CN113862779A - 一种坩埚组件及拉晶炉 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种坩埚组件及拉晶炉，所述坩埚组件包括：石墨坩埚，所述石墨坩埚包括本体以及从所述本体的内表面凸出的多个凸肋；石英坩埚，所述石英坩埚嵌套在所述石墨坩埚中；其中，当所述石英坩埚因加热导致的软化而发生朝向所述石墨坩埚的变形时，所述石墨坩埚与所述石英坩埚之间的位于所述凸肋的根部附近的间隙被保留，其中，所述间隙随所述凸肋一起延伸直至通往外界环境。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅制造领域，尤其涉及一种坩埚组件及拉晶炉。
背景技术
用于生产集成电路等半导体电子元器件的硅片，主要通过将直拉(Czochralski)法拉制的单晶硅棒切片而制造出。Czochralski法包括使由坩埚组件中的多晶硅熔化以获得硅熔体，将单晶晶种浸入硅熔体中，以及连续地提升晶种移动离开硅熔体表面，由此在移动过程中在相界面处生长出单晶硅棒。
坩埚组件通常包括石墨坩埚和以完全贴合的方式嵌套在该石墨坩埚中的石英坩埚。在拉晶过程中的高温下，石墨坩埚和石英坩埚会发生反应而生成气体，由于石墨坩埚和石英坩埚完全贴合，生成的气体难以在短时间内排出到外界环境中，导致在高温下已发生软化的石英坩埚形成远离石墨坩埚的“鼓包”，这很大程度上影响了拉晶的正常进行，严重影响了晶棒的品质，极有可能导致坩埚组件内受热不均，对流紊乱，进而导致晶棒断线发生，影响拉晶良率。
石英坩埚的内表面通常是平滑的，导致内表面的面积有限，因此在拉晶过程中从石英坩埚的内表面析出的氧无法均匀地分布于熔体中，拉制出的硅棒中的氧浓度也会不均匀，对后续处理过程中硅片中氧析出物或者称为体微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD)的均匀性产生影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种坩埚组件及拉晶炉，在拉晶过程中生成于石墨坩埚和石英坩埚之间的气体能够及时地排出到外界环境中，避免石英坩埚形成“鼓包”，并且能够使从石英坩埚的内表面析出的氧更均匀地分布于熔体中，改善后续处理过程中形成于硅片中的BMD的均匀性。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种坩埚组件，所述坩埚组件包括：
石墨坩埚，所述石墨坩埚包括本体以及从所述本体的内表面凸出的多个凸肋；
石英坩埚，所述石英坩埚嵌套在所述石墨坩埚中；
其中，当所述石英坩埚因加热导致的软化而发生朝向所述石墨坩埚的变形时，所述石墨坩埚与所述石英坩埚之间的位于所述凸肋的根部附近的间隙被保留，
其中，所述间隙随所述凸肋一起延伸直至通往外界环境。
第二方面，本发明实施例提供了一种拉晶炉，所述拉晶炉包括根据第一方面所述的坩埚组件。
本发明实施例提供了一种坩埚组件及拉晶炉，由于上述的间隙与外界环境相通，因此在拉晶过程中在石墨坩埚与石英坩埚之间生成的气体能够经由间隙从石墨坩埚的本体的顶缘处逸出到坩埚组件的外部或者说逸出到外界环境中，由此避免了软化的石英坩埚形成“鼓包”；当石英坩埚发生变形时，其内表面的面积会增大，从该内表面析出的氧会更均匀地分布于熔体中，使后续处理过程中形成于硅片中的BMD的均匀性得到改善。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的坩埚组件的石墨坩埚和石英坩埚彼此嵌套的示意图；
图2为根据本发明的实施例的坩埚组件的石墨坩埚的立体剖视图；
图3为根据本发明的实施例的坩埚组件沿着图1中示出的线L-L剖切的截面图；
图4为图3中的虚线方框区域的放大示图，其中示出了石英坩埚因被加热而发生变形；
图5为根据本发明的另一实施例的坩埚组件的立体剖视图；
图6为根据本发明的实施例的拉晶炉的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1至图4，本发明实施例提供了一种坩埚组件10，所述坩埚组件10可以包括：
