CN112469851B - 在单晶硅锭生产期间确定杂质积累的多个样品棒生长 - Google Patents

Abstract

本发明揭示其中从熔体生长多个样品棒的用于形成单晶硅锭的方法。测量与所述熔体或所述锭的杂质浓度相关的参数。在一些实施例中，所述样品棒各自具有小于产品锭的直径的直径。

Description

在单晶硅锭生产期间确定杂质积累的多个样品棒生长

相关申请案

本申请案主张2018年6月27日申请的第16/020,701号美国专利申请案的优先权，所述申请案的整个揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的领域涉及其中从熔体生长多个样品棒的用于形成单晶硅锭的方法。测量与熔体或锭的杂质浓度相关的参数。在一些实施例中，样品棒各自具有小于产品锭的直径的直径。

背景技术

单晶硅(其为用于制造半导体电子组件的大多数过程的起始材料)通常由所谓的丘克拉斯基(Czochralski)(Cz)过程制备，其中将单一晶种浸入到熔融硅中且接着通过缓慢抽出而生长。熔融硅在其容纳在石英坩埚中期间由各种杂质污染，所述杂质当中主要是氧。一些应用(例如先进无线通信应用、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)及低功率、低泄漏装置)需要具有相对高电阻率(例如1500ohm-cm(Ω-cm)或更大)的晶片。

高纯度多晶硅用于高电阻率锭生产。高纯度多晶硅可由来自坩埚、热区配置及/或在整个拉锭器中循环的过程气体的杂质污染。这些杂质可在运行时长内改变，此使高电阻率锭的生产复杂化且减少具有最小目标电阻率的锭的部分(例如，减少锭的“主”部分)。

需要允许随着时间相对快速地对多晶硅起始材料的杂质浓度或电阻率进行取样及/或允许在消耗相对小量的硅的情况下相对快速地测量杂质的用于制备高电阻率硅锭的方法。

本节希望向读者介绍可与在下文中描述及/或主张的本发明的各种方面有关的所属领域的各种方面。据信此论述有助于向读者提供背景信息以促成本发明的各种方面的较好理解。因此，应理解，这些陈述应在此意义上阅读且不作为现有技术的认可。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于从固持于坩埚内的硅熔体生产单晶硅锭的方法。将多晶硅添加到所述坩埚。加热多晶硅以引起硅熔体在所述坩埚中形成。从所述熔体提拉第一样品棒。所述第一样品棒具有第一样品棒直径。测量与所述第一样品棒及/或所述硅熔体的质量相关的第一样品棒参数。从所述熔体提拉第二样品棒。所述第二样品棒具有第二样品棒直径。测量与所述第二样品棒及/或所述硅熔体的质量相关的第二样品棒参数。从所述熔体提拉产品锭。所述产品锭具有直径。所述第一样品棒直径及所述第二样品棒直径小于所述产品锭的所述直径。

本发明的另一方面涉及一种用于模型化单晶硅锭的杂质浓度的方法。从安置于坩埚中的硅熔体提拉第一样品棒。所述第一样品棒具有小于100mm的第一样品棒直径。测量与所述第一样品棒的杂质含量相关的第一样品棒参数。从所述硅熔体提拉第二样品棒。所述第二样品棒具有小于100mm的第一样品棒直径。测量与所述第二样品棒的杂质含量相关的第二样品棒参数。至少部分基于所述经测量第一样品棒参数及所述经测量第二样品棒参数确定单晶硅锭的所述杂质浓度。

存在对于关于本发明的上文提及的方面阐述的特征的各种改善。同样，进一步特征还可被并入本发明的上文提及的方面中。这些改善及额外特征可个别或以任何组合存在。例如，下文关于本发明的任何所说明实施例论述的各种特征可单独或以任何组合并入本发明的任何上述方面中。

