CN217922421U - 一种拉晶装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种拉晶装置，包括保温毡和坩埚，所述保温毡呈圆柱筒状围绕所述坩埚设置，所述保温毡的上部包括分段式保温毡，所述保温毡的下部包括开孔。根据本申请的拉晶装置，其对热场重新设计以达到控制晶体中氧含量的目的，所述保温毡能够调节坩埚底部的温度，从而调节熔体与坩埚内表面的反应速度，进而调节进入熔体中的氧，最终调节了单晶产物中的氧含量。本申请的拉晶装置可以仅仅通过改变保温毡的结构以生长满足不同氧含量要求的单晶，且成本低、调试简单。

Description

一种拉晶装置

技术领域

本申请涉及半导体领域，具体而言是一种拉晶装置。

背景技术

直拉法(Czochralski，CZ法)是制备半导体及太阳能用硅单晶的一种重要方法，通过碳素材料组成的热场对放入坩埚的高纯硅料进行加热使之熔化，之后通过将籽晶浸入熔体当中，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出晶体并经过一系列(溶料、稳温、引晶、放肩、等径、收尾、冷却)工艺过程，最终获得单晶产物。

直拉法生长的单晶硅片广泛用于制造半导体电子器件，氧作为直拉单晶硅中含量最高、行为最复杂的杂质，对单晶硅的质量有着很大的影响，不同的器件对于硅片中的氧含量有不同的需求。在直拉单晶硅生长中，氧通过石英坩埚的溶解而被输送到硅熔体中，坩埚中的二氧化硅(SiO2)变成可移动的硅和氧原子或松散键合的硅加氧或SiO。绝大部分融入硅熔体中的氧从熔体自由表面蒸发，剩下的氧通过熔体与晶体之间固液界面分凝进入生长中的晶体内。在晶体固液界面正下方，坩埚底的熔体的热对流强烈地受坩埚底部温度的影响，并且坩埚底部的温度高低直接决定了熔体与坩埚壁的反应速度和溶出的氧的浓度，因此，坩埚底部的温度直接决定了硅中氧含量的高低。成本高，调试时间长，只能适用于一种单晶的生产，适用性差。

因此，有必要提出一种拉晶装置以生长满足不同氧含量要求的单晶硅。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的公开内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中的问题，本申请提供了一种拉晶装置，包括保温毡和坩埚，其特征在于，所述保温毡呈圆柱筒状围绕所述坩埚设置，所述保温毡的上部包括分段式保温毡。

示例性地，所述保温毡的下部包括开孔。

示例性地，所述开孔的中心位于相同的水平横截面上，并且所述开孔以所述水平横截面的圆心为中心呈中心对称设置。

示例性地，所述开孔的数目为2、4、6或8个。

示例性地，所述开孔的中心位于所述保温毡的底部以上0-500mm的范围内。

示例性地，所述开孔的直径小于等于20mm。

示例性地，所述分段式保温毡在所述保温毡的顶部向下10-500mm的范围内分段。

示例性地，所述分段式保温毡的每段的高度在5-40mm范围内。

示例性地，所述拉晶装置还包括导流筒，所述导流筒与所述坩埚的相对位置保持不变。

示例性地，所述分段式保温毡包括至少两段彼此嵌套的环状保温毡。

根据本申请的拉晶装置，其对热场重新设计以达到控制晶体中氧含量的目的，所述保温毡能够调节坩埚底部的温度，从而调节熔体与坩埚内表面的反应速度，进而调节进入熔体中的氧，最终调节了单晶产物中的氧含量。本申请的拉晶装置可以仅仅通过改变保温毡的结构以生长满足不同氧含量要求的单晶，且成本低、调试简单。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的原理。

附图中：

图1为本申请的根据至少一个实施例的拉晶装置的结构示意图；

图2为本申请的根据至少一个实施例的保温毡的结构示意图；

附图标记

炉体1 单晶棒10

坩埚11 加热器12

硅熔体13 保温毡14

驱动组件15 导流筒16

磁场施加组件17

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

参看图1，示出了一种拉晶装置的结构示意图。如图1所示，拉晶装置包括炉体1，炉体1内设置有坩埚11，坩埚11外侧设置有对其进行加热的加热器12，坩埚11内容纳有硅熔体13。在炉体1顶部设置有提拉组件，在提拉组件的带动下，籽晶从硅熔体液面提拉出单晶棒10，为了实现单晶棒10的稳定增长，在炉体1底部还设置有驱动坩埚11旋转和上下移动的驱动组件15以及设置在炉体外侧用以对坩埚内的硅熔体施加磁场的磁场施加组件17。同时，继续参看图1，拉晶装置还包括环绕坩埚11设置的保温组件。保温组件包括有保温毡14，保温毡14设置为圆柱筒状，其作为保温组件用以在晶棒生长过程中，为炉体1内的热场进行保温，使得单晶棒10能够稳定的速度生长。

