[发明专利]用高频波进行硅单晶生长过程控制的硅单晶炉

说明书

本公开涉及一种用高频波进行硅单晶生长过程控制的，其特征在于包括炉体、以及坩埚，其中，所述坩埚位于炉体内，用于容纳原料，其中，所述炉体的侧壁和/或底部布置有馈波孔，用于与外部微波加热组件对接，以对坩埚内的原料进行加热，所述坩埚由石英钳锅、以及套在所述石英钳锅外的石墨钳锅组成，所述石墨坩埚的底部连接有坩埚轴，所述坩埚轴从所述炉体的底部贯穿，用于在单晶硅生长过程中上下移动和转动所述坩埚。本公开使用微波提供热能，充分利用波能的频率和波长特性，既能达到直接高效加热硅料又能绕开介质的吸能浪费，根据多晶料的特性做到高效、快速熔融，在单晶生长期间提供足够大的温场梯度，以获得最大生长速度，提高生产效率。

技术领域

本发明属于半导体、集成电路、太阳能产品生产领域，具体涉及直拉硅单晶棒的生产，尤其涉及用高频波进行硅单晶生长过程控制的硅单晶炉。

背景技术

单晶硅作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件，目前单晶硅的生长技术有两种：区熔法和CZ(直拉)法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。

在直拉法制造单晶硅时，要将多晶料置于石英坩埚中，经过高温加热使其熔化，然后籽晶由顶部降下至熔化的多晶硅中，通过控制液面的温度，使熔化的多晶硅在籽晶周围重新结晶，生成排列整齐的单晶硅棒。

对于已知的基于直拉法的单晶硅的制造方法，全球的太阳能级及半导体和集成电路级硅单晶棒的生产过程均是采用直流电阻加热方式将多晶硅料熔化，而后掺入适量所需杂质，然后在保温材料的作用下，有直流电阻通高强度电流形成发热体，为晶棒的生长过程提供足够的热量以弥补环境温度降低所造成的能量损失，在相对的热平衡条件下进行单晶硅棒生长过程进行控制。

因此，现有的直拉硅单晶棒生长工艺存在诸多弊端：

1、由于采用电阻加热方式为温场提供热能，电能转化为热能效率较低，造成资源浪费；

2、热能提供方式缺陷明显：通直流电的电阻发热，其后以热辐射的方式经托埚—隔离洁净埚—多晶硅料来传递热能，这样的热传递或加热较差，致使较多能源经由温场环境散失，不但浪费能源，还大大降低了温场保温材料的使用寿命，致使生产成本居高不下；

3、此种直流电阻加热的硅单晶棒生产工艺不能充分加大温场/热场的各个梯度(包括温场的径向/纵向梯度、熔体的径向/纵向梯度、晶体的径向/ 纵向梯度)，导致晶棒生长期间不能充分接近结晶极限速率，使生产效率大大降低，造成较大的人力、资源的浪费。

发明内容

为解决现行工艺的上述诸多弊端，本发明根据单晶硅料及硅单晶棒整体的特性制成采用了新的能量提供方式。

根据本发明的实施例，提供了一种用高频波进行硅单晶生长过程控制的硅单晶炉，其特征在于包括炉体(1)、以及坩埚(2、3)，其中，所述坩埚(2、 3)位于炉体(1)内，用于容纳原料，其中，所述炉体(1)的侧壁和/或底部布置有馈波孔(7、9)，用于与外部微波加热组件对接，以对坩埚(2、3) 内的原料进行加热。

根据本发明的实施例，所述坩埚(2、3)由石英钳锅(3)、以及套在所述石英钳锅(3)外的石墨钳锅(2)组成，所述石墨坩埚(2)的底部连接有坩埚轴(10)，所述坩埚轴(10)从所述炉体(1)的底部贯穿，用于在单晶硅生长过程中上下移动和转动所述坩埚(2、3)。

根据本发明的实施例，所述炉体(1)内壁还设有由阻波材料制成的保温层(4)，用于维持炉内温度。

根据本发明的实施例，所述坩埚(2、3)上方还设有导流筒5。

根据本发明的实施例，在所述炉体(1)的侧壁等高等间距布置有多个馈波孔(7)，并且/或者，在所述炉体(1)的底部以圆周排列形式布置有多个馈波孔(9)。