熱屏蔽裝置、包括其的晶錠生長裝置和使用其的晶錠生長方法
【專利說明】熱屏蔽裝置、包括其的晶錠生長裝置和使用其的晶錠生長方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及晶錠生長裝置和制備單晶硅晶錠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過對使用提拉(CZ)法制造的單晶錠進(jìn)行切割來制造用作半導(dǎo)體裝置的材料的硅單晶片。
[0003]使用CZ法生長硅單晶錠的方法包括:浸漬過程，在石英坩禍中熔融多晶硅，然后將晶種浸漬到硅熔體中；縮頸過程，提拉晶種以生長細(xì)長的晶體；以及擴(kuò)肩，晶體在直徑方向上生長以產(chǎn)生具有目標(biāo)直徑的晶體。
[0004]此后，進(jìn)行等徑生長過程(body growing process)和收尾過程以生長娃單晶錠:在等徑生長過程中，具有預(yù)定直徑的硅單晶錠生長達(dá)到所需長度;而在收尾過程中，單晶錠的直徑逐漸減小以使晶錠與硅熔體分離。
[0005]然而，在晶種接觸硅熔體時(shí)，與硅熔體接觸的晶種下端的溫度會(huì)顯著增加到硅熔體表面的溫度，以使熱沖擊施加到晶種的下端上。
[0006]此外，剪切應(yīng)力可能由于熱沖擊而施加到晶種，從而在與硅熔體接觸的晶種的一部分上產(chǎn)生位錯(cuò)。在生長晶體時(shí)，在與硅熔體接觸的晶種的部分上出現(xiàn)的位錯(cuò)可被傳播到晶種的下部。其結(jié)果是，位錯(cuò)可能對單晶生長產(chǎn)生不利影響。
[0007]因此，為了防止位錯(cuò)傳播到單晶中，已在初始的單晶制造過程中進(jìn)行Dash縮頸過程。
[0008]Dash縮頸過程是提拉細(xì)長形狀的單晶以除去位錯(cuò)的技術(shù)。通常，在縮頸過程中長成的單晶(縮頸部分)可以具有約3mm至約5mm的直徑。
[0009]如果縮頸部分具有超過約5mm的直徑，則縮頸部分的內(nèi)部和外部之間的溫度差所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力可能會(huì)顯著增大。由于剪切應(yīng)力增大，位錯(cuò)的傳播速度可能會(huì)比縮頸部分中單晶的提拉速度更大。因此，晶種的晶體下端中產(chǎn)生的位錯(cuò)不能被除去。Dash縮頸過程在位錯(cuò)能夠被除去的方面具有積極效果。然而，考慮到晶種支撐高重量的單晶，Dash縮頸過程可能具有負(fù)面影響。
[0010]也就是說，由于單晶的負(fù)載施加到具有細(xì)長形狀的縮頸部分以除去位錯(cuò)，單晶可能由于縮頸部分?jǐn)嗔讯粝聛怼?br>[0011]此外，目前的直徑為約450mm的單晶有望在后期過程中達(dá)到約1噸的重量。因此，存在這樣的限制:直徑為約3_至約5_的縮頸部分無法支撐重量為約1噸的單晶。
[0012]因此，需要一種能夠在進(jìn)行縮頸過程的情況下生長大口徑單晶的技術(shù)。
[0013]由于近年來半導(dǎo)體技術(shù)不斷開發(fā)，單晶硅錠成為高重量和大口徑。因此，硅原料的尺寸可能增大，因此，需要在坩禍中堆疊更多量的多晶硅。
[0014]其結(jié)果是，用于加熱多晶硅的加熱器功率可能增大。因此，由于加熱器功率增大，晶錠價(jià)格可能升高，而且，在生長單晶時(shí)，單晶中出現(xiàn)的位錯(cuò)可能會(huì)增多，或者產(chǎn)品產(chǎn)率可能會(huì)降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的各實(shí)施方式提供了一種在制造晶錠時(shí)減小熱損失并且增大縮頸部分的直徑以生產(chǎn)大口徑的晶錠而不產(chǎn)生位錯(cuò)的晶錠生長裝置和方法。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方式中，使用晶種由坩禍中容納的硅熔體生長晶錠的晶錠生長裝置包括:腔室，提供進(jìn)行使晶錠生長的一系列過程的空間；設(shè)置在所述腔室內(nèi)的坩禍;設(shè)置在所述坩禍外的加熱單元;固定所述晶種的晶種夾頭;與所述晶種夾頭連接的升降單元；以及設(shè)置在所述坩禍上方的上部熱屏蔽體，所述上部熱屏蔽體具有長成的晶錠通過的孔，其中，所述孔的尺寸是可調(diào)節(jié)的。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施方式中，晶錠生長方法包括:將多晶硅容納在坩禍中；閉合設(shè)置在所述坩禍上方的上部熱屏蔽體的孔;加熱所述坩禍以形成硅熔體；以晶種通過所述孔的預(yù)定尺寸打開所述上部熱屏蔽體的孔，以使所述晶種通過所述上部熱屏蔽體的孔;在使用所述晶種生長所述晶錠的同時(shí)，根據(jù)晶錠的直徑膨脹增大所述上部熱屏蔽體的孔尺寸;在使用所述晶種進(jìn)行等徑生長過程以形成所述等徑體的同時(shí)，以尺寸比等徑體的尺寸更大的預(yù)定尺寸形成所述上部熱屏蔽體的孔；以及使用所述晶種進(jìn)行收尾過程。
[0018]有益效果
[0019]根據(jù)所提出的實(shí)施方式，所述孔尺寸調(diào)節(jié)單元可以安裝在所述上部熱屏蔽體內(nèi)，以便在將所述晶種浸漬到所述硅熔體時(shí)所產(chǎn)生的熱沖擊減到最小，從而增大所述縮頸部分的直徑。
