TWI767586B - 拉晶方法和拉晶裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種拉晶方法和拉晶裝置。該方法包括：在拉晶過程中，保持用以容納矽熔體的坩鍋旋轉的同時對坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，其中，當改變該磁場的磁場強度時和／或當改變該磁場的磁場強度後，容易引起矽晶棒和熔體的固液界面溫度的波動，通過改變坩鍋的旋轉速度，改變坩鍋內矽熔體的強迫對流，從而快速降低由於磁場強度的改變導致的固液界面溫度的波動，使拉晶過程得到的晶棒直徑趨於穩定。

Description

拉晶方法和拉晶裝置
本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種拉晶方法和拉晶裝置。
柴可拉斯基長晶法（Czochralski，CZ法）是製備半導體及太陽能用矽單晶的一種重要方法，通過碳素材料組成的熱場對放入坩鍋的高純矽料進行加熱使之熔化，之後通過將晶種浸入熔體當中並經過一系列（溶料、恆溫、引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻）工藝過程，最終獲得單晶棒。
使用CZ法的半導體單晶矽或太陽能單晶矽的晶棒生長中，晶棒和熔體的溫度分佈直接影響晶棒的品質和生長速度。在CZ晶棒的生長期間，由於熔體存在著熱對流，使微量雜質分佈不均勻，形成生長條紋。因此，在拉晶過程中，如何抑制熔體的熱對流和溫度波動，是人們廣泛關注的問題。
在磁場發生裝置下的晶棒生長（MCZ）技術通過對作為導電體的矽熔體施加磁場，使熔體受到與其運動方向相反的洛倫茲力作用，阻礙熔體中的對流，增加熔體中的粘滯性，減少了氧、碳、鋁等雜質從石英坩鍋進入熔體，進而進入晶棒，最終使得生長出來的晶棒可以具有得到控制的從低到高廣範圍的氧含量，減少了雜質條紋，因而廣泛應用於半導體晶棒生長工藝。一種典型的MCZ技術是磁場晶棒生長（HMCZ）技術，其對在坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，廣泛適用於大尺寸、高要求的半導體晶棒的生長。
在晶棒生長的一系列工藝過程中，磁場主要施加在恆溫工序。當處於恆溫工序時，通過主爐體外圍的磁體通電產生強磁場，對爐內石英坩鍋內的矽熔體施加一定的磁場，並調整適合晶棒生長的各方面條件。然而，由於在晶棒生長過程中，根據工藝的要求，需要改變磁場的強度。例如將磁場從1500G（高斯）上升到4000G。在這個過程中，由於磁場變化改變了矽熔體的對流速度，加之石英坩鍋和晶棒本身的旋轉，使得坩鍋內的矽溶液的對流舉動變為相當複雜。通常，在改變磁場強度後的一段時間內，晶棒的直徑控制變為相對困難，直徑容易出現週期性的變化。
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種拉晶方法和拉晶裝置。
在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種拉晶方法，包括：在拉晶過程中，保持用以容納矽熔體的坩鍋旋轉的同時對坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，其中，當改變所述磁場的磁場強度時和／或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變。
示例性地，當改變所述磁場後，並且檢測到拉晶所得的晶棒的直徑發生變化時，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變。
示例性地，當增加所述磁場的磁場強度時，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使所述坩鍋的旋轉速度增大。
示例性地，使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變。
