[发明专利]一种低氧杂质含量的单晶炉

说明书

本发明公开了一种降低炉内氧杂质的单晶炉，主要涉及起保温以及引导气流作用的导流筒。该导流筒由中心保温结构和支撑结构组成。导流筒底部到熔体的距离由内向外逐渐减小，同时导流筒底部与熔体形成通道的径向横截面积保持不变。本发明中导流筒设计，利于移除单晶炉内熔体自由液面处一氧化硅杂质气体，有效降低单晶炉内氧杂质，最终获得高质量的半导体单晶。

技术领域

本发明属于直拉法单晶硅生长装置领域，具体涉及降低单晶炉内氧杂质含量的炉体设计方案。

背景技术

直拉法是大尺寸单晶硅制备的主流方法。在单晶硅制备过程中不可避免引入杂质，其中氧杂质对单晶硅质量具有重要影响。氧杂质主要以氧沉淀的形式存在于硅晶体中。氧沉淀尺寸过大会在硅片体内诱生位错、层错等二次缺陷，从而导致硅晶圆滑移和翘曲，削弱其电学和机械性能。同时会降低微电子器件放电区域薄栅极氧化物的完整性，易引起漏电流甚至短路情况的发生，导致半导体器件的失效。硅熔体中氧杂质来源于高温石英坩埚的熔解，其中少部分氧杂质在固液界面处经分凝进入硅晶体，而绝大部分氧杂质在熔体自由液面处以一氧化硅（SiO）气体的形式蒸发，被流经熔体自由液面的高纯氩气带走。

现有的直拉法单晶炉装置中导流筒底部与熔体的距离，由内向外逐渐增大，这样设计使得导流筒底部与熔体形成的通道的径向横截面积由内向外逐渐增大。当高纯氩气流经熔体自由液面时，流速逐渐减小，使得其带走SiO气体的能力大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利于降低单晶炉内氧杂质的炉体设计方案，以解决传统单晶炉中导流筒设计导致氧杂质移除能力不足的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现。

一种低氧杂质含量的单晶炉，包括炉体、保温筒，导流筒紧挨保温筒设置；导流筒下方是石英坩埚，其内部盛放熔体，晶体位于熔体中心正上方；工作时，导流筒底部与熔体的距离，由内向外逐渐减小，高纯惰性气体由炉壁顶部通入，依次流经晶体，导流筒，熔体，石英坩埚，保温筒。

本发明进一步的改进在于，导流筒底部与熔体形成的通道的径向横截面积保持不变。

本发明进一步的改进在于，导流筒由保温材料和支撑材料组成。

本发明进一步的改进在于，导流筒与晶体之间的最小距离为10-40mm。

本发明进一步的改进在于，导流筒与熔体之间的最小距离为10-30mm。

本发明进一步的改进在于，导流筒内筒锥度为30°-60°。

本发明进一步的改进在于，导流筒的保温材料采用碳碳复核材料组成。

本发明进一步的改进在于，导流筒的支撑材料采用钼、钨钼合金、钛合金或石墨中任意一种制成。

本发明具有如下有益的技术效果。

本发明提供一种直拉单晶硅炉内部导流筒设计方案，保证导流筒底部与熔体的距离由内向外逐渐减小，同时导流筒底部与熔体形成通道的径向横截面积保持不变，提高移除单晶炉内熔体自由液面处氧杂质的能力，有效解决传统单晶炉中导流筒底部与熔体的距离由内向外逐渐增大而导致氧杂质移除能力不足的问题。

附图说明

图1为本发明单晶炉的示意图。

图2为导流筒的局部示意图。

图3为导流筒的三维剖视图。

图4为采用本发明设计时熔体自由液面上方SiO杂质的分布。

图5采用传统导流筒设计方案时熔体自由液面上方SiO杂质的分布。

图中：1-炉体；2-保温筒；3-晶体；4-导流筒；5-石英坩埚；6-熔体；7-高纯惰性气体；8-保温结构；9-支撑结构。