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2020年第3期
goddess第47卷第3期Vol.47No.3
2020年3月Mar.2020
超导横向磁场在大尺寸半导体级单晶硅长晶中的应用
穆童
adhere（南京晶升能源设备制造有限公司，
江苏南京210000）摘要：随着半导体行业的发展，传统的Cusp 磁场（勾型磁场）
由于其耗能大，磁场强度低（<1000GS ）等特点，难以适用于大尺寸晶体的长晶需求。超导横向磁场，由于其采用超导材料，在低温下，磁场线圈电阻为0，即使磁场电流增大也不会产生发热，能到产生非常强的磁场强度
（>4000GS ），能够有效抑制硅液的纵向流动，
对提高长晶的成功率，降低晶体的氧含量有着显著的作用。通过实验，采用超导磁场用于32寸坩埚长晶，能够将晶体氧含量降低到5*1017atom/cc ，
能够有效降低氧含量，
提高晶体质量。关键词：半导体；单晶硅；实验随着半导体行业的发展，
半导体晶片的市场需求，从8英寸（1英寸=2.54厘米，下同）逐渐向12英
寸扩展，由于单晶硅生长的基本性质，
晶体头尾部分难以有效利用，坩埚尺寸在24寸级以下的半导
体级单晶硅长晶炉，
由于其坩埚尺寸小，单炉投料量少等原因，生长12英寸及以上半导体晶棒时，晶
棒有效长度非常短，
越来越难以适用于大尺寸半导体级单晶硅的生长。因此，大尺寸单晶硅生长，需要坩埚尺寸随之增大，目前坩埚尺寸已逐渐向28英寸和32英寸发展。
初三物理知识点传统的Cusp 磁场（勾型磁场）
通常采用的两组反向的多层线圈，通入冷却水进行冷却，但是由于
start up其采用的铜线圈，
磁场电流增大时，根据焦耳定律，将产生大量的热，造成大量的电能浪费。即便更换
超导材料，由于其线圈排布，
其磁场强度仍维持在一个很低的水平，通常小于1000GS ，难以适用于大
尺寸坩埚的长晶需求。而此时，
超导横向磁场，由于其采用超导材料，在低温下，磁场线圈电阻为0，即
使磁场电流增大也不会产生发热，
能到产生非常强的磁场强度（>4000GS ），能够有效抑制硅液的纵向
流动，对提高长晶的成功率，
汉译英在线翻译免费降低晶体的氧含量，有着显著的作用。因此，超导横向磁场，将会是目前大尺寸半导体级单晶硅长晶的最优选择。
letting go什么意思1理论依据
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MCZ 硅单晶生长（Magnetic Field Applied
报关行英文Czochralski Method ），是一种在传统CZ 硅单晶生长基础上，外加磁场，从而抑制晶体生长中产生的热
对流。在单晶硅长晶过程中，
熔液里的热对流对晶棒的品质影响非常大，特别是不稳定的热对流，很容易造成长晶固液界面的不稳定和掺杂的微观偏析现象。由于硅熔体具有导电性，因此在适当的磁
场之下，可以有效的抑制熔体的自然对流，
避免紊流的产生。
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在单晶硅生长中，
热场中的热量主要由侧面加热器产生，通过石墨坩埚传递给石英坩埚，再传导给熔体，熔体通过液面和晶体向上散热。通过热场结构，形成了坩埚内部外热内冷，下热上冷的情况，
由于物体热胀冷缩的基本性质，
下部温度高的熔体由于体积膨胀密度小会上浮，上方温度低的熔体密度大下沉，这种宏观区域的下沉上浮造成了熔体的流动现象。在坩埚内，熔体的自然对流是沿着熔体沿着坩埚壁向上流动，到了液面开始向中心流动。自然对流的程度可以用无量纲的格拉斯霍夫数Gr 或者瑞利数Ra 来表示：
G r ＝αg △TD
3
v k
2R a ＝
αg △TD 3
K s v k
在式中α为熔体的热膨胀系数，g 为重力加速度，ΔT 为硅熔体内的最大温差，D 为石英坩埚的内径或熔体高度νk 为熔体的粘滞叙述，K s 为熔体的热传导系数。从公式可以看出，当坩埚尺寸增大时，自
然对流的程度呈三次方的程度向上增长，
对于一个作者简介：穆童（1985-），男，湖北襄阳人，大学本科，主要研究
方向：晶体生长设备制造及长晶工艺开发。
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