专利名称：使用不平衡的磁场和共转来控制生长硅晶体的熔体-固体界面形状的制作方法
使用不平衡的磁场和共转来控制生长硅晶体的熔体-固体
界面形状
背景技术：
通常根据所谓的卓克拉尔斯基(Czochralski)法制备单晶硅，单晶硅是用于制造 半导体电子部件的大多数工艺中的初始材料。在该工艺中，多晶硅被置入到坩埚并被熔化， 使籽晶与熔化的硅接触，并通过相对缓慢的抽拔生长单晶(本文还称为单晶体)锭。在完 成颈部形成之后，减小拉拔速率和/或熔化温度增大晶体的直径，直到达到希望的或目标 直径。然后，通过控制拉拔速率和熔化温度同时补偿降低的熔体平面(melt level)来生长 晶体的通常圆柱形的主体(具有近似恒定的直径)。在生长工艺邻近结束但在坩埚中的熔 化的硅变空之前，逐渐减小晶体直径以形成端锥(end-cone)。典型地，通过增加晶体拉拔速 率和供给到坩埚的热而形成端锥。当直径变得足够小时，将晶体与熔体分离。为了制造半导体级单晶硅，以及更具体而言，大的、基本上无缺陷的晶体，必须控 制包括正在生长的晶体的外周边缘的固化界面的特性。在本文中，正在生长的晶体的固化 界面也称为熔体-固体界面。熔体-固体界面的形状是获得用于制造单晶硅的适宜工艺窗 口的重要因素。因此，希望可以控制熔体-固体界面的形状的对晶体生长工艺的改善的控制，以 便有助于增加制造单晶硅的工艺窗口。
发明内容
在一个方面，提供了一种控制晶体生长系统中的晶体生长的方法。所述晶体生长 系统具有被加热的坩埚，所述被加热的坩埚包括用于从其根据卓克拉尔斯基工艺生长单晶 锭的半导体熔体。在籽晶上生长从所述熔体拉拔的所述锭。所述方法包括将不平衡的会 切磁场(cusped magnetic field)施加到所述熔体；以及在从所述熔体拉拔所述锭的同时 沿相同方向旋转所述锭和所述坩埚。在另一方面，提供了一种有助于控制熔体-固体界面的形状的生长硅晶体的系 统。所述晶体生长系统包括被加热的坩埚，所述被加热的坩埚包括用于从其根据卓克拉尔 斯基工艺生长单晶锭的半导体熔体。在籽晶上生长从所述熔体拉拔的所述锭，以及所述熔 体和所述锭在其间形成所述熔体-固体界面。所述系统包括第一组线圈和第二组线圈，其 邻近所述坩埚的外部设置，用于产生不平衡的会切磁场；以及坩埚驱动单元和晶体驱动单 元，被配置为沿相同方向旋转所述坩埚和所述晶体。
图1为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体的坩埚的轴向(本文中，还称为 垂直)磁场的框图；图2为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体的坩埚的水平(本文中，还称为 横向)磁场的框图；图3为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体的坩埚的会切磁场的框图4为示意性晶体生长系统的框图；图5和6示例了示意性熔体-晶体界面；图7为在晶体生长期间形成的熔体流动基元(melt flow cell)的示意图；图8A、8B以及8C分别示例了在平衡会切磁场下的晶体生长期间的示意性熔体流 动模拟、示意性温度场模拟以及示意性磁场矢量模拟；图9A、9B以及9C分别示例了在不平衡会切磁场下的晶体生长期间的示意性熔体 流动模拟、示意性温度场模拟以及示意性磁场矢量模拟；图10为两个示意性熔体-固体界面的示例；图11为在存在平衡磁场时的晶体生长的示意性缺陷过渡(defect transition) 图；图12为在存在不平衡磁场时的晶体生长的示意性缺陷过渡图；以及图13为在例如图4示出的系统的晶体生长系统中控制晶体生长的示意性方法的 流程图。
