在根據(jù)fz方法結(jié)晶單晶期間支撐生長(zhǎng)單晶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供在根據(jù)FZ方法結(jié)晶單晶期間經(jīng)由支撐本體在單晶的錐形區(qū)段的區(qū)域 中支撐生長(zhǎng)單晶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)也稱為區(qū)域熔化的FZ方法（懸浮區(qū)熔方法）生產(chǎn)單晶包括在熔滴和生長(zhǎng)單 晶之間在生長(zhǎng)單晶的上端處布置的相界處沿直立方位使單晶生長(zhǎng)。降低單晶引起熔滴的材 料結(jié)晶，因此增加單晶體積。因此產(chǎn)生的熔滴損失通過(guò)逐漸熔化供給的固體（例如，進(jìn)料 棒）補(bǔ)償。同樣已知的是熔化顆粒材料而非進(jìn)料棒的方法。
[0003] 生長(zhǎng)單晶通過(guò)使相對(duì)薄的籽晶與供給的熔化材料接觸而獲得。初始產(chǎn)生薄頸部以 實(shí)現(xiàn)無(wú)位錯(cuò)的晶體生長(zhǎng)。在薄頸部上，單晶初始生長(zhǎng)以形成直徑增加的錐形區(qū)段且隨后形 成恒定直徑的柱形區(qū)段。為了確保最均勻的可能晶體生長(zhǎng)和摻雜劑的最均勻的可能分布， 生長(zhǎng)單晶圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在所述旋轉(zhuǎn)期間旋轉(zhuǎn)的方向根據(jù)具體圖案定期反向，這 稱為交替旋轉(zhuǎn)。
[0004] 表面張力將熔滴保持在生長(zhǎng)單晶的上端的位置。熔滴呈現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)、尤其對(duì)生長(zhǎng)單 晶的震動(dòng)的對(duì)應(yīng)敏感性。必要的是，避免引起熔滴外溢和/或?qū)е聠尉У木w生長(zhǎng)終止的 震動(dòng)。這種情況發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)隨著必須生產(chǎn)的單晶直徑和重量的增加而增加。
[0005] 旨在防止生長(zhǎng)單晶不受這種擾動(dòng)影響的措施早期在對(duì)FZ方法的改進(jìn)中已經(jīng)提 出。專利公開(kāi)文獻(xiàn)DE 2652199描述了一種方法，該方法被提供用于向生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段 施加一段柱形長(zhǎng)度的玻璃管作為支撐本體。那種方法不再足以生產(chǎn)現(xiàn)在通常是重量明顯更 大的單晶。玻璃本體不再整體能夠?qū)Ω稒C(jī)械應(yīng)力且可能由于施加到玻璃本體上的支撐力而 碎裂。
[0006] 專利公開(kāi)文獻(xiàn)DE 2455173提出利用填充有玻璃球的多部件漏斗形套作為穩(wěn)定裝 置來(lái)支撐晶棒端部。這種設(shè)備也不再滿足要求。所述設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)單晶的充分撐開(kāi)。 然而，這種撐開(kāi)就吸收在交替旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的力而言是必要的。
[0007] 專利公開(kāi)文獻(xiàn)EP 0288639A1采用硬陶瓷材料環(huán)或硬金屬環(huán)支撐單晶。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，硬環(huán)也有缺點(diǎn)。晶棱（crystal ridge)布置在生長(zhǎng)單 晶的表面上。晶棱為從錐形區(qū)段的側(cè)向表面和/或從生長(zhǎng)單晶的柱形區(qū)段的側(cè)向表面突 伸的、沿單晶生長(zhǎng)方向延伸的隆起部。將硬環(huán)應(yīng)用到生長(zhǎng)單晶引起反作用力尤其經(jīng)由突伸 的晶棱傳遞到硬環(huán)。這能夠在晶棱上施加如此大的壓力以至于所述晶棱在受影響的區(qū)域坍 塌。跟隨這個(gè)坍塌且作用在生長(zhǎng)單晶上的震顫是使得熔滴震動(dòng)且能夠引起熔滴外溢的擾 動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的目的是提出一種支撐生長(zhǎng)單晶的方法，其甚至滿足能夠以高產(chǎn)量 生產(chǎn)大且重的單晶需要滿足的要求。
[0010] 所述目的通過(guò)在根據(jù)FZ方法結(jié)晶單晶期間經(jīng)由支撐本體在單晶的錐形區(qū)段的區(qū) 域中支撐生長(zhǎng)單晶的方法實(shí)現(xiàn)，包括
[0011] 在支撐本體的第一材料變軟的溫度下使支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段，并且 繼續(xù)使支撐本體壓靠單晶的錐形區(qū)段，直到所述第一材料和支撐本體的在所述溫度下仍然 硬的第二材料觸碰生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段。
[0012] 以這個(gè)方式，反作用力以所述力在相對(duì)大的面積上分布的方式傳遞到用于支撐生 長(zhǎng)單晶的支撐本體。不再發(fā)生晶棱的坍塌和由所述坍塌引起的隨之發(fā)生的損傷。生長(zhǎng)單晶 和支撐本體的構(gòu)型也易于承受由于生長(zhǎng)單晶的交替旋轉(zhuǎn)而作用在所述構(gòu)型上的力。
[0013] 支撐本體的第一材料優(yōu)選是玻璃，更優(yōu)選是硼硅玻璃。支撐本體的第二材料優(yōu)選 是金屬、更優(yōu)選是鋼或陶瓷材料、尤其優(yōu)選是氮化硅。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的尤其優(yōu)選的實(shí)施方式，支撐本體包括由第二材料制成的外柱形環(huán)和 由第一材料制成的內(nèi)柱形環(huán)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1示出這個(gè)支撐本體和單晶的創(chuàng)造性構(gòu)型的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 內(nèi)柱形環(huán)1被嵌裝在外柱形環(huán)2中，以使得內(nèi)柱形環(huán)的外側(cè)向表面抵接外柱形環(huán) 的內(nèi)側(cè)向表面。支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶4的錐形區(qū)段3,直到外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面和生長(zhǎng)單晶 之間的間隙被第一材料占據(jù)且單晶的晶棱接觸外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面。
