磁场中直拉硅单晶的生长 一、引言 近年来，半导体硅工艺中，出现了一种令人注目的新工艺—外加磁场直拉(MCZ)法〔l〕
它给硅材料工业带来一大变革
半导体工业所用的硅单晶，几乎 90%是用 cZ法生长的
常规 cZ法生长的晶体中，氧主要来自石英钳锅，其浓度变化范围介于 4
0 x 10'0与 2
0 x 10`8原子/厘米”之间〔3,4)，随晶体生长的各种参数而变，其浓度上限接近于硅熔点时的饱和浓度
氧在硅晶体内的分布是不均匀的:沿晶体轴向，头部浓度最高，尾部浓度最低;沿晶体径向，中间浓度高，边缘浓度低
直拉‘硅单晶中氧起着有益的和有害的两种作用
’从有益方面来说，由于钉扎位错，增强了硅晶格，滑移得以延迟
通过沉淀氧化物和伴生位错网络，氧原子间接吸除易动性杂质;‘从有害方面来说，如果氧化物沉淀起因于初始氧浓度高的话，则通过硅一氧复合体产生施主，形成堆垛层错，并使片子翘曲
要是保持氧浓度小于 38PPma;就可减少这种有害作用
在 CZ晶体的生长期间，由于熔体存在着热对流，使微量杂质分布不均匀，形成生长条纹
因此，在拉晶过程中，如何抑制熔体的热对流和温度波动，一直是单晶生产厂家棘手的问题
为了抑制熔体的热对 VrL以降低熔硅与石英柑祸的反应速率，并使氧可控，从而生长出高质量的单晶，采用 Mcz法是行之有效的
二、原理 众所周知，用 CZ法拉制单晶时会发生如图 1所示的热对流
这种热对流的驱动力可用无量纲瑞利数 NRa来表示，加热器热对流氧硅熔体石英坩埚
图 1 CZ法中熔体的热对流与氧的分布 式中，a为熔体的热膨胀系数，g为重力加速度，al为熔体中两个极端位置间的温度差，D为熔体的直径(或高度)，为动粘滞度，k为热导系数
当装料量为 4
5~50公斤时，可算出瑞利数约为 10的7次方
无磁场时，临界瑞利数约为 2 x10的3次方
在实际估算的瑞利数大大超过临界
