[發(fā)明專利]熱屏組件及單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610728299.1
• 申請(qǐng)日: 2016-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN107779946A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧先亮;趙向陽;陳強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海新昇半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/14
• 分類號(hào): C30B15/14;C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙)31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熱屏組件及單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在直拉法制備硅單晶過程中，石英坩堝長時(shí)間處于高溫環(huán)境下發(fā)生溶解，產(chǎn)生的氧會(huì)在長晶過程中通過熔體對(duì)流傳輸進(jìn)入晶體中并與晶體中其他缺陷發(fā)生反應(yīng)，嚴(yán)重影響硅片的質(zhì)量以及后續(xù)制備半導(dǎo)體器件的性能。

而石英坩堝溶解進(jìn)入硅熔體的氧中有超過99％會(huì)以SiO的形式從熔體自由表面揮發(fā)，所以在硅單晶生長過程中會(huì)往爐內(nèi)通入氬氣帶走爐體氣氛中的SiO，避免氧重新溶入硅熔體中。但到了長晶后期，石英坩堝內(nèi)熔體量較少，氬氣在其中會(huì)形成渦旋，導(dǎo)致SiO無法迅速排出，使得硅晶體尾部中氧濃度升高。

目前直拉法制備單晶硅的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由圖1可知，所述熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)在坩堝11中將熔體12直拉形成晶體13，所述坩堝11的上方設(shè)有熱屏10；圖1中的箭頭表示所述熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)氬氣流動(dòng)路徑。在單晶生長后期，由于所述坩堝11內(nèi)的所述熔體12減少，氣相所占體積增大，當(dāng)氬氣流掃過所述熔體12表面后，會(huì)在所述坩堝11內(nèi)的所述熔體12上方形成渦旋，如圖2所示，即圖2中表示氬氣流動(dòng)路徑的箭頭呈渦旋狀。使得從所述熔體12中揮發(fā)的SiO不能及時(shí)帶走，使得最終的氧濃度偏高。而且SiO會(huì)與爐內(nèi)石墨組件在高溫下發(fā)生如下反應(yīng):SiO+2C＝SiC+CO，生成的CO會(huì)增加所述晶體13中的碳濃度。所述晶體13內(nèi)碳濃度及氧濃度升高，均會(huì)對(duì)所述晶體13的性能產(chǎn)生不良影響。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種熱屏組件及單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)在單晶生長后期，由于坩堝內(nèi)的熔體減少，氣相所占體積增大，會(huì)在坩堝內(nèi)的熔體上方形成渦旋而無法及時(shí)排除，從而導(dǎo)致生長的晶體內(nèi)氧濃度及碳濃度升高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種熱屏組件，適用于單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，所述熱屏組件包括熱屏及位于所述熱屏外圍的排氣管。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述排氣管包括第一段及第二段；所述排氣管第一段緊貼所述熱屏背面并延伸至所述熱屏底部附近；所述排氣管第二段平行設(shè)置，所述排氣管第二段的一端與所述排氣管第一段內(nèi)部相連通，另一端延伸至所述單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的外部。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述排氣管的第一段底部呈喇叭口狀。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述排氣管為鉬管。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述熱屏徑向截面的形狀及所述排氣管徑向截面的形狀均為圓環(huán)形。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述熱屏組件還包括擋板，所述擋板固定于所述熱屏底部，且自所述熱屏底部向所述熱屏的外側(cè)延伸至所述排氣管的下方。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述排氣管的第一端在所述擋板上的投影位于所述擋板的表面內(nèi)，且所述排氣管的第一端與所述擋板的上表面相隔一定的間距。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述擋板為鉬擋板。

作為本發(fā)明的熱屏組件的一種優(yōu)選方案，所述擋板徑向截面的形狀為圓環(huán)形。

本發(fā)明還提供一種單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，所述單晶硅提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)包括：

爐體；

坩堝，位于所述爐體內(nèi)；

如上述任一方案中所述的熱屏組件，位于所述爐體內(nèi)，且位于所述坩堝上方；所述排氣管的第二段延伸至所述爐體的外部。

作為本發(fā)明的單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述單晶硅提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)還包括：

加熱器，位于所述爐體內(nèi)，且位于所述坩堝外圍；

石墨結(jié)構(gòu)，位于所述爐體內(nèi)，且位于所述加熱器及所述熱屏組件外圍；

保溫層，位于所述爐體內(nèi)，且位于所述石墨結(jié)構(gòu)的外圍；

石墨端蓋，位于所述爐體內(nèi)，且位于所述石墨結(jié)構(gòu)及所述保溫層的頂部；所述排氣管的第二端自所述石墨端蓋的上表面延伸至所述爐體的外部。

如上所述，本發(fā)明的熱屏組件及單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：本發(fā)明的熱屏組件通過在熱屏的外圍設(shè)置一組排氣管，將所述熱屏組件用于單晶提拉爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，所述排氣管可以作為新增的氬氣出口，可以改變氬氣在熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)的路徑，使得氬氣在熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)不易形成渦旋。同時(shí)可以將從熔體中揮發(fā)的SiO及時(shí)排出，減少氬氣流中的SiO進(jìn)入熔體及與坩堝下方的高溫石墨元件反應(yīng)，從而延長各石墨組件的使用壽命，降低晶體中的氧含量和碳含量，并降低長晶結(jié)束后清爐的難度；同時(shí)，所述熱屏組件還可以通過改變排氣管中的流速，調(diào)節(jié)熱屏附近的溫度梯度。

附圖說明