一种用于单晶硅生长炉的薄膜隔热片及单晶硅生长炉转让专利
申请号 : CN202010625055.7
文献号 : CN111893558B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 魏星 , 魏涛 , 李名浩 , 栗展 , 刘赟 , 薛忠营
申请人 : 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 , 上海新昇半导体科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,包括第一折射层(10)和第二折射层(20),所述第一折射层(10)的折射率与所述第二折射层(20)的折射率不同,所述第一折射层(10)和所述第二折射层(20)相互交替形成层叠结构,所述第一折射层(10)和与之相邻设置的第二折射层(20)相贴合,所有所述第一折射层(10)均由硅制得,所述第一折射层(10)的厚度在0 .1mm‑0 .8mm的范围内,所述第一折射层(10)的粗糙度小于1 .4A;
或所有所述第一折射层(10)均由钼制得,所述第一折射层(10)的厚度在0 .5mm‑3mm的范围内,所述第一折射层(10)的粗糙度小于10A;
或所述层叠结构中至少有一个所述第一折射层(10)由硅制得,所述层叠结构中至少有一个所述第一折射层(10)由钼制得,由硅制得的所述第一折射层(10)其厚度在0 .1mm‑0 .8mm的范围内,由钼制得的所述第一折射层(10)其厚度在0 .5mm‑3mm的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,当所有所述第一折射层(10)均由硅制得时,所述第一折射层(10)的厚度在0 .1mm‑0 .3mm的范围内,所述第一折射层(10)的粗糙度小于1A。
3.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,当所有所述第一折射层(10)均由钼制得时,所述第一折射层(10)的厚度在1mm‑2mm的范围内,所述第一折射层(10)的粗糙度小于3A。
4.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,所述第二折射层(20)由二氧化硅制得,所述第二折射层(20)的厚度在0 .1mm‑1 .5mm范围内,所述第二折射层(20)的粗造度小于2A。
5.根据权利要求4所述的一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,所述第二折射层(20)的厚度在0 .1mm‑0 .5mm范围内,所述第二折射层(20)的粗造度小于1A。
6.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉热屏的薄膜隔热片,其特征在于,所述薄膜隔热片还设有封装层,所述封装层用于封装所述层叠结构。
7.一种单晶硅生长炉,其特征在于,包括炉体、坩埚、加热器、热屏和如权利要求1至6任意一项所述的薄膜隔热片,所述薄膜隔热片设置在所述热屏上;
所述炉体内设有容腔;
所述坩埚设置在所述容腔内,所述坩埚用于承载供单晶硅生长的熔体;
所述加热器设置在所述坩埚与所述炉体之间,所述加热器用于提供单晶硅生长所需的热场;
所述热屏设置在所述坩埚的上方,所述热屏用于反射所述坩埚散发的热能,所述薄膜隔热片设置在所述热屏靠近所述坩埚的一侧和/或所述薄膜隔热片设置在所述坩埚靠近生长出的单晶硅的一侧。
说明书 :
一种用于单晶硅生长炉的薄膜隔热片及单晶硅生长炉
技术领域
背景技术
中,由于直拉法生产单晶硅具有设备和工艺简单、容易实现自动控制、生产效率高、易于制
备大直径单晶硅,以及晶体生长速度快、晶体纯度高和完整性高等优点,直拉法得以迅速发
展。
高,确保熔化后的硅材料在溶液表面可以结晶。结晶出来的单晶通过直拉炉的提升系统提
出液面,在惰性气体的保护下冷却、成形,最后结晶成一个主体为圆柱体、尾部为圆锥体的
晶体。
时,则可能无法生长出单晶,即使生长出单晶,也容易发生晶变,变成多晶或有大量缺陷的
结构。因此,寻找较好的热场条件,配置最佳热场,是直拉单晶硅生长工艺非常关键的技术。
而热场设计中,最为关键的是热屏的设计。首先,热屏的设计直接影响固液界面的垂直温度
梯度,通过梯度的变化影响V/G比值决定晶体质量。其次,热屏的设计会影响固液界面的水
平温度梯度,控制整个硅片的质量均匀性。最后,热屏的合理设计会影响晶体热历史,控制
晶体内部缺陷的形核与长大,在制备高阶硅片过程中非常关键。
率较低,吸收晶棒散发的热量。热屏外部的石墨通常热反射率较高,利于将熔体散发的热量
放射回去,提高热场的保温性能,降低整个工艺的功耗。而现有的热屏设计仍然存在温度梯
度不均匀的缺陷。
产量。
发明内容
射率不同,所述第一折射层和所述第二折射层相互交替形成层叠结构,所述第一折射层和
与之相邻设置的所述折射层相贴合。
0.8mm的范围内,由钼制得的所述第一折射层其厚度在0.5mm‑3mm的范围内。
近生长出的单晶硅的一侧。
射能力,降低熔融的硅熔体热量的耗散,提高热能利用率;并且有利于热场的保温性能,从
而有利于提高热场的质量以提高单晶硅生长的质量和产量。
附图说明
于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其
它附图。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例,都属于本发明保护的范围。
的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆
盖不排他的包含。
