[发明专利]一种可调节半导体单晶硅熔液对流的热场及单晶炉

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于硅晶体材料单晶炉技术领域。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：本发明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。

本发明还提供了具有该热场的单晶炉。

技术方案：为达到上述目的，本发明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。