CN110846713A - 一种半导体硅材料生长炉 - Google Patents
一种半导体硅材料生长炉 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110846713A CN110846713A CN201911353415.6A CN201911353415A CN110846713A CN 110846713 A CN110846713 A CN 110846713A CN 201911353415 A CN201911353415 A CN 201911353415A CN 110846713 A CN110846713 A CN 110846713A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crucible
- furnace
- gas
- silicon material
- furnace body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 53
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 16
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/02—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method without using solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
Abstract
本发明公开了一种半导体硅材料生长炉，包括炉体、位于炉体内的隔热层、加热器、坩埚，加热器围绕坩埚，隔热层围绕在坩埚及加热器外围，所述坩埚上方固定有坩埚上气罩；坩埚上气罩顶部连接有进气管，坩埚上气罩的两侧设有向加热器方向延伸出的气孔；所述隔热层内设有自下向上延伸的内置排气管，炉体外壁上方开有与排气管连通的抽气口，该方案中通过进气管、坩埚上气罩、内置排气管等结构，将溶液表面挥发出的一氧化硅及加热器挥发出的石墨排出炉体外，实现炉内无挥发物沉积，从而实现半导体长晶炉的清洁生产，提高晶体质量。
Description
技术领域
本发明属于硅晶体材料生长炉技术领域。
背景技术
硅材料由于具有单方向导电性、热敏特性、光电特性以及掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度单晶体，且价格适中，故而成为全球应用广泛的重要集成电路基础材料。
半导体硅材料主要为单晶硅材料，按照应用场景划分，半导体硅材料可以分为芯片用单晶硅材料和蚀刻用硅材料。其中芯片用单晶硅材料是制造半导体器件的基础原材料，芯片用单晶硅材料经过一系列晶圆制造工艺形成极微小的电路结构，再经切割、封装、测试等环节成为芯片，并广泛应用于集成电路下游市场。蚀刻用硅材料则是加工制成半导体级硅部件，用于蚀刻设备上的硅电极，由于硅电极在硅片氧化膜刻蚀等加工工艺过程会逐渐腐蚀并变薄，当硅电极厚度减少到一定程度后，需要更换新的硅电极，因此硅电极是晶圆制造蚀刻环节所需的核心耗材。
硅材料耗材生长炉是重要的蚀刻用硅材料制备设备，该设备通过在特定的压力、温度下将坩埚中的多晶硅原料熔化，重新结晶成特定形状的硅材料。在硅材料生长过程中，晶体纯度是半导体级长晶设备区别于太阳能级的长晶设备一个重要的因素。而如何能够在现有技术的基础上进一步提高晶体纯度是本领域中一致致力解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供一种半导体硅材料耗材生长炉，解决如何提高硅材料制备过程中多晶硅原料熔化后重新结晶的晶体纯度的问题。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种半导体硅材料生长炉，包括炉体、位于炉体内的隔热层、加热器、坩埚，加热器围绕坩埚，隔热层围绕在坩埚及加热器外围，所述坩埚上方固定有坩埚上气罩；坩埚上气罩顶部连接有进气管，坩埚上气罩的两侧设有向加热器方向延伸出的气孔；所述坩埚与隔热层之间形成与气孔连通的间隙，加热器位于该间隙内，所述隔热层内设有自下向上延伸的内置排气管，炉体外壁上方开有与排气管连通的抽气口；内置排气管的底部与间隙的底部连通。
进一步的，所述进气管为可伸缩气管，包括多段同轴连接的分管。
进一步的，所述气孔位于坩埚上气罩的侧壁上并且斜向下延伸。
进一步的，所述进气管向上延伸出炉体上壁。
进一步的，所述炉体内部还设有石墨气罩，该石墨气罩固定在炉体上，石墨气罩内壁与隔热层外侧连接。
进一步的，所述进气管的顶端为进气口，进气口外接氩气管；进气管及坩埚上气罩均为石墨材料。
进一步的，内置排气管的材料为石墨或者CC复合材料；内置排气管的数量为两个。
有益效果：相对于现有技术，本发明技术方案的优点为：
1、本发明涉及一种新型的半导体长晶炉的排气结果，通过进气管、坩埚上气罩、内置排气管等结构，将溶液表面挥发出的一氧化硅及加热器挥发出的石墨排出炉体外，实现炉内无挥发物沉积，从而实现半导体长晶炉的清洁生产，提高晶体质量。
2、本发明涉及的进气口和可延长进气管，直接与坩埚上气罩相互连接，能够在长晶全过程，将全部氩气直接吹到液体表面，保证液面位置的气流量，能够最大效果的带走液面的一氧化硅等挥发物，保证晶体质量。
3、本发明涉及到气罩结构，能够将液面的气体导向下方，保证气流的方向。
4、本发明涉及到的内置排气管，嵌在隔热层内部，隔热层具备保温作用，高温气体进入后，不会因为温度降低，造成一氧化硅等挥发物的沉积，保证炉内清洁。
附图说明
图1是本发明中半导体硅材料生长炉的剖面示意图。
图2是本发明中半导体硅材料生长炉的剖面示意图，并展示了当坩埚下移、进气管伸长时的状态。
具体实施方式
请结合图1及图2所示，本实施例公开一种半导体硅材料生长炉，包括炉体11、位于炉体内的隔热层12、加热器13、坩埚14。加热器13围绕坩埚14，隔热层12围绕在坩埚14及加热器13外围。所述坩埚14上方固定有坩埚上气罩15；坩埚上气罩15顶部连接有进气管2。坩埚上气罩15的两侧设有向加热器13方向延伸出的气孔3，气孔3位于坩埚上气罩15的侧壁上并且斜向下延伸。所述坩埚14与隔热层12之间形成与气孔3连通的间隙16。加热器13位于该间隙16内。所述隔热层12内设有自下向上延伸的内置排气管5。炉体外壁上方开有与排气管连通的抽气口4；内置排气管5的底部与间隙16的底部连通。所述进气管的顶端为进气口1，进气口1外接氩气管(未图示)。进气管2及坩埚上气罩15均为石墨材料。
