[发明专利]热屏蔽装置、包括其的晶锭生长装置和使用其的晶锭生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶锭生长装置和制备单晶硅晶锭的方法。

背景技术

通过对使用提拉(CZ)法制造的单晶锭进行切割来制造用作半导体装置的 材料的硅单晶片。

使用CZ法生长硅单晶锭的方法包括：浸渍过程，在石英坩埚中熔融多晶 硅，然后将晶种浸渍到硅熔体中；缩颈过程，提拉晶种以生长细长的晶体；以 及扩肩，晶体在直径方向上生长以产生具有目标直径的晶体。

此后，进行等径生长过程(bodygrowingprocess)和收尾过程以生长硅单 晶锭：在等径生长过程中，具有预定直径的硅单晶锭生长达到所需长度；而在 收尾过程中，单晶锭的直径逐渐减小以使晶锭与硅熔体分离。

然而，在晶种接触硅熔体时，与硅熔体接触的晶种下端的温度会显著增加 到硅熔体表面的温度，以使热冲击施加到晶种的下端上。

此外，剪切应力可能由于热冲击而施加到晶种，从而在与硅熔体接触的晶 种的一部分上产生位错。在生长晶体时，在与硅熔体接触的晶种的部分上出现 的位错可被传播到晶种的下部。其结果是，位错可能对单晶生长产生不利影响。

因此，为了防止位错传播到单晶中，已在初始的单晶制造过程中进行Dash 缩颈过程。

Dash缩颈过程是提拉细长形状的单晶以除去位错的技术。通常，在缩颈过 程中长成的单晶(缩颈部分)可以具有约3mm至约5mm的直径。

如果缩颈部分具有超过约5mm的直径，则缩颈部分的内部和外部之间的 温度差所产生的剪切应力可能会显著增大。由于剪切应力增大，位错的传播速 度可能会比缩颈部分中单晶的提拉速度更大。因此，晶种的晶体下端中产生的 位错不能被除去。Dash缩颈过程在位错能够被除去的方面具有积极效果。然而， 考虑到晶种支撑高重量的单晶，Dash缩颈过程可能具有负面影响。

也就是说，由于单晶的负载施加到具有细长形状的缩颈部分以除去位错， 单晶可能由于缩颈部分断裂而掉下来。

此外，目前的直径为约450mm的单晶有望在后期过程中达到约1吨的重 量。因此，存在这样的限制：直径为约3mm至约5mm的缩颈部分无法支撑 重量为约1吨的单晶。

因此，需要一种能够在进行缩颈过程的情况下生长大口径单晶的技术。

由于近年来半导体技术不断开发，单晶硅锭成为高重量和大口径。因此， 硅原料的尺寸可能增大，因此，需要在坩埚中堆叠更多量的多晶硅。

其结果是，用于加热多晶硅的加热器功率可能增大。因此，由于加热器功 率增大，晶锭价格可能升高，而且，在生长单晶时，单晶中出现的位错可能会 增多，或者产品产率可能会降低。

发明内容

本发明的各实施方式提供了一种在制造晶锭时减小热损失并且增大缩颈部 分的直径以生产大口径的晶锭而不产生位错的晶锭生长装置和方法。

在一个实施方式中，使用晶种由坩埚中容纳的硅熔体生长晶锭的晶锭生长 装置包括：腔室，提供进行使晶锭生长的一系列过程的空间；设置在所述腔室 内的坩埚；设置在所述坩埚外的加热单元；固定所述晶种的晶种夹头；与所述 晶种夹头连接的升降单元；以及设置在所述坩埚上方的上部热屏蔽体，所述上 部热屏蔽体具有长成的晶锭通过的孔，其中，所述孔的尺寸是可调节的。

在另一个实施方式中，晶锭生长方法包括：将多晶硅容纳在坩埚中；闭合 设置在所述坩埚上方的上部热屏蔽体的孔；加热所述坩埚以形成硅熔体；以晶 种通过所述孔的预定尺寸打开所述上部热屏蔽体的孔，以使所述晶种通过所述 上部热屏蔽体的孔；在使用所述晶种生长所述晶锭的同时，根据晶锭的直径膨 胀增大所述上部热屏蔽体的孔尺寸；在使用所述晶种进行等径生长过程以形成 所述等径体的同时，以尺寸比等径体的尺寸更大的预定尺寸形成所述上部热屏 蔽体的孔；以及使用所述晶种进行收尾过程。

有益效果

根据所提出的实施方式，所述孔尺寸调节单元可以安装在所述上部热屏蔽 体内，以便在将所述晶种浸渍到所述硅熔体时所产生的热冲击减到最小，从而 增大所述缩颈部分的直径。

此外，可以使用直径增大的缩颈部分稳定地产生大口径的单晶硅晶锭。

此外，根据本实施方式，在加热所述硅熔体时，可以降低加热器功率，以 提高单晶硅晶锭的品质并降低制造成本。

此外，根据本实施方式，可以精确地控制所述晶锭外部的温度，以制约所 述晶锭的缺陷，从而提高晶锭的品质。