CN112301417B

CN112301417B - 锭生长装置用坩埚

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Publication number: CN112301417B
Application number: CN202010759728.8A
Authority: CN
Inventors: 姜仁求; 金度延; 李荣中
Original assignee: LG Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: KR102237292B1; US20210032768A1; KR20210014953A; US11608567B2; CN112301417A

Abstract

本发明提供一种能够增加石墨坩埚的寿命的锭生长装置用坩埚，本发明的一实施例的锭生长装置用坩埚，其包括：石英坩埚，盛放硅熔液，具有呈曲面形态的底面部；石墨坩埚，容置所述石英坩埚，以底面为基准呈至少两个被分割的主体形态；以及内支撑件，支撑在所述石英坩埚的底面和所述石墨坩埚之间。

Description

锭生长装置用坩埚

技术领域

本发明涉及能够增加石墨坩埚的寿命的锭生长装置用坩埚。

背景技术

随着半导体元件制造用硅片的大口径化，硅片的大部分从利用丘克拉斯基(CZ)法生长的硅单晶锭进行制造。

在CZ法中，向坩埚投放多晶硅，将坩埚利用作为石墨发热体的加热器进行加热后，在熔融结果形成的硅熔液接触种晶，并在界面引起结晶化，以将种晶进行旋转且渐渐地提拉，从而生长出具有所需的直径的硅单晶锭。

图1是示出现有技术的锭生长装置用坩埚及硅熔液的荷重分布的侧剖视图。

如图1所示，现有技术的坩埚包括盛放硅熔液的石英坩埚10和容置石英坩埚10的石墨坩埚20，石墨坩埚20在纵方向上可以由被分割的两个主体21、22构成。

石墨坩埚20的下部由凸出的形态构成，石墨坩埚20的下部安置在外部支撑件30的顶面槽30h，外部支撑件30可以利用坩埚驱动部(未图示)进行旋转驱动。

当如上所述构成的坩埚中盛放的多晶硅被加热时，在硅熔融时，硅熔融液和石英坩埚10进行反应而产生氧化硅SiO气体。

这样的SiO气体从腔室内与氩Ar气体一同利用真空泵向腔室外排出，但是其一部分进入石墨坩埚20和石英坩埚10之间，使得SiO和石墨坩埚的碳C进行反应，从而进行石墨坩埚20的碳化硅SiC化。

SiC和C的热膨胀系数显著地不同，因此，在石墨坩埚20的冷却/加热期间，将发生因热膨胀差引起的应力，石墨坩埚20的耐久性逐渐变得脆弱而产生龟裂。

并且，石墨坩埚20的SiC化层和石英坩埚10的二氧化硅SiO2进行反应而产生氧化硅SiO和一氧化碳CO气体，随着这些气体的流动，在石墨坩埚20将产生蚀刻。这样的石墨坩埚20的龟裂将缩短石墨坩埚20的寿命，并使位于石墨坩埚20的内侧的石英坩埚10的模样发生变形。

韩国公开发明专利第2008-056406号(2006.12.18.申请)中披露有硅单晶锭制造装置，其包括：石英坩埚，多晶硅碎块进入所述石英坩埚并熔融；第一坩埚支撑台，以包围石英坩埚的方式形成为一体型，防止石英坩埚的模样变形；以及第二坩埚支撑台(石墨坩埚)，以包围第一坩埚支撑台的方式形成，被分离为两部分以上。

通过CCM材质的第一坩埚支撑台包围石英坩埚，被分离为两部分以上的第二坩埚支撑台(石墨坩埚)以包围第一坩埚支撑台的方式构成，旨在利用第一坩埚支撑台控制石英坩埚的变形。

随着锭的大口径化的进行，在锭生长工艺中，将较大地作用有硅熔液的荷重，硅熔液的荷重在结构上将向第一坩埚支撑台和石墨坩埚的底面及侧面进行作用。

因此，第一坩埚支撑台因受到较大的荷重而容易地变形，在防止石英坩埚的变形方面存在有局限。

并且，向被分割为两部分以上的石墨坩埚的侧面也作用有较大的荷重，因此，使石墨坩埚的分割部分之间被拉开，石英坩埚的一部分向石墨坩埚的分割面之间渗透，并使石墨坩埚的分割部分之间被更加拉开，从而缩短坩埚的寿命。

