单晶硅生长炉.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106894082A(43)申请公布日2017.06.27(21)申请号201510947963.7(22)申请日2015.12.17(71)申请人上海超硅半导体有限公司地址201604上海市松江区石湖荡镇养石路88号(72)发明人李秦霖宋洪伟(51)Int.Cl.C30B29/06(2006.01)C30B15/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称单晶硅生长炉(57)摘要本发明公开了一种单晶硅生长炉，其特征在于在石墨坩埚口上设有分流导流筒，且在主加热器周围设有竖直分流筒，使氩气气流被竖直分流筒分隔成两股，一股进入竖直分流筒内经过主加热器排出腔体，另一股直接从竖直分流筒外排出腔体；并可通过排气阀门调整两股气流的流量，从而调整热场的分布以及减少热量散失。本发明的单晶硅生长炉，能显著降低功耗，缩短晶锭生长周期，降低生产成本。CN106894082ACN106894082A权利要求书1/1页1.一种单晶硅生长炉，其特征在于在石墨坩埚口上设有分流导流筒，且在主加热器周围设有竖直分流筒，使氩气气流被竖直分流筒分隔成两股，一股通过进入竖直分流筒内经过主加热器排出腔体，另一股直接从竖直分流筒外排出腔体；并可通过排气阀门调整两股气流的流量，调整热场的分布以及热量散失。2.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的分流导流筒包括呈喇叭状的排气导流筒、水平段的导流平台和竖直段的辅助分流筒三个部分。3.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的竖直分流筒包括外层石英筒、中间层石墨碳毡和内层石墨保温筒。4.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的竖直分流筒顶部距离排气导流筒底部的最大高度△H不小于100mm不大于400mm。5.根据权利要求2所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的竖直段辅助分流筒的高度不小于△H且不大于1.5倍△H。6.根据权利要求3所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的分流导流筒采用轻质保温石墨材料制成，热导率不大于20W/m/K，厚度d为10-50mm。7.根据权利要求3所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的分流导流筒的竖直段辅助导流筒与竖直分流筒之间的水平距离不小于20mm不大于100mm。8.根据权利要求1所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的分流导流筒包括由呈喇叭状的排气导流筒和水平段导流平台构成。9.根据权利要求9所述的单晶硅生长炉，其特征在于所述的水平段导流平台的外径应不小于竖直分流筒的外径。10.一种单晶硅生长工艺方法，工艺步骤如下：（1）抽真空：关闭所有阀门，打开腔体底部内外筒排气阀，对整个腔体进行抽真空，使腔体压力小于0.1Torr；（2）气氛化：当气压低于0.1Torr时，打开氩气阀，向腔体一边通氩气，一边抽真空;（3）升温化料：通过调整竖直分流筒内侧的排气阀门，使竖直分流筒内氩气流的单位流量小于氩气总通入量的1/3；（4）晶锭生长：当晶锭的重量大于2/3倍多晶硅总投料量时，通过调整竖直分流筒内侧的排气阀门，使竖直分流筒内氩气流的单位流量不小于氩气总通入量的1/3，不大于氩气总通入量的2/3；（5）降温冷却：通过调整竖直分流筒外侧的排气阀门，使竖直分流筒内氩气流的单位流量不小于氩气总通入量的2/3。2CN106894082A说明书1/6页单晶硅生长炉技术领域[0001]本发明属于单晶硅生长炉，尤其是涉及一种提高原料熔化速率、降低单晶硅生长功耗的单晶硅生长炉。背景技术[0002]随着集成电路向小型化、低功耗、高运算速率、窄线宽的快速发展，对大尺寸集成电路用硅片的品质与性能提出了更高的要求。随着晶锭尺寸的加大，晶锭生长所需的温度场设计难度增大，单晶硅生长炉制造难度与成本大幅增加，单晶硅生长周期和成本大幅度增加。[0003]半导体单晶硅生长主要采用切克劳斯基法（Czochralski法，简称Cz法）。在这种方法中，多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后，将硅熔体略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定径向的硅单晶体（籽晶）与硅熔体接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速率，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提拉速率，使晶体近恒直径生长。在生长过程的末期，此时坩埚内的硅熔体尚有残余，通过增加晶锭提拉速率和调整加热功率使晶锭直径渐渐缩小而形成一个锥形尾部，直至晶锭与页面脱离，从而完成晶锭的生长过程。因而单晶硅生长过程大致分为：装填多晶料、抽真空、气氛化、升温化料、引晶、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾、降温、冷却、出炉等工艺步骤。[0004]现有的单晶硅生长炉，在抽真空工艺过程，采用真空系统通过单晶硅生长炉底部的排气孔对整个生长炉炉膛进行抽真空；随后在气氛化过程，通过上部进气口入高纯氩气，氩气经过导