转动拉晶机坩埚的装置和方法制造方法及图纸

说明了按Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法拉制半导体晶体的装置和方法。装置具有装有熔液的坩埚、从熔液中拉制出半导体晶体的拉晶机构、与坩埚联接的马达和激励马达以使坩埚作变速旋转的控制电路。控制电路在拉晶机构至少从坩埚内熔液中拉制出部分半导体晶体时可激励马达以使坩埚作连续变加速和连续变转速旋转。控制电路还可激励马达以使坩埚作单纯的增速和减速旋转。还对按ＣＺ法拉制晶体以取得所需氧浓度和氧含量梯度的其他装置和方法作了说明。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及拉晶机，更具体地说，涉及。绝大多数用以制造微电子工业中硅晶片的单晶硅是通过Czochralski方法(CZ方法)用拉晶机生产的。简言之，CZ方法使用的是在炉内石 英坩埚中用高纯度多晶硅块料熔化成的硅熔液。将籽晶装在拉晶机构上悬在硅熔液上方。通过拉晶机构使籽晶下降而与硅熔液接触。在籽晶的端部熔化后，使硅熔液冷却直至晶体开始生长。使坩埚按某一方向施转而使晶体按反方向施转，与此同时将晶体从熔液中拉出。晶体生长时使硅从坩埚内的硅熔液中凝固出来。在生长过程中，在靠近坩埚壁的硅熔液内形成氧的扩散边界层。这使一定程度的氧留存在拉出的晶体中。在采用普通的拉晶技术时，沿晶体的径向和长间都会产生氧含量的梯度。为在生成的晶体中减少氧含量的梯度，现有技术使坩埚作间歇性旋转或在坩埚的恒速旋转上叠加一方形脉冲波。在美国专利5,215,620中示有脉冲法的例子，其中在整个拉晶过程中是坩埚恒定的基准转速上叠加一方形脉冲波。尽管这会增加硅晶棒后端的氧浓度，可也增加了前端的氧浓度，这里，所增加的氧仅影响着轴向氧含量梯度。尽管现有技术在一定程度上降低了生成晶体内氧含量梯度，但仍有改进的余地。此外，现有的方法在转动坩埚的马达和传动系上造成不必要的机械冲击。这种机械冲击造成马达和传动系内能量的损失，提高这些构成部分的摩损率。本专利技术的目的在于提供一种拉制半导体晶体的改进的装置和方法，使拉制的晶体具有所需氧含量和梯度；使这种拉制半导体晶体的装置和方法可用以控制具有降低的径向和轴向氧含量梯度的半导体晶体；使其可用以拉制具有增高的氧浓度的半导体晶体；使其装有半导体熔液的坩埚可平稳而连续地变化其转速；使其装有半导体熔液的坩埚可作对传动机构的机械冲击很小的变速旋转；使其维修费用减少；并使其可靠而使用方便。一般来说，本专利技术装置用以按CZ法拉制半导体晶体。此装置具有装有熔液的坩埚从熔液中拉出半导体晶体的拉晶机构和与坩埚联接的马达。一控制电路激励马达而使坩埚作变速旋转。此装置还具有信号发生器，用以连续地产生变速信号。控制电路在拉晶机构至少从坩埚内熔液中拉出部分半导体晶体时按连续的变速信号激励马达而使坩埚作连续的变加速和连续的变转速旋转。作为本专利技术的另一个形式，本专利技术装置用以按CZ法拉制半导体晶体。此装置具有装有熔液的坩埚、从熔液中拉出半导体晶体的拉晶机构和与坩埚联接的马达。本装置还具有一控制电路以激励马达而使坩埚作连续的变速旋转，还具有一信号发生器以产生具有许多周期的速度信号。速度信号在每个周期内作单纯的增值和减值。控制电路在拉晶机构至少从坩埚由熔液中拉出部分半导体晶体时激励马达而使坩埚按速度信号作单纯的增速和减速旋转。作为本专利技术的再一个形式，实施一种拉制半导体晶体的方法，使拉制的半导体晶体的氧浓度和氧含量梯度对应于在按周期信号变化的坩埚速度下拉制的晶体所具有的氧浓度和氧含量梯度。此方法用于半导体晶体拉制机，此拉制机具有装有熔液的坩埚、从熔液中拉出半导体晶体的拉晶机构和与坩埚联接的马达，此马达使坩埚作变速旋转。此方法包括以下几个步骤对周期信号作傅里叶分析；产生对应于周期信号中傅里叶基频的正弦波；激励马达而使坩埚按所产生的正弦波作增速和减速的旋转；在坩埚通过激励步骤而旋转时至少拉制出部分半导体晶体。作为本专利技术的再一个形式，实施一种从坩埚内硅熔液中控制单晶硅棒的方法。单晶硅棒和坩埚是同轴线的。此方法包括以下步骤在从熔液中至少拉制出部分硅晶棒时使坩埚以连续的变加速和连续的变转速旋转；在硅晶棒生成时使硅晶棒以与坩埚相反的方向旋转。作为本专利技术的再一个形式，实施一种从坩埚内硅熔液中拉制出单晶硅棒的方法。单晶硅棒和坩埚是同轴线的。