[发明专利]恰克拉斯基法硅晶体生长系统的快速冷却

说明书

本发明涉及生长单晶硅的方法，更具体的是涉及冷却用于恰克拉斯基(CZ)硅晶体生长法中的晶体生长系统的方法。

大多数用于制备固态电子工业用的硅晶片的单晶硅是用CZ法生产的。简单地说，这种方法包括在特别设计的炉子中的石英坩埚中熔融高纯多晶硅块形成硅熔体。一般使氩气通过所说的炉子作为通过真空系统流出所说的炉子的气体。把一个较小的晶种放在位于所说的坩埚上方的提拉丝上，该提拉丝可以使所说的晶种提高和降低。使所说的坩埚旋转，并使所说的晶种降低与坩埚内的熔融硅接触。当晶种开始熔化时，在热平衡后，从熔融硅中把晶种缓慢拉出并开始生长，从熔体中拉出硅。在提拉完成后，继续通入氩气以便帮助晶体、炉子、和附属元件冷却到200℃。为了人员的安全，并且该系统的某些部件如果在太高的温度下暴露于空气中，其性能会急剧恶化，冷却是必要的。冷却后，可以使氩气流入炉内使内部压力增大到接近大气压，使炉子可以打开，并准备生长另一个晶体。该方法的一个缺点是冷却较慢，一般需要2～5小时。由于在系统冷却到足以打开之前，所说的提拉机不能准备下一个晶体的生长操作，所以降低了生产率。

在本发明的几个目的和特征中，可以注意到，提供了一种CZ硅晶体生长方法，特点在于使CZ炉的准备比以前的方法更快地进行快速冷却操作；提供了一种CZ晶体生长方法，特点在于提高了生产率；提供了一种CZ晶体生长设备，该设备促进了更快速度的冷却，并提高了生产率。

因此，简单地说，本发明涉及一种生产单晶的恰克拉斯基法，其中，从装在生长室内的坩埚中的硅熔体中拉出单晶硅棒。所说的方法包括通过使在800℃的热导率至少为55×10^-5g·cal./(sec·cm²)(℃/cm)的气体流进生长室来冷却所说的生长室。

本发明还涉及一种恰克拉斯基法，包括在拉出晶体后使含氦气体流进生长室来冷却所说的生长室。

本发明还涉及在通过恰克拉斯基法生产单晶的晶体提拉设备内冷却单晶的一种方法，所说的晶体提拉设备包括一个生长室、在生长室中的一个坩埚、在生长室上方的一个提拉室、在提拉室内的用于加热坩埚的一个加热设备、生长室内并排布在加热设备的周围的用于阻止坩埚的热损失的隔热材料、和排布在隔热材料周围的用于冷却坩埚的冷却设备。该方法包括在提拉晶体之后抽空生长室；为冷却设备提供能量；向所说的生长室内引入在800℃时的热导率至少为55×10^-5g·cal./(sec·cm²)(℃/cm)的惰性气流；在生长室内维持惰性气流以增大冷却设备的冷却效果。

本发明还涉及在用连续的惰性气流吹洗生长室并通过向生长室施加真空使坩埚和生长室内部保持在约500℃以上的温度和1torr以下的压力时，从生长室内的坩埚中的硅熔体提拉单晶硅棒的恰克拉斯基法。该方法包括在坩埚和生长室内部的温度至少为500℃时，中止引入生长室内的惰性气流并中止对生长室施加真空；向生长室内引入含氦气流，从而增大生长室内的压力到至少50torr；通过维持生长室内的压力在至少50torr冷却生长室直到生长室内部的温度低于约250℃。

本发明还涉及在维持坩埚的温度和生长室内部的温度至少为约500℃时，从生长室内的坩埚中的硅熔体提拉单晶硅棒的恰克拉斯基法。该方法包括通过用含氦气体渗入隔热材料的气孔来增大隔热材料的热导率从而使热量从坩埚和生长室内部排出。

本发明还涉及在用连续的惰性气流吹洗生长室并通过向生长室抽真空使坩埚和生长室内部保持在约500℃以上的温度和1torr以下的压力时，从生长室内的坩埚中的硅熔体提拉单晶硅棒的恰克拉斯基法。该方法包括在坩埚和生长室内部的温度至少为500℃时，中止引入生长室内的惰性气流并中止对生长室抽真空；向生长室内引入含氦气流，从而增大生长室内的压力到至少50torr，并用含氦气体渗入隔热材料的气孔，从而增大隔热材料的热导率和隔热材料使热量从坩埚和生长室内排出的速率；通过维持生长室内的压力在至少50torr冷却生长室直到生长室内部的温度低于约250℃。