TW202041724A - 一種半導體晶體生長裝置和方法 - Google Patents

一種半導體晶體生長裝置和方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202041724A
TW202041724A TW109105829A TW109105829A TW202041724A TW 202041724 A TW202041724 A TW 202041724A TW 109105829 A TW109105829 A TW 109105829A TW 109105829 A TW109105829 A TW 109105829A TW 202041724 A TW202041724 A TW 202041724A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
silicon
heating
crystal rod
silicon crystal
item
Prior art date
Application number
TW109105829A
Other languages
English (en)
Inventor
王剛
沈偉民
Original Assignee
大陸商上海新昇半導體科技有限公司
中國科學院上海微系統與信息技術研究所
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商上海新昇半導體科技有限公司, 中國科學院上海微系統與信息技術研究所 filed Critical 大陸商上海新昇半導體科技有限公司
Publication of TW202041724A publication Critical patent/TW202041724A/zh

Links

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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本發明提供一種半導體晶體生長裝置和方法。所述半導體晶體生長裝置包括：爐體；坩堝，所述坩堝設置在所述爐體內、用以容納矽熔體；提拉裝置，所述提拉裝置用以從所述矽熔體內提拉出矽晶棒；以及加熱裝置，所述加熱裝置用以在所述提拉裝置從所述矽熔體內提拉出矽晶棒的過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。根據本發明的半導體晶體生長裝置和方法，通過在矽晶棒四周設置加熱裝置，對拉晶過程中的矽晶棒進行加熱，有效減少了矽晶棒中心和邊緣的溫度不均勻分佈，使晶棒穩定生長，減少了晶棒生長過程中的缺陷，提升了晶體生長的品質。

Description

一種半導體晶體生長裝置和方法
本發明係關於半導體製造領域，尤其係關於一種半導體晶體生長裝置和方法。
柴可拉斯基法（Czochralski process，簡稱Cz法，又稱直拉法）是製備半導體及太陽能用矽單晶的一種重要方法，通過碳素材料組成的熱場對放入坩堝的高純矽料進行加熱使之熔化，之後通過將籽晶浸入熔體當中並經過一系列製程（引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻），最終獲得單晶棒。
在半導體晶體生長過程中，伴隨著晶體的形核和生長，往往產生諸如晶體原生顆粒（crystal originated particles，COP）缺陷、氧化疊差缺陷（oxidation induced stacking fault，OISF）、直接表面氧化缺陷（direct surface oxide defect，DSOD）以及產生沉澱物等的缺陷。這些缺陷與晶體生長過程中的溫度密切相關，其中，晶棒從中心到邊緣的溫度均勻性分佈是影響這些缺陷形成的關鍵因素。
在拉晶過程中，傳統的拉晶裝置僅對矽熔體進行加熱，而隨著拉晶過程的進行，晶棒邊緣散熱遠快於中心部位，造成晶棒邊緣和中心溫度分佈不均勻，這種情況下往往導致晶棒生長過程中產生大量上述的缺陷，尤其是靠近矽熔液液面位置處的矽晶棒中心和邊緣溫度分佈不均勻對晶體生長的缺陷將產生顯著的影響。
