通过在浮区结晶单晶体生长单晶体的方法
【技术领域】
[0001]本发明的主题为通过从浮区结晶单晶体来生长单晶体的方法，所述浮区被感应加热以及所述结晶的单晶体在旋转方向旋转，且所述旋转方向根据交替方案间隔性地反转。
【背景技术】
[0002]上述方法类型为区熔化法或浮区法(简称FZ法)。其经常被用于由硅生产单晶体，所述单晶体进一步被加工为半导体晶片，再由半导体晶片生产电子元件。以经典方式实施，多晶进料棒在下端熔化且单晶体籽晶保持抵靠着熔化物且缓慢下降，在该方法的进一步过程中，熔料在籽晶上结晶以形成单晶体。籽晶和单晶体位于轴上，该轴与驱动器连接，而该驱动器则能够使轴旋转、上升和下降。熔化物的体积随着进料棒的进一步熔化和下降而增加，以形成浮区，该浮区在进料棒和在籽晶上结晶的单晶体之间延伸。浮区提供结晶单晶体所需要的材料。进料棒的持续熔化引发单晶体的生长，直到进料被耗尽。
[0003]使用进料棒作为进料并不是必须的。除了进料棒，碎片或颗粒也可形成进料。进料也无需必须为多晶体。US 2005/0188918 Al和US 2009/0223949 Al中描述了颗粒用作进料的方法。
[0004]其优点是根据交替方案旋转结晶的单晶体并间隔性地反转所述旋转方向。此措施称为交替旋转，其使单晶体中的掺杂剂更加均匀分布，且促进单晶体以期望的结晶形式生长。US 2003/0024468 Al描述了在特定的交替方案基础上实施的交替旋转。
[0005]所述浮区被感应加热并稳定。为此，在进料和结晶单晶体之间设置有感应加热线圈。所述感应加热线圈通常为具有单匝的几乎环形的扁平线圈，且所述浮区延伸穿过感应加热线圈的中央孔。
[0006]所述匝的末端相互靠近且电源所在的感应加热线圈的间隙的区域是关键性的，因为通过感应加热线圈生成的电磁场比在感应加热线圈的其它区域生成的电磁场强很多。这个事实可使单晶体未受干扰的结晶进展处于风险中。在DE 2538831中，建议容许所述匝的末端重叠以降低场强。根据DE 10 2011 122 381 Al，单晶体的圆锥形部分在结晶中由于感应加热线圈均匀性的缺乏而引起的问题可通过交替旋转的交替方案来避免，其中在一个旋转方向上的旋转量不低于一个转数。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于为抵消感应加热线圈的间隙和电源的区域中过度场强的不良后果提供进一步改进。
[0008]该目的是通过一种从浮区结晶单晶体来生长单晶体的方法而实现的，所述浮区被感应加热以及所述正在结晶的单晶体在旋转方向旋转，且所述旋转方向根据交替方案被间隔性地反转，其特征在于:由于所述旋转方向的反转，所述单晶体在静止状态期间的停留时间被限制为不超过60ms。停留时间的限制优选不超过40ms ;该限制特别优选不超过30mso
[0009]对单晶体处于静止状态的停留时间进行限制所追求的目的是使浮区和与其相邻的单晶体部分在过度场强中暴露一侧的时间最小化。相对长的停留时间增加了单晶体在其位于间隙和电源下面的上周边处被熔化回去的风险。
[0010]在理想的情况下，停留时间可忽略不计。实际上这是不可能的，因为诸如轴承中的摩擦力以及与从驱动器到轴的力的传递相关的摩擦力等的阻力，在轴前首先不得不被克月艮，且因此单晶体事实上在加速信号被传递到驱动器之后开始运转。
[0011]对限制单晶体处于静止状态中的停留时间的优选措施为按照速度分布的预设在加速期期间控制启动单晶体旋转运动的驱动器的旋转速度的措施，其结果是在加速期开始时以及至少在加速期的不少于1/4的时间段期间，驱动器旋转速度的增加不低于每分钟3000转/min。在这个时间段期间，驱动器旋转速度的增加优选为线性的，且带来单晶体旋转运动事实上也更快开始的效果。优选地，在这个时间段期间驱动器旋转速度的增加不低于3500rpm2，特别优选不低于3800rpm2。然而，驱动器的旋转速度的增加超过4500rpm2会导致以下风险:由于它的作用，浮区的材料被迫脱离结晶单晶体。
[0012]加速期之前是减速期，在减速期间按照速度分布的预设控制驱动器，由此驱动器的旋转速度被降低直到达到单晶体的静止状态。根据预设驱动器旋转速度的减少优选同样为线性。
[0013]根据速度分布的预设，在加速期开始时，在加速期的至少1/4的时间段期间，驱动器旋转速度的增加量优选高于根据速度分布的预设在之前的减速期结束之前相应时间段期间驱动器旋转速度的减少量。
[0014]根据驱动器速度分布的预设，在加速期开始时，驱动器的速度增加不低于3000rpm2也具有倾向于避免单晶体旋转运动过冲的效果。在过冲的情况下，在一段时间中，单晶体的旋转速度大于通过驱动器速度分布的预设来预确定的驱动器的旋转速度，且然后随着时间在预设值的左右振荡。过冲表明已突然克服对单晶体的旋转运动的阻力。
