一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，包括內(nèi)部中空而形成爐腔（5）的爐體，置于該爐腔（5）中心的坩堝（2），該坩堝（2）與一同軸置于爐腔（5）內(nèi)的籽晶桿（4）相連，用于在坩堝（3）內(nèi)生長(zhǎng)晶體（3）；其特征在于，位于所述坩堝（2）上部的所述爐腔（2）內(nèi)壁具有一定錐度，形成圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的生長(zhǎng)爐可以有效控制提拉法爐腔中流動(dòng)傳熱的三維效應(yīng)，在晶體周圍組織較好的溫度環(huán)境，同時(shí)使得晶體生長(zhǎng)過程中固液界面處在較好的溫度梯度。這種新型的爐腔結(jié)構(gòu)能夠減小晶體生長(zhǎng)過程中位錯(cuò)或者破裂的產(chǎn)生，提高晶體質(zhì)量。
【專利說明】一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前由于半導(dǎo)體晶體的廣泛應(yīng)用，特別是高熔點(diǎn)半導(dǎo)體的使用，提拉法作為一種有效的高熔點(diǎn)半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)方法在晶體生產(chǎn)中占有重要地位。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，包括爐體、位于爐體爐腔5內(nèi)中央的坩堝2，坩堝2內(nèi)有生長(zhǎng)的晶體3，與所述爐腔5同軸設(shè)置的籽晶桿4，其一端與晶體3接觸以用于晶體3生長(zhǎng)，另一端從爐體頂部伸出，爐腔5內(nèi)位于坩堝2底部設(shè)置有地盤隔熱板1，爐體爐腔呈圓筒結(jié)構(gòu)，爐體外周包覆有隔熱材料以與外界隔熱，爐體外周設(shè)置有用于感應(yīng)加熱的線圈8。爐體底部9和頂部7上均開始有與爐腔5相通的孔。
[0004]高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)需要嚴(yán)格控制晶體生長(zhǎng)過程中的冷卻過程，提拉法晶體生長(zhǎng)過程中有冷卻氣流分別從底部和上部孔中送入，然后經(jīng)頂部流出。在結(jié)構(gòu)上由于上部氣流入口為分開布置的孔，而下部氣流入口為環(huán)形，這樣的氣流組織方式使得整個(gè)爐腔中的氣體流動(dòng)和溫度分布不是三維對(duì)稱。同時(shí)，在爐腔中氣體實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)為湍流，兩方面因素造成了更顯著的溫度分布三維不對(duì)稱性。在這種環(huán)境下冷卻的圓柱狀晶體必定不能獲得三維對(duì)稱的溫度分布，所以晶體中容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致大量位錯(cuò)或者晶體破裂，降低晶體質(zhì)量。而且在這種氣體組織中上部冷卻氣體能夠在爐腔中向下長(zhǎng)距離流動(dòng)，在晶體壁面處有較大的溫度梯度，這一梯度也加劇了晶體中位錯(cuò)或者破裂的產(chǎn)生。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐腔，可以有效減小爐腔中氣體流動(dòng)和溫度分布的三維效應(yīng)，同時(shí)能夠降低晶體生長(zhǎng)過程中固液界面處的溫度梯度，減小晶體頂部開裂的產(chǎn)生，使晶錠處在一個(gè)合適的冷卻溫度環(huán)境中。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，包括內(nèi)部中空而形成爐腔的爐體，置于爐腔中心的坩堝，該坩堝與一同軸置于爐腔內(nèi)的籽晶桿相連，用于在坩堝內(nèi)生長(zhǎng)晶體；其特征在于，位于所述坩堝上部的所述爐腔內(nèi)壁具有一定錐度，形成圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)。
[0008]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述爐腔的爐頂和爐底均設(shè)置有與所述爐腔相通的孔，用于通入氣流，以帶走晶體生長(zhǎng)過程中的氣體雜質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體的冷卻。
[0009]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述爐腔內(nèi)壁位于坩堝上部空間至爐腔頂部的所述圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)，其最大長(zhǎng)度可延伸至最大晶錠高度處。
[0010]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)相對(duì)遠(yuǎn)離坩堝的端部面積小于相對(duì)接近坩堝端部的面積。[0011]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述爐腔內(nèi)在位于所述坩堝2下部設(shè)置有底盤隔熱板1，用于爐體底部的隔熱。
[0012]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述爐體外部覆蓋有隔熱材料，用于爐體的隔熱。
[0013]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述爐體外部設(shè)置有用于感應(yīng)加熱的線圈。
[0014]本實(shí)用新型中，將原有的圓柱形提拉法晶體爐內(nèi)腔的上端設(shè)計(jì)成一個(gè)圓臺(tái)，其長(zhǎng)度最大可延伸至最大晶錠高度處。經(jīng)過計(jì)算分析，這種結(jié)構(gòu)不僅能夠有效控制腔體內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，有效降低原有爐腔中的三維流動(dòng)，使得晶體生長(zhǎng)過程中處在較好的冷卻環(huán)境中，減小晶體發(fā)生破裂的可能性，而且晶體生長(zhǎng)過程中固液界面處的溫度梯度也能夠得到較好的控制。
