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。這樣的硅片在進行化學(xué)腐蝕和機械拋光時，硅片各部分的腐蝕速率會出現(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界面的形狀有關(guān)。當(dāng)晶體生長界面凹向硅熔體時，小平面出現(xiàn)在硅片的邊緣，而當(dāng)晶體生長界面凸向硅熔體的時候則出現(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。決定生長界面形狀的因素很多，但熔硅的熱對流對界面形狀有直接影響，熱對流傾向于使生長界面凸向硅熔體，使小平面出現(xiàn)在硅片中央，而通過晶體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的強迫對流則傾向于使生長界面凹向熔體，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)速度是一個重要的參數(shù)；晶轉(zhuǎn)速度較低時，強迫對流不明顯，起不到改善電阻率均勻性的作用；晶轉(zhuǎn)速度過高，又會在拉晶過程中產(chǎn)生諸如晶體擺動等一系列的問題。實驗表明通常晶轉(zhuǎn)速度在22 25rpm時，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)拉晶時單晶自動引晶、放肩、等徑都較為順利，但當(dāng)單晶生長到一定長度時，開始出現(xiàn)過冷生長趨勢，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)速通常要達到23rpm以上，造成固液交界面過分凹向熔體，也是造成晶體扭曲的一個重要原因。為熱系統(tǒng)添加具有保溫和導(dǎo)氣功能的熱屏裝置，可以有效加強熔體的保溫和晶體的散熱，提高晶體生長的溫度梯度，使固液交界面呈現(xiàn)平緩凹型，有利于改進晶體的電阻率均勻性和晶體形狀，同時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，無法根本性的解決上述晶體扭曲問題。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攝像頭對單晶直徑的掃描和人眼對于晶體的觀察，從而使單晶的生長自動控制無法完成
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型提供一種應(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)中晶體生長過程中產(chǎn)生扭曲變形，單晶電阻率均勻性差等影響晶體質(zhì)量和成品率的問題。為達上述目的，本實用新型提供一種應(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，填充石墨碳氈，所述第一導(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，填充石墨碳氈，所述第二導(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，填充石墨碳氈，所述第三導(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)。本實用新型有益效果如下本實用新型為應(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，加大了晶體生長界面的溫度梯度和晶體散熱速度，可有效解決晶體生長過程中產(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；同時由于熱屏的引入可有效降低化料及拉晶時的熱功率，節(jié)約能耗；并且具有操作簡便、安裝方便快捷的優(yōu)點。并且，本實用新型采用了不同材料制作復(fù)合型熱屏系統(tǒng)，能加強熱屏的保溫效果，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)，不會影響攝像頭對單晶直徑的掃描和計算機自動控制，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程中的扭曲問題，也可以進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為本實用新型實施例一種復(fù)合型熱屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的卡滯處的細節(jié)圖；圖4為本實用新型實施例一種安裝有復(fù)合型熱屏裝置的單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型實施例一種復(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是本實用新型實施例一種復(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是本實用新型實施例一種復(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是本實用新型實施例一種復(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是本實用新型實施例一種復(fù)合型熱屏裝置的上蓋板的俯視圖；圖14是圖13的主視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖以及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不限定本實用新型。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，熱屏的引入可以增加對熔體的熱反射，降低單晶拉制功率，節(jié)約生產(chǎn)成本；在晶體拉制過程中，熱屏的存在可以屏蔽一部分加熱器對晶體的熱輻射，同時氬 氣流對晶體的吹拂作用也比敞開式熱場明顯增強，從而大大加強了晶體的散熱，提高了晶體生長界面的溫度梯度，有利于調(diào)平晶體生長界面，穩(wěn)定晶體生長，消除晶體扭曲變形的現(xiàn)象。