一种单晶炉及晶棒生长方法技术

本公开提供了一种单晶炉及晶棒生长方法，所述单晶炉的炉室包括主炉室及设置在所述主炉室顶部的副炉室，所述副炉室与所述主炉室内腔相通，所述副炉室的腔体沿着竖直方向延伸，所述副炉室的腔体顶部设有用于沿所述竖直方向提拉晶棒的籽晶提升机构，所述炉室的炉壁设有沿所述竖直方向依次排列的四个冷却单元，每个所述冷却单元的冷却温度可独立控制，以在所述竖直方向上分段控制所述炉室的温度。本公开提供了一种单晶炉及晶棒生长方法可减少晶棒原生缺陷的形成。原生缺陷的形成。原生缺陷的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶炉及晶棒生长方法


[0001]本专利技术涉及半导体加工
，尤其涉及一种单晶炉及晶棒生长方法。

技术介绍

[0002]单晶半导体材料是半导体领域最常使用的材料。生产单晶半导体材料最常用的方法是丘克劳斯基法(Czochralski法，简称CZ法)，又称为拉晶法或提拉法，采用CZ法制备单晶半导体材料的设备称为单晶炉。单晶炉拉制单晶硅棒时，盛装多晶硅块等原料的石英坩埚放入石墨坩埚内，在保护性气氛中加热融化，调控到工艺温度后，籽晶经导流筒插入熔融的硅熔液中，与坩埚作逆向旋转并向上提升，使硅熔液按籽晶的硅原子排列顺序结晶凝固成单晶硅棒。
[0003]在半导体硅片的制造过程中，单晶硅棒的质量决定硅片的质量，而在拉晶过程中会产生原生缺陷，包括空位、杂质原子及氧析出物等。这些缺陷会降低ULSI制程(即精密元器件制造技术)的良率与可靠性。
[0004]因此，控制好硅棒中的缺陷分布对于提升品质具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本公开实施例提供了一种单晶炉及晶棒生长方法，能够减少单晶硅棒的原生缺陷。
[0006]本公开实施例所提供的技术方案如下：
[0007]一种单晶炉，所述单晶炉的炉室包括主炉室及设置在所述主炉室顶部的副炉室，所述副炉室与所述主炉室内腔相通，所述副炉室的腔体沿着竖直方向延伸，所述副炉室的腔体顶部设有用于沿所述竖直方向提拉晶棒的籽晶提升机构，所述炉室的炉壁设有沿所述竖直方向依次排列的四个冷却单元，每个所述冷却单元的冷却温度可独立控制，以在所述竖直方向上分段控制所述炉室的温度。
[0008]示例性的，每个所述冷却单元包括容纳有冷却介质的介质通道，所述介质通道周向环绕所述副炉室，且相邻两个所述冷却单元的介质通道之间彼此隔绝，所述介质通道上设有介质入口和介质出口。
[0009]示例性的，所述介质入口和所述介质出口分别位于所述副炉室沿水平方向上的相对两侧。
[0010]示例性的，所述冷却单元有四个，分别为沿所述竖直方向从上至下依次排列的第一冷却单元、第二冷却单元、第三冷却单元和第四冷却单元；其中所述第一冷却单元、所述第二冷却单元和所述第三冷却单元中每一冷却单元的所述介质入口相对所述介质出口水平位置更低，以形成介质下进上出的冷却模式；所述第四冷却单元的所述介质出口相对所述介质入口水平位置更低，以形成介质上进下出的冷却模式。
[0011]示例性的，所述主炉室包括炉体部分和具有夹层空腔的炉盖部分；所述副炉室的炉壁被构造为具有周向环绕所述副炉室的夹层空腔，且该夹层空腔被分隔成沿所述竖直方
向从上至下排列的第一夹层单元、第二夹层单元、第三夹层单元和第四夹层单元；其中
[0012]所述第一冷却单元的介质通道包括所述第一夹层单元；所述第二冷却单元的介质通道包括所述第二夹层单元；所述第三冷却单元的介质通道包括所述第三夹层单元；所述第四冷却单元的介质通道包括所述第四夹层单元和所述炉盖部分，且所述第四夹层单元与所述炉盖部分的夹层空腔连通。
[0013]示例性的，至少两个所述冷却单元的冷却介质不同。
[0014]示例性的，在所述竖直方向上至少两个相邻的冷却单元中，靠近所述主炉室一侧的所述冷却单元比远离所述主炉室一侧的所述冷却单元内冷却介质的导热系数大。
[0015]示例性的，所述冷却单元有四个，分别为沿所述竖直方向从上至下依次排列的第一冷却单元、第二冷却单元、第三冷却单元和第四冷却单元，所述第一冷却单元的冷却介质选用冷空气；所述第二冷却单元和所述第三冷却单元的冷却介质选用甘油；所述第四冷却单元内的冷却介质选用冷却水。
[0016]示例性的，所述单晶炉还包括：
[0017]用于监测晶棒温度梯度的温度检测器；
[0018]用于采集拉晶过程中炉内固液界面固液界面图像的图像采集器；及
