[發明專利]一種半導體硅材料耗材生長爐及硅材料制備方法

在審

• 申請號: 201911353449.5
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN110923803A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 李輝;秦英謖;穆童;毛瑞川;張熠
• 申請（專利權）人: 南京晶升能源設備有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種半導體硅材料耗材生長爐及硅材料制備方法。生長爐包括爐體、位于爐體內的隔熱屏、加熱裝置、坩堝。坩堝被可升降的坩堝軸支撐，通過下降坩堝及坩堝軸，通過坩堝軸和下隔熱屏的位置配合，造成坩堝底部中心過冷的方式，避免提升加熱器或隔熱屏的方式，使坩堝上方的熱場件產生運動，造成附著的沉積物散落進坩堝，提高了晶體純度。坩堝底部中心過冷的方式配合多段加熱器營造的熱場環境，不僅可以維持固液生長界面相對加熱器的高度位置不變，保證生長界面處熱環境的穩定，還可以形成由固體凸向液體的生長界面，便于結晶過程中排雜，提高晶體純度。

技術領域

本發明屬于硅晶體材料生長爐技術領域。

背景技術

硅材料由于具有單方向導電性、熱敏特性、光電特性以及摻雜特性等優良性能，可以生長為大尺寸高純度晶體，故而成為全球應用廣泛的重要集成電路基礎材料。

半導體硅材料按照應用場景劃分，可以分為芯片用單晶硅材料和蝕刻用硅材料。其中芯片用單晶硅材料是制造半導體器件的基礎原材料，芯片用單晶硅材料經過一系列晶圓制造工藝形成極微小的電路結構，再經切割、封裝、測試等環節成為芯片，并廣泛應用于集成電路下游市場。蝕刻用硅材料則是加工制成半導體級硅部件，用于蝕刻設備上的硅電極，由于硅電極在硅片氧化膜刻蝕等加工工藝過程會逐漸腐蝕并變薄，當硅電極厚度減少到一定程度后，需要更換新的硅電極，因此硅電極是晶圓制造蝕刻環節所需的核心耗材。硅材料耗材中的雜質不僅會降低材料的使用壽命，更嚴重的是會污染正在加工的晶片，考慮到半導體材料的高純凈度要求，硅材料耗材需求極低的金屬雜質及碳氧雜質含量，因此對制備硅材料耗材的生長爐在雜質控制方面提出的更高的要求。

現有技術方案中，一般是是設計發熱均勻的加熱體及隔熱屏來提供熱環境，由上隔熱屏進入氣管，從坩堝上方吹入惰性氣體，加熱體和隔熱屏可以向上提升，側屏固定位置開有測溫孔，用以控溫方式降溫。但是該方案也存在若干缺點，包括：1、提升加熱器或隔熱屏會使坩堝上方的熱場件產生運動，附著在上的沉積物會散落進坩堝內，造成污染，導致成品雜質含量高；2、由坩堝上方吹入惰性氣體時，氣管內沉積的揮發物會掉落進坩堝內，造成污染；3、生長過程無法控制排雜，產品雜質含量較高。

故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明提供一種半導體硅材料耗材生長爐，解決了該材料制備過程中雜質污染問題，提高了材料的純度，以滿足半導體領域對材料超高純度的要求。

本發明還提供使用所述半導體硅材料耗材生長爐的硅材料制備方法。

技術方案：為達到上述目的，本發明可采用如下技術方案：

一種半導體硅材料耗材生長爐，包括爐體、位于爐體內的隔熱屏、加熱裝置、坩堝，所述隔熱屏內部為隔熱腔，所述坩堝及圍繞坩堝的加熱裝置均位于隔熱腔內，所述加熱裝置與隔熱屏相互固定，坩堝的下方設有坩堝軸，該坩堝軸自坩堝下方延伸并穿過隔熱屏的底壁；所述隔熱屏的底壁設有供坩堝軸穿過的軸孔，該軸孔的橫截面自上而下逐漸變大；而所述坩堝軸具有與該軸孔配合的軸塞部，該軸塞部的橫截面與軸孔對應同樣為自上而下逐漸變大；當所述軸塞部上升至最高位置時與軸孔配合而形成封閉狀態；

還包括位于坩堝上方的氣罩，該氣罩面對坩堝的下方設有吹氣孔；氣罩的一端連接進氣管，另一端連接出氣管，所述進氣管自氣罩向下彎折延伸，出氣管自氣罩同樣向下延伸；所述隔熱屏的底壁固定有貫穿底壁的兩個直管；其中一個直管與進氣管的下端配合，進氣管的下端相對該直管伸縮；另一個直管與出氣管的下端配合，出氣管的下端同樣相對該直管伸縮。

進一步的，所述軸孔為圓錐形孔，軸塞為與該圓錐形孔配合的圓錐形軸塞，該圓錐形軸塞圍繞坩堝設置且與坩堝軸同軸。

進一步的，所述加熱裝置包括上加熱器、中加熱器、下加熱器；所述上加熱器位于坩堝上方，中加熱器及下加熱器圍繞坩堝設施，中加熱器位于下加熱器上方。