專利名稱：一種應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體硅單晶材料制備領(lǐng)域，主要是涉及一種應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置。
背景技術(shù)：
N型〈111〉晶向硅單晶廣泛應(yīng)用于各類半導(dǎo)體器件，由于其摻雜元素磷的分凝系數(shù)小，〈111>晶向的硅單晶在拉制過(guò)程中容易出現(xiàn)小平面效應(yīng)，摻雜元素磷在某一晶面上富集，使所拉制單晶的徑向電阻率均勻性變差，出現(xiàn)電阻率中心低，邊緣高的現(xiàn)象。這樣的硅片在進(jìn)行化學(xué)腐蝕和機(jī)械拋光時(shí)，硅片各部分的腐蝕速率會(huì)出現(xiàn)差異，從而影響所制作器件的性能和質(zhì)量，降低器件成品率。 <111>小平面出現(xiàn)在何處通常與單晶生長(zhǎng)界面的形狀有關(guān)。當(dāng)晶體生長(zhǎng)界面凹向硅熔體時(shí)，小平面出現(xiàn)在硅片的邊緣，而當(dāng)晶體生長(zhǎng)界面凸向硅熔體的時(shí)候則出現(xiàn)在硅片的中間。若小平面出現(xiàn)在硅片中央，則硅片中心處的電阻率值較低，硅片電阻率均勻性很差。決定生長(zhǎng)界面形狀的因素很多，但熔硅的熱對(duì)流對(duì)界面形狀有直接影響，熱對(duì)流傾向于使生長(zhǎng)界面凸向硅熔體，使小平面出現(xiàn)在硅片中央，而通過(guò)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)迫對(duì)流則傾向于使生長(zhǎng)界面凹向熔體，使小平面出現(xiàn)在硅片邊緣，從而改善N型〈111〉晶向高電阻率單晶的電阻率徑向均勻性。高晶轉(zhuǎn)拉晶工藝中的晶轉(zhuǎn)速度是一個(gè)重要的參數(shù)；晶轉(zhuǎn)速度較低時(shí)，強(qiáng)迫對(duì)流不明顯，起不到改善電阻率均勻性的作用；晶轉(zhuǎn)速度過(guò)高，又會(huì)在拉晶過(guò)程中產(chǎn)生諸如晶體擺動(dòng)等一系列的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)表明通常晶轉(zhuǎn)速度在22 25rpm時(shí)，可以在保證拉晶穩(wěn)定性的情況下，獲得較好的晶體電阻率均勻性效果。在CG6000型單晶爐中，采用常規(guī)14英寸系統(tǒng)拉制4英寸〈111〉晶向單晶，使用高晶轉(zhuǎn)拉晶時(shí)單晶自動(dòng)引晶、放肩、等徑都較為順利，但當(dāng)單晶生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)過(guò)冷生長(zhǎng)趨勢(shì)，晶體發(fā)生扭曲，扭曲令晶體變形，影響了單晶的成品率。其原因主要是由于熱系統(tǒng)功率較高，造成單晶散熱不好，生長(zhǎng)界面的溫度梯度較小。另外為保證單晶電阻率的徑向均勻性，晶體轉(zhuǎn)速通常要達(dá)到23rpm以上，造成固液交界面過(guò)分凹向熔體，也是造成晶體扭曲的一個(gè)重要原因。為熱系統(tǒng)添加具有保溫和導(dǎo)氣功能的熱屏裝置，可以有效加強(qiáng)熔體的保溫和晶體的散熱，提高晶體生長(zhǎng)的溫度梯度，使固液交界面呈現(xiàn)平緩凹型，有利于改進(jìn)晶體的電阻率均勻性和晶體形狀，同時(shí)可以有效降低晶體拉制的熱功率，節(jié)能降耗。但是，普通熱屏系統(tǒng)使用單一的石墨材料，單層熱屏的保溫效果有限，無(wú)法根本性的解決上述晶體扭曲問(wèn)題。為了保證熱屏的保溫和隔熱效果，通常需要將熱屏制作的很厚或者使用雙層熱屏，但受制于單晶爐的爐體尺寸，較厚或雙層的石墨材料熱屏?xí)绊慍CD攝像頭對(duì)單晶直徑的掃描和人眼對(duì)于晶體的觀察，從而使單晶的生長(zhǎng)自動(dòng)控制無(wú)法完成
