[实用新型]一种优化的区熔硅单晶的预热装置

说明书

本实用新型提供了一种优化的区熔硅单晶的预热装置，包括石墨预热环及石英隔片；石墨预热环为圆柱体结构，其上顶面设有向下凹陷的碗状凹槽，碗状凹槽的底部设有通孔；石墨预热环表面环形上沿上包裹有石英隔片。本实用新型所述的优化的区熔硅单晶的预热装置具有良好预热效果的同时能够有效避免多晶母料被石墨预热环碳污染的情况发生，避免单晶硅中的碳含量超标，而且有效改善石墨预热环表面易于吸附杂质进入熔区导致单晶掉苞问题。

技术领域

本实用新型属于区熔硅单晶生产技术领域，尤其是涉及一种优化的区熔硅单晶的预热装置。

背景技术

区熔法(FZ)生产单晶硅是区别于直拉法(CZ)的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应线圈将高纯度的多晶料加热融化，产生的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，然后利用籽晶熔接多晶棒料经过晶体生长的过程拉制成单晶。

碳和氧是高纯硅单晶中的两大主要杂质，由于碳原子在硅晶格中处于替代位置,是一种中性等电子杂质，尽管不呈现电活性,但它会与其它杂质和缺陷形成复合体,以第二相形式沉淀下来,还会在硅中诱生缺陷。它不仅本身会影响器件的性能,而且会通过氧或与氧结合起来起着更复杂的作用。

区熔法生长的硅单晶由于采用感应加热的方式，没有采用像直拉法电阻加热的方式，很大程度上避免了石墨坩埚造成的碳污染，其生长的单晶纯度高，均匀性好，低微缺陷，优良的电学性能适合制作高压、大电流、大功率的电力电子器件。但随着先进大规模集成电路和功率半导体器件的不断发展,对单晶硅的纯度和结晶完整性以及碳含量要求越来越严格,因此如何更好的控制单晶硅中碳含量的任务也越来越紧迫，区熔单晶硅中的碳含量客户要求越来越严格。区熔硅单晶碳源主要来源于掺杂气源、多晶原料、以及以石墨为材质的预热装置。

由于高纯多晶硅料为半导体，具有常温下不导电的性质，在采用高频线圈进行加热的时候，多晶硅棒在高频磁场中不会产生涡流，只有将其加热至温度达到一定值，使多晶硅棒成为导磁体时，方可产生涡流效应而发热融化。本专利所述的预热装置就是对多晶硅棒进行预加热的装置，将其加热至一定温度使其变成导磁体，现有的预热装置一般是导电性能良好的石墨材质的圆环。虽然此种石墨预热机构能够很好的起到预热作用，能够满足区熔炉的一般生产要求，但石墨预热装置本身是一种碳污染源，多晶硅棒在预热时存在被石墨沾污，单晶硅纯度降低，碳含量的超标的风险。此外，也会对单晶的少数载流子寿命、缺陷等造成不利的影响，且石墨材料本身吸附性较强，容易附着氧化物，容易随着保护气体的流动进入熔区造成单晶掉苞，影响单晶成晶。国内相关专利CN 203451645 U提供了一种低阻硅材质的预热环旨在解决碳沾污的问题，虽然有效避免了现有技术中石墨预热环对炉室及高纯多晶棒母料的污染问题，但其低阻硅材质对加工一些高阻单晶产品不太适用，且预热时间长，具有较大的局限性。因此急需要解决现有石墨预热装置对多晶原料碳污染造成单晶碳含量超的问题，以及石墨预热环易于吸附杂质造成单晶掉苞的问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种结构合理，避免多晶硅棒预热时被石墨预热装置碳污染，能够有效改善石墨预热装置表面吸附杂质进入熔区导致单晶掉苞问题的预热装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种优化的区熔硅单晶的预热装置，包括石墨预热环及石英隔片；所述石墨预热环为圆柱体结构，其上顶面设有向下凹陷的碗状凹槽，所述碗状凹槽的底部设有通孔；所述石墨预热环表面设有所述石英隔片。

进一步的，所述石墨预热环的环形上沿上包裹有所述石英隔片。

进一步的，所述碗状凹槽的表面包裹有所述石英隔片。

进一步的，所述石墨预热环的环形上沿与所述碗状凹槽上边缘相接的位置处包裹有一圈所述石英隔片。

进一步的，所述石英隔片将所述石墨预热环的表面完全覆盖。