一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，该装置安装在直拉硅单晶炉的热场上方，包括环形布置的数个气嘴，该数个气嘴围绕晶体轴呈对称分布。本实用新型的氩气帘装置可以调整晶体生长速度和生长界面温度梯度以及界面形状，在一定的范围内调节硅单晶体中的缺陷分布。该装置还可以降低单晶棒中金属的含量，提高成晶率。
【专利说明】-种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置。
【背景技术】
[0002] 目前约85%的集成电路用半导体硅单晶体是采用切克劳斯基（Czochralski)法 (又称直拉法）制造的。在这种方法中，多晶硅被装进石英埚内，加热熔化，然后，将熔硅略 做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体（称作籽晶）与熔体硅接触，通过 调整熔体的温度和籽晶向上提升速度，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提升速度，使单 晶体近恒直径生长。在生长过程的最后阶段，埚内的硅熔体尚未完全提出，通过增加晶体的 提升速度和调整向埚的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够 小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。
[0003] 硅单晶体中广泛地存在两种点缺陷：硅间隙原子和空位。通俗地讲，如果在硅正 常的晶格中，夹进去一个硅原子，这个硅原子就称不硅间隙原子，硅间隙原子的存在会造成 局部硅晶格受涨应力（向外压）；如果在正常的硅晶格中，抽掉一个硅原子，所留下的空隙 就叫做"空位"，空位会使它周围的晶格受到向内的压力。空位占主导的晶体叫富空位晶体 (V-rich)，硅间隙原子占主导的晶体叫富硅间隙原子晶体（I-rich)。随着晶体生长的进行， 晶体的温度从硅熔点变为室温，这两种点缺陷将与其它周围的原子（包括氧、碳、氮、硅等） 通过复合、扩散、聚集等复杂的过程，形成更大的缺陷。
[0004] 硅单晶体中，由一个称叫临界系数€Q=V/G=0. 0013cm2. min'Γ1系数，这里的V 是指晶体生长界面处的晶体生长速度，G是指晶体生长界面处的纵向温度梯度。当实际的 大于时，瞬间长成的是富空位型（V-rich)晶体；当实际的ξΜ3?小于时，瞬间 长成的是富硅间隙原子型（I-rich)晶体。可以部分地理解为生长界面晶体的生长速度和 纵向温度梯度共同决定晶体初期的缺陷类型及分布。该理论是由V.V Voronkov首先提出 的，并广为人们所共识。
[0005] 现代集成电路（1C制程）是大多是以硅单晶棒经过切、磨、抛光、清洗所加工成 的抛光片或外延片为基质材料制造的。根据用途不同，又需要数量不等"测试片"（称为： "Test and Monitor Wafer",用来监测1C制程参数的，比如颗粒、对焦、氧化层质量等等）、 "正片"（称作"Prime Wafer"，用来制造电路芯片）等等，它们对硅单晶片中的缺陷要求是 不同的。例如：监测小环境颗粒水平的"测试片"以富间隙原子硅原子型的（I-rich)硅片 为最佳，而快拉加外延的富空位片（V-rich)则是常用的一种正片（Prime Wafer)。
[0006] 因此硅单晶的整个生长过程中通过控制ξ _= ξ Q=0. 0013cm2. min' Γ1可以调节 硅单晶体中缺陷的分布。在工程上，有许多手段可以使用，例如：控制单晶炉室内由石墨部 件以及保温材料所构成的热场是很重要的；另外，通过调整埚位、埚转、晶转、晶体生长速度 等也可以调节G。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，该装置可以调 整晶体生长速度和生长界面温度梯度以及界面形状，在一定的范围内调节硅单晶体中的缺 陷分布。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0009] -种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，该装置安装在直拉硅单晶炉的热场上方， 包括环形布置的数个气嘴，该数个气嘴围绕晶体轴呈对称分布。
[0010] 优选地，所述数个气嘴以法兰的方式安装单晶炉的炉盖的下方，气嘴的喷孔朝向 炉底。
[0011] 优选地，在单晶炉的炉盖的下方安装一挂筒，所述数个气嘴布置在该挂筒的内壁 上，气嘴的喷孔朝向晶体轴。
[0012] 优选地，所述气嘴的截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形或其它不规则的形 状。所述气嘴的截面面积优选为1?350mm 2。
[0013] 优选地，所述气嘴的数量为2?500个，优选为12个。
[0014] 优选地，所述气嘴的边缘形状为有倒角的或者为圆弧状的。
[0015] 优选地，通过所有气嘴的氩气的总流量为10?300slpm。通过每个气嘴上的氩气 的流量可以相同的，也可以通过改变气嘴的截面面积而单独控制。
[0016] 本实用新型的优点在于：
[0017] 本实用新型的氩气帘装置可以调整晶体生长速度和生长界面温度梯度以及界面 形状，在一定的范围内调节硅单晶体中的缺陷分布。该装置还可以降低单晶棒中金属的含 量，提1?成晶率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为直拉硅单晶炉热场的结构示意图。
