專利名稱：抑制長的大直徑單晶硅生長條紋的直拉生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于丘克拉斯基(CZ)單晶硅生長裝置，尤其是抑制長的大直徑單晶硅的生長條紋的CZ單晶硅生長裝置。
在CZ單晶硅生長裝置中，籽晶被浸入石英坩堝內(nèi)的熔融硅中以生長出一個“籽晶頸”，該籽晶頸由一個具有固定籽晶頸的夾頭的線，以恒定的拉晶速率漸漸向上拉，如此得到單晶硅棒。籽晶頸承受了單晶硅棒的重量，是機械上的最弱點。因此，單晶硅棒的最大重量受制于籽晶頸的機械強度(見K.M.Kim et al.，“Maximum Length of Large DiametersCzochralski Silicon single Crystals at Fracture Stress Limit ofSpeed”，Journal of Crystal Growth 100，PP.527-528，1990)。
如果單晶硅超過了最大重量，單晶硅會落入熔融硅中。在現(xiàn)有技術(shù)的CZ單晶硅生長裝置中，為避免單晶硅落入熔融硅中，在單晶硅棒上形成了一個肩狀部位，即較寬的部件，當單晶硅棒被拉起時，一個安全環(huán)立刻移至肩狀部位底下的位置上(見JP-A-63-252991)。所以，如果籽晶頸斷裂，單晶硅也不會落入熔融硅中，因為其肩狀部位懸于安全環(huán)上。
在如上所述現(xiàn)有技術(shù)的CZ單晶硅生長裝置中，應(yīng)注意其安全環(huán)并沒作為提拉單晶硅棒的裝置。
然而甚至是在上述現(xiàn)有技術(shù)的CZ單晶硅生長裝置中，當單晶硅相對重時，既使單晶硅棒沒有斷裂，提線的張力很大以致于提線會拉伸，此外其提線的拉伸會變動；而且提線也會受生長裝置內(nèi)溫度的影響而拉伸，因此單晶硅棒的上拉速率不可能是恒定的。換句話說，單晶硅棒的上拉速率是波動的。特別是當單晶硅棒直徑大于31.72厘米(12英寸)，長度大于1米時，單晶硅棒的上拉速率是波動的。并且單晶硅棒的上拉速率也由于提線牽引裝置的振動而波動。
單晶硅上拉速率的波動引起其中雜質(zhì)非均勻的分布。雜質(zhì)非均勻的分布產(chǎn)生了生長條紋，此生長條紋會導(dǎo)致由單晶硅棒形成的硅片中的晶體缺陷。
本發(fā)明的目的是提供能抑制生長條紋并生長長的大直徑單晶硅的CZ生長裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在CZ單晶硅生長裝置中，在生長爐中通過提線上拉籽晶而生長硅單晶，一個磁環(huán)被安裝于硅單晶上，一個電磁體被安裝于生長爐上以上拉磁環(huán)。該電磁體會含有多個在垂直方向上排列的電磁元件。因此，當電磁元件由較低端至較高端順序被通電時，磁環(huán)能被電磁體以恒定上拉速率漸漸拉起。
通過下面的描述，并參照附圖，可以更清楚地理解本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的CZ單晶硅生長裝置的一個實施例的剖面圖。
圖2A是圖1中磁環(huán)的平面圖。
圖2B是圖1中磁環(huán)的側(cè)面圖。
圖3A、3B、3C、3D和3E是采用圖1裝置生長單晶硅棒的方法示意圖。
圖4是圖2A和2B的磁環(huán)的改進例的平面圖。
圖1顯示了本發(fā)明的一實施例，其中標號1表示生長爐。位于生長爐1的下部1a中的是石英坩堝2和與石英坩堝2組合的碳坩堝3。石英坩堝2和碳坩堝3被環(huán)繞它們的加熱器4加熱，標為X的硅被放入石英坩堝2中，并被加熱器4加熱成熔融液體。
熱屏蔽板5覆蓋了石英坩堝2、碳坩堝3和加熱器4以防止熱量影響生長爐1的上部1b。在此情況下，熱屏蔽板5有一個開口供單晶硅棒Y的上拉。
生長爐1的上部1b是圓筒狀。牽引裝置6位于上部1b的頂端上，用以上拉由金屬制成的提線7。由多個圓柱狀電磁元件8a相對于爐1垂直方向排列形成的電磁體8位于上部1b的內(nèi)圓周表面上。石英管9覆蓋于電磁體8上，以防止爐1的內(nèi)部被電磁體8所污染。電磁元件8a由控制器10分別控制。
晶種Z被連接在提線7上。因此當提線7由牽引裝置6上拉時，單晶硅棒Y開始自熔融硅X中生長出。
磁環(huán)12是被連在單晶硅棒Y的圓周凹進部分上。磁環(huán)12由圖2A和圖2B所示。磁環(huán)12是由鐵或鎳制成的半圓形鐵磁性元件121a和121b組成。鐵磁性元件121a和121b均各自被石英玻璃元件122a和122b覆蓋。石英玻璃元件122a的一端有一個鉤123a，另一端有一個鉤形凹進部分124a。石英玻璃元件122b的一端有一個鉤123b，另一端有一鉤形凹進部分124b。因此，將鉤123a和123b分別與鉤形凹進部分124b和124a吻合，即得磁環(huán)12。例如，如果單晶硅棒Y是31.72厘米(12英寸)長，磁環(huán)12的直徑約為25.6厘米(10英寸)。
下面將參照圖3A、3B、3C、3D和3E，解釋使用圖1的生長裝置制造硅單晶的方法。
首先，參照圖3A，晶種Z被通過提線7浸入熔融硅X中，然后晶種Z被提線7漸漸上拉，以生長單晶硅棒Y。