[0015]本實(shí)用新型的生長(zhǎng)爐可以有效控制提拉法爐腔中流動(dòng)傳熱的三維效應(yīng)，在晶體周圍組織較好的溫度環(huán)境，同時(shí)使得晶體生長(zhǎng)過程中固液界面處在較好的溫度梯度。這種新型的爐腔結(jié)構(gòu)能夠減小晶體生長(zhǎng)過程中位錯(cuò)或者破裂的產(chǎn)生，提高晶體質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的提拉法晶體生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是按照本實(shí)用新型實(shí)施例的提拉法晶體生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0019]如圖2所示，本實(shí)施例的提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其包括爐體，該爐體內(nèi)部中空形成爐腔5，底盤隔熱板1、金屬坩堝2、坩堝2內(nèi)生長(zhǎng)的晶體3，籽晶桿4設(shè)置在爐腔5中，爐腔5外圍包裹有隔熱材料6，用于感應(yīng)加熱的線圈8設(shè)置在爐體外周。
[0020]坩堝2置于爐腔中心，該坩堝2與一同軸置于爐腔5內(nèi)的籽晶桿4相連，用于在坩禍2內(nèi)生長(zhǎng)晶體3。
[0021]坩堝2下部設(shè)置有底盤隔熱板1，用于爐體底部的隔熱，爐體外部覆蓋有隔熱材料6，用于爐體的隔熱。
[0022]其中，位于坩堝2上部的爐腔5內(nèi)壁是一個(gè)具有一定錐度的筒體結(jié)構(gòu)，其中相對(duì)遠(yuǎn)離坩堝2的端部面積小于相對(duì)接近坩堝2的端部(從圖中表示為上小下大)，即形成圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)。
[0023]在晶體生長(zhǎng)過程中，爐底部9和爐頂部7會(huì)有氣流流入，最后氣體從頂部7流出。其中底部氣流在帶走晶體生長(zhǎng)過程中的氣體雜質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體的冷卻，而上部氣流主要做為晶體生長(zhǎng)過程的冷卻氣流。
[0024]在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，上端入口冷卻氣體強(qiáng)烈冷卻晶體，加之熱氣流流動(dòng)和爐體結(jié)構(gòu)的三維特性，使得晶體中容易產(chǎn)生聚集過大的應(yīng)力，導(dǎo)致晶體中位錯(cuò)和破裂產(chǎn)生。本實(shí)用新型的生長(zhǎng)爐能夠在爐腔上部形成較強(qiáng)的流動(dòng)，使得整個(gè)爐體內(nèi)部溫度分布比較緩和，降低了晶體的冷卻溫度，同時(shí)由于氣體的強(qiáng)烈混合，使得爐腔中溫度場(chǎng)的三維不對(duì)稱性得到抑制，這也進(jìn)一步降低了晶體生長(zhǎng)過程中的應(yīng)力。另外該改進(jìn)設(shè)計(jì)能夠降低晶體上部空間的溫度梯度，進(jìn)而減小晶體生長(zhǎng)過程中固液界面上的溫度梯度，從而保證晶體生長(zhǎng)的穩(wěn)定性。
[0025]通過理論分析和實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，圓臺(tái)的不同錐度，不同高度能夠起到不同程度的流場(chǎng)控制，進(jìn)而使晶體周圍處在不同溫度的冷卻環(huán)境中。同時(shí)不同的錐度能夠影響爐體上部的熱量散失比例，控制晶體中固液界面處的溫度梯度，改變晶體生長(zhǎng)速度。這為提拉法晶體生長(zhǎng)中晶體生長(zhǎng)速率提供了一種新的調(diào)控措施。
[0026]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，包括內(nèi)部中空而形成爐腔(5)的爐體，置于該爐腔(5)中心的坩堝(2)，該坩堝(2)與一同軸置于爐腔(5)內(nèi)的籽晶桿(4)相連，用于在坩堝(3)內(nèi)生長(zhǎng)晶體(3);其特征在于，位于所述坩堝(2)上部的所述爐腔(2)內(nèi)壁具有一定錐度，形成圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述爐腔(5)的爐頂(7)和爐底(9)均設(shè)置有與所述爐腔(5)相通的孔，用于通入氣流，以帶走晶體生長(zhǎng)過程中的氣體雜質(zhì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體的冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述爐腔內(nèi)壁位于坩堝上部空間至爐腔頂部的所述圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)，其最大長(zhǎng)度可延伸至最大晶錠高度處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述圓臺(tái)筒體結(jié)構(gòu)相對(duì)遠(yuǎn)離坩堝的端部面積小于相對(duì)接近坩堝端部的面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述爐腔(5)內(nèi)在位于所述坩堝(2)下部設(shè)置有底盤隔熱板(1)，用于爐體底部的隔熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述爐體外部覆蓋有隔熱材料(6)，用于爐體的隔熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種提拉法晶體生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述爐體外部設(shè)置有用于感應(yīng)加熱的線圈(8)。
【文檔編號(hào)】C30B15/00GK203653745SQ201320881358
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月28日
【發(fā)明者】方海生, 金澤林, 王森, 趙超杰, 張夢(mèng)潔, 張之 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)