[发明专利]单晶炉的磁屏蔽体结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造设备技术领域，涉及一种单晶炉的磁屏蔽体结构。

背景技术

随着半导体工业的发展，半导体器件生产对单晶的质量提出了更高的要求，特别是进入超大规模集成电路时代以来，对单晶的氧、碳含量、微缺陷以及杂质的均匀性要求更高。在直拉法生长硅、锗等单晶的过程中，由于热场形成的温度梯度，使融溶体产生的热对流是影响单晶质量的重要因素之一。因此，抑制热对流是提高单晶质量重要途径之一。现有技术通常采用给坩埚内熔体引入磁场的方法来模拟空间微重力环境，减小由温度梯度和重力引起的热对流、以及晶转、埚转引起的强迫对流的影响，改善晶体质量。勾形磁场是人们提出的一种较横向、纵向磁场更能有效抑制熔体对流的新磁场。电流型勾形磁场的功耗一般为几十个乃至上百个千瓦难以广泛应用。磁屏蔽体是磁场结构主要部分，其结构形式及参数对磁场产生效率具有很大影响。对磁屏蔽体的结构形式和结构参数进行研究分析具有重要意义。

现有磁屏蔽体为圆筒形，包括上下环形盖。磁屏蔽体是由DT4E型纯铁材料加工成的。由于DT4E型纯铁材料具有良好的导磁性，故其磁阻远远低于空气的磁阻，因此在两个螺线管线圈外部形成一个高导磁率的磁力线通路，线圈外部的磁力线几乎全部通过此通路从各自N极回到S极。这样虽然降低了磁阻减少了外部磁路的损耗，提高线圈内部磁场强度，而且减少了磁场对外部空间的泄露和对外部设备和人体的影响以及环境的污染，但是，由于螺线管线圈与磁屏蔽体上下环形盖之间存在一定距离，螺线管线圈与磁屏蔽体侧壁中心也存在一段距离，此部分空气的磁阻很大，因此使磁场对外部空间产生泄露，增大了外部磁路的损耗，降低了磁场效率，减小了线圈内部磁场强度，增大了磁场功耗。如今所使用的电流型勾形磁场是一种低电压、大电流、大功耗设备，其功耗一般为几十个乃至几百个千瓦，电压型勾形磁场功耗一般为十几个乃至二十个千瓦。电流型和电压型勾形磁场耗能都很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶炉的磁屏蔽体结构，可大幅度降低磁场功耗。

本发明的技术方案是，单晶炉的磁屏蔽体结构，包括设置在单晶炉炉体外的勾形磁场装置，勾形磁场装置包括套设在单晶炉炉体外的磁屏蔽体和设置在磁屏蔽体内的两个螺线管线圈，磁屏蔽体的内侧壁上设有第一导磁环。

本发明的特点还在于：

第一导磁环设置在磁屏蔽体上端与下端的中间位置。

第一导磁环的宽度为80－100mm，厚度为100－120mm。

磁屏蔽体的上下端分别设有环形上盖和环形下盖，环形上盖上设有第二导磁环，环形下盖上设有第三导磁环。

第二导磁环设置在环形上盖的内壁的下沿，第三导磁环设置在环形下盖的内壁的上沿。

第二导磁环、第三导磁环的宽度h为6－10mm，厚度s为60－80mm。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明在磁屏蔽体内壁及上下盖上设置导磁环，可有效减小磁回路的磁阻，提高了磁通量，降低了磁场的功耗。

2、本发明磁屏蔽体结构可用于电流型和电压性勾形磁场装置。经试验，本发明磁屏蔽体结构可使电流型和电压性勾形磁场装置的功耗相对于现有技术降低30-50%。

3、本发明磁屏蔽体结构简单，成本低，易于实现。

附图说明

图1是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构示意图；

图2是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的磁屏蔽体剖面视图；

图3是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的单晶炉结构示意图；

图4是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的磁场控制电路工作原理示意图；

图5（a）是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的坩锅内液面处磁力线分布图；

图5（b）是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的坩锅内z方向液体对应的磁场强度B_Z分布示意图；

图5（c）是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的坩锅内r方向液体对应的磁场强度Br分布示意图；

图6是本发明单晶炉的磁屏蔽体结构的径向磁场Br（坩锅侧壁中心处）随电流变化示意图；

图中，1.炉体，2.磁屏蔽体，3.螺线管线圈，4.第一导磁环，5.环形上盖，6.环形下盖，7.第二导磁环，8.第三导磁环，9.坩埚，10.石墨加热盘，11.熔体，12.石墨套，13.晶体。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。