一种优化直拉法温度控制的热场外层结构的制作方法

本发明涉及一种优化直拉法温度控制的热场外层结构，用于直拉硅单晶炉热场以保证红外温度传感器信号的稳定。

背景技术：

现在集成电路的线宽已进入了纳米时代，直径越大的硅片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低，随着国内和国际市场对大直径单晶硅片需求量和尺寸的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。

单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池，目前约85％的半导体硅单晶体采用直拉法。在该方法中多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，将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拉速度，使籽晶形成细颈在高速下生长一定长度，降低晶体提拉速度和熔体温度使晶体长大至近目标直径，再提高提拉速度使单晶体近恒直径生长。在生长过程的末期，此时坩埚内的硅熔体尚未完全消失，通过增加晶体的提升速度和调整向坩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，得到一根单晶硅棒。

晶体生长期间，影响单晶的主要参数包括热场温度、晶体提升速度、坩埚提升速度、晶体转速、坩埚转速、氩气压力、氩气流量、磁场强度等等。其中，坩埚提升速度是随着晶体提升速度的变化而变化，晶体转速、坩埚转速、氩气压力、氩气流量、磁场强度需要根据单晶应用的要求来设置程序。因此，热场温度和晶体提升速度是直接影响单晶生长最重要的因素。

根据排气方式和热场结构的不同，热场可分为下排气热场和上排气热场。下排气热场的排气孔位于热场下方保温层，气流方向沿着加热器和保温桶间隙通过。由于气流在上保温层附近聚集，容易出现氧化物排走不畅，造成拉晶过程中有杂质掉入石英埚内的现象，造成单晶成品率下降以及拉晶时间过长等弊端。同时由于气流对加热器、保温桶等石墨件的冲刷，会导致石墨件的使用寿命大大降低，石墨件的成本很高。气流经过加热器，会带走一部分热量，导致拉晶过程中电耗比较高。上排气热场的上保温层上面设计出若干个排气孔，这些排气孔可以在高温下实现气体的排出，该热场通过强制改变保护气体对流，降低加热器热量辐射而节省电能消耗；该热场改变保护气体的对流方式，确保了惰性气体顺利带走单晶硅结晶时散发的结晶潜热和一氧化硅颗粒，有效避免了一氧化硅颗粒再次掉入溶液而导致晶体位错的产生，避免了因晶体位错而导致的单晶硅品质降低和回熔导致的再次能耗现象的出现，能够有效的提高单晶成品率，同时也能够节约电能。近年来，上排气热场成为目前集成电路单晶生产应用的主流热场。

上排气热场这种热场也有不足的地方，由于气流要经过单晶炉的炉壁，许多挥发物被气流带出的会残留在炉壁，拉晶过程中温度测试信号会随着炉壁上温度信号取光口处玻璃的不断污染产生变化，对单晶炉的稳定运行产生影响，进而会影响到单晶硅的稳定生长；采用下排气热场生产部分挥发性掺杂的单晶也会出现这种情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种优化直拉法温度控制的热场外层结构，防止取光口处玻璃的不断污染，用于直拉硅单晶炉热场以保证红外温度传感器信号的稳定。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种优化直拉法温度控制的热场外层结构，包括热场外层保温筒、取光筒，其中，热场外层保温筒开有圆孔槽，该圆孔槽对准温度信号取光口，取光筒的两端分别连接热场外层保温筒和温度信号取光口。

优选地，所述热场外层保温筒包括上、下两部分，上、下保温筒之间开设所述圆孔槽。

优选地，所述取光筒的两端为圆筒结构，中间部分设有卡槽，该卡槽可以为圆形、正方形或长方形，以保证装过程中不会出现位置偏移、滑落等情况。

优选地，所述热场外层保温筒为固化碳毡、软碳毡等保温材料，取光筒材质为碳纤维、石墨或钼。

本发明的优点在于：

本发明的热场外层结构通过取光筒与热场外层保温筒和温度信号取光口相连，通过热场外层结构修改优化，可以防止拉晶过程中由于挥发物沉积或石墨部件损坏对温度信号取光口的光强测试的影响，保证拉晶过程温度测试信号的稳定可靠，提高单晶的成晶率。

附图说明

图1为本发明的热场外层结构安装在直拉法硅单晶炉上的示意图。

图2为热场外层保温筒的结构示意图，(a)为主视图，(b)为俯视图。

图3为取光筒的结构示意图，(a)为主视图，(b)为俯视图，(c)为左视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的热场外层结构主要应用于直拉法硅单晶炉内单晶1的生长。该热场外层结构包括热场外层保温筒4、取光筒2。如图2所示，热场外层保温筒4包括上、下两部分，其中上保温筒5、下保温筒6之间开有圆孔槽7，安装时圆孔槽7必须对准取光口3(圆孔槽尺寸要保证不小于取光口)，取光筒2两端连接圆孔槽7和温度信号取光口3。

如图3，取光筒2的两端分别为长圆筒8、短圆筒10(长圆筒直径要保证不小于短圆筒)，中间部分设置长方形卡槽9(可为圆形、正方形、长方形等)，卡槽9竖直放置，与热场外层保温筒4、取光口3附近炉壁接触，可保证安装过程中不会出现位置偏移、滑落等情况。

热场安装时，先将下保温筒6放入，圆孔槽7必须对准取光口3，然后将取光筒2的长圆筒8一侧插入取光口3，短圆筒10一侧置入在圆孔槽7内，再放入上保温筒5固定，就可以进行下一步生产了。

通过热场外层结构的优化，在单晶生长期间，气流带出挥发物经过单晶炉的炉壁，温度信号取光口玻璃不会受到污染，其光信号强度不会发生变化，可以实现温度测试信号的稳定可靠；如果出现石墨件损坏产生的石墨碎块或碳毡粉尘跟随气流经过时，由于热场外层保温筒、取光筒以及取光口的结构的存在，减少甚至消除了其对光信号强度的影响，保证温度测试信号的稳定可靠。同理，应用优化热场外层结构，下排气热场部分进行挥发性掺杂单晶生产中存在的问题也可以得到解决。