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生扭曲變形，單晶電阻率均勻性差等影響晶體質(zhì)量和成品率的問(wèn)題。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，所述熱屏裝置包括導(dǎo)流筒支架，設(shè)置在單晶爐的保溫罩上方；第一導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，均由石墨材料制作，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)?，所述第一?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第一安裝邊沿，上底面向內(nèi)延伸有第一卡滯邊沿；所述第一安裝邊沿與所述導(dǎo)流筒支架配合；第二導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料制作，內(nèi)層為鑰片，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)郑龅诙?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第二安裝邊沿，上底面向內(nèi)延伸有第二卡滯邊沿；所述第二安裝邊沿與所述第一卡滯邊沿配合；第三導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料制作，內(nèi)層為鑰片，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)?，所述第三?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第三安裝邊沿；所述第三安裝邊沿與所述第二卡滯邊沿配合。 進(jìn)一步，所述導(dǎo)流筒支架包括支撐筒和上蓋板，所述支撐筒設(shè)置在單晶爐的保溫罩上方，所述上蓋板設(shè)置在支撐筒上方。進(jìn)一步，所述上蓋板上設(shè)置有凹槽，所述第一導(dǎo)流筒的第一卡滯邊沿安裝在所述凹槽內(nèi)。本實(shí)用新型有益效果如下本實(shí)用新型為應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，具有保溫和氣體導(dǎo)流的雙重作用，加大了晶體生長(zhǎng)界面的溫度梯度和晶體散熱速度，可有效解決晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的扭曲變形情況，改善單晶電阻率均勻性，起到提高晶體質(zhì)量和成品率的作用；同時(shí)由于熱屏的引入可有效降低化料及拉晶時(shí)的熱功率，節(jié)約能耗；并且具有操作簡(jiǎn)便、安裝方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。并且，本實(shí)用新型采用了不同材料制作復(fù)合型熱屏系統(tǒng)，能加強(qiáng)熱屏的保溫效果，采用的鑰材料性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，不易發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)具有較好的隔熱和保溫屬性，使用鑰片和石墨材料制作的復(fù)合型熱屏其厚度與單層石墨熱屏相當(dāng)，不會(huì)影響攝像頭對(duì)單晶直徑的掃描和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，而保溫和隔熱作用則與雙層石墨材料熱屏相當(dāng)，能夠較好的改善單晶拉制過(guò)程中的扭曲問(wèn)題，也可以進(jìn)一步降低晶體拉制功率，降低生產(chǎn)成本。

圖I為安裝現(xiàn)有熱屏裝置的單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的卡滯處的細(xì)節(jié)圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一種安裝有復(fù)合型熱屏裝置的單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的第一導(dǎo)流筒的俯視圖；圖6是圖5的主視圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的第二導(dǎo)流筒的俯視圖；圖8是圖7的主視圖；圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的第三導(dǎo)流筒的俯視圖；圖10是圖9的主視圖；[0024]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的支撐筒的俯視圖；圖12是圖11的主視圖；圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例一種復(fù)合型熱屏裝置的上蓋板的俯視圖；圖14是圖13的主視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱屏的引入可以增加對(duì)熔體的熱反射，降低單晶拉制功率，節(jié)約生產(chǎn)成本；在晶體拉制過(guò)程中，熱屏的存在可以屏蔽一部分加熱器對(duì)晶體的熱輻射，同時(shí)氬 