CN101922041B - 硅单晶的拉制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从容纳在坩埚中的熔体拉制硅单晶的方法，其包括：将晶种浸入熔体；通过在一拉晶速度下从熔体抬高晶种使单晶在晶种上结晶；将单晶的直径拓宽至锥形部分中的定点直径，包括控制拉晶速度以在锥形部分中导致单晶生长前沿的曲率倒转。

Description

硅单晶的拉制方法
技术领域
本发明涉及从容纳在坩埚中的熔体拉制硅单晶的方法。在这一方法中，将晶种浸入熔体并抬高，熔体的材料在晶种上结晶以形成单晶。稳定阶段后，先拉制颈状部分，然后拉制锥形部分，在锥形部分拉制期间，生长中的单晶的直径逐渐拓宽。熔体不仅含有硅，通常也含有一种或多种掺杂剂，该掺杂剂需要进入单晶的晶格中以决定单晶的导电性。此外，熔体含有氧，氧从坩埚材料溶解并部分被单晶并入。单晶中含有的氧具有有利和不利的效果。含有氧的沉淀物(即所谓的BMD(bulk micro-defect，体内微缺陷))充当内部吸杂剂，它可以结合金属杂质，从而防止杂质妨碍电子元件的功能。另一方面，高氧浓度也促进有害的层积缺陷(所谓的OSF(oxidation-inducedstacking fault，氧化诱发的层积缺陷))的形成。因此希望控制单晶中的氧浓度并同样控制掺杂剂的浓度，使得它们至少在单晶的柱形部分内不偏离指定的狭窄的浓度范围，所述柱形部分用于生产半导体晶片，具有定点直径，并靠近锥形部分。
背景技术
单晶中的氧浓度可以多种方式影响，例如控制反应器中的气压、控制直通反应器的惰性气体的速度、控制熔体表面和封装单晶的热屏蔽的下端之间的距离、控制单晶和坩埚的转速、和控制向熔体施加的磁场强度。尽管可以使用这些控制措施，但从开始(即从单晶的柱形部分的开始)便获得指定浓度范围内的氧浓度存在问题。如果从单晶的柱形部分的开始处获得的半导体晶片不具有客户指定的氧浓度，则造成收率损失，这在单晶的直径较大且柱形部分较短时相应较为严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法，借助于该方法可以显著减少这样的收率损失。
该目的通过从容纳在坩埚中的熔体拉制硅单晶的方法来实现，该方法包括：
将晶种浸入熔体；
通过在一拉晶速度下从熔体抬高晶种使单晶在晶种上结晶；
将单晶的直径拓宽至圆锥曲线中的定点直径，包括控制拉晶速度以在锥形部分中导致单晶生长前沿的曲率倒转。
发明人研究发现必须对拉制单晶的锥形部分的阶段予以特别关注，以免在单晶的锥形部分开始处因缺少特定的氧浓度而导致收率损失。有必要控制晶种上生长的单晶的拉晶速度，以在锥形部分中实现单晶的曲率倒转。
优选地，在拉制单晶的锥形部分期间，拉晶速度先降低然后增大。
当拉制锥形部分时，特别优选将拉晶速度从初始速度降低至小于初始速度至少40％，优选为至少60％的较低拉晶速度，并再次将它从该较低拉晶速度升高至最终速度。最终速度将是达到定点直径时的拉晶速度。初始速度也优选高于最终速度。
此外，优选直到锥形部分的直径已达到定点直径的至少50％才在较低的拉晶速度下抬高晶种。
附图说明
下面借助于附图更详细地说明本发明。
图1和2显示根据本发明拉制的单晶的锥形部分。
图3显示根据图1和图2的单晶中的角度α和β的位置。
图4显示拉制锥形部分时的拉晶速度的曲线，参考定点直径为200mm的硅单晶的实施例。
具体实施方式
当沿着轴向切割单晶时，掺杂剂和氧的分离条带(segregation strip)显示生长前沿(growth front)的情况。该分离条带是由于熔体中的温度变化，由此掺杂剂和氧的浓度也沿着单晶的径向以更大或更小的程度变化。
如上所述减小和增大拉晶速度引起锥形部分的生长前沿的曲率的倒置。起初，朝向晶种看时生长前沿是凹的曲线。根据本发明，由于对拉晶速度的控制，仍在单晶的锥形部分中使生长前沿的曲率变凸。
图1表示晶种3、根据本发明拉制的单晶的锥形部分2和柱形部分1的开始。在晶种和锥形部分之间存在颈状部分。锥形部分的直径增大至定点直径，在向柱形部分过渡时达到定点直径。弯曲的分离条带5显示的生长前沿具有这样的形状：柱形部分中存在的分离条带的曲率在锥形部分中发生倒转。柱形部分中没有曲率的倒转。
根据图2的单晶和图1中的单晶的区别在于锥形部分2之上的第二部分4。当拉制重量大到晶种或颈状部分可能因重量负荷而扯开的单晶时，如果单晶在变粗部分未被固定系统支持，则这样的变粗通常是需要的。
为了进行所述方法，锥形部分2的轴向长度应当比为了将锥形部分的直径拓宽至定点直径所需的长度更长是有利的。因此，锥形部分优选具有不少于60°且不大于90°，特别优选不超过80°的顶角α。且从锥形部分2到柱形部分1的过渡处的外角β优选不少于5°且不超过25°。所述角度的位置展示于图3。
对于标称定点直径为200mm的单晶，锥形部分的典型的轴向长度优选为160到220mm；对于标称定点直径为300mm的单晶则优选为240到340mm。就标称定点直径超过300mm的单晶而言，锥形部分的轴向长度相应更长。
实施例：
根据本发明拉制标称定点直径为200mm的硅单晶。锥形部分区域中以初始速度(即V(rel))表示的拉晶速度的曲线显示于图4。锥形部分相对于定点直径的相对直径(即D(rel))作为横坐标绘制。
为了比较，在拉制锥形部分时以几乎恒定的拉晶速度拉制具有相同标称直径的另一单晶。在该单晶中，在柱形部分的开始处的区域不符合对氧浓度的预定要求。在根据图4拉制的单晶中不存在这样的收率损失。

Claims (7)

1.从容纳在坩埚中的熔体拉制硅单晶的方法，其包括：
将晶种浸入熔体；
通过在一拉晶速度下从熔体抬高晶种使单晶在晶种上结晶；
将单晶的直径拓宽至锥形部分中的定点直径，包括控制拉晶速度以在锥形部分中导致单晶生长前沿的曲率倒转，所述曲率倒转为从朝向晶种看时是凹曲线的生长前沿到凸曲线的生长前沿的曲率倒转。
2.权利要求1的方法，其包括：
将拉晶速度从初始速度降低到低于初始速度至少40％的较低的拉晶速度，然后将拉晶速度从所述较低的拉晶速度升高到最终速度，在此过程中抬高晶种直至达到定点直径。
3.权利要求2的方法，其特征在于所述最终速度小于所述初始速度。
4.权利要求2或权利要求3的方法，其特征在于直到锥形部分的直径已达到定点直径的至少50％才在较低的拉晶速度下抬高晶种。
5.权利要求1到3任意一项的方法，其特征在于使锥形部分具有不小于60°且不大于90°的顶角α。
6.权利要求1到3任意一项的方法，其特征在于从锥形部分到柱形部分的过渡处的外角β不小于5°且不超过25°。
7.通过权利要求1到6任意一项的方法生产的硅单晶。
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