[发明专利]一种单晶提拉炉热场结构

说明书

本发明提供一种单晶提拉炉热场结构，所述单晶提拉炉热场结构包括：炉体；位于所述炉体内的坩埚；位于所述坩埚侧面的第一加热器；位于所述坩埚底部的第二加热器；以及位于所述坩埚内熔体上方的第三加热器。通过本发明所述的单晶提拉炉热场结构，解决了现有单晶提拉炉热场结构制备的硅单晶存在质量不均匀的问题。

技术领域

本发明属于半导体级单晶硅制造领域，特别是涉及一种单晶提拉炉热场结构。

背景技术

在利用直拉法制备大尺寸硅单晶的过程中，由于多晶硅投料量大，为了满足热场温度梯度的要求以及保障长晶过程的温度波动小，使用如图1所示的单晶提拉炉热场结构：采用位于坩埚12侧部的第一加热器13和位于坩埚12底部的第二加热器14来实现对温度场的精确控制。

然而，在长期长晶过程和模拟仿真工作中，逐渐发现由于固液界面中心散热慢而边缘散热快，导致固液界面的形状凸向晶体，即固液界面中间位置高而周边位置低，这样就直接导致制备出来的硅片中心和边缘质量差别大；如图2所示，横坐标表示硅片中心到边缘的半径变化，纵坐标表示拉速与横坐标处温度梯度的比值，用于衡量制备的硅单晶的质量，其中，黑色虚线作为衡量硅单晶质量的标准衡量值；可见，硅片中心和边缘的质量存在较大差异。

鉴于此，有必要设计一种新的单晶提拉炉热场结构用以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单晶提拉炉热场结构，用于解决现有单晶提拉炉热场结构制备的硅单晶存在质量不均匀的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单晶提拉炉热场结构，所述单晶提拉炉热场结构包括：

炉体；

位于所述炉体内的坩埚；

位于所述坩埚侧面的第一加热器；

位于所述坩埚底部的第二加热器；以及

位于所述坩埚内熔体上方的第三加热器。

优选地，所述第三加热器为环形加热器。

优选地，所述环形加热器的圆心与所述坩埚的中心线重合。

优选地，所述环形加热器的内圆半径为300～400mm。

优选地，所述环形加热器的厚度为20～80mm。

优选地，所述第三加热器与所述坩埚内熔体的垂直距离为0～200mm。

优选地，所述第一加热器的功率为70～110kw，所述第二加热器的功率为10～45kw，所述第三加热器的功率为0～30kw。

优选地，所述第一加热器、第二加热器、及第三加热器均为石墨加热器。

优选地，所述单晶提拉炉热场结构还包括位于所述坩埚上方的热屏，其中，所述第三加热器位于所述热屏内侧。

优选地，所述第三加热器的外侧壁与所述热屏的内侧壁的最小距离为0～100mm。

优选地，所述单晶提拉炉热场结构还包括位于所述坩埚上方的籽晶夹头，以及与所述籽晶夹头连接，用于控制所述籽晶夹头在提拉方向上提升或下降的提拉结构。

如上所述，本发明的单晶提拉炉热场结构，具有以下有益效果：

1.本发明所述单晶提拉炉热场结构利用第三加热器控制固液界面位置的温度分布，抑制固液界面边缘散热，使得固液界面的中心与边缘散热更加均匀，避免固液界面中心区域向上凸起，进而提高制备硅单晶的径向质量均匀度。

2.本发明所述单晶提拉炉热场结构通过设置第三加热器，增加了热场控制的多样性，更好地优化了热场。

附图说明