[其他]制造半导体单晶装置

说明书

本发明涉及制造半导体单晶用的装置，特别涉及连续制造均匀性优异的优质半导体单晶用的装置。

最近由于对单晶硅之类的半导体单晶的需求量与日俱增，而且半导体器件制造厂家为了提高生产率，产生了扩大半导体单晶生产装置规模和半导体单晶直径迅速加大的倾向。

在半导体单晶间歇生产装置中，由于该生产装置所固有的特性，半导体熔融池中的熔体量随半导体单晶从熔体池中的提拉和在提拉过程中的增长而减少，于是熔体池中掺杂剂的浓度增加，同时提拉和增长了的半导体单晶中的掺杂剂的分凝效应在纵向上逐步增加。换句话说，这种装置具有这样的缺点：制造出来的半导体单晶的特性沿纵向变化。

这就是说，由于掺杂剂的分凝效应，半导体单晶的电阻率随凝固过程的进行而逐步减小。例如，在互补金属氧化物半导体器件技术规格要求最严的情况下，薄片的产量能满足技术规范的要求的约小于增长了的半导体单晶长度的40%。采用连续供给原材料的方法是可以解决这个问题的。但目前的情况是，这个方法尚未付诸实践。

有关连续进料法的现有技术包括以下几种。例如，美国专利3，582，287，美国专利4，036，595，日本公开专利申请号56-164097，56-84397和59-79000提出了这样一些方法，即将半导体材料组成的原材料连续喂入熔体池中以防半导体单晶在生长过程中在质量上产生任何变化。

这样，半导体原材料连续进料法可以有效防止半导体单晶的质量沿纵向发生变化。但即使采用这种连续进料法，要生产出匀质的半导体单晶也必须满足这样一个必不可少的要求，即能令人满意地对喂入原材料进行正确的温度控制和进料速率控制。

在美国专利3，582，287公开的装置中，多晶条下端是用锥形感应线圈进行加热，使其熔融流入熔融池表面。这种装置需要将锥形感应线圈安置在熔融池表面正上方，结果感应线圈对池表面的加热不均匀，因而熔融池表面区的温度难以严加控制。

美国专利4，036，595的方法需用一个熔融半导体原材料用的坩埚和另一个提拉用的坩埚，这使结构变得更为复杂，从而使连接该两坩埚的流道管中的温度控制和极少量进料量的控制难以正确进行。

日本公开专利申请号56-164097所公开的方法是将粉状半导体原材料间歇地从一个单晶制造装置外部临时储存到装置内部的一个小型熔融坩埚设备中，再将原料在熔化状态下喂进熔融池中。这种方法和上述方法一样也需用熔融坩埚，而且装置的结构复杂。此外半导体原材料供入后是间接进行加热的，因而很难准确控制喂进熔融池中熔融料的温度。不管怎么说，间歇进料毕竟不可避免地会导致熔融料的进料速度发生变化。此外在粉状原材料生产阶段，不可能解决有杂质掺入的实质问题。

日本公开专利申请书56-84397的方法所用的装置在轴向上不对称，结果坩埚不能转动，而且从温度和掺杂挤浓度均匀性的角度来看，要生产出均质的半导体单晶有困难。

另一方面，日本公开专利申请书59-79000只采用坩埚加热器作为熔融原材料的热源，因而加热器的温度必须比间歇生产法加热器的温度高得多。结果坩埚内的径向温度梯度升高，晶体生长界面内温度的均匀性变差，因此，导致在径向单晶生长率中不均匀，以致很难保持在径向内的质量均匀。而且大大降低了晶体的生长速率。

尽管如上所述迄今提出了许多有关连续直拉法的建议，但这些建议都有许多困难，而且至今尚未付诸实践。

本发明能正确控制原材料的进料温度和进料速度（熔体表面高度）。换句话说，本发明的目的是提供一种能连续制造在径向和纵向上电阻率均匀的半导体单晶制造装置。

本发明的半导体单晶制造装置是将半导体材料从熔融池熔入坩埚中，再使半导体材料转动的同时，将其逐步提拉，使其凝固成圆形棒条，从而得到半导休单晶。该装置中至少装有一长条半导体原材料、加热装置、支撑装置和表面镇静装置。加热装置用以加热原材料体，以便在料体下端形成熔体，支撑装置用以通过预定间隙支撑所述熔融池，使料体下端的半导体熔体滴入池中，表面镇静装置则用以防止因上述料体的滴入在熔融池表面引起的破坏及池中心表面区的上述凝固部分。

根据本发明，待送入熔融池中的半导体原材料的温度可自然而准确地控制在正好高于原料熔点的温度，而且原材料可按对应于凝固量的量稳定而连续地进行滴料，并提拉成半导体单晶。

显然，根据这个原理，本发明高度精确的温度控制是自动化进行的。原因在于，虽然这是理所当然的，当原材料体达到正好高于其熔点的温度或半导体单晶最适宜生长的温度时，原材料体就开始熔化，在此熔化过程的同时，熔融料就滴入半导体料的熔融池中。