[0019]控制器，所述控制器与所述温度检测器、所述图像采集器连接，用于根据晶棒温度梯度分布情况和/或炉内固液界面图像，调节各所述冷却单元的冷却温度。
[0020]一种晶棒生长方法，采用如上所述的单晶炉进行晶棒生长；所述方法包括：
[0021]晶棒未拉制完成时，实时采集拉晶过程中炉内固液界面固液界面图像，并当监测到炉内固液界面形状变化时，提高最接近该固液界面的一个冷却单元的冷却介质温度；
[0022]晶棒拉制至尾部、及进入冷却阶段时，实时监测各冷却单元内晶棒的轴向温度变化，并当监测到至少一个冷却单元内晶棒的当前轴向温度处于预定温度区间时，调低该至少一个冷却单元的冷却介质温度，以加快晶棒在该至少一个冷却单元对应部位的冷却速度。
[0023]本公开实施例所带来的有益效果如下：
[0024]上述方案中，单晶炉内设有四个冷却单元，该四个冷却单元可沿竖直方向依次排列且可分别独立调节冷却温度，从而可在所述竖直方向上分段控制所述炉室的温度，以调节炉室的温度梯度。如此，可通过分段调节炉室内温度梯度，结合晶棒温度梯度分布情况，针对晶棒特定温度区间所对应的部位的冷却速度进行精确控制，有利于晶棒品质的控制，减少原生缺陷。
附图说明
[0025]图1表示晶棒的缺陷分布与热历史的关系图；
[0026]图2表示本公开实施例提供的单晶炉的结构示意图；
[0027]图3表示本公开实施例提供的单晶炉中四个冷却单元的分布示意图。
具体实施方式
[0028]为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公
开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0029]除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0030]在对本公开实施例提供的单晶炉及晶棒生长方法进行详细说明之前，有必要对于相关技术进行以下说明：
[0031]在相关技术中，晶体原生缺陷都是在晶体生长过程中、或者进一步的热处理中产生的。晶圆在经过一系列热处理后氧析出物密度(BMD)与晶体生长时的热历史有很大的关系，特别是在某一温度范围内的停留时间。
[0032]晶棒的缺陷分布与热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉，其特征在于，所述单晶炉的炉室包括主炉室及设置在所述主炉室顶部的副炉室，所述副炉室与所述主炉室内腔相通，所述副炉室的腔体沿着竖直方向延伸，所述副炉室的腔体顶部设有用于沿所述竖直方向提拉晶棒的籽晶提升机构，所述炉室的炉壁设有沿所述竖直方向依次排列的四个冷却单元，每个所述冷却单元的冷却温度可独立控制，以在所述竖直方向上分段控制所述炉室的温度。2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，每个所述冷却单元包括容纳有冷却介质的介质通道，所述介质通道周向环绕所述副炉室，且相邻两个所述冷却单元的介质通道之间彼此隔绝，所述介质通道上设有介质入口和介质出口，所述介质入口和所述介质出口分别位于所述副炉室沿水平方向上的相对两侧。3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，所述冷却单元有四个，分别为沿所述竖直方向从上至下依次排列的第一冷却单元、第二冷却单元、第三冷却单元和第四冷却单元；其中，所述第一冷却单元、所述第二冷却单元和所述第三冷却单元中每一冷却单元的所述介质入口相对所述介质出口水平位置更低，以形成介质下进上出的冷却模式；所述第四冷却单元的所述介质出口相对所述介质入口水平位置更低，以形成介质上进下出的冷却模式。4.根据权利要求3所述的单晶炉，其特征在于，所述主炉室包括炉体部分和具有夹层空腔的炉盖部分；所述副炉室的炉壁被构造为具有周向环绕所述副炉室的夹层空腔，且该夹层空腔被分隔成沿所述竖直方向从上至下排列的第一夹层单元、第二夹层单元、第三夹层单元和第四夹层单元；其中所述第一冷却单元的介质通道包括所述第一夹层单元；所述第二冷却单元的介质通道包括所述第二夹层单元；所述第三冷却单元的介质通道包括所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦浩，潘浩，郭超超，
申请(专利权)人：西安奕斯伟硅片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：