一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉制造技术

本发明专利技术公开了一种单晶硅生长炉热屏及单晶硅生长炉，所述热屏设置在所述单晶硅生长炉的熔体坩埚的上部，所述热屏包括屏壁和屏底，所述屏底具有供熔体提拉通过的窗口，所述屏底包括上层、下层和侧壁，所述侧壁连接与所述上层和所述下层之间且围成所述窗口，所述下层朝向所述熔体的液面，所述下层设为齿状结构，用于将外部热能反射到所述熔体液面时不会继续反射到单晶硅晶体侧壁；通过将屏底的下层设置为齿状结构，可以避免外部热能量被单晶硅晶体吸收，从而避免晶体表面热补偿过高，有效优化晶体纵向温度梯度，提高硅片径向的质量均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉
本专利技术涉及半导体制造设备及设计领域，特别涉及一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉。
技术介绍
单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。目前，大尺寸硅单晶尤其是12寸以上硅单晶主要通过直拉法制备获得。直拉法是通过将11个9的高纯多晶硅在石英坩埚内熔化，利用籽晶经过引晶、放肩、等径、收尾制备硅单晶。该方法最关键的是由石墨及保温材料组成的热场，热场的设计直接决定了晶体的质量、工艺、能耗等。在整个热场设计中，最为关键的就就是热屏的设计。首先热屏的设计直接影响固液界面的垂直温度梯度，通过梯度的变化影响V/G比值决定晶体质量。其次，会影响固液界面的水平温度梯度，控制整个硅片的质量均匀性。最后，热屏的合理设计会影响晶体热历史，控制晶体内部缺陷的形核与长大，在制备高阶硅片过程中非常关键。
技术实现思路
针对现有技术的上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉，能控制单晶硅晶体侧壁表面稳定的热补偿，避免底部热补偿过大，影响晶体的生长。<br>为了解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种用于单晶硅生长炉的热屏，所述单晶硅生长炉包括熔体坩埚，所述热屏设置在所述熔体坩埚的上部，所述热屏包括屏壁和屏底，所述屏底具有供熔体提拉通过的窗口，所述屏底包括上层、下层和侧壁，所述侧壁连接与所述上层和所述下层之间且围成所述窗口，所述下层朝向所述熔体的液面，所述下层设为齿状结构，用于防止外部热能反射到单晶硅晶体侧壁。进一步地，所述下层所在平面与所述熔体液面平行设置。进一步地，所述齿状结构包括第一齿排和第二齿排，所述第一齿排朝向所述上层方向设置，所述第二齿排远离所述上层方向设置，所述第一齿排包括多个呈第一夹角设置的第一齿，所述第二齿排包括多个呈第二夹角设置的第二齿，所述第一齿和所述第二齿依次交错设置。作为可选地，多个所述第一交角不全部相等，多个所述第二夹角不全部相等。作为优选地，所述第一夹角的交平分线与所述熔体的液面呈锐角设置，并且所述锐角开口远离所述单晶硅晶体。进一步地，所述第一夹角和/或所述第二夹角通过设置圆弧过渡。进一步地，所述上层、所述下层和所述侧壁围城所述屏底的内部空间，所述内部空间填充有保温材料。作为可选地，所述保温材料包括碳纤维毡。进一步地，所述上层和所述下层均设有石墨层。另一方面，本专利技术还提供一种单晶硅生长炉，所述单晶硅生长炉包括：炉体，包括炉体壁以及腔体，所述腔体由所述炉体壁所包围；熔体坩埚，设置于所述腔体内，用以承载熔体；加热器，设置所述腔体内且分布于所述熔体坩埚外周，用以提供所述熔体坩埚的热场；以及如上述所述的一种用于单晶硅生长炉的热屏。采用上述技术方案，本专利技术所述的一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉具有如下有益效果：1.本专利技术所述的一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉，通过将屏底的下层设置为齿状结构，可以避免外部热能量被单晶硅晶体吸收，从而避免晶体表面热补偿过高，有效优化晶体纵向温度梯度，提高硅片径向的质量均匀性。2.