示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，在每一週期中，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使所述坩鍋的旋轉速度從R0增加至R1；將所述坩鍋的旋轉速度在R1下保持一段時間；使所述坩鍋的旋轉速度從R1下降至R0；其中，R0為坩鍋的初始旋轉速度。
示例性地，使所述坩鍋的旋轉速度從R0線性增加至R1，和/或使所述坩鍋的旋轉速度從R1線性下降至R0。
示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，相鄰兩個週期間隔一段時間。
示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，所述週期性改變的次數的範圍大於等於十次。
本發明還提供了一種拉晶裝置，包括：坩鍋，用以容納矽熔體；提拉裝置，用以提拉所述矽熔體形成晶棒；磁場施加裝置，用以對所述坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場並調節所述磁場的磁場強度；驅動裝置，用以驅動所述坩鍋旋轉；控制裝置，所述控制裝置用以執行如上任意一項所述的方法。
示例性地，還包括直徑檢測裝置，用以檢測所述晶棒的直徑。
根據本發明的拉晶方法和拉晶裝置，在拉晶過程中，對坩鍋內的矽熔體上施加水平方向的磁場，其中，當改變所述磁場的磁場強度時和/或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變，由於改變磁場強度後容易引起矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的波動，通過改變坩鍋的旋轉速度改變坩鍋內矽熔體的強迫對流，從而快速降低了由於磁場強度的改變導致的固液界面溫度的波動，使拉晶過程得到的晶棒直徑趨於穩定。
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本申請更為徹底的理解。然而，對於熟悉該技術者而言顯而易見的是，本申請可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本申請發生混淆，對於本領域周知的一些技術特徵未進行描述。
為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發明的拉晶方法。顯然，本發明的施行並不限於本技術領域技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
在此使用的術語的目的僅在於描述具體實施例並且不作為本申請的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“該／該”也意圖包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和／或“包括”，當在該說明書中使用時，確定該特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和／或”包括相關所列項目的任何及所有組合。
現在，將參照附圖更詳細地描述根據本發明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，並且不應當被解釋為只限於這裡所闡述的實施例。應當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發明的公開徹底且完整，並且將這些示例性實施例的構思充分傳達給熟悉該技術者。在附圖中，為了清楚起見，誇大了層和區域的厚度，並且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
實施例一
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種拉晶方法，包括：在拉晶過程中，保持用以容納矽熔體的坩鍋旋轉的同時對坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，其中，當改變所述磁場的磁場強度時和／或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變。
