用于减少硅生产过程中的硅晶体摇晃及跌落的系统及方法技术方案

一种用于通过丘克拉斯基(Czochralski)法来产生硅晶锭的方法包含使含有硅熔体的坩埚旋转，使所述硅熔体与晶种接触，在所述坩埚围绕对称轴旋转的同时沿所述对称轴从所述硅熔体撤回所述晶种以形成硅晶锭，及诱发所述硅晶锭中的电流以抵抗所述硅晶锭远离所述对称轴的移动。的移动。的移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少硅生产过程中的硅晶体摇晃及跌落的系统及方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2020年7月23日申请的第63/055,426号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全文以引用方式全部并入本文中。


[0003]本公开大体上涉及硅晶锭的生产，且更明确来说，本公开涉及用于减少硅生产过程中的硅晶体摇晃及跌落(例如由于地震)的系统及方法。

技术介绍

[0004]在丘克拉斯基(Czochralski)晶体生长期间，由于振动、未对准、湍流气流及其类似者，会发生不利于高质量晶体生长的硅晶体的轨道运行或摇晃。此外，在地震的情况下，晶体摇晃可非常严重，以至晶体撞击生长室或拉晶器的部件。当晶体击中腔室或部件时，晶体及部件通常受损。在一些情况中，接触可导致晶体的颈部断裂及晶体跌落。任何晶体跌落可引起对部件及可能对拉晶器本身的严重损坏，以及对工具时间、材料及营收及其类似者的负面影响。跌落晶体本身通常受损且不可用。
[0005]至少一些已知系统利用依赖于主动反向移动来减少或消除由轨道运行或地震引起的晶体中的移动的阻尼装置。由于假阳性信号处理或由于缺乏信号或信号敏感度或两者而错过异常事件(例如真实地震)，此类系统可能负面影响正常晶体生长。
[0006]因此，存在对在硅生产期间自动且可靠地减少晶体的摇晃及跌落而不通过错误检测负面影响晶体生长的方法及系统的需要。
[0007]“
技术介绍
”部分意在向读者介绍可与本公开的各种方面相关的技术的各种方面，所述方面在下文中描述及/或主张。据信此讨论有助于为读者提供背景信息以促进优选理解本公开的各种方面。因此，应了解，这些陈述在此意义上阅读且并非作为
技术介绍
的认可。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个方面是一种用于生产硅晶锭的晶体生长系统。所述系统包含真空室、安置于所述真空室内的坩埚、拉引轴、控制单元及至少一个磁体。所述坩埚可围绕对称轴旋转且经配置以固持包含熔融硅的熔体。所述拉引轴可沿所述对称轴移动且可围绕所述对称轴旋转，且经配置以固持晶种。所述控制单元包含处理器及存储器。所述存储器存储在由所述处理器执行时引起所述处理器从所述坩埚中的所述熔体撤回所述晶种以形成所述硅晶锭的指令。所述至少一个磁体诱发所述硅晶锭中的电流以抵抗所述硅晶锭远离所述对称轴的移动。所述至少一个磁体经配置以在所述熔体的表面上方产生具有非零磁通量梯度的水平磁场，所述磁通量梯度在所述对称轴周围达到最大值。
[0009]本专利技术的另一方面是一种用于通过丘克拉斯基法来生产硅晶锭的方法。所述方法包含使含有硅熔体的坩埚旋转，使所述硅熔体与晶种接触，在所述坩埚围绕对称轴旋转的
同时沿所述对称轴从所述硅熔体撤回所述晶种以形成硅晶锭，及诱发所述硅晶锭中的电流以抵抗所述硅晶锭远离所述对称轴的移动。
[0010]关于上文所提及的方面所注意的特征存在各种细分。进一步特征也可并入上文所提及的方面中。这些改善及额外特征可个别或以任何组合存在。例如，下文关于说明实施例中的任何者讨论的各种特征可单独或以任何组合并入上文所描述的方面中。
附图说明
[0011]图1是一个实施例的坩埚的俯视图。
[0012]图2是图1中所展示的坩埚的侧视图。
[0013]图3是说明晶体生长设备中施加到含有熔体的坩埚的水平磁场的示意图。
[0014]图4是晶体生长系统的框图。
[0015]图5是图4中所展示的晶体生长系统的磁体的实例线圈。
[0016]图6是包含图5中所展示的线圈的磁性组合件。
[0017]图7是比较依据与对称轴的距离而变化的熔体内的磁通量密度与熔体上方的磁通量密度的曲线图。
[0018]各种图式中的相同元件符号指示相同元件。
具体实施方式
[0019]首先参考图1及2，实施例的坩埚一般用10指示。坩埚10的圆柱坐标是包含径向方向R 12、角度方向θ14及轴向方向Z 16。坩埚10含有具有熔体表面36的熔体25。晶体27(有时也称为晶锭27或硅晶锭27)从熔体25生长。熔体25可含有通过加热坩埚10及在角方向θ14上旋转坩埚10及/或晶体27来诱发的一或多个对流流动池17、18。这些一或多个对流流动池17、18的结构及相互作用经由调节一或多个工艺参数及/或施加磁场来调制，如下文将详细描述。
[0020]图3是说明晶体生长设备中施加到含有熔体25的坩埚10的水平磁场的图。如图中所展示，坩埚10含有晶体27从其生长的硅熔体25。熔体与晶体之间的转变通常称为晶体
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熔体界面(替代地称为熔体