具体实施例方式控制熔体-固体界面的形状是确定形成的硅晶体的质量的重要因素。熔体-固体 界面的形状依赖于但不限于诸如温度、坩埚或晶体旋转以及晶体拉拔速率的工艺参数。通 过确定这些工艺参数，还可以确定熔体-固体界面。在示意性实施例中，在晶体生长工艺期 间施加的磁场同样会影响熔体-固体界面的形状。可以使用磁场稳定化金属和半导体熔体 中的对流并抑制自然对流和湍流。存在用于稳定导电熔体中的对流的三种常规类型的磁场 配置，即，轴向、水平和会切型。图1为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体25的坩埚23的轴向(本文中， 还称为垂直)磁场的框图。轴向磁场配置产生平行于晶体生长方向的磁场。在图1中，以 截面图示出的磁体线圈21向坩埚23提供磁场。如所示，坩埚23包含用于生长晶体27的 硅熔体25。图2为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体25的坩埚23的水平向(本文中， 还称为横向)磁场的框图。在水平磁场配置中，两个磁极四被相对设置以产生垂直于晶体 生长方向的磁场。图3为示例了施加到晶体生长设备中的含有熔体25的坩埚23的会切磁场的框 图。该会切磁场配置被设计为克服轴向和水平磁场配置的缺陷。同轴地设置在熔体-固 体界面36上方和下方并操作在相反电流模式下的一对线圈31和33(例如，亥姆霍兹 (Helmholtz)线圈)可以产生具有这样的磁场，该磁场具有邻近熔体表面36的纯径向场分 量和邻近熔体25的中心38的纯轴向场分量。由线圈31和33分别产生的上磁场40和下 磁场42的组合导致了轴向和径向会切磁场分量。在示意性实施例中，调整工艺参数以修改熔体-固体界面形状。更具体而言，在示 意性实施例中，以影响熔体-固体界面形状的方式施加磁场。在示意性实施例中，会切磁场 是不平衡的，这导致在熔体-固体界面处的更强的轴向磁场分量并影响了熔体流动以增强 卡曼基元(Karman cell)，以及由此增加熔体-固体界面的深度。不平衡的会切磁场的希望 的效果为产生具有相对于晶体的更凹陷的形状的熔体-固体界面。
图4为示意性晶体生长系统100的框图。系统100采用卓氏晶体生长法制造半导 体锭。通常，晶体生长系统100包括包围坩埚102的真空腔101。诸如电阻加热器的加热器 105围绕坩埚103。在加热和晶体拉拔期间，坩埚驱动单元(例如，电动机)107沿例如由箭 头示出的顺时针方向旋转坩埚103。坩埚驱动单元107还在生长工艺期间根据需要升高和 /或降低坩埚103。在坩埚103内为具有熔体平面111的硅熔体109。在操作时，系统100 通过将籽晶115附接到拉拔杆或缆(cable) 117来开始从熔体109拉拔单晶113。拉拔杆或 缆117的一端被通过滑轮(未示出)连接到滚筒(未示出)，而另一端被连接到保持籽晶 115和自籽晶115生长的晶体113的卡盘。坩埚103和单晶113具有共同对称轴119。随着熔体109的耗尽，坩埚驱动单元 107可以沿轴119升高坩埚以将熔体平面111保持在希望的高度。晶体驱动单元121相似 地沿与坩埚驱动单元107旋转坩埚103的方向相反的方向旋转拉拔杆或缆117(例如，逆向 方向)。在使用共转(iso-rotation)的实施例中，晶体驱动单元121沿与坩埚驱动单元107 旋转坩埚103相同的方向(例如，顺时针方向)旋转拉拔杆或缆117。共转还称为“同转”。 此外，晶体驱动单元121在生长处理期间相对于熔体平面111升高和降低晶体113。根据卓克拉尔斯基单晶生长工艺，一定量的多晶体硅或多晶硅被装载到坩埚103 中。加热器电源123为电阻加热器105提供能量，以及绝缘体(insulation) 125加衬真空 腔101的内壁。当真空泵151从真空腔101去除气体时，气体源127(例如，瓶)通过气体 流量控制器1 将氩气供给到真空腔101。外部腔133围绕真空腔101，来自储存器135的 冷却水被馈给到外部腔133。冷却套136位于电阻加热器105与晶体113之间。在示例实 施例中，冷却套136影响熔体-固体界面的形状(如图5和6所示)。更具体而言，在一些 实施例中，在没有冷却套136的情况下，系统100会产生相对于晶体113的凹陷形状的界面 形状，其中该凹陷形状具有约3毫米(mm)的深度。