一种集成电路用晶体生长石墨坩埚制造技术

本发明专利技术介绍一种集成电路用晶体生长石墨坩埚，其目的主要在于解决石墨坩埚内表面与石英坩埚外表面反应产生的气体鼓泡从而影响晶体正常生长的问题。本发明专利技术通过对石墨坩埚内表面进行加工，在石墨坩埚内表面纵向与横向开有等尺寸的凹槽，凹槽延伸至石墨坩埚上边缘，且凹槽内填充有填充物。通过这样的设计时石墨坩埚在晶体生长环境下，可以在不影响石墨坩埚原本强度和传热均匀性的情况，将产生的气体排出，消除鼓泡对晶体生长的影响。消除鼓泡对晶体生长的影响。消除鼓泡对晶体生长的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种集成电路用晶体生长石墨坩埚


[0001]本专利技术涉及一种集成电路用单晶硅生长设备，特别涉及的是一种单晶硅生长用的石墨坩埚。

技术介绍

[0002]在基于CZ法进行电子级单晶硅生长时，通常是使用石英坩埚进行单晶硅晶棒的拉制，在单晶硅生长过程中，石英坩埚会与硅料发生的反应通常是需要关注的点，但除此以外，石英坩埚的另一种反应也需要被关注；CZ法晶体生长所使用的坩埚通常分为两部分，外层的石墨坩埚与里层的石英坩埚，石墨坩埚主要组成成分为石墨（含量占45%
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55%）、碳化硅、硅石、耐火粘土以及沥青焦油等，其主要起均匀传热以及保持石英坩埚形状的作用；实际生产中，在单晶硅生长环境下石英坩埚中的SiO2会与石墨坩埚中的主要成分石墨（C）进行反应，其反应生成产物中会产生CO气体，因为石墨坩埚内壁与石英坩埚内壁贴合紧密，所以CO气体的生成在贴合成产生局部的鼓泡，因为石英坩埚在晶体生长的高温条件下，其物理性质已表现为比较柔软，鼓泡的形成会影响到热量的传递从影响石英坩埚受热，并且鼓泡产生的形变也会导致坩埚内部多晶硅内部熔体流场变化，影响晶体生长均匀性。
[0003]现有技术通常采用在石墨坩埚表面打孔的方式来解决问题，但此种方法有一定的缺点，首先，大量的开孔会导致石墨坩埚强度降低，而少量的开孔又没法保证所有影响晶体生长的气泡都被排出，导致效果降低；其次开孔又会导致孔洞处的石英坩埚受热不均，影响晶体生长的正常进行。
[0004]由于现有技术中存在影响产品良率的技术问题点存在，因此需要对现有技术进行改进。<br/>
技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的在于设计了一种石墨坩埚，以解决石墨坩埚内表面与石英坩埚外表面反应产生的气体鼓泡从而影响晶体正常生长的问题。
[0006]以下为用于解决技术问题的方案：本专利技术对集成电路晶体生长石墨坩埚进行了新的设计，通过在石墨坩埚内表面设计纵向与横向尺寸相同的凹槽，并在凹槽中填满填充物a，并加工使石墨坩埚内表面平整。当晶体生长进行时，可由凹槽内的气体通路将两坩埚接触面处产色很难过的气体排出，以防止气体堆积形成气泡。
[0007]所述石墨坩埚内表面凹槽，其凹槽宽度W范围为1.5
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2mm，底部为直径为W的圆面，深度L范围为4
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5mm，凹槽与坩埚内表面相交处进行半径为0.2mm的倒圆角加工各凹槽等间距的分布于石墨坩埚内表面。
[0008]所述石墨坩埚内表面凹槽分为横向凹槽X与纵向凹槽Y两种纵向凹槽Y在坩埚内表面竖直面上平行等距分布，并且通过石墨坩埚上边缘，曲面处的纵向凹槽Y为竖直面凹槽延伸，且均通过坩埚曲面最低点，纵向凹槽Y数量N为18
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24条，横向凹槽X等距、平行分布，第一
个横向凹槽与坩埚上边缘的间距H为50
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70mm，且两条相邻的横向凹槽X的间距也为H。
[0009]所述的纵向凹槽，其在竖直面上互相平行，在坩埚下方的曲面上的凹槽则为竖直面处凹槽的延伸，并交汇与坩埚最低点C，且最低点C处开有1个直径为1mm的通孔。
[0010]所述石墨凹槽内表面填充满填充物a，其主要碳粉、耐火粘土、以及SiC，其中碳粉的含量在70
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80%范围内，加工使其致密，再处理使坩埚内表面平整。
[0011]在上述
技术实现思路
中，通过凹槽预留CO气体排出的通路，再通过碳粉的添加保证石墨坩埚的整体传热效率与机械强度，并通过对凹槽的尺寸分布设计，使石英坩埚受热均匀，不影响石英坩埚内单晶硅的正常生长。