參看圖1，顯示出了根據本發明的一種拉晶裝置的結構示意圖，拉晶裝置包括爐體1，爐體1內設置有坩鍋11，坩鍋11外側設置有對其進行加熱的加熱器12，坩鍋11內容納有矽熔體13。
示例性地，坩鍋11由石墨坩鍋和套設在石墨坩鍋內的石英坩鍋構成，石墨坩鍋接收加熱器的加熱使石英坩鍋內的多晶矽材料融化形成矽熔體。
繼續參看圖1，根據本發明的拉晶裝置還在爐體1頂部設置有提拉裝置14，在提拉裝置14的帶動下，晶種從矽熔體液面提拉拉出晶棒10，同時環繞晶棒10四周設置熱屏裝置，示例性地，如圖1所示，熱屏裝置包括有導流筒16，導流筒16設置為桶型，其作為熱屏裝置一方面用以在晶棒生長過程中隔離石英坩鍋以及坩鍋內的矽熔體對晶棒表面產生的熱輻射，提升晶棒的冷卻速度和軸向溫度梯度，可以增加晶棒生長速度，另一方面，影響矽熔體表面的熱場分佈，而避免晶棒的中心和邊緣的軸向溫度梯度差異過大，保證晶棒與矽熔體液面之間的穩定生長；同時導流筒還用以對從晶棒生長爐上部導入的惰性氣體進行導流，使之以較大的流速通過矽熔體表面，達到控制晶棒內氧含量和雜質含量的效果。在半導體晶棒生長過程中，在提拉裝置14的帶動下，晶棒10豎直向上穿過導流筒16。
為了實現晶棒的穩定增長，在爐體1底部還設置有驅動坩鍋11旋轉的驅動裝置15，驅動裝置15驅動坩鍋11在拉晶過程中保持旋轉是為了減少矽熔體的熱的不對稱性，使晶棒等徑生長。
為了阻礙矽熔體的對流，增加矽熔體中的粘滯性，減少氧、硼、鋁等雜質從石英坩鍋進入矽熔體，進而進入晶棒，最終使得生長出來的晶棒可以具有得到控制的從低到高寬範圍的氧含量，減少雜質條紋，半導體生長裝置中還包括設置在爐體外側的磁場施加裝置17，用以對坩鍋內的矽熔體施加磁場。
由於磁場施加裝置17施加的磁場的磁力線從一端平行穿過在坩鍋內的矽熔體到另一端（參看圖1中虛線箭頭）。由於液態的矽熔體具有導電性，在磁場的作用下，矽熔體內產生洛倫茲力抑制矽熔體的自然對流，其中矽熔體的對流對拉晶得到的晶棒的直徑具有顯著的影響。
如圖2示出了在矽熔體內和矽晶棒與矽熔體的固液界面處的矽熔體對流的示意圖。其中，在矽晶棒與矽熔體的固液界面處，由於固液界面處的對流受到磁場強度的影響比較顯著，當改變磁場強度時，矽熔體內的對流發生變化，其中，固液界面處的矽熔體的對流變化更為顯著，使得矽熔體液面和體內溫度不均勻，表現為固液界面下方的矽熔體液面溫度發生波動，進而影響到拉晶形成的晶棒的直徑，表現為晶棒在長度方向上，直徑發生波動。
在一個示例中，固液界面下方的矽熔體液面溫度發生週期性變化，如圖3所示，示出為根據一個實施例的拉晶方法中，固液界面處的矽熔體的溫度隨時間變化的示意圖，其中，縱軸表示矽熔體液面處的熔體溫度，橫軸表示時間，從圖3可以看出，在改變施加在矽熔體內的水平方向的磁場的強度時，固液界面下的矽熔體的溫度隨時間發生週期性的波動，並且，隨著時間的延長，波動幅度逐漸減小。
具體的，在一個示例中，在形成目標直徑為305mm的拉晶工藝過程中，當根據工藝要求，將磁場從1500G上升到4000G，控制坩鍋旋轉速度保持為0.5RPM；發現磁場發生變化時，晶棒直徑也發生變化，具體的，晶棒直徑在目標直徑的+/-2.0mm的範圍內發生變化，並且晶棒的直徑發生週期性的波動，一直波動到300mm左右後才保持相對穩定。
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種拉晶方法，具體的，在拉晶過程中，保持用以盛放矽熔體的坩鍋旋轉的同時對坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，其中，當改變所述磁場的磁場強度時和／或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變。
