CN112647123A - 用于提拉半导体材料的单晶的设备和方法 - Google Patents

用于提拉半导体材料的单晶的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于从包含在坩埚(8)中的熔体(7)提拉半导体材料的单晶(1)的设备，该设备具有用于旋转提拉轴(14)的装置(20)且具有用于旋转坩埚轴(13)的装置(21)，其特征在于，在驱动器(22)和提拉轴(14)之间的成双蜗轮蜗杆传动装置以及在另一驱动器(31)和坩埚轴(13)之间的另一成双蜗轮蜗杆传动装置。本发明还提供使用该设备提拉半导体材料的单晶的方法。

Description

用于提拉半导体材料的单晶的设备和方法
技术领域
本发明提供了一种用于从包含在坩埚中的熔体中提拉半导体材料的单晶的设备，以及一种用于提拉半导体材料的单晶的方法，在该方法中使用了该设备。
背景技术
半导体材料的单晶通常通过CZ法生产，其中将生长在籽晶上的单晶从包含在坩埚中的熔体向上提拉出。在工业规模上，在随后被进一步加工成半导体晶圆和之后再加工成电子部件之前，以这种方式特别是生产诸如硅的半导体材料的单晶。
采用CZ法的设备通常包括：坩埚，该坩埚由可升高和可降低的坩埚轴保持；以及可升高和可降低的提拉轴，该提拉轴用于将生长的单晶从熔体中提拉出。这种设备的组成部分还包括各用于旋转提拉轴和用于旋转坩埚轴的一个装置。单晶生长要求超低抖动环境，这就是为什么特别重视用于执行提拉轴的和坩埚轴的旋转运动的装置的原因。
在EP 0 466 457 A1中示出了一种设备，其中用于旋转提拉轴的装置包括驱动齿轮的电动机，该齿轮接合到安装在提拉轴上的蜗轮中。用于旋转坩埚轴的装置包括直接驱动坩埚轴的电动机。
这种设备不再满足当今对提供超低抖动环境的需求。特别地，不能保证充分抑制相对长波振动。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提拉半导体材料的单晶的设备和方法，其中用于旋转提拉轴和坩埚轴的设备的装置被设计成确保这些装置的低抖动操作。
本发明的目的是通过一种用于从包含在坩埚中的熔体提拉半导体材料的单晶的设备来实现，该设备具有用于旋转提拉轴的装置且具有用于旋转坩埚轴的装置，其特征在于，在驱动器和提拉轴之间的成双蜗轮蜗杆传动装置以及在另一驱动器和坩埚轴之间的另一成双蜗轮蜗杆传动装置。
该设备不仅实现该目的，而且代表一种用于引起提拉轴的和坩埚轴的旋转的节省空间且易于维护的解决方案。该两个成双蜗轮蜗杆传动装置以相对较小的间隙和相对明显的平稳运行而著称。有效地抑制了长波振动，该长波振动尤其是由坩埚轴的低旋转速度(小于1rpm的旋转速度)和/或跟随坩埚轴的旋转方向变化而引起的。
发明人已经发现，在每种情况下，有必要在提拉轴和将其旋转的驱动器之间以及在坩埚轴和将其旋转的另一驱动器之间分别安装一个成双蜗轮蜗杆传动装置。利用这种布置，相应的驱动器(优选地是电动机)具有横向于提拉轴的旋转轴线(或相应地横向于坩埚轴的旋转轴线)的位置，与相应的旋转轴线有足够的距离，该相应的驱动器的轴驱动相应的成双蜗轮蜗杆传动装置的第一蜗杆。优选地，相应驱动器被刚性地安装在相应成双蜗轮蜗杆传动装置的壳体板上。因此，没有相应驱动器的弹簧安装。优选地，相应驱动器的轴被平行于提拉轴(或相应的坩埚轴)布置。相应的成双蜗轮蜗杆传动装置的第一蜗杆接合到相应的第一蜗轮中，该相应的第一蜗轮被同轴地安装在相应的成双蜗轮蜗杆传动装置的第二蜗杆的轴上。相应的成双蜗轮蜗杆传动装置的第二蜗杆依次接合到相应的成双蜗轮蜗杆传动装置的相应的第二蜗轮中，该相应的第二蜗轮被同轴地安装在提拉轴(或相应的坩埚轴)上。
此外，优选的是，将提拉轴和坩埚轴分别分成上部分和下部分，并且在每种情况下这两部分经由联接波纹管被连接。此外，至少在提拉轴的情况下，联接波纹管被构造成使得它们使提拉轴的上部分与提拉轴的下部分电绝缘。这使得能够经由包括坩埚轴的下部分的电路来简单地实施对熔体的表面的探测。
坩埚轴的驱动器优选地被设计成使得坩埚轴的旋转方向也可以被反向。
下面参照两个附图更详细地阐释本发明。
附图说明
图1示出了作为示例的用于通过CZ法提拉单晶的设备，该设备可被用于实施本发明。
图2示出了根据本发明的设备的特征。
附图标记列表
1 单晶
2 腔室
3 绝热材料
4 气体进口
5 气体出口
6 加热器
7 熔体
8 坩埚
9 壳体板
10 用于提拉的设备
11 生长的单晶
12 支撑装置
13 坩埚轴
14 提拉轴
15 安装装置
16 籽晶保持件
17 籽晶
18 磁场产生线圈
19 控制器
20 用于旋转提拉轴的装置
21 用于旋转坩埚轴的装置
22 驱动器
23 驱动轴
24 第一蜗杆
25 第一蜗轮
26 第二蜗杆
27 第二蜗轮
28 提拉轴的上部分
29 提拉轴的下部分
30 波纹管联轴器
31 另一驱动器
32 另一驱动轴
33 另一第一蜗杆