為此，有必要提出一種新的半導體晶體生長裝置和方法，用以解決現有技術中的問題。
在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。
本發明提供了一種半導體晶體生長裝置，所述裝置包括： 爐體； 坩堝，係設置在所述爐體內，用以容納矽熔體； 提拉裝置，係用以從所述矽熔體內提拉出矽晶棒；以及 加熱裝置，係用以在所述提拉裝置從所述矽熔體內提拉出矽晶棒的過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
於一實施例中，所述加熱裝置包括微波加熱裝置。
於一實施例中，還包括導流筒，所述導流筒呈桶狀並繞所述矽晶棒四周設置，用以從所述爐體頂部輸入的氬氣進行整流並調整所述矽晶棒和所述矽熔體液面之間的熱場分佈。
於一實施例中，所述加熱裝置設置在所述導流筒內側。
於一實施例中，所述加熱裝置設置在所述矽晶棒溫度1000-1300℃的位置處。
於一實施例中，所述微波加熱裝置的微波頻率的範圍為0.1千兆赫(GHz)-30 GHz。
於一實施例中，所述微波加熱裝置的功率範圍為1千瓦(KW) -10 KW。
於一實施例中，所述加熱裝置包括在所述矽晶棒直徑方向相對設置的至少兩塊加熱模組。
於一實施例中，所述加熱模組設置為圓板形或繞所述矽晶錠的圓周方向延伸的圓弧形。
於一實施例中，所述加熱裝置包括繞所述矽晶棒圓周設置的第一加熱模組、第二加熱模組、第三加熱模組和第四加熱模組；其中所述第一加熱模組和所述第二加熱模組沿著所述矽晶棒的第一直徑方向相對設置，所述第三加熱模組和所述第四加熱模組沿著所述矽晶棒的第二直徑方向相對設置，所述第一直徑方向和所述第二直徑方向交叉設置。
本發明還提供了一種半導體晶體生長方法，包括： 獲取矽熔體； 從所述矽熔體中提拉出矽晶棒，其中，在提拉過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
於一實施例中，採用微波加熱的方式對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
於一實施例中，在所述矽晶棒溫度1000-1300℃的位置處對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
於一實施例中，還包括沿著所述矽晶棒的圓周方向，調整所述微波加熱的功率分佈。
根據本發明的半導體晶體生長裝置和方法，通過對拉晶過程中的矽晶棒的外表面進行加熱，有效減少了矽晶棒中心和邊緣的溫度不均勻分佈，使矽晶棒穩定生長，減少了矽晶棒生長過程中的缺陷提升了晶體生長的品質。
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域習知的一些技術特徵未進行描述。
為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發明所述的半導體晶體生長裝置。顯然，本發明的施行並不限於半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
應予以注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據本發明的示例性實施例。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式。此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或元件，但不排除存在或附加一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、元件和/或它們的組合。
現在，將參照附圖更詳細地描述根據本發明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，並且不應當被解釋為只限於這裡所闡述的實施例。應當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發明的公開徹底且完整，並且將這些示例性實施例的構思充分傳達給本領域具通常知識之技術人員。在附圖中，為了清楚起見，誇大了層和區域的厚度，並且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
