CN1163950A - 单晶提拉装置 - Google Patents

Abstract

一种单晶提拉装置，其中半导体熔体储存在外坩埚内，作为部件的圆筒形内坩埚安装在外坩埚内因而形成双坩埚，半导体单晶从内坩埚内的半导体熔体提拉。内坩埚含有形成双坩埚时形成的连接部分，令半导体熔体流入内坩埚之内，并且连接部分结合去除吸附到连接部分气泡的装置。

Description

单晶提拉装置

本发明涉及从双坩埚蓄有的半导体熔体中提拉单晶的单晶提拉装置。

引上(CZ)生长技术是当今生长诸如硅(Si)或砷化镓(GaAs)半导体单晶公知方法之一的一个实例。

由于这种CZ(提拉)技术能够简单地生产大直径、高纯度没有位错或者晶格缺陷程度特别低的单晶，它们广泛用于生长各利半导体晶体。

近几年来，需要较大直径较高纯度并具有氧浓度含量和杂质浓度均匀的单晶，业已各种方式改良这种提拉生长技术以满足这些需要。

前述目的提拉生长技术的改进之一是一种应用连续磁场的提拉技术(下文记作CMCZ)，其中使用双坩埚。这种方法的特点是，通过外加磁场于坩埚内部的半导体熔体，抑制半导体熔体对流，以此方式，使得生长的单晶其单晶棒具有良好的无滑移(位错)比，并且对氧浓度含量有特别良好的控制；还有，通过许可连续供应原料到内外坩埚之间的位置能够简单生产半导体材料的长单晶。结果，认为这种方法是得到半导体材料的大直径长单晶的最好方法之一。

图12是JP4-305091A报导单晶硅提拉装置的一个实例，其中采用上述CMCZ技术。在这种单晶提拉装置1中，双坩埚3、加热器4和原料供应管位于空心气密舱室2内，磁体6位于舱室2外部。

双坩埚3包括石英(SiO₂)制造的近似半球形外坩埚11和石英制造的内坩埚12，其中一个圆筒状部件装配在外坩埚11之内。内坩埚12侧壁具有多个连接小孔13将内外坩埚12和11之间的区域连接，即11(原料熔化区)和内坩埚12内部(晶体生长区)。

双坩埚3安置在坩埚托115上，座落在位于舱室2底部中央的纵轴14上，可以在水平方向以特定的角速度绕轴14旋转。双坩埚3里面储存半导体熔体21(产生半导体单晶的原料，通过加热熔化)。

加热器4加热并熔化坩埚里面的半导体原料，还保持由此产生半导体熔体21的温度。通常使用电阻加热。原料供应管5用来连续注入特定容积的半导体原料22至内外坩埚11和12之间的半导体熔体的表面。

磁体6用来外加磁场到双坩埚3内部的半导体熔体21，在熔体21内产生劳伦兹力，从而进行半导体熔体21之内的对流控制，氧浓度控制和表面振荡的抑制等等。

通过上述原料供应管5供应原料22的实例包括多晶硅，它已通过粉碎器粉碎成碎片形式，或者用热分解将气态原料沉积成多晶硅颗粒；如果必要，可进一步供应公知掺杂剂的元素添加剂，诸如硼(B)(在制备P型单晶硅的情况)和磷(P)(在制备N型单晶硅的情况)。

在砷化镓(GaAs)的情况下，同前述方式操作，但是所用元素添加剂或者是锌(Zn)或者是硅(Si)。

上述单晶提拉装置1中，籽晶25从提拉轴24起悬挂并位于内坩埚12上方且覆盖轴线，半导体单晶26在半导体熔体21表面上方围绕籽晶25的核生长。

然而如JP63-303894A所公开的，这种类型的单晶提拉装置中，单晶生长首先需要诸如多晶硅块料的多晶原料熔化，所得半导体熔体21储存在外坩埚11之内，随后通过将内坩埚12定位于外坩埚11上方之后将其下降安置在外坩埚11上形成双坩埚3。

熔化多晶硅原料之后形成双坩埚3的理由是为使多晶硅原料进行完全熔化，以便得到半导体熔体21，外坩埚11之内原料的温度需要使用加热器4来提高到比单晶生长温度更热的温度。另一方面，如果内坩埚12在熔化步骤之前就配置在外坩埚上，则发生内坩埚12的巨大热形变。