然而，在包括冷却套136的情况下，凹陷 形状的深度被增加到例如约5毫米(mm)。然后，冷却水被排出到冷却水返回歧管137。典型地，诸如光电管(photocell)或 (高温计)的温度传感器139测量熔体109在其表面处的温度，以及直径感测器141测量 单晶113的直径。诸如控制单元的处理器143处理由光电管139和直径感测器141产生的 信号。控制单元143为编程的数字或模拟计算机，其控制坩埚驱动单元107、晶体驱动单元 121、加热器电源123、真空泵151以及气体流量控制器(例如，氩气流量控制器)。在示例 实施例中，系统100不包括上加热器。上加热器的存在与否改变晶体113的冷却特性。在示例实施例中，诸如螺线管线圈的上磁体145和诸如螺线管线圈的下磁体147 的下磁体分别位于熔体平面111的上方和下方。在示例实施例中，以截面形式示出的线圈 145和147围绕真空腔101并共享对称轴119。上和下线圈145和147具有单独的电源，即， 上线圈电源149和下线圈电源151，每个电源均被连接到控制单元143并受控制单元143的 控制。电流在两个螺线管线圈145和147中沿相反方向流动以产生磁场。储存器153向 上和下线圈145和147提供冷却水，之后通过冷却水返回歧管137排出。铁屏蔽155围绕 线圈145和147以减小杂散磁场并增强产生的场的强度。在示例实施例中，系统100产生适用于器件制造的硅晶锭。有利地，使用系统100 产生硅晶体113，硅晶体的主要部分或全部基本上没有聚集的本征点缺陷。也就是，产生的硅晶体113的主要部分或全部具有小于约1 X IO4缺陷/cm3、小于约5 X IO3缺陷/cm3、小于 约IX IO3缺陷/cm3的缺陷密度，或甚至没有可检测到的聚集的本质点缺陷。此外，使用系 统100制造这样的晶体113，其基本上不具有直径大于约六十纳米(nm)的聚集的缺陷。在晶体生长期间控制熔体-固体或熔体-晶体界面的形状以限制和/或约束聚集 的本征点缺陷的形成。图5和6示例了从熔体表面161延伸的示意性熔体-晶体界面。熔 体109与硅晶体113之间的界面的形状为相对于晶体113的凹陷形状(如图6所示)或凸 起形状(如图5所示)、或凹陷与凸起二者的组合(还称为“鸥翼(gull-wing)”形状)。如 上所述，控制熔体-固体界面的形状有助于减小晶体生长缺陷。在示例实施例中，采用熔体对流影响熔体-固体界面形状。对流表示通过液体自 身移动而导致的液体中的传热过程。通常，存在两种类型的对流自然对流和强制对流。当 熔体109的移动归因于例如存在会引起密度梯度的加热器105时，则出现自然对流。当熔 体109的移动归因于在坩埚中的诸如磁场的外部原因时，则出现强制对流。因此，控制磁场 有助于产生希望的熔体-固体界面形状。图7为在晶体生长期间形成的熔体流动基元200和202的示意图。在示例实施例 中，从保持在坩埚208内的熔体206拉拔晶体204。坩埚208包括顶部210、底部212以及 坩埚壁214。在示例实施例中，在晶体204和坩埚208沿相同方向旋转(即，共转)时出现 晶体204生长期间，在熔体206中形成熔体流动基元200和202。更具体而言，在熔体206 中形成的流动基元的两种类型为卡曼基元200和浮性基元(buoyancy cell) 202。卡曼基元 200被直接形成在晶体204之下，以及浮性基元沿坩埚壁214形成。在反向旋转情况下，形 成包括埃克曼基元(Eckmarm cell)(在图7中未示出)不同的流动基元。存在埃克曼基元 并不像像存在卡曼基元200那样有助于形成凹陷的熔体-固体界面216。增强卡曼基元200有助于形成相对于晶体204更加凹陷的熔体-固体界面216形 状(如图6所示)。可以通过施加轴向磁场或增加施加的会切磁场中的轴向磁场分量来使 卡曼基元200更强。轴向磁场还具有增加坩埚208的底部212处的熔体温度、产生更多的 热的效果，这同样有助于形成形状更加凹陷的熔体-固体界面216。