一种提拉法生长硅晶棒的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提拉法生长硅晶棒的装置，包括容纳硅晶棒原料熔体的坩埚；加热机构，用于加热坩埚；硅晶棒原料熔体补加机构，将硅晶棒原料熔体补加至所述坩埚内；处于所述坩埚外围的旋转磁场；籽晶杆，位于坩埚上方，其下端部有用于装填籽晶的容纳区；用于籽晶杆的旋转及提升机构；提供保护气体的机构，对由坩埚及籽晶杆形成的晶棒生长空间提供保护气氛；其中，所述籽晶杆的竖向中心轴线与所述坩埚的竖向中心轴线不重合。采用本发明专利技术的装置所生产的晶棒可以获得更大尺寸及品质更优的晶片，例如，晶片的掺杂浓度、机械强度、位错密度、电导率、电阻率都更加均匀，对制作大规模集成电路具有非常重要的意义。非常重要的意义。非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提拉法生长硅晶棒的装置


[0001]本专利技术涉及一种提拉法生长大尺寸硅晶棒的装置。

技术介绍

[0002]半导体硅晶片的生产包括硅晶棒生长、硅晶棒切割为粗片、粗片研磨、磨边、粗抛光、精抛光、清洗、干燥，最后包装等步骤。其中硅晶棒生长的方法之一为提拉法。其工作原理如图1所示，即在合理的温场下，硅晶棒原料于坩埚中熔融，坩埚外周有旋转磁场作用，避免硅熔体产生翻滚；将装在籽晶杆上的籽晶下端，下移到熔体的原料中，籽晶杆在旋转马达及提升机构的作用下，一边旋转一边缓慢地向上提拉，经过缩颈、扩肩、转肩、等径、收尾、拉脱等几个工艺阶段，生长出几何形状及内在质量都合格单晶晶棒；在晶棒生长过程中，有硅晶棒原料熔体补加容器不断地向坩埚内补充硅晶棒原料熔体，以确保生长出所需长度的晶棒。这种方法在晶棒生长过程中，可以方便地观察晶棒的生长情况，晶棒在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著减小晶棒的应力并防止坩埚壁上的寄生成核，此外，还可以方便地使用定向籽晶与“缩颈”工艺，得到完整的籽晶和所需取向的晶棒。整个体系受保护气氛的保护。提拉法的最大优点在于能够以较快的速率生长较高质量的硅晶棒。
[0003]对于提拉法生长硅晶棒，业界仍在不断进行改进，以求提升其产品质量。