射层10和所述第二折射层20相互交替形成层叠结构;所述第一折射层10的折射率与所述第
二折射层20的折射率不同,所述第一折射层10和与之相邻的所述第二折射层20相贴合,所
述第二折射层20和与之相邻的第一折射层10相贴合。即本说明书实施例中,所述第一折射
层10的数量和所述第二折射率层20的数量相等,因此所述层叠结构其整体的一侧以第一折
射层10为终点,所述层叠结构的另一侧以第二折射层20为终点。如图1所示,图1(a)至图1
(e)分别对应于具有不同数量的第一折射层(第二折射层)的所述薄膜隔热片,所述第一折
射层10的数量分别为1至5。
明的是,本说明书实施例中所述粗糙度指的是均方根粗糙度。
折射层20均具有较低的表面粗糙度,有利于第一折射层10和所述第二折射层20之间具有良
好的界面接触,从而提高所述层叠结构整体的热反射性能。
的第一折射层和第二折射层,最终制得的层叠结构均有同等的热反射效果。
射层10的厚度可以相同也可以相互不同,使得满足各所述第一折射层10的厚度均在0.1mm‑
0.3mm的范围内即可;同样地,各所述第二折射层20的厚度可以相同也可以不同,使得各所
述第二折射层20的厚度均在0.1mm‑1.5mm的范围内即可。
层20均为厚度为0.1mm厚的二氧化硅,各所述第二折射层20的粗糙度均小于2A。
2000nm的波长范围以与单晶硅生长炉的热环境相对应),纵坐标为热反射率。从图2中的各
个曲线可以看出,与现有技术中采用的隔热硅片相比,本说明书实施例提供的具有层叠结
构的薄膜隔热片在单晶硅生长炉的热场环境内,具有更高的热反射性能。
对增加到3对时,薄膜隔热片的热反射性能有所增加;但当第一折射层‑第二折射层对的数
量增加到4对及4对以上时,薄膜隔热片的热反射性能曲线波动加剧,且在800nm‑1100nm波
段出现低于薄膜硅片的热反射性能的情形出现,这对于薄膜隔热片整体的热反射性能来说
是极为不利的。由此也可以看出,当第一折射层‑第二折射层对的数量在2‑3对的范围内时,
其层叠结构的界面数量在3‑5个的范围内时,薄膜隔热片具有较佳的热反射性能;即一味的
增加第一折射层‑第二折射层对的数量,并不能得到薄膜隔热片热反射性能的增加。
坩埚外壁能够起到支撑作用;
升降和旋转,从而有利于置于一个良好的热场环境内,其内部的硅熔体也能够处于一个受
热较为均匀的热环境中。
有利于热场的保温性能,从而有利于提高热场的质量以提高单晶硅生长的质量和产量。
所述第一折射层10与所述第二折射层20的数量不相等。
述第一折射层10和所述第二折射层20相互交替设置,从而所述层叠结构的两端均为第一折
射层10。
0.3mm,各由硅制得所述第一折射层10(Ⅰ)的粗糙度为小于1A;各所述第二折射层20均由二
氧化硅制得,所述第二折射层20的厚度为0.5mm,所述第二折射层20的粗糙度为小于1A。
同,所述第一折射层10与所述第二折射层20相互交替设置,从而所述层叠结构的两端均为
所述第二折射层20。
0.5mm,各由钼制得的所述第一折射层10(Ⅱ)的粗糙度小于10A;各所述第二折射层20均由
二氧化硅制得,所述第二折射层20的厚度为1.5mm,所述第二折射层20的粗糙度为小于2A。
量。
应的薄膜隔热片的热反射性能相当;而由于3(b)对应的薄膜隔热片中的所述第一折射层10
由钼制得,因此,能够推导得到3(b)所对应的薄膜隔热片其热反射性能有所提升是由于采
用了由钼材料制得的第一折射层,钼材料具有耐高温,高温下稳定性高的特性。
20相互交替设置,与实施例1及实施例2的不同之处在于:
层20,由二氧化硅制得,厚度为0.3mm,粗糙度小于1A;第二个由钼制得的第一折射层10
(Ⅱ),其厚度为3mm,粗糙度小于5A;第二个第二折射层20,第二个所述第二折射层20由二氧
化硅制得,厚度为0.3mm,粗糙度小于1A以及第三个由钼制得的第一折射层10(Ⅱ),其厚度
为2mm,粗糙度小于3A。
硅制得,厚度为0.3mm,粗糙度小于1A;第二个由硅制得的第一折射层10(Ⅰ),其厚度为
0.5mm,粗糙度小于1A以及第二个第二折射层20,第二个所述第二折射层20由二氧化硅制
得,厚度为0.3mm,粗糙度小于1A。
界面,界面数量合理;且其包含的三个第一折射层中既包括有由硅制得的第一折射层10
(Ⅰ),又包括有由钼制得的第一折射层10(Ⅱ),并且由钼制得的第一折射层10(Ⅱ)的数量大
于由硅制得的第一折射层10(Ⅰ)。需要说明的是,在5(a)提供的薄膜隔热片结构的基础上,
对由硅制得的第一折射层10(Ⅰ)和由钼制得的第一折射层10(Ⅱ)的顺序进行调整,得到的
曲线与图6(a)中的曲线相似,此处不一一赘述。在5(a)提供的薄膜隔热片结构的基础上,对
其中各层的厚度和粗糙度进行优化,能够获得热反射性能最佳的薄膜隔热片。
热片整体的热反射性能来说是不利的,可能是其界面数量和界面材料导致的。但对于不同
的单晶硅生长炉,其热场环境不同,追求的热反射率高的波段也可能不同,因此,5(b)所对
应的薄膜隔热片也可用于追求在1250nm‑2000nm波段内有较高反射率的生长炉中。
屏对坩埚中硅熔体的热量的反射能力,降低硅熔体热量的耗散;有利于对生长炉中的热场
进行保温,从而有利于提高热场的质量以提高单晶硅生长的质量和产量。
多不同于上述各实施例中提供的薄膜隔热片。
征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例
看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,
因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将
权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。