《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》是天津市環歐半導體材料技術有限公司於2011年10月11日申請的專利，該專利的申請號為201110306524X，公布號為CN102321913A，授權公布日為2012年1月18日，發明人是沈浩平、高樹良、張雪囡、王彥君、王岩、王遵義、趙宏波、靳立輝、劉嘉。
《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》熱系統包括線圈和保溫桶，在爐體外兩側與線圈1相同高度的位置上分別設有產生橫向磁場的磁場發生器，線上圈和保溫桶之間設有用於對熔區熱量進行反射的反射器。其工藝為：當擴肩直逕到達100毫米時，伸出反射器在矽單晶周圍形成一個保溫圈，開啟磁場發生器，同時要保證擴肩過程中矽單晶上方的熔區高度為3～5毫米，當矽單晶直逕到205毫米時轉肩；在等徑保持過程中，爐壓為4~8巴。由於採取新設計的區熔矽單晶熱系統和調整了工藝參數，成功拉制出8英寸區熔矽單晶，解決了大直徑矽單晶成晶困難中的溫度波動和熔流波動的問題，避免和減少了位錯的產生，從而滿足市場對8英寸區熔矽單晶的需求。
2016年12月7日，《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝
- 公布號：CN102321913A
- 授權日：2012年1月18日
- 申請號：201110306524X
- 申請日：2011年10月11日
- 申請人：天津市環歐半導體材料技術有限公司
- 地址：天津市東麗區華苑產業園區（環外）海泰東路12號
- 發明人：沈浩平、高樹良、張雪囡、王彥君、王岩、王遵義、趙宏波、靳立輝、劉嘉
- Int.Cl.：C30B15/14(2006.01)I；C30B13/16(2006.01)I
- 代理機構：天津中環專利商標代理有限公司
- 代理人：王鳳英
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
半導體器件廠家出於提高生產率、降低成本、增加利潤等方面的考慮，都逐步要求增大矽片的直徑，大直徑化是半導體器件行業和材料行業的永恆課題。但是在區熔矽單晶的生產過程中，隨著單晶直徑的增大其成晶也越來越困難，由於設備方面的問題，還有熱系統、工藝參數等方面的問題，2011年10月前技術下區熔矽單晶的最大尺寸為Φ6英寸。
發明內容
技術方案
大直徑區熔矽單晶的生產過程中，由於單晶直徑較大，相應的其熔區比較大，所以熔體的流動和溫度波動都比較大，使得熔體在凝固過程中產生的應變超過矽的屈服強度，導致位錯的產生。對此，《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》採用施加磁場以及控制單晶上方熔區的高度來解決溫度波動和熔體波動的問題，以降低凝固應變和應力。施加磁場之後，抑制熔體流動波動的同時提高了熔區溫度的穩定性，而降低熔區高度也可以對熔體的波動起到很大的抑制作用。
同時由於單晶直徑較大，晶體內部散熱相對較慢，外部的熔體先結晶，這樣使得單晶中心部分存在較大的應力，容易產生位錯而斷苞，需要降低橫向溫度梯度，使固液界面相對較為平整，這樣可以降低晶體中心應力，防止斷苞的產生。《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》採用了在保溫桶和線圈之間額外增加一個反射器的方式，將熔區的輻射能量進行反射，以降低單晶的散熱速率，從而使單晶中心能夠充分散熱，降低中心應力。
通過以上三種降低應力的方式，區熔矽單晶在擴肩和保持過程中便不易產生較大的應力，從而保證矽單晶的成功拉制。
由於單晶直徑增大，熔區邊緣所受的離心力增加，這增加了流熔的可能性。將爐壓增加至4~8巴可以增強氣體對熔體的擠壓作用，防止流熔。
《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》採取的技術方案是：一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統，包括線圈和保溫桶，其特徵在於：在爐體外兩側與線圈相同高度的位置上分別設有產生橫向磁場的磁場發生器，線上圈和保溫桶之間設有用於對熔區熱量進行反射的反射器。
一種拉制8英寸區熔矽單晶工藝，其特徵在於：當擴肩直逕到達100毫米時，伸出反射器在矽單晶周圍形成一個保溫圈，開啟磁場發生器，同時要保證擴肩過程中矽單晶上方的熔區高度為3～5毫米，當矽單晶直逕到205毫米時轉肩；在等徑保持過程中，爐壓為4~8巴。