附图说明

图1是用于形成单晶硅锭的提拉设备的示意性侧视图；

图2是从硅熔体生长的样品棒；

图3是其中平坦片段形成于其表面上的样品棒；

图4是用于测量样品棒的电阻率的测量设备；

图5是用于测量样品棒的电阻率的I-V曲线；

图6是针对数个短锭的硅熔体的经计算硼/磷含量的散布图；

图7是在距晶种端的各个位置处的样品棒的电阻率的散布图；

图8是实例4的掺杂磷的短锭、样品棒及产品锭的电阻率的散布图；

图9是实例4的掺杂硼的短锭、样品棒及产品锭的电阻率的散布图；

图10是从P型类型改变到N型的实例4的短锭、样品棒及产品锭的电阻率的散布图；

图11是实例5的第一样品棒、短锭及第二样品棒的电阻率的散布图；及

图12是基于实例5的第一样品棒、短锭、第二样品棒及产品锭的电阻率计算的磷污染时间趋势。

贯穿图式，对应元件符号指示对应零件。

具体实施方式

本发明的布建涉及用于通过丘克拉斯基方法生产单晶硅锭的方法，其中生长多个样品棒以随着时间确定与熔体的杂质(例如，通过坩埚的溶解添加的杂质)相关的一或多个参数。在一些实施例中，参数用于预测随后生长的产品锭的杂质。样品棒具有小于产品锭的直径(例如，小于约150mm、小于约100mm、小于约50mm或小于约25mm的直径)。

根据本发明的实施例且参考图1，通过所谓的丘克拉斯基过程生长产品锭，其中从固持于拉锭器23的坩埚22内的硅熔体44撤出锭。拉锭器23包含外壳26，外壳26界定晶体生长腔室16及具有小于生长腔室的横向尺寸的提拉腔室20。生长腔室16具有从生长腔室16过渡到变窄的提拉腔室20的大体上圆顶形状的上壁45。拉锭器23包含入口端口7及出口端口12，其可用于在晶体生长期间将过程气体引入到外壳26及从外壳26移除过程气体。

拉锭器23内的坩埚22容纳从其撤出硅锭的硅熔体44。通过熔化被装填到坩埚22的多晶硅而获得硅熔体44。坩埚22安装于转盘31上，转盘31用于绕拉锭器23的中心纵向轴线X旋转坩埚22。

加热系统39(例如，电阻加热器)包围坩埚22用于熔化硅装料以生产熔体44。加热系统39还可在坩埚下方延伸，如第8,317,919号美国专利中展示。加热系统39由控制系统(未展示)控制，使得在整个提拉过程中精确地控制熔体44的温度。包围加热系统39的绝热体(未展示)可减少通过外壳26损失的热的量。拉锭器23还可包含在熔体表面上方的用于对锭屏蔽坩埚22的热以增加固体-熔体界面处的轴向温度梯度的热屏蔽组合件(未展示)。

提拉机构(未展示)附接到从所述机构向下延伸的提拉线24。机构能够将提拉线24升高及降低。取决于提拉器的类型，拉锭器23可具有提拉轴件而非线。提拉线24在提拉组合件58中终止，所述提拉组合件58包含固持用于生长硅锭的晶种6的晶种卡盘32。在生长锭时，提拉机构将晶种6降低，直到其接触硅熔体44的表面。一旦晶种6开始熔化，提拉机构便将晶种向上缓慢升高通过生长腔室16及提拉腔室20以生长单晶硅锭。提拉机构旋转晶种6的速度及提拉机构将晶种升高的速度(即，提拉速率v)由控制系统控制。

通过入口端口7将过程气体引入到外壳26中且从出口端口12撤出。过程气体在外壳26内产生氛围且熔体及氛围形成熔体-气体界面。出口端口12与拉锭器的排放系统(未展示)流体连通。

在此方面，图1中展示且本文中描述的拉锭器23是示范性的且可使用其它拉晶器配置及布置以从熔体提拉单晶硅锭，除非另外陈述。

根据本发明的实施例，在将多晶硅添加到坩埚22且操作加热系统39以熔掉多晶硅之后，从熔体提拉多个样品锭或棒。一般来说，多个样品棒具有比随后生长的产品锭小的直径(例如，小于约150mm、小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm)。在图2中展示实例样品棒5。棒5包含其中棒从晶种向外过渡并渐缩以达到目标直径的冠部21。棒5包含通过增加提拉速率而生长的晶体的恒定直径部分25或圆柱形主体或简称“本体”。样品棒5的主体25具有相对恒定直径。棒5包含其中棒在主体25之后在直径上渐缩的尾部或端锥29。当直径变得足够小时，棒接着与熔体分开。棒5具有延伸通过锭的冠部21及末端33的中心纵向轴线A。

在从熔体提拉第一样品棒之后，测量与第一样品棒及/或硅熔体的质量相关的第一样品棒参数。经测量参数可与棒的杂质组成相关，例如磷浓度、硼浓度、总杂质浓度、样品棒的电阻率或其它杂质浓度(例如，铝、镓、砷、铟、锑及类似者)。