发明内容

本发明为了解决上述的现有技术的问题而提出，本发明的目的在于提供一种能够增加石墨坩埚的寿命的锭生长装置用坩埚。

本发明的一实施例提供一种锭生长装置用坩埚，其包括：石英坩埚，盛放硅熔液，具有呈曲面形态的底面部；石墨坩埚，容置所述石英坩埚，以底面为基准呈至少两个被分割的主体形态；以及内支撑件，支撑在所述石英坩埚的底面和所述石墨坩埚之间。

所述内支撑件可以设置有带有弧度的顶面槽，所述石英坩埚的底面部安置在所述顶面槽。

所述石墨坩埚可以包括：侧面部，呈圆筒形状，支撑所述石英坩埚的侧面和所述内支撑件的侧面；以及底面部，连接在所述侧面部的下端。

本发明可以还包括将所述石英坩埚和所述石墨坩埚之间产生的气体向所述石墨坩埚外部排出的排气流路。

所述排气流路可以沿着所述石墨坩埚的圆周方向彼此隔开预定间隔设置有多个。

所述排气流路可以包括形成在所述石墨坩埚的内周面或所述内支撑件的外周面的狭缝。

所述排气流路可以包括排出口，所述排出口贯穿所述石墨坩埚的底面，以与所述狭缝相连通。

本发明可以还包括支撑所述石墨坩埚的下部的外支撑件。

所述排出口可以设置在所述外支撑件外侧。

根据本发明的锭生长装置用坩埚，当石英坩埚容置在被分割为至少两个主体的石墨坩埚内部时，作为一个主体形态的内支撑件可以支撑在石英坩埚的底面和石墨坩埚之间，利用内支撑件防止石墨坩埚的主体被拉开，从而能够增加坩埚的寿命。

并且，即使向石英坩埚和石墨坩埚之间流入气体，或者在石英坩埚和石墨坩埚之间产生气体，也使所述气体通过内支撑件侧的狭缝和石墨坩埚侧的排出口向外部逃离，能够增大石墨坩埚的耐久性的同时防止石墨坩埚的蚀刻。

附图说明

图2是示出本发明的锭生长装置的侧剖视图。

图3是分解示出图2中采用的坩埚的一例的侧剖视图。

图4是示出图2中采用的坩埚及硅熔液的荷重分布的侧剖视图。

图5是示出图2中采用的坩埚的石墨坩埚的俯视图。

附图标记说明

110：腔室；120：拉晶炉；200：坩埚；210：石英坩埚；220：石墨坩埚；230：外支撑件；240：内支撑件

具体实施方式

以下，参照附图对本实施例进行详细的描述。

图2是示出本发明的锭生长装置的侧剖视图。

如图2所示，本发明的锭生长装置可以包括：作为密闭空间的腔室110及拉晶炉120；设置在腔室110内侧的坩埚200；加热坩埚200的加热器300；防止加热器的热量向外部逃离的隔热件400；旋转驱动坩埚200的坩埚驱动部500；以及冷却从坩埚200提拉的单晶锭的热屏蔽构件600。

腔室110提供单晶锭生长的规定的密闭空间，各种结构元件可以安装在腔室110的内/外侧。

腔室110可以包括内置各种结构元件的圆筒形状的本体111和结合在本体111上侧的圆顶形状的盖112，在盖112可以设置有能够观察锭生长工艺的视见区(view port)。

拉晶炉120呈能够提拉单晶锭的长圆筒形状，其可以设置在腔室110的上侧。

坩埚200设置在本体111内侧，其为盛放高温的硅熔液M的容器，坩埚200可以能够旋转的方式设置在腔室110内侧，以下对其详细的结构进行说明。

加热器300是石墨发热体，其在坩埚200周缘以隔开的方式设置，并可以加热坩埚200。当加热器300运转时，可以将坩埚200中盛放的多晶硅液化为硅熔液，并可以调节加热器300的运转来控制硅熔液的温度。

隔热件400设置在本体111内周面，并在加热器300周缘以与所述加热器300隔开的方式配置，由此，能够防止加热器300的热量通过本体111向外部逃离。

坩埚驱动部500设置在坩埚200下侧，其可以使坩埚200进行旋转及升降。坩埚驱动部500可以包括驱动轴在内的驱动电机等。

当将种晶浸入硅熔液M，并利用坩埚驱动部500使坩埚200渐渐地旋转时，种晶周边生长单晶，当将种晶渐渐地提拉时，单晶的直径逐渐变大，从而可以生长为单晶锭。随着锭生长工艺的进行而坩埚200中盛放的硅熔液M减少，利用坩埚驱动部500使坩埚200渐渐地升降，并能够使硅熔液M界面的高度维持恒定。