所以，通过完全熔化原料之后将内坩埚12配置到外坩埚11并随之降低加热器4施加的热，避免了初始原料熔化步骤所需要的高温，抑制了内坩埚12的形变。

另外，内坩埚12的连接小孔13设定为预定孔径小到足以保证添加原料时，半导体熔体21仅仅从外坩埚11流入内坩埚12。这种限制的理由是，如果小孔13的小孔而积太大，则发生因对流使半导体熔体能够从晶体生长区回流到原料熔化区的现象，晶体生长期间掺杂浓度的控制和熔体温度的控制将有问题。

但是在连接小孔直径太小的情况下，半导体熔体难以从内坩埚12的外面自由流动到其内，因此使内坩埚12内外之间半导体熔体水平面的差距更加扩大，在系统试图纠正该水平面差距时则会产生振动，顺次对单晶生长产生有害影响。

所以，上述连接小孔13的直径必须设定的范围是，充分小到防止半导体熔体21从内坩埚12里面同流到外面，和充分大到防止加大内坩埚12内与外的半导体熔体水平面差距，这二者之间。

然而在类似于上述单晶提拉装置中，存在以下类型的问题。

半导体熔体21在外坩埚11内储存后，在外坩埚上安装内坩埚12形成双坩埚，就会产生这样的机会，诸如氩气气体(用其作惰性气体气氛)的气泡A将吸附在内坩埚12的多个连接小孔13上，如图13B所示。气泡A以此方式吸附的这些连接小孔13中，小孔的有效直径变窄，增大熔体流动阻力，阻碍半导体熔体从外坩埚11通过连接小孔13流动到内坩埚12。即连接小孔的直径变得比上述合适的直径范围更窄，单晶生长变得有问题。

另外，如果加大连接小孔直径，可以料到吸附气泡A的影响减小，但是正如以上所述，对连接小孔13的直径有个上限，限制直径的量增大了。

本发明考虑上述问题，旨在提供一种装置控制吸附安装内坩埚期间形成的气泡，并允许稳定地提拉大直径长单晶。

根据本发明的一个配置，提供一种单晶提拉装置，包括：储存半导体熔体的外坩埚，和一个圆筒形内坩埚，内坩埚充当安装在所述外坩埚之内的部件因之形成双坩埚，所述内坩埚含有形成双坩埚时生成的连接部分以便允许所述半导体熔体流动进入所述内坩埚，以及所述连接部分包含去除吸附到连接部分上气泡的装置。

按照这种单晶提拉装置，容易吸附气泡的连接部分具有气泡去除装置，则不大可能使气泡留存在连接部分，因此能够稳定地提拉大直径长单晶。

按照这种配置采用一种技术，其中连接部分具有气泡去除装置，包括在内坩埚底端边缘形成的开口部分。

根据这种单晶提拉装置， 由于具有气泡去除装置的连接部分不是由内坩埚壁的连接小孔构成，而是由开口部分构成，那么，当内坩埚底端边缘接触半导体熔体时，半导体熔体会立即流入底部开口部分，并且在内坩埚插入半导体熔体时，半导体熔体将逐步浸入开口部分迫使开口部分内空气气泡离开，因此防止气泡吸附到开口部分。

另外，开口部分优选包括一个逐渐变窄在顶部成尖锥的尖锥部分。

根据这种单晶提拉装置，由于开口部分含有尖锥部分，横跨开口部分底端边缘的宽度比较大，例如比没有尖锥部分的简单矩形开口部分的大，而且开口部分的小孔面积还保持同样数值。结果，因为开口部分底端边缘是生成双坩埚期间首先接触半导体熔体的部分，它可以设置宽范围值，则半导体熔体将容易地浸入开口部分，也更容易发生迫使吸附在开口部分内气泡离去的过程。

而且，跨越开口部分底端边缘的宽度优选设定尽可能大的宽度。

按照这种单晶提拉装置，由于开口部分底端边缘的宽度设定得尽可能宽，则在生成双坩埚时，首先接触熔体进入半导体熔体浸入的位点是开口部分底端边缘，它又是尽可能的宽，半导体熔体容易地进入开口部分，甚至更加容易地让任何吸附的气泡离去。

