[發(fā)明專利]橫截面呈十字形的硅單晶棒及其生長裝置和生長方法

有效

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• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115354388B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 許堃;李濤勇;吳超慧
• 申請（專利權(quán)）人: 宇澤半導體（云南）有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 任燕妮

1.一種橫截面呈十字形的硅單晶棒生長方法，其特征在于，采用橫截面呈十字形的硅單晶棒生長裝置實施，所述橫截面呈十字形的硅單晶棒生長裝置包括：

爐體，

由外至內(nèi)設置在所述爐體內(nèi)的隔熱組件、分區(qū)加熱機構(gòu)、支撐坩堝和石英坩堝，

以及從所述爐體的頂部伸入所述爐體內(nèi)且與所述石英坩堝的軸線對應的提拉機構(gòu)，所述提拉機構(gòu)伸入所述爐體內(nèi)的端部用于連接籽晶；

所述石英坩堝、支撐坩堝的橫截面呈十字形，所述分區(qū)加熱機構(gòu)圍護在所述支撐坩堝的周邊，三者同軸設置；

所述爐體上設置有可從所述爐體的外部監(jiān)測到其內(nèi)部晶體生長狀況的監(jiān)測窗；

實施步驟包括：熔料、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、晶體等形生長以及收尾；

引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、晶體等形生長以及收尾步驟中石英坩堝與籽晶之間無相對旋轉(zhuǎn)，所述籽晶軸向晶向為〈100〉，生長過程提拉方向為〈100〉；

引晶步驟中，使石英坩堝豎直軸線與分區(qū)加熱機構(gòu)的豎直中心線相重合；調(diào)整石英坩堝橫截面對稱軸與分區(qū)加熱機構(gòu)橫截面的相應對稱軸相平行或垂直；調(diào)整籽晶的棱線方位到預設位置；調(diào)控所述分區(qū)加熱機構(gòu)的各個區(qū)域加熱功率和時間并達到穩(wěn)定；

放肩步驟中，根據(jù)結(jié)晶前沿位置信息，調(diào)控籽晶的重心垂線與所述坩堝軸線的相對水平位置使所述重心垂線與所述坩堝豎直軸線相重合；調(diào)控晶體的方位使晶體的棱線所處方位與上一步驟保持一致；調(diào)控所述分區(qū)加熱機構(gòu)各個區(qū)域的加熱功率和時間，從而使所述提拉機構(gòu)的端部逐漸形成一個橫截面呈十字形的硅單晶棒的“肩”；

晶體等形生長步驟中，根據(jù)結(jié)晶前沿位置信息，通過調(diào)控籽晶的重心垂線與所述石英坩堝軸線的相對水平位置使所述重心垂線與所述坩堝軸線相重合；調(diào)控晶體的方位使晶體的棱線所處方位與上一步驟保持一致；調(diào)控所述分區(qū)加熱機構(gòu)各個區(qū)域加熱功率和時間，從而保證晶體按照預設的十字形生長。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，所述硅單晶棒生長裝置還包括控制系統(tǒng)以及一個或多個光學探測器，所述一個或多個光學探測器設置在所述爐體之外，用于透過所述監(jiān)測窗觀察所述爐體內(nèi)部晶體生長狀況，每個所述光學探測器與所述控制系統(tǒng)通信連接，用于將探測到的晶體生長信息發(fā)送至所述控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述分區(qū)加熱機構(gòu)通信連接，所述控制系統(tǒng)根據(jù)晶體生長信息判斷并執(zhí)行是否向所述分區(qū)加熱機構(gòu)下發(fā)指令對不同區(qū)域的加熱功率和時間進行調(diào)整。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，所述光學探測器的設置數(shù)量為至少4個。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，所述硅單晶棒生長裝置還包括坩堝升降機構(gòu)，所述坩堝升降機構(gòu)的一端位于所述爐體內(nèi)，用于承托所述支撐坩堝和石英坩堝的底部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，所述硅單晶棒生長裝置還包括水平位置控制機構(gòu)，所述水平位置控制機構(gòu)與所述提拉機構(gòu)和/或所述坩堝升降機構(gòu)連接，所述控制系統(tǒng)與所述水平位置控制機構(gòu)通信連接；

所述水平位置控制機構(gòu)用于通過控制所述提拉機構(gòu)調(diào)控籽晶的方位角度和水平位置，和/或用于通過控制所述坩堝升降機構(gòu)調(diào)控石英坩堝的方位角度和水平位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，所述爐體的外部設置有固定支架和/或探測器運行軌道，每個所述光學探測器安裝在所述固定支架或所述探測器運行軌道上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅單晶棒生長方法，其特征在于，引晶步驟中調(diào)整籽晶的棱線方位到預設位置為：

調(diào)控籽晶橫截面對角兩棱線之間的連線與所述石英坩堝的橫截面的對稱中心線A平行或垂直；

或者調(diào)控籽晶橫截面對角兩棱線之間的連線與所述石英坩堝的橫截面的對稱中心線B平行或垂直。

8.一種硅單晶棒，其特征在于，采用如權(quán)利要求1~7任一項所述的硅單晶棒生長方法制得。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅單晶棒，其特征在于，所述硅單晶棒的橫截面通過其準對稱中心的最大橫徑與最小橫徑之比為1.6~5。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硅單晶棒，其特征在于，所述硅單晶棒的橫截面與該橫截面外接的正“十”字形的面積之比≥0.8。