在本实施方式中，所述进气管2为可伸缩气管，包括多段同轴连接的分管。气管2为石墨材料，分为内中外三层。气管2下端搭在坩埚上气罩15的中心孔上。如图2所示，由于长晶时，坩埚14会向下运动，当坩埚14向下运动时，坩埚上气罩15随之下降，内中外层气管会分离，可伸缩气管2会随之伸长，且保持下端与坩埚上气罩15接触。
当位于坩埚14内的硅材料在加热器13的加热下熔化时。氩气从进气口1进入炉体内，并通过进气管2及坩埚上气罩15，将氩气直接吹到熔化的硅材料液体表面，流动的氩气会带走熔液表面的一氧化硅，从而降低液体中的氧含量，然后带有一氧化硅气体的气流通过坩埚上气罩15斜向下方的气孔3向下流动，气孔3向下向加热器13方向延伸，自气孔3流出的氩气经过加热器13带走加热器表面挥发的石墨而自间隙16向下至间隙16底部后，经过内置排气管5向上流动，由于内置排气管5在隔热层12内，高温气流的温度不会降低，因此挥发物不会大量沉积在排气管内，当气体流动到上方时，通过抽气口4排出炉体。所述炉体内部还设有石墨气罩6，该石墨气罩6固定在炉体上，石墨气罩6内壁与隔热层12外侧连接。由于石墨气罩6的封锁和内置排气管5的抽力作用，气体只能通过内置排气管5向上流动。在本实施方式中，内置排气管5的材料为石墨或者CC复合材料；内置排气管5的数量为两个。炉体外部可连接过滤桶等收齐气体挥发物。
本发明的优势在于炉内清洁，由于仅有一个进气口，炉内气流会在进气压力和抽空的作用下流动，并带走炉内挥发物，从而保证炉内清洁。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种半导体硅材料生长炉，包括炉体、位于炉体内的隔热层、加热器、坩埚，加热器围绕坩埚，隔热层围绕在坩埚及加热器外围，
其特征在于，所述坩埚上方固定有坩埚上气罩；坩埚上气罩顶部连接有进气管，坩埚上气罩的两侧设有向加热器方向延伸出的气孔；所述坩埚与隔热层之间形成与气孔连通的间隙，加热器位于该间隙内，所述隔热层内设有自下向上延伸的内置排气管，炉体外壁上方开有与排气管连通的抽气口；内置排气管的底部与间隙的底部连通。
2.根据权利要求1所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：所述进气管为可伸缩气管，包括多段同轴连接的分管。
3.根据权利要求1或2所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：所述气孔位于坩埚上气罩的侧壁上并且斜向下延伸。
4.根据权利要求2所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：所述进气管向上延伸出炉体上壁。
5.根据权利要求1所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：所述炉体内部还设有石墨气罩，该石墨气罩固定在炉体上，石墨气罩内壁与隔热层外侧连接。
6.根据权利要求1所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：所述进气管的顶端为进气口，进气口外接氩气管；进气管及坩埚上气罩均为石墨材料。
7.根据权利要求6所述的半导体硅材料生长炉，其特征在于：内置排气管的材料为石墨或者CC复合材料；内置排气管的数量为两个。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911353415.6A CN110846713A (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 一种半导体硅材料生长炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911353415.6A CN110846713A (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 一种半导体硅材料生长炉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110846713A true CN110846713A (zh) | 2020-02-28 |
Family
ID=69610805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911353415.6A Pending CN110846713A (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 一种半导体硅材料生长炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110846713A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112725903A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-30 | 南京晶升能源设备有限公司 | 一种碳化硅原料合成炉的热场及合成炉 |
| CN114540939A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-27 | 杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 | 一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201908153U (zh) * | 2010-12-18 | 2011-07-27 | 江阴市华英光伏科技有限公司 | 一种单晶炉热场排气装置 |
| CN102453959A (zh) * | 2010-10-20 | 2012-05-16 | 中央大学 | 长晶炉的气流导引装置 |