另外，开口部分优选在其底部含有垂直向上的部分。

因为形成双坩埚的开口部分直接接触外坩埚和高温半导体熔体，容易发生热形变。但是对于这种单晶提拉装置，由于开口部分底部由垂直向上的部分构成，开口部分的周边则在垂直方向就有了虽度。所以，即使开口部分在热情况下强度较差也不大可能发生形变，特别是在垂直方向，则保持了形状。

还有，内坩埚优选至少在开口部分底部周边具有加厚部分，比其他部分更厚。

如上所述，生成双坩埚的开口部分可特别容忍热形变，而且按照这种单晶提拉装置，由于在其开口部分底端边缘周边具有比其他部件更厚的加厚部分，而且是最接近外坩埚的部分，加厚部分比其余部分强度更大。结果，即使开口部分在热情况下启动较差，仍不大可能发生形变，则保持了形状。再者，为了增加开口部分整体强度，要求不仅在底端边缘加厚，而且开口部分整个周边都要加厚。

另外，外坩埚优选行个倾斜向内的倾斜表面，而且内坩埚用底端边缘接触倾斜表面，底端边缘的外周边表而是朝向底端边缘内侧倾斜的斜锥表面。

如上所述，生成双坩埚的开口部分可容忍热形变，而且根据这种单晶提拉装置，由于内坩埚底端边缘外周边是锥形表面，内坩埚底端边缘的外周边以全部表面接触外坩埚内壁，由此支承内坩埚。结果，放置在内坩埚底端边缘的净重被整个表面接触而分散，使底端的任何热形变得到减小，则在底端边缘上的开口部分形状得到保持。

还有，因为内坩埚底端边缘的外周边表面与外坩埚内表面是全部表面接触，改良了与外坩埚的粘附。所以，例如即使安装内坩埚期间有位置偏移，也不大可能加大内坩埚底端边缘和外坩埚之间的间隔。

按照上述实施方案，外坩埚在其内表面有个向内倾斜的倾斜表面，内坩埚在侧壁有连接小孔起连接部分的作用，以便在生成内坩埚时让半导体熔体进入内坩埚之内，以及用作气泡去除装置的连接小孔，至少在小孔的上部边缘部分的尖锥部分，其厚度逐渐向下尖窄。

根据这种单晶提拉装置，由于连接小孔的上部边缘由尖锥部分构成，形成双坩埚和内坩埚浸入半导体熔体时，该尖锥部分起气泡去除装置的作用，可防止气泡吸附在连接小孔上，这是因为浸入连接小孔的半导体熔体迫使吸附的气泡离开，而上部尖锥部分的作用是引导所有气泡离开。

另外，由于连接小孔上部边缘的前边是尖窄的，气泡和整个连接小孔的前边之间的接触面积减小，在半导体熔体浸入小孔时就构成简单的气泡去除。

再者，根据上述实施方案，内坩埚具有开口部分，它是在形成双坩埚时于内坩埚底端形成的连接部分，并且让半导体如流入内坩埚里面；还具有开口部分，开口部分这是在其上部边缘部分具有厚度逐渐向下尖窄的尖锥部分。

根据这种提拉单晶装置，开口部分上部边缘部分由尖锥部分构成，当内坩埚底端边缘接触半导体熔体时，半导体熔体立即流入开口部分底部，并且半导体熔体逐渐浸入开口部分，迫使任何气泡向上。由于在开口部分的尖锥的上部部分这一点引导出气泡，就可防止气泡吸附到开口部分。

另外，因为开口部分上部边缘部分的前边宽度尖窄，上部部分的前边和气泡之间的接触表面区域减小，半导体熔体浸入开口部分期间容易促进气泡的去除。

一旦将内坩埚安装在外坩埚之内生成双坩埚，开口部分形成连接部分，就可令半导体熔体流入内坩埚之内。

另外，如果上部边缘部分含有倾斜表面，从内坩埚外表面朝向内表面向内朝向连接小孔或者开口部分倾斜，这是优选的。

根据这种单晶提拉装置，由于连接小孔或开口部分的上部边缘部分含有从内坩埚外表面到内表面倾斜向下的倾斜表面，在形成双坩埚时，任何气泡被半导体熔体推出去，被倾斜表面引导出内坩埚。结果，抑制了气泡流入内坩埚晶体生长区之内的流动。