實施例一
為了解決現有技術中的技術問題，本發明提供了一種半導體晶體生長裝置，所述裝置包括： 爐體； 坩堝，所述坩堝設置在所述爐體內、用以容納矽熔體； 提拉裝置，所述提拉裝置用以從所述矽熔體內提拉出矽晶棒；以及 加熱裝置，所述加熱裝置用以在所述提拉裝置從所述矽熔體內提拉出矽晶棒的過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
下面參看圖1、圖2、圖3和圖4A-圖4D對本發明所提出的一種半導體晶體生長裝置進行示例性說明，圖1為依本發明一實施例之半導體晶體生長裝置的結構示意圖；圖2為依本發明一實施例之矽晶棒中沿矽晶棒長度方向分佈的溫度的示意圖；圖3為依本發明一實施例之設置在矽晶棒周圍的加熱裝置的結構示意圖；圖4A-圖4D為依據本發明之一種加熱裝置設置在矽晶棒四周的結構示意圖。
直拉法是製備半導體及太陽能用矽單晶的一種重要方法，通過碳素材料組成的熱場對放入坩堝的高純矽料進行加熱使之熔化，之後通過將籽晶浸入熔體當中並經過一系列製程如引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻等，最終獲得單晶棒。
參看圖1，其示出了根據本發明的一個實施例的半導體晶體生長裝置。半導體晶體生長裝置包括爐體1，爐體1內設置有坩堝11，坩堝11外側設置有對其進行加熱的加熱器12，坩堝11內容納有矽熔體13。
在爐體1頂部設置有提拉裝置14，在提拉裝置14的帶動下，籽晶從矽熔體液面提拉拉出矽晶棒10，同時環繞矽晶棒10四周設置熱屏裝置，於一實施例中，如圖1所示，熱屏裝置包括有導流筒16，導流筒16設置為圓錐桶型，其作為熱屏裝置一方面用以在晶體生長過程中隔離石英坩堝以及坩堝內的矽熔體對晶體表面產生的熱輻射，提升晶棒的冷卻速度和軸向溫度梯度，增加晶體生長數量，另一方面，影響矽熔體表面的熱場分佈，而避免晶棒的中心和邊緣的軸向溫度梯度差異過大，保證晶棒與矽熔體液面之間的穩定生長；同時導流筒還用以對從晶體生長爐上部導入的惰性氣體進行導流，使之以較大的流速通過矽熔體表面，達到控制晶體內氧含量和雜質含量的效果。
為了實現矽晶棒的穩定增長，在爐體1底部還設置有驅動坩堝11旋轉和上下移動的驅動裝置15，驅動裝置15驅動坩堝11在拉晶過程中保持旋轉是為了減少矽熔體的熱的不對稱性，使矽晶柱等徑生長。
在半導體晶體生長過程中，伴隨著晶體的形核和生長，往往產生諸如晶體原生顆粒（COP）缺陷、氧化誘生層錯（OISF）缺陷、直接表面氧化（DSOD）缺陷，以及產生沉澱物等的缺陷。這些缺陷與晶體生長過程中的溫度密切相關，其中，晶棒從中心到邊緣的溫度均勻性分佈是影響這些缺陷形成的關鍵因素。
在拉晶過程中，隨著提拉裝置向上提拉矽晶棒，晶棒遠離矽熔體液面後由於矽熔體液面的熱輻射逐漸減弱，矽晶棒開始散熱，其中，晶棒邊緣散熱遠快於中心部位，造成晶棒邊緣和中心溫度分佈不均勻。尤其是靠近矽熔體液面位置處的矽晶棒，傳統的拉晶裝置僅對矽熔體進行加熱，其無法控制晶棒邊緣和中心溫度分佈不均勻現象的發生。
參看圖2，其示出了沿著矽晶棒長度方向上中心和邊緣的溫度分佈示意圖。如圖2所示，拉晶過程中矽晶棒10從矽熔體13中拉出，其中實線示出矽晶棒中心的溫度沿矽晶棒長度方向變化的趨勢；虛線示出矽晶棒邊緣的溫度沿矽晶棒長度方向變化的趨勢。如圖2中所示，沿著矽晶棒10的長度方向溫度從約1400℃下降到400℃以下，並且在最初的1400℃-1300℃的溫度範圍內，矽晶棒中心的溫度和邊緣的溫度相差不大。在1300℃-1000℃的溫度範圍內，矽晶棒中心的溫度下降得較矽晶棒邊緣慢（實線的斜率小於虛線的斜率），使得矽晶棒邊緣的溫度小於矽晶棒中心的溫度。這種矽晶棒中心到邊緣的溫度不均勻分佈往往導致晶體生長過程中形成各種形式的缺陷。
為此，根據本發明的一個實施例，在所述爐體內還設置有加熱裝置，用以在所述提拉裝置從所述矽熔體內提拉出矽晶棒的過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。從而改善矽晶棒從中心到邊緣的溫度均勻性，從而使晶棒穩定生長，減少了晶棒生長過程中的缺陷提升了晶體生長的品質。於一實施例中，所述加熱裝置設置為距離所述坩堝的軸線的距離大於所述矽晶棒的直徑，以對矽晶棒表面進行加熱。需要理解的是，將加熱裝置設置為距離坩堝的軸線的距離大於矽晶棒的直徑，僅僅是於一實施例中，任何能夠對矽晶棒表面起到加熱效果的裝置，均適用於本發明。
