[发明专利]用于硅晶锭生长的换热器、硅晶锭的生长炉和制备硅晶锭的方法

说明书

本发明公开了用于硅晶锭生长的换热器、硅晶锭的生长炉和制备硅晶锭的方法，其中，用于硅晶锭生长的换热器在沿轴向方向上包括多个冷却区间，所述多个冷却区间包括至少一个慢冷区间和至少一个快冷区间，其中，所述慢冷区间的冷却效率低于所述快冷区间的冷却效率。由此，采用该换热器对硅晶锭进行冷却，可以使得空位在径向上充分扩散，分布均匀，避免原生缺陷因局部较高空位浓度而产生的氧沉淀聚集。

技术领域

本发明属于单晶硅领域，具体而言，本发明涉及用于硅晶锭生长的换热器、硅晶锭的生长炉和制备硅晶锭的方法。

背景技术

单晶硅是绝大部分半导体电子元器件制造的基础材料，在单晶硅的制造工艺中，最常使用的是直拉法(Czochralski，缩写CZ)。在直拉法中，多晶硅是填充在石英玻璃坩埚(也称石英坩埚)中，然后加热熔融形成硅熔液，使籽晶与硅熔液接触，并通过缓慢的向上旋转提拉促使晶体生长，硅在籽晶与硅熔液的界面处凝固结晶，形成单晶硅锭。在颈部长成之后，通过降低提拉速率、降低熔体温度来扩大晶体直径，使之达到目标直径。然后控制提拉速率和熔体温度并补偿下降的熔体液位，保持晶体的等径生长。在晶体生长结束之前，通过加快提拉速率、对坩埚加热的方式来完成收尾，使晶体与剩余的硅熔液分离。

在单晶硅生长过程中，会产生原生缺陷，其中的三种缺陷：COP(CrystalOriginated Particle，空位凝聚产生的空洞)，OSF(Oxidation Induced Stacking Fault，氧化诱导的堆垛层错)和由晶格间硅凝聚而产生的位错环团簇(晶格间硅型位错缺陷，A-defect)。近年来，随着微电子工艺的不断进步，对硅片品质的要求不断提高，已经不允许在制造器件的硅晶片表面存在原生缺陷。因此需要有效控制单晶硅制备过程中缺陷生成。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够有效控制硅晶锭制备过程中原生缺陷聚集的换热装置以及具有该装置的生长炉和制备硅晶锭的方法。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种用于硅晶锭生长的换热器，根据本发明的实施例，所述换热器在沿轴向方向上包括多个冷却区间，所述多个冷却区间包括至少一个慢冷区间和至少一个快冷区间，其中，所述慢冷区间的冷却效率低于所述快冷区间的冷却效率。

由此，生成的硅晶锭在上述换热器内的依次经过至少一个慢冷区间和至少一个快冷区间，由于慢冷区间的冷却效率低于快冷区间的冷却效率，所以当硅晶锭在慢冷区间内时的温度降低速率会小于在快冷区间内的温度降低速率。在晶体生长过程中，空位的扩散速率为温度的函数，温度升高，扩散速率升高，温度降低，扩散速率降低。且空位的扩散速率远小于间隙原子的扩散速率，在硅晶体的冷却过程中，空位会形成孔洞，间隙氧原子会形成氧沉淀，通过温度的控制，避免孔洞和氧沉淀的形成，避免产生原生缺陷，此外，还可以使得空位在径向上充分扩散，分布均匀，避免原生缺陷因局部较高空位浓度而产生的氧沉淀聚集。

因此，通过采用本发明上述实施例的换热器对硅晶锭进行冷却，可以使得缺陷分布均匀化，最终达到控制缺陷的目的。

另外，根据本发明上述实施例的用于硅晶锭生长的换热器还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，包括2～5个所述慢冷区间。

在本发明的一些实施例中，沿着所述轴向方向，所述换热器两端设置为所述快冷区间。

在本发明的一些实施例中，所述水冷套的内径为280-380mm。具体的，可以为290mm，300mm，310mm，320mm，330mm，340mm，350mm，360mm，370mm。