有益效果
《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》由於採取新設計的區熔矽單晶熱系統和調整了工藝參數，成功拉制出8英寸區熔矽單晶，解決了大直徑矽單晶成晶困難中的溫度波動和熔流波動的問題，避免和減少了位錯的產生，從而滿足市場對8英寸區熔矽單晶的需求。
附圖說明
圖1為《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》的熱系統示意圖。
圖1
圖2為該發明的發射器示意圖，其中：圖a為反射器左半部分結構示意圖；圖b為反射器的右半部分結構示意圖；圖c為反射器組合後結構示意圖。 
圖2
技術領域
《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》涉及矽單晶的拉制方式，特別涉及一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝。
權利要求
1.一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統，包括線圈（1）和保溫桶（3），其特徵在於：在爐體外兩側與線圈（1）相同高度的位置上分別設有產生橫向磁場的磁場發生器（4），線上圈（1）和保溫桶（3）之間設有用於對熔區（5）熱量進行反射的反射器（2）。
2.如權利要求1所述的一種拉制區熔8英寸單晶熱系統，其特徵在於：所述磁場發生器（4）產生的橫向磁場強度為800~1200高斯。
3.如權利要求1所述的一種拉制區熔8英寸單晶熱系統，其特徵在於：所述反射器（2）包括石墨板（11）、金屬支架（9）和金屬軸（10），所述反射器（2）設為兩部分，每個部分由上下兩個半圓形的金屬支架（9）組成，數塊石墨板（11）分別固定在金屬支架（9）上，金屬軸（10）的一端分別通過連線支架（12）焊接固定在兩個半圓形的金屬支架（9）的一側，金屬軸（10）的另一端與傳動裝置連線。
4.一種拉制8英寸區熔矽單晶工藝，其特徵在於：當擴肩直逕到達100毫米時，伸出反射器在單晶周圍形成一個保溫圈，開啟磁場發生器，同時要保證擴肩過程中單晶上方的熔區高度為3～5毫米，當單晶直逕到205毫米時轉肩；在等徑保持過程中，爐壓為4~8巴。
實施方式
參照圖1和圖2，一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統包括線圈1和保溫桶3，在爐體外兩側與線圈1相同高度的位置上分別設有產生橫向磁場的磁場發生器4，線上圈1和保溫桶3之間設有用於對熔區5熱量進行反射的反射器2。
磁場發生器4產生的橫向磁場強度為800~1200高斯。以此降低熔體的波動。
反射器2包括石墨板11、金屬支架9和金屬軸10，反射器2設為兩部分，每個部分由上下兩個半圓形的金屬支架9組成，數塊石墨板11分別固定在金屬支架9上，金屬軸10的一端分別通過連線支架12焊接固定在兩個半圓形的金屬支架9的一側，金屬軸10的另一端與傳動裝置連線，如圖2所示。
以上石墨板11通過螺栓固定在金屬支架9上。由於熱系統中增加了反射器，降低了矽單晶冷卻速度。
傳動裝置可以通過氣缸控制金屬軸的伸縮，進而控制反射器的伸縮。
該工藝採用的區熔設備為PVAFZ-30，其具體工藝步驟如下：
首先將爐門打開，用纖維紙將爐門內壁、上爐室、上軸、線圈和保溫筒等部分擦拭一遍；將卡盤安裝在多晶料頭部，並用扳手擰緊，之後將卡盤安裝在上軸低端，之後調整多晶料棒6，使之呈豎直狀態；
然後安裝線圈1和保溫筒2，並用水平儀進行水平調整。之後用專門的對中工具進行線圈的對中。之後將石墨環伸出，下降多晶料棒6使之位於石墨環上方約3毫米。
抽真空，充入Ar氣使爐壓達到4巴，之後緩慢增加功率進行預熱，預熱時間為30分鐘。之後向上升起單晶，使石墨環能夠收回初始位置時將石墨環退出，下降多晶料棒6進行加熱。待多晶料棒6下端出現熔區5後，上升籽晶與熔區接觸進行過熱引晶。
引晶完畢後，開啟下軸轉速進行拉細頸：細頸直徑Φ2～3毫米，長度為150毫米。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種拉制8英寸區熔矽單晶熱系統及工藝》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