根据本发明的实施例，在生产第一棒之后从熔体提拉第二样品棒。第二样品棒可具有与第一样品棒相同的直径及/或长度或可生产不同直径及/或长度的棒。测量与第二样品棒及/或硅熔体的质量相关的第二样品棒参数(例如，与杂质相关的参数)。第一样品棒参数及第二样品棒参数可为相同参数或如在其它实施例中，可为不同参数(例如，测量第一棒的杂质含量且测量第二棒的电阻率)。

第一样品棒及第二样品棒的生长条件可通常选自所属领域的技术人员可用的任何合适生长条件。样品棒可使用锁定晶种提升(即，固定提拉速度，其中直径变化例如+/-约5mm)或主动晶种提升(变化提拉速度以维持目标直径)生长。

在一些实施例中，在生长第一样品棒之后且在生长第二样品棒之前及/或在随后生长产品锭之前不添加多晶硅。替代地或另外，在一些实施例中，在第一样品棒与第二样品棒的生长之间不生长产品锭(例如，具有大于样品棒的直径的锭，例如200mm、300mm、450mm直径锭)。

在一些实施例中，第一样品棒及第二样品棒两者的直径小于约150mm或小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm或小于约20mm(例如，从约5mm到约150mm、从约5mm到约100mm、从约5mm到约50mm、从约5mm到约25mm或从约10mm到约25mm)。一般来说，通过沿着若干轴向位置(例如，如果棒具有冠部及/或渐缩端，那么在棒的恒定直径部分内)测量棒且对经测量直径求平均值(例如，跨长度测量2、4、6、10或更多个直径且求平均值)而测量棒5的直径。在一些实施例中，棒的样品的最大直径小于约150mm或小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm或小于约20mm(例如，从约5mm到约150mm、从约5mm到约100mm、从约5mm到约50mm、从约5mm到约25mm或从约10mm到约25mm)。

样品棒5可具有任何合适长度。在一些实施例中，棒(例如，在修剪之后)具有小于约300mm、小于约200mm或小于约100mm(例如，约25mm到约300mm)的长度。

在一些实施例中，与样品棒及/或硅熔体的质量相关的第一样品棒参数及/或第二样品棒参数可为与熔体的杂质相关的参数。举例来说，可测量样品棒的硼浓度、磷浓度、总杂质浓度或电阻率。

在一些实施例中，通过傅立叶(Fourier)转换红外光谱法(例如，低温FTIR)或通过光致发光而测量杂质浓度。此类方法允许测量相对低杂质浓度，例如高或超高电阻率应用的典型杂质(例如，小于1×10¹²个原子/cm³的杂质浓度)。方法可涉及整体净载体浓度确定(即，电阻率)或特定杂质(例如，硼或磷)的浓度。

在一些实施例中，测量第一样品棒及/或第二样品棒的电阻率。从拉锭器23移除棒5且处理棒5以允许测量电阻率。可例如通过使用线锯而移除锭的冠部及尾部。在一些实施例中，研磨棒5的经修剪端以修平所述端。可蚀刻(例如，混合酸蚀刻)棒端。棒5可经修改以包含欧姆接触件(例如在其第一端15及第二端17处的欧姆接触件)。举例来说，棒5的经切割端15、17可使用胶体银涂料喷涂且干燥。

在棒5的表面上形成平坦片段11(图3)。平坦片段11可沿着棒5轴向延伸。在一些实施例中，平坦片段11从棒5的第一端15轴向延伸到第二端17。在其它实施例中，平坦片段11仅沿着其长度部分延伸。

可通过例如凭借使用研磨垫(例如，金刚石粗粒垫)研磨样品棒5的表面而形成平坦片段11。在一些实施例中，平坦片段具有足以允许与电压探针接触的宽度(例如，约2到4mm)。可在电阻率测量之前例如通过使用去离子水清洗并干燥而清洁平坦片段11。

在一些实施例中，在测量电阻率之前，样品棒5经受快速热退火。快速热退火可通过解离填隙氧丛集而用作热施体消除循环(例如，热施体的消灭)。在一些实施例中，退火是在约500℃或更高、约650℃或更高或约800℃或更高(例如，500℃到约1000℃、从约500℃到约900℃或从约650℃到约1100℃)的温度下达至少约5秒、至少约30秒、至少约1分钟或至少约3分钟或更多(例如，从约5秒到15分钟、从约5秒到约5分钟或从约5秒到约3分钟)。

可从平坦片段11测量棒5的电阻率。在本发明的一些实施例中，驱动电流通过棒5且在沿着棒5的长度的一或多个位置处接触电阻率探针。可通过端15、17中的一者将电流施加到棒5。