技术实现思路

[0004]专利技术人发现，采用提拉法生长硅晶棒时，籽晶杆纵向轴线一般都与坩埚中心轴线重合，导致生长出的硅晶棒中心轴线附近的部位实际上源自处于坩埚中心部位的原料熔体，而该部分原料熔体因为处于坩埚中心附近而实际上受外周磁场作用最弱，结果使所生长出的硅晶棒沿径向(对于生长过程中晶棒，对应的方向为水平面方向)的切面中心部位与边缘部位在成分、电性能方面并不总能达到用户可接受的一致性，整体影响产品的稳定性。
[0005]基于上述问题，专利技术人提出一种新的提拉法生长硅晶棒的装置，包括
[0006]‑
容纳硅晶棒原料熔体的坩埚；
[0007]‑
加热机构，用于加热坩埚；
[0008]‑
硅晶棒原料熔体补加机构，将硅晶棒原料熔体补加至所述坩埚内；
[0009]‑
处于所述坩埚外围的旋转磁场；
[0010]‑
籽晶杆，位于坩埚上方，其下端部有用于装填籽晶的容纳区；
[0011]‑
用于籽晶杆的旋转及提升机构；
[0012]‑
提供保护气体的机构，对由坩埚及籽晶杆形成的晶棒生长空间提供保护气氛；
[0013]其中，所述籽晶杆的竖向中心轴线与所述坩埚的竖向中心轴线不重合。
[0014]本专利技术的装置中，用于控制籽晶杆的机构令所述籽晶杆的竖向中心轴线与所述坩埚的竖向中心轴线不重合，这样，在实际使用过程中，处于坩埚中心部位的原料熔体被正在生长的硅晶棒下端带动而与处于坩埚非中心部位的原料熔体发生适当的交流、混合，从而使得该部分原料熔体对应的硅晶棒部分在成分、电性能方面与硅晶棒的其他部位更容易达
到一致，从而提升了产品的一致性和均匀性。特别是在生长大尺寸硅晶棒时，随着坩埚增大，坩埚内的硅晶棒原料熔体加热不均匀，而本专利技术的装置可以起到补偿的作用。采用本专利技术的装置，比与采用现有技术中籽晶杆的竖向中心轴线与坩埚中心轴线重合的方案相比，所生产的晶棒可以获得更大尺寸及品质更优的晶片。例如，晶片的掺杂浓度、机械强度、位错密度、电导率、电阻率都更加均匀，这对制作大规模集成电路具有非常重要的意义。
附图说明
[0015]图1为现有技术的提拉法硅晶棒生长装置的示意图。
[0016]图2为本专利技术的提拉法硅晶棒生长装置的示意图。
具体实施方式
[0017]本专利技术的提拉法生长硅晶棒的装置包括
[0018]‑
容纳硅晶棒原料熔体的坩埚；
[0019]‑
加热机构，用于加热坩埚；
[0020]‑
硅晶棒原料熔体补加机构，将硅晶棒原料熔体补加至所述坩埚内；
[0021]‑
处于所述坩埚外围的旋转磁场；
[0022]‑
籽晶杆，位于坩埚上方，其下端部有用于装填籽晶的容纳区；
[0023]‑
用于籽晶杆的旋转及提升机构；
[0024]‑
提供保护气体的机构，对由坩埚及籽晶杆形成的晶棒生长空间提供保护气氛；
[0025]其中，所述籽晶杆的竖向中心轴线与所述坩埚的竖向中心轴线不重合。
[0026]本专利技术的提拉法生长硅晶棒的装置，不一定是整体封闭的体系。事实上，在本专利技术装置的实际使用过程中，本专利技术装置包括提供保护气体的机构，以提供保护气氛，例如高纯氮气、氩气保护气氛。因此，本专利技术的“装置”虽采用“装置”的名称，并不表明其该名称对整体结构有特定限定，只要包括在本专利技术装置的最宽泛定义范围内所限定的各组成部件或者机构，及所定义的其他相应条件，则构成本专利技术的装置。
[0027]在本专利技术的装置中，优选地，所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平面上的间距为高于0.5cm，优选高于0.7cm，进一步优选高于1cm。考虑坩埚尺寸及相应成本，特别是考虑所生长硅晶棒的直径，所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平面上的间距一般不高于40cm，优选不高于35cm，进一步优选不高于30cm。因此，优选地，所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平面上的间距为0.5
‑
40cm，优选1
‑
35cm，进一步优选1.5
‑
30cm。但是，应该理解，该具体数值可以随实际需要改变。例如，所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平面上的间距与正在生长的硅晶棒的半径相同或者小于该半径，或者大于该半径。
[0028]在本专利技术装置的一个优选实施方案中，用于籽晶杆的旋转及提升机构还具有调节所述籽晶杆在水平方向位置的功能，这样，借助该机构，可以灵活调节所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平面上的间距。
[0029]在实际使用过程中，所生长的硅晶棒的截面(对于生长过程中的硅晶棒，按沿与竖向轴线垂直的水平面方向的截面计)直径可以是4、6、8、12，甚至达到或超过20英寸。晶棒生长速度按晶棒轴向高度(或者长度计)在0.2
‑
0.7mm/分钟，例如0.5mm/分钟。
[0030]在本专利技术的装置中，坩埚主体通常为石墨材质，起支撑作用，内面接触硅晶棒原料熔体的是石英内胆；石英内胆表面一般经过强化处理，形成高强度的致密表面层。
[0031]在本专利技术的装置中，硅晶棒原料熔体补加机构通常为石墨材质，起支撑作用，内面接触硅晶棒原料熔体的是石英内胆；石英内胆表面一般经过强化处理，形成高强度的致密表面层。硅晶棒原料熔体补加机构自带加热装置，并通过内衬石英的管道将硅晶棒原料熔体补加至所述坩埚内。
[0032]普通技术人员可以理解，为使用本专利技术的装置，需要根据实际情况采用必须的管道等，虽然在本说明书中未逐一列举，但是，这些管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过提拉法生长硅晶棒的装置，包括
‑
容纳硅晶棒原料熔体的坩埚；
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加热机构，用于加热坩埚；
‑
硅晶棒原料熔体补加机构，将硅晶棒原料熔体补加至所述坩埚内；
‑
处于所述坩埚外围的旋转磁场；
‑
籽晶杆，位于坩埚上方，其下端部有用于装填籽晶的容纳区；
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用于籽晶杆的旋转及提升机构；
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提供保护气体的机构，对由坩埚及籽晶杆形成的晶棒生长空间提供保护气氛；其中，所述籽晶杆的竖向中心轴线与所述坩埚的竖向中心轴线不重合。2.根据权利要求1所述的通过提拉法生长硅晶棒的装置，其特征在于，所述坩埚的竖向中心轴线与所述籽晶杆的竖向中心轴线在水平方向上的间距与正在生长的硅晶棒的半径相同或者小于该半径，或者大于该半径。3.根据权利要求1或2所述的通过提拉法生长硅晶棒的装置，其特征在于，所述用于籽晶杆的旋转及提升机构还具有调节所述籽晶杆在水平方向位置的功能。4.根据权利要求1
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3之一所述的通过提拉法生长硅晶棒的装置，其特征在于，所述坩埚主体为石墨材质，内面接触硅晶棒原料熔体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，
申请(专利权)人：北京通美晶体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：