[发明专利]单晶体的制造方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过浮区法制造单晶体的方法以及适于采用该方法的设备。

背景技术

浮区法/逐区精炼法（Zonenziehen）在工业规模上特别用来制造由硅组成的单晶体。为此，多晶硅采用感应方式被熔化并且在单晶晶种上结晶。多晶硅通常以进料棒的形式设置，该进料棒从其下端开始通过感应线圈被逐渐熔化，其中由熔化的硅组成的熔化区用于单晶体的生长。这种方法以下称为FZ法。

FZ法的一个改型方法（其此后称为GFZ法）采用多晶颗粒硅代替进料棒。尽管FZ法采用一个感应加热线圈使得进料棒熔化并使得单晶体的受控结晶，但是GFZ法采用两个电感加热线圈。多晶颗粒在一板上借助于第一感应加热线圈被熔化并且随后穿过该板的中心孔流至正在生长的单晶体并形成熔化区。单晶体的结晶借助于第二感应加热线圈被控制，其中所述第二感应加热线圈在第一感应加热线圈下方设置。有关GFZ法的其它详细内容例如在专利公开文献US2011/0095018中记载。

专利公开文献DE3007377A1描述了FZ法和适用于实施该方法的设备，其中该专利公开文献致力于防止产生热应力的问题。为了解决该问题，该专利公开文献提出通过围绕单晶体的反射保护罩的热辐射重新加热单晶体。A.Muiznieks等人的公开文献（Journal of CrystalGrowth(晶体生长学报)230(2001),305-313）证实了保护罩（其被称为反射器）的用于减小热应力的功效。模拟计算也表明热应力在结晶边界的中心为最高并且热应力的影响随单晶体的直径而增加。另外，得到表明的是热应力特别在结晶边界中心处越高，则结晶边界向单晶体弯曲的程度就越大，并且这种弯曲随单晶体的结晶速度而增加。

因此，需要一些措施来用于在不必限制结晶速度的情况下防止结晶边界的弯曲以及适于在不损失生产率的情况下避免热应力和错位形成的随后危险性。

因为围绕单晶体的反射器阻碍经由单晶体侧表面的热传递，所以更少的热量必须经由感应加热线圈被供应至熔化区，以便确保晶体生长所需的熔化区的高度。这是与反射器的使用有关的另一优点。

随着单晶体的直径增大和结晶速度增加，结晶边界的弯曲增加。这加剧了热应力导致的问题。反射器的使用不再足以作为一种应对措施。

发明内容

因此，本发明的目的是以更有利的方式抵消结晶边界的弯曲以及由热应力造成的单晶体的负荷。

该目的通过一种用于以浮区法制造单晶体的方法实现，其中单晶体在感应加热线圈的支持下在结晶边界处的熔化区下方结晶，结晶热的散发由围绕该单晶体的反射器阻碍，其特征在于，单晶体在结晶边界的外边缘区域中由第一区中的加热装置进行加热，其中结晶边界的外边缘处的外三相点T_a与结晶边界中心Z之间的距离Δ受到影响。

该目的同样通过一种用于以浮区法生产单晶体的设备实现，该设备包含围绕该单晶体的反射器以及用于在该单晶体的结晶边界的外边缘的区域中加热该单晶体的加热装置。

本发明旨在追求的目标是从侧部增加单晶体上端区域中的温度，以此影响在单晶体周边的结晶边界的轴向位置，准确地说，以此方式限制结晶边界的弯曲，即限制中心与结晶边界之间的垂直距离。

本发明不论所结晶的是硅还是其它半导体材料并且不论按照FZ法还是GFZ法进行结晶均可以应用。

根据本发明的一个优选实施例，单晶体通过在生长的单晶体的上端周围布置的辐射式加热系统被加热。辐射式加热系统例如可以发出IR（红外）射线或光学射线。特别优选采用卤素辐射式加热系统。

作为替代，为了替代辐射式加热系统，还可以采用感应式加热系统或电阻式加热系统或一些其他加热装置，由此，热量可以传入到结晶边界的外边缘的区域中。

附图说明

以下参照附图对本发明进行更详细的描述。

图1是说明现有技术的剖视图，并且该图示出按照浮区法制造的单晶体的纵向区段的一半。除该单晶体外，该图还示出用于控制该单晶体结晶的电感加热线圈以及围绕该单晶体的反射器，所述反射器反射由单晶体发出的热辐射。

图2是说明本发明的剖视图。

图3是说明本发明且示出附加优选特征的另一剖视图。

具体实施方式