在一些实施例中，将棒5固定于测量设备(例如图4中展示的设备43)内。测量设备43包含固定棒5的夹具51。夹具51具有朝向其第一端15固定棒5的第一支撑件53及朝向其第二端17固定棒5的第二支撑件55。支撑件53、55经配置以固持棒(例如，螺合用于调整及夹具)。支撑件53、55可接触棒5的经修剪端上的欧姆接触件。引起探针尖端61在棒的扁平平坦片段上接触棒5。使电流通过支撑件53、55且通过探针尖端61测量电压。沿着颈部5的轴线手动移动探针尖端61，其中在各点处测量所施加电流/电压。在所说明设备43中，手动移动探针尖端61。在其它实施例中，通过致动器移动探针尖端61。

图4的测量设备43是实例设备且可使用用于固定棒及/或测量棒的电阻率的任何合适设备，除非另外陈述。棒(例如，通常窄直径棒(例如小于100mm、50mm或小于25mm))及测量设备43的使用允许在不将棒切成晶片或锭块的情况下测量电阻率。

电阻率探针可为其中两个探针尖端与平坦片段11接触的双点探针。跨两个探针尖端测量电压差。举例来说，可使用双点探针根据标题为“用于使用两点探针的硅条电阻率的测试方法(Test Method for Resistivity of Silicon Bars using a Two-PointProbe)”的SEMI标准MF397-0812测量电阻率，所述标准为了全部相关及一致目的以引用的方式并入本文中。可使用2端子或3端子整流方法以确定晶体类型(即，N型或P型)。可根据标题为“用于非本征半导电材料的导电类型的测试方法(Test Method for ConductivityType of Extrinsic Semiconducting Materials)”的SEMI标准MF42-0316执行此类型确定，所述标准为了全部相关及一致目的以引用的方式并入本文中。2端子及3端子整流方法两者是用于非常高电阻率硅的稳健方法。

可在跨长度的各个点处测量电压。可使用经测量电压及样品长度及平均直径来例如通过确定电流-电压曲线的斜率而计算电阻率(例如，下文的实例1)。

在分析第一样品棒及第二样品棒(例如，测量例如杂质浓度或电阻率的参数)之后，可比较第一样品棒与第二样品棒的经测量参数。参数的差异提供关于熔体的质量的时间相依信息。举例来说，可测量参数改变的速率(例如，杂质浓度或电阻率随着时间的改变)。

可生长额外样品锭以提供与生长条件相关的进一步时间相关信息(例如，熔体的杂质)。在一些实施例中，从熔体提拉第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九及/或甚至第十样品棒(例如，其中各棒的直径小于约150mm、小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm或小于约20mm)。可测量与从熔体提拉的每一样品棒的杂质含量相关的样品棒参数。

在一些实施例中，第一样品棒及第二样品棒(及任选地，每一后续棒)具有相对低氧含量(例如小于约5.5ppma的氧含量)。在其它实施例中，每一样品棒的氧含量小于5.2ppma、小于5.0ppma、小于3.5ppma、小于约3ppma或甚至小于约2.5ppma。在一些实施例中，样品棒5无差排。

在一些实施例中，在生长样品棒之后从熔体生长产品锭。第一样品棒的直径及第二样品棒的直径小于产品锭的直径。举例来说，样品棒的直径可为小于产品锭的直径的0.75倍、小于产品锭的直径的0.50倍、小于约0.25倍或小于0.1倍。

在一些实施例中，棒5具有通常对应于在拉晶器中生长的产品锭的颈部部分的直径的直径。举例来说，棒可具有小于50mm、小于25mm或小于20mm的直径。

在一些实施例中，在产品锭的生长期间不添加多晶硅(例如，如在批量过程中)。可在生长产品锭且使用多晶硅重新装填坩埚之后生长额外样品棒。在其它实施例中，随着生长产品锭，将多晶硅添加到熔体(例如，如在连续丘克拉斯基方法中)。

可使用经测量第一样品棒参数及经测量第二样品棒参数以调整产品锭及/或从其它熔体(例如，在生长第一产品锭之后在坩埚中形成的第二熔体)提拉的一或多个后续生长的产品锭的生长条件。举例来说，可至少部分基于经测量第一样品棒参数及/或第二样品棒参数更改产品锭的生长条件。示范性生长条件包含热区配置、侧加热器功率、加热器几何形状、坩埚衬层厚度、掺杂剂浓度、杂质及掺杂剂蒸发、气流速率及/或腔室压力。在一些实施例中，第一样品棒参数及/或第二样品棒参数与坩埚溶解(例如，坩埚溶解期间的杂质输入)、热区污染或气流杂质相关。