图1是本发明单晶提拉装置第一个实施方案的剖面图；

图2A和2B分别是本发明单晶提拉装置第一个实施方案的内坩埚透视图和内坩埚基本元件正视放大图；

图3是本发明单晶提拉装置第二个实施方案内坩埚的正视图；

图4是本发明单晶提拉装置第二个实施方案外坩埚和内坩埚基本元件的放大剖视图；

图5是本发明单晶提拉装置第三个实施方案内坩埚放大剖视图；

图6是本发明单晶提拉装置第四个实施方案的剖视图；

图7是本发明单晶提拉装置第四个实施方案内坩埚的透视图；

图8A和8B分别是本发明单晶提拉装置第四个实施方案内坩埚正视放大图和8A正视图所示沿X-X线剖视图；

图9A和9B分别是本发明单晶提拉装置第五个实施方案内坩埚基本元件的正视放大图和9B正视图所示沿Y-Y线的剖视图；

图10是本发明单晶提拉装置第六个实施方案内坩埚的透视图；

图11A和11B分别是本发明单晶提拉装置第六个实施方案内坩埚基本元件的正视放大图和11A正视图所示沿Z-Z线的剖视图；

图12是与本发明相关的常规单晶提拉装置的剖视图；

图13A和13B分别是与本发明相关的常规单晶提拉装置内坩埚的透视图和基本元件的正视放大图。

参照图1和2本发明第一个实施方案的详述如下。这些图中。数字31代表硅单晶提拉装置，32是开口部分，33是内坩埚。

按照第一个实施方案的单晶提拉装置31，事先说明如现有技术单晶提拉装置1的其中含有连接小孔的内坩埚12，用含有开口部分的内坩埚33替代，如图1所示，与此同时，图1与图12相同的那些部件用同样数字表示，其说明忽略。

单晶提拉装置31采用双坩埚，其中，如图2A所示石英制造的圆筒形内坩埚33安装在储存半导体熔体21的外坩埚上。

内坩埚33在其底端具有两个开口部分32，位于坩埚轴线相对的两侧。开口部分32构成连接部分，形成双坩埚时令半导体熔体21从内坩埚33外流入其内。

开口部分32在其底端有垂直向上的向上部分32A，和开口部分顶部的尖锥部分32B，其中的宽度逐渐狭窄在顶部成90°锥，如图2B所示。

另外，跨越开口部分底端的宽度W被设定到最大值。

跨越开口部分32底端的宽度W设定为5mm或更大。如果底端宽度W小于5mm，难于使半导体熔体21从外坩埚11流入内坩埚33之内，并且会加大内坩埚33内外熔体水平面的差距。

另外，出于考虑半导体熔体21从内坩埚33返回到外坩埚11的情况底端宽度W特别合适的值是0.050＜W/φ＜0.055，其中φ是内坩埚33的直径。

还有，设定全部开口部分32的总小孔面积S值范围是W²/2≤S≤2W²。如果该值低于这个范围下限，自开口部分流动的半导体熔体21不足以维持单晶生长，并且加大内坩埚33内外熔体水平面的成问题的差距。

结果，开口部分32的数目和单一开口部分32的小孔面积，由总小孔面积S和底端宽度W设定的值来决定。

现在详述使用本发明单晶提拉装置第一个实施方案生长诸如硅的半导体单晶的方法。[起始原料熔化步骤]

首先，将预定容积诸如多晶硅的半导体原料置于外坩埚11，用真空泵等抽空舱室2产生真空。其次，引入惰性气体如氩气(Ar)在舱室2内，以轴14在水平面以恒定的角速度绕轴线旋转方式使外坩埚11随之以恒定的角速度旋转，然后激活加热器，将外坩埚11内的原料加热到超过单晶生长温度以完全熔化原料。[双坩埚形成步骤]

原料完全熔化后稍微减少施加给加热器4的热量，降下内坩埚33进入半导体熔体2 1并安装在外坩埚11上与其连接形成双坩埚。

在这个阶段，由于内坩埚33不含有连接小孔而含有开口部分32，内坩埚33底端一接触半导体熔体21之时，半导体熔体21就立即流入开口部分32底部内，并且半导体熔体21逐渐一直浸入开口部分32，迫使气泡离去，因此防止任何气泡吸附到开口部分32。另外，当内坩埚33安装在外坩埚11上形成双坩埚时，开口部分32形成连接部分让半导体熔体21流入内坩埚。

