[发明专利]拉单晶装置

说明书

本发明涉及一种用来从装于双坩埚里的半导体熔化物中拉制半导体单晶的拉单晶装置。

CZ生长技术是目前用来生长如硅(Si)或砷化镓(GaAs)等半导体单晶的已知方法中的一例。因为这种CZ生长技术容易生长无位错或具有极少晶格缺陷的大直径、高纯度单晶，它已广泛用于生长各种半导体晶体。

最近几年，对大直径和高纯度单晶、以及氧浓度和杂质浓度均匀分布的要求增加，已开发出各种CZ生长技术的改进方法和设备来满足这些要求。已提出的上述CZ生长技术的一种改进是在外加磁场条件下的CZ生长。这种技术提供一种极好的生长单晶的方法，所生长的单晶具有良好的无滑移比例(slip-free ratios)，而且通过给坩埚内的半导体熔化物加磁场来抑制半导体熔化物的对流，使之具有优良的控制氧浓度的能力。

改进的CZ生长技术的另一个例子包括一种装置，该装置中使用在坩埚内设置圆筒形隔离体的双坩埚，隔离体上提供有用来连通隔离体内区域和外区域的连通通道，在源材料连续供应到隔离体的外区域的同时从隔离体的内区域拉制半导体。

在上述改进的CZ生长中，半导体熔化物通过隔离体所具备的连通通道供应到隔离体的内区域，如果通过连通通道的半导体熔化物的流速过高，就有这样的危险，即在用来供应源材料的外区域中产生的空位源(一种将产生空位，即一种晶格缺陷的物质)会扩散进双坩埚的内区域里的熔化物中，因此阻碍半导体单晶的正常生长。

因此，为了稳定所生产的半导体单晶的质量，控制通过连通通道的半导体熔化物的流速是很重要的。

考虑上述问题，本发明的目的是提供一种拉单晶装置，能通过降低连通通道内半导体熔化物的流速来稳定半导体单晶的质量。

本发明的拉单晶装置使用置于气密容器内的双坩埚，通过在坩埚内安装圆筒形隔离体将坩埚分成外区域和内区域构成该双坩埚，半导体熔化物装于坩埚的外区域，从坩埚的内区域里的熔化物中拉制半导体单晶。本发明的拉单晶装置的特征是：在圆筒形隔离体中形成用来连通坩埚的外区域和内区域的连通通道，在气密容器的外面安装用来施加会交(cusp)磁场的装置，该装置设置为使基本水平的磁场位于半导体熔化物的表面下，使基本垂直的磁场位于隔离体的连通通道处。

通过使用上述施加会交磁场的装置，使基本垂直的磁场大体垂直地穿过流经连通通道的半导体熔化物流。磁场从滚动的熔化物穿过会抑制流经连通通道的半导体熔化物的流速。另外，加在半导体熔化物表面下的基本水平的磁场会抑制半导体熔化物内的对流。由此，可以改善半导体单晶的质量，特别是，可以抑制内坩埚出现空位。

图1是表示本发明的拉单晶装置的优选实施例的示意图。

下面是参照图1的对本发明拉单晶装置实施例的说明。

拉单晶装置10包括：一气密容器12，置于容器12内的坩埚13，用来加热坩埚13内的半导体熔化物17的加热器14，置于容器12外、用来施加由线圈16a和16b构成的用来施加会交磁场的施加装置。坩埚13包括：由石英(SiO₂)构成的大致半球形的外坩埚13a和由圆筒形隔离体限定的内坩埚13b，隔离体由石英(SiO₂)构成，并置于外坩埚13a内以限定内坩埚和外坩埚。坩埚13放在基座21上，该基座安装在置于容器2底座中心的垂直轴20上。

在内坩埚壁13b即圆筒形隔离体的底部形成连通双坩埚的外坩埚和内坩埚的连通通道13c。通过从内坩埚13b的底边去除一部分形成凹槽区来作为连通通道13c。

在上述线圈16a和16b的每个中，电流都以和另一线圈中相反的方向流动；这样，如图1中虚线所示产生会交磁场。会交磁场的形状是其方向从垂直向水平逐渐变化。

在气密容器12内具有源材料供应管15，能将源材料提供到双坩埚13b的外区域中。源材料包括：已用粉碎机粉碎硅锭制备的片状多晶硅，或用热分解从气体源材料中淀积而制备的颗粒状多晶硅。根据需要，源材料还包括用于硅生长的如硼(B)和磷(P)等各种掺杂剂，和用于生长砷化镓的如锌(Zn)和硅(Si)等掺杂剂。

控制由线圈16a和16b形成的会交磁场，使磁场的垂直部分和内坩埚13b的连通通道13c的位置一致，使磁场的水平部分位于半导体熔化物的表面下。例如，通过调节流经线圈16a和16b的电流量或通过移动一个线圈来控制会交磁场的位置。