[发明专利]制取硅单晶的设备

说明书

本发明涉及用丘克拉尔斯基（Czochralski）法制取硅单晶的设备。

用丘克拉尔斯基法拉制的硅单晶工艺过去一直在使用，并且该工艺已成为一种几乎是完整的技术。然而，在规格要求严格的场合，由于掺杂物和氧分布不均，可用晶片的合格率将降低到50%以下。

作为解决上述问题的有效手段，已有一种公知方法，在其中硅原料被连续馈入双层结构的坩锅中以保持熔融物料表面水平恒定（特开昭40-10184）。特别是高质粒状多晶硅的制取近来已成为可能，并且将这种粒状硅以恒定的馈料速率馈入熔融物料中已被认为是比较容易的，从而导致了一些发明和一篇论文的发表（特开昭58-130195和昭63-95195，及公开的实用新型昭59-141578，以及一篇载在Ann.Rev.Mater，Sci，1987，17卷，第273-278页的论文）。

公开在这些出版物中的发明都属使用双层结构石英玻璃坩锅的类型，并且，特别是在特开昭62-241889中指出的，在内坩锅的内表面与熔融硅表面接触的部分会出现凝固的问题，因而难以将炉温降低到单晶稳定生长所需要的温度。如果将熔融硅保持在高的温度下进行单晶的拉制以防止发生凝固，那么就会不仅降低凝固速率，而且还会频繁地引起位错的发生，从而使稳定地制取单晶成为不可能。此外，在特开昭61-36197中所公开的发明，使用双层结构的坩锅，并且还使用了配置在外层物料熔融部分上方的隔热材料以及配置在坩锅底部的单独的加热器，以促进所供入原料的熔融。然而，这项发明还是没有包括防止热从内坩锅的内表面与熔融硅表面相接触的部分散发以防止发生凝固的措施。此外，使用在坩锅底部的加热器加热降低沿坩锅侧面配置的其它加热器的温度，因而促进了凝固的发生。

在使用分隔构件或内坩锅（下称分隔构件）的上述类型的制取方法中，特别是在制取12-30厘米的大直径硅单晶的方法中，从分隔构件内侧的散热将会降低在分隔构件内部的熔融物料的温度，特别是降低与分隔构件接触的熔融物料的温度。这被认为是由以下事实引起的：分隔构件的材料是透明的石英玻璃，它具有显著大于熔融硅的热辐射系数，大量的热从分隔构件向坩锅上方的水冷盖套逸散。再者，由于坩锅是双层结构，熔融硅的热对流受到限制，分隔构件内侧的温度的升高趋势较小。

此外，尽管在分隔构件内部（晶体生长部分）的熔融硅的温度必须刚好保持在硅的熔点以上以保证单晶的生长，但由于上述现象，还是存在有在分隔构件与分隔构件内侧的熔融物料的表面接触的部分开始的凝固问题。

然而，上述现有技术并没有提供任何防止这种凝固发生的方法。

本发明正是为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明的目的是提供一套用于制取硅单晶、更具体说是制取直径为12-30厘米的大圆柱形硅单晶的设备，在该设备中，粒状或块状的原料被连续馈入盛装熔融物料的坩锅内，并且该设备能够防止在浸入坩锅内的分隔构件与分隔构件内侧的熔融物料的表面接触的部分发生凝固。

本发明为了解决上述问题和达到上述目的，提供了一套改进的硅单晶制取设备，其中盛装熔融硅物料的旋转坩锅被其上形成有至少一个贯穿小孔的分隔构件以这样的方式分开，使分隔构件包围着旋转拉出的、直径为12-30厘米的大圆柱形硅单晶，并且，在硅原料连续地馈送到分隔构件外侧的同时，熔融硅料通过孔平稳地移动，硅单晶在分隔构件内部生长。该设备具有以下基本特征：

分隔构件的全部或一部分由泡沫石英玻璃制成，或者分隔构件的与熔融硅料接触的部分由泡沫石英玻璃制成，而其余部分由透明石英玻璃制成。

分隔构件的泡沫石英玻璃部分由气泡含量（体积百分比）不小于0.01%和不大于15%的泡沫石英玻璃制成。或者是，分隔构件的泡沫石英玻璃部分由气泡含量（体积百分比）小于0.01%的泡沫石英玻璃制成、并通过用于熔化初始装入坩锅内的硅原料的热量使气泡含量增加到不小于0.01%和不大于15%。

本发明将结合附图通过实施例进行详细描述。在附图中，

图1是示意地示出本发明的一个实施例的纵向剖视图;

图2是沿图1的Ⅰ-Ⅰ线截取的剖视图;

图3是示出分隔构件的一个实施例的侧视图;

图4a和图4b是示出分隔构件的其它实施例的示意图;

图5a和图5b是用于比较透明石英玻璃和泡沫石英玻璃的工作的示意图。

在附图中：

标号1表示坩锅，2-石墨坩锅，3-支座，4-熔融硅料，5-硅单晶，6-加热器，7-隔热材料，8-壳体，9-开口，11-分隔构件，12-气泡，13-小孔，14-馈料器，15和16-测温计，17-隔热罩，18-馈入的原料。