CN105386120A - 在根据fz方法结晶单晶期间支撑生长单晶的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在根据FZ方法结晶单晶期间经由支撑本体在单晶的锥形区段的区域中支撑生长单晶的方法。所述方法包括在支撑本体的第一材料变软的温度下使支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，并且继续使支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，直到所述第一材料和支撑本体的在所述温度下仍然硬的第二材料触碰生长单晶的锥形区段。

Description

在根据FZ方法结晶单晶期间支撑生长单晶的方法
技术领域
本发明提供在根据FZ方法结晶单晶期间经由支撑本体在单晶的锥形区段的区域中支撑生长单晶的方法。
背景技术
根据也称为区域熔化的FZ方法(悬浮区熔方法)生产单晶包括在熔滴和生长单晶之间在生长单晶的上端处布置的相界处沿直立方位使单晶生长。降低单晶引起熔滴的材料结晶，因此增加单晶体积。因此产生的熔滴损失通过逐渐熔化供给的固体(例如，进料棒)补偿。同样已知的是熔化颗粒材料而非进料棒的方法。
生长单晶通过使相对薄的籽晶与供给的熔化材料接触而获得。初始产生薄颈部以实现无位错的晶体生长。在薄颈部上，单晶初始生长以形成直径增加的锥形区段且随后形成恒定直径的柱形区段。为了确保最均匀的可能晶体生长和掺杂剂的最均匀的可能分布，生长单晶围绕其纵向轴线旋转。当在所述旋转期间旋转的方向根据具体图案定期反向，这称为交替旋转。
表面张力将熔滴保持在生长单晶的上端的位置。熔滴呈现对扰动、尤其对生长单晶的震动的对应敏感性。必要的是，避免引起熔滴外溢和/或导致单晶的晶体生长终止的震动。这种情况发生的风险随着必须生产的单晶直径和重量的增加而增加。
旨在防止生长单晶不受这种扰动影响的措施早期在对FZ方法的改进中已经提出。专利公开文献DE2652199描述了一种方法，该方法被提供用于向生长单晶的锥形区段施加一段柱形长度的玻璃管作为支撑本体。那种方法不再足以生产现在通常是重量明显更大的单晶。玻璃本体不再整体能够对付机械应力且可能由于施加到玻璃本体上的支撑力而碎裂。
专利公开文献DE2455173提出利用填充有玻璃球的多部件漏斗形套作为稳定装置来支撑晶棒端部。这种设备也不再满足要求。所述设备不能实现生长单晶的充分撑开。然而，这种撑开就吸收在交替旋转期间产生的力而言是必要的。
专利公开文献EP0288639A1采用硬陶瓷材料环或硬金属环支撑单晶。
本发明的发明人已经发现，硬环也有缺点。晶棱(crystalridge)布置在生长单晶的表面上。晶棱为从锥形区段的侧向表面和/或从生长单晶的柱形区段的侧向表面突伸的、沿单晶生长方向延伸的隆起部。将硬环应用到生长单晶引起反作用力尤其经由突伸的晶棱传递到硬环。这能够在晶棱上施加如此大的压力以至于所述晶棱在受影响的区域坍塌。跟随这个坍塌且作用在生长单晶上的震颤是使得熔滴震动且能够引起熔滴外溢的扰动。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种支撑生长单晶的方法，其甚至满足能够以高产量生产大且重的单晶需要满足的要求。
所述目的通过在根据FZ方法结晶单晶期间经由支撑本体在单晶的锥形区段的区域中支撑生长单晶的方法实现，包括
在支撑本体的第一材料变软的温度下使支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，并且继续使支撑本体压靠单晶的锥形区段，直到所述第一材料和支撑本体的在所述温度下仍然硬的第二材料触碰生长单晶的锥形区段。
以这个方式，反作用力以所述力在相对大的面积上分布的方式传递到用于支撑生长单晶的支撑本体。不再发生晶棱的坍塌和由所述坍塌引起的随之发生的损伤。生长单晶和支撑本体的构型也易于承受由于生长单晶的交替旋转而作用在所述构型上的力。
