一种晶体生长装置的制作方法

本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言涉及一种晶体生长装置。

背景技术：

随着集成电路(integratedcircuit，ic)产业的迅猛发展，器件制造商对ic级硅单晶材料提出了更加严格的要求，而大直径单晶硅是制备器件所必须的衬底材料。提拉法(czochralski，cz法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在石英坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出晶体。

现有的晶体生长装置中加热器环绕坩埚设置，然而，通常环形加热器采用将多个加热器间隔设置或者加热器中仅部分位置通电加热，因此，在圆周方向上加热区域是不均匀的，例如加热器在某一个高度位置的圆周方向上其温度会呈现高-低-高-低的变化，而且热辐射导致旋转中的石墨坩埚的表面温度也会发生周期性的变化，石墨坩埚发生热循环应力，缩短了坩埚的使用寿命。

因此，有必要提出一种新的晶体生长装置，以解决上述问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供一种晶体生长装置，包括：

坩埚，配置为盛装用于晶体生长的熔体；

加热器，设置于所述坩埚周围，配置为加热所述坩埚；

均热套筒，所述均热套筒设置于所述加热器与所述坩埚之间，所述均热套筒的侧壁包括厚壁区域和薄壁区域，其中，所述薄壁区域与高温区域对应设置，所述厚壁区域与低温区域对应设置。

进一步，所述厚壁区域的内壁与所述坩埚之间的距离小于所述薄壁区域的内部与所述坩埚之间的距离。

进一步，所述高温区域包括所述加热器或者所述加热器的加热区域，所述加热器的加热区域包括通电的电极。

进一步，所述低温区域包括所述加热器之间的间隔或者所述加热器的非加热区域，所述加热器的非加热区域包括不通电的电极。

进一步，所述厚壁区域与所述薄壁区域的厚度差范围是2mm至10mm。

进一步，所述均热套筒均分为多个所述厚壁区域与多个所述薄壁区域，所述厚壁区域与所述薄壁区域交替设置。

进一步，所述均热套筒为整体构造或者由多个分体组合而成。

进一步，所述均热套筒的构成材料包括石墨或石墨碳纤维材料。

根据本发明提供的晶体生长装置，通过在加热器与坩埚之间设置于，所述均热套筒的侧壁包括厚壁区域和薄壁区域，利用壁厚的不同调节加热器对石墨坩埚辐射能量，平衡温度的影响，使石墨坩埚在旋转中从晶体生长装置辐射的热量尽可能相同。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1根据本发明示例性实施例的晶体生长装置的示意图；

图2根据本发明示例性实施例的晶体生长装置的截面图。

附图标记

1、炉体2、晶体

3、反射屏4、熔体

5、坩埚6、加热器

7、坩埚升降机构8、隔热结构

9、均热套筒

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的晶体生长装置。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图1所示的晶体生长装置，包括炉体1，所述炉体1中包括坩埚5，所述坩埚5的外围设置有加热器6，所述坩埚5中有熔体4，所述熔体4的上方为晶体2，所述坩埚5的上方围绕所述晶体2设置有反射屏3。作为一个实例，坩埚5中的熔体4为硅熔体，生长的晶体2为单晶硅棒。

示例性地，所述炉体1为不锈钢腔体，所述炉体1内为真空或者充满保护气体。作为一个实例，所述保护气体为氩气，其纯度为97％以上，压力为5mbar-100mbar，流量为70slpm-200slpm。

示例性地，所述坩埚5由耐高温耐腐蚀材料制成，坩埚5内盛装有用于晶体生长的熔体。在一个实施例中，坩埚5包括石英坩埚和/或石墨坩埚，坩埚5内盛装有硅料，例如多晶硅。硅料在坩埚5中被加热为用于生长单晶硅棒的硅熔体，具体地，将籽晶浸入硅熔体中，通过籽晶轴带动籽晶旋转并缓慢提拉，以使硅原子沿籽晶生长为单晶硅棒。所述籽晶是由一定晶向的硅单晶切割或钻取而成，常用的晶向为<100>、<111>、<110>等，所述籽晶一般为圆柱体。

示例性地，所述坩埚5的外围设置有加热器6，所述加热器6为石墨加热器，可以设置在坩埚5的侧面，配置为对坩埚5进行加热。进一步，所述加热器6包括围绕坩埚5进行设置的一个或多个加热器，以使坩埚5的热场分布均匀。

示例性地，炉体1内还设置有反射屏3，其位于坩埚5的上方，并且位于晶体2的外侧围绕所述晶体2设置，避免熔体4的热量以热辐射等形式传递到炉体1中，造成热损失。

进一步，晶体生长装置还包括坩埚升降机构7，配置为支撑和旋转坩埚轴，以实现坩埚7的升降。

进一步，晶体生长装置还包括隔热结构8，设置于炉体1的侧壁内侧，以防止热量散失实现炉体1的保温。如图1所示，反射屏3通过固定结构与隔热结构8相连，以将反射屏3固定在坩埚5的上方。

