一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法，本发明专利技术有效解决了现有在直拉法生产单晶过程中硅熔体内氧含量较高而导致生成硅单晶棒质量较差的问题；解决的技术方案包括：本方案通过调整主加热器和底部加热器的结构，缩小用于为拉晶过程中提供热量需求的主加热器的中心高效发热区的覆盖范围，从而使得晶体在生长过程中与熔硅与石英坩埚内壁的接触区域不全部处于主加热器中心高效加热区之间，以此来减弱对石英坩埚的热辐射，进而降低石英坩埚内壁与熔硅的反应程度，减少氧进入熔硅中的量。熔硅中的量。熔硅中的量。

【技术实现步骤摘要】
一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法


[0001]本专利技术涉及半导体单晶硅生产
，尤其涉及一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法。

技术介绍

[0002]在工业界，超过98%的电子元件材料都是使用的单晶硅，它主要是通过FZ（FloatZone,区熔法）和CZ（Czochralski,直拉法）生产的，而CZ法又是最常用的方法，在CZ法生产中，石英坩埚是最重要的材料之一，因为石英坩埚内装有熔融态的多晶硅，两者之间的反应将直接影响生长出的单晶棒的品质；直拉单晶硅中所使用的石英坩埚（主要成分SiO2）已经过不同改善来提高其纯度和减缓与熔硅的反应等，但其石英自身在高温下还是不可避免与熔硅反应（SiO2+Si
→
2SiO），使得造成生长出的硅晶棒中含有高浓度的氧，进入硅晶中的氧浓度，在后续的加工热处理过程中形成氧析出物，而存在于元件区域内的氧析出物本身也会降低少子寿命，严重时伴随氧析出物而形成层错、位错环等缺陷，大大降低元件良率，因此降低直拉单晶硅中的氧含量成为亟待解决的问题；鉴于以上我们提供一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法用于解决以上问题。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，本专利技术提供一种可降低硅晶体氧含量的热场系统及工艺方法，本方案通过调整主加热器和底部加热器的结构，缩小用于为拉晶过程中提供热量需求的主加热器的中心高效发热区的覆盖范围，从而使得晶体在生长过程中与熔硅与石英坩埚内壁的接触区域不全部处于主加热器中心高效加热区之间，以此来减弱对石英坩埚的热辐射，进而降低石英坩埚内壁与熔硅的反应程度，减少氧进入熔硅中的量。
[0004]一种可降低硅晶体氧含量的热场系统，包括炉体且炉体内设有石英坩埚，其特征在于，所述炉体内设有与石英坩埚配合的主加热器，位于主加热器下方的炉体内竖向间隔设有底部加热器，所述底部加热器包括水平设置的U型底部加热区和竖向设置的纵向圆周加热区。
[0005]优选的，所述主加热器的加热区域高度为石英坩埚高度的三分之一至三分之二。
[0006]上述技术方案有益效果在于：（1）本方案通过调整主加热器和底部加热器的结构，来达到安全化料和减少石英坩埚与熔硅反应的目的，能够简单地通过控制拉晶过程中的氩气流量、炉压与埚转等工艺，来降低单晶硅晶体中的氧含量，提高晶体的品质，满足优质单晶的生产与社会需求；（2）通过缩小用于为拉晶过程中提供热量需求的主加热器的中心高效发热区的覆盖范围，从而使得晶体在生长过程中与熔硅与石英坩埚内壁的接触区域不全部处于主加热器中心高效加热区之间，以此来减弱对石英坩埚的热辐射，进而降低石英坩埚内壁与熔硅
的反应程度，减少氧进入硅熔体中的量；（3）本方案中底部加热器的纵向圆周加热区的设计，结合了本申请主加热器中心高效加热区缩短的特征，设计相应的高度弥补化料过程中该区域温度过低的问题，同时结合U形底部加热区的设计，对石英坩埚圆周侧面、底面进行加热且实现化料的效果。
附图说明
[0007]图1为本专利技术整体结构剖视示意图；图2为本专利技术主加热器结构示意图；图3为本专利技术底部加热器结构示意图；图4为本专利技术主加热器、底部加热器、排气孔道配合关系俯视示意图；图5为本专利技术底部加热器另一视角结构示意图；图6为本专利技术主加热器另一视角结构示意图；图7为本专利技术炉体剖视后内部结构示意图；图8为本专利技术底部加热器、排气孔道位置关系示意图；图9为本专利技术炉体剖视后内部结构另一视角结构示意图；图10为本专利技术本实施例、对比例中生成的硅单晶棒中氧含量示意图。
具体实施方式
