[发明专利]用于改善的连续直拉法的热屏障

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月29日提交的美国专利申请No.13/688,969的优先权，该申请的全部内容通过全文引用结合在本文中。

技术领域

本文公开的内容的技术领域总地涉及通过直拉法生长晶体半导体材料。更具体地，本文公开的内容的技术领域涉及应用环形热屏障的连续直拉法，其用于改善晶体拉伸速率和坩埚使用寿命。

背景技术

在连续直拉(CZ)晶体生长工艺中，随着晶体生长而补充或再充填熔体。这与批量再充填形成对比，在该批量再充填中，在通过完成晶体生长法而耗尽熔体之后才会再充填熔体。在任一情况下，都能够以固体进料或熔融进料来补充熔体。

与批量再充填相比，用于生长硅晶锭的连续直拉法具有一些优点。熔体高度保持基本不变，因此能够更一致地保持熔体-晶体界面处的生长条件，以实现最佳的晶体生长。由于熔体条件不会由于增加了大量进料而突然改变，所以周期时间还可以减少。

传统的连续晶体生长坩埚中的传统的窑坎(weir)布置在图1中示出。在传统的直拉法系统中，坩埚100保持一定量的熔融硅102，在该熔融硅中，单晶锭104生长并且沿箭头105指示的竖直方向从晶体/熔体界面106处被拉伸。通常成形为圆柱形的窑坎108定位在坩埚100的底部上，并且如图所示在熔体上方竖直延伸。窑坎108限定了内部生长区110和外部熔体补充区112。液面下方的通路114连接第一或熔体补充区112和内部生长区110。

热屏障116为圆锥形，并且以一定角度向下延伸以形成围绕生长的晶体或晶锭104设置的环形开口，以允许生长的晶锭辐射其潜在的凝固热和来自熔体的热通量。热屏障116的顶部具有第一直径，该第一直径远大于形成围绕晶锭104的环形开口的直径。热屏障116的顶部由绝热盖或绝热包可支承地保持。为了简明起见，附图中省略了绝热盖。通常沿生长晶体的长度提供惰性气体流，例如氩气，如117所指示的。

进给供应源118向坩埚100的熔体补充区112提供一定量的硅进料。该硅进料可以是固体块状的硅进料形式，其被直接提供给熔体区112。在任一情况下，向熔体区添加进料通常都伴随着由窑坎108顶部上方的空气静力输送的粉尘颗粒。粉尘或未熔解的硅颗粒会污染生长区110，并且可能附着到生长的晶锭上，从而使生长的晶锭失去其单晶硅结构。

各个区，即生长区110和熔体补充区112会经受向外部大气的辐射和对流热损失。在硅处理温度下，通过石英坩埚的溶解形成的硅氧化物从熔体中蒸发，并且在热区的稍冷区域上冷凝，从而形成可能成为严重的维护难题的粉末或粉尘。当该粉末或粉尘落回到硅熔体中时，它可能影响正在生长的单晶体结构，产生位错缺陷。晶锭产量和生长的经济性遭受严重影响。此外，辐射和对流热损失需要添加额外的热量以保持硅被熔化。该额外热量增加了系统设计的复杂性和成本。

虽然这种传统布置可能足以限制未熔化的硅颗粒从熔体补充区传送到晶体生长区，但是这种传统的窑坎布置不能解决向外部大气的辐射和对流热损失的问题。

发明内容

一方面，本申请公开了一种用于通过直拉法生长晶锭的设备。该晶锭在由晶体进料予以补充的一定量的熔融硅中从熔体/晶体界面拉出。该设备包括构造成保持熔融硅的坩埚，和支承在坩埚中的窑坎，该窑坎构造成将熔融硅从构造为接纳晶体进料的外部区分离到围绕晶体/熔体界面的内部生长区中。该窑坎包括至少一个竖直延伸的侧壁和顶壁。环形热屏障设置在窑坎的顶壁上，该环形热屏障覆盖外部区的至少约70％。

另一方面，本申请公开了用于通过直拉法生长晶锭的另一种设备。该晶锭在由晶体进料予以补充的一定量的熔融硅中从熔体/晶体界面拉出。该设备包括构造成保持熔融硅的坩埚，和用于供应晶体进料的进给供应源。至少两个窑坎被支承在坩埚中，并且构造成将熔融硅分离到围绕晶体/熔体界面的内部生长区、构造成接纳晶体进料的外部区和位于内部生长区和外部区之间的中间区中。每个窑坎都包括至少一个竖直延伸的侧壁。环形热屏障设置在至少其中一个窑坎的顶部上。该环形热屏障覆盖外部区或中间区中的一个的至少一部分。

又一方面，本申请公开了一种用于连续直拉工艺晶体生长的方法。在该方法中，将一个或多个晶锭从限定在坩埚中的晶体/熔体界面拉到生长室内，该坩埚容纳由晶体进料予以补充的熔融晶体材料。该方法包括利用窑坎将熔融晶体材料分离到围绕晶体/熔体界面的内部生长区和用于接纳晶体进料的外部区中。将环形热屏障放置在外部区上方，以覆盖外部区的至少一部分。

附图说明