34 另一第一蜗轮
35 另一第二蜗杆
36 另一第二蜗轮
37 坩埚轴的下部分
38 坩埚轴的上部分
39 另一波纹管联轴器
40 另一壳体板
D 旋转轴线。
具体实施方式
作为示例，图1示出了用于从熔体7中提拉出半导体材料的单晶1的设备10，其可以在本发明中使用。该设备包括腔室2、加热器6、坩埚8、坩埚轴13、提拉轴14和磁场产生线圈18。腔室2的一个内壁设有绝热材料3。在腔室2的上部分有气体进口4，惰性气体如氩气通过气体进口4被引入，在腔室2的下部分有气体出口5。坩埚8支撑内部坩埚，该内部坩埚填有半导体材料的熔体7。围绕坩埚8的是加热器6，以熔化固体半导体材料并将其保持在熔化状态。坩埚轴13从坩埚8的下端延伸到腔室的基底，并且通过支撑装置12被安装。坩埚轴13可以通过支撑装置12被升高、降低和旋转。提拉轴14在上端由保持装置15保持，并且借助于保持装置15可以被升高、降低和围绕旋转轴线D旋转。支撑装置12和保持装置15由控制器19控制。通过使电流通过磁场产生线圈18，可以在熔体7上施加磁场，例如水平磁场。此外，还可以在生长的单晶11的周围布置隔热罩(图中未示出)。附图标记16和17表示籽晶保持件和籽晶。
根据图2中的图示，保持装置15包括用于旋转提拉轴14的装置20，并且支撑装置12包括用于旋转坩埚轴13的装置21。装置20和21根据本发明来设计。
用于旋转提拉轴14的装置20包括驱动器22，该驱动器22具有驱动第一蜗杆24的驱动轴23。第一蜗杆24接合到第一蜗轮25中，该第一蜗轮25被同轴地固定在第二蜗杆26的轴上。第二蜗杆26接合到第二蜗轮27中，该第二蜗轮27被同轴地固定在提拉轴14的上部分28上。第一蜗杆24和第二蜗杆26以及第一蜗轮25和第二蜗轮27一起形成成双蜗轮蜗杆传动装置。驱动器22被刚性地安装在成双蜗轮蜗杆传动装置的壳体板9上。在提拉轴14的上部分28和提拉轴14的下部分29之间布置有第一波纹管联轴器30，其使提拉轴14的上部分28与提拉轴14的下部分29电绝缘。
用于旋转坩埚轴13的装置21包括另一驱动器31，该另一驱动器31具有另一驱动轴32，该另一驱动轴32驱动另一第一蜗杆33。另一第一蜗杆33接合到另一第一蜗轮34中，该另一第一蜗轮34被同轴地固定在另一第二蜗杆35的轴上。该另一第二蜗杆35接合到另一第二蜗轮36中，该另一第二蜗轮36被同轴地固定在坩埚轴13的下部分37上。另一第一蜗杆33和另一第二蜗杆35以及另一第一蜗轮34和另一第二蜗轮36一起形成另一成双蜗轮蜗杆传动装置。另一驱动器31被刚性地安装在另一成双蜗轮蜗杆传动装置的另一壳体板40上。在坩埚轴13的下部分37和坩埚轴13的上部分38之间布置有另一波纹管联轴器39。
示意性实施例的以上描述应被理解为示例的描述。相应地做出的公开一方面使技术人员能够理解本发明及其相关的优点，同时另一方面技术人员的理解还涵盖了所描述的方法和结构的明显变更和修改。因此，意图是所有这样的变更和修改以及等同物都被权利要求的保护范围所覆盖。

Claims (8)

1.用于从包含在坩埚(8)中的熔体(7)提拉半导体材料的单晶(1)的设备，该设备具有用于旋转提拉轴(14)的装置(20)且具有用于旋转坩埚轴(13)的装置(21)，其特征在于，在驱动器(22)和提拉轴(14)之间的成双蜗轮蜗杆传动装置以及在另一驱动器(31)和坩埚轴(13)之间的另一成双蜗轮蜗杆传动装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在该提拉轴的上部分(28)和下部分(29)之间的波纹管联轴器(30)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，在该坩埚轴(13)的上部分(38)和下部分(37)之间的另一波纹管联轴器(39)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该驱动器(22)的驱动轴(23)被平行于该提拉轴(14)布置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，该驱动器(22)被刚性地安装在该成双蜗轮蜗杆传动装置的壳体板(9)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，该另一驱动器(31)的另一驱动轴(32)被平行于该坩埚轴(13)布置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，该另一驱动器(31)被刚性地安装在该另一成双蜗轮蜗杆传动装置的另一壳体板(40)上。
8.用于通过CZ法从熔体提拉半导体材料的单晶的方法，其特征在于，使用根据权利要求1至7中任一项所述的设备来提拉半导体材料的单晶。
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