[发明专利]冷却速率控制装置及包括其的铸锭生长装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造铸锭的铸锭生长装置，并且，更具体地涉及一种具有冷却单元的铸锭生长装置以制造高质量铸锭。

背景技术

通常用对由丘克拉尔斯基法(Czochralski(CZ))制成的单晶锭进行切片的方法来制造用作半导体装置的材料的硅单晶晶片。

由丘克拉尔斯基法生长硅单晶锭的方法包括：在石英坩埚中熔融多晶硅；将晶种浸入熔体的表面；颈缩处理，用于通过提拉晶种来生长细长的晶体；以及扩肩处理，用于使晶体以径向方向生长以使晶体具有目标直径。随后，使具有预定直径的硅单晶锭经历体生长处理，用于使铸锭生长至所需长度；然后经历收尾处理，用于逐渐减小硅单晶锭的直径以使铸锭与硅熔体分开，从而完成硅单晶锭的生长。

在通过CZ法生长硅单晶时，通过形成晶体的固液界面将空位和间隙硅引入到了单晶中。

当引入到单晶中的空位和间隙硅的浓度达到过饱和状态时，空位和间隙硅扩散并聚集，从而形成空位缺陷(下文中，称为V缺陷)和间隙缺陷(下文中，称为I缺陷)。由于这些V缺陷和I缺陷有害于晶片的性能，在生长硅单晶锭时应抑制V缺陷和I缺陷的形成。

为了抑制V缺陷和I缺陷的形成，通常使用将V/G控制在特定范围内的方法，V/G是单晶的提拉速度V与固液界面处的温度梯度G的比，并且通过单晶生长装置的热区设计来控制V/G中包含的参数G。

具体地，通常通过改变上部热屏蔽体的结构(其是一种热区结构)来控制G以调节硅熔体和上部热屏蔽体之间的熔体间隙。此处，上部热屏蔽体是指如下的热屏蔽件，该热屏蔽件防止由单晶的表面产生的辐射热释放到外部以减小在提拉硅单晶期间单晶的表面和中心部之间的温度偏差。也就是说，确定熔体间隙以最小化单晶的中心部和表面之间的温度梯度差。

然而，随着近来硅单晶锭的直径变大，越来越难以将V/G控制在无缺陷边限内。具体地，随着硅单晶直径的增加，仅使用上部热屏蔽体来控制G值增加了在提拉单晶期间硅熔体的消耗，因为熔体间隙的波动的增加与此一样大所以存在局限性。

因此，已难以仅使用上部热屏蔽体的结构改变来控制G值以将V/G保持在无缺陷边限内。

而且，在铸锭穿过上部热屏蔽体后，铸锭在水冷管中生长，并且该水冷管使铸锭快速冷却，从而难以在上部热屏蔽体之后的温度区内控制铸锭的冷却速率。因此，铸锭的外部由于水冷管而快速冷却，从而导致铸锭的中心部和表面之间的温差增大并因此难以控制G值。

而且，在形成V缺陷和I缺陷之后的冷却温度区内，在冷却铸锭时形成诸如氧沉淀核的缺陷，因而即使在该温度区内也需要控制铸锭的冷却速率。具体地，随着近来晶片的直径变得大于300mm，铸锭的中心部C和外部E之间的冷却速率偏差变得甚至更大。随之，机械加工由上述铸锭制成的晶片产生在晶片表面中的多种晶体缺陷，即，晶片的中心部和外部之间的体微缺陷(BMD)的浓度和氧的浓度的差异较大。

发明内容

技术问题

本发明提供一种用于制造高质量铸锭的铸锭生长装置，该装置包括冷却速率控制单元，该冷却速率控制单元能够减小生长的铸锭的外部和内部之间冷却速率的差异。

技术方案

实施方式提供一种利用晶种由容纳在坩埚中的硅熔体来生长铸锭的装置，该装置包括：腔室，所述腔室包括用于容放所述坩埚的下部和生长的铸锭穿过的上部；以及冷却速率控制单元，所述冷却速率控制单元设置在所述腔室的上部以延伸到所述腔室的下部，并且具有生长的铸锭穿过的孔，其中，所述冷却速率控制单元包括用于使所述铸锭的外部绝热的绝热部件、设置在所述绝热部件上方以冷却所述铸锭的冷却部件，以及设置在所述绝热部件和所述冷却部件之间以防止它们之间热交换的阻挡部件。

有益效果

根据实施方式，在生长铸锭期间可在铸锭冷却的一定温度区内对铸锭的冷却速率进行控制。

而且，通过减小铸锭的外部E和中心部C之间冷却速率的差异可改善制成的晶片的质量。

具体地，根据实施方式，具有以下优点：氧沉淀核的量在整个铸锭的外部和中心部是均匀的，并且通过控制温度梯度G可抑制V缺陷和I缺陷。

附图说明

图1是根据实施方式的铸锭生长装置的示意剖面图。

图2示出描述在铸锭生长装置中在生长铸锭期间根据冷却温度区所形成的缺陷的实例。

图3是根据实施方式的冷却速率控制单元的透视图。

图4是根据实施方式的冷却速率控制单元的剖面图。