[0019] 图2为氩气帘以法兰方式安装在单晶炉的炉盖上的结构示意图。
[0020] 图3为图2中法兰位置的剖面图。
[0021] 图4是氩气嘴在法兰上的分布示意图。
[0022] 图5为氩气帘以挂筒的方式安装在单晶炉的炉盖上的结构示意图。
[0023] 图6为图5中挂筒位置的剖面图。
【具体实施方式】
[0024] 如图1所示，直拉硅单晶炉的热系统包括上炉筒1、炉盖2、热屏3、上保温4、上保 温座5、中保温6、保温筒7、加热器8、下炉筒9、底保温10、电极11、电极板12、气体出口 13、 下轴14、埚底15、对中盘16、石墨埚17、石英埚18、硅熔体19、热屏支撑20,下炉筒的侧面或 底部上设有供氩气排出的出口（如图1、2所示）。氩气白单晶炉的上炉筒1沿箭头方向进 入炉室，白下炉筒上的出口排出。
[0025] 本实用新型的氩气帘装置安装在直拉硅单晶炉的热场上方，包括环形布置的数个 气嘴，该数个气嘴围绕晶体轴呈对称分布。如图2、3所示，该装置可以法兰的方式安装单晶 炉的炉盖2的下方。法兰21通过螺丝固定在炉盖2上，法兰21上设有密封槽25,在该密封 槽25内安装0型密封圈22密封。法兰21上设有氩气入口 23和数个喷出氩气的气嘴24， 数个气嘴24均匀地布置在法兰21上。如图4所示，数个气嘴可以设计在法兰的下表面或者 侧面上，即喷孔可以朝向晶体轴或者朝向炉室底部。氩气通过气嘴喷出，由于压差的影响， 氩气从气嘴的喷孔排出后以既向内侧又向下方向吹的方式流动。
[0026] 除了以上安装方式以外，如图5、6所示，还可以在单晶炉的炉盖的下方安装一挂 筒26,该挂筒26为双层结构，内外壁的下端封口，该挂筒26的上端通过螺丝钉27和挂条 28联接在炉盖2上。该挂筒的外壁上设置有氩气入口 29,数个气嘴30布置在该挂筒的内 壁或内外壁的下端封口，围绕晶体轴均匀对称分布。这样数个气嘴的喷孔可以朝向晶体轴， 也可以朝向炉室底部。氩气通过气嘴喷出，由于压差的影响，氩气从气嘴的喷孔排出后以既 向内侧又向下方向吹的方式流动。
[0027] 气嘴的截面形状以及截面面积可以根据实际需要进行选择，例如可以是圆形、椭 圆形、正方形、长方形或其它不规则的形状。气嘴的截面面积可以在1?350mm 2范围内进 行调整。气嘴的数量为2?500个，优选为12个。气嘴的边缘形状可以为有倒角的或者为 圆弧状的。通过所有气嘴的氩气的总流量为10?300slpm。通过每个气嘴上的氩气的流量 可以相同的，也可以通过改变气嘴的截面面积而单独控制。
[0028] 采用本实用新型的氩气帘装置，通过调节气嘴中氩气流量，可以局部地调整生长 界面的形状、晶体生长速度和界面的温度梯度。调节的原理为：加大氩气流量相当于降低晶 体边缘的温度，使得晶体生长界边的边缘更加突向熔体；使得晶体在生长的某些阶段，界面 的形状变得更平坦，对单晶棒体内的缺陷控制更加容易。另外，加大气嘴中的氩气流量后， 减少了金属杂质与晶棒表面接触的机会，降低了晶体中的金属含量，又吹掉了晶体周围可 能存在的一部分氧化硅气氛，从面提高的成晶率。
【权利要求】
1. 一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于，该装置安装在直拉硅单晶炉的 热场上方，包括环形布置的数个气嘴，该数个气嘴围绕晶体轴呈对称分布。
2. 根据权利要求1所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于，所述数个气 嘴以法兰的方式安装单晶炉的炉盖的下方，气嘴的喷孔朝向炉底。
3. 根据权利要求1所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于，在单晶炉的 炉盖的下方安装一挂筒，所述数个气嘴布置在该挂筒的内壁上，气嘴的喷孔朝向晶体轴。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于， 所述气嘴的截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形或其它不规则的形状。
5. 根据权利要求4所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于，所述气嘴的 截面面积为1?350mm2。
6. 根据权利要求1?3中任一项所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于， 所述气嘴的数量为2?500个。
7. 根据权利要求6所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于，所述气嘴的 个数为12个。
8. 根据权利要求1?3中任一项所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于， 所述气嘴的边缘形状为有倒角的或者为圆弧状的。
9. 根据权利要求1?3中任一项所述的用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，其特征在于， 通过所有气嘴的氩气的总流量为10?300slpm。
【文档编号】C30B15/00GK203890490SQ201320782705
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】戴小林, 崔彬, 刘大力, 姜舰, 李洋, 吴志强, 汪丽都 申请人:有研新材料股份有限公司