[0020]此外，可以使用直徑增大的縮頸部分穩(wěn)定地產(chǎn)生大口徑的單晶硅晶錠。
[0021]此外，根據(jù)本實(shí)施方式，在加熱所述硅熔體時(shí)，可以降低加熱器功率，以提高單晶硅晶錠的品質(zhì)并降低制造成本。
[0022]此外，根據(jù)本實(shí)施方式，可以精確地控制所述晶錠外部的溫度，以制約所述晶錠的缺陷，從而提尚晶徒的品質(zhì)。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)實(shí)施方式的包括孔尺寸可調(diào)節(jié)的上部熱屏蔽體的晶錠生長裝置的示意圖。
[0024]圖2是根據(jù)實(shí)施方式的孔尺寸可調(diào)節(jié)的上部熱屏蔽體的截面圖。
[0025]圖3是根據(jù)實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)單元將功率傳遞給孔尺寸調(diào)節(jié)單元的狀態(tài)的視圖。
[0026]圖4是根據(jù)實(shí)施方式的孔尺寸調(diào)節(jié)單元的分解透視圖。
[0027]圖5是根據(jù)實(shí)施方式的上部熱屏蔽體的孔部分閉合的狀態(tài)的視圖。
[0028]圖6是根據(jù)實(shí)施方式的上部熱屏蔽體的孔打開的狀態(tài)的視圖。
[0029]圖7是示出根據(jù)實(shí)施方式的使用包括上部熱屏蔽體的晶錠生長裝置生長晶錠的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面，將參照附圖對示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施方式的技術(shù)范圍將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且，在實(shí)施方式的范圍內(nèi)，能夠添加、刪除和修改組件或部件。圖1是根據(jù)實(shí)施方式的包括孔尺寸可調(diào)節(jié)的上部熱屏蔽體的晶錠生長裝置的示意圖。
[0031]參照圖1，根據(jù)實(shí)施方式的晶錠生長裝置可以包括:腔室10;容納硅熔體的坩禍300;固定晶種600的晶種夾頭610，用于從硅熔體中提拉晶錠;與晶種夾頭610連接的升降單元(未示出)，用于提升并旋轉(zhuǎn)晶種夾頭610;加熱坩禍300的加熱單元400;設(shè)置在加熱單元400的側(cè)面上的側(cè)部熱屏蔽體500，用于屏蔽熱量；屏蔽硅熔體的熱量的上部熱屏蔽體200;在熱屏蔽體內(nèi)部安裝的孔尺寸調(diào)節(jié)單元140，用于調(diào)節(jié)孔尺寸;操作孔尺寸調(diào)節(jié)單元140的驅(qū)動(dòng)單元110;冷卻在上部熱屏蔽體200上生長的晶錠的水冷卻管700;以及除控制驅(qū)動(dòng)單元110之外還控制晶錠生長過程的整個(gè)過程的控制單元800。
[0032]腔室10提供了進(jìn)行生長晶錠作為諸如半導(dǎo)體的電子元件的材料使用的晶片的預(yù)定過程的空間。
[0033]作為熱區(qū)結(jié)構(gòu)容納硅熔體的坩禍300可以設(shè)置在腔室10中。支撐結(jié)構(gòu)和支撐負(fù)載的支架可以與坩禍300的下部連接。
[0034]旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置可以安裝在支架上。因此，坩禍300可以旋轉(zhuǎn)并被提升。
[0035]此外，固定用于由坩禍300內(nèi)的硅熔體生長晶錠的晶種600的晶種夾頭610可以設(shè)置在坩禍300上方。晶種夾頭610可以通過設(shè)置在腔室10的上部的升降單元進(jìn)行豎直移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。
[0036]也就是說，升降單元可以豎直移動(dòng)晶種夾頭610以將晶種600浸漬到硅熔體中，然后提升并同時(shí)旋轉(zhuǎn)晶種600以生長晶錠。
[0037]將熱能供給到熔化的多晶硅的加熱單元400可以設(shè)置在坩禍300外部。屏蔽加熱單兀400的熱量以防止熱量釋放到腔室10外部的側(cè)部熱屏蔽體500可以設(shè)置在加熱單兀400外部。
[0038]此外，具有硅熔體中長成的晶錠能通過的孔并屏蔽由硅熔體釋放的熱量的上部熱屏蔽體200可以被限定在坩禍300的上部。
[0039]在生長晶錠時(shí)，如果上部熱屏蔽體200的孔尺寸是可調(diào)節(jié)的，則有著巨大的優(yōu)勢。
[0040]例如，在熔化多晶硅時(shí)，該孔可以完全閉合，以阻止坩禍300向上釋放熱量。此外，在進(jìn)行浸漬晶種600的過程時(shí)，該孔可具有足夠的尺寸，以使得晶種600從中通過。此外，晶種600可以設(shè)置在硅熔體和上部熱屏蔽體200之間，然后在加熱后進(jìn)行浸漬以減小在晶種600浸漬到硅熔體中時(shí)發(fā)生的熱沖擊。
[0041]因此，由于熱沖擊減小，位錯(cuò)的發(fā)生可能會(huì)受到制約，從而增大縮頸部分的直徑。其結(jié)果是，可以使