阅读说明：本技术 一种晶体生长装置 (Crystal growth device ) 是由 沈伟民 王刚 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种晶体生长装置,包括：坩埚,配置为盛装用于晶体生长的熔体；加热器,设置于所述坩埚周围,配置为加热所述坩埚；加热器导流罩,配置为将所述加热器的顶部和侧面包围；导气孔,所述导气孔设置于所述加热器的上方的所述加热器导流罩上,以连通晶体生长装置的顶部空间与所述加热器的周围空间。根据本发明提供的晶体生长装置,通过在加热器的上方的加热器导流罩上设置导气孔以连通晶体生长装置的顶部空间与加热器的周围空间,使加热器一直处于流动的保护气体的气氛中,避免了SiO蒸气对加热器表面的侵蚀,延长了加热器的使用寿命,提高了晶体生长品质的稳定性。(The present invention provides a crystal growth apparatus, comprising: a crucible configured to hold a melt for crystal growth; a heater disposed around the crucible and configured to heat the crucible; a heater dome configured to surround a top and sides of the heater; and the air guide hole is arranged on the heater guide cover above the heater so as to communicate the top space of the crystal growth device with the surrounding space of the heater. According to the crystal growth device provided by the invention, the air guide holes are formed in the heater guide cover above the heater to communicate the top space of the crystal growth device with the surrounding space of the heater, so that the heater is always in the flowing protective gas atmosphere, the corrosion of SiO steam to the surface of the heater is avoided, the service life of the heater is prolonged, and the stability of the crystal growth quality is improved.)

一种晶体生长装置

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言涉及一种晶体生长装置。

背景技术

随着集成电路(Integrated Circuit，IC)产业的迅猛发展，器件制造商对IC级硅单晶材料提出了更加严格的要求，而大直径单晶硅是制备器件所必须的衬底材料。提拉法(Czochralski，CZ法)是现有技术中由熔体生长单晶的一项最主要的方法，其具体做法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出晶体。

晶体生长装置中设置有加热器导流罩，将加热器的顶部和侧面包围，以防止SiO蒸气对加热器表面的侵蚀。然而，当SiO蒸气扩散至加热器周围时，由于加热器周围几乎没有气体流动，仍可能发生SiO蒸气对加热器表面的侵蚀。

因此，有必要提出一种晶体生长装置，以解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在

具体实施方式

部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供一种晶体生长装置，包括：

坩埚，配置为盛装用于晶体生长的熔体；

加热器，设置于所述坩埚周围，配置为加热所述坩埚；

加热器导流罩，配置为将所述加热器的顶部和侧面包围；

导气孔，所述导气孔设置于所述加热器的上方的所述加热器导流罩上，以连通晶体生长装置的顶部空间与所述加热器的周围空间。

进一步，所述晶体生长装置还包括：

排气装置，所述排气装置设置于所述晶体生长装置的底部。

进一步，所述导气孔的数量范围是4个至64个。

进一步，所述晶体生长装置的顶部空间中充满保护气体，所述保护气体包括氩气。

进一步，通过所述导气孔的保护气体的流量占通入所述晶体生长装置内的保护气体的总流量的10％至20％。

进一步，所述加热器导流罩包括：

导流套筒，所述导流套筒设置于所述加热器与所述坩埚之间；

辅助结构，所述导流套筒与所述辅助结构连接。

进一步，所述晶体生长装置还包括炉体以及设置在所述炉体内壁的隔热结构，所述辅助结构覆盖于所述隔热结构上，所述导气孔贯穿所述加热器上方的隔热结构。

进一步，所述导流套筒的厚度范围为2mm-20mm。

进一步，所述加热器导流罩的内表面与所述加热器的表面的间距大于5mm。

进一步，所述坩埚包括石墨坩埚，所述熔体包括硅熔体，所述加热器包括石墨加热器。

根据本发明提供的晶体生长装置，通过在加热器的上方的加热器导流罩上设置导气孔以连通晶体生长装置的顶部空间与加热器的周围空间，使加热器一直处于流动的保护气体的气氛中，避免了SiO蒸气对加热器表面的侵蚀，延长了加热器的使用寿命，提高了晶体生长品质的稳定性。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为现有技术的晶体生长装置的示意图；

