一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102321913A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102321913A(43)申请公布日2012.01.18(21)申请号201110306524.XC30B13/16(2006.01)(22)申请日2011.10.11(71)申请人天津市环欧半导体材料技术有限公司地址300384天津市东丽区华苑产业园区（环外）海泰东路12号(72)发明人沈浩平高树良张雪囡王彦君王岩王遵义赵宏波靳立辉刘嘉(74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限公司12105代理人王凤英(51)Int.Cl.C30B15/14(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺(57)摘要本发明涉及一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺。热系统包括线圈和保温桶，在炉体外两侧与线圈1相同高度的位置上分别设有产生横向磁场的磁场发生器，在线圈和保温桶之间设有用于对熔区热量进行反射的反射器。其工艺为：当扩肩直径到达100mm时，伸出反射器在硅单晶周围形成一个保温圈，开启磁场发生器，同时要保证扩肩过程中硅单晶上方的熔区高度为3～5mm，当硅单晶直径到205mm时转肩；在等径保持过程中，炉压为4~8bar。由于采取新设计的区熔硅单晶热系统和调整了工艺参数，成功拉制出8英寸区熔硅单晶，解决了大直径硅单晶成晶困难中的温度波动和熔流波动的问题，避免和减少了位错的产生，从而满足市场对8英寸区熔硅单晶的需求。CN10239ACCNN110232191302321921A权利要求书1/1页1.一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统，包括线圈（1）和保温桶（3），其特征在于：在炉体外两侧与线圈（1）相同高度的位置上分别设有产生横向磁场的磁场发生器（4），在线圈（1）和保温桶（3）之间设有用于对熔区（5）热量进行反射的反射器（2）。2.如权利要求1所述的一种拉制区熔8英寸单晶热系统，其特征在于：所述磁场发生器（4）产生的横向磁场强度为800~1200高斯。3.如权利要求1所述的一种拉制区熔8英寸单晶热系统，其特征在于：所述反射器（2）包括石墨板（11）、金属支架（9）和金属轴（10），所述反射器（2）设为两部分，每个部分由上下两个半圆形的金属支架（9）组成，数块石墨板（11）分别固定在金属支架（9）上，金属轴（10）的一端分别通过连接支架（12）焊接固定在两个半圆形的金属支架（9）的一侧，金属轴（10）的另一端与传动装置连接。4.一种拉制8英寸区熔硅单晶工艺，其特征在于：当扩肩直径到达100mm时，伸出反射器在单晶周围形成一个保温圈，开启磁场发生器，同时要保证扩肩过程中单晶上方的熔区高度为3～5mm，当单晶直径到205mm时转肩；在等径保持过程中，炉压为4~8bar。2CCNN110232191302321921A说明书1/2页一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺技术领域[0001]本发明涉及硅单晶的拉制方式，特别涉及一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺。背景技术[0002]半导体器件厂家出于提高生产率、降低成本、增加利润等方面的考虑，都逐步要求增大硅片的直径，大直径化是半导体器件行业和材料行业的永恒课题。但是在区熔硅单晶的生产过程中，随着单晶直径的增大其成晶也越来越困难，由于设备方面的问题，还有热系统、工艺参数等方面的问题，现有技术下区熔硅单晶的最大尺寸为Φ6英寸。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种拉制8英寸区熔硅单晶热系统及工艺。[0004]大直径区熔硅单晶的生产过程中，由于单晶直径较大，相应的其熔区比较大，所以熔体的流动和温度波动都比较大，使得熔体在凝固过程中产生的应变超过硅的屈服强度，导致位错的产生。对此，本发明采用施加磁场以及控制单晶上方熔区的高度来解决温度波动和熔体波动的问题，以降低凝固应变和应力。施加磁场之后，抑制熔体流动波动的同时提高了熔区温度的稳定性，而降低熔区高度也可以对熔体的波动起到很大的抑制作用。[0005]同时由于单晶直径较大，晶体内部散热相对较慢，外部的熔体先结晶，这样使得单晶中心部分存在较大的应力，容易产生位错而断苞，需要降低横向温度梯度，使固液界面相对较为平整，这样可以降低晶体中心应力，防止断苞的产生。本发明采用了在保温桶和线圈之间额外增加一个反射器的方式，将熔区的辐射能量进行反射，以降低单晶的散热速率，从而使单晶中心能够充分散热，降低中心应力。[0006]通过以上三种降低应力的方式，区熔硅单晶在扩肩和保持过程中便不易产生较大的应力，从而保证硅单晶的成功拉制。[0007]由于单晶直径增大，熔区边缘所受的离心力增加，这增加了流熔的可能性。将炉压增加至4~8bar可以增强气体对熔体的挤压作用，防止流熔。[0008]本发明采取的技术方案是：一种拉制8英寸