WO2022033187A1 - 单晶炉的组合套筒及单晶炉 - Google Patents
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- the present disclosure relates to the technical field of crystal rod preparation, in particular to a combined sleeve of a single crystal furnace and a single crystal furnace.
- the bottom surface of the annular chassis is a conical surface.
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Abstract
一种单晶炉的组合套筒及单晶炉，所述组合套筒包括：内筒、外筒和底筒，所述外筒上下开口，外筒套设在内筒外围，底筒设置于外筒的底端开口处，所述底筒包括环形底盘和下筒，所述内筒和所述下筒均呈倒锥形，所述内筒的上端与外筒的上端连接，所述环形底盘的外缘部与外筒的下端密封连接，所述环形底盘的内缘部与所述下筒的上部连接，所述内筒的下端与所述环形底盘的上表面固定连接。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张在2020年8月10日在中国提交的中国专利申请号No.202010795735.3的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
本公开涉及晶棒制备技术领域，具体涉及一种单晶炉的组合套筒及单晶炉。
随着微电子产业制程的不断提高，对硅晶圆材料的品质有了更高的要求，而好的品质意味着要管控好晶棒中的晶体缺陷。晶棒中的晶体缺陷主要分为两大类，一类是由过饱和的间隙聚集而成的缺陷，这类缺陷不会影响MOS元器件栅极氧化物完整性(gate oxide integrity，简称GOI)；另一类是由空位聚集而成的缺陷，这类生长缺陷与GOI的良率有很大关系，常见的空位缺陷有COPs(crystal originated particles)、FPD(flow pattern defects)、LSTDs(laser scattering tomography defects)等。这些缺陷的生成与晶棒的轴向温度差G有关，而轴向温度差G可以根据热场的设计进行调节。
热场中关于导流筒的设计至关重要，其直接影响了晶棒轴向温度差G和晶棒边缘处的轴向温度差与晶棒中心处的轴向温度差的差值ΔG的大小，进而影响晶棒中的缺陷类型和分布。在拉晶过程中由于相关技术中的导流筒的局限性，导致液面大量热量传输到晶棒表面，这导致晶棒边缘区域的轴向温度变小，而晶棒中心区域的轴向温度差基本不变；进而使得ΔG增大，根据V/G理论，此时空位缺陷会集聚生长，这将减小无缺陷生长的区域，不利于晶棒的无缺陷生长。
发明内容
有鉴于此，本公开提供一种单晶炉的组合套筒及单晶炉，能够解决相关 技术中导流筒设置不合理进而影响晶棒中的缺陷类型和分布、不利于晶棒的无缺陷生长的问题。
为解决上述技术问题，本公开采用以下技术方案：
本公开一方面实施例提供了一种单晶炉的组合套筒，包括：内筒、外筒和底筒，所述外筒上下开口，所述外筒套设在所述内筒外围，所述底筒设置于所述外筒的底端开口处，所述底筒包括环形底盘和下筒，所述内筒和所述下筒均呈倒锥形，所述内筒的上端与所述外筒的上端连接，所述环形底盘的外缘部与所述外筒的下端密封连接，所述环形底盘的内缘部与所述下筒的上部连接，所述内筒的下端与所述环形底盘的上表面固定连接。
可选地，所述内筒和所述外筒的材质为石墨材料。
可选地，所述环形底盘和所述下筒的材质为金属钼。
可选地，所述内筒、所述外筒和所述环形底盘之间围合形成的空腔内设置有第一填充体和第二填充体，所述第一填充体位于所述第二填充体的上方，所述第一填充体采用导热材料制成，所述第二填充体采用隔热材料制成。
可选地，所述环形底盘和所述下筒为一体设置。
可选地，所述环形底盘的外缘部形成有第一螺纹，所述外筒的下端形成有第二螺纹，所述环形底盘和所述外筒通过所述第一螺纹和所述第二螺纹实现螺纹配合连接。