其次，參照圖3B，當單晶硅棒Y的直徑達到Y(jié)1所示的預(yù)定直徑D0時，晶種Z被提線7上拉的速率升到足夠高，熔融硅X的溫度也提高，結(jié)果是單晶硅棒Y的直徑減少百分之二十，如Y2所示，即單晶硅棒Y的直徑D1約為0.8×D0。在此狀態(tài)下，提線7，亦即晶種Z被上拉約2厘米。然后晶種Z被提線7上拉的速率下降，熔融硅X的溫度也降低。因此單晶硅棒Y的直徑增加回到D0(如Y3所示)。由此在單晶硅棒Y上形成了圓周凹進部分。
再者，參照圖3C，當單晶硅棒y的圓周凹進部分接近熱屏蔽板5的高位時，通過將鉤123a和123b分別與鉤形凹進部分124b和124a吻合(如圖3D所示)，把磁環(huán)12連在單晶硅棒y的圓周凹進部分上。
最后，參照圖3E，當磁環(huán)12接近每個電磁元件8a時，電磁元件8a被控制器10順序通電。結(jié)果磁感應(yīng)力被施加于磁環(huán)12上，致使磁環(huán)12被磁力上拉，磁環(huán)又上拉著單晶硅棒Y。因此提線7的張力被松馳了。在此情形下，通過控制器10控制電磁元件8a的通電與磁環(huán)12的移動同步，即與單晶硅棒Y的移動是同步的。
由此即使當單晶硅棒Y重量增加時，由于磁環(huán)12和電磁體8的上拉運動提線7的張力被松馳，其結(jié)果是提線7的拉伸被抑制了。此外，由于單晶棒Y的上拉速率被磁環(huán)12的運動所調(diào)節(jié)，既使爐1中的溫度或者裝置6的振動會引起提線7位伸的波動，單晶硅棒Y的上拉速率可以恒定。因而抑制了單晶硅棒Y的生長條紋。
圖4顯示了圖2A和2B的磁環(huán)12的改進實例，其中磁環(huán)12是由鐵磁性元件121和石英玻璃元件122形成的C-型環(huán)。在此情形下，圖4的磁環(huán)12被使用C-型環(huán)12的彈性力連在單晶硅棒Y上。
根據(jù)發(fā)明人的實驗，用圖1生長裝置制造的長1.5米，直徑為30.48厘米(12英寸)的單晶硅棒；長1.5米，直徑為35.56厘米(14英寸)的單晶硅棒；長1.2米，直徑為40.64厘米(16英寸)的單晶硅棒和長1.0米，直徑為45.72厘米(18英寸)的單晶硅棒中均未發(fā)現(xiàn)生長條紋。另一方面用已有技術(shù)的生長裝置制造的長1米，直徑為30.48厘米(12英寸)的單晶硅棒；長0.7米，直徑為35.56厘米(14英寸)的單晶硅棒；長0.5米，直徑為40.64厘米(16英寸)的單晶硅棒和長0.4米，直徑為45.72厘米(18英寸)的單晶硅棒中均發(fā)現(xiàn)了生長條紋。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因為單晶硅棒中沒有出現(xiàn)生長條紋，由單晶硅棒制得的硅片中的晶體缺陷也受到了抑制。
權(quán)利要求
1.一種丘克拉斯基單晶硅生長裝置，其特征在于包括有一個盛熔融硅(X)的坩堝(2，3)；一個通過提線(7)上拉晶種(Z)以從所述熔融硅中生長單晶硅棒(Y)的裝置(6)；一個裝在所述單晶硅棒上的磁環(huán)(12)；和一個上拉所述磁環(huán)的電磁體(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丘克拉斯基單晶硅生長裝置，其特征在于所述的電磁體包括多個在垂直于所述裝置的方向上排列的電磁元件(8a)和一個覆蓋所述電磁元件的石英玻璃管(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的丘克拉斯基單晶硅生長裝置，其特征在于所述的電磁體還包括有一個控制器(10)，以從低端至高端順序控制所述電磁元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丘克拉斯基單晶硅生長裝置，其特征在于所述的磁環(huán)包括兩個半圓形鐵磁性元件(121a，121b)和兩個覆蓋所述半圓形鐵磁性元件的石英玻璃元件(122a，122b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丘克拉斯基單晶硅生長裝置，其特征在于所述的磁環(huán)包括一個C-型鐵磁性元件(121)和一個覆蓋所述C-型鐵磁性元件的石英玻璃元件(122)。
6.一種丘克拉斯基單晶硅生長方法，其特征在于包含以下步驟通過提線(7)將晶種(Z)浸入熔融硅(X)中；通過所述提線上拉所述晶種，以生長單晶硅棒(Y)；當所說單晶硅棒直徑接近預(yù)定值(D0)時增加通過提線上拉單晶硅棒的速率，提高所述熔融硅的溫度；當所述單晶硅棒長至預(yù)定長度后，降低所述提線上拉所述單晶硅棒的速率，降低所說熔融硅的溫度；將磁環(huán)(12)裝在所述單晶硅棒的圓周凹進部位上；通過控制沿所述單晶硅棒垂直方向排列的一個電磁體(8)，上拉所述磁環(huán)，以便與所述提線上拉所述單晶硅的速率同步上拉所述單晶硅棒。
全文摘要
在一種丘克拉斯基單晶硅生長裝置中，其在生長爐(1)中通過提線(7)上拉晶種(Z)來生長硅單晶(Y)，一個磁環(huán)(12)被安裝在硅單晶上，一個電磁體(8)被固定于生長爐上以便上拉磁環(huán)。
文檔編號H01L21/208GK1160091SQ9612069
公開日1997年9月24日 申請日期1996年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月22日
發(fā)明者匡人渡邊 申請人:日本電氣株式會社