一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场及单晶炉制造技术

本发明专利技术公开了一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场及单晶炉，该热场中的保温筒内设有不同材质的填充块，达到改变硅熔液下部温度的目的，实现控制硅熔体热对流的效果。以降低硅熔体受热对流的影响，以提高晶体长晶的质量均匀性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场及单晶炉
本专利技术属于硅晶体材料单晶炉

技术介绍
目前硅单晶的生长技术按工艺方法可分为直拉硅单晶(CZ)、区熔硅单晶(FZ)、磁拉硅单晶(MCZ)等，这几种生长方法都是从熔体中生长硅单晶。另外还有基座法、片状单晶生长法、蹼状单晶生长法等。在以上这些单晶生长方法中，直拉法(CZ)具有设备和工艺简单的优势，且容易实现自动化控制成为了当今硅单晶生长的主要方法。当代直拉硅单晶正在向着高纯度、高完整性、高均匀性和大尺寸发展。但是，硅单晶向大尺寸发展，投料量急剧增加，大熔体产生严重热对流，不但影响晶体质量，甚至会破坏单晶生长；单晶炉单次投料量增大，单晶炉热场尺寸增大，加热器距离熔体中心点的区间变长，为了保证单晶炉生产安全，会相应加大加热功率，以保证熔液中心点达到适宜的液面温度，同时其运行速率也会随着功率的上升有一定降低，以达到生长界面的平稳，因此，会面临生长速率偏低的问题。为了解决热对流问题，现在在生长大直径硅单晶时采取了磁场拉晶的办法，得到了氧含量较低的大直径硅单晶。水平磁场单方向的磁力线结构，使得竖直方向的自然对流的粘滞性增强，热对流得到有效抑制，但是水平方向由于其流速方向与磁力线方向平行，不受洛伦兹力的作用，所以竖直方向主要依靠热传导进行热量传递，而水平方向热传输仍然主要依靠热对流，不利于大尺寸高品质单晶硅的生长。故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种热场，能够对热场中加热的单晶硅容易对流进行调节，以解决现有技术中水平方向热传输仍然主要依靠热对流，不利于大尺寸高品质单晶硅的生长的技术问题。本专利技术还提供了具有该热场的单晶炉。技术方案：为达到上述目的，本专利技术可采用如下技术方案：一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场，包括石墨材质的保温筒，所述保温筒的外表面设有若干沿保温筒外表面周向排列的凹槽，且凹槽中放置有填充块，所述填充块为石墨填充块或者硬毡填充块；若干所述填充块以下面方式其中之一设置于凹槽内，方式一、凹槽内的填充块全部为石墨填充块；方式二、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且石墨填充块与硬毡填充块以交叉间隔方式放置；方式三、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且两块石墨填充块相邻设置为一组，两块硬毡填充块相邻设置为一组；一组石墨填充块与一组硬毡填充块以交叉间隔方式放置；方式四、凹槽内的填充块全部为硬毡填充块；方式五、石墨填充块与硬毡填充块无规律任意放置于凹槽中。进一步的，所述保温筒包括自上而下同轴设置的上层筒体、中层筒体、下层筒体；所述凹槽设置于中层筒体上。进一步的，所述凹槽内外贯穿保温筒，填充块填满凹槽。进一步的，所述若干凹槽为长方体形且尺寸相同且均匀的在保温筒的周向排列一周，且凹槽的长度方向与保温筒的轴向平行。进一步的，具有上述热场的单晶炉可采用以下技术方案：还包括坩埚、承载坩埚的坩埚托盘、承载坩埚托盘的主轴；热场还设有位于保温筒内的侧加热器与底部加热器，所述侧加热器位于坩埚侧方，底部加热器位于坩埚托盘下方；当坩埚在热场内加热时，坩埚内溶液水平方向热对流部分的高度位于所述凹槽所在高度的范围内。进一步的，所述凹槽位于中层筒体的中下部分。有益效果：相对于现有技术，本专利技术技术方案的优点为：1、通过对热场部件里的中保温筒结构优化设计，达到改变硅熔液下部温度的目的，实现控制硅熔体热对流的效果。以降低硅熔体受热对流的影响，以提高晶体长晶的质量均匀性和稳定性。2、本专利在中保温筒选择五种方式用来填充石墨填充块及硬毡填充块，通过不同的填充方案来实现散热效果的可调节作用。附图说明图1是本专利技术单晶炉中热场、坩埚所在部分的结构示意图。图2是本专利技术中保温筒的中层筒体的立体图。图3是图2的中层筒体内填充了填充块后的立体图。具体实施方式请结合图1至图3所示，本实施例公开一种单晶炉，该单晶炉内设置有可调节半导体单晶硅熔液对流的热场，单晶炉内还设有坩埚4、坩埚托盘5。热场包括石墨材质的保温筒1、位于保温筒1内的侧加热器2与底部加热器3，所述侧加热器2位于坩埚4侧方，底部加热器3位于坩埚托盘5下方。