[发明专利]单晶硅制备装置及方法

说明书

本申请提供一种单晶硅制备装置，装置包括：晶体生长炉本体；坩埚；升降机构，用于将籽晶垂直升降；导流筒；装置还包括：主加热单元，设在位于坩埚外侧；副加热单元，位于坩埚和导流筒之间，处于熔体液面上方，用于对熔体进行加热；控制单元，用于控制主加热单元和/或副加热单元的功率，以使晶体等径生长；其中，控制单元在控制加热单元的功率时，控制单元优先选择控制副加热单元。本申请还提供一种单晶硅制备方法。本申请通过增设一直接向熔体液面辐射热量的副加热单元，通过调节副加热单元的功率影响熔体液面温度，可以有效延长坩埚的使用寿命。

技术领域

本发明涉及单晶硅技术领域，尤其设计一种单晶硅制备装置及方法。

背景技术

硅晶圆片作为集成电路的衬底材料，对单晶硅棒的均匀性、密度、微缺陷尺寸和含量有严格要求。传统的直拉法生产单晶硅棒时，通过调整实际晶体拉速来控制晶体的实际直径，导致实际晶体拉速一直处于波动状态，严重影响单晶硅棒的工艺质量，而采用恒定拉速拉制单晶硅棒能有效的避免该问题。目前恒定拉速已应用到实际生产，限定实际晶体拉速的情况下，通过调整主加热器的功率来控制直径，但功率调整直到液面温度反应，再到直径涨缩，需要一段较长的响应时间，直径的变化远滞后于调整功率的时间，容易影响对后期直径的判断，且由于功率的频繁变化，导致系统内温度不太稳定，对石英坩埚的寿命也有一定影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种技术方案，以解决现有技术中存在的晶体等径生长时，主加热器频繁调节功率影响坩埚寿命的问题。

基于以上问题，本申请提出一种单晶硅制备装置，包括：

晶体生长炉本体，所述晶体生长炉本体内限定出容纳空间；

坩埚，所述坩埚设置在所述容纳空间内，用于熔化多晶硅原料及盛放硅熔体；

升降机构，设在所述坩埚上方，用于将籽晶垂直升降，且可将所述籽晶伸入所述熔体中以便直拉长晶得到晶体；

导流筒，所述导流筒设在所述坩埚上方且环绕所述晶体的一部分设置；

所述装置还包括：

主加热单元，所述主加热单元设在所述晶体生长炉本体内且位于所述坩埚外侧；

副加热单元，位于所述坩埚和所述导流筒之间，处于所述熔体液面上方，用于对熔体进行加热；

控制单元，用于控制所述主加热单元和/或副加热单元的功率，以使晶体等径生长；

其中，所述控制单元在控制加热单元的功率时，所述控制单元优先选择控制所述副加热单元。

进一步的，当晶体实际生长率大于预设晶体生长率时，所述控制单元控制所述副加热单元提高功率；

当晶体实际生长率小于所述预设晶体生长率时，所述控制单元控制所述副加热单元降低功率。

进一步的，所述装置还包括：

称重机构，用于称取所述熔体重量变化或所述晶体重量变化；

所述控制单元根据所述熔体重量变化或所述晶体重量变化计算所述晶体实际生长率。

进一步的，所述装置还包括热能反射罩，所述热能反射罩位于所述副加热单元的上方，用于控制所述副加热单元的热量输出方向，以使所述副加热单元的热量输出方向基本指向所述熔体液面。

进一步的，所述副加热单元与所述导流筒连接，且所述副加热单元跟随所述导流筒升降。

进一步的，所述升降机构以一预设恒定拉速提拉所述晶体。

本申请还提供一种单晶硅制备方法，通过控制加热功率以控制晶体等径生长，所述方法包括：

通过至少两个加热单元提供所述加热功率，其中，

主加热单元，所述主加热单元设在所述晶体生长炉本体内且位于所述坩埚外侧；

副加热单元，位于所述坩埚和导流筒之间，处于所述熔体液面上方，用于对熔体进行加热；