由於在拉晶過程中，改變了施加在矽熔體上的水平方向的磁場的強度後使矽熔體內尤其是矽熔體液面的對流發生變化，導致矽晶棒與矽熔體的固液界面（矽熔體液面）的溫度發生波動，獲得晶棒的直徑發生變化，根據本發明，在改變施加在矽熔體上的水平方向的磁場的強度的同時或者在改變施加在矽熔體上的磁場的強度之後，通過改變坩鍋的旋轉速度，改變矽熔體的對流，從而減少由於改變磁場的強度對矽熔體的對流影響，進而避免矽熔體液面的溫度發生變化。
由於水平方向的磁場強度改變時矽熔體響應於磁場強度的變化發生對流強度的改變並不立即影響矽熔體液面的溫度，而在坩鍋轉速發生變化的影響下，有當坩鍋轉速發生一定程度的變化後對矽熔體對流強度產生影響的同時立即反應到矽晶棒與矽熔體的固液界面（矽熔體液面）溫度上，也就是說，相較於磁場強度對矽熔體液面溫度的影響，坩鍋旋轉速度對熔體液面溫度的影響更明顯。因此，在一個實施例中，可以在施加的磁場的強度發生改變之後，並且檢測到拉晶所得的晶棒的直徑發生變化時，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變，以匹配晶棒直徑的變化進行坩鍋旋轉速度的調整，使直徑控制更為準確。
在根據本發明的一個實施例中，當增加所述水平方向的磁場的磁場強度時，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使所述坩鍋的旋轉速度增大。
由於水平方向的磁場的強度增加會導致矽熔體內對流的減弱，此時增加坩鍋的旋轉速度可以促進矽熔體內的對流，從而彌補因為磁場強度的增加導致的矽熔體內對流的減弱，進而減弱矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的波動。
需要理解的是，本實施例中以磁場強度增加的情況下使坩鍋的旋轉速度增大作為示例進行介紹僅僅是示例性地，本領域技術人員應當理解，在磁場強度減小的情況下使坩鍋的旋轉速度發生變化（變大或變小）也適用于本發明。
具體的，在根據本發明的一個實施例中，當改變所述磁場的磁場強度時和/或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變。
由於改變了施加在矽熔體上的水平方向的磁場的強度之後，固液界面下方的矽熔體液面溫度發生週期性變化，為此，對坩鍋的旋轉速度進行週期性調整，以配合矽熔體液面溫度的週期性變化，使因為坩鍋旋轉速度變化引起的矽熔體對流的也週期性增強，減少了因為施加在矽熔體上的磁場的強度變化帶來的矽熔體液面溫度的變化，從而改善因矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的週期性變化帶來的晶棒直徑的變化。
在根據本發明的一個實施例中，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，在每一週期中，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使所述坩鍋的旋轉速度從R0增加至R1；將所述坩鍋的旋轉速度在R1下保持一段時間；使所述坩鍋的旋轉速度從R1下降至R0；其中，R0為坩鍋的初始旋轉速度。
參看圖4，顯示出了根據本發明的一個實施例中的坩鍋旋轉速度隨時間變化的示意圖，其中縱軸表示坩鍋旋轉速度（R），橫軸表示時間。如圖4所示，坩鍋旋轉速度隨時間變化呈週期性變化。其中，在每一週期中，先使所述坩鍋的旋轉速度從R0增加至R1，這一過程中隨著坩鍋旋轉速度的增加，矽熔體內對流增強；接著，將所述坩鍋的旋轉速度在R1下保持一段時間，使矽熔體對流充分；最後，使所述坩鍋的旋轉速度從R1下降至R0，這一過程中隨著坩鍋旋轉速度的減小，矽熔體內對流減弱。通過在初始旋轉速度R0以上，循環增加和減小坩鍋旋轉速度，實現矽熔體內對流的週期性變化，進而使矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度由於增加矽熔體的對流的週期性變化也發生週期性改變，從而減小由於施加的磁場使矽熔體對流減弱而帶來的矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度週期性變化的影響。