然而，在现有技术中，在圆周方向上的加热区域是不均匀的，这是将多个加热器间隔设置或者一个加热器中仅部分位置通电加热导致的。在一个实施例中，加热器6为圆环形的单个加热器，其环绕坩埚5设置，但该圆环形加热器配有多个(例如，四个)石墨电极座，固定在炉体1的四个电极位置上，其中相向的两个电极通入加热电流，另外两个仅用于固定加热器6。炉体1的电极利用水冷降低金属铜电极的温度，因此不通电的电极位置的区域温度低于通电电极位置的区域温度，因此在一定高度位置，圆周方向呈现高-低-高-低的温度变化，该温度变化导致辐射到坩埚5的热量也是波动的，进而导致坩埚5发生热循环应力，缩短了坩埚5的使用寿命。

针对上述问题，本发明提供了一种晶体生长装置，包括：

坩埚5，配置为盛装用于晶体生长的熔体4；

加热器6，设置于所述坩埚5周围，配置为加热所述坩埚5；

均热套筒9，所述均热套筒9设置于所述加热器6与所述坩埚5之间，所述均热套筒9的侧壁包括厚壁区域和薄壁区域，其中，所述薄壁区域与高温区域对应设置，所述厚壁区域与低温区域对应设置。

示例性地，所述厚壁区域的侧壁厚度大于所述薄壁区域的侧壁厚度。在一个实施例中，所述厚壁区域与所述薄壁区域的厚度差范围是2mm至10mm。

示例性地，所述薄壁区域与高温区域对应布置；所述厚壁区域与低温区域对应布置。其中，所述高温区域包括所述加热器或者所述加热器的加热区域，所述加热器的加热区域包括通电的电极；所述低温区域包括所述加热器之间的间隔或者所述加热器的非加热区域，所述加热器的非加热区域包括不通电的电极。

在一个实施例中，设置有多个加热器6，每个加热器6对应的区域为高温区域，加热器6之间的间隔区域为低温区域。在另一个实施例中，设置有一个加热器6，其中通电的加热区域为高温区域，不通电的非加热区域为低温区域。

示例性地，所述均热套筒9的外壁与所述加热器的间距处处相等；所述厚壁区域的内壁与所述坩埚5之间的距离小于所述薄壁区域的内壁与所述坩埚5之间的距离。

在一个实施例中，如图2所示，所述加热器6和所述坩埚5的横截面均为圆环形，因此，所述均热套筒9的外壁的横截面也为圆形，且加热器6与均热套筒9的圆心重合，以实现所述均热套筒9的外壁与所述加热器6的间距处处相等。然而，由于所述均热套筒9包括厚壁区域与所述薄壁区域，所述厚壁区域的侧壁厚度大于所述薄壁区域的侧壁厚度，因此，所述均热套筒9的内壁的横截面为类似齿轮的不规则形状，其中厚壁区域的内壁距离所述坩埚5较近，而薄壁区域的内壁距离所述坩埚5较远。

由于厚壁区域与低温区域对应布置，其接收的热辐射较少，但厚壁区域的内壁与坩埚5之间的距离较小，辐射形状系数较大；薄壁区域对高温区域对应布置，且接收的热辐射较多，但薄壁区域的内壁与坩埚5之间的距离较大，辐射形状系数较小；因此，通过增大厚壁区域的辐射形状系数，可以平衡温度相对较低的影响，使坩埚在旋转中从加热器均热套筒9辐射的热量尽可能相同。

通过减小坩埚5的热循环应力，延长了坩埚5的使用寿命，具体地，石墨坩埚的使用次数从30次延长至60次以上。此外，通过减少坩埚5圆周方向上的温度变化，使晶体生长工艺更加稳定可靠。

示例性地，所述均热套筒均分为多个所述厚壁区域与多个所述薄壁区域，所述厚壁区域与所述薄壁区域交替设置。

在一个实施例中，所述厚壁区域的数量和所述薄壁区域的数量取决于加热器6的数量或者加热器6中加热区域的数量，如图2所示，加热器6具有相对设置的两个加热区域，则相应地设计两个薄壁区域，而两个加热区域之间的非加热区域，则相应地设计两个厚壁区域，因此，厚壁区域与所述薄壁区域总是交替出现的。此外，多个厚壁区域中每一个的长度可以相同或不同，多个薄壁区域中每一个的长度可以相同或不同，厚壁区域之一与薄壁区域之一的长度可以相同或不同。优选地，将均热套筒9均分为多个厚度区域和多个薄壁区域，即每个厚壁区域和每个薄壁区域的长度均相同。

示例性地，所述均热套筒9为整体构造或者由多个分体组合而成。在一个实施例中，所述均热套筒9采用一体化设计，直接成型。在另一个实施例中，所述均热套筒9由多个厚壁区域和多个薄壁区域拼接组合而成。

示例性地，所述均热套筒9的构成材料包括保温隔热材料。在一个实施例中，所述均热套筒9的构成材料为高纯石墨。在另一个实施例中，均热套筒9的构成材料为碳/碳复合材料，碳/碳复合材料是利用碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点。

如图1所示，均热套筒9通过固定结构与隔热结构8相连，以将均热套筒9固定在坩埚5的周围。

根据本发明提供的晶体生长装置，通过在加热器与坩埚之间设置于，所述均热套筒的侧壁包括厚壁区域和薄壁区域，利用壁厚的不同调节辐射形状系数，平衡温度的影响，使坩埚在旋转中从晶体生长装置辐射的热量尽可能相同。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。