TWI750099B - 單晶爐的組合套筒及單晶爐 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種單晶爐的組合套筒及單晶爐，該組合套筒包括：內筒、外筒和底筒，該外筒上下開口，外筒套設在內筒週邊，底筒設置於外筒的底端開口處，該底筒包括環形底盤和下筒，該內筒和該下筒均呈倒錐形，該內筒的上端與外筒的上端連接，該環形底盤的外緣部與外筒的下端密封連接，該環形底盤的內緣部與該下筒的上部連接，該內筒的下端與該環形底盤的上表面固定連接。

Description

單晶爐的組合套筒及單晶爐
本發明屬於晶棒製備技術領域，具體關於一種單晶爐的組合套筒及單晶爐。
隨著微電子產業制程的不斷提高，對矽晶圓材料的品質有了更高的要求，而好的品質意味著要管控好晶棒中的晶體缺陷。晶棒中的晶體缺陷主要分為兩大類，一類是由過飽和的間隙聚集而成的缺陷，這類缺陷不會影響MOS元器件柵極氧化物完整性（gate oxide integrity，簡稱GOI）；另一類是由空位聚集而成的缺陷，這類生長缺陷與GOI的良率有很大關係，常見的空位缺陷有COPs（crystal originated particles）、FPD（flow pattern defects）、LSTDs（laser scattering tomography defects）等。這些缺陷的生成與晶棒的軸向溫度差G有關，而軸向溫度差G可以根據熱場的設計進行調節。
熱場中關於導流筒的設計至關重要，其直接影響了晶棒軸向溫度差G和晶棒邊緣處的軸向溫度差與晶棒中心處的軸向溫度差的差值∆G的大小，進而影響晶棒中的缺陷類型和分佈。在拉晶過程中由於相關技術中的導流筒的局限性，導致液面大量熱量傳輸到晶棒表面，這導致晶棒邊緣區域的軸向溫度變小，而晶棒中心區域的軸向溫度差基本不變；進而使得∆G增大，根據V/G理論，此時空位缺陷會集聚生長，這將減小無缺陷生長的區域，不利於晶棒的無缺陷生長。
有鑑於此，本發明提供一種單晶爐的組合套筒及單晶爐，能夠解決相關技術中導流筒設置不合理進而影響晶棒中的缺陷類型和分佈、不利於晶棒的無缺陷生長的問題。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案： 本發明一方面實施例提供了一種單晶爐的組合套筒，包括：內筒、外筒和底筒，該外筒上下開口，該外筒套設在該內筒週邊，該底筒設置於該外筒的底端開口處，該底筒包括環形底盤和下筒，該內筒和該下筒均呈倒錐形，該內筒的上端與該外筒的上端連接，該環形底盤的外緣部與該外筒的下端密封連接，該環形底盤的內緣部與該下筒的上部連接，該內筒的下端與該環形底盤的上表面固定連接。
可選地，該內筒和該外筒的材質為石墨材料。
可選地，該環形底盤和該下筒的材質為金屬鉬。
可選地，該內筒、該外筒和該環形底盤之間圍合形成的空腔內設置有第一填充體和第二填充體，該第一填充體位於該第二填充體的上方，該第一填充體採用導熱材料製成，該第二填充體採用隔熱材料製成。
可選地，該環形底盤和該下筒為一體設置。
可選地，該環形底盤的外緣部形成有第一螺紋，該外筒的下端形成有第二螺紋，該環形底盤和該外筒通過該第一螺紋和該第二螺紋實現螺紋配合連接。
可選地，該環形底盤的底面呈圓錐面。
本發明另一方面實施例還提供了一種單晶爐，包括如上任一項所述的組合套筒。
本發明上述技術方案的有益效果如下： 根據本發明實施例的組合套筒，可以保持矽熔液表面固、液、氣三相交界點的穩定，保持溫度場的穩定性，有利於晶棒的無缺陷生長，而且在矽熔液表面超過一定高度後，可以加快晶棒的冷卻，使得晶棒快速度過缺陷形核長大的溫度區間，最終制得高品質的晶棒。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「橫向」、「上」、「下」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