在根據本發明的一個實施例中，在使所述坩鍋的旋轉速度從R0線性增加至R1，和/或使所述坩鍋的旋轉速度從R1線性下降至R0。
繼續參看圖4，在坩鍋旋轉速度發生週期性變化的過程中，在每一週期中，使所述坩鍋的旋轉速度從R0線性增加至R1，並且使所述坩鍋的旋轉速度從R1線性下降至R0。線性控制坩鍋旋轉速度的方式簡單、高效，易於實現。需要理解的是，本發明僅僅將線性控制作為示例，任何控制旋轉速度變化的方式均適用于本發明。
示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變的範圍為：100% R0-200% R0，其中，R0為坩鍋的初始旋轉速度。
繼續參看圖4，在坩鍋旋轉速度發生週期性變化的過程中，其中坩鍋的旋轉速度從R0變化到R1，以及其中R1較R0大100%-200%。
增加坩鍋的旋轉速度，可以增加矽熔體的自然對流，從而減少矽晶棒與矽熔體的固液界面的溫度波動，進一步減少矽晶棒與矽熔體的固液界面的溫度波動帶來的晶棒直徑的變化。將所述坩鍋的旋轉速度發生改變的範圍設置在100% R0-200% R0之間，一方面使坩鍋轉速的變化足以影響矽熔體對流的變化，另一方面避免坩鍋轉速的變化過大，造成矽熔體對流變化過大，引起液面溫度的進一步波動。
示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，每一週期的時間範圍(1-10)min。
繼續參看圖4， 坩鍋的旋轉速度從時間0處開始發生改變，到達時間T1時為第一週期。其中，T1的時間範圍為(1-10)min。其中，坩鍋的旋轉速度從R0變化到R1之後，保持一段時間，再從R1變化到R0。
進一步，示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，相鄰兩個週期間隔一段時間。
在週期性改變的過程中，通過在相鄰兩個週期之間間隔一段時間，使矽熔體內的對流得到緩衝，避免過度對流引起液面溫度的進一步波動。示例性地，所述間隔的一段時間的範圍為(1-2)min。
進一步，示例性地，在使所述坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，所述週期性改變的次數的範圍為(5-50)次。
在根據本發明額一個實施例中，在形成目標直徑為305mm的拉晶工藝過程中，當根據工藝要求，將磁場從1500G上升到4000G時，控制坩鍋旋轉速度發生週期性的改變，其中，在磁場強度發生改變的同時，控制坩鍋旋轉速度發生週期性改變，其中，在每一週期中坩鍋的旋轉速度發生如下改變：從1.0RPM上升2.5RPM後保持3min，再從2.5RPM上升1.0RPM，在旋轉速度為1.0RPM下保持2min後進行下一週期的變化，進行10次週期性改變。通過檢測發現週期性直徑波動在(50-100)mm左右減小，在直徑趨於穩定。
實施例二
本發明還提供了一種拉晶裝置，其包括：坩鍋，用以容納矽熔體；提拉裝置，用以提拉所述矽熔體形成晶棒；磁場施加裝置，用以對所述坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場並調節所述磁場的磁場強度；驅動裝置，用以驅動所述坩鍋旋轉，其中，在根據本發明拉晶裝置中，還包括控制裝置，控制裝置根據所述磁場施加裝置施加的所述磁場的磁場強度控制所述驅動裝置對所述坩鍋旋轉速度的調節。具體的，控制裝置根據所述磁場施加裝置施加的所述磁場的磁場強度控制所述驅動裝置對所述坩鍋旋轉速度的調節的方法採用如實施例一所述的方法。
具體的，當控制裝置控制所述磁場施加裝置調節所述磁場的強度時或者當控制裝置控制所述磁場施加裝置調節所述磁場的強度後，所述控制裝置進一步控制所述驅動裝置調整所述坩鍋的旋轉速度。
由於在拉晶過程中，改變了施加在矽熔體上的磁場的強度後使矽熔體內尤其是矽熔體液面的對流發生變化，導致矽晶棒與矽熔體的固液界面的溫度發生波動，獲得的晶棒的直徑發生變化，根據本發明，在控制裝置控制所述磁場施加裝置調節施加在矽熔體上的磁場的強度的同時或者在控制裝置控制所述磁場施加裝置調節施加在矽熔體上的磁場的強度之後，控制裝置進一步控制所述驅動裝置改變坩鍋的旋轉速度，通過改變坩鍋的旋轉速度，改變矽熔體的對流，從而減少由於改變磁場的強度對矽熔體的對流影響，進而避免矽晶棒與矽熔體的固液界面的溫度發生變化。