支撑本体的第一材料优选是玻璃，更优选是硼硅玻璃。支撑本体的第二材料优选是金属、更优选是钢或陶瓷材料、尤其优选是氮化硅。
根据本发明的尤其优选的实施方式，支撑本体包括由第二材料制成的外柱形环和由第一材料制成的内柱形环。
附图说明
图1示出这个支撑本体和单晶的创造性构型的侧视图。
具体实施方式
内柱形环1被嵌装在外柱形环2中，以使得内柱形环的外侧向表面抵接外柱形环的内侧向表面。支撑本体压靠生长单晶4的锥形区段3，直到外环的内侧向表面和生长单晶之间的间隙被第一材料占据且单晶的晶棱接触外环的内侧向表面。
当外柱形环由金属制成时，所述金属优选是钢或硬度不小于钢硬度的金属。当外柱形环由陶瓷材料制成时，所述材料优选是氮化硅或硬度不小于氮化硅硬度的陶瓷材料。制造内柱形环的玻璃优选是无机氧化玻璃、更优选是硼硅玻璃，尤其由SCHOTT公司出售的注册商标名为的硼硅玻璃3.3。玻璃的玻璃化转变温度优选不高于520-550℃。
内柱形环的内侧向表面和外侧向表面之间的壁台(mantel)厚度优选不小于2mm且不大于10mm。内柱形环的壁台高度优选不小于2mm且不大于10mm。
外柱形环的内侧向表面和外侧向表面之间的壁台厚度优选不小于2mm且不大于10mm。外柱形环的壁台高度优选不小于2mm且不大于10mm。
支撑本体在锥形区段具有使玻璃的柱形环变软且变粘温度的时间点时压靠生长单晶的锥形区段。这引起晶棱刺穿玻璃直到晶棱接触外环的内侧向表面，同时玻璃填充生长单晶和外环的内侧向表面之间的间隙。在晶体生长的进一步过程中，锥形区段的温度随着单晶的锥形区段到相界的距离增加而降低，且玻璃因此固化。
在这种情况下，反作用力以所述力在相对大的面积上分布的方式传递到用于支撑生长单晶的支撑本体。不再发生晶棱坍塌和由所述坍塌引起的随之发生的损伤。生长单晶和用于支撑生长单晶的支撑本体的这种构型也易于承受由于生长单晶的交替旋转而作用在所述构型上的力。
优选的是，支撑本体在所述本体压靠生长单晶的锥形区段时悬浮地安装在基部上。这可以更有效地补偿直径变化。这种安装在专利公开文献DE2652199中描述。支撑本体可以利用与例如出自专利公开文献DE2652199或EP0288639A1的设备相似的方式操作的设备压靠锥形区段。
根据本发明的方法优选用于支撑半导体材料的生长单晶，更优选用于支撑硅的生长单晶。单晶在柱形区段中的直径可以是200mm或更多，并且生长的单晶重量可以是20kg或更多。

Claims (6)

1.一种在根据FZ方法结晶单晶期间经由支撑本体在单晶的锥形区段的区域中支撑生长单晶的方法，包括在支撑本体的第一材料变软的温度下使支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，并且继续使支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，直到所述第一材料和支撑本体的在所述温度下仍然硬的第二材料触碰生长单晶的锥形区段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料是玻璃。
3.根据权利要求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.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述第二材料是金属或陶瓷材料。
5.根据权利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，所述第二材料是钢或氮化硅。
6.根据权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述支撑本体包括第二材料制成的外柱形环和第一材料制成的内柱形环，并且所述支撑本体压靠生长单晶的锥形区段，直到所述外环的内侧向表面和所述生长单晶之间的间隙被所述第一材料占据且单晶的晶棱接触所述外环的内侧向表面。
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