图2为根据本发明示例性实施例的晶体生长装置的示意图。

附图标记

1、炉体 2、晶体

3、反射屏 4、熔体

5、坩埚 6、加热器

7、坩埚升降机构 8、隔热结构

9、真空泵 10、导流套筒

11、辅助结构 12、导气孔

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的晶体生长装置。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图1所示的晶体生长装置，在CZ法生长晶体的过程中，由于和硅熔体接触的石英坩埚的内壁发生高温溶解和扩散，大量的氧原子溶解到硅熔体中。其中大部分的氧通过SiO蒸气形式从硅熔体的表面自由脱逸至氩气中，该SiO蒸气在通过加热器6高温的石墨表面时和石墨发生反应：

SiO(gas)+2C(Solid)＝CO(gas)+SiC(Solid)(公式1)

此外，由于板状固定结构的存在，避免了大部分SiO蒸气扩散至炉体1的上部，进一步，由于真空泵9设置在炉体1的底部，促使SiO蒸气的向炉体1的下方移动，因此大量的SiO蒸气都会经过加热器6并与其高温的石墨表面发生上述反应。

随着上述反应的发生，CO气体和氩气经由真空泵9被排出炉体，SiC沉积在石墨件表面，晶体生长装置内的石墨器件不断被反应侵蚀，特别是加热器6的高温石墨表面。经过一定的时间或使用次数后，加热器6表面的石墨的厚度和宽度会减少，加热器6的通电电阻会逐步上升；同时，加热器6的发热范围和加热效果也发生变化，进而导致晶体生长的品质不稳定。

针对上述问题，本发明提供了一种晶体生长装置，如图2所示，包括：

坩埚5，配置为盛装用于晶体生长的熔体4；

加热器6，设置于所述坩埚5周围，配置为加热所述坩埚5；

加热器导流罩，配置为将所述加热器的顶部和侧面包围；

导气孔12，所述导气孔12设置于所述加热器6的上方的加热器导流罩上，以连通晶体生长装置的顶部空间与所述加热器6的周围空间。

如图2所示的晶体生长装置，包括炉体1，所述炉体1中包括坩埚5，所述坩埚5的***设置有加热器6，所述坩埚5中有熔体4，所述熔体4的上方为晶体2，所述坩埚5的上方围绕所述晶体2设置有反射屏3。作为一个实例，坩埚5中的熔体4为硅熔体，生长的晶体2为单晶硅棒。

示例性地，所述炉体1为不锈钢腔体，所述炉体1内为真空或者充满保护气体。作为一个实例，所述保护气体为氩气，其纯度为97％以上，压力为5mbar-100mbar，流量为70slpm-200slpm。

示例性地，所述坩埚5由耐高温耐腐蚀材料制成，坩埚5内盛装有用于晶体生长的熔体。在一个实施例中，坩埚5包括石英坩埚和/或石墨坩埚，坩埚5内盛装有硅料，例如多晶硅。硅料在坩埚5中被加热为用于生长单晶硅棒的硅熔体，具体地，将籽晶浸入硅熔体中，通过籽晶轴带动籽晶旋转并缓慢提拉，以使硅原子沿籽晶生长为单晶硅棒。所述籽晶是由一定晶向的硅单晶切割或钻取而成，常用的晶向为<100>、<111>、<110>等，所述籽晶一般为圆柱体。

示例性地，所述坩埚5的***设置有加热器6，所述加热器6为石墨加热器，可以设置在坩埚5的侧面，配置为对坩埚5进行加热。进一步，所述加热器6包括围绕坩埚5进行设置的一个或多个加热器，以使坩埚5的热场分布均匀。