參看圖1，示出了根據本發明的一種拉晶裝置的結構示意圖，拉晶裝置包括爐體1，爐體1內設置有坩鍋11，坩鍋11外側設置有對其進行加熱的加熱器12，坩鍋11內容納有矽熔體13。
示例性地，坩鍋11由石墨坩鍋和套設在石墨坩鍋內的石英坩鍋構成，石墨坩鍋接收加熱器的加熱使石英坩鍋內的多晶矽材料融化形成矽熔體。
繼續參看圖1，根據本發明的拉晶裝置還在爐體1頂部設置有提拉裝置14，在提拉裝置14的帶動下，晶種從矽熔體液面提拉拉出晶棒10，同時環繞晶棒10四周設置熱屏裝置，示例性地，如圖1所示，熱屏裝置包括有導流筒16，導流筒16設置為桶型，其作為熱屏裝置一方面用以在晶棒生長過程中隔離石英坩鍋以及坩鍋內的矽熔體對晶棒表面產生的熱輻射，提升晶棒的冷卻速度和軸向溫度梯度，增加晶棒生長數量，另一方面，影響矽熔體表面的熱場分佈，而避免晶棒的中心和邊緣的軸向溫度梯度差異過大，保證晶棒與矽熔體液面之間的穩定生長；同時導流筒還用以對從晶棒生長爐上部導入的惰性氣體進行導流，使之以較大的流速通過矽熔體表面，達到控制晶棒內氧含量和雜質含量的效果。在半導體晶棒生長過程中，在提拉裝置14的帶動下，晶棒10豎直向上穿過導流筒16。
為了實現晶棒的穩定增長，在爐體1底部還設置有驅動坩鍋11旋轉的驅動裝置15，驅動裝置15驅動坩鍋11在拉晶過程中保持旋轉是為了減少矽熔體的熱的不對稱性，使晶棒等徑生長。
為了阻礙矽熔體的對流，增加矽熔體中的粘滯性，減少氧、碳、鋁等雜質從石英坩鍋進入熔體，進而進入晶棒，最終使得生長出來的晶棒可以具有得到控制的從低到高寬範圍的氧含量，減少雜質條紋，半導體生長裝置中還包括設置在爐體外側的磁場施加裝置17，用以對坩鍋內的矽熔體施加磁場。
由於磁場施加裝置17施加的磁場的磁力線從一端平行穿過在坩鍋內的矽熔體到另一端（參看圖1中虛線箭頭）。由於液態的矽熔體具有導電性，在磁場的作用下，矽熔體內產生洛倫茲力抑制矽熔體的自然對流，其中矽熔體的對流對拉晶得到的晶棒的直徑具有顯著的影響。
在根據本發明的拉晶裝置中，還包括控制裝置18，控制裝置18用以根據所述磁場施加裝置17施加的水平方向的磁場的磁場強度控制所述驅動裝置15對所述坩鍋11旋轉速度的調節。
在根據本發明的一個實例中，控制裝置18對磁場施加裝置17進行控制，即控制磁場施加裝置17施加的水平方向的磁場的強度。進一步的，當控制裝置18控制磁場施加裝置17施加水平方向的磁場的強度發生變化時，或者控制裝置18控制磁場施加裝置17施加水平方向的磁場的強度發生變化後，控制裝置進一步控制所述驅動裝置15對所述坩鍋11旋轉速度的調節。
示例性地，所述拉晶裝置還包括直徑檢測裝置，用以檢測所述晶棒的直徑，其中，所述控制裝置還根據所述直徑檢測裝置檢測的所述晶棒的直徑對所述驅動裝置驅動所述坩鍋1旋轉的旋轉速度進行控制。
如圖1所示，在根據本發明的拉晶裝置中，還包括直徑檢測裝置19，其中直徑檢測裝置19與控制裝置18通信連接，控制裝置還根據所述直徑檢測裝置檢測19的晶棒的直徑對所述驅動裝置15驅動所述坩鍋11旋轉的旋轉速度進行控制。
示例性地，所述直徑檢測裝置包括紅外傳感裝置，通過檢測晶棒側壁位置檢測所述晶棒的直徑。
由於磁場強度改變時矽熔體響應於磁場強度的變化發生對流強度的改變並不立即影響矽晶棒與矽熔體的固液界面的溫度，而在坩鍋轉速發生變化的影響下，有當坩鍋轉速發生一定程度的變化後對矽熔體對流強度產生影響的同時立即反應到矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度上，也就是說，相較於磁場強度對矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的影響，坩鍋旋轉速度對矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的影響更明顯。因此，在一個實施例中，可以在施加的磁場的強度發生改變之後，並且通過直徑檢測裝置檢測到拉晶所得的晶棒的直徑發生變化時，使控制裝置控制驅動裝置驅動改變所述坩鍋的旋轉速度，以匹配晶棒直徑的變化進行坩鍋旋轉速度的調整，使直徑控制更為準確。