於一實施例中，所述加熱裝置包括電阻加熱裝置和/或微波加熱裝置，採用電阻加熱裝置或者微波加熱裝置對矽晶棒進行加熱，從而對對晶棒中心和邊緣的溫度分佈不均勻現象進行補償，以使晶棒中心和邊緣的溫度分佈均勻，改善矽晶棒的穩定生長，提升晶體生長的品質。其中，微波加熱裝置較電阻加熱裝置能量利用率高，且微波加熱的形式能更好的控制晶棒邊緣和中心之間的溫度分佈，使矽晶棒由中心到邊緣的溫度分佈更加均勻。
於一實施例中，參看圖2和圖3，所述加熱裝置設置在所述導流裝置內側、所述矽晶棒溫度1000-1300℃的位置處。在拉晶過程中，矽熔體液面處生長的矽晶棒往往在1400℃左右，隨著拉晶過程的進行，矽晶棒在提拉裝置的作用下向上移動，遠離矽熔體液面的位置處，矽晶棒的溫度逐漸下降。尤其是在移動到導流筒16內側，由於導流筒16對矽熔體液面處的熱輻射的遮罩作用，使矽熔體液面的溫度無法輻射到矽晶棒表面，矽晶棒的溫度無法維持，從矽晶棒的表面開始散熱，從而使矽晶棒的表面溫度比矽晶棒中心的溫度下降得快，如圖中1200℃-1000℃區間內的實線和虛線示出。
參看圖2，本發明中，將加熱裝置設置在矽晶棒溫度為1300℃-1000℃的位置處，有效改善了因為晶棒表面散熱引發的矽晶棒中心到邊緣溫度分佈不均勻的現象，避免了晶體生長的缺陷。進一步，於一實施例中，將加熱裝置設置在矽晶棒的溫度為1000℃-1200℃的位置處，由於在1200℃-1000℃的溫度變化區間內，矽晶棒被提拉裝置提拉進入導流筒內側。此時，將加熱裝置設置在這一位置，一方面使矽晶棒溫度劇烈變化的區間得到有效的溫度彌補，是晶棒中心和邊緣的溫度得到平衡和均勻，另一方面也通過導流筒對加熱裝置的遮罩作用，有效避免加熱裝置收到損害。
於一實施例中，如圖3所示，所述加熱裝置17設置在導流筒16的內側。通過導流筒16遮罩矽熔體液面對加熱裝置的熱輻射，避免加熱裝置的損傷。同時，將加熱裝置17設置在導流筒16內側，還能縮減氬氣通過導流筒流向矽熔體液面的通道尺寸，從而調整氬氣從矽熔體液面徑向方向展開的氣體流速，調節生長的晶體的含氧量，進一步提升了拉晶品質。
在根據本發明的一個實施例中，加熱裝置設置為微波加熱裝置，其中，所述微波加熱裝置的微波頻率的範圍為0.1GHz-30GHz。於一實施例中，所述微波加熱裝置的功率範圍為1KW-10KW。通過調整微波加熱裝置的頻率和/或功率，可以調節微波加熱裝置對矽晶棒進行加熱的溫度，以適應沿著矽晶棒軸向上的不同位置處的溫度分佈。
需要理解的是，本實施例將加熱裝置設置在矽晶棒的溫度1000-1300℃的位置處或者導流筒內側僅僅是於一實施例中，設置在矽晶棒軸向各個位置處能夠對矽晶棒進行加熱以改善矽晶棒中心到邊緣的溫度分佈不均勻性現象的加熱裝置，均適用於本發明。
於一實施例中，所述加熱裝置包括在所述矽晶棒直徑方向相對設置的至少兩塊加熱模組。參看圖4A-圖4D，示出了在矽晶棒周圍設置加熱裝置的形狀結構示意圖。其中，圖4A和圖4B示出了在矽晶棒周圍設置的加熱裝置包括兩塊加熱模組的結構示意圖，圖4C和4D示出了在矽晶棒周圍設置的加熱裝置包括四塊加熱模組的結構示意圖。如圖4A和圖4B所示，加熱裝置包括第一加熱模組171和第二加熱模組172，其中圖4A中的第一加熱模組171和第二加熱模組172均設置為圓弧形，圓弧形繞著矽晶棒10的圓周方向延伸，圖4B中的第一加熱模組171和第二加熱模組172均設置為圓板形。圖4A和圖4B中的兩塊加熱模組在矽晶棒10的直徑上相對設置。
繼續參看圖4C和圖4D，在矽晶棒10周圍設置的加熱裝置包括第一加熱模組171、第二加熱模組172、第三加熱模組173和第四加熱模組174，其中，第一加熱模組171和第三加熱模組173在矽晶棒10的第一徑向上相對設置，第二加熱模組172和第四加熱模組174在矽晶棒10的第二徑向上相對設置，其中第一徑向和第二徑向交叉設置，進一步於一實施例中，第一徑向和第二徑向垂直設置。圖4C中的加熱模組設置為圓弧形，圓弧形繞著矽晶棒10的圓周方向延伸，圖4D中的加熱模組設置為圓板形。