参考图2，在至少一个实施例中，炉体1中热场部分的保温毡14设置有开孔，所述开孔如图2中所示为圆孔，所述圆孔不旨在限定所述开孔的表示形式，如有其他形状能够达到本实施例的相同效果，亦落在本申请要求的保护范围之内。

示例性地，所述开孔的数目可以为2、4(如图中2所示)、6或8个。

示例性地，所述开孔的中心位于保温毡14的水平横截面上，并且所述开孔的中心在相同的所述水平横截面上，所述中心以所述水平横截面的圆心呈中心对称设置。

示例性地，所述开孔的中心位于保温毡14底部以上0-500mm范围内，其具体位置可根据实际需要进行灵活设置。

示例性地，所述开孔的直径小于等于20mm。在至少一个实施例中，保温毡14的下部设置有开孔后，保温毡14的下部保温效果变弱，炉体1内热场下部的温度梯度变大，坩埚11底部的温度降低，硅熔体13与坩埚11内表面的反应速度降低，溶出的氧减少，晶体中含有的氧含量降低，因此对于保温毡14的下部，可直接通过开孔数目和开孔大小来控制晶体中的氧含量。

继续参考图2，在至少一个实施例中，炉体1中热场部分的保温毡14的上部设置为分段式保温毡。

示例性地，所述分段式保温毡在保温毡14顶部向下10-500mm的范围内分段。

示例性地，所述分段式保温毡的每段的高度在5-40mm范围内。

示例性地，所述拉晶装置还包括导流筒16，所述导流筒16与所述坩埚11的相对位置在单晶棒10生长过程中保持不变。

示例性地，坩埚11和导流筒16可以在驱动组件15的作用下相对于保温毡14上下运动。受限于拉晶炉内的结构，在维持导流筒16与硅熔体13表面距离不变时，单独调整坩埚11的位置范围有限，将保温毡14的上部设置成分段式保温毡，调整所述分段式保温毡的数目则可以实现坩埚11和导流筒16的位置在更大的范围内一起上下移动。在至少一个实施例中，减少保温毡14上部的所述分段式保温毡的数目，在驱动组件15的作用下坩埚11的位置下降，坩埚11的底部距离加热器12热区的距离增大，坩埚11的底部的温度降低，硅熔体13与坩埚11内表面的反应速度降低，溶出的氧减少，单晶棒10中含有的氧含量降低。因此，可以通过调整分段式保温毡142上部的段数来调整坩埚11和导流筒16的位置，从而控制单晶棒10中的氧含量，进而可以生长不同氧含量的单晶硅(3-20ppm)。

以上是对根据本申请的一种拉晶装置的示例型介绍，根据本申请的拉晶装置，本申请的有益效果：将保温毡设计成下部包括开孔和上部包括分段式保温毡，在应用所述保温毡的拉晶装置内的热场中往坩埚中装入一定量多晶硅料后，将加热器设置在一个合适的功率进行长晶，熔体处在合适的温度场中，通过调节所述保温毡下部的开孔数目与大小，以及所述保温毡上部的分段式保温毡的数目，由此能获得低成本不同氧含量的高品质硅单晶。本申请提供的拉晶装置设计简单，不需要对热场中其它部件进行改动，方便改造，节约成本，调试简单，泛用性好，由此能获得低成本不同氧含量的高品质硅单晶。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个申请方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其申请点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (8)

1.一种拉晶装置，包括保温毡和坩埚，其特征在于，所述保温毡呈圆柱筒状围绕所述坩埚设置，所述保温毡的上部包括分段式保温毡；其中所述保温毡的下部包括开孔，所述开孔的中心位于相同的水平横截面上，并且所述开孔以所述水平横截面的圆心为中心呈中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述开孔的数目为2、4、6或8个。

3.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述开孔的中心位于所述保温毡的底部以上0-500mm的范围内。

4.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述开孔的直径小于等于20mm。

5.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述分段式保温毡在所述保温毡的顶部向下10-500mm的范围内分段。

6.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述分段式保温毡的每段的高度在5-40mm范围内。

7.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述拉晶装置还包括导流筒，所述导流筒与所述坩埚的相对位置保持不变。

8.根据权利要求1所述的拉晶装置，其特征在于，所述分段式保温毡包括至少两段彼此嵌套的环状保温毡。

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