[實(shí)用新型]一種VGF法生長單晶的單晶爐結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022367535.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN213507285U
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳婭君;劉漢保;普世坤;柳廷龍;葉曉達(dá);柳廷芳;黃平;呂春富;張春珊;王順金;陳維迪
• 申請（專利權(quán)）人: 云南鑫耀半導(dǎo)體材料有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00
• 代理公司: 昆明祥和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53114
• 代理人: 董昆生

本發(fā)明涉及一種VGF法生長單晶的單晶爐結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，包括爐體外壁、保溫層,保溫層內(nèi)包括生長段和爐芯段，生長段橫向設(shè)置有數(shù)組熱電偶，每組的兩個熱電偶測溫點(diǎn)對稱設(shè)置于坩堝兩側(cè)，爐芯段縱向設(shè)置有數(shù)個熱電偶，爐芯段第一熱電偶其測溫點(diǎn)與籽晶段底部平行，第二熱電偶其測溫點(diǎn)為坩堝的放肩處，第三熱電偶其測溫點(diǎn)為坩堝轉(zhuǎn)肩處的中部，第三熱電偶為熱電偶族，從轉(zhuǎn)肩處中部橫向形成一個圓形截面，沿其邊緣等分設(shè)置不少于6個熱點(diǎn)偶，本發(fā)明通過晶體生長熱電偶的損壞情況和成晶情況合理安裝熱電偶，使得爐膛的使用壽命增加，減少維修次數(shù)，避免了由于單一熱電偶損壞造成晶體報(bào)廢，降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種VGF法生長單晶的單晶爐結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體材料在電子電力、微波射頻以及光電子等方向的廣泛應(yīng)用，晶體生長技術(shù)成為半導(dǎo)體材料制備的關(guān)鍵，其中LEC法和VGF法成為目前生長單晶的主要方法，其中LEC法可實(shí)時觀測晶體的生長過程，但是其軸向溫度梯度較大，生長的單晶位錯密度較高；而VGF法雖然無法實(shí)時觀測晶體生長的過程，其軸向溫度梯度相對較小，生長的晶體位錯密度較低，由于不可觀測，因而熱場成為目前VGF法生長單晶的一大難點(diǎn)，因此測溫TC的位置以及分布成為VGF法生長單晶的測溫重要檢測手段，也是實(shí)現(xiàn)在高溫高壓的條件下實(shí)時控溫的重要方法之一。

目前應(yīng)用于VGF法生長晶體所用的測溫TC僅是單一的，每類測溫TC僅僅只有1根，及在同一徑向平面，只有1個測溫點(diǎn)，而單一的測溫點(diǎn)無法準(zhǔn)確地獲取晶體生長周圍的溫度范圍以及溫度誤差，在實(shí)際生長過程中，一旦某根測溫TC出現(xiàn)問題，那么該測溫TC位置的水平方向的溫度就無法獲取，導(dǎo)致晶體生長過程中斷而出爐，嚴(yán)重的甚至整顆晶體報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種VGF法生長單晶的單晶爐結(jié)構(gòu)，通過重新規(guī)劃加溫區(qū)和排布熱電偶，更加精準(zhǔn)的單身生長過程中溫度進(jìn)行監(jiān)控。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種VGF法生長單晶的單晶爐結(jié)構(gòu)，包括爐體外壁、保溫層,保溫層內(nèi)包括生長段和爐芯段，生長段包括加熱層、石英管，石英管內(nèi)置坩堝，坩堝頂部設(shè)置石英封帽密封，坩堝由上到下分為等徑處、轉(zhuǎn)肩處、放肩處、籽晶段，爐芯段從外到內(nèi)分別是爐芯外支撐管、爐芯外支撐層、爐芯內(nèi)支撐管、爐芯內(nèi)支撐層、爐芯內(nèi)支撐棒，生長段橫向設(shè)置有數(shù)組熱電偶，每組的兩個熱電偶測溫點(diǎn)對稱設(shè)置于坩堝兩側(cè)，爐芯段縱向設(shè)置有數(shù)個熱電偶，爐芯段第一熱電偶緊靠爐芯內(nèi)支撐棒固定設(shè)置籽晶段一側(cè)，其測溫點(diǎn)與籽晶段底部平行，第二熱電偶固定于爐芯內(nèi)支撐層內(nèi)并與爐芯內(nèi)支撐棒間隔5-10mm，且與第一熱電偶對稱設(shè)置于籽晶的另一側(cè)，其測溫點(diǎn)為坩堝的放肩處，第三熱電偶設(shè)置于爐芯外支撐層內(nèi)，其測溫點(diǎn)為坩堝轉(zhuǎn)肩處的中部，所述第三熱電偶為熱電偶族，從轉(zhuǎn)肩處中部橫向形成一個圓形截面，沿其邊緣等分設(shè)置不少于6個熱點(diǎn)偶。

晶體生長過程中，PBN坩堝轉(zhuǎn)肩位置處即晶體的轉(zhuǎn)肩處特別容易出現(xiàn)夾晶，其夾晶情況多種多樣如圖3所示，轉(zhuǎn)肩處出現(xiàn)夾晶嚴(yán)重影響晶體的合格率，若能解決該位置處的夾晶現(xiàn)狀，可將晶體的合格率提高30%左右，尤其是夾晶情況2和夾晶情況3。目前大多數(shù)企業(yè)著力解決籽晶處變晶的問題，不注重轉(zhuǎn)肩處出現(xiàn)夾晶對晶體合格率的影響，僅在轉(zhuǎn)肩處進(jìn)設(shè)置1根測溫測熱電偶，對于該測溫點(diǎn)的對立面以及其他角度的溫度并無監(jiān)測，因此針對該位置容易出現(xiàn)夾晶的情況，本發(fā)明在轉(zhuǎn)肩中部同一水平面上設(shè)置6根測溫?zé)犭娕疾⒌乳g距分布坩堝周圍，能夠更加精確的判斷夾晶的位置以及爐體的情況。在理想情況下，同一水平面的6根測溫?zé)犭娕紮z測溫度是一致的，但是實(shí)際生產(chǎn)條件下，爐體的保溫情況存在差異，尤其是生長過6輪以上的爐子，加熱區(qū)域的爐絲容易出現(xiàn)變形，局部呈現(xiàn)凹狀（凹向爐芯）或凸?fàn)睿ㄍ瓜驙t芯），若呈現(xiàn)凹狀，則該處的測溫點(diǎn)與其他熱電偶的測溫點(diǎn)相比會明顯偏低；若出現(xiàn)凸?fàn)?，則則該處的測溫點(diǎn)與其他熱電偶的測溫點(diǎn)相比會明顯偏高；因此同一水平面的6根測溫?zé)犭娕紮z測溫度誤差需要在±0.5℃范圍內(nèi)，一旦其中一根測溫TC出現(xiàn)溫度偏高或者溫度偏低的情況，即可檢查爐體的情況并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修，及時矯正爐體的情況有助于改善單晶生長轉(zhuǎn)肩位置處夾晶的情況，提高晶體最高30%單晶合格率。