[发明专利]一种用于磁控直拉单晶的磁体结构及磁控直拉单晶的方法

说明书

本发明涉及一种用于磁控直拉单晶的磁体结构及磁控直拉单晶的方法，属于半导体制造技术领域，该磁体结构包括多个串联且周向设置于单晶炉外部的线圈，所述线圈呈两两对应设置，且对应设置的两个线圈以单晶炉的中心对称，每一所述线圈包括同轴设置的主线圈和副线圈，线圈通电时，所述主线圈和所述副线圈内的电流方向相反。本发明通过将线圈设置为主线圈和副线圈，并向主线圈和副线圈通入相反方向的电流，使得副线圈产生的磁场能够有效地抵消主线圈在外部产生的磁场，通过主动屏蔽的方式减小了磁体结构的漏磁场。此外，本发明通过采用主动屏蔽的形式减少漏磁场，降低了磁体结构的重量，节省了磁体结构的制造成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于磁控直拉单晶的磁体结构及磁控直拉单晶的方法。

背景技术

单晶硅是晶体材料中的重要组成部分，它是制造半导体硅器件的原料，广泛应用于大规模集成电路、整流器、大功率晶体管、二极管及太阳能电池板等半导体制造领域。

单晶硅的制法分为直拉法和悬浮区熔法。目前绝大部分单晶硅都是采用直拉法来制备，其使用单晶炉从熔体中生长出棒状单晶硅。采用直拉法生产的单晶硅占世界单晶总量的70％以上。直拉法的基本特点是工艺成熟，便于控制晶体外形及电学参数，适用于生长大直径单晶硅。近年来，超大规模集成电路的发展对单晶硅的尺寸及品质有了更高的要求。但是随着晶体尺寸的增大及熔体的热对流增强，会造成熔体中温度波动及晶体局部回融，导致晶体中的碳、氧等杂质分布不均，进而使得单晶硅的品质下降。

为了解决上述问题，逐步发展了磁控拉单晶技术。通过在直拉法的基础上，在单晶炉外侧施加强磁场，强磁场具有抑制熔体的热对流的能力。在直拉单晶硅的生长系统上附加一定强度和均匀度的磁场，能有效地抑制硅熔体中的热对流，及控制熔硅中杂质的输运。适当分布的磁场能减少氧、硼、铝等杂质从石英坩埚进入熔体，进而进入单晶体，从而提升单晶硅品质。

传统的磁控直拉法的磁场产生装置一般使用永磁材料及常规电磁铁，该磁控直拉方法由于受限于永磁材料的饱和磁化强度及常规电磁铁的功率，使得产生的磁场强度往往不高，对熔体的热对流抑制效果较为普通。随着超导磁体技术的发展，越来越多的超导磁体替代了传统的常规电磁铁，其可以产生更强的磁场，对熔体的热对流抑制效果更为明显，然后配合相应的拉晶工艺，可以制备出更大尺寸或更高品质的单晶硅。

磁控直拉法中的超导磁体产生的磁场一般分为勾形磁场、横向磁场、纵向磁场。其中纵向磁场对熔体对流的抑制效果不是很明显，已经被勾形磁场和横向磁场所替代。

由于磁体配置在单晶炉外侧，需要考虑与单晶生长设备的电磁兼容问题，单纯线圈产生的漏磁场一般都很大，不能满足一般电子器件或电源的使用要求，以及对人体的安全要求。因此，超导磁体往往会在磁体外侧添加铁轭的被动屏蔽方式来减小漏磁场，这样造成磁体的重量急剧增大，一般铁轭的重量往往会达到整个磁体的50％以上，增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于磁控直拉单晶的磁体结构及磁控直拉单晶的方法，能够有效减小漏磁场，同时避免了磁体结构的重量的急剧增加。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于磁控直拉单晶的磁体结构，包括：多个串联且周向设置于单晶炉外部的线圈，所述线圈呈两两对应设置，且对应设置的两个线圈以单晶炉的中心对称，每一所述线圈包括同轴设置的主线圈和副线圈，线圈通电时，所述主线圈和所述副线圈内的电流方向相反。

作为优选技术方案，所述副线圈设置于所述主线圈远离所述单晶炉的一侧，且所述主线圈和所述副线圈之间设置有预设距离。

作为优选技术方案，所述线圈的中心轴线垂直于所述单晶炉的中心轴线。

作为优选技术方案，相邻的所述线圈的中心轴线之间设有夹角。