因为开口部分32包括尖锥部分32B，与不含有尖锥部分的简单矩形开口部分相比，底端宽度W就可设定为较大值，开口部分的小孔面积仍维持在相同值。即因为每个首先接触半导体熔体21的开口部分32底端宽度可设定为大的数值，半导体熔体浸入开口部分32十分容易，使得易于迫使任何吸附的气泡离去。

况且由于开口部分32的底端宽度设定到最大值，首先接触半导体熔体21的每个开口部分32底端，也具有最大宽度，使得去除任何吸附的气泡更加容易。[单晶生长步骤]

形成双坩埚后，使电流通过磁体6施加预定强度的磁场，调节加给加热器4的电功率使得半导体熔体21中央区域23的表面温度保持在单晶生长温度，其后，悬挂在提拉轴24的籽晶25接触半导体熔体21，围绕籽晶25的核生长导体单晶26。这样，制备无位错籽晶之后，单晶的直径逐步加大而得到特定直径的单晶半导体26。

在这种单晶生长工艺中，包括粒状硅的原料22，以和半导体单晶26的生长速度(提拉速度)成比例的数量，连续添加到系统(如需要也可添加掺杂剂)，这种添加的原料在外坩埚11内，内坩埚33之外熔化，通过构成连接部分的开口部分32而连续供应到内坩埚33之内。上述方法可用于生长半导体单晶26。

上述双坩埚配置中，开口部分32底端由向上部分32A构成，所以尽管开口部分直接接触高温外坩埚口时热影响大，因为开口部分在垂直方向具有的强度大，即使在热情况下削弱，仍不大可能在垂直方向发生热形变，则保持了形状。

现在参看图3和4详述本发明第二个实施方案。这些附图中数字41代表内坩埚，42代表开口部分。

与第一个实施方案的差别在于，第二个实施方案中内坩埚41底端外表面41A由锥形表面构成，倾斜向下朝向内边缘。即，内坩埚41的定位是，底端在外坩埚11内接触其倾斜表面，底端的外表面41A由匹配倾斜表面的锥形表面构成并且整个表面接触倾斜表面，因此支承内坩埚41。结果，放置在内坩埚4 1底端边缘的净重被整个表面接触而分散，降低底端的任何热形变，则在底端边缘上的开口部分形状得到保持。而且开口部分42类似于第一个实施方案的开口部分32，含有一个向上部分42A和尖锥部分42B以及向上部分的周边由锥形化表面构成。

另外，由于内坩埚41底端的外表面41A整个表面接触外坩埚11的内表面，改良了与外坩埚11的粘附。所以，例如即使安装内坩埚41期间位置发生偏移，仍不大可能加大内坩埚41底端和外坩埚11之间的间隙。

现在参看图5详述本发明第三个实施方案。图中数字51代表内坩埚，52代表开口部分。

第三个实施方案与第个实施方案的差别在于，第三个实施方案的内坩埚51中，开口部分52底端周边由加厚部分51A构成，其中坩埚壁也比其他部分加厚。即，最邻近外坩埚11的开口部分底端周边由加厚部分51A构成，加厚部分51A比其余部分有加大的强度。结果，即使开口部分在热情况下削弱，也不大可能发生热形变，保持了其形状。还有，开口部分52类似于第一个实施方案的开口部分32，含有一个向上部分52A和尖锥部分52B以及向上部分的周边相符于加厚部分51A。

现在参看图6-8A，8B详述本发明第四个实施方案。图中数字131代表硅单晶提拉装置，132代表连接小孔和133代表内坩埚。

根据第四个实施方案的单晶提拉装置131，事先说明现有技术使用的、单晶提拉装置1实例中的内坩埚12，它含有连接小孔13，被内坩埚133替代，该内坩埚133中连接小孔132的形状不同于连接小孔13的形状，如图6所示，与此同时图6与图12中相同的元件以相同数字代表，其说明忽略。

