[发明专利]一种半导体单晶硅的拉晶炉

说明书

本发明涉及一种半导体单晶硅的拉晶炉，属于单晶硅生产技术领域。包括炉体、设置在炉体内的坩埚和加热器，炉体内设有梯度测温装置，炉体的底部设有温度测试仪；加热器设置在坩埚的外围，包括间隔一定距离上下布置的上加热器和下加热器，上加热器和下加热器的发热区高度为坩埚高度的1/4至1/2，且上加热器与下加热器的加热区之间间隔为50mm至坩埚高度的1/3。实现了坩埚内熔体的温度梯度和坩埚底部的温度的精准控制，从而获得了低缺陷密度低COP的高品质硅单晶，以及各类半导体硅器件对单晶氧含量的要求，并且硅单晶的品质的稳定性、一致性也得到极大的提升，为半导体硅单晶的晶体生长提供了有效的控制方法。

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术领域，具体地说，涉及一种半导体单晶硅的拉晶炉。

背景技术

目前主流的半导体大直径拉晶主要采用超导磁场拉晶技术，3000-8000高斯的强磁场，极大地抑制了坩埚内的硅熔体的对流，熔体的稳定性得到了极大的提高，晶体生长可以在0.5rpm左右的极低埚转下实现，硅中的氧含量可以降到12ppma以下，各类晶体缺陷、空位型缺陷密度COP也得到很好的控制，但低埚转带来的明显劣势如热场的不对称性引起的径向波动，熔体未充分搅拌引起的熔体温度、杂质浓度的不均匀，晶体缺陷检测会时常发现原生层错、热氧化诱生层错(OISF)等严重晶体缺陷，因此，无磁场、常规埚转下的氧含量和晶体缺陷控制技术的创新成为另一种选择。

研究表明，硅晶格中原生点缺陷的类型和密度与V/G(T)的比值有关，V为晶体生长速度，G(T)为跨过固液界面的温度梯度，通常情况下，V/G比有一个临界值，大于这个临界值，晶体生长成空位性缺陷，V/G比的比值越大空位型点缺陷的密度也就越大，小于这个临界值，晶体生长成间隙型缺陷，且V/G比的比值越低间隙型点缺陷密度也越大，一般情况下，晶体中心区域形成空位型缺陷，边缘区域形成间隙型缺陷，而在同一生长界面上，同时形成二种类型的点缺陷的晶体，在空位型和间隙型晶体的交界处很容易形成OISF环，OISF环是聚光灯下肉眼可见的大尺寸面缺陷，一旦形成将导致整片报废。

晶体生长首要条件是避免OISF环的形成，可以从二个方向上控制，一种是保持整个生长界面上V/G比尽可能的小，从而使整个生长界面都是间隙型缺陷，可以通过降低拉速的办法使得V很小，一种完美晶体生长方法就是控制拉速很小，虽然OISF环消失了，晶体缺陷要求得到满足，但生长效率也很低，不具有性价比，不适合工业生产。另一个方向就是保持整个生长界面上V/G比尽可能的大，保证整个界面都是空位型缺陷，一般都会采取提高拉速和降低G(T)的办法，从而保持整个界面V/G比都大于临界值，提升拉速必须加大单晶的热传输，使单晶快速冷却下来，晶体的温度梯度相应增加，不仅有利于刚刚形成的大量空位型点缺陷通过滑移排出晶体外，同时也有效阻止了点缺陷的相互聚集形成更大尺寸的微缺陷。降低G(T)最有效的办法就是降低熔体的温度梯度。

硅中间隙氧的行为不仅与间隙氧含量有关，而且与硅器件制造的热过程有关，氧沉淀及其诱生缺陷的密度及其尺寸大小，一方面有内吸杂的作用，另一方面，与器件尺寸相近的缺陷又严重影响器件的性能和成品率，所以，半导体硅单晶的间隙氧含量的浓度不能太高也不能太低，通常要控制在合适的范围内。