需要理解的是，本實施例中舉出設置兩塊和四塊加熱模組的形式僅僅是於一實施例中，任何數量的加熱模組，只要能改善矽晶棒中心和邊緣的溫度分佈均勻性的加熱裝置，均適用於本發明。還需要理解的是，本實施例中將第一徑向和第二徑向垂直設置也僅僅是於一實施例中，第一徑向和第二徑向呈任何較大的設置均適用於本發明。
於一實施例中，所述加熱模組設置為加熱板，加熱板圍繞所述矽晶棒的圓周面設置，能夠改善加熱裝置加熱的均勻性。
在上述設置形式下，隨著加熱裝置設置的加熱模組的數量增加，使沿著矽晶棒圓周方向分佈的加熱模組越多，從而避免由於矽晶錠圓周方向局部未進行加熱而導致的矽晶錠加熱不均勻，進一步改善沿圓周上的溫度分佈的均勻性。同時，在上述加熱模組的形狀設置中，將加熱模組設置為環繞矽晶棒10的圓周方向延伸的圓弧形，使加熱裝置與矽晶錠的表面相對的面積增加，有效增加加熱裝置對矽晶棒圓周面的加熱效率，進一步減少晶棒邊緣和中心的不均勻性的同時，避免矽晶棒圓周方向分佈不均勻。
在本發明的一個示例中，還可以通過控制沿圓周方向分佈的不同加熱模組的加熱效率（如加熱功率），控制矽晶棒沿圓周方向的溫度的不同分佈，以改善圓周方向溫度不均勻分佈的問題。需要理解的是，控制沿圓周方向分佈的不同加熱模組的加熱效率，僅僅是於一實施例中，本領域技術人員還可以控制沿矽晶棒長度方向分佈的不同加熱模組的加熱效率實現在長度方向上保持不同位置處矽晶棒中心和邊緣溫度的穩定分佈。
實施例二
本發明還提供了一種半導體晶體生長方法，包括： 步驟S1：獲取矽熔體； 步驟S2：從所述矽熔體中提拉出矽晶棒，其中，在提拉過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
於一實施例中，採用如實施例一所述的半導體晶體生長裝置執行本實施例一所述的半導體晶體生長方法。參看圖1，在包括有爐體1的半導體生長裝置中獲取矽熔體，其中爐體1內設置有坩堝11，坩堝11外側設置有對其進行加熱的加熱器12，坩堝11內容納有矽熔體13。
在爐體1頂部設置有提拉裝置14，在提拉裝置14的帶動下，籽晶從矽熔體液面提拉拉出矽晶棒10，同時環繞矽晶棒10四周設置熱屏裝置，於一實施例中，如圖1所示，熱屏裝置包括有導流筒16，導流筒16設置為圓錐桶型，其作為熱屏裝置一方面用以在晶體生長過程中隔離石英坩堝以及坩堝內的矽熔體對晶體表面產生的熱輻射，提升晶棒的冷卻速度和軸向溫度梯度，增加晶體生長數量，另一方面，影響矽熔體表面的熱場分佈，而避免晶棒的中心和邊緣的軸向溫度梯度差異過大，保證晶棒與矽熔體液面之間的穩定生長；同時導流筒還用以對從晶體生長爐上部導入的惰性氣體進行導流，使之以較大的流速通過矽熔體表面，達到控制晶體內氧含量和雜質含量的效果。
為了實現矽晶棒的穩定增長，在爐體1底部還設置有驅動坩堝11旋轉和上下移動的驅動裝置15，驅動裝置15驅動坩堝11在拉晶過程中保持旋轉是為了減少矽熔體的熱的不對稱性，使矽晶柱等徑生長。
在半導體晶體生長過程中，伴隨著晶體的形核和生長，往往產生諸如晶體原生顆粒（COP）缺陷、氧化誘生層錯（OISF）缺陷、直接表面氧化（DSOD）缺陷，以及產生沉澱物等的缺陷。這些缺陷與晶體生長過程中的溫度密切相關，其中，晶棒從中心到邊緣的溫度均勻性分佈是影響這些缺陷形成的關鍵因素。
在拉晶過程中，隨著提拉裝置向上提拉矽晶棒，晶棒遠離矽熔體液面後由於矽熔體液面的熱輻射逐漸減弱，矽晶棒開始散熱，其中，晶棒邊緣散熱遠快於中心部位，造成晶棒邊緣和中心溫度分佈不均勻。尤其是靠近矽熔體液面位置處的矽晶棒，傳統的拉晶裝置僅對矽熔體進行加熱，其無法控制晶棒邊緣和中心溫度分佈不均勻現象的發生。
為此，在根據本發明的半導體晶體生長方法中，在拉晶過程中對所述矽晶棒的外周面進行加熱。從而改善矽晶棒中心和邊緣的溫度均勻性，從而使晶棒穩定生長，減少了晶棒生長過程中的缺陷提升了晶體生長的品質。
於一實施例中，所述採用電阻加熱和/或微波加熱的方式對矽晶棒進行加熱，從而對對晶棒中心和邊緣的溫度分佈不均勻現象進行補償，以使晶棒中心和邊緣的溫度分佈均勻，改善矽晶棒的穩定生長，提升晶體生長的品質。其中，微波加熱較電阻加熱能量利用率高，且微波加熱的形式能更好的控制晶棒邊緣和中心之間的溫度分佈，使矽晶棒由中心到邊緣的溫度分佈更加均勻。
