外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统技术方案

一种外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统，具有至少一个容纳熔融的半导体材料的生长炉，在预定方向从熔融的半导体材料提拉晶体的提拉装置，和产生向熔融的半导体材料施加的磁场的磁场发生器。磁场发生器具有多个磁体单元，和把各磁体单元耦合在一起的耦合机构，以使生长炉位于所述磁体单元之间。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及丘克拉斯基晶体生长系统，这是制造半导体晶片等所用的晶锭制造系统之一。特别是涉及外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统，其中向熔融的半导体材料施加磁场。外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统(以下称为“MCZ”系统)是一种晶体生长系统。在MCZ系统中，向熔融的半导体材料施加磁场，由此控制熔融的半导体材料中的热对流。从而MCZ系统可以制造具有大直径的高质晶锭。附图说明图1展示了传统的MCZ系统。此MCZ系统包括磁场发生器60和生长炉80。半导体材料在生长炉80中熔化，以便可以从熔融的半导体材料向上提拉晶体。磁场发生器60产生磁场。向生长炉80内的熔融的半导体材料施加磁场。生长炉80包括炉体1，坩埚2，加热器3，坩埚支撑机构50，和升降机51。坩埚2设置于炉体1，容纳半导体材料。加热器3对坩埚2内的材料加热，熔化该材料。机构50支撑坩埚2。升降机51设计成从坩埚2内的熔融的半导体材料6提拉晶体。机构5和升降机51相互相对旋转，从而使晶体和坩埚2相互相对旋转。磁场发生器60安装在支架61上，围绕炉体1。发生器60包含具有内置超导线圈4的低温恒温器5。以下说明如何在图1所示MCZ系统制造晶锭。首先，在坩埚2引入半导体材料6。用加热器3加热溶化材料6。在坩埚2中的熔融材料6插入籽晶。升降机51以预定速度缓慢地提拉籽晶。随着籽晶被提拉，在材料的固-液相面缓慢地生长晶体。结果，获得大块晶体9。当加热器3加热材料6时，在熔融材料6中发生热对流。尽管如此，材料6不会在坩埚2中移动，这是因为内置于低温恒温体5的超导线圈4产生并向熔融材料6施加磁通量7。随着利用升降机51在坩埚2的轴向10从坩埚2的提拉，晶体9容易地生长。磁场发生器60(即超导磁体)可以是图2所示的60-1型或者图3所示的60-2型。图2所示的磁场发生器(超导磁体)60-1具有U形低温恒温体5a。两个超导线圈4a和4b内置于低温恒温体5a，相互对置。磁场发生器60-1具有电流引线11、小型氦致冷器12、排气管13、和供给口(未示出)。电流引线11向两个超导线圈4a和4b提供电流。氦致冷器12冷却设置在低温恒温器5a的辐射屏(未示出)。排气管13从低温恒温器5a释放氦气。设置供给口用于补充致冷器12中的氦气。图3所示的磁场发生器(超导磁体)60-2具有中空圆筒形低温恒温器5b。两个超导线圈4a和4b内置于低温恒温器5b内，如同图2所示发生器60-1。与磁场发生器60-1一样，磁场发生器60-2具有电流引线11、小型氦致冷器12、排气管13、和供给口(未示出)。两种磁场发生器60-1和60-2在水平方向产生并施加磁场。换言之，与坩埚2的轴向10垂直地施加磁场。以下参考图4更具体地说明发生器60-1(图2)或发生器60-2(图3)这两种磁场发生器60。图4是磁场发生器60的剖面示意图，展示了包含两个超导线圈4a和4b的低温恒温器5。如图4所示，超导线圈4a和4b串联连接。线圈4a的自由端和线圈4b的自由端连接于电流引线11。当经过引线11提供相同电流时，线圈4a和4b产生强度相同并在相同方向延伸的磁场。持续电流开关(PCS)20与超导线圈4a和4b并联，因而也与电流引线11并联。即使开关20断开后，经过引线11的电流供给停止，也能在两个超导线圈4a和4b中保持永久的电流流动。因此线圈4a和4b保持磁场的产生。超导线圈4a和4b和持续电流开关20浸入致冷剂容器16所容纳的致冷剂中。容器16密封于第一辐射屏17中，接着第一辐射屏17密封于第二辐射屏18中。辐射屏17和18保持在不同温度。