專利名稱：一種控制cfz硅單晶揮發(fā)物沉積的爐腔輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及CFZ硅單晶的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制CFZ硅單晶揮發(fā)物沉積的爐腔輔助裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，幾乎所有硅單晶都是采用直拉法或者區(qū)熔法生產(chǎn)。直拉法生產(chǎn)的硅單晶中的高氧含量(3 1018atm/cm3)所形成的氧的施主效應(yīng)，由于其不穩(wěn)定性和可逆性造成硅單晶在功率器件制造過程中的局限和困難。區(qū)熔法生產(chǎn)的硅單晶雖然能夠降低氧含量， 但是其昂貴的生產(chǎn)成本限制了其在生產(chǎn)器件領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。專利號(hào)為CN1267751A的中國專利公開了一種生產(chǎn)硅單晶的直拉區(qū)熔法，即CFZ硅單晶。但是其只能采用中子輻照的方法進(jìn)行摻雜，這樣生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，且受到中子輻照資源短缺的制約。在授權(quán)公告號(hào)為CN1333114C，名稱為《氣相摻雜區(qū)熔硅單晶的生產(chǎn)方法》的基礎(chǔ)上結(jié)合CFZ硅單晶生產(chǎn)工藝，經(jīng)過技術(shù)人員多次試驗(yàn)，尤其是在抽空充氣，摻雜氣體濃度，拉晶工藝參數(shù)等關(guān)鍵點(diǎn)的研究，最后成功摸索出了 6英寸氣相摻雜生長N型、P型CFZ單晶的方法。但是其成晶率較低，僅能達(dá)到60%左右。原因在于區(qū)熔法生長過程中，進(jìn)入熔體的氧原子由兩部分供給，即原料多晶硅棒中的氧原子和高溫(800°C 1350°C)惰性氣體中微量氧分子同原料硅多晶反應(yīng)生成SiO薄膜，(2Si+ 02=2Si0),高溫的硅熔體將進(jìn)入硅中的SiO 幾乎揮發(fā)殆盡，只有極少部分氧原子最后進(jìn)入?yún)^(qū)熔晶體。揮發(fā)出來的SiO會(huì)有一部分附著在加熱線圈上，隨著拉晶時(shí)間的增長，揮發(fā)物沉積會(huì)越來越多，附著的揮發(fā)物隨時(shí)會(huì)以固態(tài)形式進(jìn)入熔區(qū)，造成單晶斷苞，影響成晶。因此，在使用區(qū)熔氣摻法生長CFZ單晶時(shí)必須解決揮發(fā)物在線圈上的沉積問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)用區(qū)熔氣摻法生長CFZ單晶時(shí)出現(xiàn)揮發(fā)物在線圈上的沉積的問題，設(shè)計(jì)一種區(qū)熔硅單晶爐爐腔輔助裝置，使得在該裝置下縮小原有的摻雜腔體積，改善原有的摻雜氣流模型，解決生長CFZ單晶時(shí)揮發(fā)物沉積問題，進(jìn)而提高單晶成晶率。本實(shí)用新型是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種控制CFZ硅單晶揮發(fā)物沉積的爐腔輔助裝置，其特征在于，裝置由固定在區(qū)熔硅單晶爐體爐腔中部爐壁上的上隔離罩和下隔離罩組成；所述上隔離罩由上部圓盤和圓桶形的上部罩體構(gòu)成；上部圓盤中心孔徑與上部罩體外徑相同，上部圓盤和上部罩體結(jié)合成一體；所述下隔離罩由下部圓盤和圓桶形的下部罩體構(gòu)成；下部圓盤中心孔徑與下部罩體外徑相同，下部圓盤和下部罩體結(jié)合成一體；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上部圓盤的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，上部圓盤的外徑邊沿通過彎腳[0010]下部圓盤的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，下部圓盤的外徑邊沿通過彎腳和固定螺絲與爐腔內(nèi)壁固定；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上隔離罩的上部罩體位置朝上方置放；下隔離罩的下部罩體位置朝下方置放；形成一個(gè)區(qū)熔爐腔內(nèi)的爐中封閉腔體。本實(shí)用新型的有益效果是爐腔輔助裝置安裝，拆卸及清理簡單，容易操作，成本較低，對(duì)于氣摻CFZ單晶的成晶率由60%提高到70%以上，同時(shí)，由于摻雜氣體所在區(qū)域主要集中在封閉腔體里面，減少了混合氣體的損耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效益。

圖1是爐腔輔助裝置封閉腔體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是上部圓盤和罩體俯視圖；圖3是上部圓盤和罩體正視圖；圖4是下部圓盤和罩體俯視圖；圖5是下部圓盤和罩體正視圖。圖中1、多晶棒料(硅棒)；2、上部罩體；3、固定螺絲；4、爐壁；5、上部圓盤；6、彎腳；7、混合氣體入口 ；8、下部圓盤；9、封閉腔體；10、加熱線圈；11、下部罩體；12、CFZ硅單
具體實(shí)施方式