在一些实施例中，至少部分从第一样品棒参数及第二样品棒参数确定(例如，模型化)与单晶硅锭(例如，从与样品棒相同的熔体提拉的产品锭或从第二熔体提拉的产品锭)的杂质含量相关的参数。举例来说，至少部分从第一样品棒参数与第二样品棒参数之间的差异的改变的速率确定产品锭的杂质浓度或电阻率。替代地或另外，可从模型确定与产品锭的杂质相关的参数，其中将第一样品棒参数及第二样品棒参数输入到模型中。一般来说，可使用所属领域的技术人员可用于预测产品锭的杂质的任何模型，例如使用熔体的杂质的时间相依改变的模型。

在一些实施例中，使用经测量第一样品棒参数及经测量第二样品棒参数来调整添加到多晶硅熔体的掺杂剂的量。可在生长第一样品棒之前将掺杂剂量添加到熔体且在生长第一样品棒之后且在生长第二样品棒之前添加掺杂剂量(例如，相同掺杂剂或不同掺杂剂)。在一些实施例中，在生长第二样品棒之后且在生长产品锭之前添加掺杂剂量。在其它实施例中，在第一样品棒及第二样品棒中的任一者的生长之前不添加掺杂剂。

从其提拉第一样品棒及第二样品棒及产品锭的多晶硅可为半导体级多晶硅。当使用半导体级多晶硅时，在一些实施例中，多晶硅具有大于4,000Ω-cm的电阻率且含有不多于0.02ppba的硼或磷。

在提拉样品棒且任选地，将掺杂剂添加到熔体之后，从熔体撤出产品锭。产品锭具有大于第一样品棒及第二样品棒的直径的直径(即，第一样品棒及第二样品棒的恒定直径部分的直径小于锭的恒定直径部分的直径)。产品锭可具有约150mm或如在其它实施例中，约200mm、约300mm或更大(例如，450mm或更大)的直径。

在一些实施例中，熔体相对纯及/或经补偿以实现相对高电阻率产品锭。在一些实施例中，产品锭具有至少约1,500Ω-cm或如在其它实施例中，至少约2,000Ω-cm、至少约4,000Ω-cm、至少约6,000Ω-cm、至少约8,000Ω-cm、至少约10,000Ω-cm或从约1,500Ω-cm到约50,000ohm-cm或从约8,000Ω-cm到约50,000Ω-cm的电阻率。替代地或另外，第一样品棒及第二样品棒可具有至少约1,500Ω-cm、或至少约2,000Ω-cm、至少约4,000Ω-cm、至少约6,000Ω-cm、至少约8,000Ω-cm、至少约10,000Ω-cm、从约1,500Ω-cm到约50,000ohm-cm或从约8,000Ω-cm到约50,000Ω-cm的电阻率。

相较于用于生产单晶硅锭的常规方法，本发明的方法具有若干优点。通过生长第一样品棒及第二样品棒且测量与熔体的杂质(例如，通过坩埚的溶解添加的杂质)的改变相关的参数，可随着时间确定时间相依信息(例如，杂质的改变)。通过生长具有相对小直径(例如，相较于具有200mm或更大的直径的产品锭，小于约100mm、小于约50mm或小于约25mm)的样品棒，可消除多晶硅在棒的生长之间的添加，其中消除归因于多晶硅添加的杂质的改变。此允许坩埚溶解及/或热区污染的杂质贡献效应分离。

相对小直径的样品棒消耗相对少量的熔体(例如，相较于可消耗15kg、20kg或50kg或更多的熔体的全直径短锭，少于1kg、少于0.5kg或约0.25kg或更少)且减少归因于取样过程(例如，分离)的杂质积累。可在对坩埚内的熔体深度具有可忽略的改变的情况下生产多个样品棒。可相对快速地(例如，相较于可涉及20小时、30小时、40小时或50小时的生长时间的全大小短锭，约12、10或甚至5小时或更少)生长样品棒。

在其中使用相对纯多晶硅来生产相对高电阻率产品锭的实施例中，转换红外光谱法或光致发光的使用可允许测量杂质含量(例如，硼及/或磷)。

在其中测量样品棒的电阻率以确定熔体及/或产品锭的杂质浓度及/或电阻率的实施例中，可通过四点或双点探针相对快速地(例如，8小时或更少或甚至6小时或更少)从棒直接测量电阻率以提供可随着时间归因于杂质积累而改变的几乎实时间接电阻率测量。