[0012]所述凹槽尺寸的设计，是在保证石墨坩埚机械强度的前提下，使石英坩埚与石墨坩埚接触面处的气体充分排出，使其无法形成可影响石英坩埚的大尺寸气体鼓泡，维持晶体生长的正常运行。
[0013]本专利技术中，之所以选取碳粉的含量在70
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80%的填充物a进行填充，其原因在于石英坩锅其成分为高纯SiO2，在单晶硅生长条件下会与C进行反应，但反应的产物通常与C含量相关，当C含量充足时反应生成Si和CO（后文将以反应1指代），当C含量不充足时，反应生成SiC、SiO以及CO（后文将以反应2指代），通常由于石墨坩埚的成分的问题，石英坩埚与石墨坩埚接触处的反应通常为反应二，但当石墨坩埚内壁凹槽内充入碳粉后，石英坩埚与凹槽处碳粉会先发生反应1生成Si再进行反应2，由于在消耗同等量SiO2的情况下，反应2所长生成的固体产物较反应1更多，且石英坩埚与石墨坩埚贴合，因此凹槽处就会形成小的Si和C孔细，生成的CO就可以从这些空隙中排出，不会再内壁处堆积从而形成气体空泡，影响晶体的正常生长。而之所以选取碳粉含量70
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80%的填充物A进行填充是为了确保形成反应1的同时保证石墨坩埚的机械强度并且生成的硅不粘接在石英坩埚上。
附图说明
[0014]图1为石墨坩埚表面的凹槽形貌图，其中W为开槽宽度，L为开槽深度。
[0015]图2为一定角度内坩埚内表面凹槽槽型图，其中虚线为凹槽，其中 Y为纵向凹槽、X为横向凹槽、H为横向凹槽X的间距。A为坩埚壁竖直面与曲面的分界线，A上方为竖直面，A下方为曲面，C为坩埚内表面最低点。
具体实施例
[0016]实施例1进行200mm硅单晶棒的晶体生长，根据其单晶硅生长要求进行石墨坩埚的表面凹槽加工，首先其凹槽总体尺寸设定如下：宽度W为2mm，深度L为5mm确定凹槽型号后，进行坩埚内表面槽形设计，确定且纵向凹槽数量N为20，第一个横向凹槽与坩埚上边缘的间距H为70mm。
[0017]在完成凹槽加工后，向凹槽中加入碳粉含量70%的填充物a使其充满凹槽，同时加工处理使其内表面平整，在内表面平整后完成石墨坩埚的加工。
[0018]将石英坩埚放入加工完成石墨坩埚，并根据晶体生长的相关流程进行200毫米硅单晶棒的生长。
[0019]在完成数根晶棒的拉制后，在更换坩埚时对石英坩埚外面表面以及石墨坩埚整体
进行观察，并未发现石英坩埚有破损及异常严重变形痕迹，石墨坩埚也并未出现裂纹。之后对4根晶棒的径向电阻率变化情况进行检测，其数据为：A1=2.51%、A2=1.81%、A3=1.83%、A4=1.71%、A5=3.12%、B1=2.72%、B2=2.23%、B3=2.17%、B4=2.31%、B5=2.92%、C1=2.41%、C2=1.97%、C3=1.99%、C4=1.99%、C5=3.51%、D1=2.55%、D2=1.79%、D3=2.02%、D4=2.01%、D5=2.71%。
[0020]由上述数据可知，晶棒整体径向电阻率变化在合理范围内，晶体生长过程正常进行。
[0021]实施例2进行300mm硅单晶棒的晶体生长，根据其单晶硅生长要求进行石墨坩埚的表面凹槽加工，首先其凹槽总体尺寸设定如下：宽度W为1.5mm，深度L为4.4mm确定凹槽型号后，进行坩埚内表面槽形设计，确定且纵向凹槽数量N为24，第一个横向凹槽与坩埚上边缘的间距H为55mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路用晶体生长石墨坩埚，其特征在于，石墨坩埚内表面开有等尺寸的凹槽，凹槽分为横向凹槽X与纵向凹槽Y两种，其中纵向凹槽Y的分布于石墨坩埚内表面竖直方向，横向凹槽X分布于石墨坩埚内表面水平方向，凹槽内填充有填充物a。2.根据权利要求1所述的石墨坩埚，其特征在于，所述凹槽宽度W范围为1.5
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2mm，底部为直径为W的圆面，深度L范围为4
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5mm，凹槽与坩埚内表面相交处进行半径为0.2mm的倒圆角加工。3.根据权利要求1所述的石墨坩埚，其特征在于，所述纵向凹槽Y在坩埚内表面竖直面上平行等距分布，并且通过石墨坩埚上边缘，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锡铭，黄珊，张俊宝，陈猛，
申请(专利权)人：重庆超硅半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：