CN102695822A - 单晶生长装置的绝热装置和包括绝热装置的单晶生长装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了单晶生长装置的绝热装置和包括所述绝热装置的单晶生长装置。所述绝热装置安装在单晶生长装置的腔室内，并且所述绝热装置包括多个以第一距离隔开的绝热块。

Description

单晶生长装置的绝热装置和包括绝热装置的单晶生长装置
技术领域
本发明涉及单晶生长装置的绝热装置和包括所述绝热装置的单晶生长装置。
背景技术
通过以锭形式生长单晶硅，制造用于制作半导体的晶片。
用于生长单晶硅锭(IG)的典型制造方法包括在将单晶晶种浸入熔融的硅中然后缓慢将其提拉后以使晶体生长的提拉(CZ)法。
根据现有技术，热绝热体被设计成在单晶生长过程中阻止加热器产生的热量辐射到外面。通过该设计，加热器的外部由具有低导热性的热绝热体构成以避免热损失，并且如果可能的话，所述热绝热体的厚度较厚。
此外，尽管根据现有技术的单晶生长装置通过热绝热体的厚度来控制热释放，以阻止由加热器产生的热辐射到外面，但在抑制热释放上存在仅考虑热传导而未考虑其它因素如对流和辐射的局限。
发明内容
各实施方式提供了用于有效阻止热流的单晶生长装置的绝热装置和包括所述绝热装置的单晶生长装置。
在一个实施方式中，安装在单晶生长装置的腔室内的绝热装置包括多个以第一距离隔开的绝热块。
在另一个实施方式中，单晶生长装置包括：腔室，所述腔室包括加热器；和绝热装置，所述绝热装置安装在所述腔室内并在所述加热器的一侧，其中所述绝热装置包括多个以第一距离隔开的绝热块。
根据单晶生长装置的绝热装置和包括所述绝热装置的单晶生长装置，通过利用对流或辐射可有效地阻挡热流。
此外，根据实施方式，在单晶生长过程中，基于300mm，加热器功率值可降低至约3KW到约8KW，从而可降低石英坩埚的劣化现象，可提高热区寿命，并且可缩减制造成本。
此外，根据实施方式，如果热功率高，由于坩埚周围的温度高，熔融态变得不稳定。然而，通过降低热功率可稳定熔融态。
此外，如果应用根据实施方式的单晶生长装置的绝热装置，相比于现有技术的单晶生长装置，在相同的热功率操作过程中，减少了硅熔融时间。
此外，由于在大口径，例如约450mm的晶体生长过程中，加热器功率值的降低明显，所以降低后的值在大口径晶体生长技术中起重要作用。
附图说明
图1是根据实施方式的单晶生长装置的视图。
图2是说明根据第一实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
图3是说明根据第二实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
图4是说明根据第三实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
图5是根据现有技术的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。
图6是根据第一实施方式的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。
图7是根据第二实施方式的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。
具体实施方式
在对实施方式的说明中，应当理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在基板、每个层(或膜)、区域、衬垫或图案的“上/之上/上面/上部”时，它可以直接在基基板、每个层(或膜)、区域、衬垫或图案上，或者也可存在插入层。此外，应当理解的是，当层被称为在每个层(或膜)、区域、图案或结构“下/之下/下部”时，它可以、是直接在另一层(膜)、另一个区域、另一个衬垫或另一个图案下，或者也存在一个或多个插入层。因此，应当根据本公开的主旨判断其意思。
在附图中，为了说明清楚，每个元件的尺寸可放大，并且各元件的尺寸可与各元件的实际尺寸不同。并非附图中所绘的所有元件被包括并限于本公开，可添加或删除除本公开必要特征外的元件。
(实施方式)
图1是根据实施方式的单晶生长装置100的视图。
单晶生长装置100可包括腔室110、坩埚120、加热器127和提拉单元(未示出)。
例如，单晶生长装置100可包括腔室110、设置在所述腔室110中并且用于容纳硅熔融液(SM)的坩埚120、设置在所述腔室110中并且用于加热坩埚120的加热器127以及用于围绕单晶晶锭(IG)的冷却管115。
