[發(fā)明專利]單晶生長(zhǎng)設(shè)備及生長(zhǎng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011044024.9
• 申請(qǐng)日: 2020-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN112144106A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙言;張楠;沈偉民;黃瀚藝
• 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): C30B15/22
• 分類號(hào): C30B15/22
• 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

本發(fā)明提供一種單晶生長(zhǎng)設(shè)備及單晶生長(zhǎng)方法。設(shè)備包括爐體、坩堝、加熱器及導(dǎo)流組件，導(dǎo)流組件包括導(dǎo)流筒及導(dǎo)流筒提拉裝置，坩堝、加熱器及導(dǎo)流筒均位于爐體內(nèi)；坩堝用于承載熔融硅；加熱器位于坩堝的外圍，用于對(duì)坩堝進(jìn)行加熱；導(dǎo)流筒與導(dǎo)流筒提拉裝置相連接，并自坩堝的外側(cè)延伸到熔融硅的上方；導(dǎo)流筒提拉裝置包括控制器，導(dǎo)流筒在控制器的控制下上下移動(dòng)，以改變所述導(dǎo)流筒與所述熔融硅液面的間距。本發(fā)明無需改變晶體提拉速度和坩堝上升速度，因而不會(huì)改變液面和熱場(chǎng)的相對(duì)位置，有利于穩(wěn)定單晶生長(zhǎng)調(diào)節(jié)，有利于生長(zhǎng)出高品質(zhì)的單晶，且調(diào)整操作簡(jiǎn)單，調(diào)整精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硅片制備領(lǐng)域，特別是涉及一種單晶生長(zhǎng)設(shè)備及生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)

直拉法是現(xiàn)有的一種常用的單晶生長(zhǎng)方法，又稱為切克勞斯基法，簡(jiǎn)稱CZ法。CZ法的特點(diǎn)是在一個(gè)直筒型的爐體中，用石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶硅熔化，然后將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，再反轉(zhuǎn)坩堝，籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)、收尾等過程，最終長(zhǎng)成所需直徑和長(zhǎng)度的晶棒。

液口距對(duì)單晶生長(zhǎng)界面軸向溫度梯度影響較大，液口距變化導(dǎo)致拉晶的穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化，軸向溫度梯度也會(huì)發(fā)生變化，邊緣的溫度梯度和中心的溫度梯度差異隨著等徑長(zhǎng)度的增加而發(fā)生變化。該現(xiàn)象對(duì)生長(zhǎng)無缺陷單晶有著嚴(yán)重的不利影響。通常在一定的范圍內(nèi)，液口距越大，軸向溫度梯度越平緩。因此在拉晶過程中，在不同的等徑長(zhǎng)度通過改變坩堝的提升速度以控制液口距來改變軸向溫度梯度。因?yàn)樵趩尉Ч枭L(zhǎng)過程中，硅原料被不斷熔融消耗，導(dǎo)致坩堝內(nèi)的熔融液面不斷下降，故為了將液面保持在一個(gè)固定的位置(即確保液口距，即熔融硅液面至導(dǎo)流筒的距離這個(gè)參數(shù)不變)，現(xiàn)有技術(shù)中通常是在單晶生長(zhǎng)過程中按一定的速度將坩堝進(jìn)行提升，即通過改變坩堝提拉速度改變坩堝位置以確保液口距不變。坩堝的提升速度通常通過對(duì)單晶硅生長(zhǎng)速度、單晶硅直徑、石英坩堝直徑、熔體密度等參數(shù)綜合計(jì)算得到，比如在等徑過程中如果需要液口距小一點(diǎn)，那坩堝就升的快一點(diǎn)。但現(xiàn)有技術(shù)中在采用調(diào)整坩堝位置來調(diào)整液口距時(shí)并沒有在等徑前期考慮坩堝位置對(duì)拉晶品質(zhì)的影響，不能保證液面和熱場(chǎng)的相對(duì)位置，在等徑過程中調(diào)整坩堝位置會(huì)破壞拉晶的穩(wěn)態(tài)，且調(diào)整緩慢。

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單晶生長(zhǎng)設(shè)備及生長(zhǎng)方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在采用調(diào)整坩堝位置來調(diào)整液口距時(shí)并沒有在等徑前期考慮坩堝位置對(duì)拉晶品質(zhì)的影響，不能保證液面和熱場(chǎng)的相對(duì)位置，在等徑過程中調(diào)整坩堝位置會(huì)破壞拉晶的穩(wěn)態(tài)，且調(diào)整緩慢等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種單晶生長(zhǎng)設(shè)備，所述單晶生長(zhǎng)設(shè)備包括爐體、坩堝、加熱器及導(dǎo)流組件，所述導(dǎo)流組件包括導(dǎo)流筒及導(dǎo)流筒提拉裝置，所述坩堝位于所述爐體內(nèi)，用于承載熔融硅，所述加熱器設(shè)置于所述爐體內(nèi)，且位于所述坩堝的外圍，用于對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱；所述導(dǎo)流筒設(shè)置于所述爐體內(nèi)，與所述導(dǎo)流筒提拉裝置連接，所述導(dǎo)流筒自所述坩堝的外側(cè)延伸到所述熔融硅的上方，所述導(dǎo)流筒提拉裝置包含控制器，所述導(dǎo)流筒在所述控制器的控制下上下移動(dòng)，以改變所述導(dǎo)流筒與所述熔融硅液面的間距。

可選地，所述導(dǎo)流筒提拉裝置還包括連桿及電機(jī)，所述連桿一端與所述導(dǎo)流筒相連接，另一端向上延伸到所述爐體外，所述電機(jī)與所述連桿及所述控制器相連接，所述電機(jī)在所述控制器的控制下驅(qū)動(dòng)所述連桿帶動(dòng)所述導(dǎo)流筒上下移動(dòng)。

可選地，所述連桿為多個(gè)，所述多個(gè)連桿對(duì)稱設(shè)置于所述導(dǎo)流筒上。

可選地，所述導(dǎo)流筒包括耳部及錐形筒部，所述耳部一端與所述爐體的內(nèi)壁相鄰，另一端向所述爐體的中線方向延伸，所述錐形筒部一端與所述耳部遠(yuǎn)離所述爐體內(nèi)壁的一端相連接，另一端延伸到所述坩堝的上方，所述連桿與所述耳部相連接。

可選地，所述控制器為PLC控制器，所述PLC控制器還與單晶提拉裝置相連接。