[发明专利]单晶电磁场

说明书

一、技术领域

本发明属于半导体材料行业的单晶硅生产设备，具体涉及一种给单晶炉配套的电磁场。

二、背景技术

常规半导体材料硅晶体生产都是在单晶炉内将多晶块溶化成液体后拉出单晶棒。由于受温度的影响，硅液上部温度低，底部温度高，自然形成环流，整个液体处在翻腾状态，硅液中加入的导电介质分布不均匀，在结晶为单晶体时，导电介质在晶棒断面上的径向分布不均匀，导致电阻率差大，晶棒头部、尾部电阻率不相同。当用户需要某一阻值范围晶片时，只有晶棒某一部分符合要求，成品利用率比较低。人们为了提高材料的物理性能，采用多种办法对传统工艺进行改进，如：针对不同区域电阻率不同，改变晶棒不同部位单晶生长的速度，调整石英坩埚转数、晶体的转数，改变液面在加热器中位置，减少液体的温度差等等，以期达到最优化参数。以上种种方法对产品最终性能变化影响很小。新方法一直是半导体材料科研人员寻找的目标，国外在半导体材料领域研究比较早，首先提出了加入强磁场的概念，对磁场间晶体生长的理论分析目前尚没有结果。国外在试验时采用了纵向磁场，即磁场沿晶升方向，且很高磁场强度对产品性能才有影响，实际运用中炉子、磁场在设计时同时考虑，炉子和磁场为一体，但目前还未见有产品问世。这种与炉子合为一体的磁场存在着以下不足：1.受空间限制；2.受温度影响；3.形成强磁场比较难；4.制作工艺很复杂。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种专门用于为单晶炉配套的电磁场，单晶炉加磁场后，可改善单晶硅径向电阻率不均匀性，降低单晶硅中氧、碳的含量，同时也能降低其他杂质含量，是单晶硅生产企业提高单晶硅性能和原料利用率的关键设备。

单晶电磁场由轭板、导磁板、磁极和极头组成，两轭板一端通过导磁板连接，轭板的另一端连接磁极，两磁极相对应，在两磁极的相对面有极头；两轭板、导磁板和两个磁极构成一个C形框架，两轭板分别固定在两个立柱上，两立柱之间有连接梁连接；在导磁板上连接有冷却系统。

磁场作用于炉体两侧，两磁极相对并相吸，磁力线平行从炉体中穿过。两磁极背面通过轭板，导磁板相通，形成闭合回路。每个磁极为单独电源，并可以通过改变电流大小，而改变磁场强度。磁极的冷却采用油水换热形式。晶液在结晶过程中，由于受磁场力影响，液体对流减弱，上下温差小，硅液体及导电介质属于相对静止状态，导电介质分布比较均匀，从而可提高材料利用率，提高硅片性能指标。

本发明磁场稳定、可调；采用油水换热冷却方式，传热好，温升低；磁极极头形状设计合理，提高磁场的对称度；极头可以纵向、横向移动，以改变中心位置和磁场分布。

对比纵向磁场设计，本发明可以对已有单晶炉进行改造，达到提高单晶质量的要求；可对不同结构的单晶炉进行设计，满足不同用户要求；相对结构简单，生产成本较低。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的磁极的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明磁极的极头示意图；

图6为本发明的冷却系统结构示意图。

五、具体实施方式

单晶电磁场由轭板6、导磁板4、磁极7和极头8组成，两轭板6一端通过导磁板4连接，轭板6的另一端连接磁极7，两磁极7相对应，在两磁极7的相对面有极头8，其中磁极7与轭板6之间、轭板6与导磁板4之间为螺栓连接。两轭板6、导磁板4和两个磁极7构成一个C形框架，两轭板6分别与两个立柱3螺栓连接，两立柱3之间有连接梁2用螺栓固定。在导磁板4上连接有冷却系统1。

磁极7由线圈9、铁芯10和外壳11组成。磁极7包括线圈9、铁芯10和壳体11，线圈9包在铁芯10外面，线圈9和铁芯10放在壳体11中，线圈9的接线端子连接控制电源。极头8由三层组成，第一层12、第二层13、第三层14分别依次由螺栓连接在磁极7的铁芯10、极头第一层12和极头第二层13上，每一层可单独横向移动。极头8纵向、横向都可以移动，改变磁场分布。冷却系统1由油泵16、板式换热器17、油枕15等组成，油枕15通过管路与磁极7、油泵16和板式散热器17连接。