在根據本發明的一個實施例中，採用微波加熱的方式進行加熱時，微波頻率的範圍為0.1GHz-30GHz；功率範圍為1KW-10KW。通過調整微波加熱裝置的頻率和/或功率，可以調節微波加熱裝置對矽晶棒進行加熱的溫度，以適應沿著矽晶棒軸向上的不同位置處的溫度分佈。
於一實施例中，參看圖2和圖3，所述加熱裝置設置在所述導流裝置內側、所述矽晶棒溫度1000-1300℃的位置處。在拉晶過程中，矽熔體液面處生長的矽晶棒往往在1400℃左右，隨著拉晶過程的進行，矽晶棒在提拉裝置的作用下向上移動，遠離矽熔體液面的位置處，矽晶棒的溫度逐漸下降。尤其是在移動到導流筒16內側，由於導流筒16對矽熔體液面處的熱輻射的遮罩作用，使矽熔體液面的溫度無法輻射到矽晶棒表面，矽晶棒的溫度無法維持，從矽晶棒的表面開始散熱，從而使矽晶棒的表面溫度比矽晶棒中心的溫度下降得快，如圖中1300℃-1000℃區間內的實線和虛線示出。
參看圖2，本發明中，在矽晶棒溫度為1300℃-1000℃的位置處對矽晶棒的外周面進行加熱，有效改善了因為晶棒表面散熱引發的矽晶棒中心到邊緣溫度分佈不均勻的現象，避免了晶體生長的缺陷。
需要理解的是，本實施例在矽晶棒的溫度1000-1300℃的位置處對矽晶棒的外周面進行加熱是於一實施例中，沿矽晶棒軸向各個位置處矽晶棒的外周面進行加熱以改善矽晶棒中心到邊緣的溫度分佈不均勻性現象的加熱裝置，均適用於本發明。
在本發明的一個示例中，還包括在對矽晶棒的外表面進行加熱的過程中，控制沿圓周方向和/或長度方向的加熱效率（如加熱功率），控制矽晶棒沿圓周方向的溫度的不同分佈，以改善圓周和/或長度方向溫度不均勻分佈的問題。於一實施例中，沿著所述矽晶棒的圓周，調整所述微波加熱的功率分佈。綜上所述，根據本發明的半導體晶體生長裝置和方法，通過對拉晶過程中的矽晶棒的外表面進行加熱，有效減少了矽晶棒中心和邊緣的溫度不均勻分佈，使晶棒穩定生長，減少了晶棒生長過程中的缺陷提升了晶體生長的品質。
本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變化和修改，這些變化和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由後述申請專利範圍及其均等範圍所界定。
1:爐體 10:矽晶棒 11:坩堝 12:加熱器 13:矽熔體 14:提拉裝置 15:驅動裝置 16:導流筒 17:加熱裝置 171、172、173、174:加熱模組
圖1為依本發明一實施例之半導體晶體生長裝置的結構示意圖。
圖2為依本發明一實施例之矽晶棒中沿矽晶棒長度方向分佈的溫度的示意圖。
圖3為依本發明一實施例之設置在矽晶棒周圍的加熱裝置的結構示意圖。
圖4A-圖4D為依據本發明之一種加熱裝置設置在矽晶棒四周的結構示意圖。
10:矽晶棒
13:矽熔體
16:導流筒
17:加熱裝置

Claims (14)

  1. 一種半導體晶體生長裝置，包括： 爐體； 坩堝，所述坩堝設置在所述爐體內、用以容納矽熔體； 提拉裝置，所述提拉裝置用以從所述矽熔體內提拉出矽晶棒；以及 加熱裝置，所述加熱裝置用以在所述提拉裝置從所述矽熔體內提拉出矽晶棒的過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶體生長裝置，其中所述加熱裝置包括微波加熱裝置。
  3. 如依申請專利範圍第1項之半導體晶體生長裝置，還包括導流筒，所述導流筒呈桶狀並繞所述矽晶棒四周設置，用以從所述爐體頂部輸入的氬氣進行整流並調整所述矽晶棒和所述矽熔體液面之間的熱場分佈。
  4. 如申請專利範圍第3項之半導體晶體生長裝置，其中所述加熱裝置設置在所述導流筒內側。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體晶體生長裝置，其中所述加熱裝置設置在所述矽晶棒溫度1000 ℃-1300 ℃的位置處。
  6. 如申請專利範圍第2項之半導體晶體生長裝置，其中所述微波加熱裝置的微波頻率的範圍為0.1千兆赫(GHz)-30 GHz。