[0017] 當(dāng)外柱形環(huán)由金屬制成時(shí)，所述金屬優(yōu)選是鋼或硬度不小于鋼硬度的金屬。當(dāng)外 柱形環(huán)由陶瓷材料制成時(shí)，所述材料優(yōu)選是氮化硅或硬度不小于氮化硅硬度的陶瓷材料。 制造內(nèi)柱形環(huán)的玻璃優(yōu)選是無(wú)機(jī)氧化玻璃、更優(yōu)選是硼硅玻璃，尤其由SCHOTT公司出售的 注冊(cè)商標(biāo)名為DURAN li的硼硅玻璃3. 3。玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)選不高于520-550°C。
[0018] 內(nèi)柱形環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面和外側(cè)向表面之間的壁臺(tái)（mantel)厚度優(yōu)選不小于2mm 且不大于l〇mm。內(nèi)柱形環(huán)的壁臺(tái)高度優(yōu)選不小于2mm且不大于10mm。
[0019] 外柱形環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面和外側(cè)向表面之間的壁臺(tái)厚度優(yōu)選不小于2mm且不大于 10_。外柱形環(huán)的壁臺(tái)高度優(yōu)選不小于2mm且不大于10_。
[0020] 支撐本體在錐形區(qū)段具有使玻璃的柱形環(huán)變軟且變粘溫度的時(shí)間點(diǎn)時(shí)壓靠生長(zhǎng) 單晶的錐形區(qū)段。這引起晶棱刺穿玻璃直到晶棱接觸外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面，同時(shí)玻璃填充生 長(zhǎng)單晶和外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面之間的間隙。在晶體生長(zhǎng)的進(jìn)一步過(guò)程中，錐形區(qū)段的溫度隨 著單晶的錐形區(qū)段到相界的距離增加而降低，且玻璃因此固化。
[0021] 在這種情況下，反作用力以所述力在相對(duì)大的面積上分布的方式傳遞到用于支撐 生長(zhǎng)單晶的支撐本體。不再發(fā)生晶棱坍塌和由所述坍塌引起的隨之發(fā)生的損傷。生長(zhǎng)單晶 和用于支撐生長(zhǎng)單晶的支撐本體的這種構(gòu)型也易于承受由于生長(zhǎng)單晶的交替旋轉(zhuǎn)而作用 在所述構(gòu)型上的力。
[0022] 優(yōu)選的是，支撐本體在所述本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段時(shí)懸浮地安裝在基部 上。這可以更有效地補(bǔ)償直徑變化。這種安裝在專利公開(kāi)文獻(xiàn)DE 2652199中描述。支撐 本體可以利用與例如出自專利公開(kāi)文獻(xiàn)DE 2652199或EP 0288639A1的設(shè)備相似的方式操 作的設(shè)備壓靠錐形區(qū)段。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選用于支撐半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)單晶，更優(yōu)選用于支撐硅的生 長(zhǎng)單晶。單晶在柱形區(qū)段中的直徑可以是200mm或更多，并且生長(zhǎng)的單晶重量可以是20kg 或更多。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在根據(jù)FZ方法結(jié)晶單晶期間經(jīng)由支撐本體在單晶的錐形區(qū)段的區(qū)域中支撐生 長(zhǎng)單晶的方法，包括在支撐本體的第一材料變軟的溫度下使支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形 區(qū)段，并且繼續(xù)使支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段，直到所述第一材料和支撐本體的在 所述溫度下仍然硬的第二材料觸碰生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料是玻璃。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一材料是硼硅玻璃。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述第二材料是金屬或陶瓷材 料。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，所述第二材料是鋼或氮化硅。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述支撐本體包括第二材料制 成的外柱形環(huán)和第一材料制成的內(nèi)柱形環(huán)，并且所述支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段， 直到所述外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面和所述生長(zhǎng)單晶之間的間隙被所述第一材料占據(jù)且單晶的晶 棱接觸所述外環(huán)的內(nèi)側(cè)向表面。
【專利摘要】一種在根據(jù)FZ方法結(jié)晶單晶期間經(jīng)由支撐本體在單晶的錐形區(qū)段的區(qū)域中支撐生長(zhǎng)單晶的方法。所述方法包括在支撐本體的第一材料變軟的溫度下使支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段，并且繼續(xù)使支撐本體壓靠生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段，直到所述第一材料和支撐本體的在所述溫度下仍然硬的第二材料觸碰生長(zhǎng)單晶的錐形區(qū)段。
【IPC分類】C30B13/32
【公開(kāi)號(hào)】CN105386120
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510532939
【發(fā)明人】K·尼德雷爾, H·泰羅德, J·貝格爾, G·邁斯特恩斯特, F·穆姆勒, S·齊特澤爾斯伯格
【申請(qǐng)人】硅電子股份公司
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日
【公告號(hào)】DE102014217605A1, EP2993258A1, US20160060786