单晶硅生长设备和生长单晶硅的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于生长单晶的设备和一种用于生长单晶硅的方法，更具体地涉及一种用于生长单晶的设备和一种用于生长单晶的方法，它们提供了容纳在坩祸中的硅熔体能够在坩祸内迅速熔化的热环境。
【背景技术】
[0002]在一般情况下，通过使用提拉(Czochralski (Cz))法来制造用作制造半导体装置的基板的单晶硅。在Cz法中，将单晶硅引入到石英坩祸中，然后加热坩祸，以便单晶晶种接触硅熔体并然后进行生长以在将其慢慢向上拉伸的同时产生单晶。
[0003]大多数晶体制造设备由钢制成，具有圆形的形状，并且包括:用于阻挡其中的热量的隔热件、用于熔化硅的加热元件、围绕石英坩祸的石墨坩祸、支撑坩祸的支撑轴，等等。这些内部结构被称为“热区”(Hot zone)。
[0004]为了生长出高质量单晶硅，均匀地形成并且保持界面周围的热环境，以便即使单晶生长至更大的长度也能保持单晶的质量和拉伸速度并且易于控制拉伸速度。更具体地，硅熔体从加热器连续地接收热量，并且通过热屏蔽结构来阻挡热量的损失，以便保持预定的温度梯度。
[0005]然而，随着硅晶锭变得直径更大，用于生长单晶的设备的尺寸标准变得更大，更具体地，当坩祸变得更大时，将在坩祸中熔化的多晶硅不能在短时间内液化，使得用于生长单晶的处理时间变得更长。而且，当因在均匀的温度下不能保持硅熔体本身而局部产生了硅熔体的凝固时，存在的问题在于:待生成的单晶硅产生损失并且也影响生成的单晶质量。而且，存在的问题还在于:因在晶体生长过程中非均匀的温度分布发生在熔体的表面和熔体内部而发生了单晶硅的损失。
【发明内容】
[0006]抟术问题
[0007]实施方式提供一种用于生长单晶硅的设备和一种用于生长单晶硅的方法，它们可以为容纳在坩祸中的硅熔体提供均匀的热环境。
[0008]实施方式还提供一种用于生长单晶硅的设备和一种用于生长单晶硅的方法，它们可以通过快速液化放入坩祸内的多晶硅来提高单晶硅的晶体质量和总处理速度。
[0009]技术解决方案
[0010]在一个实施方式中，一种用于使单晶生长的设备包括:腔室，该腔室包括容纳硅熔体的坩祸；支撑轴，该支撑轴在支撑坩祸的同时使坩祸旋转并升降；主加热器部件，该主加热器部件设置在坩祸旁边以将热量施加到坩祸侧面；上部隔热件，该上部隔热件位于坩祸上方；以及上部加热器部件，该上部加热器部件位于上部隔热件的下端部，其中，上部加热器部件包括多个环形加热器，该多个环形加热器彼此隔开并且相对于坩祸的中心具有彼此不同的直径。
[0011]而且，在另一个实施方式中，一种用于使单晶生长的方法包括以下步骤:用多晶硅填充设置在处理腔室内的坩祸，并且通过由设置在坩祸的侧表面的主加热器部件和设置在多晶硅上方的上部加热器部件所产生的热量来熔化多晶硅；并且将晶种浸入坩祸中，然后执行扩肩处理、等径处理和收尾处理以生长单晶硅晶锭，其中，在使填充到坩祸中的多晶硅熔化的步骤以及执行扩肩处理、等径处理和收尾处理的步骤中，该方法使主加热器部件加热并且还根据多晶硅的固-液界面的温度信息仅使设置在上部加热器部件中的多个加热器的一部分加热。
[0012]有益效果
[0013]根据实施方式，可以对容纳在坩祸中的硅熔体提供均匀的热环境，并且能够防止硅熔体的局部凝固，从而能够易于控制单晶硅的质量和晶锭的拉伸速度。
[0014]根据实施方式，可以控制单晶硅的界面周围的热环境，以便多晶硅在坩祸中迅速熔化，并且具有可以减少生长单晶所需的处理时间的效果。
【附图说明】
[0015]图1是示出根据第一实施方式的用于生长单晶的设备的横截面图。
[0016]图2是示出根据第二实施方式的用于生长单晶的设备的横截面图。
[0017]图3是示出根据实施方式的设置在用于生长单晶的设备中的上部加热器部件的透视图。
[0018]图4是示出根据第三实施方式的用于生长单晶的设备的视图。
【具体实施方式】
[0019]下面，将参考附图对本实施例进行详细描述。然而，实施方式的技术范围将落入本发明的范围内，并且组件或部件的添加、删除和修改可能在实施方式的范围内。
[0020]图1是示出根据第一实施方式的用于生长单晶的设备的横截面图。
[0021]参照图1，如上所示，一种用于生长单晶的设备包括:腔室100，腔室100包括容纳硅熔体的坩祸I1 ;支撑轴160，支撑轴160用于在支撑坩祸110的同时使坩祸110旋转并升降；主加热器部件140，主加热器部件140设置在坩祸110旁边以将热量施加到坩祸110的侧面；侧表面隔热件130，侧表面隔热件130设置于主加热器部件140的侧面；侧上部隔热件120，侧上部隔热件120位于侧表面隔热件130上；上部加热器部件170，上部加热器部件170包括多个用于在硅熔体上方产生热量的加热器部件170 ;以及上部隔热件175，上部隔热件175用于阻挡由加热器部件170所产生的热量。
[0022]在使用用于生长单晶的设备制备单晶硅中，将多晶硅容纳在坩祸110内，并然后用主加热器部件140加热多晶硅以便熔化成硅熔体。然后，由硅熔体生长出单晶晶锭。也就是说，随着在通过提拉法来熔化多晶硅之后在生长单晶硅后的步骤中坩祸110变得具有更大的直径，多晶硅在坩祸110内熔化的时间变得更长，使得单晶晶锭的产率降低。而且，由于在主加热器部件140中产生的热量对流进入硅熔体，所以不易于控制在固-液界面的温度，从而难以制备高质量单晶硅。
[0023]为了解决这样的损失，实施方式提出了一种用于生长单晶的设备，该设备包括上部加热器部件170，上部加热器部件170包括与硅熔体的表面隔开预定距离的加热器，从而易于控制硅熔体的热历程。
[0024]参照图1，将对实施方式中提出的上部加热器部件170进行详细说明。图1是上部加热器部件170的第一实施方式，并且分别形成设置在上部加热器部件170中的多个加热器170a、170b、170c、170d和170e以具有环形。也就是说，多个加热器170a、170b、170c、170d和170e分别具有围绕单晶硅晶锭的圆环形状，形成为相对于硅晶锭具有彼此不同的直径，并且进行设置以使彼此隔开预定距离。
[0025]在实施方式的图中，上部加热器部件170的多个加热器的数量被示出为作为优选实施例的五个加热器，用于控制单晶硅晶锭的生长，但不限于此，并且对所有实施方式可以控制具有至少两个或更多个加热器。
[0026]而且，尽管未在图1示出，设置在实施方式的上部加热器部件170中的多个加热器170a、170b、170c、170d和170e分别连接到控制单元，并且多个加热器170a、170b、170c、170d和170e中的每个可以根据控制单元的控制进行单独操作。也就是说，由于通过设置在上部加热器部件170中的多个加热器的单独操作可以恒定地控制沿着单晶硅晶锭的直径方向的温度梯度，所以可以生长出高质量单晶硅晶锭。
[0027]因此，多个用于测量硅熔体的温度的高温计195可以设置在单晶硅晶