实例

通过以下实例进一步说明本发明的过程。这些实例不应被视为限制性意义。

实例1：从I-V曲线确定电阻率

(例如，例如使用图4的设备)轴向地测量样品棒的电压，其中记录经施加电流及经测量电压。图5展示所产生的I-V曲线。使用样品的几何形状及I-V曲线的斜率，确定样品的电阻率为6139ohm-cm。

实例2：熔体及经溶解坩埚壁中的经估计硼及磷含量

图6展示针对在产品锭生产之前生产的数个短锭的硅熔体的经计算磷/硼含量。基于电阻率行为的模型计算P/B，其中测量短锭的电阻率，将已知量的P/B掺杂剂添加到熔体且测量产品锭的电阻率。使用这些参数，可计算来自起始多晶硅装料且通过坩埚溶解的起始P/B的浓度。

在图6中展示的数据点中，10％到20％的数据点展示初始多晶硅装料的P/B含量的额外P/B含量，此指示硼及磷浓度通常受坩埚溶解影响。图6中的不清楚的时间相依性指示坩埚的贡献可因批次及过程时间而不同。

实例3：短锭对样品棒的比较

在类似于图1的提拉设备中生长具有约产品棒的大小的直径(例如，200mm提拉设备中的约200mm)的单晶短样品锭(“短锭”)。修剪晶体且使其经受混合酸蚀刻(MAE)。在800℃下使晶体锭块快速热退火达3分钟且进行研光。使锭块与四点探针接触以测量电阻率且在三个测量内求平均值。

在生长短锭之后在相同提拉设备中在锁定晶种提升模式中生长样品棒(“样品棒”)。棒的直径跨其长度变化且在17到23mm的范围内，其中平均值为20mm。修剪并研磨样品棒以形成从棒的一端延伸到另一端的扁平片段。在800℃下使棒快速热退火达3分钟。通过类似于图4中展示的设备的测量设备且使用双点探针测量锭的电阻率。在下文的表1中展示生长条件之间的差异：

	短锭	样品棒
			直径(mm)	207	～17-23
重量(kg)	31	0.11
			长度(mm)	250	200
过程时间(hr)	25	5
			电阻率样品制备时间	26	6
总时间(hr)	51	11

表1：针对直径为200mm的样品锭及直径为～17-23mm的样品棒的生长条件

在图7中展示跨样品棒的长度的经测量电阻率及来自样品锭的锭块的电阻率。

短锭的样品制备时间是26小时且涉及修剪、混合酸蚀刻、快速热退火、板片切割、研磨(例如，使用金刚石垫)、研光及使用4点探针的测量，而样品棒的样品制备时间是6小时且涉及修剪、混合酸蚀刻、快速热退火、磨平(使用金刚石垫)、研光及使用2点探针的测量。

实例4：硅熔体中的电阻率趋势

从硅熔体(针对N型磷掺杂)生长具有产品锭的相同直径(200mm)的短锭。接着生长具有约17mm的直径的样品棒，接着为产品锭。通过四点探针测量来自短锭及产品锭的锭块的电阻率。

切割样品棒的端且在棒上形成平坦片段。通过双点探针测量沿着样品棒的平坦片段的电阻率。在图8中展示锭块的电阻率及沿着样品棒的电阻率的改变。

针对P型掺杂的熔体(硼掺杂)生长短锭、样品棒及产品锭，其中进行相同电阻率测量。在图9中展示短锭的电阻率、沿着样品棒的电阻率的改变及产品锭的电阻率。

针对第二P型掺杂的熔体(硼掺杂)生长短锭、样品棒及产品锭，其中进行相同电阻率测量。在图10中展示短锭的电阻率、沿着样品棒的电阻率的改变及产品锭的电阻率。如图10中展示，在样品棒与来自产品锭的锭块之间，晶体类型翻转到N型。

如图8到10中展示，熔体的电阻率随着时间非处于稳定状态且产品锭电阻率受改变的杂质量(例如，来自坩埚的溶解)影响。样品棒的电阻率趋势匹配产品锭的电阻率。样品棒的电阻率的改变随着时间而非通过g值的改变变化，这是因为在样品棒的端之间具有g值的可忽略差异的情况下生长样品棒。以不同时间间隔生长多个样品棒将更好实现产品锭的晶种端电阻率标定及产品锭的经改进轴向电阻率。