示例性地，炉体1内还设置有反射屏3，其位于坩埚5的上方，并且位于晶体2的外侧围绕所述晶体2设置，避免熔体4的热量以热辐射等形式传递到炉体1中，造成热损失。

进一步，晶体生长装置还包括坩埚升降机构7，配置为支撑和旋转坩埚轴，以实现坩埚5的升降。

进一步，晶体生长装置还包括隔热结构8，设置于炉体1的内壁，以防止热量散失实现炉体1的保温。所述隔热结构8位于加热器6的上方和外侧。

进一步，晶体生长装置还包括排气装置，所述排气装置设置于炉体的底部，配置为将炉体1内的气体抽出。在一个实施例中，排气装置包括真空泵9，所述真空泵9将炉体1内的气体从炉体1的下侧排出。

将真空泵9设置在炉体1底部采用下侧排气与将真空泵9设置在炉体1上部采用上侧排气相比，上侧排气导致炉体1上部的热损失较大，而且在圆周方向呈现温度不均匀，导致晶体生长良率下降，而采用下侧排气对晶体生长周围区域的温度影响较小，保证了晶体的良好生长。

如图2所示，反射屏3通过固定结构与隔热结构8相连，以将反射屏3固定在坩埚5的上方。所述固定结构通常为板状结构，因此，所述固定结构的存在可以避免固定结构上方与下方的气体流通。

本发明还包括加热器导流罩，如图2所示，所述加热器导流罩包括：

导流套筒10，所述导流套筒10设置于加热器6与坩埚5之间；

辅助结构11，所述导流套筒10与所述辅助结构11连接，以将所述加热器6的顶部和侧面包围。

示例性地，所述导流套筒10的厚度范围优选设置为2mm-20mm。通过控制所述导流套筒10的厚度范围，可以使所述导流套筒10在不影响加热器6对坩埚5的热辐射的情况下，实现阻挡SiO蒸气的效果。

进一步，所述加热器导流罩的内表面与所述加热器的表面的间距大于5mm，以在加热器6的周围形成周围空间。

通过形成将加热器6的顶部和侧面包围的罩体，可以将加热器6与气流通道隔开，如图2所示，在真空泵9的作用下，SiO蒸气由坩埚5上方向炉体1的底部流动并排出，在导流套筒10的隔离作用下，SiO蒸气不经过加热器6，避免了SiO蒸气与加热器6高温的石墨表面反应。

然而，当SiO蒸气扩散至加热器6周围空间时，由于加热器6周围几乎没有气体流动，仍可能发生SiO蒸气对加热器表面的侵蚀。因此本发明还包括导气孔12，所述导气孔12设置于所述加热器6的上方的加热器导流罩上，以连通晶体生长装置的顶部空间与所述加热器6的周围空间。

示例性地，加热器6的上方和外侧均为隔热结构8，配置为防止热量散失实现炉体1的保温，辅助结构11覆盖于隔热结构8上，以与导流套筒10连接构成包围加热器6的顶部和侧面的罩体。

在一个实施例中，所述导气孔12贯穿加热器上方的隔热结构8。

通过在加热器6的上方设置导气孔12，在炉体1底部的真空泵9的作用下，炉体1顶部空间中的保护气体(例如，氩气)经由导气孔12进入罩体内，再从炉体1的底部排出，形成了流经加热器6的周围空间的气流，因此，扩散至罩体内的SiO蒸气被排出，并且使加热器6一直处于保护气体的气氛中。

示例性地，可以根据需要选择导气孔12的数量以控制流经加热器6周围空间的气体的流量和/或流速。示例性地，可以根据需要调节导气孔12的横截面积以控制流经加热器6周围空间的气体的流量和/或流速。此外，还可以通过调节进入炉体的保护气体的总流量或者真空泵9的参数来控制流经加热器6周围空间的气体的流量和/或流速。

在一个实施例中，通过所述导气孔12的保护气体的流量占通入炉体1内的保护气体的总流量的10％至20％，所述导气孔12的数量范围是4个至64个。

根据本发明提供的晶体生长装置，通过在加热器的上方的加热器导流罩上设置导气孔以连通晶体生长装置的顶部空间与加热器的周围空间，使加热器一直处于流动的保护气体的气氛中，避免了SiO蒸气对加热器表面的侵蚀，延长了加热器的使用寿命，提高了晶体生长品质的稳定性。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。