氣流對(duì)晶體的吹拂作用也比敞開(kāi)式熱場(chǎng)明顯增強(qiáng)，從而大大加強(qiáng)了晶體的散熱，提高了晶體生長(zhǎng)界面的溫度梯度，有利于調(diào)平晶體生長(zhǎng)界面，穩(wěn)定晶體生長(zhǎng)，消除晶體扭曲變形的現(xiàn)象。如圖f 14所示，本實(shí)用新型實(shí)施例涉及一種應(yīng)用于單晶爐的復(fù)合型熱屏裝置，包括導(dǎo)流筒支架、第一導(dǎo)流筒5、第二導(dǎo)流筒6、第三導(dǎo)流筒7。導(dǎo)流筒支架，設(shè)置在單晶爐保溫罩上方，即位于單晶爐內(nèi)拉晶原料的上方；第一導(dǎo)流筒5,以石墨材料機(jī)械加工制成,形狀為圓臺(tái)的中空結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，兩層之間留有空隙，空隙內(nèi)襯石墨碳?xì)郑谝粚?dǎo)流筒的下底面(園臺(tái)結(jié)構(gòu)中面積較大的面)向外延伸有第一安裝邊沿，上底面(園臺(tái)結(jié)構(gòu)中面積較小的面)向內(nèi)延伸有第一卡滯邊沿；第一安裝邊沿與導(dǎo)流筒支架配合。本實(shí)用新型中，向外是指遠(yuǎn)離圓臺(tái)中心軸線的方向，向內(nèi)是指指向圓臺(tái)中心軸線的方向。本實(shí)施例以下所指的向外、向內(nèi)、下底面、上底面與第一導(dǎo)流筒中表達(dá)的含義相同。第二導(dǎo)流筒6，形狀為圓臺(tái)的中空結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料機(jī)械加工制成，內(nèi)層為金屬鑰片，由鑰材料機(jī)械加工制成，兩層經(jīng)焊接或釘卯成圓臺(tái)的中空結(jié)構(gòu)，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)?，第二?dǎo)流筒外層設(shè)有卡滯內(nèi)層鑰片的凹槽，第二導(dǎo)流筒下底面向外延伸有第二安裝邊沿，上底面向內(nèi)延伸有第二卡滯邊沿；第二安裝邊沿與第滯邊沿配合。第三導(dǎo)流筒7，形狀為圓臺(tái)的中空結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料機(jī)械加工制成，內(nèi)層為金屬鑰片，由鑰材料機(jī)械加工制成，兩層經(jīng)焊接或釘卯成圓臺(tái)的中空結(jié)構(gòu)，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)郑谌龑?dǎo)流筒外層設(shè)有卡滯內(nèi)層鑰片的凹槽，第三導(dǎo)流筒下底面向外延伸有第三安裝邊沿；第三安裝邊沿與第二卡滯邊沿配合。導(dǎo)流筒支架包括支撐筒10和上蓋板11，支撐筒10設(shè)置在單晶爐的保溫罩上方，上蓋板11設(shè)置在支撐筒10上方。上蓋板11上設(shè)置有凹槽，第一導(dǎo)流筒5的第一卡滯邊沿安裝在凹槽內(nèi)，可以有效防止熱屏水平滑動(dòng)。本復(fù)合型熱屏裝置的安裝十分簡(jiǎn)便，有利于各部件的更換和維護(hù)，具體安裝過(guò)程如下如普通敞開(kāi)式熱場(chǎng)一樣，先裝入石墨坩堝8和石英坩堝9，在石英坩堝9中放入多晶原料，將石英坩堝9降至適當(dāng)位置，依次放置支撐筒10、上蓋板11、第一導(dǎo)流筒5和第二導(dǎo)流筒6，此時(shí)應(yīng)注意原料與第二導(dǎo)流筒6的距離，避免原料與第二導(dǎo)流筒6接觸造成原料沾污，并根據(jù)此距離，修改單晶爐自動(dòng)化料程序中的石英坩堝9行程設(shè)定，避免化料途中原料與第二導(dǎo)流筒6接觸，造成沾污。