[发明专利]一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法

说明书

本发明涉及一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法，本发明有效解决了现有针对大直径单晶硅生长时硅熔体径向温度梯度均匀性较低且晶棒内部热量无法较好的向外界释放的问题；解决的技术方案包括：本方案充分利用针对大直径单晶硅生长时所需的大尺寸热场的空间，将外热屏的倾斜角度减小，增大内、外热屏间的保温毡厚度区域，减少硅熔体对晶棒的热辐射，增大晶棒结晶时其内部热量的释放，另一方面，通过改变外热屏底部结构，使其具有一个反射面，从而改善传统的加热方式造成的油边缘箱中心产生热辐射损耗的情况，提高硅熔体中心的温度。

技术领域

本发明属于半导体单晶硅生产技术领域，具体涉及一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法。

背景技术

单晶硅是用于半导体器件的主要原材料，而半导体单晶硅主要是通过CZ（Czochralski）法生长的，在单晶硅生长中，主要是通过籽晶浸入硅熔体（将多晶硅装在高纯度的石英坩埚中加热熔化）后，熔融的硅原子在固液界面进行二维成核和纵向生长，其中固液界面处的温度梯度是单晶硅生长的原动力，而固液界面处的温度梯度主要与晶体生长过程释放的结晶潜热和通过熔体传至固液界面的热量有关；

对于大直径硅单晶，尤其是8吋以上的硅单晶生长时，在大尺寸热场下，来自于传统圆周加热器的热量不足以弥补固液界面中心与边缘的温度差，造成径向温度梯度增大，影响生长界面处的温度梯度；

另外，大直径硅单晶生长时，晶体内部的结晶潜热通过晶棒表面的散发也相对较困难，当晶棒生长长度且足够进入热屏内部时，传统具有相同倾斜角的一体热屏结构对硅熔体的热辐射屏蔽作用减弱（造成晶棒表面的温度不易向外散出），而且为了保证硅熔体径向温度梯度的均匀性会采用增加加热功率的方式，从而造成了保证温度梯度均匀性和减弱硅熔体对晶棒的热辐射两者相矛盾的情况出现；

鉴于以上，本申请提供一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法用于解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法，充分利用针对大直径单晶硅生长时所需的大尺寸热场的空间，将外热屏的倾斜角度减小，增大内、外热屏间的保温毡厚度区域，减少硅熔体对晶棒的热辐射，增大晶棒结晶时其内部热量的释放，另一方面，通过改变外热屏底部结构，使其具有一个反射面，从而改善传统的加热方式造成的油边缘箱中心产生热辐射损耗的情况，提高硅熔体中心的温度。

一种用于改善大直径单晶硅生长固液界面温度梯度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在传统的内外热屏结构的基础上，保持内热屏倾角不变，将倾斜角度与内热屏相同的外热屏和竖直方向之间的倾角减小；

S2：在外热屏底部一体设有一个由外向内且沿斜向上布置的反射斜面，该反射斜面与内热屏底部搭接；

S3：在内热屏与外热屏所构成的空腔内填充有保温毡。

优选的，所述S1中外热屏的倾斜角调整为与竖直方向夹角为5-9°；

优选的，所述S2中反射斜面与硅熔体界面呈20±1°夹角设置。

上述技术方案有益效果在于：

（1）本方案中，充分利用大尺寸热场的空间，将外热屏的倾斜角度减小，在不减小外热屏与石英坩埚内壁之间安全距离的情况下，增大内、外热屏间的保温毡厚度区域（可较好的阻挡硅熔体产生的热辐射），减少硅熔体对晶棒的热辐射，有利于提高晶棒结晶时其内部热量的释放；

（2）在本方案中，通过改变外热屏底部结构，使其具有一个反射面，从而改善传统的加热方式造成的油边缘箱中心产生热辐射损耗的情况（使得硅熔体两侧边缘位置产生的热辐射经该反射面反射至硅熔体中心位置处），即提高硅熔体中心的温度，又不影响晶棒结晶时的热释放。

附图说明

图1为本发明内、外热屏与石英坩埚配合关系示意图；

图2为本发明内、外热屏结构示意图；