如圖f 14所示，本實用新型實施例涉及一種應(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,以石墨材料機械加工制成,形狀為圓臺的中空結(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)襯石墨碳氈，第一導(dǎo)流筒的下底面(園臺結(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。本實用新型中，向外是指遠離圓臺中心軸線的方向，向內(nèi)是指指向圓臺中心軸線的方向。本實施例以下所指的向外、向內(nèi)、下底面、上底面與第一導(dǎo)流筒中表達的含義相同。第二導(dǎo)流筒6，形狀為圓臺的中空結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩層，外層為石墨材料機械加工制成，內(nèi)層為金屬鑰片，由鑰材料機械加工制成，兩層經(jīng)焊接或釘卯成圓臺的中空結(jié)構(gòu)，兩層之間留有空隙，填充石墨碳氈，第二導(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，外層為石墨材料機械加工制成，內(nèi)層為金屬鑰片，由鑰材料機械加工制成，兩層經(jīng)焊接或釘卯成圓臺的中空結(jié)構(gòu)，兩層之間留有空隙，填充石墨碳氈，第三導(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。本復(fù)合型熱屏裝置的安裝十分簡便，有利于各部件的更換和維護，具體安裝過程如下如普通敞開式熱場一樣，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，自動與其脫離，因其并不屬于本實施例的復(fù)合型熱屏裝置，故未做詳細說明)將第三導(dǎo)流筒7吊置于副爐室2中，關(guān)閉爐門。開始進行抽空和化料程序，當(dāng)原料全部熔化之后，通過提拉機構(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)，通過提拉機構(gòu)I提升吊裝機構(gòu)至副爐室2，關(guān)閉隔離閥，卸下吊裝機構(gòu)，換裝籽晶，進行副爐室的抽空程序，打開隔離閥，即可以進行正常的拉晶程序。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，并能進一步增強保溫效果；上蓋板則加強了熱場上半部分的保溫。在CG6000型單晶爐中安裝本熱屏裝置，無需改動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程中加熱器對于晶體的熱輻射，并加強了對熔體的熱反射，同時增強了氬氣流對晶體的吹拂作用。其結(jié)果是晶體的散熱加快，晶體生長界面溫度梯度提高，有利晶體生長界面的調(diào)平，可有效解決晶體生長過程中出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象，改善晶體電阻率均勻性和單晶成品率。同時由于熱屏的引入可有效降低化料及拉晶時的熱功率，節(jié)約能耗。并且通過換裝第三段導(dǎo)流筒，即可在原熱場上拉制不同直徑的單晶，操作簡便快捷。通過使用該復(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測量點電BI率^徑向電阻率^ 爐號 ，/fl. c m不均勾性/%
Imm ---1-
中心點邊緣方法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算按以下兩種方法方法I .PX ] oo%
L」力估.中心點平均方法2 .PX 100%采用本實用新型實施例設(shè)計的復(fù)合型熱屏裝置，通過配合單晶爐的爐體尺寸對熱屏裝置的放置高度和外形尺寸進行精確的設(shè)計，可以保證不對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，不會影響晶體生長的計算機自動控制，不僅可以滿足CCD攝像機在拉晶全過程中對單晶直徑的監(jiān)控，而且人工也可以從單晶的引晶到收尾過程中對單晶生長情況進行觀察和直徑測量，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，因此單晶拉制過程中，CCD攝像機的視場應(yīng)適當(dāng)調(diào)暗，避免因強光的反射，影響單晶直徑的觀察和測量。14英寸熱場添加該復(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，填充石墨碳氈，所述第一導(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，填充石墨碳氈，所述第二導(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，填充石墨碳氈，所述第三導(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)。
專利摘要本實用新型公開了一種應(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)流筒均為圓臺中空結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)外兩層，兩層之間填充石墨碳氈；并且第一導(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，具有更好的隔熱和保溫特性，能夠改善單晶拉制過程中的扭曲問題，降低晶體拉制功率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C30B29/06GK202786496SQ20122028736
公開日2013年3月13日 申請日期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 申請人:中國電子科技集團公司第四十六研究所