[發明專利]冷卻裝置、單晶爐和晶棒的冷卻方法

有效

• 申請號: 201710424211.1
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN108998829B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 趙向陽
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 余昌昊

本發明提供一種冷卻裝置、單晶爐和晶棒的冷卻方法。冷卻裝置包括：第一冷卻件、溫度檢測裝置、驅動裝置和控制裝置。所述溫度檢測裝置用于檢測所述晶棒的溫度信息。所述控制裝置用于根據溫度檢測裝置檢測的溫度信息，判斷所述第一冷卻件是否環繞所述晶棒上溫度處于一預定溫度區間的部分。所述控制裝置還用于根據溫度檢測裝置檢測的溫度信息控制驅動裝置以驅動所述第一冷卻件移動，以使所述第一冷卻件環繞所述晶棒上溫度處于一預定溫度區間的部分。其中，所述晶棒的點缺陷析出長大的溫度在所述預定溫度區間內。本發明通過第一冷卻件吸熱冷卻所述晶棒上溫度處于一預定溫度區間的部分，可以避免晶棒內的點缺陷析出長大形成微缺陷。

技術領域

本發明涉及單晶半導體材料生產設備技術領域，具體涉及冷卻裝置、單晶爐和晶棒的冷卻方法。

背景技術

單晶半導體材料是半導體領域最常使用的材料。生產單晶半導體材料最常用的方法是丘克勞斯基法(Czochralski法，簡稱CZ法)，行業內又稱為拉晶法或提拉法，采用CZ法制備單晶半導體材料的設備稱為單晶爐。盡管CZ法能生長質量較好且用途廣泛的單晶半導體材料，但是單晶半導體材料的質量仍然需要進一步改進。例如，采用單晶半導體材料制作集成電路時，影響集成電路的線寬進一步降低的主要原因之一是單晶半導體材料內存在的微缺陷。

發明人研究發現，單晶半導體材料內的微缺陷主要是單晶半導體材料在單晶爐內固化和冷卻時形成的。圖1是單晶半導體材料在長晶時的晶相結構示意圖。參考圖1，單晶半導體材料在靠近固液界面S處開始生長時，在單晶半導體材料內形成有點缺陷PD，這些點缺陷PD包括晶格空位和自間隙原子。隨著單晶半導體材料的進一步生長，單晶半導體材料進一步冷卻，在一溫度區間內，單晶半導體材料內的點缺陷PD也逐漸析出形成微缺陷MD。隨著單晶半導體材料再進一步生長，單晶半導體材料進一步冷卻，微缺陷MD進一步長大。

因此，急需對單晶爐進行改進，以避免單晶半導體材料在生長的過程中點缺陷析出形成微缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冷卻裝置、單晶爐和晶棒的冷卻方法，以避免單晶半導體材料在生長的過程中點缺陷析出形成微缺陷的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種冷卻裝置，所述冷卻裝置用于冷卻單晶爐中生長的晶棒，所述冷卻裝置包括：一第一冷卻件，所述第一冷卻件用于吸熱；一溫度檢測裝置，所述溫度檢測裝置用于檢測所述晶棒的溫度信息；一驅動裝置，所述驅動裝置用于驅動所述第一冷卻件移動；一控制裝置，所述控制裝置分別與所述溫度檢測裝置和所述驅動裝置連接，所述控制裝置用于接收所述溫度檢測裝置發送的溫度信息，所述控制裝置用于根據接收的溫度信息，判斷所述第一冷卻件是否環繞所述晶棒上溫度處于一預定溫度區間的部分，所述控制裝置還用于根據接收的溫度信息控制所述驅動裝置驅動所述第一冷卻件移動，以使所述第一冷卻件環繞所述晶棒上溫度處于一預定溫度區間的部分，其中，所述晶棒的點缺陷析出長大的溫度在所述預定溫度區間內。

可選的，所述溫度檢測裝置位于所述第一冷卻件和所述晶棒之間。

可選的，所述溫度檢測裝置為紅外測溫儀。

可選的，所述第一冷卻件具有一第一內腔，所述第一內腔內填充有第一冷卻劑。

可選的，所述冷卻裝置還包括一隔熱件，所述隔熱件套設在所述第一冷卻件的外周面上，且所述隔熱件與所述第一冷卻件固定連接，所述隔熱件用于隔熱。

可選的，所述隔熱件具有一第二內腔，所述隔熱件的第二內腔內填充有保溫材料。

可選的，所述隔熱件的材質為耐火材料。

可選的，所述隔熱件與所述第一冷卻件通過石墨螺栓固定連接。

可選的，所述第一冷卻劑為液體。

可選的，所述第一冷卻劑為流動的水。