關(guān)閉爐蓋4，在副爐室2中使用吊裝機(jī)構(gòu)(可以鉤吊第三導(dǎo)流筒7，并在第三導(dǎo)流筒與第二導(dǎo)流筒接觸受到支撐后，自動(dòng)與其脫離，因其并不屬于本實(shí)施例的復(fù)合型熱屏裝置，故未做詳細(xì)說(shuō)明)將第三導(dǎo)流筒7吊置于副爐室2中，關(guān)閉爐門(mén)。開(kāi)始進(jìn)行抽空和化料程序，當(dāng)原料全部熔化之后，通過(guò)提拉機(jī)構(gòu)I下降鋼絲繩3，將第三導(dǎo)流筒7降下至與第二導(dǎo)流筒接觸，此時(shí)第一導(dǎo)流筒5、第二導(dǎo)流筒6和第三導(dǎo)流筒7組合成完整熱屏(注意此時(shí)應(yīng)先將石英坩堝9位置下降，以避免熔體與導(dǎo)流筒接觸，造成原料沾污)，通過(guò)提拉機(jī)構(gòu)I提升吊裝機(jī)構(gòu)至副爐室2，關(guān)閉隔離閥，卸下吊裝機(jī)構(gòu)，換裝籽晶，進(jìn)行副爐室的抽空程序，打開(kāi)隔離閥，即可以進(jìn)行正常的拉晶程序。在CG6000型單晶爐中安裝本熱屏裝置，熱屏裝置為主要部件，可以起到保溫和氣體導(dǎo)流的雙重作用，降低了拉晶功率并加大了生長(zhǎng)界面的溫度梯度和晶體散熱速度。復(fù)合熱屏裝置中的支撐筒主要起支撐作用，并能進(jìn)一步增強(qiáng)保溫效果；上蓋板則加強(qiáng)了熱場(chǎng)上半部分的保溫。在CG6000型單晶爐中安裝本熱屏裝置，無(wú)需改動(dòng)CG6000型單晶爐原熱系統(tǒng)，安裝方便快捷。該裝置使用后，復(fù)合型熱屏的導(dǎo)氣和保溫作用阻擋了單晶拉制過(guò)程中加熱器對(duì)于晶體的熱輻射，并加強(qiáng)了對(duì)熔體的熱反射，同時(shí)增強(qiáng)了氬氣流對(duì)晶體的吹拂作用。其結(jié)果是晶體的散熱加快，晶體生長(zhǎng)界面溫度梯度提高，有利晶體生長(zhǎng)界面的調(diào)平，可有效解決晶體生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象，改善晶體電阻率均勻性和單晶成品率。同時(shí)由于熱屏的引入可有效降低化料及拉晶時(shí)的熱功率，節(jié)約能耗。并且通過(guò)換裝第三段導(dǎo)流筒，即可在原熱場(chǎng)上拉制不同直徑的單晶，操作簡(jiǎn)便快捷。通過(guò)使用該復(fù)合型熱屏裝置，配合高晶轉(zhuǎn)的拉晶工藝，N型高阻〈111〉晶向單晶的晶體扭曲情況得到控制，同時(shí)晶體的電阻率徑向均勻性也得到了較好的改善，表I為使用該復(fù)合型熱屏裝置拉制的單晶的電阻率均勻性情況，單晶電阻率徑向均勻性較好且整顆單晶均未出現(xiàn)扭曲變形情況。表I
!I測(cè)量點(diǎn)電BI率^徑向電阻率^ 爐號(hào) ，/fl. c m不均勾性/%
Imm ---1-
中心點(diǎn)邊緣方法I 方法2
55.5 53J 59J 605 I 6L1 58,5 IOJ 15.1
C A-11021 100 --------
___34.5 34.1 39.3 40J 38.5 38.2 13.8 17.6
90J 903 102J 101.7 I 102.2 0毛1 13J 15.5
CB41034 762 ----------—------
_」_L 47.5 I 46,8 j 55.8 | 563 [ 55.2 | 54.6 | 17J | 20.3注徑向電阻率不均勻性的計(jì)算按以下兩種方法方法I .PX ] oo%
L」力估.中心點(diǎn)平均方法2 .PX 100%采用本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)計(jì)的復(fù)合型熱屏裝置，通過(guò)配合單晶爐的爐體尺寸對(duì)熱屏裝置的放置高度和外形尺寸進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，可以保證不對(duì)單晶爐單晶晶體直徑控制系統(tǒng)的CCD攝像和單晶直徑掃描造成影響，不會(huì)影響晶體生長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，不僅可以滿足CCD攝像機(jī)在拉晶全過(guò)程中對(duì)單晶直徑的監(jiān)控，而且人工也可以從單晶的引晶到收尾過(guò)程中對(duì)單晶生長(zhǎng)情況進(jìn)行觀察和直徑測(cè)量，值得注意的是，由于金屬鑰材料的表面為拋光面，具有一定光反射作用，因此單晶拉制過(guò)程中，CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)應(yīng)適當(dāng)調(diào)暗，避免因強(qiáng)光的反射，影響單晶直徑的觀察和測(cè)量。