[0008]有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考附图1至图10对实施例的详细说明中，可清楚的呈现，以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
[0009]实施例1，本实施例提供一种可降低硅晶体氧含量的热场系统，如附图1所示，包括炉体（如附图1所示，炉体由上至下分别设有若干保温部件2）且炉体内设有石英坩埚3，在石英坩埚3底部设有用于排气的排气孔道8（在进行拉晶生产过程中，需要向炉体内输送具有一定流量的氩气，排气孔道8使得输送至炉体内的氩气带走炉内氧、碳和其他高温挥发的杂质气体向外排出炉体），以及用于顶升石英坩埚3并且使其在在炉体内升降的下轴轴头6（在拉晶过程中，石英坩埚3在炉体内的高度位置变化的，下轴轴头6连接有升降机构），生成的硅单晶棒1处于石英坩埚3的中间位置，在硅单晶棒1生长过程中将其慢慢向上提拉，晶体在硅单晶棒1下端与硅熔体4接触面位置（即，固液界面处）生长，由于上述结构部件均为现有技术，加之本方案的改进点不在于此，故，对其结构不再做过多的描述，本方案的改进之处在于：在炉体内设有与石英坩埚3配合的主加热器5（用于提供单晶拉制过程中所需要的热量），位于主加热器5下方的炉体内竖向间隔设有底部加热器7（主要用于块状多晶硅在石英坩埚3内的化料过程，在进行拉晶生产过程之前，首先需要将块状的多晶硅放在石英坩埚3内并且对其进行加热，以使其变成硅熔体4），底部加热器7的顶部和主加热器5的底部之间间隔一定距离设置（如附图7、9中所示），如附图5所示，底部加热器7包括圆周纵向加热区和U型底部加热区7
‑
1且圆周纵向加热区和U型底部加热区7
‑
1之间一体设置，如附图3所示，底部加热器7的U型底部加热区中心7
‑
2的区域尺寸设计大于下轴轴头6的最大直径，使得初始对块状多晶硅进行化料时，尽可能的保证低埚位化料（此时石英坩埚3处于炉体内最低限
位，下轴轴头6同样也处于最低限位），可避免化料过程中底部过冷的风险，也可较好避免下轴轴头6与底部加热器7的U型底部加热区7
‑
1过近而可能产生的拉弧或加热过流的风险（因为底部加热器7、主加热器5均为石墨材质，其加热原理：石墨作为加热器其本身作为电阻发热，对其通入一定的电流后迅速升温、发热，进而起到加热的效果，下轴轴头6同样为石墨材质，与底部加热器距离过近，由于炉内杂质等的挥发，易引起两者之间产生电弧，严重时引起过流风险），当石英坩埚3处于炉体最低限位且对位于其内部的块状多晶硅进行化料时（此时下轴轴头6同样处于最低端位置），U型底部加热区中心7
‑
2区域大于下轴轴头6的最大直径，可较好的避免因下限位失效而造成底部加热器7的U型底部加热区7
‑
1与下轴轴头6触碰，进而避免了导致加热器产生短路情况的发生；U型底部加热区7
‑
1和纵向圆周加热区7
‑
3是根据设置在炉体内底壁位置上的电极位置和排气孔道8位置的分布而进行设计的，如附图6所示，主加热器5包括主加热器5中心高效加热区5
‑
1、主加热器支撑体5
‑
2（两者均为石墨材质），如附图9所示，在炉体内底部位置设有主加热器电极5
‑
3并且主加热器支撑体5
‑
2与主加热器电极5
‑
3之间经螺纹连接固定，如附图4、7中所示，在炉体内底部设有底部加热器电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可降低硅晶体氧含量的热场系统，包括炉体且炉体内设有石英坩埚(3)，其特征在于，所述炉体内设有与石英坩埚(3)配合的主加热器(5)，位于主加热器(5)下方的炉体内竖向间隔设有底部加热器(7)，所述底部加热器(7)包括水平设置的U型底部加热区(7
‑
1)和竖向设置的纵向圆周加热区(7
‑
3)。2.根据权利要求1所述的一种可降低硅晶体氧含量的热场系统，其特征在于，所述主加热器(5)的加热区域高度为石英坩埚(3)高度的三分之一至三分之二。3.一种可降低硅晶体氧含量的工艺方法，采用权利要求1
‑
2中任一所述的一种可降低硅晶体氧含量的热场系统，其特征在于，包括化料、拉晶，具体包括以下步骤：S1：在炉体内配套安装底部加热器和主加热器；S2：在化料过程中，同时开启主加热器和底部加热器，底部加热器采用20
‑
25kw，主加热器采用80
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马武祥，令狐铁兵，范吉祥，方丽霞，张奇，
申请(专利权)人：麦斯克电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：