[發明專利]一種晶體生長裝置、控制方法及控制系統

在審

• 申請號: 202211723689.1
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116427014A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 沈偉民;毛志飛;魏星
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B15/14;C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 北京磐華捷成知識產權代理有限公司 11851
• 代理人: 翟海青

本發明公開了一種晶體生長裝置、控制方法及控制系統，所述裝置包括：爐體；坩堝，設置于所述爐體的內部，配置為容納用于晶體生長的硅熔體；加熱器，設置于所述坩堝周圍，配置為加熱所述坩堝；導流筒，在所述硅熔體的上方圍繞所述晶體設置，用于阻止硅熔體的熱量輻射到晶體表面，提高晶體的縱向溫度梯度；水冷裝置，設置于所述晶體與所述導流筒之間，用于冷卻晶體并提高晶體的縱向溫度梯度，所述水冷裝置包括冷卻水流量調節機構，所述冷卻水流量調節機構用于調節所述水冷裝置中的冷卻水的流量。根據本發明提供的晶體生長裝置、控制方法及控制系統，當晶體的實時直徑偏離目標直徑時，通過調節冷卻晶體的水冷裝置中的冷卻水的流量，改變冷卻水的帶走熱量，匹配熔體對流導致的固液界面下方硅熔體的溫度梯度的波動變化，從而降低晶體生長的直徑波動，進而降低晶體內原生缺陷的發生率，提高硅片產品的良率。

技術領域

本發明涉及晶體生長領域，具體而言涉及一種晶體生長裝置、控制方法及控制系統。

背景技術

隨著集成電路(Integrated?Circuit，IC)產業的迅猛發展，器件制造商對IC級硅單晶材料提出了更加嚴格的要求，而大直徑單晶硅是制備器件所必須的襯底材料。提拉法(Czochralski，CZ法)是現有技術中由熔體生長單晶的一項最主要的方法，其具體做法是將構成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體在交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。

在制備硅單晶過程中，將直徑較小的籽晶浸入硅熔體中，通過引晶生長出一段直徑較細的細晶來排出位錯以達到生長零位錯晶體的目的。之后會通過放肩過程，使得晶體由細晶長大到目標直徑，再通過等徑生長獲得所需要尺寸的晶體。其中晶體生長的等徑過程是最關鍵的過程，需要在控制晶體的直徑保持在恒定區間范圍內，如果發生直徑偏離目標的波動(如圖3所示)，會進一步導致晶體的內部出現空穴相關(COP)或位錯族相關(A-defect)的缺陷，影響硅片的良率。

本發明提供一種晶體生長裝置、控制方法及控制系統，以解決上述技術問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本發明提供了一種晶體生長裝置，其特征在于，包括：

爐體；

坩堝，設置于所述爐體的內部，配置為容納用于晶體生長的硅熔體；

加熱器，設置于所述坩堝周圍，配置為加熱所述坩堝；

導流筒，在所述硅熔體的上方圍繞所述晶體設置，用于阻止硅熔體的熱量輻射到晶體表面，提高晶體的縱向溫度梯度；

水冷裝置，設置于所述晶體與所述導流筒之間，用于冷卻晶體并提高晶體的縱向溫度梯度，所述水冷裝置包括冷卻水流量調節機構，所述冷卻水流量調節機構用于調節所述水冷裝置中的冷卻水的流量。

進一步，所述冷卻水流量調節機構包括設置在所述水冷裝置出水端的閥門和伺服電機，通過所述伺服電機調節所述閥門的開度來調節所述水冷裝置中的冷卻水的流量。

進一步，所述水冷裝置還包括流量計和溫度計，所述流量計至少設置在所述水冷裝置的出水端，用于測量所述水冷裝置中的冷卻水的流量，所述溫度計分別設置在所述水冷裝置的進水端和出水端，用于分別測量所述水冷裝置的進水端和出水端的溫度。

進一步，所述晶體生長裝置還包括測徑裝置，所述測徑裝置設置于所述爐體的爐蓋上，用于測量達到晶體的直徑。

進一步，當所述晶體的實時直徑大于目標直徑時，降低所述水冷裝置中的冷卻水的流量；當所述晶體的實時直徑小于目標直徑時，提高所述水冷裝置中的冷卻水的流量。