单晶提拉装置131使用种双坩埚结构，其中圆筒形石英制造的内坩埚133如图7所示，安装在外坩埚11里，外坩埚储存半导体熔体21。

内坩埚133在坩埚侧壁底部有三个连接小孔132，彼此绕中心轴线等距。按照这些连接小孔132，在小孔上半部的上部边缘部分132A由锥形部分构成，在该锥形部分坩埚壁朝向小孔132里面逐渐向下变得狭窄，而最小开口是环形。

上部边缘部分132A是锥形部分，其中内坩埚133的内外表面两者都是倾斜的，锥形部分的前边132B位于连接小孔132之内。

另外，连接小孔的小孔直径设定范围要保证不加大内坩埚133内外之间熔体水平的差距，不发生半导体熔体21从内坩埚之内回流到内坩埚133之外的逆流现象。

其次详述[双坩埚形成步骤]，其中使用本发明第四个实施方案单晶提拉装置进行生长多晶硅半导体的方法。[起始原料熔化步骤]和[单晶生长步骤]同以上第一个实施方案所述。[双坩埚形成步骤]

原料完全熔化后，稍微降低加热器4施加的热，降低内坩埚133进入半导体熔体21并安装在外坩埚11中与其连接形成双坩埚。

在这个阶段，由于每个连接小孔132上部边缘部分132A由锥形部分构成，当内坩埚133降低进入半导体熔体21时，可防止在连接小孔132上吸附气泡A，由于半导体熔体21浸入连接部分132，迫使任何吸附的气泡A向上，并且由锥形部分构成的上边缘部分132A引导气泡或者朝向内坩埚里面或者朝向外面离去。

此外，由于连接小孔132上边缘部分的前边132B变得狭窄，减小了气泡A和前边之间的接触表面面积，这就造成半导体熔体21浸入小孔时能简单地去除气泡A。

再者，单晶生长方法中，形成双坩埚后，包括粒状硅的原料22，以同半导体单晶26的生长速度(提拉速度)成比例的数量，连续添加到系统(如需要也可添加掺杂剂)，这种添加的原料22在外坩埚11内，内坩埚133之外熔化，通过连接小孔132而连续供应到内坩埚133之内。

现在参看图9A和9B详述本发明第五个实施方案。这些附图中数字141表示内坩埚，142表示连接小孔。

第五个实施方案与第四个的差别在于，第五个方案中内坩埚141每个连接小孔142的上边缘部分周围由上边缘部分142A和下边缘部分142B构成，两者都是锥形部分，在此坩埚壁逐渐向下朝向连接小孔142之内变得狭窄。

上边缘部分142A由朝向连接小孔142倾斜向内的倾斜表面142C构成，从内坩埚141外表面141A倾斜到内表面141B，并且下边缘部分142B由朝向连接小孔142倾斜向内的倾斜表面142D构成，从内坩埚141外表面141A倾斜到内表面141B。

这样，在形成双坩埚时，连接小孔142中任何气泡随半导体熔体21的流动而被上推，由上边缘部分142A的倾斜表面142C引导，因此被强迫离开内坩埚141。结果，抑制了气泡流入内坩埚之内的晶体生长区。

还有，由于不但每个连接小孔的上边缘部分142A，而且下边缘部分142B都是锥形，围绕边缘部分的前边的宽度狭窄，大大减小了气泡和前边之间的接触表面面积，则进而造成半导体熔体21浸入连接小孔时简单地去除气泡。

现在参看图10，11A和11B详述本发明第六个实施方案。附图中数字151代表内坩埚，152表示开口部分。

第六个实施方案与第五个的不同之处在于，让半导体熔体流入内坩埚的内坩埚151内连接部分不是连接小孔构成而是开口部分152。即内坩埚151在坩埚底部边缘含有两个开口部分，位于坩埚轴线相对的两侧，并且这些开口部分152构成连接部分让半导体熔体在形成双坩埚时流入内坩埚之内。

开口部分152在其底端具有垂直向上的向上部分152B，而且在开口部分顶部是尖锥部分152C，其中宽度逐渐变窄在顶部成90°，如图11A所示。

向上部分152B的周边部分152D和尖锥部分152C由锥形部分构成，逐渐向下朝向开口部分152内部变窄。

结果，由于每个这些连接部分152的周边部分152D由锥形部分构成，内坩埚151底部接触半导体熔体21时，半导体熔体21立即流入开口部分152底部，半导体熔体21逐渐浸入开口部分152，迫使任何气泡向上走。这样，由于气泡被开口部分的锥形周边部分152D引导出内坩埚151之外，防止了气泡吸附到开口部分152。