為了更清楚的理解本實(shí)用新型，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型如圖1至圖5所示，裝置由固定在區(qū)熔硅單晶爐體爐腔中部爐壁上的上隔離罩和下隔離罩組成；上隔離罩由上部圓盤5和圓桶形的上部罩體2構(gòu)成；上部圓盤5中心孔徑與上部罩體2外徑相同，上部圓盤5和上部罩體2結(jié)合成一體；下隔離罩由下部圓盤8和圓桶形的下部罩體11構(gòu)成；下部圓盤8中心孔徑與下部罩體11外徑相同，下部圓盤8和下部罩體11結(jié)合成一體；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上部圓盤5的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，上部圓盤5的外徑邊沿通過彎腳6和固定螺絲3與爐腔內(nèi)壁固定；下部圓盤8的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，下部圓盤8的外徑邊沿通過彎腳6和固定螺絲3與爐腔內(nèi)壁固定；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上隔離罩的上部罩體2位置朝上方置放；下隔離罩的下部罩體11位置朝下方置放形成一個(gè)區(qū)熔爐腔內(nèi)的爐中封閉腔體9。上述所有裝置都是采用不銹鋼材料制成，也可采用其他材料制成。在單晶拉制過程中，有摻雜氣體和惰性氣體組成的混合氣體由封閉腔體9的氣體入口 7平行于上下圓盤進(jìn)入，經(jīng)過高溫熔區(qū)進(jìn)行摻雜，同時(shí)帶走揮發(fā)物，由上下罩體流出封閉腔體9，再由出氣口排出。從而使得揮發(fā)物不會(huì)沉積在加熱線圈10上，有效防止其落入熔
4區(qū)，引起單晶斷苞。圓盤和中間爐腔壁連接，連接方式可以有很多種，只要能將圓盤固定于爐腔內(nèi)，且罩體的開口正對(duì)著單晶硅的方向即可。本實(shí)用新型裝置采用不銹鋼彎腳，一個(gè)腳用螺絲固定于爐體，另外一個(gè)用來承接圓盤。下面的裝置類似固定，只不過罩體位于圓盤下面固定。這樣就可以形成一個(gè)區(qū)熔爐中腔的封閉腔體。在單晶硅生長過程中，CFZ多晶棒是在區(qū)熔爐內(nèi)罩體沿著罩體向下生長，惰性氣體和摻雜氣體組成的混合氣體是通過封閉的中間爐腔進(jìn)入爐體，基本分布在整個(gè)封閉腔內(nèi)， 然后經(jīng)上下兩個(gè)圓柱形罩體流出到上下爐腔，最終經(jīng)過排氣口流出。由于封閉腔體的存在，混合氣體沿著于圓盤平行的方向進(jìn)入封閉腔體，經(jīng)過熔區(qū)進(jìn)行氣相摻雜，同時(shí)將SiO揮發(fā)物帶走。由于氣流是平行于圓盤，即和晶體生長方向是垂直的，平行于線圈，因此混合氣體只會(huì)在高溫區(qū)將揮發(fā)物吹離線圈，保持線圈的潔凈度，防止揮發(fā)物沉積，脫落進(jìn)入熔區(qū)引起單晶斷苞?；旌蠚怏w經(jīng)過熔區(qū)之后會(huì)沿著罩體于晶體之間的空隙進(jìn)入上下兩個(gè)腔體，進(jìn)而由排氣口流出。采用上述裝置以后，拉制CFZ硅單晶成晶率由60%提高到70%左右，提高大約10 個(gè)占
I ；^ O根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的方案。
權(quán)利要求1. 一種控制CFZ硅單晶揮發(fā)物沉積的爐腔輔助裝置，其特征在于，裝置由固定在區(qū)熔硅單晶爐體爐腔中部爐壁上的上隔離罩和下隔離罩組成；所述上隔離罩由上部圓盤(5)和圓桶形的上部罩體(2)構(gòu)成；上部圓盤(5)中心孔徑與上部罩體(2)外徑相同，上部圓盤(5) 和上部罩體(2)結(jié)合成一體；所述下隔離罩由下部圓盤(8)和圓桶形的下部罩體(11)構(gòu)成； 下部圓盤(8)中心孔徑與下部罩體(11)外徑相同，下部圓盤(8)和下部罩體(11)結(jié)合成一體；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上部圓盤(5)的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，上部圓盤(5)的外徑邊沿通過彎腳(6)和固定螺絲(3)與爐腔內(nèi)壁固定；下部圓盤(8)的外徑和區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)徑相同，下部圓盤(8)的外徑邊沿通過彎腳(6)和固定螺絲(3)與爐腔內(nèi)壁固定；上隔離罩和下隔離罩鏡像對(duì)稱固定在區(qū)熔硅單晶爐的爐腔內(nèi)；上隔離罩的上部罩體(2)位置朝上方置放；下隔離罩的下部罩體 (11)位置朝下方置放形成一個(gè)區(qū)熔爐腔內(nèi)的爐中封閉腔體(9)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及控制CFZ硅單晶揮發(fā)物沉積的爐腔輔助裝置，裝置由固定在區(qū)熔硅單晶爐體爐腔中部爐壁上的上隔離罩和下隔離罩組成，形成一個(gè)區(qū)熔爐腔內(nèi)的爐中封閉腔體，通過爐腔輔助裝置的上隔離罩和下隔離罩構(gòu)成的封閉腔體縮小了原有爐腔內(nèi)的摻雜腔體積，改變?cè)械膿诫s氣流模型；摻雜過程中，混合氣體由上、下部罩體流出封閉腔體，同時(shí)帶走揮發(fā)物，再由出氣口排出，從而使得揮發(fā)物不會(huì)沉積在加熱線圈上，本裝置安裝，拆卸及清理簡單，容易操作，成本較低，對(duì)于氣摻CFZ單晶的成晶率由60%提高到70%以上，同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效益。
文檔編號(hào)C30B13/00GK202265624SQ20112038461
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者馮嘯桐, 劉嘉, 徐強(qiáng), 王剛, 王林, 秦曄, 趙宏波 申請(qǐng)人:天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司