[0015]因而有利的是，当启动驱动器的旋转运动时，从驱动器到固定单晶体的轴的力的传递以尽可能少的损失发生，且尽可能仅利用所传递的力开始运转和保持单晶体的旋转运动。通过提供皮带而低震动力传递的驱动器是优选的，且选择在驱动轴和固定单晶体的轴之间相对高的皮带张力。皮带张力优选接近机械加载所使用皮带的许用限度。特别优选的皮带张力是，当驱动器在例如通过简短的撞击而机械启动固有振动之后处于停转时，该张力在处于张力下的皮带的一部分中诱发不少于10Hz且不大于150Hz的固有振动。
[0016]优选限制间隙和电源区域中的过度场强。因此，在这个区域中释放的电力应不大于在远离间隙和电源的区域中由感应加热线圈释放的电力的五倍。
[0017]因此，感应加热线圈优选由具有单匝的扁平线圈形成，其末端重叠。特别优选的是末端成锐角锥形化且重叠。
[0018]如果由于空间的缺乏，使用或不得不使用相对低高度的感应加热线圈，则根据本发明的方法是特别有利的。感应加热线圈的高度是在感应加热线圈的上侧和下侧之间的最大距离。感应加热线圈的低高度增加了在感应加热线圈的间隙和电源的区域中的过度场强。尤其是如果为了熔化那里的颗粒和/或碎片在感应加热线圈上提供板或坩祸，则会出现空间的缺乏。
[0019]根据本发明的方法优选用于从半导体材料产生单晶体，特别优选从硅中产生单晶体。产生浮区的进料优选为多晶体且采用棒、碎片和/或颗粒的形式。
【附图说明】
[0020]本发明基于附图在下文中更详细地说明。
[0021]图1和图2分别显示了用虚线描绘的曲线的图表，其代表在减速期的开始和加速期的末尾之间驱动器的旋转速度的预设分布。实线代表通过驱动器开始运转的单晶体所实现的旋转速度的分布。
[0022]图3显示通过皮带从驱动轴到固定单晶体的轴的力传递的示意图。
【具体实施方式】
[0023]根据图1，选择驱动器根据预设的旋转速度的分布，使得在减速期结束时旋转速度的减少量和加速期开始时旋转速度的增加量相等。R1^和R:表示旋转运动的旋转方向和它们以每分钟的转数计的旋转速度。加速期开始时驱动器的旋转速度增加少于3000rpm2。它导致处于静止状态的单晶体相对长的停留时间DT，而单晶体的旋转速度的分布表明在加速期期间过冲。
[0024]根据图2，选择驱动器的旋转速度的分布，使得在减速期结束时旋转速度的减少量和加速期开始时旋转速度的增加量不相等。R1^和R:还表示旋转运动的旋转方向和它们以每分钟的转数计的旋转速度。减速期结束时旋转速度的减少量少于加速期开始时旋转速度的增加量。具体而言，在加速期开始时驱动器旋转速度的增加为3500rpm2。它导致处于静止状态的单晶体低于60ms的较短停留时间DT，且单晶体的旋转速度的分布表明在加速期期间没有任何过冲。
[0025]根据图2所实现的单晶体旋转速度的分布是通过皮带3从驱动轴I到固定单晶体的轴2传递力获得的(图3)。在皮带3张紧的下部4中，在驱动轴停转时测量到140Hz的固有振动。
【主权项】
1.通过从浮区结晶单晶体来生长单晶体的方法，所述浮区被感应加热以及所述结晶单晶体在旋转方向旋转，且所述旋转方向根据交替方案间隔性地反转，其特征在于:所述单晶体由于所述旋转方向的反转而处于静止状态期间的停留时间被限制到不超过60ms。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过根据速度分布的预设，在加速期控制启动所述单晶体的旋转运动的驱动器的旋转速度，使得所述加速期开始时，在不超过所述加速期的1/4时间段的期间，所述驱动器的旋转速度增加不超过3，OOOrpm2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述速度分布的预设，在所述加速期的开始时，在不超过加速期的1/4时间段的期间，所述驱动器的旋转速度的增加量高于根据所述速度分布的预设在先于所述加速期的减速期结束之前相应时间段期间所述驱动器的旋转速度的减少量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述浮区通过感应加热线圈加热，所述感应加热线圈由具有单匝的扁平线圈形成，该线圈的末端重叠。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述浮区通过所述感应加热圈加热，所述感应加热线圈由具有单匝的扁平线圈形成且具有不超过20mm的高度。
【专利摘要】通过从浮区结晶单晶体来生长单晶体的方法，所述浮区经感应加热以及所述结晶单晶体在旋转方向旋转，且所述旋转方向根据交替方案间隔性地反转，其特征在于：所述单晶体由于旋转方向的反转而处于静止状态期间的停留时间被限制到不超过60ms。
【IPC分类】C30B13/00, C30B13/20
【公开号】CN105714373
【申请号】CN201510940322
【发明人】G·拉明, L·阿尔特曼绍夫尔, G·拉特尼科斯, M·默勒, F·幕莫勒
【申请人】硅电子股份公司