即，随着锭生长工艺的进行，通过调节坩埚驱动部500的运转，能够控制坩埚200的旋转速度及升降速度。

热屏蔽构件600以悬挂在坩埚200上侧的方式设置，热屏蔽构件600可以即刻冷却从高温的硅熔液M生长的锭。热屏蔽构件600由在高温下也能够承受的石墨材质构成，冷却流路(未图示)可以设置在其内部。

热屏蔽构件600的下部以与从坩埚200中盛放的硅熔液M生长的单晶锭周缘隔开规定间隔并将其包围的方式配置，并可以被设置为与硅熔液M界面维持规定间隔。

图3是分解示出图2中采用的坩埚的一例的侧剖视图，图4是示出图2中采用的坩埚及硅熔液的荷重分布的侧剖视图，图5是示出图2中采用的坩埚的石墨坩埚的俯视图。

如图3至图5所示，本发明的坩埚200可以包括：石英坩埚210、石墨坩埚220、外支撑件(outer supporter：230)以及内支撑件(inner supporter：240)。

石英坩埚210是盛放硅熔液的容器，其由石英材质构成，因此，即使在高温下其一部分被融化而氧化物(Oxide)成分包含到硅熔液，也不会对单晶锭的品质构成影响。

石英坩埚210包括圆筒形状的侧面部211和设置在侧面部211下侧的底面部212，并可以包括将侧面部211和底面部212之间缓慢地连接的弧度部210R。

石墨坩埚220容置石英坩埚210，其由即使在高温下也能够维持原有形状的石墨材质制成，并可以构成为在纵方向上被分割为两个的第一、第二主体220A、220B形态。

第一主体220A可以包括半圆筒形状的第一侧面部221A和设置在第一侧面部221A下侧的半圆盘形状的第一底面部222A，第二主体220B也可以包括与第一侧面部221A及第一底面部222A呈对称的第二侧面部221B及第二底面部222B。

当第一、第二主体220A、220B在两侧对接时，将构成石墨坩埚220。即，石墨坩埚220包括圆筒形状的侧面部221A、221B和设置在侧面部221A、221B下侧的圆盘形状的底面部222A、222B，并可以包括将侧面部221A、221B和底面部222A、222B以带角的形态相连接的下部边角部223A、223B。

外支撑件230呈支撑石墨坩埚220下侧的平板形状，其可以由石墨材质构成，外支撑件230可以利用坩埚驱动部500(图2示出)以能够旋转或升降的方式进行支撑。

内支撑件240支撑在石英坩埚210的下部和石墨坩埚220之间，并呈具有规定的重量的一个主体形态，内支撑件240可以由石墨材质构成。

内支撑件240呈具有能够安置在石墨坩埚220的内部的规定的高度的圆盘形状，内支撑件240可以具有侧面部241和底面部242。内支撑件240可以至少比包括石英坩埚210的底面部212和弧度部210R的高度更高地形成，并可以在其顶面设置有槽部240h，以能够安置石英坩埚210的底面部212和弧度部210R。

内支撑件240的侧面部241和底面部242可以支撑在石墨坩埚220的侧面部221A、221B和底面部222A、222B内侧，内支撑件240的下部边角部243可以构成为与石墨坩埚220的下部边角部223A、223B相对接。

可以设置有用于排出石英坩埚210和石墨坩埚220之间产生的气体的排气流路，所述排气流路可以设置在石墨坩埚220的侧面部221A、221B内侧或内支撑件240的侧面部241外侧。

根据实施例，排气流路可以包括：狭缝241S，在内支撑件240的侧面部241外周面沿着上下方向较长地设置；排出口222h，贯穿石墨坩埚220的底面部222A、222B，以与狭缝241S相连通，狭缝241S和排出口222h可以沿着圆周方向彼此隔开规定间隔设置有多个，并可以被设置为具有1～100mm直径。

狭缝241S可以在石墨坩埚220的侧面部220A、220B内周面沿着上下方向较长地设置，由于需要使排出口222h不被外支撑件230遮挡，所述排出口222h不可以位于外支撑件230的外侧。