  7. 如申請專利範圍第2項之半導體晶體生長裝置，其中所述微波加熱裝置的功率範圍為1千瓦(KW)-10 KW。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體晶體生長裝置，其中所述加熱裝置包括在所述矽晶棒直徑方向相對設置的至少兩塊加熱模組。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體晶體生長裝置，其中，所述加熱模組設置為圓板形或繞所述矽晶錠的圓周方向延伸的圓弧形。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體晶體生長裝置，其中，所述加熱裝置包括繞所述矽晶棒圓周設置的第一加熱模組、第二加熱模組、第三加熱模組和第四加熱模組；其中所述第一加熱模組和所述第二加熱模組沿著所述矽晶棒的第一直徑方向相對設置，所述第三加熱模組和所述第四加熱模組沿著所述矽晶棒的第二直徑方向相對設置，所述第一直徑方向和所述第二直徑方向交叉設置。
  11. 一種半導體晶體生長方法，包括： 獲取矽熔體； 從所述矽熔體中提拉出矽晶棒，其中，在所述提拉過程中對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
  12. 如申請專利範圍第11項之半導體晶體生長方法，其中，採用微波加熱的方式對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
  13. 如申請專利範圍第11項之半導體晶體生長方法，其中在所述矽晶棒溫度1000 ℃-1300℃的位置處對所述矽晶棒的外表面進行加熱。
  14. 如申請專利範圍第12項之半導體晶體生長方法，還包括沿著所述矽晶棒的圓周方向，調整所述微波加熱的功率分佈。
TW109105829A 2019-04-30 2020-02-24 一種半導體晶體生長裝置和方法 TW202041724A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910362435.3 2019-04-30
CN201910362435.3A CN111850675A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种半导体晶体生长装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202041724A true TW202041724A (zh) 2020-11-16

Family

ID=72966616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109105829A TW202041724A (zh) 2019-04-30 2020-02-24 一種半導體晶體生長裝置和方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111850675A (zh)
TW (1) TW202041724A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112760706A (zh) * 2020-12-23 2021-05-07 西安奕斯伟硅片技术有限公司 等径生长控制系统和等径生长控制方法
CN114381803B (zh) * 2022-01-12 2022-11-25 洛阳师范学院 一种机器人中控操作系统承载的硅晶拉制装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57183393A (en) * 1981-05-01 1982-11-11 Oki Electric Ind Co Ltd Apparatus for growing single crystal
JP2785623B2 (ja) * 1992-10-30 1998-08-13 信越半導体株式会社 単結晶成長装置
JP4567192B2 (ja) * 1998-06-26 2010-10-20 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド 結晶成長装置用電気抵抗ヒータ及びその使用方法
