CN211036174U

CN211036174U - 一种晶体生长装置

Info

Publication number: CN211036174U
Application number: CN201920645452.3U
Authority: CN
Inventors: 沈伟民
Original assignee: Zing Semiconductor Corp
Current assignee: Zing Semiconductor Corp
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2029-04-30

Abstract

本实用新型提供一种晶体生长装置，包括：炉体，所述炉体内设置有坩埚，所述坩埚内包括熔体；提拉装置，所述提拉装置设置在所述坩埚的上方，配置为在晶体生长的过程中提拉晶体；熔融盖，所述熔融盖固定在所述提拉装置的下端，配置为减少所述熔体的热损失。根据本实用新型提供的晶体生长装置，通过在坩埚的上方设置熔融盖，减少了熔体的热损失，缩短了原料在坩埚中加热熔化的时间，降低了加热器的能耗，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体生长技术领域，具体而言涉及一种晶体生长装置。

背景技术

随着集成电路(Integrated Circuit，IC)产业的迅猛发展，器件制造商对IC级硅单晶材料提出了更加严格的要求，而大直径单晶硅是制备器件所必须的衬底材料。提拉法(Czochralski，CZ法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。

然而在晶体生长过程中，熔体的热量以热辐射等形式传递到炉体中，造成热损失。导致原料放在坩埚中加热熔化的时间增长，加热器的能耗增大，生产效率降低，生产成本升高。

因此，有必要提出一种新的晶体生长装置，以解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型提供一种晶体生长装置，包括：

炉体，所述炉体内设置有坩埚，所述坩埚内包括熔体；

提拉装置，所述提拉装置设置在所述坩埚的上方，配置为在晶体生长的过程中提拉晶体；

熔融盖，所述熔融盖固定在所述提拉装置的下端，配置为减少所述熔体的热损失。

进一步，所述熔融盖由隔热材料制成。

进一步，所述熔融盖包括外部壳体部分和内部填充部分，所述外部壳体部分包括硬质塑形材料，所述内部填充部分包括柔性多孔材料和/或硬性多孔材料。

进一步，所述外部壳体部分的材料包括石墨、连续纤维复合材料或钼。

进一步，所述内部填充部分包括石墨毛毡和/或石墨固毡。

进一步，所述熔融盖包括圆柱形、球形、椭球形或其组合。

进一步，所述提拉装置包括提拉晶绳和/或提拉硬杆。

进一步，所述熔融盖的直径范围包括150mm至750mm。

进一步，所述熔融盖的直径小于反射屏之间的距离。

根据本实用新型提供的晶体生长装置，通过在坩埚的上方设置熔融盖，减少了熔体的热损失，缩短了原料在坩埚中加热熔化的时间，降低了加热器的能耗，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的装置及原理。在附图中，

图1为本实用新型的晶体生长装置的示意图；

图2为本实用新型的熔融盖的俯视图。

附图标记

1、炉体 2、提拉晶绳

3、熔融盖 4、单晶硅棒

5、反射屏 6、硅熔体

7、坩埚 8、加热器

9、坩埚升降机构

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本实用新型提出的晶体生长装置。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

提拉法(Czochralski，CZ法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。然而在晶体生长过程中，熔体的热量以热辐射等形式传递到炉体中，造成热损失。导致原料放在坩埚中加热熔化的时间增长，加热器的能耗增大，生产效率降低，生产成本升高。

针对上述问题，本实用新型提供了一种晶体生长装置，如图1所示，包括：

炉体1，所述炉体1内设置有坩埚7，所述坩埚7内包括熔体；

提拉装置，所述提拉装置设置在所述坩埚7的上方，配置为在晶体生长的过程中提拉晶体；

熔融盖3，所述熔融盖3固定在所述提拉装置的下端，配置为减少所述熔体的热损失。

如图1所示，本实用新型提供的晶体生长装置包括炉体1，所述炉体1内设置有坩埚7，所述坩埚7内包括熔体。

示例性地，所述炉体1为不锈钢腔体，所述炉体1内为真空或者充满保护气体。作为一个实例，所述保护气体为氩气，其纯度为97％以上，压力为5mbar-100mbar，流量为70slpm-200slpm。

示例性地，所述坩埚7由耐高温耐腐蚀材料制成，坩埚7内盛装有用于晶体生长的熔体。在一个实施例中，坩埚7包括石英坩埚和/或石墨坩埚，坩埚7内盛装有硅料，例如多晶硅。硅料在坩埚7中被加热为用于生长单晶硅棒4的硅熔体6，具体地，将籽晶浸入硅熔体6中，通过籽晶轴带动籽晶旋转并缓慢提拉，以使硅原子沿籽晶生长为单晶硅棒4。所述籽晶是由一定晶向的硅单晶切割或钻取而成，常用的晶向为<100>、<111>、<110>等，所述籽晶一般为圆柱体。