可选地，所述环形底盘的底面呈圆锥面。
本公开另一方面实施例还提供了一种单晶炉，包括如上任一项所述的组合套筒。
本公开上述技术方案的有益效果如下：
根据本公开实施例的组合套筒，可以保持硅熔液表面固、液、气三相交界点的稳定，保持温度场的稳定性，有利于晶棒的无缺陷生长，而且在硅熔液表面超过一定高度后，可以加快晶棒的冷却，使得晶棒快速度过缺陷形核长大的温度区间，最终制得高品质的晶棒。
图1为本公开实施例提供的组合套筒的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的底筒的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的外筒的结构示意图；
图4为本公开实施例提供的内筒的结构示意图；
图5为本公开实施例提供的组合套筒的使用示意图。
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
请参考图1-图4，图1为本公开实施例提供的组合套筒的结构示意图，图2为本公开实施例提供的底筒的结构示意图，图3为本公开实施例提供的外筒的结构示意图，图4为本公开实施例提供的内筒的结构示意图。如图1-4所示，本公开实施例中的组合套筒可以包括底筒1、外筒2和内筒3，其中，外筒2内部中空且上下开口，外筒2套设在内筒3的外围，而底筒1则设置于外筒的底端开口处；具体地，底筒1可以包括环形底盘11和下筒12，内筒3和下筒12均呈倒锥形且上下开口，内筒3的上端和外筒2的上端连接，内筒3的上端开口略小于外筒2的上端开口，以确保内筒3可以设置于外筒2的内部，内筒3的上端和外筒2的上端具体可以采用搭接或者螺栓固定连接等等，此处不限定具体的连接方式；而环形底盘11的外缘部(即外周)与外筒2的下端密封连接，环形底盘11的内缘部(即内周)则与下筒12的上部连接，内筒3的下端与环形底盘11的上表面固定连接，由于内筒3呈倒锥形，因此内筒3的下端与环形底盘11的上表面的接触点靠近环形底盘11的内周。
本公开实施例中，环形底盘11的外缘部形成有第一螺纹，外筒2的下端形成有第二螺纹，环形底盘11和外筒2通过所述第一螺纹和所述第二螺纹实现螺纹配合连接；通过螺纹配合的方式可以方便底筒1和外筒2之间拆离，同时也可以实现较为紧固的连接，避免在惰性气体的吹动下发生松动。
请参考图5，为本公开实施例提供的组合套筒的使用示意图。如图5所示， 在使用过程中，组合套筒设置在硅熔液上方，组合套筒的内筒3和下筒12形成气体流动通道，惰性气体可以经由内筒3和下筒12导流至硅熔液8的表面，提拉籽晶使晶棒5生长的过程中，惰性气体可以对晶棒5进行快速冷却。本公开实施例中，底筒1的材质为反射隔热材料，更具体的说，底筒1的材质为金属钼；通过上述设计，可以对底筒1的下筒12的内部进行保温，保持硅熔液8上的固、液、气三相交界点的稳定，保持温度场的稳定性，并且由于下筒12呈倒锥形，可以很好地调节晶棒5的边缘处的轴向温度差与中心处的轴向温度差的差值ΔG，使其接近于理想值，从而有助于晶棒5的无缺陷生长，而金属钼材质的底筒1可以有效地反射液面散发的热量，有助于硅熔液8液面及周边温度场的稳定；可选地，底筒1的环形底盘11的底面可以呈圆锥面，也就是说，环形底盘11的下表面距离硅熔液8表面的距离自外缘部(外周)向内缘部(内周)逐渐增大，使得环形底盘11反射液面散发的热量至晶棒5与硅熔液8的固液交界位置，进一步保证其温度的稳定，而底筒的下筒12则可以保持通过其内部的晶棒5的部分的温度的恒定，在底筒1对应的高度位置形成稳定的温度场，保证晶棒5的轴向温度差G的恒定，有助于晶棒5在该高度位置的无缺陷生长。
本公开实施例中，内筒3和外筒2的材质为导热材料，更具体的说，内筒3和外筒2的材质为石墨材料，导热材质的内筒3和外筒2可以有助于位于内筒3的内部的晶棒5在该高度部位快速冷却，即晶棒5的处于内筒3的内部的部分的热量通过内筒3和外筒2向外快速散去，使得晶棒5快速度过缺陷形核长大的温度区间，有效抑制晶棒5中缺陷的长大，从而减少晶棒5的缺陷生长。
