[发明专利]一种半导体晶体生长装置

说明书

本发明提供一种半导体晶体生长装置。包括：炉体；坩埚，所述坩埚设置在所述炉体内部，用以容纳硅熔体；提拉装置，所述提拉装置设置在所述炉体顶部，用以从所述硅熔体内提拉出硅晶棒；水平磁场施加装置，用以对所述坩埚内的所述硅熔体施加水平磁场；以及导流筒，所述导流筒呈桶状并沿竖直方向设置在所述炉体内，所述提拉装置提拉所述硅晶棒在竖直方向上穿过所述导流筒的所述硅熔体上方；其中，所述导流筒底部在不同的位置处具有不同的热反射系数，其中在所述水平磁场方向上的所述导流筒底部的热反射系数小于垂直于所述水平磁场方向上的所述导流筒底部的热反射系数。根据本发明，改善了硅熔体内温度分布均匀性，改善了半导体晶体生长的品质。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种半导体晶体生长装置。

背景技术

直拉法(Cz)是制备半导体及太阳能用硅单晶的一种重要方法，通过碳素材料组成的热场对放入坩埚的高纯硅料进行加热使之熔化，之后通过将籽晶浸入熔体当中并经过一系列(引晶、放肩、等径、收尾、冷却)工艺过程，最终获得单晶棒。

使用CZ法的半导体单晶硅或太阳能单晶硅的晶体生长中，晶体和熔体的温度分布直接影响晶体的品质和生长速度。在CZ晶体的生长期间，由于熔体存在着热对流，使微量杂质分布不均匀，形成生长条纹。因此，在拉晶过程中，如何抑制熔体的热对流和温度波动，是人们广泛关注的问题。

在磁场发生装置下的晶体生长(MCZ)技术通过对作为导电体的硅熔体施加磁场，使熔体受到与其运动方向相反的洛伦兹力作用，阻碍熔体中的对流，增加熔体中的粘滞性，减少了氧、硼、铝等杂质从石英坩埚进入熔体，进而进入晶体，最终使得生长出来的硅晶体可以具有得到控制的从低到高广范围的氧含量，减少了杂质条纹，因而广泛应用于半导体晶体生长工艺。一种典型的MCZ技术是磁场晶体生长(HMCZ)技术，其对半导体熔体施加磁场，广泛适用于大尺寸、高要求的半导体晶体的生长。

在磁场装置下的晶体生长(HMCZ)技术中，晶体生长的炉体，热场，坩埚，包括硅晶体都是在圆周方向尽量形状对称，而且通过坩埚和晶体的旋转使得圆周方向的温度分布趋于均一。但是磁场施加过程中施加的磁场的磁力线从一端平行穿过在石英坩埚内硅熔体到另一端，旋转中的硅熔体产生的劳伦兹力在圆周方向的各处均不相同，因此硅熔体的流动和温度分布在圆周方向上不一致。

如图1A和图1B所示，示出了一种半导体晶体生长装置中，晶体生长的晶体和熔体的界面下方的温度分布的示意图。其中，图1A示出坩埚内硅熔体的水平面上分布的测试点的图，其中，在熔体液面下方25mm、距中心距离L＝250mm处每隔θ＝45°角度测试一个点。图1B是沿着图1A中与X轴呈角度θ上的各个点采用模拟计算和测试获得的温度分布的曲线，其中实线表示采用模拟计算获得的温度分布图，点图表示采用测试的方法获得的温度的分布图。在图1A中，箭头A示出坩埚的旋转方向为逆时针旋转，箭头B示出磁场方向沿着Y轴方向横向穿过坩埚直径。从图1B可以看出，在半导体晶体生长过程中，无论从模拟计算还是测试的方法获得数据，均体现了在半导体晶体生长过程中，半导体晶体和熔液的截面下方的温度随着角度的变化在圆周上呈现波动。

根据Voronkov晶体生长理论，晶体和液面的截面的热平衡方程如下，

PS*LQ＝Kc*Gc-Km*Gm。

其中，LQ是硅熔体向硅晶体相变的潜能，Kc，Km分别代表晶体和熔体的热传导系数；Kc，Km和LQ均为硅材料的物性参数；PS代表晶体的在拉伸方向的结晶速度，近似为晶体的提拉速度；Gc，Gm分别是界面处的晶体和熔体的温度梯度(dT/dZ)。由于，在半导体晶体生长过程中，半导体晶体和熔液的截面下方的温度随着圆周角度的变化呈现周期性的波动，即作为界面的晶体和熔体的温度梯度(dT/dZ)的Gc，Gm呈现波动，因而，圆周角度方向的晶体的结晶速度PS呈现周期性的波动，这不利于晶体生长品质的控制。

为此，有必要提出一种新的半导体晶体生长装置，用以解决现有技术中的问题。

发明内容