示例性地，所述坩埚7的外围设置有加热器8，所述加热器8包括石墨加热器，可以设置在坩埚7的侧面，也可以设置在坩埚7的侧面和底面，配置为对坩埚7进行加热。进一步，所述加热器8可以设置在坩埚7的两侧，也可以围绕坩埚7进行设置，以使坩埚7的热场分布均匀。进一步，打开加热器8，加热硅料至熔化温度1420℃以上，使硅料全部熔化为硅熔体6，化料时间约为12小时。

示例性地，炉体1内还设置有反射屏5，其位于坩埚7的上方，并且位于单晶硅棒4的外围。进一步，所述反射屏5的材料包括但不限于钼。所述反射屏5的径向截面形状包括但不限于圆形、矩形、六边形等。

进一步，本发明的晶体生长装置还包括坩埚升降机构9，配置为支撑和旋转坩埚轴，以实现坩埚7的升降。

如图1所示，本实用新型提供的晶体生长装置还包括提拉装置，所述提拉装置设置在所述坩埚7的上方，配置为在晶体生长的过程中提拉晶体。

示例性地，所述提拉装置包括提拉晶绳、提拉硬杆或其组合，优选地，所述提拉装置包括提拉晶绳2。进一步，所述提拉晶绳2由数组钨丝捻绕而成。

示例性地，所述熔融盖3可以通过任何合适的方式固定在所述提拉装置的下端，优选地，熔融盖3可拆卸地固定在提拉装置的下端。

图1所示，本实用新型提供的晶体生长装置还包括熔融盖3，所述熔融盖3设置在所述提拉装置的下端，配置为减少所述熔体的热损失。

示例性地，所述熔融盖3位于所述熔体的上方，“覆盖”所述熔体，以减少熔体的热辐射。因此，熔融盖3的的尺寸应尽量大，以“覆盖”更多的熔体，然而，熔融盖3的直径应小于反射屏之间的距离，如图1所示。示例性地，所述熔融盖3的直径范围包括150mm至750mm。

示例性地，所述熔融盖由隔热材料制成。

作为一个实例，所述熔融盖3由硬质隔热材料制成，所述硬质隔热材料包括但不限于石墨、连续纤维复合材料(continuous fibre composite，CFC)或钼等。可选地，所述熔融盖3的表面形成有涂层。

进一步，为了实现更好的隔热效果，所述熔融盖3由外部壳体部分和内部填充部分组成，其中，所述外部壳体部分包括硬质塑形材料，主要用于形成支撑壳体；所述内部填充部分包括柔性多孔材料和/或硬性多孔材料，主要用于隔热。

作为一个实例，所述外部壳体部分的材料包括但不限于石墨、CFC或钼等硬质隔热材料。所述内部填充部分包括但不限于石墨毛毡、石墨固毡等疏松多孔的隔热材料。其中，内部填充部分的材料的保温、隔热效果优于外部壳体部分的材料，以实现更好的隔热效果。

示例性地，所述熔融盖3的形状包括但不限于圆柱形、球形、椭球形或其组合。一方面，上述形状可以尽量多地填充隔热材料；另一方面，上述形状还可以满足方向控制的要求。

在一个实施例中，在晶体生长之前，例如硅料熔化为硅熔体期间，熔融盖3与熔体之间尚未生长晶体，熔融盖3与坩埚上表面的距离最短，可以有效地防止热辐射，从而有效缩短化料时间。

在另一个实施例中，在晶体生长过程中，例如引晶、放肩、转肩、等径及收尾几个阶段器件，熔融盖3位于熔体上方，可以有效地防止热辐射，从而降低加热器的能耗。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种晶体生长装置，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内设置有坩埚，所述坩埚内包括熔体；

2.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述熔融盖由隔热材料制成。

3.如权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述熔融盖包括外部壳体部分和内部填充部分，所述外部壳体部分包括硬质塑形材料。

4.如权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于，所述外部壳体部分的材料包括石墨、连续纤维复合材料或钼。

5.如权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于，所述内部填充部分包括石墨毛毡和/或石墨固毡。

6.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述熔融盖包括圆柱形、球形、椭球形或其组合。

7.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述提拉装置包括提拉晶绳和/或提拉硬杆。

8.如权利要求1所述的晶体生长装置，其特征在于，所述熔融盖的直径范围包括150mm至750mm。

9.如权利要求8所述的晶体生长装置，其特征在于，所述熔融盖的直径小于反射屏之间的距离。