排气流路可以在石墨坩埚220和内支撑件240由诸如狭缝、排出口等多样的形态构成，本发明并不限定于此。

石墨坩埚220、外支撑件230、内支撑件240分别以多样的形态被分割，从而能够容易地进行工艺，或者有效地防止石英坩埚210的变形。

对如上所述构成的坩埚进行描述，使第一、第二主体220A、220B在两侧彼此对接，内支撑件240安置在第一、第二主体220A、220B后，石英坩埚210安置在第一、第二主体220A、220B内侧和内支撑件240上侧。

当然，内支撑件240的狭缝241S和石墨坩埚220的排出口222h分别以相连通的方式进行组装。

石英坩埚210的侧面部211和内支撑件240的侧面部241支撑在石墨坩埚220的侧面部221A、221B内侧，石英坩埚210的底面部212和弧度部210R支撑在内支撑件240的上侧槽部240h，内支撑件240的底面部242支撑在石英坩埚210的底面部212上侧。

为了锭生长工艺，在硅熔液盛放在石英坩埚210内部的状态下，硅熔液M的重量将向石英坩埚210作用为应力。但是，即使硅熔液M的重量向石墨坩埚220的侧面部221A、221B作用为应力，相加于硅熔液M的重量的内支撑件240的重量将向石墨坩埚220的底面部222A、222B作用为重力。

因此，通过将向石墨坩埚220的侧面部221A、221B作用的应力向重力方向进行分散，能够防止构成石墨坩埚220的第一、第二主体220A、220B之间被拉开，并防止石英坩埚210的变形部分向第一、第二主体220A、220B之间的分割面投入，从而能够增加坩埚整体的寿命。

并且，即使在锭生长工艺中SiO气体的一部分流入到石英坩埚210和石墨坩埚220之间，也能够使所述气体通过内支撑件240的狭缝241S和石墨坩埚220的排出口222h向外部逃离。

因此，能够防止氧化硅SiO气体与石墨坩埚220的碳C反应而进行石墨坩埚220的碳化硅SiC化，增大石墨坩埚220的耐久性的同时防止石墨坩埚220的蚀刻。

以上的说明仅是例示性地说明本发明的技术思想，在不背离本发明的本质特性的范围内，本发明所属的技术领域的普通技术人员能够对其进行多样的修改及变形。

因此，本发明中披露的实施例并不旨在限定本发明的技术思想，而是旨在对其进行说明，本发明的技术思想的范围并不受到这样的实施例的限定。

本发明的保护范围应当由所附的权利要求书进行解释，与之等同范围内的所有技术思想应当被理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种锭生长装置用坩埚，其中，

包括：

石英坩埚，包括圆筒形状的侧面部和呈曲面形态的底面部，所述底面部缓慢地连接到所述侧面部的下端；

石墨坩埚，容置所述石英坩埚并且构成为竖直地被分割为两个部分的第一主体和第二主体的形态，所述第一主体包括半圆筒形状的第一侧面部和设置在所述第一侧面部下方的半圆盘形状的第一底面部，所述第二主体包括与所述第一侧面部和所述第一底面部呈对称的第二侧面部和第二底面部；以及

内支撑件，支撑在所述石英坩埚的所述底面部和所述石墨坩埚的所述底面部之间；

其中，所述内支撑件的预定高度至少高于所述石英坩埚的所述底面部的高度。

2.根据权利要求1所述的锭生长装置用坩埚，其中，

所述内支撑件设置有带有弧度的顶面槽，所述石英坩埚的底面部安置在所述顶面槽。

3.根据权利要求1所述的锭生长装置用坩埚，其中，

还包括将所述石英坩埚和所述石墨坩埚之间产生的气体向所述石墨坩埚外部排出的排气流路。

4.根据权利要求3所述的锭生长装置用坩埚，其中，

所述排气流路沿着所述石墨坩埚的圆周方向彼此隔开预定间隔设置有多个。

5.根据权利要求4所述的锭生长装置用坩埚，其中，

所述排气流路包括形成在所述石墨坩埚的内周面或所述内支撑件的外周面的狭缝。

6.根据权利要求5所述的锭生长装置用坩埚，其中，

所述排气流路包括排出口，所述排出口贯穿所述石墨坩埚的底面，以与所述狭缝相连通。

7.根据权利要求6所述的锭生长装置用坩埚，其中，

还包括支撑所述石墨坩埚的下部的外支撑件。

8.根据权利要求7所述的锭生长装置用坩埚，其中，

所述排出口设置在所述外支撑件外侧。