綜上所述，根據本發明的拉晶方法和拉晶裝置，在拉晶過程中，對坩鍋內的矽熔體上施加水平方向的磁場，其中，當改變所述磁場的磁場強度時和/或當改變所述磁場的磁場強度後，使所述坩鍋的旋轉速度發生改變，由於改變磁場強度後容易引起的矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的波動，通過改變坩鍋的旋轉速度改變坩鍋內矽熔體的強迫對流，從而快速降低了由於磁場強度的改變導致的矽晶棒與矽熔體的固液界面溫度的波動，使拉晶過程得到的晶棒直徑趨於穩定。
本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的申請專利範圍及其等效範圍所界定。
1:爐體
10:晶棒
11:坩鍋
12:加熱器
13:矽熔體
14:提拉裝置
15:驅動裝置
16:導流筒
17:磁場施加裝置
18:控制裝置
19:直徑檢測裝置
本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。
圖1根據本發明的一個實施例的一種拉晶裝置的結構示意圖。
圖2為根據本發明的一個實施例的一種拉晶方法的在矽熔體內和矽晶棒與矽熔體的固液界面處的矽熔體對流的示意圖。
圖3為根據一個實施例的拉晶方法中固液界面處的矽熔體的溫度隨時間變化的示意圖。
圖4為根據本發明的一個實施例中的坩鍋旋轉速度隨時間變化的示意圖。
無
1:爐體
10:晶棒
11:坩鍋
12:加熱器
13:矽熔體
14:提拉裝置
15:驅動裝置
16:導流筒
17:磁場施加裝置
18:控制裝置
19:直徑檢測裝置

Claims (9)

  1. 一種拉晶方法，包括：在拉晶過程中，保持用以容納矽熔體的坩鍋旋轉的同時對坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場，其中，當改變該磁場的磁場強度時和/或當改變該磁場的磁場強度後，使該坩鍋的旋轉速度發生改變；其中，當該磁場的磁場強度增加，使該坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使該坩鍋的旋轉速度增大。
  2. 如請求項1所述的拉晶方法，其中，當改變該磁場後，並且當拉晶所得的晶棒的直徑發生變化時，使該坩鍋的旋轉速度發生改變。
  3. 如請求項1所述的拉晶方法，其中，使該坩鍋的旋轉速度發生週期性改變。
  4. 如請求項3所述的拉晶方法，其中，在使該坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，在每一週期中，使該坩鍋的旋轉速度發生改變的方法包括：使該坩鍋的旋轉速度從R0增加至R1；將該坩鍋的旋轉速度在R1下保持一段時間；使該坩鍋的旋轉速度從R1下降至R0；其中，R0為坩鍋的初始旋轉速度。
  5. 如請求項4所述的拉晶方法，其中，使該坩鍋的旋轉速度從R0線性增加至R1，和/或使該坩鍋的旋轉速度從R1線性下降至R0。
  6. 如請求項3所述的拉晶方法，其中，在使該坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，相鄰兩個週期間隔一段時間。
  7. 如請求項3所述的拉晶方法，其中，在使該坩鍋的旋轉速度發生週期性改變的過程中，該週期性改變的次數的範圍大於等於十次。
  8. 一種拉晶裝置，包括：一坩鍋，用以容納矽熔體；一提拉裝置，用以提拉該矽熔體形成晶棒；一磁場施加裝置，用以對該坩鍋內的矽熔體施加水平方向的磁場並調節該磁場的磁場強度；一驅動裝置，用以驅動該坩鍋旋轉；一控制裝置，該控制裝置用以執行如申請專利範圍第1項所述的方法。
  9. 如請求項8所述的拉晶裝置，其中，更包括直徑檢測裝置，用以檢測該晶棒的直徑。
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