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晶体、固体
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熔体或熔体
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固体界面)且通常是非线性，例如相对于熔体表面呈凹面、凸面或鸥翼形。两个磁极29相对放置以产生大致垂直于晶体生长方向且大致平行于熔体表面36的磁场。磁极29可为常规电磁体、超导体电磁体或用于产生具有所要强度及磁通量梯度的水平磁场的任何其它适合磁体。水平磁场的施加产生沿轴向方向、在与流体运动相反的方向上的劳伦兹力(Lorentz force)，驱动熔体对流的反向力。熔体中的对流因此被抑制，且界面附近的晶体中的轴向温度梯度增加。熔体
‑
晶体界面接着向上移动到晶体侧以适应界面附近的晶体中增加的轴向温度梯度且坩埚中熔体对流的贡献减少。水平配置具有有效抑制熔体表面36处的对流的优点。此外，磁极29用于减少晶体27的摇晃及跌落，如下文将描述。
[0021]图4是晶体生长系统100的框图。系统100采用丘克拉斯基晶体生长方法来生产硅半导体晶锭。在所述实施例中，系统100经配置以生产具有一百五十毫米(150mm)的晶锭直径、大于一百五十毫米(150mm)、更具体来说在约150mm到460mm的范围内且甚至更具体来说约三百毫米(300mm)的直径的圆柱形半导体晶锭。在其它实施例中，系统100经配置以生产
具有两百毫米(200mm)晶锭直径或四百五十毫米(450mm)晶锭直径的半导体晶锭。另外，在实施例中，系统100经配置以生产具有至少九百毫米(900mm)的总晶锭长度的半导体晶锭。在一些实施例中，系统经配置以生产具有一千九百五十毫米(1950mm)、两千二百五十毫米(2250mm)、两千三百五十毫米(2350mm)或长于2350mm的长度的半导体晶锭。在其它实施例中，系统100经配置以生产具有在约九百毫米(900mm)到一千二百毫米(1200mm)的范围内、在约900毫米到约两千毫米(2000mm)之间或在约900毫米到约2500毫米(2500mm)之间的总晶锭长度的半导体晶锭。在一些实施例中，系统经配置以生产具有大于2000mm的总晶锭长度的半导体晶锭。
[0022]晶体生长系统100包含围封坩埚10的真空室101。侧部加热器105(例如电阻加热器)环绕坩埚10。底部加热器106(例如电阻加热器)定位于坩埚10下方。在加热及拉晶期间，坩埚驱动单元107(例如电动机)使坩埚10旋转，例如在沿箭头108所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产结晶材料的晶锭的晶体生长系统，所述系统包括：腔室；坩埚，其安置于所述腔室内，所述坩埚能够围绕对称轴旋转且经塑形以固持熔体；拉引轴，其能够沿所述对称轴移动且能够围绕所述对称轴旋转，且经配置以固持晶种；控制单元，其包括处理器及存储器，所述存储器存储在由所述处理器执行时引起所述处理器从所述坩埚中的所述熔体撤回所述晶种以形成所述晶锭的指令，及磁体，其用于诱发所述晶锭中的电流以抵抗所述晶锭远离所述对称轴的移动，所述磁体经安置以在所述熔体的表面上方产生具有非零磁通量梯度的水平磁场，所述磁通量梯度在所述对称轴周围达到最大值。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁体经安置以在所述熔体的所述表面处产生具有较低磁通量梯度的所述水平磁场。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述熔体的所述表面处的所述较低磁通量梯度基本上为零。4.根据任何前述权利要求所述的系统，其中所述磁体经配置以产生所述非零磁通量梯度，其中磁通量在所述对称轴的约200毫米内减少所述最大值的至少百分之十。5.根据任何前述权利要求所述的系统，其中所述至少一个磁体包括具有导电线圈的电磁体。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述导电线圈包括超导线圈。7.根据任何前述权利要求所述的系统，其中所述磁体经配置以产生具有至少1500高斯的最大磁通量密度的所述水平磁场。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述磁体经配置以产生具有至少2200高斯的最大磁通量密度的所述水平磁场。9.一种硅晶锭，其使用任何根据前述权利要求所述的系统来产生。10.根据权利要求9所述的硅晶锭，其中所述硅晶锭在地震期间使用根据权利要求1所述的系统来产生而无断裂。11.一种晶片，其从根据权利要求9及10中任一权利要求所述的硅晶锭产生。12.一种用于通过丘克拉斯基法来产生硅晶锭的方法，所述方法包括：旋转含有硅熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆征，陈智勇，蔡丰键，林姗慧，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：