实例5：如由多个样品棒展示的磷的积累

制备掺杂硼的硅熔体且从熔体提拉多个样品棒及短锭。生长第一样品棒(约17mm)，接着为短锭。在短锭之后生长第二样品棒(约17mm)。图11展示样品棒及短锭的电阻率。发生初始样品棒与短锭之间的类型改变。图12展示来自第一样品棒、短锭、第二样品棒及产品锭中的每一者的磷的经计算积累。如图12中展示，从第一样品棒到第二样品棒的瞬时改变更好估计随着时间在熔体中的磷积累。

如本文中使用，当结合尺寸、浓度、温度或其它物理或化学性质或特性的范围使用时，术语“约”、“大体上”、“基本上”及“近似”意味着涵盖可存在于性质或特性的范围的上限及/或下限中的变化，包含(例如)源自舍位、测量方法的变化或其它统计变化。

当介绍本发明或本发明的实施例的元件时，冠词“一(a)”、“一(an)”、“所述(the)”及“所述(said)”希望意味着存在一或多个元件。术语“包括”、“包含”、“含有”及“具有”希望为包含性且意味着除了所列举的元件之外，可存在额外元件。指示特定定向的术语(例如，“顶部”、“底部”、“侧”等)的使用是为了方便描述且不要求所描述项的任何特定定向。

由于可对上文构造及方法做出各种改变而不脱离本发明的范围，因此希望将上文描述中含有及附图中展示的全部事项解释为阐释性且非限制性意义。

Claims (33)

1.一种用于从固持于坩埚内的硅熔体生产单晶硅锭的方法，其包括：

加热所述坩埚中的多晶硅以引起第一硅熔体在所述坩埚中形成；

从所述第一硅熔体提拉第一样品棒，所述第一样品棒具有第一样品棒直径；

测量与所述第一样品棒及/或所述第一硅熔体的质量相关的第一样品棒参数；

从所述第一硅熔体提拉第二样品棒，所述第二样品棒具有第二样品棒直径；

测量与所述第二样品棒及/或所述第一硅熔体的质量相关的第二样品棒参数；

从所述第一硅熔体提拉第一产品锭，所述第一产品锭具有直径，所述第一样品棒直径及所述第二样品棒直径小于所述第一产品锭的所述直径；

加热所述坩埚中的多晶硅以引起第二硅熔体在所述坩埚中形成；以及

从所述第二硅熔体提拉第二产品锭，所述第二产品锭具有直径，所述第一样品棒直径和所述第二样品棒直径小于所述第二产品锭的所述直径，其中所述第一产品锭或所述第二产品锭的杂质浓度或电阻率至少部分由经测量第一样品棒参数和经测量第二样品棒参数之间的差异的改变速率而确定，所述第二产品锭的生长条件至少部分地基于所述经测量第一样品棒参数和/或所述经测量第二样品棒参数而更改。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数是相同参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数是不同参数。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数与所述第一硅熔体、所述第一产品锭或所述第二产品锭的杂质浓度相关。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述参数是选自由以下项组成的群组：所述样品棒的磷浓度、硼浓度、铝浓度、镓浓度、砷浓度、铟浓度、锑浓度、总杂质浓度、掺杂剂浓度及电阻率。

6.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在生长所述第一样品棒之后且在生长所述第二样品棒之前未将多晶硅添加到所述坩埚。

7.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中测量所述第一样品棒及所述第二样品棒的杂质浓度，所述第一样品棒及所述第二样品棒中的每一者的杂质浓度小于1×10¹²个原子/cm³。

8.根据权利要求7所述的方法，其中通过傅立叶变换红外光谱法或通过光致发光测量所述杂质浓度。

9.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其进一步包括至少部分基于所述经测量第一样品棒参数及/或所述经测量第二样品棒参数更改所述第一产品锭的生长条件。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述生长条件是选自由以下项组成的群组：热区配置、侧加热器功率、加热器几何形状、坩埚衬层厚度、掺杂剂浓度、杂质及掺杂剂蒸发、气流速率及腔室压力。

11.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使所述经测量第一样品棒参数及/或所述经测量第二样品棒参数与坩埚溶解、热区污染或气流杂质相关。

12.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数是所述样品棒的电阻率，通过使所述棒与电阻率探针接触而测量所述第一样品棒电阻率及所述第二样品棒电阻率。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

