[发明专利]区熔炉多晶棒保温装置及其保温方法

说明书

技术领域

本发明是关于半导体制造领域，特别涉及区熔炉多晶棒保温装置及其保温方法。

背景技术

硅材料是现代信息社会的基础，它不仅是光伏发电等产业的主要功能材料，也是半导体产业，特别是电力电子器件的基础材料。区熔法（FZ）生产单晶硅是区别于直拉炉（CZ）的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应加热线圈将高纯度的多晶料局部融化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后从熔区的下方利用籽晶将熔硅拉制成单晶。由于没有坩埚污染，区熔炉生长的单晶硅纯度高，均匀性好，低微缺陷，其优良的电学性能非常适合制作高反压、大电流、大功率的电力电子器件。

区熔硅单晶的生长采用悬浮区域熔炼法，即用高频感应加热线圈加热多晶硅料使其熔化，在线圈下方用籽晶接住熔融硅连续生长出单晶棒。正常的区熔炉生产包括准备工作—预热—熔接—细颈—扩肩—等径—收尾—冷却等过程，整个过程依等径时间不同约耗时6～12小时，若除去等径阶段则约耗时3小时，其中预热时间约为30～60分钟。由于区熔单晶生长的复杂性，在区熔炉生产过程中因断楞、流熔等而造成单晶生长意外终止的情况并不鲜见，发生概率不小于20%，而此时炉内多晶棒尚剩余较长。传统的处理方式是：缓慢降低施加在主加热线圈上的功率，等待多晶棒降温，此过程约耗时30分钟，如降温过快可能造成多晶棒开裂；之后关闭高频电源，开启炉门并进行相应的处理，比如修理线圈、更换籽晶等；关闭炉门，开启高频电源，重新对多晶棒预热，完成新的一次生长过程。从中可以看出，一次生长意外终止后到下一次新的生长，最少需耗时2个小时，其中多晶棒缓慢冷却和重新预热占据了主要的时间，这段时间耗费了大量的人力和电能，且由于多晶棒脆性大，冷却之后重新预热容易造成多晶棒开裂造成原料的浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能实现对多晶棒保温，省去对多晶棒缓慢冷却并重新预热的多晶棒保温装置及其方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供区熔炉多晶棒保温装置，多晶棒在区熔炉的主加热线圈的上方，单晶棒在主加热线圈的下方，且多晶棒和单晶棒通过主加热线圈中心的圆孔相熔接，区熔炉多晶棒保温装置包括至少一个设置在多晶棒外部的辅助加热器，辅助加热器的两个端部分别设有接口，接口通过电缆与辅助加热电源相连，辅助加热电源用于对辅助加热器施加电流，通有电流的辅助加热器能对多晶棒实现保温；辅助加热电源通过信号线依次连接有数据分析模块和红外测温仪，红外测温仪用于实时监测多晶棒下端的温度，并将测得的温度数据传送给数据分析模块，数据分析模块用于通过判断红外测温仪传送来的温度数据，控制辅助加热电源施加在辅助加热器上的电流大小。

作为一种改进，所述区熔炉多晶棒保温装置是采用热辐射方式的辅助加热器、使多晶棒感应加热方式的辅助加热器中任意一种辅助加热器或者两种辅助加热器组合的装置，实现对多晶棒保温。

作为一种改进，采用热辐射方式的辅助加热器呈圆筒形，辅助加热器是石墨材质的加热器。

作为一种改进，采用使多晶棒感应加热方式的辅助加热器是铜或者硅材质的加热器，辅助加热器是U型和倒U型交替连接而成的条状加热器，且条状加热器围成圆环状。

作为一种改进，所述条状加热器围成的圆环的直径取值范围为100mm～250mm，所述条状加热器的U型和倒U型的高度取值范围为50mm～20mm。

提供基于所述的区熔炉多晶棒保温装置的保温方法，所述区熔炉多晶棒保温装置对多晶棒进行保温时，红外测温仪实时监测多晶棒下端的温度（下端面以上15mm～30mm范围内的温度），并将测得的温度数据传送给数据分析模块，数据分析模块通过内置的判断模块来控制辅助加热电源施加在辅助加热器上的电流大小；