[發明專利]拉晶裝置

在審

• 申請號: 202110088626.2
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112921395A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 沈偉民
• 申請（專利權）人: 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: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 胡競之

本發明公開了一種拉晶裝置。所述拉晶裝置包括導流筒，所述導流筒包括內筒、外筒和設置在所述內筒和所述外筒之間的隔熱材料，所述隔熱材料包括采用纖維材料繞制形成的筒狀固氈，其中，所述纖維的繞制方向靠近垂直于所述內筒側壁的法線方向，以使所述纖維材料的延伸方向靠近與所述導流筒的內筒側壁平行的方向。根據本發明的拉晶裝置，將用以形成隔熱材料的固氈的纖維材料繞制方向設置成靠近垂直于所述內筒側壁的法線方向，以使所述纖維材料的延伸方向靠近與所述導流筒的內筒側壁平行的方向，當熱量從坩堝或坩堝內的硅熔體通過導流筒側壁傳到內側時，由于熱量的傳導方向與纖維材料的延伸方向垂直從而減小了熱傳導的效率，使得隔熱材料的阻熱效果達到最大。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種拉晶裝置。

背景技術

直拉法(Cz)是制備半導體及太陽能用硅單晶的一種重要方法，通過碳素材料組成的熱場對放入坩堝的高純硅料進行加熱使之熔化，之后通過將籽晶浸入熔體當中并經過一系列(溶料、穩溫、引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻)工藝過程，最終獲得單晶棒。

使用CZ法的半導體單晶硅或太陽能單晶硅的晶棒生長中，晶棒和熔體的溫度分布直接影響晶棒的品質和生長速度。在CZ晶棒的生長期間，導流筒(或稱反射屏)作為拉晶熱場中的重要部件，是阻止硅熔體液面和石英坩堝的熱量輻射到晶棒，起到提高拉晶速度和控制晶體的缺陷的作用。

參看圖1，示出了一種拉晶裝置的結構示意圖。如圖1所示，拉晶裝置包括爐體1，爐體1內設置有坩堝11，坩堝11外側設置有對其進行加熱的加熱器12，坩堝11內容納有硅熔體13。在爐體1頂部設置有提拉裝置14，在提拉裝置14的帶動下，籽晶從硅熔體液面提拉拉出晶棒10，為了實現晶棒的穩定增長，在爐體1底部還設置有驅動坩堝11旋轉和上下移動的驅動裝置15以及設置在爐體外側用以對坩堝內的硅熔體施加磁場的磁場施加裝置17。同時，繼續參看圖1，拉晶裝置還包括環繞晶棒10四周設置熱屏裝置。熱屏裝置包括有導流筒16，導流筒16設置為桶型，其作為熱屏裝置一方面用以在晶棒生長過程中隔離石英坩堝以及坩堝內的硅熔體對晶棒表面產生的熱輻射，提升晶棒的冷卻速度和軸向溫度梯度，增加晶棒生長速度，另一方面，影響硅熔體表面的熱場分布，而避免晶棒的中心和邊緣的軸向溫度梯度差異過大，保證晶棒與硅熔體液面之間的穩定生長；同時導流筒還用以對從晶棒生長爐上部導入的惰性氣體進行導流，使之以較大的流速通過硅熔體表面，達到控制晶棒內氧含量和雜質含量的效果。在半導體晶棒生長過程中，在提拉裝置14的帶動下，晶棒10豎直向上穿過導流筒16。

參看圖2，示出了一種導流筒的截面結構示意圖。如圖2所示，導流筒設置為環狀的筒形結構，由外筒161、內筒162，以及內外筒之間的隔熱材料163組成。隔熱材料的作用是阻止進入外筒的熱量傳遞到內筒，避免內筒的溫度升高，同時使面向內筒的晶體的熱不容易傳遞出來，使得晶棒的溫度梯度小。由于導流筒16與坩堝11以及坩堝內的硅熔體13之間的相對面在拉晶過程中不斷變化，如圖2所示，在導流筒底部位置，坩堝以及坩堝內的硅熔體的熱量需要通過底部較厚的隔熱材料163向內筒162傳遞，在導流筒上部位置，坩堝以及坩堝內的硅熔體的熱量需要通過上部較薄的隔熱材料163向內筒162傳遞。