在示例实施例中，通过不平衡化上磁场40 (如图3所示)和下磁场42 (如图3所 示)来增加在晶体生长处理期间施加的会切磁场的轴向分量。在一些实施例中，这里的平 衡的会切磁场被限定为其中上磁场40 ( S卩，由线圈31产生的磁场(如图3所示))具有与下 磁场42( S卩，由线圈33产生的磁场(如图3所示))基本相等的强度的会切磁场。相反，在 一些实施例中，这里的不平衡的会切磁场被限定为其中上磁场40具有基本与下磁场42不 同的强度的会切磁场。另外，平衡的会切磁场具有邻近熔体表面36的纯径向场分量(如图 3所示)。相反，不平衡的会切磁场不包括邻近熔体表面36的纯径向场分量，但包括邻近熔 体表面36的轴向场分量。如这里所使用的，因为磁场强度根据例如到源的距离而变化，当 比较由第一线圈产生的第一磁场的强度与由第二线圈产生的第二磁场的强度时，在与第一 线圈的距离为距离X的点处测量第一磁场强度，以及在与第二线圈的距离为相同距离X的 点处测量第二磁场强度。在示例实施例中，不平衡的会切磁场是恒定的。换言之，在晶体生长工艺期间上磁 场40与下磁场42之间的强度比率不变化。恒定的磁场比率有助于维持邻近熔体表面36 的轴向磁场分量。在可选的实施例中，在晶体生长工艺期间上磁场40与下磁场42之间的强度比率是变化的，以有助于维持邻近熔体表面36的轴向磁场分量的希望的强度。通过调 整供给到上线圈31和/或下线圈33的电流来变化该比率。此外，还根据时间和/或晶体 长度来变化该比率以有助于匹配不平衡的会切磁场的轴向场分量的强度与不同的晶体生 长阶段和/或不同的晶体长度。在示例实施例中，至少部分地基于不平衡的会切磁场对熔体流动基元(例如，卡 曼基元200和浮性基元20 具有的影响来确定上磁场40的强度、下磁场42的强度和/或 上磁场40与下磁场42的强度之间的比率。确定上磁场40的强度和/或下磁场42的强度 以便加强卡曼基元200和/或减弱浮性基元202。此外，确定上磁场40的强度与下磁场42 的强度之间的比率，以便加强卡曼基元200和/或减弱浮性基元202。图8A、8B以及8C分别示例了在平衡的会切磁场下的晶体生长期间的示意性熔体 流动模拟300、熔体206中的温度的示意性温度场模拟310以及示意性磁场矢量模拟320。 在示例的实例中，上磁场40(如图3所示)的强度与下磁场42 (如图3所示)的强度之间 的比率为1。换言之，上磁场40具有的强度基本上等于下磁场42的强度。例如，为了有 助于产生平衡的会切磁场，对上线圈31 (如图3所示)和下线圈33 (如图3所示)二者提 供这样的水平的电流，该水平的电流为线圈31和33可得的最大电流水平的百分之四十五 (45% )。图9A、9B以及9C分别示例了在不平衡的会切磁场下的晶体生长期间的示意性 熔体流动模拟330、熔体206中的温度的示意性温度场模拟340以及示意性磁场矢量模拟 350。与由平衡的会切磁场(如图8C所示)产生的磁场相比，在图9C中示出的不平衡的 会切磁场具有增加的轴向分量。该施加的不平衡磁场的增加的轴向分量在熔体-固体界面 216附近尤其显著。在示例的实施例中，上磁场40与下磁场42之间的磁比率为约0. 64。更具体而言， 在示例的实施例中，上磁场40的强度为约下磁场42的强度的0. 64。更具体而言，在一些实 施例中，上磁场40与下磁场42的强度之间的磁比率为从0. 10到0. 90。在其他实施例中， 上磁场40与下磁场42的强度之间的磁比率为从0. 40到0. 70。仅仅是示例性地，通过为上线圈31提供约为线圈31和33可得的最大电流水平的 百分之二十九( % )的电流水平，以及为下线圈33提供约为线圈31和33可得的最大电 流水平的百分之四十五(45%)的电流水平，来实现0.64的磁比率。然而，还可以为上线圈 31和下线圈33提供有助于产生希望的磁比率的上线圈31和下线圈33电流水平的任何适