另外，内坩埚151安装在外坩埚11内时，开口部分152最小孔径的设定范围保证不加大内坩埚151内外之间的水平而差距，不会发生半导体熔体21从内坩埚151内回流到外的逆流。

此外，本发明还包括以下类型的实施方案。

(1)内坩埚33，41，51，133，141和151是圆筒形体，但是还可能是圆筒形外的形状。例如也可以是带有底面的封闭圆筒形的部件。

(2)开口部分32，42和52的向上部分每个由分别是32B，42B和52B的90°尖锥部分构成，但也可以是不同形状的尖锥部分。例如也可以是圆弧形状构成向上部分的开口部分。

(3)内坩埚33，41和5 1每个带有分别是32，42和52的两个开口部分，而带有一个或多于两个开口部分的坩埚也是可行的。另外，内坩埚133和141每个带有分别是132和142的两个连接小孔，而内坩埚151带有两个开口部分或者带有单独个连接小孔132、142，或者单独一个开口部分152，或者选择替代带有大于上述数目的坩埚也是可行的。特别是，如果增加坩埚直径生长更大直径的单晶，内坩埚带有多个连接小孔或开口部分是合乎要求的。

(4)可采用上述施加连续磁场的单晶提拉装置来实施CZ技术(CMCZ)，但条件是该装置使用双坩埚，也可使用其他单晶制备方法。例如连续加料CZ技术(CCZ技术)，其中不施加磁场，也是可行的。

(5)第三个实施方案中内坩埚51在内外表面都带有加厚突出部分51A，而在内外表面之一上带有加厚突部分也是可行的。但是为了增大开口部分52的整体强度，不仅在开口部分底部而且在开口部分整个周边都建立加厚突出部分，这是合乎要求的。

(6)连接小孔132的上边缘部分132A，连接小孔142的周边部分142A和开口部分152的周边部分152D全部由锥形部分构成，其中在其各自侧截面出现三角形状，但是锥形部分侧截面出现梯形也是可行的。

本发明产生以下效果。

根据本发明第一个实施方案，气泡容易吸附的连接部分具有气泡去除装置，不大可能使气泡留存在连接部分，因而能够稳定地提拉大直径长单晶。

根据这个实施方案，具有气泡去除装置的连接部分包括内坩埚底部上的开口部分，在形成双坩埚时，半导体熔体将任何气泡推出开口部分之外，则防止气泡吸附到开口部分，并抑制增加半导体熔体流经开口部分遇到的阻力。结果，连接部分的实际小孔面积保留在设定值，可生长优良单晶。

根据这个实施方案，通过在开口部分包括尖锥部分的方式，能够设定跨越每个开口部分底部边缘的宽度值，比没有尖锥部分简单矩形开口部分的宽度大，当生成双坩埚时，半导体熔体容易浸入开口部分，使得迫使任何吸附的气泡离去更加容易。

还有，如果跨越开口部分底部边缘的宽度设定到尽可能大的宽度，形成双坩埚时，半导体熔体容易浸入开口部分，使得迫使任何吸附的气泡离去更加容易。

而且，如果开口部分底部由向上部分构成，那么开口部分底部周边增大竖直方向的强度，即使开口部分在热情况下削弱，仍不大可能发生热形变，使形状得到保持。结果，能够抑制开口部分热形变造成的连接部分小孔面积的改变。

还有，通过在内坩埚壁的开口部分底部周边的最邻近外坩埚处，包括比其他部件厚的加厚部件方式，加厚部分的强度大于其余部分，即使开口部分在热情况下削弱，仍不大可能发生热形变，使形状得到保持。结果，能够抑制开口部分热形变造成的连接部分小孔面积的改变。

再者，如果内坩埚底部边缘的外周边表面由锥形表面构成，内坩埚底部边缘外周边表面将锥形表面以整个表面接触方式接触在外坩埚内壁上，从而支承内坩埚，使得底部边缘的任何热形变得到减小，位于底部边缘上开口部分的形状得到保持。