DE69901115T2 (de) * 1998-06-26 2002-12-19 Memc Electronic Materials, Inc. Verfahren zur herstellung fehlerfreier siliziumkristalle von willkürlichem grossen durchmesser
KR20010053179A (ko) * 1998-06-26 2001-06-25 헨넬리 헬렌 에프 저결함밀도, 자기침입형 실리콘을 성장시키기 위한 결정풀러
CN204570091U (zh) * 2015-03-20 2015-08-19 江苏盎华光伏工程技术研究中心有限公司 具有补温导流筒的单晶炉
CN104726931A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 江苏盎华光伏工程技术研究中心有限公司 具有退火装置的单晶炉及其控制方法
CN108950677A (zh) * 2017-05-19 2018-12-07 上海新昇半导体科技有限公司 一种单晶提拉炉热场结构
CN208791811U (zh) * 2018-08-09 2019-04-26 广东先导稀材股份有限公司 晶体生长装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111850675A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100954291B1 (ko) 고품질의 반도체 단결정 잉곳 제조장치 및 방법
US5853480A (en) Apparatus for fabricating a single-crystal semiconductor
TWI730594B (zh) 一種半導體晶體生長裝置
KR101574749B1 (ko) 단결정 제조용 상부히터, 단결정 제조장치 및 단결정 제조방법
KR20070013843A (ko) 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법
CN113073384A (zh) 一种可有效减少SiC单晶缺陷的方法及装置
TW202041724A (zh) 一種半導體晶體生長裝置和方法
JPH10101482A (ja) 単結晶シリコンの製造装置および製造方法
US20090293804A1 (en) Method of shoulder formation in growing silicon single crystals
KR20180016480A (ko) 실리콘 단결정 제조 방법
JPH09309789A (ja) 半導体単結晶製造装置
TWI746400B (zh) 拉晶裝置
TWI726813B (zh) 一種半導體晶體生長裝置
KR102038960B1 (ko) 실리콘 단결정 제조 방법
TWI738352B (zh) 一種半導體晶體生長裝置
KR20110099481A (ko) 단결정 냉각장치 및 단결정 냉각장치를 포함하는 단결정 성장장치
TWI745973B (zh) 一種半導體晶體生長裝置
JPWO2019107190A1 (ja) シリコン単結晶及びその製造方法並びにシリコンウェーハ
TWI745974B (zh) 一種半導體晶體生長裝置
WO1999037833A1 (fr) Appareil de tirage de cristal unique
TW202126868A (zh) 一種半導體晶體生長裝置
TW202117098A (zh) 一種半導體晶體生長裝置
TW202132633A (zh) 單晶矽的製造方法
KR101100862B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법
KR100906281B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드 구조물 및 이를 이용한 실리콘 단결정 잉곳 성장장치