[发明专利]热屏及单晶硅生长炉结构

说明书

本发明提供一种热屏及单晶硅生长炉结构，所述热屏的屏底包含上层、下层及侧壁，所述侧壁连接于所述上层与所述下层之间且围成窗口，所述上层、所述下层、所述侧壁及屏壁围成一空腔，所述空腔填充有保温材料，所述上层与水平面呈第一角度偏向所述热屏内部倾斜，所述下层与水平面呈第二角度偏所述向熔体坩埚内部倾斜，所述下层包含朝所述空腔内部凹陷的弧面。本发明通过改变热屏底部设计达到优化轴向和纵向温度梯度的目的，从而提高单晶硅的拉速，提高硅片径向的质量均匀性，并且通过下层弧面的热反射，从而达到节能的效果。本发明可有效提高工艺效率，节约能源，在半导体制造领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体制造设备及设计领域，特别是涉及一种热屏及单晶硅生长炉结构。

背景技术

单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。

单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。

目前，大尺寸硅单晶尤其是12寸以上硅单晶主要通过直拉法制备获得。直拉法是通过将11个9的高纯多晶硅在石英坩埚内熔化，利用籽晶经过引晶、放肩、等径、收尾制备硅单晶。该方法最关键的是由石墨及保温材料组成的热场，热场的设计直接决定了晶体的质量、工艺、能耗等。

在整个热场设计中，最为关键的就就是热屏的设计。首先热屏的设计直接影响固液界面界面的垂直温度梯度，通过梯度的变化影响V/G比值决定晶体质量。其次，会影响固液界面的水平温度梯度，控制整个硅片的质量均匀性。最后，热屏的合理设计会影响晶体热历史，控制晶体内部缺陷的形核与长大，在制备高阶硅片过程中非常关键。

目前，常用的热屏的外层为SiC镀层或热解石墨，内层为保温石墨毡。热屏的位置放置于热场上部，呈圆筒状，晶棒从圆桶内部被拉制出来。热屏靠近晶棒的石墨热反射率较低，吸收晶棒散发的热量。热屏外部的石墨通常热反射率较高，利于将熔体散发的热量放射回去，提高热场的保温性能，降低整个工艺的功耗。

现有的热屏设计仍然存在温度梯度不均匀的缺陷，基于此，提供一种可以有效提高温度梯度均匀性的单晶硅生长炉结构实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单晶硅生长炉结构，用于解决现有技术中屏设计存在温度梯度不均匀的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于单晶硅生长炉的热屏，所述热屏设置于所述单晶硅生长炉的熔体坩埚上部，所述热屏包括屏壁及屏底，所述屏底设置于所述屏壁的底部，所述屏底具有供所述熔体提拉通过的窗口，所述屏底包含上层、下层及侧壁，所述侧壁连接于所述上层与所述下层之间且围成所述窗口，所述上层、所述下层、所述侧壁及所述屏壁围成一空腔，所述空腔填充有保温材料，所述上层与水平面呈第一角度偏向所述热屏内部倾斜，所述下层与水平面呈第二角度偏所述向熔体坩埚内部倾斜，所述下层包含朝所述空腔内部凹陷的弧面。

优选地，所述屏底的所述上层及所述侧壁包含第一热反射系数的第一石墨层，所述屏底的下层包含第二热反射系数的第二石墨层，所述第一热反射系数小于所述第二热反射系数的二分之一。

优选地，所述第一石墨层的所述第一热反射系数介于0～0.2之间，所述第二石墨层的所述第二热反射系数介于0.8～1之间。

优选地，所述屏底的水平投影形状包含圆环形状，所述屏底的内径范围介于330mm～380mm之间，所述屏底的外径范围介于500mm～750mm之间。

优选地，所述保温材料包含碳纤维毡。