| CN202595325U (zh) * | 2012-05-09 | 2012-12-12 | 熊红兵 | 一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置 |
| KR20160052166A (ko) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 성장 장치 |
| CN211734525U (zh) * | 2019-12-25 | 2020-10-23 | 南京晶升能源设备有限公司 | 一种半导体硅材料生长炉 |
-
2019
- 2019-12-25 CN CN201911353415.6A patent/CN110846713A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102453959A (zh) * | 2010-10-20 | 2012-05-16 | 中央大学 | 长晶炉的气流导引装置 |
| CN201908153U (zh) * | 2010-12-18 | 2011-07-27 | 江阴市华英光伏科技有限公司 | 一种单晶炉热场排气装置 |
| CN202595325U (zh) * | 2012-05-09 | 2012-12-12 | 熊红兵 | 一种用于晶体硅铸锭炉的气体导流装置 |
| KR20160052166A (ko) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 성장 장치 |
| CN211734525U (zh) * | 2019-12-25 | 2020-10-23 | 南京晶升能源设备有限公司 | 一种半导体硅材料生长炉 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112725903A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-04-30 | 南京晶升能源设备有限公司 | 一种碳化硅原料合成炉的热场及合成炉 |
| CN114540939A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-27 | 杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 | 一种半导体生长炉用调节控制系统及其调节方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN211734525U (zh) | 一种半导体硅材料生长炉 | |
| CN110846713A (zh) | 一种半导体硅材料生长炉 | |
| CN208899038U (zh) | 一种光伏用排气石墨坩埚装置 | |
| TWI808423B (zh) | 一種單晶爐熱場結構、單晶爐及晶棒 | |
| CN103590103B (zh) | 一种多晶硅铸锭炉氩气导流系统及其导流方法 | |
| CN201908153U (zh) | 一种单晶炉热场排气装置 | |
| TWI554660B (zh) | 用於製造結晶矽錠的裝置（二） | |
| JP4815003B2 (ja) | シリコン結晶成長用ルツボ、シリコン結晶成長用ルツボ製造方法、及びシリコン結晶成長方法 | |
| CN204714943U (zh) | 一种多晶铸锭炉氩气吹扫导流装置 | |
| CN100415945C (zh) | 一种提高直拉硅单晶炉热场部件寿命的方法及单晶炉 | |
| CN206783819U (zh) | 一种直拉单晶炉热场装置 | |
| CN110923803A (zh) | 一种半导体硅材料耗材生长炉及硅材料制备方法 | |
| CN201971920U (zh) | 一种降低铸造多晶硅碳含量的装置 | |
| CN204097597U (zh) | 一种多晶硅铸锭炉的活动坩埚盖板 | |
| CN205420598U (zh) | 单晶炉短加热器 | |
| CN211734524U (zh) | 一种半导体硅材料耗材生长炉 | |
| CN107043955A (zh) | 一种活性气体辅助生长晶体硅的方法 | |
| CN211734531U (zh) | 一种半导体硅材料生长用坩埚及生长炉 | |
| CN215517736U (zh) | 一种提高单晶少子寿命的高纯石英吸料装置 | |
| CN113737270B (zh) | 一种热场的排气装置 | |
| CN102492980B (zh) | 一种多晶硅沉积用的硅芯的制备方法及装置 | |
| KR101044124B1 (ko) | 실리콘 단결정 잉곳 제조장치의 클리닝 방법 및 클리닝 모듈 | |
| CN211734530U (zh) | 一种半导体硅材料生长炉的石墨伸缩气管及生长炉 | |
| JP5776587B2 (ja) | 単結晶製造方法 | |
| CN203530493U (zh) | 多晶硅铸锭炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 211113 west side of building B4, Hongfeng science and Technology Park, Nanjing Economic and Technological Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: Nanjing Jingsheng Equipment Co.,Ltd. Address before: No. 30-1, HENGFA Road, Nanjing Economic and Technological Development Zone, Nanjing, Jiangsu, 211113 Applicant before: NANJING CRYSTAL GROWTH & ENERGY EQUIPMENT Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information |