宜比率。另外，图8B和图9B的比较表明，当将不平衡的会切磁场施加到熔体206时，直接 在晶体204下方的温度更高。在一些实例中，当与施加平衡磁场的情况相比时，不平衡的会 切磁场将直接在晶体204下方的温度增加约一到五开尔文(kelvin)，或更具体而言，约增 加三到五开尔文。在示例实施例中，图9B中的直接在晶体204之下会聚的较高温度并不是 由供给到坩埚208的热能的增加而导致的，而是由在熔体-固体界面216处的施加的会切 磁场的增加的轴向分量所导致的。熔体流动模拟(如图8A和9A所示)示例了当在晶体形 成工艺期间通过特别地使源自上线圈31的场强度低于源自下线圈33的场强度而不平衡化 施加的磁场时所形成的更强的卡曼基元。图10为两个示意性熔体-固体界面360和362的示例。更具体而言，示例性熔体-固体界面360为在存在平衡的会切磁场的情况下生长的晶体的熔体-固体界面的实 例。相反，示例性熔体-固体界面362为在存在不平衡的会切磁场的情况下生长的晶体的 熔体-固体界面的实例。在一些实施例中，施加不平衡的会切磁场有助于产生比熔体-固 体界面360更凹陷的熔体-固体界面362。凸起形状的界面，例如，熔体-固体界面360不 能提供可以使典型的制造工艺可行的工艺窗口。在示例实施例中，在施加的不平衡会切磁场下生长具有三百毫米(300mm)直径的 晶体。如上所述，在晶体生长期间典型施加的会切磁场具有基本上相等强度的下和上磁场。 在示例实施例中，下磁体产生的磁场比下磁体产生的磁场更强。例如，操作上磁体以使其产 生的磁场的强度为下磁体产生的磁场的强度的百分之二十(20%)。在示例实施例中，如图 10所示，在不平衡的会切磁场条件下在300mm的晶体长度时，通过从熔体去除晶体并测量 界面形状，来测量熔体-固体界面。控制熔体-固体界面362的形状是有利的。获得形状更凹陷的熔体-固体界面 (如图6所示)有助于增加晶体生长的工艺窗口。在示例实施例中，修改工艺参数以改善界 面形状(即，相对于晶体产生形状更凹陷的界面)。使用诸如籽晶旋转和坩埚旋转的工艺参 数来修改界面形状，然而，单独这些参数却不足以使界面形状发生显著变化，因此不能显著 改善工艺窗口。在示例实施例中，如上所述，在形成晶体期间不平衡化施加的会切磁场并结 合籽晶和坩埚的共转，则可以进一步有助于熔体-固体界面形状的修改。图11为在存在平衡磁场时的晶体生长的示意性缺陷过渡图380。图12为在存在 不平衡磁场时的晶体生长的示意性缺陷过渡图382。使用缺陷过渡图380和382确定拉拔 速率窗口(也称为工艺窗口)。缺陷过渡图380示出了负工艺窗口 384。相反，缺陷过渡图 382示出了具有较平坦的缺陷过渡的增加的工艺窗口 386。图13为在例如晶体生长系统(如图4所示)的晶体生长系统中控制晶体生长的 示意性方法的流程图400。更具体而言，图13示例了用于控制根据卓克拉尔斯基工艺制造 的单晶锭的生长的示例方法。在示例实施例中，在晶体生长系统中控制晶体生长包括控制 锭的熔体-固体界面的形状，更具体而言，包括促进制造具有基本凹陷的熔体-固体界面形 状(如图6所示)的锭。这里描述的系统和方法被设计为用于二十八英寸热区(例如，二十八英寸坩埚)。 然而，还可以通过将这里描述的系统和方法应用于任何其他尺寸的热区(例如，三十二英 寸热区、二十四英寸热区以及二十二英寸热区)来获得这里描述的有益效果。如上所述，晶体生长系统包括加热的坩埚，其包括用于从其拉拔锭的半导体熔体。 通过从熔体进行拉拔在籽晶上生长锭。示例性方法包括确定402施加到晶体生长系统的上 线圈的电流水平和施加到晶体生长系统的下线圈的电流水平，以获得希望的不平衡会切磁 场。例如，确定402施加到晶体生长系统100的上线圈145(如图4所示)的电流水平和施 加到晶体生长系统100的下线圈147 (如图4所示)的电流水平，以获得希望的不平衡会切 磁场。以获得希望的不平衡会切磁场。