腔室110可提供进行预定过程以使用于硅晶片的单晶晶锭生长的空间，上述硅晶片可用于电子部件，例如半导体。
腔室110可包括用于容纳坩埚120的生长腔室和位于生长腔室上的用于使单晶晶锭(IG)生长的满腔室(full chamber)。
绝热装置130可安装在腔室110的内壁以阻止热量向腔室110的侧壁辐射。
根据实施方式，为了控制单晶硅生长过程中的氧浓度，多种因素，例如石英坩埚120的旋转内侧的压力条件是可控制的。例如，根据实施方式，为了控制氧浓度，可将氩气注入单晶硅生长装置的腔室110中，然后通过其底部排出。
坩埚120可装配在腔室110中以容纳硅熔融液(SM)，并且可由石英材料制成。由石墨制成的坩埚支撑体125可装配在坩埚120的外部以支撑坩埚120。坩埚支撑体125可固定在旋转轴(未示出)上。旋转轴可通过驱动单元(未示出)旋转，由此使坩埚120旋转，升高或降低坩埚120，从而将固-液界面保持在相同高度。
加热器127可装配在腔室110内以加热坩埚120。例如，加热器127可具有围绕坩埚支撑体125的圆筒形式。加热器127可使装入坩埚120的高纯度多晶硅块熔融以将其形成为硅熔融液(SM)。
根据实施方式，用于生长单晶硅锭(IG)的制造方法包括在将单晶晶种浸入熔融的硅中然后缓慢将其提拉后以使晶体生长的提拉(CZ)法。
根据该方法，首先，在从晶种生长细长的晶体的缩颈工序后，进行沿直径方向生长晶体以形成目标直径的扩肩工序，然后进行使晶体生长成具有预定直径的等径生长工序。接着，在晶体等径生长成具有预定长度后，进行缓慢减小晶体直径以将其与熔融硅分离的收尾工序。之后，完成单晶晶锭(IG)的生长。
图1是说明单晶晶锭(IG)生长过程中的等径生长工序的视图。
图2是根据第一实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
根据第一实施方式的单晶生长装置的绝热装置130可包括多个绝热块131～135，所述多个绝热块131～135分别以第一预定距离d1隔开形成。
根据实施方式，通过具有所述多个隔开的绝热块131～135而不是具有一个块的绝热装置130形成绝热，可通过与辐射有关的绝热效果来降低加热器的功率值。
参见图2，绝热块的数量是5，但不限于此，因而也可多于两个绝热块。
此外，根据实施方式，通过将绝热块131～135之间的隔开距离设置成约1mm到约5mm的第一距离d1，可通过与辐射有关的绝热效果来降低加热器的功率值。
根据实施方式，绝热块131～135之间的隔开距离，即第一间距d1不必相同，并且可在约1mm到约5mm的范围内变化。
表1
  绝热块之间的距离   0mm   1mm   3mm   5mm
  加热器功率值   97.9KW   97.1KW   97.6KW   97.8KW
表1是根据绝热块之间的第一距离的加热器功率值。
根据第一实施方式，具有多个绝热块且绝热块之间的隔开距离为约1mm到约5mm，通过与辐射有关的绝热效果可将加热器的功率值减少约1KW。
图3是根据第二实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
第二实施方式可采用第一实施方式的技术特征。
根据第二实施方式的单晶生长装置的绝热装置还可包括在绝热块131、132、133、134和135之间的第一绝热层137。
例如，根据实施方式，考虑辐射作用，可在所述多个绝热块之间插入辐射率比绝热块低的第一绝热层137。
例如，如果加入具有小于0.8的辐射率的材料作为第一绝热层137，则绝热效果提高，从而降低热功率值。
根据实施方式，可采用(与具有约0.8的辐射率的石墨相比)具有约0.45的低辐射率的钢作为第一绝热层137的材料，但各实施方式不限制于此。
根据实施方式，绝热块与第一绝热层137之间的第二距离d2可在约1mm和约10mm之间。
表2
  绝热块与第一绝热层之间的距离   1mm   5mm   10mm
  热功率值   95.82KW   96.62KW   97.35KW
表2是根据绝热块与第一绝热层之间的第二距离d2的加热器功率值。
根据第二实施方式，如果作为第一绝热层137的低辐射率的材料被附加插入在绝热块之间，绝热效果会提高，从而确认大大地降低加热器功率值。
图4是根据第三实施方式的单晶生长装置的绝热装置的局部截面图。
第三实施方式可采用第一和第二实施方式的技术特征。
第三实施方式可包括在绝热块131～135的外壁上的涂布的第二绝热层138。
第二绝热层138可具有比绝热块低的辐射率，并且第二绝热层138之间的第三距离d3可在约1mm和约10mm之间。