两个辐射屏17和18置于真空容器19中，其内部是绝热的。氦致冷器12冷却辐射屏17和18，减少进入致冷剂容器16的辐射热量。超导线圈4a和4b是氦姆霍兹线圈，产生如图2和3所示磁通量7。磁通量7形成在水平方向延伸的磁场，并相对于坩埚2的轴向10对称(图1)。以下将参考图5说明另一种传统的MCZ系统。图5中与图1和2所示MCZ系统类似或相同的部件用相同的参考标号代表，将不再具体说明。如图5所示，磁场发生器60-1具有包括两个超导线圈4c和4d的低温恒温器5，如图1和2所示的MCZ系统。线圈4c和4d设置成共轴，其公共轴沿向上提拉晶体的方向8延伸。线圈4c和4d产生的磁通量7也在方向8延伸。超导线圈4c和4d是尖点(Cusp)线圈，产生在相反方向延伸的尖点磁场。具有两个尖点线圈的磁场发生器60-1起尖点(Cusp)磁体作用。可以用氦姆霍兹线圈代替线圈4c和4d，产生在相同方向延伸的磁场。如果这样，发生器60-1将起氦姆霍兹磁体作用。通常，氦姆霍兹线圈用于产生水平磁场的磁场发生器，而尖点(Cusp)线圈用于产生垂直磁场的磁场发生器。如上所述的两种磁场发生器存在以下缺点。1.炉体1的尺寸取决于被提拉晶体的尺寸。设置炉体1的膛空间15(图2)很难改变，这是因为真空容器19容纳了磁场发生器60的其它所有部件。因此，使用较大或较小的炉体时，必须制造新的磁场发生器，使其膛空间的尺寸适合于保持新的磁场发生器。2.为了把是氦姆霍兹磁体的磁场发生器60改变为尖点(Cusp)磁体，串联连接的线圈4a和4b必须断开，然后以不同的方式连接。另外，4a和4b必须连接附加的线圈或附加的超导线圈。在这两种情况下，难以把氦姆霍兹磁体改变为尖点磁体。同样难以把是尖点磁体的图5所示磁场发生器60-1改变为氦姆霍兹磁体。3.图1所示磁场发生器，通过改变流经线圈4a或4b、或者两者的电流，不可能调节磁场中心。因此产生水平磁场的发生器，必须以高精度相对于升降机51定位，以便磁场相对于坩埚2的轴向10对称。图5的磁场发生器，当熔融材料6表面降低而升降机51向上提拉晶体9时，不能向下移动磁场中心。靠近熔融材料6表面的磁场不能制造质量均匀的晶锭。4.设计成产生水平磁场的发生器不能改为产生垂直磁场的发生器。具有例如中空圆筒形低温恒温器5b的发生器60-2(图3)，不仅需要具有线圈4a和4b，而且需要具有产生垂直磁场的更多线圈，以便用于产生垂直磁场。发生器60-2将变大并更加昂贵。5.两个如图2所示U形低温恒温器5可以相对边地布置，两个炉体1可以相隔间距22，如图6所示。如果在这种情况，即使低温恒温器5之间的距离23降低为零，低温恒温器5占用的空间24也不能减少多少。本专利技术的目的在于提供具有磁场发生器的MCZ系统，易于改变发生器的膛尺寸，可以用做氦姆霍兹磁体和尖点磁体，产生水平磁场和垂直磁场，能容易地移动两种磁场的中心，可在小空间安装。根据本专利技术，提供外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统，包括，至少一个容纳熔融的半导体材料的生长炉，在预定方向从熔融的半导体材料提拉晶体的提拉装置，和产生向熔融的半导体材料施加的磁场的磁场发生器，其特征在于，磁场发生器包括多个磁体单元，和把各磁体单元耦合在一起的耦合机构，以使至少一个生长炉位于磁体单元之间。仅通过用长度不同的另一个耦合机构替换耦合机构，或者调节耦合机构的长度，即可改变任何相邻磁体单元之间的膛空间。于是，不需要制造具有尺寸不同的膛空间的许多磁场发生器，来适应尺寸不同的生长炉。而且，磁体单元不需要相对于生长炉精确地定位，因为可以容易地改变磁场的中心和分布。此外，由于可以根据熔融的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外加磁场的丘克拉斯基晶体生长系统，包括，至少一个容纳熔融的半导体材料的生长炉，在预定方向从熔融的半导体材料提拉晶体的提拉装置，和产生向熔融的半导体材料施加的磁场的磁场发生器， 其中，所述磁场发生器包括多个磁体单元，和把所述各磁体单元耦合在一起的耦合机构，以使所述至少一个生长炉位于磁体单元之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木高士，小口义广，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]