[發(fā)明專利]一種用于單晶生產爐的熱屏結構及單晶生產爐

有效

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111763985B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 薛忠營;魏濤;魏星;栗展;劉赟;李名浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所;上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發(fā)明公開了一種用于單晶生產爐的熱屏結構，所述熱屏結構用于設在所述單晶硅生長爐的熔體坩堝上部，所述熱屏結構包括外殼和隔熱板，所述隔熱板設于所述外殼的內部，所述外殼底部外表面用于朝向所述熔體坩堝內部，所述隔熱板所在平面與所述外殼底部所在平面形成的夾角為銳角且所述夾角朝向所述單晶硅的外表面。本發(fā)明的目的是提供一種用于單晶生產爐的熱屏結構及單晶生產爐，結構簡單，通過改變熱屏設計，增設隔熱板將吸熱板吸收到的熱量傳遞給單晶硅，在熱屏中形成熱通道，實現對單晶硅的徑向溫度梯度進行優(yōu)化，從而實現拉速的控制，進而提高單晶硅徑向的質量均勻性。

技術領域

本發(fā)明涉及到半導體制造設備技術領域，尤其涉及一種用于單晶生產爐的熱屏結構及單晶生產爐。

背景技術

單晶硅是現代信息技術、通信技術得以持續(xù)發(fā)展的材料基礎，有著不可替代的作用。目前，從熔體中生長單晶硅所用的直拉法和區(qū)熔法是當前單晶硅生產的主要方法。由于直拉法生產單晶硅具有設備和工藝簡單，容易實現自動控制，生產效率高，易于制備大直徑單晶硅，且晶體生長速度快、晶體純度高和完整性高等優(yōu)點，因此直拉法是制備高質量大單晶，尤其是高質量的IC片單晶硅最常用的及最重要的方法。

利用直拉式晶體生長爐生產單晶硅，主要依靠將普通硅材料進行熔化，然后進行重新結晶來完成的。根據單晶硅的結晶規(guī)律，將原材料放在坩堝中加熱熔化，控制溫度比硅單晶的結晶溫度略高，確保熔化后的硅材料在溶液表面可以結晶。結晶出來的單晶通過直拉爐的提升系統(tǒng)提出液面，在惰性氣體的保護下冷卻、成形，最后結晶成一個主體為圓柱體、尾部為圓錐體的晶體。

單晶硅是在單晶爐熱場中進行生長的，熱場的優(yōu)劣對單晶硅的生長和質量有很大的影響。單晶硅生長過程中，好的熱場，不但單晶生長順利，而且能生長出高質量的單晶；而熱場條件不完備時，可能無法生長出單晶，即使生長出單晶，也容易發(fā)生晶變，變成多晶或有大量的結構缺陷。因此，尋找較好的熱場條件，配置最佳熱場，是直拉單晶硅生長工藝非常重要的技術。

在整個熱場設計中，最為關鍵的就是熱屏的設計。首先熱屏的設計直接影響固液界面的垂直溫度梯度，通過梯度的變化影響V/G比值決定晶體質量。其次，會影響固液界面的水平溫度梯度，控制整個硅片的質量均勻性。最后，熱屏的合理設計會影響晶體熱歷史，控制晶體內部缺陷的形核與長大，在制備高階硅片過程中非常關鍵。

目前，常用的熱屏的外層為SiC鍍層或熱解石墨，內層為保溫石墨氈。熱屏的位置放置于熱場上部，呈圓筒狀，晶棒從圓桶內部被拉制出來。熱屏靠近晶棒的石墨熱反射率較低，吸收晶棒散發(fā)的熱量。熱屏外部的石墨通常熱反射率較高，利于將熔體散發(fā)的熱量放射回去，提高熱場的保溫性能，降低整個工藝的功耗。而現有的熱屏設計仍然存在溫度梯度不均勻的缺陷。因此，需要提供一種能夠有效提高溫度梯度均勻性的用于單晶生產爐的熱屏結構及單晶生產爐。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種用于單晶生產爐的熱屏結構及單晶生產爐，結構簡單，通過改變熱屏設計，增設隔熱板將吸熱板吸收到的熱量傳遞給單晶硅，在熱屏中形成熱通道，實現對單晶硅的徑向溫度梯度進行優(yōu)化，從而實現拉速的控制，進而提高單晶硅徑向的質量均勻性。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種用于單晶生產爐的熱屏結構，所述熱屏結構用于設在所述單晶硅生長爐的熔體坩堝上部，所述熱屏結構包括外殼和隔熱板，所述隔熱板設于所述外殼的內部，所述外殼底部外表面用于朝向所述熔體坩堝內部，所述隔熱板所在平面與所述外殼底部所在平面形成的夾角為銳角且所述夾角朝向所述單晶硅的外表面。

可選的，還包括內殼，所述內殼設于所述外殼的內部且設于所述外殼的底部，所述內殼設有空腔，所述隔熱板設于所述空腔或設于所述內殼與所述外殼之間的空間，所述內殼與所述外殼之間空間填充有保溫材料。

可選的，還包括吸熱板，所述吸熱板設于所述內殼的內部且設于所述內殼的底部。