[发明专利]一种拉晶炉的拉晶机构

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆制造技术领域，特别是涉及一种拉晶炉的拉晶机构。

背景技术

在晶圆制造工艺中，单晶半导体材料通常用提拉法(Czochralski，CZ)制作，例如提拉生长单晶硅晶锭。提拉法的过程一般是：在坩埚内熔化诸如多晶硅的多晶半导体原料，然后将籽晶降至熔化的多晶半导体原料再缓慢升高从而在籽晶的基础上生长出单晶晶锭。生长晶锭时，通过降低拉速和/或熔体温度形成上部尾锥，从而扩大晶锭直径直至达到目标直径。达到目标直径后，通过控制拉速和熔体温度形成晶锭的圆柱主体。接近生长工艺后期并在坩埚变空之前，缩减晶锭直径形成下部尾锥，下部尾锥离开熔体得到半导体材料的最终晶锭。

拉晶炉通常包括炉腔、位于炉腔内的坩埚、坩埚加热部件、籽晶夹以及提拉机构等，坩埚内承载并熔化多晶半导体原料，籽晶夹固定籽晶，提拉机构控制籽晶夹的升降，从而在籽晶的基础上拉制出单晶晶锭。

在拉晶炉内晶体固化和冷却时周围的温度环境对晶锭的均匀性和内部缺陷有很大影响。为了提高单晶半导体材料的质量，减少内在缺陷，有的拉晶炉内设置了热屏蔽装置，热屏蔽定位在坩埚内熔体表面上方来保存晶锭和熔体材料之间界面处的热量，防止其从熔体表面散失。这些热屏蔽通常包括反射器，反射器在坩埚上方围绕坩埚形成一个中央开口，使由熔体提拉生长的晶锭从中穿过。公开号为CN1272146A的专利文献就公开了一种用于拉晶炉内的热屏蔽，它环绕由单晶炉内装填半导体熔体原料的坩埚生长出来的单晶毛坯。该热屏蔽包括一种反射器，其所具有环绕正在生长毛坯的中央开口的尺寸和形状能减少来自坩埚的传热。

然而，现有的拉晶炉，即便安装了热屏蔽装置，在晶锭前端500mm左右的一节晶体仍然存在较多缺陷且均匀性较差，难以满足产品质量要求而被浪费。

发明内容

鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种改良的拉晶炉的拉晶机构，用于解决现有技术中拉晶炉拉制晶锭的前端存在较多缺陷且均匀性较差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种拉晶炉的拉晶机构，所述拉晶炉包括炉腔和位于炉腔内的坩埚；所述拉晶机构包括：

热屏蔽反射器，位于所述坩埚上方，围绕所述坩埚形成一个中央开口，使由所述坩埚内 熔体提拉生长的晶锭从所述中央开口穿过；

籽晶夹，位于所述坩埚上方，设有固定结构夹持籽晶；

提拉部件，与所述籽晶夹连接，控制所述籽晶夹在由所述坩埚内熔体提拉生长晶锭的提拉方向上提升或下降；

其中，所述籽晶夹具有在垂直所述提拉方向上的横向延伸部分，且所述籽晶夹在垂直于所述提拉方向的平面上的投影覆盖由所述坩埚内熔体提拉生长的晶锭在所述平面上的投影。

优选地，所述籽晶夹在垂直于所述提拉方向的平面上的投影覆盖所述热屏蔽反射器形成的所述中央开口。

优选地，夹持籽晶的所述固定结构设置在所述籽晶夹的中心。

进一步优选地，所述籽晶夹在垂直于所述提拉方向的平面上的投影为圆形。

进一步优选地，所述圆形的直径大于或等于由所述坩埚内熔体提拉生长的晶锭的直径。

进一步优选地，所述圆形的直径大于或等于所述热屏蔽反射器形成的中央开口的直径。

优选地，所述籽晶夹的材料选自Mo、Ni、W、石墨中的一种或多种。

优选地，所述炉腔内填充有保护气体。

进一步优选地，所述保护气体为氩气。

如上所述，本发明的拉晶炉的拉晶机构，具有以下有益效果：

本发明提供的拉晶机构，配置有横向尺寸较大的籽晶夹，在提拉生长晶锭时，可以使晶体固化和冷却的热场更加稳定，从而可提高晶锭的均匀性，减少内部缺陷。

一方面，现有的热屏蔽反射器虽然可以保存晶锭和熔体材料之间界面处的热量，然而由于提拉生长晶锭需要在提拉方向上留出空间，因此不能对晶锭生长的前端部分保温，而本发明提出的横向大尺寸籽晶夹可以起到在晶锭顶部反射热量的作用，解决了晶锭生长初期的散热较多的问题；另一方面，拉晶炉工作时炉腔会被抽成真空然后充入高纯氩气使之维持一定压力范围，在拉制晶锭时，氩气气流对晶体固化和冷却的热场有较大影响，本发明提出的横向大尺寸籽晶夹可以起到分流氩气流量的作用，这样使得熔体上方的温度环境更加稳定。

采用本发明改良的拉晶机构得到的晶锭，由于晶锭顶端的热场更加稳定，保温效果更好，因此明显改善了晶锭前端部分的均匀性和内部缺陷，提高了晶锭前端的晶体质量，避免了晶锭前端难以满足产品质量需要而造成的浪费，同时也减少了热量损耗，节约能源，降低了成本。

附图说明