确定402施加到上线圈145和下线圈147的电流水 平，以便当施加到半导体熔体时，产生的上磁场40 (如图3所示)和产生的下磁场42 (如图 3所示)有利于最大化卡曼基元200 (如图7所示)的强度和/或最小化浮性基元202 (如 图7所示)的强度。此外，确定402施加到上线圈145和下线圈147的电流水平，以便获得 产生的上磁场40的强度与产生的下磁场42的强度之间的希望的比率。确定上磁场40的强度与下磁场42的强度之间的比率，以便该比率最大化卡曼基元200的强度和/或最小化 浮性基元202的强度。示例性方法还包括将不平衡的会切磁场施加404到熔体。例如，将确定402水平的 电流施加到上线圈145和下线圈147，这可以产生不平衡的会切磁场。然后，将不平衡的会 切磁场施加到熔体404。示例性方法还包括在从熔体拉拔锭的同时沿相同方向旋转406锭 和坩埚。在一些实施例中，施加404不平衡的会切磁场包括在熔体-固体界面之上施加上磁 场40以及在熔体-固体界面之下施加下磁场42。例如，通过位于熔体-固体界面111(如 图4所示)之上的上线圈145和位于熔体-固体界面111之下的下线圈147施加不平衡的 磁场。在示例实施例中，上磁场40的场强小于下磁场42的场强。更具体而言，在一些实施 例中，上磁场40的场强为下磁场42的场强的5 %到50 %。在其他实施例中，上磁场40的 场强为下磁场42的场强的10%到30%。上磁场40的强度与下磁场42的强度之间的比率 为任何适宜的比例，只要允许晶体生长系统100以上述方式运作。向熔体施加404不平衡的会切磁场包括施加上和下磁场，以便施加的磁场的轴向 分量大于在熔体-固体界面处施加的磁场的径向分量(如图9C所示)。上述用于控制晶体生长的方法和系统是节省成本和高度精确的。该方法和系统有 助于控制根据卓克拉尔斯基工艺生长的单晶锭的熔体-固体界面的形状。控制熔体-固体 界面的形状有助于增加制造单晶硅的工艺窗口。组合施加不平衡的会切磁场与晶体和坩埚 的共转，则有助于形成具有相对于晶体的通常凹陷形状的熔体-固体界面。具有相对于晶 体的通常凹陷形状的熔体-固体界面提供了希望的工艺窗口和缺陷过渡。执行或实施这里所示例和描述的方法的顺序并不重要，除非另有说明。也就是，发 明人认为，可以以任何顺序来实施本发明的要素，除非另有说明，以及该方法可以包括比这 里所公开的要素更多或更少的要素。当介绍上述方法和系统或其实施例的要素时，术语“一”、“一个”、“该”以及“所述” 的意义为存在一个或多个要素。术语“包含”、“包括”以及“具有”是开放的，并意味着可以 存在除所列出的要素之外的附加要素。该书面说明书使用包括最佳模式的实例公开了本发明，以及还使本领域的技术人 员能够实践本发明，这包括制造和使用任何装置或系统以及实施任何并入的方法。本发明 的专利保护范围由权利要求限定，并包括本领域的技术人员可以想到的其他实例。如果实 例具有的结构要素与权利要求的字面语言相同，或者其包括与权利要求的字面语言相比没 有实质性差异的等价结构要素，则其他实例落入权利要求的范围内。
权利要求
1.一种控制晶体生长系统中的晶体生长的方法，所述晶体生长系统具有被加热的坩 埚，所述被加热的坩埚包括半导体熔体，从所述半导体熔体根据卓克拉尔斯基工艺生长单 晶锭，在籽晶上生长从所述熔体拉拔的所述锭，所述方法包括将不平衡的会切磁场施加到所述熔体；以及在从所述熔体拉拔所述锭的同时沿相同方向旋转所述锭和所述坩埚。
2.根据权利要求1的方法，其中施加不平衡的会切磁场包括在熔体-固体界面之上施 加第一磁场以及在所述熔体-固体界面之下施加第二磁场，其中所述第一磁场的场强度低 于所述第二磁场的场强度。
3.根据权利要求2的方法，其中所述第一磁场的场强度与所述第二磁场的场强度的比 率在0. 10与0. 90之间。
4.根据权利要求1的方法，其中施加不平衡的会切磁场包括在熔体-固体界面之上施 加第一磁场以及在所述熔体-固体界面之下施加第二磁场，以便在所述熔体-固体界面处 的所述施加的磁场的轴向分量大于所述施加的磁场的径向分量。
