[發明專利]一種超導磁體和磁控直拉單晶設備

在審

• 申請號: 201910498579.1
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110136915A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 湯洪明;傅林堅;劉黎明;門玉娟
• 申請（專利權）人: 杭州慧翔電液技術開發有限公司
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01F6/04;C30B15/00;C30B33/04;C30B29/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發明實施例提供了一種超導磁體和一種磁控直拉單晶設備。該超導磁體，包括超導開關、超導線圈、線圈骨架和低溫恒溫器，所述超導線圈固定于所述線圈骨架上，多個所述超導線圈相互串聯。所述超導開關與所述超導線圈并聯，并固定于所述線圈骨架上。所述線圈骨架置于所述低溫恒溫器中，所述低溫恒溫器帶有制冷機。通過設置所述超導開關斷開和閉合，實現了各超導線圈和超導開關之間電流的閉合導通，以便撤走勵磁電源。本發明解決了現有磁控直拉單晶設備中超導磁體消耗電力成本和使用成本過大、生產單晶硅品質不佳、操作安全性低的問題。

技術領域

本發明實施例涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種超導磁體和磁控直拉單晶設備。

背景技術

單晶硅是晶體材料中的重要組成部分，廣泛應用于大規模集成電路、整流器、大功率晶體管、二極管、太陽能電池板等半導體制造領域。單晶硅的生產方法一般為直拉法，直拉單晶的工藝步驟為引晶，縮頸，放肩，等徑生長，收尾，出爐。而隨著半導體微電子器件和大規模集成電路等器件制造技術的迅速發展，對單晶硅的品質和尺寸要求越來越高，對半導體材料單晶硅的制備要求更為嚴格，在此背景下，磁控直拉單晶磁體成為生產單晶硅的主流。

磁控直拉單晶技術為：在常規的直拉單晶方法的基礎上，在單晶爐外側施加強磁場，對熔體的熱對流進行抑制，降低晶體的雜質含量，提高縱向和徑向雜質分布不均勻性，得到高品質的單晶體。隨著超導技術的發展，人們發現超導磁體能夠產生數倍于常規電磁鐵或永磁體的磁場，可以明顯降低熔體熱對流對單晶品質的影響，因此越來越多的磁控直拉單晶設備配置了磁控直拉單晶超導磁體。

現有技術中，用于磁控直拉單晶的超導磁體常為四線圈結構，一般采用的材料是NbTi(鈮鈦)超導線，也會采用MgB₂(二硼化鎂)制作超導磁體，包括低溫容器和制冷機。采用MgB₂制作超導磁體，解決了磁控直拉單晶用常導磁體系統復雜、功耗巨大、制冷成本高昂的問題。現有的用于磁控直拉單晶的超導磁體在使用時均需要勵磁電源持續供電，以維持磁場的穩定存在。

但由于用于大規模集成電路的硅單晶錠一般尺寸直徑300mm，長約2m，其等徑生長時間往往需要持續數天到一周時間，在這期間需要磁場的持續穩定，就需要勵磁電源的持續供電支持，耗費了大量的電力成本，一臺設備需要長時間占用一臺勵磁電源，也增大了使用成本。此外，勵磁電源的紋波會造成磁場波動，不利于磁場的穩定性，進而影響了生產的單晶硅的品質。再者，勵磁電源與電纜需要時刻與超導磁體連接，不利于單晶硅生產的空間布置和操作安全。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種超導磁體和磁控直拉單晶設備，以解決常規磁控直拉單晶超導磁體用電和使用成本高昂、磁場不夠穩定而影響單晶品質、電源占用空間等問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種超導磁體，用于磁控直拉單晶制備過程，所述超導磁體：包括超導開關、超導線圈、線圈骨架和低溫恒溫器；其中：

所述超導線圈的數量為一組或多組，固定于所述線圈骨架上，多個所述超導線圈相互串聯；

所述超導開關的數量為至少一個，與所述超導線圈并聯，用于在所述超導線圈經過勵磁電源勵磁到設定磁場時閉合，以連通各所述超導線圈形成閉合回路；

所述超導開關固定于所述線圈骨架的設定低磁場區域；

所述線圈骨架放置于所述低溫恒溫器中，所述低溫恒溫器帶有制冷機，用于制造滿足設定低溫條件的環境，以令所述超導線圈和所述超導開關處于超導狀態。

優選地，所述超導磁體還包括抱箍，所述抱箍用于固定所述超導線圈與所述線圈骨架。

優選地，所述低溫恒溫器的結構為液氦浸泡結構，所述超導開關為加熱式超導開關。