本专利技术所述的一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉，通过将屏底的下层设置为齿状结构，可以将外部热能反射到熔体中，从而被溶体吸收，避免熔体液面温度下降过快，保证了熔体的融融状态，提高了拉晶的效果。3.本专利技术所述的一种用于单晶硅生长炉的热屏及单晶硅生长炉，通过对屏底结构的改进，可有效提高工艺效果，在半导体制造领域具有较好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1本专利技术所述的热屏工作环境简图；图2本说明书实施例中屏底结构示意图；图3本说明书其他实施例中屏底结构示意图；图4本说明书其他实施例中屏底结构示意图；图5本说明书其他实施例中屏底结构示意图；图6本说明书其他实施例中屏底结构示意图；图7本说明书实施例中单晶硅生长炉示意图。图中：1-热屏，2-炉体，3-熔体坩埚，4-加热器，5-转轴，11-屏蔽，12-屏底，21-炉体壁，121-上层，122-下层，123-侧壁，124-第一齿排，125-第二齿排。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1由于在单晶硅拉晶生成过程中，对晶体纵向和横向温度梯度要求很高，特别是晶体底部位置，由于外部热能，比如熔体坩埚以外的位置的热能通过热屏和熔体液面之间的空隙，经过多次反射能够被晶体侧壁吸收，导致热接收部位的热补偿会比较高，导致晶体纵向温度梯度发生变化，不利于拉晶的快速进行，同时晶体内部横向的温度梯度变化小，降低晶体的结晶效率，进而影响整个硅片的质量。为了解决上述问题，本说明书实施例提供一种热屏，通过对热屏结构的改进有效的优化晶体底部热补偿效果，从而提高晶体的拉晶效率和生长质量。具体地，如图1所示，为本说明书实施例中提供的热屏具体工作场景示意图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。所述热屏1设置在所述单晶硅生长炉中的熔体坩埚的上部，可以将所述热屏1分为屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于单晶硅生长炉的热屏，所述单晶硅生长炉包括熔体坩埚，其特征在于，所述热屏(1)设置在所述熔体坩埚的上部，所述热屏(1)包括屏壁(11)和屏底(12)，所述屏底(12)具有供熔体提拉通过的窗口，所述屏底(12)包括上层(121)、下层(122)和侧壁(123)，所述侧壁(123)连接与所述上层(121)和所述下层(122)之间且围成所述窗口，所述下层(122)朝向所述熔体的液面，所述下层(122)设为齿状结构，用于防止外部热能反射到单晶硅晶体侧壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于单晶硅生长炉的热屏，所述单晶硅生长炉包括熔体坩埚，其特征在于，所述热屏(1)设置在所述熔体坩埚的上部，所述热屏(1)包括屏壁(11)和屏底(12)，所述屏底(12)具有供熔体提拉通过的窗口，所述屏底(12)包括上层(121)、下层(122)和侧壁(123)，所述侧壁(123)连接与所述上层(121)和所述下层(122)之间且围成所述窗口，所述下层(122)朝向所述熔体的液面，所述下层(122)设为齿状结构，用于防止外部热能反射到单晶硅晶体侧壁。


2.根据权利要求1所述的热屏，其特征在于，所述下层(122)所在平面与所述熔体液面平行设置。


3.根据权利要求1所述的热屏，其特征在于，所述齿状结构包括第一齿排(124)和第二齿排(125)，所述第一齿排(124)朝向所述上层(121)方向设置，所述第二齿排(125)远离所述上层(121)方向设置，所述第一齿排(124)包括多个呈第一夹角设置的第一齿，所述第二齿排(125)包括多个呈第二夹角设置的第二齿，所述第一齿和所述第二齿依次交错设置。


4.根据权利要求3所述的热屏，其特征在于，多个所述第一交角不全部相等，多个所述第二夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛忠营，栗展，魏星，李名浩，魏涛，刘赟，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31