和方法

说明书

本发明涉及一种控制大直径单晶硅棒直径的加热器、拉晶炉和方法，涉及单晶硅晶体生长领域，加热器为倒锥台形且上下均敞口的筒状。拉晶炉包括所述的控制大直径单晶硅棒直径的加热器。控制大直径单晶硅棒直径的方法，采用所述的控制大直径单晶硅棒直径的拉晶炉实现。有益效果是：加热器可以尽可能的靠近三相点，加热器升高功率与降低功率所增加和减少的热量，能快速反应在直径变化上。便于从单晶炉的正前方人工观察单晶硅棒的情况，便于拉晶炉内斜上方的感应器或监控相机监测硅棒状态，不遮挡视线或监测设备。

技术领域

本发明涉及单晶硅晶体生长领域，具体涉及一种控制大直径单晶硅棒直径的加热器、拉晶炉和方法。

背景技术

拉晶是指熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。

通常大直径单晶硅棒是指硅棒的直径大于或等于200mm。传统上，一个大直径直拉法(Czochralski)拉晶炉里，会用到两个石墨加热器。一个位于石英坩埚外侧，为主加热器(main heater)，另一个为位于石英坩锅下方的底部加热器(bottom heater)。在生长硅单晶棒的过程中，直径的控制是利用拉速与加热器功率的调整来完成。其中拉速的调整是属于短程的控制效应，所谓短程就是直径变化的反应时间是几十秒钟到几分钟，加热器功率的调整是属于长程的控制效应，所谓长程就是反应在20-40分钟才能有效地开始影响直径。然而在生产低缺陷硅单晶棒时，拉速必须维持在很小的范围内，甚至锁定为固定速度，才能精准的生产出低缺陷的单晶棒，不允许有大的拉速变化来调整直径。由于每次调整加热器功率之后，需要先把石英坩埚里的硅熔体加热后，才能有效影响直径，需要花费很长时间才能反应在直径上，这样，单独依赖长程的加热器功率的调整，就很难长出直径均匀的硅棒。

因此本发明就是为了解决这问题，而提出一种靠近三相点位置特殊形状的加热器，用来快速调整晶棒的直径而不改变拉速。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何控制大直径。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种控制大直径单晶硅棒直径的加热器，加热器为倒锥台形且上下均敞口的筒状。

本发明的有益效果是：倒锥台形筒状的加热器可以尽可能的靠近坩埚的液面，也就是很靠近三相点，即晶体生长前锋，加热器升高功率与降低功率所增加和减少的热量，能快速反应在直径变化上。同时，采用倒锥台形加热器，其上端直径较大，便于从单晶炉的正前方人工观察单晶硅棒的情况，便于拉晶炉内斜上方的感应器或监控相机监测硅棒状态，不遮挡视线或监测设备。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述加热器的材质为石墨或碳化硅。

采用上述进一步方案的有益效果是：加热器的材质为石墨或碳化硅，采用电阻加热的方式。

进一步，所述加热器周向侧壁呈方波形状。

进一步，所述加热器的高度H为100-180mm。

进一步，所述加热器的功率为5-20kW。

采用上述进一步方案的有益效果是：调整直径时，通常采用的功率范围为10-20kW，不需要调整直径时，也就是正常拉晶时，使用5-9kW的功率。

进一步，所述加热器的下端内径d比单晶硅棒直径大60-70mm。

本发明还提供一种控制大直径单晶硅棒直径的拉晶炉，包括所述的控制大直径单晶硅棒直径的加热器。