[发明专利]一种晶棒的制备方法和设备

说明书

本发明提供了一种晶棒制备的方法和设备，其通过在环形棒状的多晶半导体材料棒的圆心处的贯穿孔内部设置内部加热装置，同时将所述多晶半导体材料棒外部设置于外部加热线圈内部，提高了材料棒的受热均匀度，在所述单晶籽晶体和所述多晶半导体材料棒的第一端面之间产生熔融区；移动所述外部加热线圈和所述内部加热装置，所述熔融区随着所述外部加热线圈和所述内部加热装置移动，自所述半导体材料棒的所述第一端面向所述多晶半导体材料棒的与所述第一端面相对的第二端面移动，以完成结晶提高熔融区的均匀性。有助于实现大横截面积的材料棒的更均匀的熔化，同时通过调整所述内部加热装置的温度、位置、形状或长度，可进一步扩大了可制备晶体材料的选择范围，利于调整结晶速率，增加了控制待加工晶体的材料的结晶速率的手段。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种晶棒的制备方法和设备。

背景技术

在晶体制备技术中，通常使用直拉法或者区熔法制备晶体。

直拉法又称为切克劳斯基法，它是1918年由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支硅单晶就生长出来了。但是该方法需要坩埚，在制备过程中避免不了坩埚对晶体的污染，导致制备的晶体的纯度偏低。

附图1示意出现有技术中区熔法的制备过程，现用技术中的区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。附图2示意出现有技术中区熔法的垂直于多晶半导体材料棒轴向的截面图，柱状的高纯多晶材料200固定于卡盘，一个金属线圈201在柱状多晶外围沿多晶长度方向缓慢移动，移动时在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率激发的电磁场将在多晶柱中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得线圈内部的多晶柱线部分熔化，线圈移过后，熔料结晶为单晶。该方法能够消除来自坩埚的污染源，目前用于生产高纯度的单晶。

但是，现有技术中的区熔法制备用于生产小直径的单晶，其原因之一就是因为在大直径的多晶半导体材料棒在受到线圈的加热后，材料棒的熔化不均匀，导致了大面积的结晶受阻，无法形成均匀的大面积的单晶材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种晶棒制备的方法，以解决大面积制备单晶材料的问题。

一方面，所述晶体的制备方法包括：提供单晶籽晶体和多晶半导体材料棒，所述多晶半导体材料棒为圆心处具有一贯穿孔的圆环柱状结构；在所述多晶半导体材料棒外侧设置外部加热线圈；在所述贯穿孔内部设置内部加热装置；所述外部加热线圈和所述内部加热装置对所述多晶半导体材料棒进行加热，在所述单晶籽晶体和所述多晶半导体材料棒的第一端面之间产生熔融区；移动所述外部加热线圈和所述内部加热装置，所述熔融区随着所述外部加热线圈和所述内部加热装置移动，自所述半导体材料棒的所述第一端面向所述多晶半导体材料棒的与所述第一端面相对的第二端面移动，以完成结晶过程。

通过在多晶半导体材料棒内部设置内部加热装置，提高了材料棒的受热均匀度，提高熔融区的均匀性。其更有助于实现大横截面积的材料棒的更均匀的熔化。另一方面，由于热源的增加，提高了熔化速率，提升了产能。

可选地，所述多晶半导体材料棒和所述单晶籽晶体能朝着相反的方向自旋。或者，所述外部加热线圈和所述内部加热装置朝着相反的方向自旋。其进一步提升了熔融区的均匀性。

可选地，所述多晶半导体材料棒的材料为多晶硅。

可选地，所述多晶半导体材料棒的材料内具有掺杂物质。比如P型掺杂物质或N型掺杂物质，或者稀土元素。