另外，由于内坩埚底部边缘外周边表面以整个表面接触外坩埚内表面，改良了与外坩埚的粘附，例如，即使安装内坩埚期间发生位置偏移，也不大可能加大内坩埚底部边缘和外坩埚之间的间隙，如此，能够抑制这种间隙造成连接部分小孔面积的 任何增加。

在本发明其他实施方案中，因为连接小孔上边缘部分由起气泡去除装置作用的锥形部分构成，则在生成双坩埚时，由于半导体熔体逐渐浸入连接小孔迫使任何吸附的气泡离去，上锥形部分引导任何气泡离去的作用，所以能够抑制气泡吸附到连接小孔。

此外，由于每个连接小孔上边缘部分前边的宽度狭窄，气泡和上边缘部分前边之间的接触面积减小，构成了气泡的简单去除。

结果，任何气泡容易从连接小孔离去，能够抑制增加半导体熔体流经连接小孔遇到的阻力，连接部分的实际小孔面积保留在设定值，可生长优良单晶。

在这些实施方案中，如果开口部分上边缘部分由锥形部分构成，那么形成双坩埚时，因为半导体熔体逐渐浸入开口部分迫使任何吸附的气泡离去，上锥形部分引导任何气泡离去的作用，所以能够抑制气泡吸附到开口部分。

还有，由于每个开口部分上边缘部分前边的宽度狭窄，气泡和上边缘部分前边之间的接触面积减小，构成了气泡的简单去除。

结果，任何气泡容易从开口部分离去，能够抑制增加半导体熔体流经开口部分遇到的阻力，形成双坩埚时，开口部分的实际小孔面积保留在设定值，可生长优良单晶。

再者，如果上边缘部分由倾斜表面构成，朝向连接小孔或开口部分从内坩埚外表面到内表面向下倾斜，形成双坩埚时，通过这些倾斜表面引导任何气泡并迫使它离开到内坩埚之外。结果，抑制了气泡流入内坩埚之内的晶体生长区，降低了这种气泡对晶体生长的影响。

Claims (10)

1.一种单晶提拉装置，其中半导体熔体储存在外坩埚内，作为部件的圆筒形内坩埚安装在所述外坩埚内而形成双坩埚，半导体单晶从所述内坩埚内的所述半导体熔体提拉，其特征在于所述内坩埚含有形成双坩埚时形成的连接部分，令所述半导体熔体流入所述内坩埚之内，所述连接部分结合去除吸附到连接部分气泡的装置。

2.根据权利要求1的单晶提拉装置，其特征在于结合所述气泡去除装置的所述连接部分包括在所述内坩埚底部边缘上形成的开口部分。

3.根据权利要求2的单晶提拉装置，其特征在于所述开口部分包括逐渐狭窄在顶部尖锥的尖锥部分。

4.根据权利要求2或3的单晶提拉装置，其特征在于跨越所述开口部分底部边缘的宽度设定到尽可能大的宽度。

5.根据权利要求2-4的任单晶提拉装置，其特征在于所述开口部分在其底部含有垂直向上部分。

6.根据权利要求2-5的任一单晶提拉装置，其特征在于所述内坩埚至少在所述开口部分底部周边有加厚部分，其厚度设定为比其他部分更厚。

7.根据权利要求2-6的任一单晶提拉装置，其中所述外坩埚在其内有向内倾斜的倾斜表面，其特征在于所述内坩埚通过底部边缘接触所述外坩埚的向内倾斜表面而定位，并且所述底部边缘的外周边表面是朝向所述底部边缘内部倾斜的锥形倾斜表面。

8.根据权利要求1的单晶提拉装置，其中所述内坩埚在侧壁有起所述连接部分作用的连接小孔，在形成双坩埚时令所述半导体熔体流入所述内坩埚之内，其特征在于所述连接小孔用作所述气泡去除装置，至少在所述连接小孔上边缘部分上采用锥形部分，其厚度朝向所述连接小孔内部逐渐尖窄。

9.根据权利要求2的单晶提拉装置，其中所述开口部分至少在其上边缘部分具有锥形部分，其厚度朝向所述开口部分内部逐渐尖窄。

10.根据权利要求8或9的单晶提拉装置，其中所述上边缘部分含有倾斜表面，朝向所述连接小孔或所述开口部分从所述内坩埚的外表面到内表面向内倾斜。

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