請參考圖1至圖4，圖1為本發明實施例提供的組合套筒的結構示意圖，圖2為本發明實施例提供的底筒的結構示意圖，圖3為本發明實施例提供的外筒的結構示意圖，圖4為本發明實施例提供的內筒的結構示意圖。如圖1至圖4所示，本發明實施例中的組合套筒可以包括底筒1、外筒2和內筒3，其中，外筒2內部中空且上下開口，外筒2套設在內筒3的週邊，而底筒1則設置於外筒的底端開口處；具體地，底筒1可以包括環形底盤11和下筒12，內筒3和下筒12均呈倒錐形且上下開口，內筒3的上端和外筒2的上端連接，內筒3的上端開口略小於外筒2的上端開口，以確保內筒3可以設置於外筒2的內部，內筒3的上端和外筒2的上端具體可以採用搭接或者螺栓固定連接等等，此處不限定具體的連接方式；而環形底盤11的外緣部（即外周）與外筒2的下端密封連接，環形底盤11的內緣部（即內周）則與下筒12的上部連接，內筒3的下端與環形底盤11的上表面固定連接，由於內筒3呈倒錐形，因此內筒3的下端與環形底盤11的上表面的接觸點靠近環形底盤11的內周。
本發明實施例中，環形底盤11的外緣部形成有第一螺紋，外筒2的下端形成有第二螺紋，環形底盤11和外筒2通過該第一螺紋和該第二螺紋實現螺紋配合連接；通過螺紋配合的方式可以方便底筒1和外筒2之間拆離，同時也可以實現較為緊固的連接，避免在惰性氣體的吹動下發生鬆動。
請參考圖5，為本發明實施例提供的組合套筒的使用示意圖。如圖5所示，在使用過程中，組合套筒設置在矽熔液上方，組合套筒的內筒3和下筒12形成氣體流動通道，惰性氣體可以經由內筒3和下筒12導流至矽熔液8的表面，提拉籽晶使晶棒5生長的過程中，惰性氣體可以對晶棒5進行快速冷卻。本發明實施例中，底筒1的材質為反射隔熱材料，更具體的說，底筒1的材質為金屬鉬；通過上述設計，可以對底筒1的下筒12的內部進行保溫，保持矽熔液8上的固、液、氣三相交界點的穩定，保持溫度場的穩定性，並且由於下筒12呈倒錐形，可以很好地調節晶棒5的邊緣處的軸向溫度差與中心處的軸向溫度差的差值∆G，使其接近於理想值，從而有助於晶棒5的無缺陷生長，而金屬鉬材質的底筒1可以有效地反射液面散發的熱量，有助於矽熔液8液面及周邊溫度場的穩定；可選地，底筒1的環形底盤11的底面可以呈圓錐面，也就是說，環形底盤11的下表面距離矽熔液8表面的距離自外緣部（外周）向內緣部（內周）逐漸增大，使得環形底盤11反射液面散發的熱量至晶棒5與矽熔液8的固液交界位置，進一步保證其溫度的穩定，而底筒的下筒12則可以保持通過其內部的晶棒5的部分的溫度的恒定，在底筒1對應的高度位置形成穩定的溫度場，保證晶棒5的軸向溫度差G的恒定，有助於晶棒5在該高度位置的無缺陷生長。
本發明實施例中，內筒3和外筒2的材質為導熱材料，更具體的說，內筒3和外筒2的材質為石墨材料，導熱材質的內筒3和外筒2可以有助於位於內筒3的內部的晶棒5在該高度部位快速冷卻，即晶棒5的處於內筒3的內部的部分的熱量通過內筒3和外筒2向外快速散去，使得晶棒5快速度過缺陷形核長大的溫度區間，有效抑制晶棒5中缺陷的長大，從而減少晶棒5的缺陷生長。
本發明實施例中，內筒3、外筒2和環形底盤11之間圍合形成的空腔內設置有填充體4，填充體4包括第一填充體41和第二填充體42，其中，第一填充體41位於第二填充體42的上方，第一填充體41採用導熱材料製成，第二填充體42採用隔熱材料製成；也就是說，內筒3、外筒2和環形底盤11之間圍合形成的空腔內分為了兩部分，上部則填充了第一填充體41，由於該高度位置需要使晶棒5的溫度快速冷卻下來，因此，第一填充體41採用導熱材料，配合採用石墨材料的內筒3和外筒2，以將晶棒5的熱量快速地向外傳遞；而對於下部則填充了第二填充體42，由於該高度位置需要保持晶棒5的溫度恒定，因此第二填充體42採用隔熱材料，第二填充體42既可阻擋自下而上的熱量傳遞，也可以阻擋自內向外的熱量傳遞，以減少熱量外散。
