专利名称：一种直拉硅单晶制备用坩埚的制作方法
技术领域：
一种直拉硅单晶制备用坩埚技术领域本发明涉及到用于制造集成电路和其它电子元件半导体级硅单晶体的设备。 特别是涉及到一种生产单晶硅棒的热场中供热部件，即用于支撑装有多晶硅料的 石英埚的坩埚。半导体硅单晶体约85%均用切克劳斯基(Czochralski)法制造。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(称做籽晶)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。在生长过程的尾期，此时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埚的供热量将晶体直径渐渐^"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。简言之，本发明涉及到一种称做切克劳斯基(直拉)法硅晶体棒的生长工艺，该晶棒是圆 形物体，具有一个中心轴， 一个籽晶端锥体和一个尾端锥体，在这两个锥体之间是近乎恒定直径的圆柱体。直拉硅单晶在制造时大致分为这么几个阶段装多晶料、抽空、多晶硅熔化、 颈及肩的生长、等直径生长、尾部晶体的生长、晶体冷却，其中大部分过程是吸 热过程，也就是说要外部供给热量。单晶炉中一般有一个主发热体(石墨制)， 在其两端通上直流电，产生热量。发热体处在吸热体的外面，也就是说，热量是 由外向内传导(径向)。随着硅单晶直径的加大(0200mm， 0)300mrn， O300, 以上)，单晶炉热场的尺寸变得越来越大，每炉装入的多晶硅重量从原来的45KG 到现在的100 — 300KG，相应地，石墨坩埚的重量也大大增加了， 一个人不能安 全地安装和取下它。在上埚至埚底的交接处由于物料增加出现损坏现象，因此减 轻它的重量、增加强度及方便安装成了当务之急。 发明内容本实用新型的目的是提供一种直拉硅单晶制备用坩埚，该坩埚重量轻、宜安 装，它的使用寿命与原有结构的坩埚相当。为达到上述目的本实用新型采用以下技术方案这种直拉硅单晶制备用坩埚，它包括坩埚上部、与下轴连接的埚底，所述的坩埚上部的内侧沿坩埚的轴 心等分多块拼装加强圈，另一外圈套在加强圈外。本实用新型中的坩埚可使用材料有石墨，其中，加强圈或者是埚底等可采用 纯化等径压石墨，碳纤维、钼片等，这些材料市场有售。加强圈的结构形式可为 实体桶或网格桶(称为篮子)，上面的孔可以是正方的，长方的也可以是圆的或 椭圆的。本实用新型优点是该坩埚重量轻、宜安装，它的使用寿命与原有结构的坩埚相当。
图1 :切克劳斯基(直拉)法制造硅单晶的单晶炉的主剖视图图2 :图1中的已有坩祸的构成及与石英锅、下轴的安装位置的主视图图3a :本实用新型的一种坩埚主视图图3b :图3a俯视图图4 :图3a中的加强圈在两等分时的立体图 图5a: —种桶结构图图5b:另一种桶的结构示意图具体实施方式
图I中，单晶炉包括1为籽晶(一种特定晶向的硅单晶体)，13为硅熔体，16为石英埚，14为石墨埚，i9为熔化硅表面，3为硅单晶棒，4为上盖板，20 为热屏，8为炉筒，9为尾气出口， 5保温材料，IO为下保温，ll为下轴，12为 底保温，6为测温孔，7为主发热体。图2中，16是石英埚，它位于石墨坩埚内，22是坩埚上部；23是埚底， 埚底与下轴24连接。除石英埚外，其它部件都是由石墨制成。图3a、图3b中，23为与下轴连接的埚底，所述的坩埚上部的内侧沿柑埚的轴心等分多块拼装加强圈30，另一外圈29套在加强圈30外。部件29和部件30可以是由碳纤维材料制成，而且它们的结构可以是整体圆 桶形的(见图5a)，也可以有网格的桶，象篮子一样(见图5b)。部件23也可以用碳纤维材料制成。而且，部件30可以沿坩埚的轴心等分为 2—12等分，见图4 (两等分时)。操作步骤先将石英埚放入石墨埚支持器内，把多晶硅材料放入石英埚内， 装上特定晶向的籽晶，合上炉室，并抽真空，然后加热使硅熔化，等硅完全熔化 后，逐步降至熔硅的温度至硅的熔点附近。让石英埚和籽晶反向旋转，将硅籽晶 慢慢下降，并与熔硅接触，然后以一定的速度向上提升籽晶，此过程的目的主要 是消除籽晶中因热冲击形成的位错缺陷。待籽晶提升到一定长度时，将提升速度减慢，同时略降低熔体的温度，使籽晶直径加大，当籽晶直径增大到比目标直径 约低10毫米左右时，增加提升速度，使晶体近乎等直径生长。在石英埚内存储 硅料不多时，再提高提升速度，同时适当增加加热的功率，使晶体直径变化至一 个倒锥形，当锥尖足够小时，它会脱离硅熔体，这时晶体的生长过程结束。等晶 体冷却到近乎室温时，可将晶体取下。
权利要求1、一种直拉硅单晶制备用坩埚，它包括坩埚上部、与下轴连接的埚底，其特征在于所述的坩埚上部的内侧沿坩埚的轴心等分多块拼装加强圈，另一外圈套在加强圈外。
2、 根据权利要求1所述的一种直拉硅单晶制备用坩埚，其特征在于所述 的等分多块拼装加强圈为2—12等分。
专利摘要本实用新型提供了直拉硅单晶制备用坩埚，它用在一种名为切克劳斯基(或称直拉)法制造的硅单晶生长方法中，硅晶体在生长室内生长。这种直拉硅单晶制备用坩埚包括坩埚上部、与下轴连接的埚底，所述的坩埚上部的内侧沿坩埚的轴心等分多块拼装加强圈，另一外圈套在加强圈外。本实用新型优点是该坩埚重量轻、宜安装，它的使用寿命与原有结构的坩埚相当。
文档编号C30B15/10GK201089805SQ20072017348
公开日2008年7月23日 申请日期2007年9月29日 优先权日2007年9月29日
发明者吴志强, 舰 姜, 彬 崔, 戴小林 申请人:北京有色金属研究总院;有研半导体材料股份有限公司