5.根据权利要求4的方法，其中在所述熔体-固体界面之上施加所述第一磁场以及在 所述熔体-固体界面之下施加所述第二磁场包括施加恒定第一磁场和恒定第二磁场以有 助于在所述熔体-固体界面处保持所述施加的磁场的轴向分量。
6.根据权利要求4的方法，其中在所述熔体-固体界面之上施加所述第一磁场以及在 所述熔体-固体界面之下施加所述第二磁场包括变化所述第一磁场和所述第二磁场中的 至少一者的强度以有助于在所述熔体-固体界面处保持所述施加的磁场的所述轴向分量 的预定强度。
7.根据权利要求1的方法，其中在晶体生长系统中控制晶体生长包括控制所述锭的所 述熔体-固体界面的形状。
8.根据权利要求7的方法，其中控制所述熔体-固体界面的形状包括促进制造具有相 对于所述锭的基本凹陷的熔体-固体界面形状的所述锭。
9.一种有助于控制熔体-固体界面的形状的生长硅晶体的系统，所述晶体生长系统具 有被加热的坩埚，所述被加热的坩埚包括半导体熔体，从所述半导体熔体根据卓克拉尔斯 基工艺生长单晶锭，在籽晶上生长从所述熔体拉拔的所述锭，所述熔体和所述锭在其间形 成所述熔体-固体界面，所述系统包括第一组线圈和第二组线圈，其邻近所述坩埚的外部设置，用于产生不平衡的会切磁场；以及坩埚驱动单元和晶体驱动单元，其被配置为沿相同方向旋转所述坩埚和所述晶体。
10.根据权利要求9的系统，其中所述第一组线圈位于所述熔体-固体界面之上，以及 所述第二组线圈位于所述熔体-固体界面之下，其中所述第一组线圈被配置为产生第一磁 场以及所述第二组线圈被配置为产生第二磁场。
11.根据权利要求10的系统，其中所述第一组线圈和所述第二组线圈被配置为产生在 所述熔体-固体界面处具有大于径向分量的轴向分量的磁场。
12.根据权利要求10的系统，其中所述第一磁场的场强度小于所述第二磁场的场强度。
13.根据权利要求10的系统，其中所述第一磁场的场强度与所述第二磁场的场强度的比率在0. 10与0. 90之间。
14.根据权利要求10的系统，其中所述第一磁场的场强度与所述第二磁场的场强度的 比率在0. 40与0. 70之间。
15.根据权利要求9的系统，其中所述第一组线圈通过第一电流水平供电，以及所述第 二组线圈通过第二电流水平供电。
16.根据权利要求15的系统，其中所述第一电流水平低于所述第二电流水平。
17.根据权利要求9的系统，其中通过所述第一和第二组线圈产生的所述不平衡的会 切磁场与分别通过所述坩埚驱动单元和所述晶体驱动单元的对所述坩埚和所述晶体的沿 相同方向的旋转相组合，有助于控制所述锭的所述熔体-固体界面的形状。
18.根据权利要求17的系统，其中所述锭的所述熔体-固体界面的形状包括相对于所 述锭的基本凹陷的熔体-固体界面形状。
19.根据权利要求9的系统，其中通过所述第一和第二组线圈产生的所述不平衡的会 切磁场与分别通过所述坩埚驱动单元和所述晶体驱动单元的对所述坩埚和所述晶体的沿 相同方向的旋转相组合，有助于制造具有希望的工艺窗口和缺陷过渡的锭。
20.根据权利要求9的系统，其中通过所述第一和第二组线圈产生的所述不平衡的会 切磁场与分别通过所述坩埚驱动单元和所述晶体驱动单元的对所述坩埚和所述晶体的沿 相同方向的旋转相组合，有助于增强在所述晶体生长期间形成的卡曼基元。
全文摘要
一种有助于控制熔体-固体界面的形状的生长硅晶体的系统。所述晶体生长系统包括被加热的坩埚，所述被加热的坩埚包括用于从其根据卓克拉尔斯基工艺生长单晶锭的半导体熔体。在籽晶上生长从所述熔体拉拔的所述锭。所述方法包括将不平衡的会切磁场施加到所述熔体；以及在从所述熔体拉拔所述锭的同时沿相同方向旋转所述锭和所述坩埚。
文档编号C30B29/06GK102076890SQ200980125319
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年6月30日
发明者H·W·科布, H·斯里德哈拉默西, J·C·侯泽, M·S·库尔卡尼, R·G·施伦克 申请人:Memc电子材料有限公司