石墨坩埚100，所述石墨坩埚100包括本体110以及从所述本体110的内表面110S凸出的多个凸肋120，如在图2中详细示出的；
石英坩埚200，所述石英坩埚200嵌套在所述石墨坩埚100中，如在图1和图3中详细示出的，其中，图1中未详细示出石墨坩埚100的所述多个凸肋120；
其中，当所述石英坩埚200因加热导致的软化而发生朝向所述石墨坩埚100的变形时，如在图4中详细示出的，所述石墨坩埚100与所述石英坩埚200之间的位于所述凸肋120的根部121附近的间隙G被保留，举例而言，在采用直拉法拉晶的过程中，石英坩埚200会被加热以熔化容纳在所述石英坩埚200中的多晶硅S，如在图1中详细示出的，并且使所述多晶硅S保持熔化状态，另外这里的根部121指的是凸肋120的与本体110的内表面110S邻接的部位或者说凸肋120的从本体110的内表面110S开始凸出的部位，
其中，所述间隙G随所述凸肋120一起延伸直至通往外界环境，如结合图2和图4容易理解的。
由于上述的间隙G与外界环境相通，因此在拉晶过程中在石墨坩埚100与石英坩埚200之间生成的气体能够经由间隙G从石墨坩埚100的本体110的顶缘111处逸出到坩埚组件10的外部或者说逸出到外界环境中，如在图1中通过箭头A示意性地示出的，由此避免了软化的石英坩埚200形成“鼓包”；而且如图4所示，当石英坩埚200发生变形时，其内表面210的面积会增大，从该内表面210析出的氧会更均匀地分布于熔体中，使后续处理过程中形成于硅片中的BMD的均匀性得到改善。
对于所述多个凸肋120在本体110的内表面110S中的分布方式可以有多种选择，在本发明的优选实施例中，参见图2和图3，所述多个凸肋120可以在所述本体110的周向上均匀分布，其中图2中通过箭头CD示意性地示出了本体110的周向。这样，在石英坩埚200以抵靠石墨坩埚100的方式嵌套在石墨坩埚100中的情况下，能够实现以更稳定的方式对石英坩埚200进行支撑；另外可以理解的是上述的间隙G也会沿着本体110的周向均匀分布，由此有利于在石墨坩埚100与石英坩埚200之间生成的气体的排出。
对于凸肋120的截面形状可以有多种选择，在本发明的优选实施例中，仍然参见图2和图3，每个凸肋120的横截面可以呈半圆形。这样，在石英坩埚200发生朝向石墨坩埚100的变形时，参见图4，尽管石英坩埚200会压靠凸肋120，但凸肋120的圆柱面可以避免石英坩埚200受到损伤；而且有助于石英坩埚200在发生变形时沿着凸肋120的圆柱面均匀铺展开来，进一步有利于石英坩埚200的内表面210的面积增大。
对于凸肋120的整体形状可以有多种选择，在本发明的优选实施例中，参见图2，每个凸肋120可以呈直线状。这样，不仅有利于凸肋120以简单的方式制造出，而且上述的间隙G也会以直线的方式延伸由此有利于在石墨坩埚100与石英坩埚200之间生成的气体以最短的路径排出到外界环境中。
对于凸肋120的延伸方向可以有多种选择，在本发明的优选实施例中，参见图2，每个凸肋120可以在包含所述本体110的纵向中心线110X的平面中延伸，或者说凸肋120是在本体110的高度方向上延伸的。这样，有利于在石墨坩埚100与石英坩埚200之间生成的气体以最短的路径排出到外界环境。
对于凸肋120的设置位置可以有多种选择，例如，尽管在附图中未示出，但所述多个凸肋可以设置在图2中示出的本体110的底部113上，但在拉晶过程中，主要会在本体110的侧壁112的底部的位置处生成气体并导致石英坩埚200形成“鼓包”。在本发明的优选实施例中，参见图2，所述多个凸肋120仅设置在所述本体110的整个侧壁112上，可以理解的是，侧壁112包括如在图1中示出的上述顶缘111。这样，有利于凸肋120以简单的方式制造出，并且也能够使主要在本体110的侧壁112的底部的位置处生成气体排出到外界环境中。