坩埚托盘5下方具有主轴6承载该坩埚托盘5。所述保温筒1的外表面设有若干沿保温筒外表面周向排列的凹槽11，且凹槽中放置有填充块12，所述填充块12为石墨填充块或者硬毡填充块；若干所述填充块12以下面方式其中之一设置于凹槽内，方式一、凹槽11内的填充块12全部为石墨填充块；在配套热场底部空间保温最好时使用，达到最大散热效果的目的，减少溶液对流，增加长晶界面均匀性及降低氧含量。方式二、凹槽11内的填充块2为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且石墨填充块与硬毡填充块以交叉间隔方式放置；在介于最大散热效果和最小散热效果之间使用，适用于底部空间保温较好的情况下使用，达到调整溶液对流的目的。方式三、凹槽11内的填充块12为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且两块石墨填充块相邻设置为一组，两块硬毡填充块相邻设置为一组；一组石墨填充块与一组硬毡填充块以交叉间隔方式放置；在介于最大散热效果和最小散热效果之间使用，适用于底部空间保温较好的情况下使用，达到调整溶液对流的目的。方式四、凹槽11内的填充块2全部为硬毡填充块；在配套热场底部空间保温最差时使用，不需要太大的散热效果。方式五、石墨填充块与硬毡填充块无规律任意放置于凹槽11中。在介于最大散热效果和最小散热效果之间使用，类似于方式二和三，对散热效果起到微调作用，得到最佳的使用效果，生长出质量均匀，缺陷少，低氧的半导体晶体。当坩埚4在热场内加热时，坩埚4内溶液水平方向热对流部分的高度位于所述凹槽11所在高度的范围内。所述保温筒1包括自上而下同轴设置的上层筒体13、中层筒体14、下层筒体15。所述凹槽11设置于中层筒体14上。所述凹槽11内外贯穿保温筒1，填充块2填满凹槽11。所述若干凹槽11为长方体形且尺寸相同且均匀的在保温筒的周向排列一周，且凹槽11的长度方向与保温筒1的轴向平行。本专利通过对热场部件里的中保温筒进行结构优化，增加了八块可放入填充块的孔洞来增加散热效果，达到控制热对流的目的。通过设置石墨填充块、硬毡填充块两种导热系数不同的填充块，可以为不同的热场结构找到最佳的温度平衡点，解决长晶过程硅熔液的热对流难以控制的技术困难，从而生长出高均匀性、高完整性、低氧含量的晶体。如果结合现有技术中大尺寸横向超导磁场配合使用，可以获得更好的控制热对流效果，提高晶棒品质。本专利技术具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场，包括石墨材质的保温筒，其特征在于，所述保温筒的外表面设有若干沿保温筒外表面周向排列的凹槽，且凹槽中放置有填充块，所述填充块为石墨填充块或者硬毡填充块；若干所述填充块以下面方式其中之一设置于凹槽内，/n方式一、凹槽内的填充块全部为石墨填充块；/n方式二、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且石墨填充块与硬毡填充块以交叉间隔方式放置；/n方式三、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且两块石墨填充块相邻设置为一组，两块硬毡填充块相邻设置为一组；一组石墨填充块与一组硬毡填充块以交叉间隔方式放置；/n方式四、凹槽内的填充块全部为硬毡填充块；/n方式五、石墨填充块与硬毡填充块无规律任意放置于凹槽中。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场，包括石墨材质的保温筒，其特征在于，所述保温筒的外表面设有若干沿保温筒外表面周向排列的凹槽，且凹槽中放置有填充块，所述填充块为石墨填充块或者硬毡填充块；若干所述填充块以下面方式其中之一设置于凹槽内，
方式一、凹槽内的填充块全部为石墨填充块；
方式二、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且石墨填充块与硬毡填充块以交叉间隔方式放置；
方式三、凹槽内的填充块为部分石墨填充块、部分硬毡填充块，且两块石墨填充块相邻设置为一组，两块硬毡填充块相邻设置为一组；一组石墨填充块与一组硬毡填充块以交叉间隔方式放置；
方式四、凹槽内的填充块全部为硬毡填充块；
方式五、石墨填充块与硬毡填充块无规律任意放置于凹槽中。


2.根据权利要求1所述的热场，其特征在于：所述保温筒包括自上而下...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘清跃，秦英谡，郑锴，穆童，
申请(专利权)人：南京晶能半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32