[發(fā)明專利]一種提拉法生長(zhǎng)硅晶棒的裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310361419.9
• 申請(qǐng)日: 2023-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116427016A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京通美晶體技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/30
• 分類號(hào): C30B15/30;C30B15/14;C30B30/04;C30B29/06
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鐘守期;鄭建暉

本發(fā)明涉及一種提拉法生長(zhǎng)硅晶棒的裝置，包括容納硅晶棒原料熔體的坩堝；加熱機(jī)構(gòu)，用于加熱坩堝；硅晶棒原料熔體補(bǔ)加機(jī)構(gòu)，將硅晶棒原料熔體補(bǔ)加至所述坩堝內(nèi)；處于所述坩堝外圍的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；籽晶桿，位于坩堝上方，其下端部有用于裝填籽晶的容納區(qū)；用于籽晶桿的旋轉(zhuǎn)及提升機(jī)構(gòu)；提供保護(hù)氣體的機(jī)構(gòu)，對(duì)由坩堝及籽晶桿形成的晶棒生長(zhǎng)空間提供保護(hù)氣氛；其中，所述籽晶桿的豎向中心軸線與所述坩堝的豎向中心軸線不重合。采用本發(fā)明的裝置所生產(chǎn)的晶棒可以獲得更大尺寸及品質(zhì)更優(yōu)的晶片，例如，晶片的摻雜濃度、機(jī)械強(qiáng)度、位錯(cuò)密度、電導(dǎo)率、電阻率都更加均勻，對(duì)制作大規(guī)模集成電路具有非常重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提拉法生長(zhǎng)大尺寸硅晶棒的裝置。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體硅晶片的生產(chǎn)包括硅晶棒生長(zhǎng)、硅晶棒切割為粗片、粗片研磨、磨邊、粗拋光、精拋光、清洗、干燥，最后包裝等步驟。其中硅晶棒生長(zhǎng)的方法之一為提拉法。其工作原理如圖1所示，即在合理的溫場(chǎng)下，硅晶棒原料于坩堝中熔融，坩堝外周有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用，避免硅熔體產(chǎn)生翻滾；將裝在籽晶桿上的籽晶下端，下移到熔體的原料中，籽晶桿在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)及提升機(jī)構(gòu)的作用下，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢地向上提拉，經(jīng)過(guò)縮頸、擴(kuò)肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、拉脫等幾個(gè)工藝階段，生長(zhǎng)出幾何形狀及內(nèi)在質(zhì)量都合格單晶晶棒；在晶棒生長(zhǎng)過(guò)程中，有硅晶棒原料熔體補(bǔ)加容器不斷地向坩堝內(nèi)補(bǔ)充硅晶棒原料熔體，以確保生長(zhǎng)出所需長(zhǎng)度的晶棒。這種方法在晶棒生長(zhǎng)過(guò)程中，可以方便地觀察晶棒的生長(zhǎng)情況，晶棒在熔體的自由表面處生長(zhǎng)，而不與坩堝相接觸，這樣能顯著減小晶棒的應(yīng)力并防止坩堝壁上的寄生成核，此外，還可以方便地使用定向籽晶與“縮頸”工藝，得到完整的籽晶和所需取向的晶棒。整個(gè)體系受保護(hù)氣氛的保護(hù)。提拉法的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠以較快的速率生長(zhǎng)較高質(zhì)量的硅晶棒。

對(duì)于提拉法生長(zhǎng)硅晶棒，業(yè)界仍在不斷進(jìn)行改進(jìn)，以求提升其產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用提拉法生長(zhǎng)硅晶棒時(shí)，籽晶桿縱向軸線一般都與坩堝中心軸線重合，導(dǎo)致生長(zhǎng)出的硅晶棒中心軸線附近的部位實(shí)際上源自處于坩堝中心部位的原料熔體，而該部分原料熔體因?yàn)樘幱谯釄逯行母浇鴮?shí)際上受外周磁場(chǎng)作用最弱，結(jié)果使所生長(zhǎng)出的硅晶棒沿徑向(對(duì)于生長(zhǎng)過(guò)程中晶棒，對(duì)應(yīng)的方向?yàn)樗矫娣较?的切面中心部位與邊緣部位在成分、電性能方面并不總能達(dá)到用戶可接受的一致性，整體影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

基于上述問(wèn)題，發(fā)明人提出一種新的提拉法生長(zhǎng)硅晶棒的裝置，包括

-容納硅晶棒原料熔體的坩堝；

-加熱機(jī)構(gòu)，用于加熱坩堝；

-硅晶棒原料熔體補(bǔ)加機(jī)構(gòu)，將硅晶棒原料熔體補(bǔ)加至所述坩堝內(nèi)；

-處于所述坩堝外圍的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；

-籽晶桿，位于坩堝上方，其下端部有用于裝填籽晶的容納區(qū)；

-用于籽晶桿的旋轉(zhuǎn)及提升機(jī)構(gòu)；

-提供保護(hù)氣體的機(jī)構(gòu)，對(duì)由坩堝及籽晶桿形成的晶棒生長(zhǎng)空間提供保護(hù)氣氛；

其中，所述籽晶桿的豎向中心軸線與所述坩堝的豎向中心軸線不重合。

本發(fā)明的裝置中，用于控制籽晶桿的機(jī)構(gòu)令所述籽晶桿的豎向中心軸線與所述坩堝的豎向中心軸線不重合，這樣，在實(shí)際使用過(guò)程中，處于坩堝中心部位的原料熔體被正在生長(zhǎng)的硅晶棒下端帶動(dòng)而與處于坩堝非中心部位的原料熔體發(fā)生適當(dāng)?shù)慕涣鳌⒒旌希瑥亩沟迷摬糠衷先垠w對(duì)應(yīng)的硅晶棒部分在成分、電性能方面與硅晶棒的其他部位更容易達(dá)到一致，從而提升了產(chǎn)品的一致性和均勻性。特別是在生長(zhǎng)大尺寸硅晶棒時(shí)，隨著坩堝增大，坩堝內(nèi)的硅晶棒原料熔體加熱不均勻，而本發(fā)明的裝置可以起到補(bǔ)償?shù)淖饔谩２捎帽景l(fā)明的裝置，比與采用現(xiàn)有技術(shù)中籽晶桿的豎向中心軸線與坩堝中心軸線重合的方案相比，所生產(chǎn)的晶棒可以獲得更大尺寸及品質(zhì)更優(yōu)的晶片。例如，晶片的摻雜濃度、機(jī)械強(qiáng)度、位錯(cuò)密度、電導(dǎo)率、電阻率都更加均勻，這對(duì)制作大規(guī)模集成電路具有非常重要的意義。

附圖說(shuō)明