在所述第一样品棒上形成平坦片段，在所述平坦片段上测量所述第一样品棒的所述电阻率；及

在所述第二样品棒上形成平坦片段，在所述平坦片段上测量所述第二样品棒的所述电阻率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中每一平坦片段从所述样品棒的一端朝向所述样品棒的第二端轴向延伸。

15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将电流施加到所述样品棒以测量所述样品棒的电阻。

16.根据权利要求12所述的方法，其中通过测量设备固定每一样品棒，所述测量设备包括在使所述样品棒与电阻率探针接触时固持所述样品棒的夹具。

17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在测量所述样品棒的电阻率之前在热施体消除循环中使每一样品棒退火。

18.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一样品棒及所述第二样品棒的所述直径各自小于所述第一产品锭的所述直径的0.50倍，且所述第一样品棒及所述第二样品棒的所述直径各自小于所述第二产品锭的所述直径的0.50倍。

19.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一样品棒及所述第二样品棒各自具有小于300mm、小于200mm或小于100mm的长度。

20.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一产品锭和所述第二产品锭中的每一者具有至少1,500Ω-cm、或至少2,000Ω-cm、至少4,000Ω-cm、至少6,000Ω-cm、至少8,000Ω-cm、至少10,000Ω-cm、从1,500Ω-cm到50,000ohm-cm或从8,000Ω-cm到50,000Ω-cm的电阻率。

21.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述第一样品棒及所述第二样品棒各自具有至少1,500Ω-cm、或至少2,000Ω-cm、至少4,000Ω-cm、至少6,000Ω-cm、至少8,000Ω-cm、至少10,000Ω-cm、从1,500Ω-cm到50,000ohm-cm或从8,000Ω-cm到50,000Ω-cm的电阻率。

22.一种用于模型化单晶硅锭的杂质浓度的方法，所述方法包括：

从安置于坩埚中的硅熔体提拉第一样品棒，所述第一样品棒具有小于100mm的第一样品棒直径；

测量与所述第一样品棒的杂质含量相关的第一样品棒参数，所述第一样品棒参数选自由以下各项组成的群组：所述第一样品棒的磷浓度、硼浓度、铝浓度、镓浓度、砷浓度、铟浓度、锑浓度、总杂质浓度、掺杂剂浓度及电阻率；

从所述硅熔体提拉第二样品棒，所述第二样品棒具有小于100mm的第一样品棒直径；

测量与所述第二样品棒的杂质含量相关的第二样品棒参数，所述第二样品棒参数选自由以下各项组成的群组：所述第二样品棒的磷浓度、硼浓度、铝浓度、镓浓度、砷浓度、铟浓度、锑浓度、总杂质浓度、掺杂剂浓度及电阻率；以及

至少部分基于经测量第一样品棒参数及经测量第二样品棒参数之间的差异的改变速率确定单晶硅锭的所述杂质浓度。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数是相同参数。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述第一样品棒直径及所述第二样品棒直径各自小于50mm、小于25mm、小于20mm、从5mm到100mm、从5mm到50mm、从5mm到25mm或从10mm到25mm。

25.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其进一步包括：

从所述熔体提拉第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九及/或第十样品棒，每一样品棒的直径小于100mm；及

针对从所述熔体提拉的每一样品棒测量与所述杂质含量相关的样品棒参数。

26.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中至少部分从所述经测量第一样品棒参数与所述经测量第二样品棒参数之间的差异的改变速率确定单晶硅锭的所述杂质浓度。

27.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中从模型确定单晶硅锭的所述杂质浓度，将所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数输入到所述模型中。

28.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其进一步包括从所述熔体提拉产品锭，其中确定所述杂质浓度的所述单晶硅锭是从所述熔体提拉的所述产品锭。

29.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述熔体是第一熔体，所述方法进一步包括：

从所述第一熔体提拉第一产品锭；及

从第二熔体提拉第二产品锭，其中确定所述杂质浓度的所述单晶硅锭是从所述第二熔体提拉的所述第二产品锭。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一样品棒及所述第二样品棒的所述直径各自小于所述产品锭的直径的0.75倍，或小于所述产品锭的所述直径的0.50倍、小于0.25倍或小于0.1倍。

31.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述杂质浓度是所述单晶硅锭的一部分的杂质浓度。

32.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中所述杂质浓度是在所述单晶硅锭的长度内的一或多个杂质的浓度。

33.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其进一步包括在测量所述第一样品棒参数及所述第二样品棒参数之前在热施体消除循环中使每一样品棒退火。

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