[实用新型]一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置。

背景技术

目前约85％的集成电路用半导体硅单晶体是采用切克劳斯基(Czochralski)法(又称直拉法)制造的。在这种方法中，多晶硅被装进石英埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称作籽晶)与熔体硅接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速度，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近恒直径生长。在生长过程的最后阶段，埚内的硅熔体尚未完全提出，通过增加晶体的提升速度和调整向埚的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。

硅单晶体中广泛地存在两种点缺陷：硅间隙原子和空位。通俗地讲，如果在硅正常的晶格中，夹进去一个硅原子，这个硅原子就称不硅间隙原子，硅间隙原子的存在会造成局部硅晶格受涨应力(向外压)；如果在正常的硅晶格中，抽掉一个硅原子，所留下的空隙就叫做“空位”，空位会使它周围的晶格受到向内的压力。空位占主导的晶体叫富空位晶体(V-rich)，硅间隙原子占主导的晶体叫富硅间隙原子晶体(I-rich)。随着晶体生长的进行，晶体的温度从硅熔点变为室温，这两种点缺陷将与其它周围的原子(包括氧、碳、氮、硅等)通过复合、扩散、聚集等复杂的过程，形成更大的缺陷。

硅单晶体中，由一个称叫临界系数ξ₀=V/G=0.0013cm².min^-1.K^-1系数，这里的V是指晶体生长界面处的晶体生长速度，G是指晶体生长界面处的纵向温度梯度。当实际的ξ_real大于ξ₀时，瞬间长成的是富空位型(V-rich)晶体；当实际的ξ_real小于ξ₀时，瞬间长成的是富硅间隙原子型(I-rich)晶体。可以部分地理解为生长界面晶体的生长速度和纵向温度梯度共同决定晶体初期的缺陷类型及分布。该理论是由V.V Voronkov首先提出的，并广为人们所共识。

现代集成电路(IC制程)是大多是以硅单晶棒经过切、磨、抛光、清洗所加工成的抛光片或外延片为基质材料制造的。根据用途不同，又需要数量不等“测试片”(称为：“Test and Monitor Wafer”，用来监测IC制程参数的，比如颗粒、对焦、氧化层质量等等)、“正片”(称作“Prime Wafer”，用来制造电路芯片)等等，它们对硅单晶片中的缺陷要求是不同的。例如：监测小环境颗粒水平的“测试片”以富间隙原子硅原子型的(I-rich)硅片为最佳，而快拉加外延的富空位片(V-rich)则是常用的一种正片(Prime Wafer)。

因此硅单晶的整个生长过程中通过控制ξ_rea=ξ₀=0.0013cm².min^-1.K^-1可以调节硅单晶体中缺陷的分布。在工程上，有许多手段可以使用，例如：控制单晶炉室内由石墨部件以及保温材料所构成的热场是很重要的；另外，通过调整埚位、埚转、晶转、晶体生长速度等也可以调节G。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，该装置可以调整晶体生长速度和生长界面温度梯度以及界面形状，在一定的范围内调节硅单晶体中的缺陷分布。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于直拉硅单晶炉的氩气帘装置，该装置安装在直拉硅单晶炉的热场上方，包括环形布置的数个气嘴，该数个气嘴围绕晶体轴呈对称分布。

优选地，所述数个气嘴以法兰的方式安装单晶炉的炉盖的下方，气嘴的喷孔朝向炉底。

优选地，在单晶炉的炉盖的下方安装一挂筒，所述数个气嘴布置在该挂筒的内壁上，气嘴的喷孔朝向晶体轴。

优选地，所述气嘴的截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形或其它不规则的形状。所述气嘴的截面面积优选为1～350mm²。

优选地，所述气嘴的数量为2～500个，优选为12个。

优选地，所述气嘴的边缘形状为有倒角的或者为圆弧状的。

优选地，通过所有气嘴的氩气的总流量为10～300slpm。通过每个气嘴上的氩气的流量可以相同的，也可以通过改变气嘴的截面面积而单独控制。

本实用新型的优点在于：