此方法包括以下步骤在形成一定直径的硅晶棒后增加坩埚的转速直至拉制出的硅晶棒达到其最后拉制长度的约20-50％，此后使坩埚的转速达到一基准速度；在增速步骤之后在基准速度以上和以下增高和减低坩埚转速直至将硅晶棒控制到离其最终长度至少的20％；在硅晶棒生成时使硅晶棒以与坩埚旋转方向相反的方向旋转。对其他目的和特点可通过以下说明取得更好的了解。附图说明图1为具有本专利技术坩埚装置的拉晶机的侧视简图，对部分机器作了剖示；图2示出现有技术中的坩埚旋转曲线；图3示出采用图2坩埚旋转曲线拉制晶棒时氧含量的曲线；图4示出本专利技术坩埚旋转曲线；图5示出采用图4坩埚旋转曲线拉制晶棒时氧含量的曲线。附图和说明中相同的编号对应于相同的部件。图1示有用CZ法拉制单晶硅棒的拉晶机20的基本构成。具体地说，拉晶机20具有生长室22和装在生长室上方的细长形拉制室24。拉索26由提晶机构28牵引，用以拉制单晶硅棒58。提晶机构28固定在板30上，此板装在转轴32上。马达33通过适当的构件(未示出)与辆32联接，用以相对于控制室24转动轴32，板30和提晶机构28。因此，悬在提晶机构28上的晶棒58在拉制时可在给定方向上旋转。拉晶机20在生长室22内还具有坩埚34，以便保存熔化的晶源材料M(例如，高纯度硅熔液)。杯形转台36装在轴38上，用以装入坩埚34。马达40通过齿轮箱42与轴38联接，以便以可变速度转动坩埚34和转台36。马达40具有转速计44，转速计产生指示马达转速的基准电压。基准电压最好形成摸拟信号，信号的量值随转子速度的提高而作线性增大。基准电压也可以形成任何其他形式的信号，如数字信号或电脉冲序列，以便指示转子的转速。控制器46用电流通过传输线48激励马达40。控制器46还通过传输线50与测速计44连接以便接收基准电压。控制器46具有用数据表进行编程的存储器52，以便将来自测速计44的基准电压与坩埚34的转速相联系。存储器52还可存有用以对坩埚所需转速和升速值以及其他操作数据进行编程的数据。控制器46通过传输线48和50用闭环控制系统来激励马达40而使坩埚34在所需速度下旋转。控制器46还通过电线(表示出)与马达33连接，从而控制板30、提晶机构28和晶棒58的旋转。控制器46还通过电线(未示出)激励传动提晶机构28的马达，控制器46因此控制着将拉索26收进提晶机构的速度，也就是将晶棒58从硅熔液M中拉出的速度。晶体的生长过程始于籽晶54，籽晶通过籽块56固定在拉索26的下端。坩埚36和籽晶54在籽晶下降而接触硅熔液M时作反向旋转。在籽晶的端部熔化后就使硅熔液M冷却直至晶体开始生长。在将籽晶从熔液中拉出时使坩埚36以与籽晶54相反的方向旋转。籽晶54在生长时，使出自硅熔液M的硅凝固而形成单晶硅棒58。实际上， 由名为“Ferrofluidics Corp.(40 Simon Street，Nashua，New Hampshire 03061)”的公司出售的CZ150型“晶体生长系统”是一种可用以实施本专利技术的拉晶机。“Ferrofluidics”公司的系统带有使坩埚旋转的、型号为“Electro-CraffMotomaticSeries E-652”的马达。由“Ferrofluidics”公司供应的用以控制马达以控制坩埚旋转的控制卡片可使坩埚升速和降、起转和停转；但，为实施本专利技术还须进行与以下所述内容相符的其他程度控制。图2示出现有技术中坩埚，如坩埚34，的升速旋转曲线，升速从拉晶开始时6rpm的旋转速度直至11rpm的最高速度，在此速度下持本文档来自技高网...

【技术保护点】
按Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法拉制半导体晶体的装置，具有：－装有熔液的坩埚；－拉晶机构，用以从坩埚内熔液中拉制出半导体晶体；－马达，与坩埚联接；－控制电路，用以激励马达而使坩埚作变速旋转；－信号发生器，用以产生－连续变化的速 度信号；其中：控制电路对信号发生器作出反应，从而在拉晶机构从坩埚内熔液中至少拉制出部分半导体晶体时按连续的变速信号激励马达而使坩埚作连续变加速和连续变转速的旋转。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬L金贝尔，哈罗德W科布，辛西亚F霍尔，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]