[发明专利]一种拉晶系统和拉晶方法

说明书

本发明提供了一种拉晶系统和拉晶方法。所述系统包括：拉晶腔室，所述拉晶腔室包括存储硅熔体的坩埚；和水平磁场施加装置，所述水平磁场施加装置包括围绕所述拉晶腔室外侧设置的向所述硅熔体施加水平磁场的多个环形线圈，所述多个环形线圈的加载功率分别独立控制，其中，所述多个环形线圈中包括可在所述水平磁场的垂直方向上上下移动的可移动线圈。根据本发明的拉晶系统和拉晶方法，在拉晶过程中调整施加在坩埚内硅熔体上的水平磁场强度在垂直方向上的分布，而非对坩埚位置进行调整，实现对坩埚内硅熔体液面的水平磁场强度进行调整和优化，从而避免了在进行大尺寸晶柱拉晶时使用较大体积或功率的坩埚驱动系统。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种拉晶系统和拉晶方法。

背景技术

切克劳斯基法(以下称为“CZ法”)是硅晶圆的制造中最广泛采用的单晶制备方法。CZ法是将晶种浸渍于石英坩埚内的熔融硅中，一边提拉一边使单晶生长的方法。通过CZ法形成的晶柱，进一步进行切割形成硅晶圆。

为了提高半导体器件的产率以及降低集成电路芯片的制造成本，单晶硅晶片的直径原来越大，这使得在单晶硅生长过程中出现越来越多的问题，如单晶氧浓度增加、晶体成长稳定性低和产率低等问题。一种解决方法是采用施加水平磁场的CZ法，具体的，采用在盛有熔融单晶硅体(即硅熔体)的坩埚外施加一定强度的水平磁场，同时将坩埚进行转动和在晶体生长的方向上上下移动，以保证坩埚内硅熔体液面保持在恒定的磁场强度下进行拉晶。然而，在较大尺寸的晶体生长过程中，如450mm单晶硅的生长过程中需要更大功率或体积的坩埚驱动装置以移动坩埚，现有技术中难以克服这一缺点。

因此，需要对目前拉晶系统和拉晶方法进行改进，以便消除目前存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提供了一种拉晶系统，所述系统包括：

拉晶腔室，所述拉晶腔室包括存储硅熔体的坩埚；和

水平磁场施加装置，所述水平磁场施加装置包括围绕所述拉晶腔室外侧设置的向所述硅熔体施加水平磁场的多个环形线圈，所述多个环形线圈的加载功率分别独立控制，其中，所述多个环形线圈中包括可在所述水平磁场的垂直方向上上下移动的可移动线圈。

示例性的，所述可移动线圈施加的水平磁场包括从所述硅熔体液面到所述坩埚底部之间区域。

示例性的，所述水平磁场施加装置包括至少10个所述环形线圈，其中包括：

施加的水平磁场分布在所述硅熔体液面以上的区域的所述环形线圈；

施加的水平磁场分布在所述硅熔体液面到所述坩埚底部的区域的所述环形线圈；

施加的水平磁场分布在所述坩埚底部以下的区域的所述环形线圈。

示例性的，所述多个环形线圈中包括至少3个所述可移动线圈。

示例性的，所述系统还包括设置在所述拉晶腔室顶部的硅熔体液面监控系统。

示例性的，所述硅熔体液面监控系统包括光学传感器。

示例性的，所述系统还包括水平磁场自动控制模块，用以对所述水平磁场施加装置进行自动控制。

示例性的，所述水平磁场自动控制模块通过机器学习控制模型对水平磁场进行自动控制。

示例性的，所述水平磁场自动控制系统包括：