在本发明的优选实施例中，参见图5，所述坩埚组件10还可以包括托盘300，所述托盘300用于以与所述石墨坩埚100的本体110的底部113接触的方式支承所述石墨坩埚100和图5中未示出的所述石英坩埚200，其中，所述石墨坩埚100的本体110的底部113处设置有朝向所述托盘300渐扩的裙部114，所述裙部114的大端直径D1大于所述托盘的直径D2。现有石墨坩埚在拉晶过程中因硅蒸汽遇冷会凝结成小液滴，形成液流，该液流会顺着石墨坩埚外壁往下流，进而流入石墨坩埚和坩埚托盘的中间缝隙，硅与石墨反应生成脆硬的碳化硅，碳化硅将石墨坩埚和托盘粘接到一起，在坩埚旋转的过程中受剪切力的影响，坩埚托盘粘结处会发生破坏脱落，这很大程度上影响了热场部件的正常使用，缩短了其使用寿命。在根据本发明的坩埚组件10中，由于设置有裙部114，液流无法流入至石墨坩埚100与托盘300之间的缝隙中，而是会从裙部114的末端滴落，进而防止了石墨坩埚100和托盘300的破损，延长了其使用寿命。
参见图6，本发明实施例还提供了一种拉晶炉1，所述拉晶炉可以包括根据本发明实施例的坩埚组件10。
在本发明的优选实施例中，参见图6，所述拉晶炉1还可以包括设置在所述坩埚组件10上方的温度控制单元20，所述温度控制单元20用于将沿着如图6中空心箭头示出的拉晶方向移动的所述单晶硅棒R中的进入到所述温度控制单元20中的节段RS的温度控制在650℃至700℃。
在BMD的形成过程中，会形成比较大的应力场，该应力场如果没有得到及时释放，会阻止BMD的进一步形成，影响BMD的密度。将单晶硅棒R的温度控制在上述温度下有利于晶体中空隙(vacancy)的形成，而空隙可以很好地释放上述的应力场，进而有助于BMD的进一步形成。另外，将单晶硅棒R的温度控制在上述温度下，能够减小单晶硅棒R的径向温度梯度，使得氧沿着单晶硅棒R的径向更均匀地分布，有利于后续处理过程中BMD的径向均匀性，由此可制备出BMD径向均匀的硅片。
如在图6中示出的，拉晶炉1还可以包括炉体30和用于对坩埚组件10中的石英坩埚200进行加热的加热器40，其中，坩埚组件10、温度控制单元20、和加热器40都位于炉体30的空腔中。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种坩埚组件，其特征在于，所述坩埚组件包括：
石墨坩埚，所述石墨坩埚包括本体以及从所述本体的内表面凸出的多个凸肋；
石英坩埚，所述石英坩埚嵌套在所述石墨坩埚中；
其中，当所述石英坩埚因加热导致的软化而发生朝向所述石墨坩埚的变形时，所述石墨坩埚与所述石英坩埚之间的位于所述凸肋的根部附近的间隙被保留，
其中，所述间隙随所述凸肋一起延伸直至通往外界环境。
2.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，所述多个凸肋在所述本体的周向上均匀分布。
3.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，每个凸肋的横截面呈半圆形。
4.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，每个凸肋呈直线状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的坩埚组件，其特征在于，每个凸肋在包含所述本体的纵向中心线的平面中延伸。
6.根据权利要求5所述的坩埚组件，其特征在于，所述多个凸肋仅设置在所述本体的整个侧壁上。
7.根据权利要求1所述的坩埚组件，其特征在于，所述坩埚组件还包括托盘，所述托盘用于以与所述石墨坩埚的底部接触的方式支承所述石墨坩埚和所述石英坩埚，其中，所述石墨坩埚的底部设置有朝向所述托盘渐扩的裙部，所述裙部的大端直径大于所述托盘的直径。
8.一种用于拉制单晶硅棒的拉晶炉，其特征在于，所述拉晶炉包括根据权利要求1至7中任一项所述的坩埚组件。
9.根据权利要求8所述的拉晶炉，其特征在于，所述拉晶炉还包括设置在所述坩埚组件上方的温度控制单元，所述温度控制单元用于将沿着拉晶方向移动的所述单晶硅棒中的进入到所述温度控制单元中的节段的温度控制在650℃至700℃。
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