本發明實施例中，環形底盤11和下筒12為一體設置，兩者呈一體設置保證了兩者之間不會發生相對運動，這有利於提高矽熔液8的液面檢測的準確性。
根據本發明實施例的組合套筒，可以保持矽熔液表面固、液、氣三相交界點的穩定，保持溫度場的穩定性，有利於晶棒的無缺陷生長，而且在矽熔液表面超過一定高度後，可以加快晶棒的冷卻，使得晶棒快速度過缺陷形核長大的溫度區間，最終制得高品質的晶棒。
本發明另一方面實施例還提供了一種單晶爐，該單晶爐包括如上實施例所述的組合套筒。由於上述實施例中的組合套筒可以保持矽熔液表面固、液、氣三相交界點的穩定，保持溫度場的穩定性，有利於晶棒的無缺陷生長，而且在矽熔液表面超過一定高度後，可以加快晶棒的冷卻，使得晶棒快速度過缺陷形核長大的溫度區間，最終制得高品質的晶棒，因此本發明實施例中的單晶爐也對應具有上述有益效果，為避免重複，在此不再贅述。
如圖5所示，可選的單晶爐包括坩堝和位於坩堝正上方的組合套筒，坩堝包括石墨坩堝6和石英坩堝7，坩堝中容置矽熔液8，組合套筒距離矽熔液8表面一定高度，組合套筒中的下筒12的下端開口略大於晶棒5的直徑，以允許晶棒5從其內部通過。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
1：底筒 2：外筒 3：內筒 4：填充體 5：晶棒 6：石墨坩堝 7：石英坩堝 8：矽熔液 11：環形底盤 12：下筒 41：第一填充體 42：第二填充體
圖1為本發明實施例提供的組合套筒的結構示意圖； 圖2為本發明實施例提供的底筒的結構示意圖； 圖3為本發明實施例提供的外筒的結構示意圖； 圖4為本發明實施例提供的內筒的結構示意圖； 圖5為本發明實施例提供的組合套筒的使用示意圖。
1：底筒 2：外筒 3：內筒 4：填充體 11：環形底盤 12：下筒 41：第一填充體 42：第二填充體

Claims (8)

  1. 一種單晶爐的組合套筒，包括：內筒、外筒和底筒，該外筒上下開口，該外筒套設在該內筒週邊，該底筒設置於該外筒的底端開口處，該底筒包括環形底盤和下筒，該內筒和該下筒均呈倒錐形，該內筒的上端與該外筒的上端連接，該環形底盤的外緣部與該外筒的下端密封連接，該環形底盤的內緣部與該下筒的上部連接，該內筒的下端與該環形底盤的上表面固定連接。
  2. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該內筒和該外筒的材質為石墨材料。
  3. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該環形底盤和該下筒的材質為金屬鉬。
  4. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該內筒、該外筒和該環形底盤之間圍合形成的空腔內設置有第一填充體和第二填充體，該第一填充體位於該第二填充體的上方，該第一填充體採用導熱材料製成，該第二填充體採用隔熱材料製成。
  5. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該環形底盤和該下筒為一體設置。
  6. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該環形底盤的外緣部形成有第一螺紋，該外筒的下端形成有第二螺紋，該環形底盤和該外筒通過該第一螺紋和該第二螺紋實現螺紋配合連接。
  7. 如請求項1所述之單晶爐的組合套筒，其中，該環形底盤的底面呈圓錐面。
  8. 一種單晶爐，包括如請求項1至7中任一項所述之單晶爐的組合套筒。
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