单晶炉的制作方法

本实用新型涉及一种用于拉制单晶硅锭的单晶炉。

背景技术：

晶体生长是把半导体级硅的多晶硅块转换成一块大的单晶硅，生长后的单晶硅被称为硅锭。现在生产用于硅片制备的单晶硅棒最普遍的技术是Czochralski(CZ)法，这是按20世纪初它的实用新型者的名字来命名的。Czochralski(CZ)法生长单晶硅把熔化了的半导体级硅液体变成有正确晶向并且被掺杂成N型或P型的固体硅锭。85％以上的单晶硅是采用CZ法生长出来的。

一块具有所需晶向的单晶硅作为籽晶来生长硅锭，生长的单晶硅棒就像籽晶的复制品。熔化的硅和单晶籽晶接触并精确控制接触面，从而精确复制籽晶结构。熔化的硅放在石英坩埚中，还有少量掺杂物质使其生成N型或P型硅。坩埚中的硅被拉晶炉加热，使用电阻加热或射频(RF)加热线圈。当硅被加热时，它变成液体，叫做熔体；籽晶硅接触到直拉装置并开始生长新的晶体结构。籽晶放在熔体表面并在旋转过程中缓慢地拉起。随着籽晶在直拉过程中离开熔体，熔体上的液体会因为表面张力而提高。籽晶上的界面散发热量并向下朝着熔体的方向凝固。随着籽晶旋转着从熔体里拉出，与籽晶有同样晶向的单晶就生长出来了。不同的硅锭生长结果依赖于籽晶相对于坩埚的旋转方向及速度。

直拉法的目的是实现均匀掺杂浓度的同时精确复制籽晶结构，得到合适的硅锭直径并限制杂质引入到硅中。影响直拉法的两个主要参数是拉伸速率和晶体旋转速率。

以上简述了单晶硅的CZ法制备过程。在制备过程中，需要向坩埚内熔体表面通入惰性气体作为保护气，就需要用到导流筒，现有CZ长晶法中导流筒大多数为高纯石墨材质，耐热性好。但是由于石墨本身具有质软和多孔的特性，不仅导流筒本身会向硅原料中引入碳杂质，受热后石墨孔隙中的杂质也会挥发出来、进入硅原料中，尤其是其中的Fe杂质。在现有条件下，单晶尾部的Fe含量最大值约在5E+11atom/cm³。随着半导体制程能力的提升，单晶尾部的Fe含量将无法满足后续的加工需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能降低CZ长晶法拉制单晶内部Fe含量的单晶炉。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种单晶炉，包括坩埚、导流筒和保温部件，所述保温部件包围在所述坩埚的四周，所述导流筒包括筒身，所述筒身为圆台形，并具有第一开口和第二开口，所述第一开口为所述圆台形的下底面，所述第二开口为所述圆台形的上底面；所述筒身的材质为石英。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒身的厚度范围为6.5mm～7mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒身的母线与所述筒身的轴线的夹角范围为10°～15°。

根据本实用新型的一个实施例，所述导流筒还包括翻边，所述翻边设置于所述第一开口，所述翻边由所述第一开口向所述筒身的外侧翻折。

根据本实用新型的一个实施例，所述翻边和所述筒身之间倒圆角。

本实用新型采用高纯度石英代替石墨作为导流筒的制作材料，制成的导流筒可避免向硅原料中引入碳杂质。

本实用新型提供的用于生长单晶硅锭的导流筒能有效控制CZ长晶法单晶内部尤其是尾部的Fe含量，单晶尾部的Fe含量最大值小于1E+11atom/cm³。经过测试，采用原石墨导流筒拉制单晶，单晶尾部Fe含量最大值为3.88E+11atom/cm³，而采用本实用新型提供的导流筒拉制单晶，单晶尾部Fe含量最大值为6.28E+10atom/cm³，即Fe杂质含量降低了一个数量级，大大改善单晶品质，有利于提高良品率。

附图说明

图1为本实用新型一种用于生长单晶硅锭的导流筒在拉晶炉中位置的示意图；

图2为图1中用于生长单晶硅锭的导流筒的剖面结构示意图；

图3为另一种用于生长单晶硅锭的导流筒的局部剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

实施例一

图1中简化的剖视图示出了一种单晶炉的内部基本构造。硅原料投入炉中，进入坩埚2。坩埚2用于加热熔化其中的硅原料，再进行后续的单晶拉制等工序；氩气由导流筒1通入，并吹向坩埚2内的熔体表面。在坩埚2外侧包围有保温部件3。加热部件安排在保温部件3和坩埚2之间，用于加热坩埚2以熔化坩埚2内的硅原料。

高纯度石英制作的导流筒1放置在支架上。导流筒1的剖视图参考图2。

导流筒1的筒身为圆台形，在图2所示的情况下具有一大一小两个开口，较大的开口处于上方。筒身的厚度为7mm。筒身截面形成夹角α，即每侧截面与筒身轴线形成夹角α/2，亦即筒身的母线与筒身的轴线夹角为α/2。本例中，α＝24.5°，即每侧截面与筒身的轴线形成夹角α/2＝12.25°。试验表明，当角度α/2的范围为：10°≤α/2≤15°时，投放硅原料的效率较高，且热量向上的传导也较少，可以增加温差梯度，加快单晶生长。

实施例二

在实施例一的基础上，在导流筒1筒身较大开口外侧设置翻边11，翻边11向外翻折，翻边11和筒身之间倒圆角。翻边11和筒身之间的圆滑过渡可进一步增加温差梯度，加快单晶生长。

筒身的厚度设置为7mm。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。需要注意的是，本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。