本公开实施例中，内筒3、外筒2和环形底盘11之间围合形成的空腔内设置有填充体4，填充体4包括第一填充体41和第二填充体42，其中，第一填充体41位于第二填充体42的上方，第一填充体41采用导热材料制成，第二填充体42采用隔热材料制成；也就是说，内筒3、外筒2和环形底盘11之间围合形成的空腔内分为了两部分，上部则填充了第一填充体41，由于该高度位置需要使晶棒5的温度快速冷却下来，因此，第一填充体41采用导热材料，配合采用石墨材料的内筒3和外筒2，以将晶棒5的热量快速地向外传递；而对于下部则填充了第二填充体42，由于该高度位置需要保持晶棒5的温度恒定，因此第 二填充体42采用隔热材料，第二填充体42既可阻挡自下而上的热量传递，也可以阻挡自内向外的热量传递，以减少热量外散。
本公开实施例中，环形底盘11和下筒12为一体设置，两者呈一体设置保证了两者之间不会发生相对运动，这有利于提高硅熔液8的液面检测的准确性。
根据本公开实施例的组合套筒，可以保持硅熔液表面固、液、气三相交界点的稳定，保持温度场的稳定性，有利于晶棒的无缺陷生长，而且在硅熔液表面超过一定高度后，可以加快晶棒的冷却，使得晶棒快速度过缺陷形核长大的温度区间，最终制得高品质的晶棒。
本公开另一方面实施例还提供了一种单晶炉，所述单晶炉包括如上实施例所述的组合套筒。由于上述实施例中的组合套筒可以保持硅熔液表面固、液、气三相交界点的稳定，保持温度场的稳定性，有利于晶棒的无缺陷生长，而且在硅熔液表面超过一定高度后，可以加快晶棒的冷却，使得晶棒快速度过缺陷形核长大的温度区间，最终制得高品质的晶棒，因此本公开实施例中的单晶炉也对应具有上述有益效果，为避免重复，在此不再赘述。
如图5所示，可选的单晶炉包括坩埚和位于坩埚正上方的组合套筒，坩埚包括石墨坩埚6和石英坩埚7，坩埚中容置硅熔液8，组合套筒距离硅熔液8表面一定高度，组合套筒中的下筒12的下端开口略大于晶棒5的直径，以允许晶棒5从其内部通过。
以上所述是本公开的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。
Claims (8)
- 一种单晶炉的组合套筒，包括：内筒、外筒和底筒，所述外筒上下开口，所述外筒套设在所述内筒外围，所述底筒设置于所述外筒的底端开口处，所述底筒包括环形底盘和下筒，所述内筒和所述下筒均呈倒锥形，所述内筒的上端与所述外筒的上端连接，所述环形底盘的外缘部与所述外筒的下端密封连接，所述环形底盘的内缘部与所述下筒的上部连接，所述内筒的下端与所述环形底盘的上表面固定连接。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述内筒和所述外筒的材质为石墨材料。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述环形底盘和所述下筒的材质为金属钼。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述内筒、所述外筒和所述环形底盘之间围合形成的空腔内设置有第一填充体和第二填充体，所述第一填充体位于所述第二填充体的上方，所述第一填充体采用导热材料制成，所述第二填充体采用隔热材料制成。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述环形底盘和所述下筒为一体设置。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述环形底盘的外缘部形成有第一螺纹，所述外筒的下端形成有第二螺纹，所述环形底盘和所述外筒通过所述第一螺纹和所述第二螺纹实现螺纹配合连接。
- 根据权利要求1所述的组合套筒，其中，所述环形底盘的底面呈圆锥面。
- 一种单晶炉，包括如权利要求1-7中任一项所述的组合套筒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21855242 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2022538788 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21855242 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |