專利名稱：拉單晶裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來從裝于雙坩堝里的半導(dǎo)體熔化物中拉制半導(dǎo)體單晶的拉單晶裝置。
CZ生長技術(shù)是目前用來生長如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)等半導(dǎo)體單晶的已知方法中的一例。因?yàn)檫@種CZ生長技術(shù)容易生長無位錯(cuò)或具有極少晶格缺陷的大直徑、高純度單晶，它已廣泛用于生長各種半導(dǎo)體晶體。
最近幾年，對大直徑和高純度單晶、以及氧濃度和雜質(zhì)濃度均勻分布的要求增加，已開發(fā)出各種CZ生長技術(shù)的改進(jìn)方法和設(shè)備來滿足這些要求。已提出的上述CZ生長技術(shù)的一種改進(jìn)是在外加磁場條件下的CZ生長。這種技術(shù)提供一種極好的生長單晶的方法，所生長的單晶具有良好的無滑移比例(slip-free ratios)，而且通過給坩堝內(nèi)的半導(dǎo)體熔化物加磁場來抑制半導(dǎo)體熔化物的對流，使之具有優(yōu)良的控制氧濃度的能力。
改進(jìn)的CZ生長技術(shù)的另一個(gè)例子包括一種裝置，該裝置中使用在坩堝內(nèi)設(shè)置圓筒形隔離體的雙坩堝，隔離體上提供有用來連通隔離體內(nèi)區(qū)域和外區(qū)域的連通通道，在源材料連續(xù)供應(yīng)到隔離體的外區(qū)域的同時(shí)從隔離體的內(nèi)區(qū)域拉制半導(dǎo)體。
在上述改進(jìn)的CZ生長中，半導(dǎo)體熔化物通過隔離體所具備的連通通道供應(yīng)到隔離體的內(nèi)區(qū)域，如果通過連通通道的半導(dǎo)體熔化物的流速過高，就有這樣的危險(xiǎn)，即在用來供應(yīng)源材料的外區(qū)域中產(chǎn)生的空位源(一種將產(chǎn)生空位，即一種晶格缺陷的物質(zhì))會擴(kuò)散進(jìn)雙坩堝的內(nèi)區(qū)域里的熔化物中，因此阻礙半導(dǎo)體單晶的正常生長。
因此，為了穩(wěn)定所生產(chǎn)的半導(dǎo)體單晶的質(zhì)量，控制通過連通通道的半導(dǎo)體熔化物的流速是很重要的。
考慮上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種拉單晶裝置，能通過降低連通通道內(nèi)半導(dǎo)體熔化物的流速來穩(wěn)定半導(dǎo)體單晶的質(zhì)量。
本發(fā)明的拉單晶裝置使用置于氣密容器內(nèi)的雙坩堝，通過在坩堝內(nèi)安裝圓筒形隔離體將坩堝分成外區(qū)域和內(nèi)區(qū)域構(gòu)成該雙坩堝，半導(dǎo)體熔化物裝于坩堝的外區(qū)域，從坩堝的內(nèi)區(qū)域里的熔化物中拉制半導(dǎo)體單晶。本發(fā)明的拉單晶裝置的特征是在圓筒形隔離體中形成用來連通坩堝的外區(qū)域和內(nèi)區(qū)域的連通通道，在氣密容器的外面安裝用來施加會交(cusp)磁場的裝置，該裝置設(shè)置為使基本水平的磁場位于半導(dǎo)體熔化物的表面下，使基本垂直的磁場位于隔離體的連通通道處。
通過使用上述施加會交磁場的裝置，使基本垂直的磁場大體垂直地穿過流經(jīng)連通通道的半導(dǎo)體熔化物流。磁場從滾動的熔化物穿過會抑制流經(jīng)連通通道的半導(dǎo)體熔化物的流速。另外，加在半導(dǎo)體熔化物表面下的基本水平的磁場會抑制半導(dǎo)體熔化物內(nèi)的對流。由此，可以改善半導(dǎo)體單晶的質(zhì)量，特別是，可以抑制內(nèi)坩堝出現(xiàn)空位。


圖1是表示本發(fā)明的拉單晶裝置的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
下面是參照圖1的對本發(fā)明拉單晶裝置實(shí)施例的說明。
拉單晶裝置10包括一氣密容器12，置于容器12內(nèi)的坩堝13，用來加熱坩堝13內(nèi)的半導(dǎo)體熔化物17的加熱器14，置于容器12外、用來施加由線圈16a和16b構(gòu)成的用來施加會交磁場的施加裝置。坩堝13包括由石英(SiO2)構(gòu)成的大致半球形的外坩堝13a和由圓筒形隔離體限定的內(nèi)坩堝13b，隔離體由石英(SiO2)構(gòu)成，并置于外坩堝13a內(nèi)以限定內(nèi)坩堝和外坩堝。坩堝13放在基座21上，該基座安裝在置于容器2底座中心的垂直軸20上。
在內(nèi)坩堝壁13b即圓筒形隔離體的底部形成連通雙坩堝的外坩堝和內(nèi)坩堝的連通通道13c。通過從內(nèi)坩堝13b的底邊去除一部分形成凹槽區(qū)來作為連通通道13c。
在上述線圈16a和16b的每個(gè)中，電流都以和另一線圈中相反的方向流動；這樣，如圖1中虛線所示產(chǎn)生會交磁場。會交磁場的形狀是其方向從垂直向水平逐漸變化。
在氣密容器12內(nèi)具有源材料供應(yīng)管15，能將源材料提供到雙坩堝13b的外區(qū)域中。源材料包括已用粉碎機(jī)粉碎硅錠制備的片狀多晶硅，或用熱分解從氣體源材料中淀積而制備的顆粒狀多晶硅。根據(jù)需要，源材料還包括用于硅生長的如硼(B)和磷(P)等各種摻雜劑，和用于生長砷化鎵的如鋅(Zn)和硅(Si)等摻雜劑。
控制由線圈16a和16b形成的會交磁場，使磁場的垂直部分和內(nèi)坩堝13b的連通通道13c的位置一致，使磁場的水平部分位于半導(dǎo)體熔化物的表面下。例如，通過調(diào)節(jié)流經(jīng)線圈16a和16b的電流量或通過移動一個(gè)線圈來控制會交磁場的位置。
根據(jù)上述控制，加于連通通道13c的基本垂直的磁場垂直穿過半導(dǎo)體熔化物流；這樣，磁場起抑制熔化物通過連通通道流動的作用。因而，減小通過連通通道13c的半導(dǎo)體熔化物流。另外，由于會交磁場的基本水平部分位于半導(dǎo)體熔化物表面下，半導(dǎo)體熔化物的垂直對流受到抑制。于是，半導(dǎo)體熔化物中的空位源的擴(kuò)散受到抑制，由此可以改善半導(dǎo)體單晶的質(zhì)量，特別是，可以抑制生長的晶錠中出現(xiàn)空位或晶格缺陷。
另外，當(dāng)需要上下移動坩堝13時(shí)，為了使垂直磁場位于連通通道13c的位置，并將水平磁場加到半導(dǎo)體熔化物的表面下，可以通過調(diào)節(jié)加到線圈16a和16b的電流或通過與坩堝移動一致地移動兩個(gè)線圈，來控制會交磁場相對于半導(dǎo)體熔化物的位置。
如上所述，本發(fā)明的拉單晶裝置使用置于氣密容器內(nèi)的雙坩堝，通過在坩堝內(nèi)同軸安裝由圓筒形隔離體構(gòu)成的內(nèi)坩堝來形成雙坩堝，當(dāng)源材料連續(xù)供應(yīng)到外坩堝中的同時(shí)，從內(nèi)坩堝內(nèi)的區(qū)域里的半導(dǎo)體熔化物中拉制半導(dǎo)體單晶。另外，在圓筒形隔離體的底部形成連通通道用來連通雙坩堝的外區(qū)域和內(nèi)區(qū)域，在氣密容器的外面安裝有用來施加會交磁場的裝置，該裝置設(shè)置為使所加會交磁場的基本水平部分位于半導(dǎo)體熔化物的表面下，且所加磁場的基本垂直部分位于雙坩堝的連通通道處。