本實用新型涉及一種用于拉制單晶硅錠的單晶爐。

背景技術：

晶體生長是把半導體級硅的多晶硅塊轉換成一塊大的單晶硅，生長后的單晶硅被稱為硅錠?，F(xiàn)在生產用于硅片制備的單晶硅棒最普遍的技術是Czochralski(CZ)法，這是按20世紀初它的實用新型者的名字來命名的。Czochralski(CZ)法生長單晶硅把熔化了的半導體級硅液體變成有正確晶向并且被摻雜成N型或P型的固體硅錠。85％以上的單晶硅是采用CZ法生長出來的。

一塊具有所需晶向的單晶硅作為籽晶來生長硅錠，生長的單晶硅棒就像籽晶的復制品。熔化的硅和單晶籽晶接觸并精確控制接觸面，從而精確復制籽晶結構。熔化的硅放在石英坩堝中，還有少量摻雜物質使其生成N型或P型硅。坩堝中的硅被拉晶爐加熱，使用電阻加熱或射頻(RF)加熱線圈。當硅被加熱時，它變成液體，叫做熔體；籽晶硅接觸到直拉裝置并開始生長新的晶體結構。籽晶放在熔體表面并在旋轉過程中緩慢地拉起。隨著籽晶在直拉過程中離開熔體，熔體上的液體會因為表面張力而提高。籽晶上的界面散發(fā)熱量并向下朝著熔體的方向凝固。隨著籽晶旋轉著從熔體里拉出，與籽晶有同樣晶向的單晶就生長出來了。不同的硅錠生長結果依賴于籽晶相對于坩堝的旋轉方向及速度。

直拉法的目的是實現(xiàn)均勻摻雜濃度的同時精確復制籽晶結構，得到合適的硅錠直徑并限制雜質引入到硅中。影響直拉法的兩個主要參數是拉伸速率和晶體旋轉速率。

以上簡述了單晶硅的CZ法制備過程。在制備過程中，需要向坩堝內熔體表面通入惰性氣體作為保護氣，就需要用到導流筒，現(xiàn)有CZ長晶法中導流筒大多數為高純石墨材質，耐熱性好。但是由于石墨本身具有質軟和多孔的特性，不僅導流筒本身會向硅原料中引入碳雜質，受熱后石墨孔隙中的雜質也會揮發(fā)出來、進入硅原料中，尤其是其中的Fe雜質。在現(xiàn)有條件下，單晶尾部的Fe含量最大值約在5E+11atom/cm³。隨著半導體制程能力的提升，單晶尾部的Fe含量將無法滿足后續(xù)的加工需求。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能降低CZ長晶法拉制單晶內部Fe含量的單晶爐。

為實現(xiàn)以上目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種單晶爐，包括坩堝、導流筒和保溫部件，所述保溫部件包圍在所述坩堝的四周，所述導流筒包括筒身，所述筒身為圓臺形，并具有第一開口和第二開口，所述第一開口為所述圓臺形的下底面，所述第二開口為所述圓臺形的上底面；所述筒身的材質為石英。

根據本實用新型的一個實施例，所述筒身的厚度范圍為6.5mm～7mm。

根據本實用新型的一個實施例，所述筒身的母線與所述筒身的軸線的夾角范圍為10°～15°。

根據本實用新型的一個實施例，所述導流筒還包括翻邊，所述翻邊設置于所述第一開口，所述翻邊由所述第一開口向所述筒身的外側翻折。

根據本實用新型的一個實施例，所述翻邊和所述筒身之間倒圓角。

本實用新型采用高純度石英代替石墨作為導流筒的制作材料，制成的導流筒可避免向硅原料中引入碳雜質。

本實用新型提供的用于生長單晶硅錠的導流筒能有效控制CZ長晶法單晶內部尤其是尾部的Fe含量，單晶尾部的Fe含量最大值小于1E+11atom/cm³。經過測試，采用原石墨導流筒拉制單晶，單晶尾部Fe含量最大值為3.88E+11atom/cm³，而采用本實用新型提供的導流筒拉制單晶，單晶尾部Fe含量最大值為6.28E+10atom/cm³，即Fe雜質含量降低了一個數量級，大大改善單晶品質，有利于提高良品率。

附圖說明

圖1為本實用新型一種用于生長單晶硅錠的導流筒在拉晶爐中位置的示意圖；

圖2為圖1中用于生長單晶硅錠的導流筒的剖面結構示意圖；

圖3為另一種用于生長單晶硅錠的導流筒的局部剖視結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行詳細的描述：

實施例一

圖1中簡化的剖視圖示出了一種單晶爐的內部基本構造。硅原料投入爐中，進入坩堝2。坩堝2用于加熱熔化其中的硅原料，再進行后續(xù)的單晶拉制等工序；氬氣由導流筒1通入，并吹向坩堝2內的熔體表面。在坩堝2外側包圍有保溫部件3。加熱部件安排在保溫部件3和坩堝2之間，用于加熱坩堝2以熔化坩堝2內的硅原料。

高純度石英制作的導流筒1放置在支架上。導流筒1的剖視圖參考圖2。

導流筒1的筒身為圓臺形，在圖2所示的情況下具有一大一小兩個開口，較大的開口處于上方。筒身的厚度為7mm。筒身截面形成夾角α，即每側截面與筒身軸線形成夾角α/2，亦即筒身的母線與筒身的軸線夾角為α/2。本例中，α＝24.5°，即每側截面與筒身的軸線形成夾角α/2＝12.25°。試驗表明，當角度α/2的范圍為：10°≤α/2≤15°時，投放硅原料的效率較高，且熱量向上的傳導也較少，可以增加溫差梯度，加快單晶生長。

實施例二

在實施例一的基礎上，在導流筒1筒身較大開口外側設置翻邊11，翻邊11向外翻折，翻邊11和筒身之間倒圓角。翻邊11和筒身之間的圓滑過渡可進一步增加溫差梯度，加快單晶生長。

筒身的厚度設置為7mm。

以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。需要注意的是，本實用新型中的實施例僅用于對本實用新型進行說明，并不構成對權利要求范圍的限制，本領域內技術人員可以想到的其他實質上等同的替代，均在本實用新型保護范圍內。