14英寸熱場(chǎng)添加該復(fù)合熱屏裝置后，相比原非復(fù)合型熱屏裝置，體積變化不大，單晶外形得到進(jìn)一步改善，而且拉晶功率也下降了接近10%，晶體生產(chǎn)成本顯著降低，表2為不同熱場(chǎng)下，拉晶所需的平均熱功率。表權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，其特征在于，所述熱屏裝置包括 導(dǎo)流筒支架，設(shè)置在單晶爐的保溫罩上方； 第一導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，均由石墨材料制作，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)郑龅谝粚?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第一安裝邊沿，上底面向內(nèi)延伸有第一卡滯邊沿；所述第一安裝邊沿與所述導(dǎo)流筒支架配合； 第二導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料制作，內(nèi)層為鑰片，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)?，所述第二?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第二安裝邊沿，上底面向內(nèi)延伸有第二卡滯邊沿；所述第二安裝邊沿與所述第一卡滯邊沿配合； 第三導(dǎo)流筒，形狀為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料制作，內(nèi)層為鑰片，兩層之間留有空隙，填充石墨碳?xì)郑龅谌龑?dǎo)流筒的下底面向外延伸有第三安裝邊沿；所述第三安裝邊沿與所述第二卡滯邊沿配合。
2.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流筒支架包括支撐筒和上蓋板，所述支撐筒設(shè)置在單晶爐的保溫罩上方，所述上蓋板設(shè)置在支撐筒上方。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，其特征在于，所述上蓋板上設(shè)置有凹槽，所述第一導(dǎo)流筒的第一卡滯邊沿安裝在所述凹槽內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種應(yīng)用在單晶爐中的復(fù)合型熱屏裝置，包括導(dǎo)流筒支架、第一導(dǎo)流筒、第二導(dǎo)流筒和第三導(dǎo)流筒，其中第一、第二和第三導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒均為圓臺(tái)中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，兩層之間填充石墨碳?xì)?；并且第一?dǎo)流筒的內(nèi)外兩層均為石墨材料，第二導(dǎo)流筒和第三導(dǎo)流筒的外層為石墨材料，內(nèi)層為鉬材料，第一、第二和第三導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒通過(guò)安裝邊沿和卡滯邊沿依次卡合。該裝置安裝方便快捷、操作簡(jiǎn)便，由于采用了石墨材料和鉬片的復(fù)合型熱屏，使其相較于傳統(tǒng)的單一石墨材料熱屏，在保持同樣體積的同時(shí)，具有更好的隔熱和保溫特性，能夠改善單晶拉制過(guò)程中的扭曲問(wèn)題，降低晶體拉制功率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C30B29/06GK202786496SQ20122028736
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者劉鋒, 韓煥鵬, 李丹, 王世援, 周傳越, 莫宇, 耿博云, 呂菲 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所