由此，可以減小流經(jīng)連通通道的半導(dǎo)體熔化物的流速，并防止半導(dǎo)體熔化物的對流，這可確保半導(dǎo)體單晶質(zhì)量的穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種拉單晶裝置，包括包圍單晶材料的熔化區(qū)域的氣密容器；用來裝半導(dǎo)體熔化物的雙坩堝，置于氣密容器內(nèi)，具有由安裝于外坩堝內(nèi)的圓筒形隔離體限定的圓筒形內(nèi)坩堝，和用來連通雙坩堝外區(qū)域和內(nèi)區(qū)域的連通通道；設(shè)置在氣密容器內(nèi)和在雙坩堝外的加熱器，用來加熱雙坩堝以產(chǎn)生半導(dǎo)體熔化物；和用來施加會交磁場的裝置，裝在氣密容器的外面，用來施加會交磁場；該裝置的特征為由上述施加裝置施加的會交磁場的基本水平部分位于半導(dǎo)體熔化物的表面下，會交磁場的基本垂直部分位于上述連通通道處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的拉單晶裝置，還包括用來從雙坩堝的外區(qū)域向半導(dǎo)體熔化物供應(yīng)源材料的源材料供應(yīng)管；其中雙坩堝的外區(qū)域裝半導(dǎo)體熔化物，從內(nèi)坩堝的熔化物中拉制單晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的拉單晶裝置，其中通過從限定內(nèi)坩堝的隔離體底邊去除一部分來形成凹槽區(qū)作為連通通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的拉單晶裝置，其中用來提供會交磁場的裝置包括上下線圈，線圈設(shè)置為通過電流以相反的方向流過這兩個(gè)線圈，從而在半導(dǎo)體熔化物中形成由垂直部分和水平部分組成的會交磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的拉單晶裝置，其中所述兩個(gè)線圈設(shè)置為，使會交磁場的垂直部分和內(nèi)坩堝底部的連通通道的位置一致，會交磁場的水平部分位于半導(dǎo)體熔化物的表面下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的拉單晶裝置，其中所述兩個(gè)線圈根據(jù)坩堝的上下移動而上下移動，從而使會交磁場的垂直部分的位置維持在連通區(qū)的位置，且會交磁場的水平部分的位置保持在半導(dǎo)體熔化物的表面下。
全文摘要
一種拉制硅或砷化鎵等半導(dǎo)體單晶的拉單晶裝置，包括氣密容器，容器內(nèi)的坩堝，加熱器，和一對在半導(dǎo)體熔化物中施加會交磁場的線圈。一圓筒形隔離體把坩堝分為供應(yīng)并熔化源材料的外區(qū)域和拉單晶的內(nèi)區(qū)域。內(nèi)外區(qū)域在隔離體底部連通。反向電流加于一對線圈，在熔化物內(nèi)產(chǎn)生會交磁場，該磁場包含相對于坩堝的、定位在連通通道位置的垂直部分，和定位在熔化物表面下的水平部分，可減小熔化物的流速并抑制其對流。獲得高質(zhì)量的半導(dǎo)體單晶。
文檔編號C30B15/30GK1162028SQ97101018
公開日1997年10月15日 申請日期1997年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月12日
發(fā)明者熱海貴, 降屋久, 喜田道夫 申請人:三菱麻鐵里亞爾硅材料株式會社, 三菱麻鐵里亞爾株式會社