图5是根据现有技术的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。图6是根据第一实施方式的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。图7是根据第二实施方式的单晶生长装置的绝热装置的热分布模拟结果。
参见图5，根据现有技术，包括腔室10、加热器27以及单个块的热绝热体30。参见图6，根据第一实施方式，以约1mm间隔配置五个绝热块。
根据第一实施方式，绝热块是多个，并且绝热块之间的隔开距离在约1mm和约10mm之间。因此，可通过与辐射有关的绝热效果来将加热器的功率值减少约1KW。
在图7中，将作为第一绝热层的低辐射率材料插入在绝热块之间以提高绝热效果。例如，具有约1mm厚的钢材料的第一绝热层137插入在石墨的绝热块之间，与绝热块隔开约1mm。
根据第二实施方式，如果将作为第一绝热层137的低辐射率材料插入在绝热块之间，绝热效果提高，使得加热器功率值降低超过3KW。
根据单晶生长装置的绝热装置和包括所述绝热装置的单晶生长装置，通过对流或辐射可有效地阻挡热流。
而且，在单晶生长过程中，基于300mm的加热器功率值可低至约3KW到约8KW，从而可降低石英坩埚的劣化现象。
此外，根据实施方式，如果热功率高，由于坩埚周围的温度高，熔融态变得不稳定。然而，通过降低热功率可稳定熔融态。
而且，如果应用根据实施方式的单晶生长装置的绝热装置，相比于现有技术的单晶生长装置，在相同的热功率操作过程中，减少了硅熔融时间。
此外，由于在大口径，例如约450mm的晶体生长过程中，加热器功率值的降低明显，所以降低后的值在大口径晶体生长技术中起重要作用。
尽管已经参照其多个说明性的实施方式描述了各实施方式，但应理解的是，本领域技术人员可想出很多其它修改和实施方式，这些修改和实施方式将落入本公开原理的主旨和范围内。
更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可在主题结合布置的部件和/或布置上进行多种变更和修改。除了部件和/或布置的变更和修改，替换使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的。
根据实施方式，在单晶生长过程中，基于约300mm的硅锭直径，加热器功率值可降低至约3KW到约8KW，但各实施方式不限于此。
例如，在晶体生长过程中，可应用于大口径，例如450mm的硅锭以降低加热器功率值。

Claims (16)

1.一种绝热装置，所述绝热装置安装在单晶生长装置的腔室内，所述绝热装置包括：
多个以第一距离隔开的绝热块。
2.根据权利要求1所述的绝热装置，其中所述绝热块之间的所述第一距离为约1mm～约5mm。
3.根据权利要求1所述的绝热装置，所述绝热装置进一步包括位于所述绝热块之间的第一绝热层。
4.根据权利要求3所述的绝热装置，其中所述绝热块与所述第一绝热层之间的第二距离为约1mm～约10mm。
5.根据权利要求4所述的绝热装置，其中所述第一绝热层具有比所述绝热块低的辐射率。
6.根据权利要求5所述的绝热装置，其中所述第一绝热层具有低于约0.8的辐射率。
7.根据权利要求1所述的绝热装置，所述绝热装置进一步包括涂布在所述绝热块的外壁上的第二绝热层。
8.根据权利要求7所述的绝热装置，其中所述第二绝热层具有比所述绝热块低的辐射率。
9.一种单晶生长装置，包括：
腔室，所述腔室包括加热器；和
绝热装置，所述绝热装置安装在所述腔室内并在所述加热器的一侧，
其中所述绝热装置包括多个以第一距离隔开的绝热块。
10.根据权利要求9所述的单晶生长装置，其中所述绝热装置的所述绝热块之间的第一距离为约1mm～约10mm。
11.根据权利要求9所述的单晶生长装置，其中所述绝热装置进一步包括位于所述绝热块之间的第一绝热层。
12.根据权利要求11所述的单晶生长装置，其中所述绝热块与所述第一绝热层之间的第二距离为约1mm～约10mm。
13.根据权利要求11所述的单晶生长装置，其中所述第一绝热层具有比所述绝热块低的辐射率。
14.根据权利要求13所述的单晶生长装置，其中所述第一绝热层具有低于约0.8的辐射率。
15.根据权利要求9所述的单晶生长装置，进一步包括涂布在所述绝热块的外壁上的第二绝热层。
16.根据权利要求15所述的单晶生长装置，其中所述第二绝热层具有比所述绝热块低的辐射率。
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