CN117769612A - 用于生产单晶硅棒的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
根据切克劳斯基法生产晶体的设备和方法。所述设备包括：包括表面的拉制轴；适于在晶体提拉期间保持晶种的晶种保持器；以及中空截头圆锥体形式的盘状件，所述盘状件构建开口，包括顶部半径R2、高度h、材料厚度b以及基板，所述基板具有半径R1和具有直径d的孔，其中，所述盘状件被固定在所述晶种保持器与所述拉制轴之间，使得所述开口面向拉制轴。
Description
本发明的目的是提供一种设备，所述设备允许通过切克劳斯基(Czochralski)工艺(或过程)以较高的无位错产量生产单晶硅棒。
作为大多数半导体电子器件制造工艺的起始材料的单晶硅通常通过所谓的切克劳斯基(“CZ”)工艺来生产。在该工艺中，多晶硅(“polysilicon”)被放置在坩埚中并被熔化，使种晶(或籽晶)与熔化的硅接触，并且通过缓慢提取来生长单晶体(或单晶)。
晶体生长期间生成并进入熔体的颗粒会引起生长的晶体错位，导致失去期望的晶体质量。这反过来又导致显著的产量损失并由此导致增加的成本。
因此，必须避免来自晶体生长系统的颗粒与熔体或晶体-熔体界面接触。
在专利申请WO 2020 074 285A1中，提出了一种特别的热屏蔽，以防止来自气相的颗粒落到熔体上而引起生长中的晶体产生缺陷。
发明人意识到该措施有助于实现期望的产量，但还远远不够。
因此，本发明的任务是提供一种设备，所述设备使得可以在不经历所描述的拉制装备中灰尘和颗粒的负面影响的情况下生产单晶棒。
该任务通过权利要求中描述的设备得以解决。
附图说明
图1描绘了本发明的优选实施例。晶种保持器(102)借助于螺纹(103)被安装在拉制轴(100)的下部上，盘状件(101)(图2中所示)被夹持在晶种保持器与拉制轴之间。在操作时，可以通过保持装置(104)将晶种夹持到晶种保持器中。
图2示出了图1中使用的盘状件(200)的优选实施例。该盘状件优选地由具有大于1mm且小于5mm的材料厚度b的碳纤维增强碳(CFC)制成。
该盘状件的形状优选地具有中空截头圆锥体的形式，其具有高度h并且具有基板(201)和顶部半径R2，所述基板(201)具有基部半径R1。所述基板包括具有孔直径d的孔(202)。
缩略用语
100拉制轴
101盘状件
102晶种保持器
103螺纹
104用于种晶的保持装置
200盘状件
201基板
202基板中的孔
R1半径
R2半径
h高度
d孔的直径
b所用材料的厚度
具体实施方式
在CZ提拉工艺期间，颗粒(诸如P、Sb、As、SiO、SiO2、Si等的掺杂物)沉积在切克劳斯基系统的水冷拉制轴上。这些颗粒会脱离、落向熔体，并在晶体中引起位错。
本发明包括一种用于根据切克劳斯基(法)提拉晶体的设备，其使得可以最小化颗粒对提拉晶体的完整性的负面影响。特别是，其降低了晶体在生长期间由于颗粒而形成位错的可能性。
优选设备包括在晶体生长期间用于将晶体保持在直立位置、旋转和提拉晶体的拉制轴。例如，WO 2020 074 285A1中示出了拉制轴的使用。
WO 18 142 541 A1中示出了一种修改的拉制轴。该修改的拉制轴也可用于本发明。
优选设备还包括适于在晶体提拉期间保持晶种的晶种保持器。例如WO 2020 074285A1中示出了适宜的晶种保持器的示例。
优选设备还包括中空截头圆锥体形式的盘状件。图2中示出了该设备的优选实施例。
更优选地，该盘状件由具有大于1mm且小于5mm的材料厚度b的碳纤维增强碳(CFC)制成。
优选地，该盘状件的形状具有中空截头圆锥体的形式，其具有高度h、基板(201)和顶部半径R2，所述基板(201)具有基部半径R1。所述基板包括具有孔直径d的孔(202)。
最优选地，高度h小于半径R2和半径R1之差。盘状件的基板的孔用于将该盘状件固定在拉制轴与晶种保持器之间。图1展示出优选实施例的图形表示。
在优选实施例中，如图2所示，使用螺纹将盘状件固定在晶种保持器与拉制轴之间。
发明人意识到，如果盘状件的开口指向拉制轴，则会实现最佳效果。因此，优选的是，面向拉制轴固定盘状件的开口。
发明人意识到，为了防止颗粒落入熔体中，利用油润湿拉制轴是附加地非常有益的。优选地，使用真空泵油。据信，拉制轴的被涂覆表面为颗粒提供了粘性表面，并因此防止颗粒掉落且抑制其不良行为。
在进行的实验中，使用S2 R100型真空泵油(壳牌)。然而，这种油不适于高温(高于100℃)并且拉制轴面临超过600℃的温度，利用这种设置生长的晶体表现出较低的位错率。尽管如此，可以看出效果还是非常明显的。
更优选地，此外使用所述油完全润湿盘状件非常可取。
此外，本发明包括一种用于根据切克劳斯基(法)提拉硅晶体的方法。优选地，该方法包括以下步骤：
(a)将晶种保持器安装在切克劳斯基晶体提拉装置(设备)中的拉制轴上，其中，中空截头圆锥体形式的盘状件被固定在晶种保持器与拉制轴之间，使得盘状件的开口面对拉制轴。
(b)将晶种安装(或安置)到晶种保持器中。
(c)在坩埚中熔化多晶硅，
(d)降低拉制轴，直到晶种与熔体接触为止
(e)以及提拉晶体。
更优选地，该方法包括利用油润湿拉制轴和盘状件。最优选地，使用适于作为真空泵油的油。
示例性实施例的上述描述应被理解为示例性的。一方面，由此给出的公开使得本领域技术人员能够理解本发明及其相关联的优点，并且另一方面，在本领域技术人员的理解中，还包括对所描述的结构和方法的明显改变和修改。因此，所有这些改变和修改以及等同内容均应被权利要求的保护范围所覆盖。
Claims (5)
1.用于根据切克劳斯基法生产硅晶体的设备，包括：
包括表面的拉制轴，
适于在晶体提拉期间保持晶种的晶种保持器，
以及中空截头圆锥体形式的盘状件，其构建开口，包括：
顶部半径R2，高度h，
材料厚度b，
以及基板，所述基板具有半径R1和具有直径d的孔，
其中，所述盘状件被固定在所述晶种保持器与所述拉制轴之间，使得所述开口面向拉制轴，其特征在于，
所述拉制轴的表面被油完全润湿，并且
所述盘状件被油完全润湿。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述厚度b不小于1mm且不大于5mm。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述盘状件由碳纤维增强碳(CFC)制成。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述高度h小于半径R2和半径R1之差。
5.用于提拉单晶体的方法，其包括以下步骤：
将晶种保持器安装在切克劳斯基晶体提拉装置中的拉制轴上，其中，中空截头圆锥体形式的盘状件被固定在所述晶种保持器与所述拉制轴之间，使得所述盘状件的开口面对所述拉制轴，
将晶种安装到所述晶种保持器中，
在坩埚中熔化多晶硅，
降低所述拉制轴，直到所述晶种与熔体接触为止，以及
提拉晶体，其特征在于，
利用油润湿所述拉制轴和所述盘状件。
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