CN103668435A - 制造硅单晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造硅单晶的方法，该方法包括：感应加热硅板；使所述硅板上的颗粒状硅熔化；将熔化的硅经由位于所述板的中心的流出管送至相界面，在此使硅单晶结晶；在感应加热所述板之前感应加热硅环，其中所述环位于所述板上，并且所述环的电阻率低于所述板；及使所述环熔化。

Description

制造硅单晶的方法
技术领域
本发明涉及制造硅单晶的方法，其包括如下步骤：感应加热硅板；使硅板上的颗粒状硅熔化；将熔化的硅经由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅单晶结晶。
背景技术
例如在DE102009051010A1中描述了此类方法，下面缩写为GFZ法。其是改变的区域提拉法(浮区法，FZ法)，与区域提拉法相比具有一些特别的区别。在GFZ法中熔化并结晶成为硅单晶的材料是颗粒状多晶硅，因此称为颗粒，而在FZ法中使用多晶硅料棒。为了熔化颗粒状硅并调节单晶的结晶，分别使用单独的感应加热线圈，而在FZ法中针对这两个目的使用一个共同的感应加热线圈。只有在GFZ法中通常使用板，在其上使颗粒熔化，并以熔化状态经由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅单晶结晶。
在GFZ法的初始阶段，仍旧阻塞的流出管部分地从下方熔化，从而使小体积的熔化的硅形成熔体液滴。熔化阻塞的流出管所需的能量由设置在板下方的感应加热线圈，提拉线圈，以感应方式输送。种晶从下方接触熔体液滴，又降低。在种晶与熔体液滴接触时形成的相界面处，在消除位错的阶段之后使硅单晶结晶。生长单晶所需的硅最初仅通过熔化流出管的阻塞部分进行供应，随后基本上通过熔化板上的颗粒及通过将所产生的熔体经由现在畅通的流出管送至相界面进行供应。熔化颗粒所需的能量由设置在板上方的感应加热线圈，熔融线圈，以感应方式输送至板和位于其上的颗粒。
硅是一种半导体，其在室温下几乎不导电。因此，只有在比较高的温度下才能有效地以感应方式加热硅。在DE4416543A1中与FZ法相关地建议，利用基座(感应元件)将硅预先加热至使硅的导电性明显大于室温下的导电性的温度，从而促进硅与感应加热线圈的感应耦合。
对于GFZ法无法使用此类感应元件，这是因为该感应元件的存在将会干扰单晶的结晶。
可以通过用p型或n型的电活性掺杂剂对硅进行掺杂，提高硅在室温下的导电性。合适的掺杂剂的例子特别是硼(p型)和磷(n型)。
因此，所述板即使在室温下也可以通过感应方式进行加热，条件是其具有相应的高浓度的掺杂剂。
其缺点在于，板中所含的掺杂剂在单晶生长期间会不受控制地由板进入单晶中。然而，通常期望单晶和由此制造的半导体晶片具有符合预定的规范并且不会由于不受控制的影响而改变的掺杂剂浓度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种克服所述缺点的GFZ法。
本发明涉及制造硅单晶的方法，其包括：
感应加热硅板；
使硅板上的颗粒状硅熔化；及
将熔化的硅经由位于所述板的中心的流出管(Ablaufrohr)送至相界面，在该相界面处使硅单晶结晶，其特征在于
在感应加热所述板之前感应加热硅环，其中所述环位于所述板上，并且所述环的电阻率低于所述板；及
使所述环熔化。
电导性环即使在室温下也可以与感应加热线圈耦合。一部分在所述环中产生的热量通过热传导输送至所述板，从而使所述板迅速达到能够与感应加热线圈有效地耦合的温度。所述环最后完全熔化，并以熔化状态连同其中所含的掺杂剂经由流出管送至生长的单晶，最后作为单晶的比较小的成分结晶。在所述环中所含的掺杂剂与此相关，无法进入单晶的主要部分，该部分是通过使颗粒熔化并在相界面处使熔化的颗粒结晶形成的。
所述板不包含任何电活性掺杂剂，或者比较少地进行掺杂。所述环的电阻率优选比所述板的电阻率小至少(不少于)90％。特别优选地，所述环的电阻率不大于80mΩcm，所述板的电阻率不小于1Ωcm。
所述环的尺寸小于所述板。所述环的外径长度优选比所述板的外径长度小至少(不少于)40％。所述环的内径长度优选对应于所述板的流出管的内径长度。所述环的厚度优选比所述板的厚度小至少(不少于)80％。
所述环优选切割自根据GFZ法或FZ法制造的单晶。所述板同样优选切割自根据GFZ法或FZ法制造的单晶。
下面依照附图阐述本发明。
附图说明
图1和2所示为适合于实施根据本发明的方法的装置特征的布置方式。
具体实施方式
除了例如由DE102009051010A1所公开的内容，还显示了位于板1上的环5，其借助设置在板1上方的上部感应加热线圈2进行感应加热。还显示了在板1的流出管4的下端借助下部感应加热线圈3产生熔体液滴之前的时刻。
实施例和比较例
根据本发明使用具有图1中所示的特征的装置制造硅单晶。
硅环位于外径为150mm且厚度为7mm的硅板上。所述环的外径为75mm，内径为35mm，环的厚度为0.7mm。所述环掺杂有电活性掺杂剂，电阻率为20mΩcm。所述板的电阻率为60Ωcm。
首先借助上部感应加热线圈加热高度掺杂的环，热量从加热的环传导至位于其下的板。在所述板达到约600℃的温度之后，所述板可以在几分钟内直接感应加热至硅的熔化温度范围内的温度，并实施GFZ法。
为了比较，在不使用所述环的情况下利用电阻率为30mΩcm的高度掺杂的板实施GFZ法。
所制的单晶的电阻率的轴向分布的研究表明，根据本发明制造的单晶显示出明显更均匀的分布，其更接近指定的电阻。

Claims (6)

1.制造硅单晶的方法，该方法包括：
感应加热硅板；
使所述硅板上的颗粒状硅熔化；及
将熔化的硅经由位于所述板的中心的流出管送至相界面，在此使硅单晶结晶，其特征在于
在感应加热所述板之前感应加热硅环，其中所述环位于所述板上，并且所述环的电阻率低于所述板；及
使所述环熔化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述环的电阻率不大于80mΩcm。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述板的电阻率不小于1Ωcm。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，所述环的外径小于所述板的外径。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述环的内径与所述流出管的内径相等。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，所述环的厚度小于所述板的厚度。
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