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三、沿革
MCZ的歷史與沿革NTD硅的歷史有相似之處。
很早以前就知道磁場(chǎng)能抑制導(dǎo)電流體的熱對(duì)流o .1937年，Hartmann用水銀研究了導(dǎo)電流體與磁場(chǎng)的關(guān)系。到四十年代，在天體物理學(xué)中，用電磁流體力學(xué)來研究天體中等離子體的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)人五十年代，電磁流體力學(xué)在熱核理論等領(lǐng)域得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。1966年，Chedzey等人〔to〕和Utech等人指出，用水平法生長(zhǎng)晶體時(shí)，可用磁場(chǎng)來獲得高質(zhì)量的InSb晶體。1970年，Witt等人提出橫向磁場(chǎng)中生長(zhǎng)直拉InSb晶體的報(bào)告。爾后，熔體的溫度波動(dòng)和設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)等問題難于解決，人們對(duì)MCZ法是否具有實(shí)用意義提出疑問。因此，一直看不到有關(guān)外加磁場(chǎng)生長(zhǎng)晶體的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，好像使人覺得這方面的研究工作已處于停頓狀態(tài)。從1980年開始，MCZ法開始復(fù)活，
從應(yīng)用于InSti晶體的生長(zhǎng)推廣到應(yīng)用于硅晶體的生長(zhǎng)，并獲得令人滿意的結(jié)果。據(jù)麻省理工學(xué)院的H.C.Gatos教授來華講學(xué)說，日本索尼公司就是用了他所研究的成果。這樣，1981年在明尼阿波利斯召開的國際第四屆半導(dǎo)體硅會(huì)議上，橫向磁場(chǎng)中生長(zhǎng)直拉硅晶體的工藝，以新的面目出現(xiàn)在半導(dǎo)體硅工業(yè)中，顯現(xiàn)其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。1982年，Keigo Hoshikawa在軸對(duì)稱垂直磁場(chǎng)中，生長(zhǎng)了無條紋的CZ硅單晶。目前有幾個(gè)公司正在研究和應(yīng)用這個(gè)方面。據(jù)報(bào)道，索尼公司應(yīng)用MCZ法生長(zhǎng)硅單晶，已進(jìn)入實(shí)用階段。
四、設(shè)備
近年來出現(xiàn)的MCZ法是一種很有前途的方法。
MCZ法又可細(xì)分為外加橫向磁場(chǎng)直拉(TMCZ)法和外加垂直磁場(chǎng)直拉(VMCZ)法兩種。.據(jù)H.C.Gatos說，只要對(duì)硅熔體施加磁場(chǎng)，就起到增大粘滯度的目的，從而抑制了對(duì)流，使生長(zhǎng)條紋有所減少。而且，TMCZ和VMCZ的效果一樣。
1.前者用電磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，后者用圓筒形螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng);
2.前者磁力線比較分散，后者磁力線比較集中;
3.前者放置在爐膛周圍，后者既可放在爐膛周圍，又可放在爐膛內(nèi)部;
4.前者設(shè)備龐大，造價(jià)高，后者造價(jià)較低，容易制造。
TMCZ的優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度大，特別適用于大容量CZ硅晶體的生長(zhǎng)。另一方面，常規(guī)TMCZ法中，對(duì)于生長(zhǎng)設(shè)備和晶體質(zhì)量，還有幾個(gè)問題有待解決。設(shè)備問題是:要有一套體積大而笨重的電磁鐵來產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，要有能經(jīng)受住所加磁場(chǎng)而不發(fā)生任何破裂的加熱器結(jié)構(gòu)，即加熱器電流方向也必須是水平方向，否則由于電磁作用力，會(huì)使加熱元件發(fā)生脹裂;晶體質(zhì)量問題是:由于熱磁效應(yīng)使生長(zhǎng)界面處產(chǎn)生軸向熱的不對(duì)稱性，它給生長(zhǎng)過程晶體形狀的控制帶來困難，并在晶體生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生周期性的旋轉(zhuǎn)條紋。VMCZ法解決了TMCZ法所存在的問題，與TMCZ比，它有如下特點(diǎn):
1.尺寸小、重量輕的螺線管可產(chǎn)生強(qiáng)而均勻的磁場(chǎng);
2.不需要調(diào)整常規(guī)CZ爐的熱區(qū)，就經(jīng)得住所加的強(qiáng)磁場(chǎng)。這是由于磁場(chǎng)方向與加熱電流方向平行所致;
3. 1000高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度就能有效地抑制熱對(duì)流，相當(dāng)于TMCZ磁場(chǎng)強(qiáng)度的三分之一;
4.晶體乳增禍的旋轉(zhuǎn)條件可自由選擇，以實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)界面的熱對(duì)稱和控制氧濃度。
外加磁場(chǎng)的直拉設(shè)備，基本上是在直拉爐上附加磁場(chǎng)裝置，只是要對(duì)設(shè)備的構(gòu)造和材料作新的考慮而已，即爐體各部件不應(yīng)使用導(dǎo)磁材料。多數(shù)情況下是把常規(guī)CZ爐稍加改造，加上磁場(chǎng)即可。
圖5三種CZ法代表性的軸向氧分布
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