CN117089923A - 改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法及单晶晶棒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法及单晶晶棒，涉及单晶硅拉晶技术领域，在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速，以减小坩埚位置变化对温度梯度的影响，以使晶棒拉制过程中一直处于COP‑Free区间，提高单晶的微缺陷质量，进而获得完美单晶。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅拉晶的技术领域，具体涉及一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法及单晶晶棒。
背景技术
半导体单晶硅晶棒拉制过程中，需对参数V/G值进行精确控制，以获得高品质的COP-free晶圆，COP-free晶棒的生长需要稳定的温度梯度G和精准的上拉速度V。当V/G值较大时，由于上拉速率引起的空位浓度超过了由于温度梯度引起的间隙Si的扩散，导致空位浓度较高，当随着硅单晶的提拉的进行而由于温度下降而空位变得过饱和时，在提拉的硅单晶中检测到COP（晶体起源粒子）缺陷（空位型缺陷）。相反，当V/G值小时，空位随提拉速率的浓度小于间隙Si随温度梯度的扩散，间隙Si浓度增加，然后伴随硅单晶提拉的进行的温度下降而发生间隙Si过饱和，并且在提拉的硅单晶中检测到间隙Si缺陷。
因此，稳定的热场环境可以为单晶硅生长提供稳定的温度梯度，热场寿命、热场装配精度、氩气流量稳定性及GAP控制精度等因素是影响热场环境的重要因素。但是，随着完美单晶微缺陷控制要求越来越严格，以上影响热场环境的因素控制已经无法满足完美单晶的生成需求；因此需要探究一种新的完美单晶的生产方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法。
还有必要提供一种单晶晶棒。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间，进而获得完美单晶。
优选地，所述根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速具体包括以下步骤：
S1：对相同尺寸的石英坩埚的壁厚进行分档管理；
S2：将不同档位的石英坩埚放在不同的炉台进行投料，根据液口距及石英针的位置放置石英坩埚，此时石英坩埚的位置为初始位置；
S3：石英坩埚的初始位置确定后，进行单晶生长，在单晶生长过程中，根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间。
优选地，所述COP-Free区间对应的拉速与温度梯度的比值为临界值。
优选地，所述S1步骤中：所述“分档管理”具体为：根据石英坩埚的尺寸，得到石英坩埚的壁厚误差范围，根据误差范围，均匀设置档位。
优选地，每2mm-4mm为一个档位。
优选地，所述S3步骤中：所述“根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速”具体为：根据所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离，调整目标拉速。
优选地，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第一预定范围内，单晶生长拉速维持，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第二预定范围内，增长目标拉速，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第三预定范围内，降低目标拉速。
优选地，所述第二预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的上方；所述第三预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的下方。
一种单晶晶棒，通过如上所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法拉制而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速，以减小坩埚位置变化对温度梯度的影响，以使晶棒拉制过程中一直处于COP-Free区间，提高单晶的微缺陷质量，进而获得完美单晶。
具体实施方式
以下对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间，进而获得完美单晶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速（V），以减小坩埚位置变化对温度梯度（G）的影响，以使晶棒拉制过程中一直处于COP-Free区间，提高单晶的微缺陷质量，进而获得完美单晶。
进一步的，所述根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速具体包括以下步骤：
S1：对相同尺寸的石英坩埚的壁厚进行分档管理，；
S2：将不同档位的石英坩埚放在不同的炉台进行投料，根据液口距及石英针的位置放置石英坩埚，此时石英坩埚的位置为初始位置；
S3：石英坩埚的初始位置确定后，进行单晶生长，在单晶生长过程中，根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间。
具体的，在相同投料量，石英坩埚的壁厚会影响到坩埚容积，导致液位线变化。在引晶初始液口距（GAP）相同，由于液位线不同，锅位CP发生变化。锅位CP变化，影响了炉内的温度梯度G，需要对应调整拉速。使V/G在目标以内，提高单晶的微缺陷质量。
具体的，单晶生长包括化料，安定，引晶，放肩，转肩，等径及收尾冷却等工序。
进一步的，所述COP-Free区间对应的拉速与温度梯度的比值为临界值。
进一步的，所述S1步骤中：所述“分档管理”具体为：根据石英坩埚的尺寸，得到石英坩埚的壁厚误差范围，根据误差范围，均匀设置档位。
进一步的，每2mm-4mm为一个档位。
进一步的，所述S3步骤中：所述“根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速”具体为：根据所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离，调整目标拉速。
进一步的，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第一预定范围内，单晶生长拉速维持，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第二预定范围内，增长目标拉速，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第三预定范围内，降低目标拉速。
进一步的，所述第二预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的上方；所述第三预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的下方。
一种单晶晶棒，通过如上所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法拉制而成。
实施例
在拉制12英寸单晶时，使用12英寸石英坩埚进行晶棒拉制，在12英寸石英坩埚的壁厚误差范围内，分为4个档位，如表1所示：
表1
其中，M为12英寸石英坩埚的标准壁厚，以A档石英坩埚为例：将A档石英坩埚安装在炉台内，进行投料，根据GAP及石英针的位置放置石英坩埚，此时石英坩埚的位置为初始位置A0；然后进行单晶生长，在单晶生长过程中，A档坩埚的拉速为VA，当测量石英坩埚CP在A0±3mm之内，单晶生长拉速维持原拉速VA，当测量石英坩埚CP在(A0+5)±2mm之内时，单晶生长拉速调整为V1=VA+0.002mm/min，当测量坩埚CP在(A0-5)±2mm之内时，单晶生长拉速调整为V2=VA-0.002mm/min；晶棒拉制完成得到晶棒。
设定B、C、D档石英坩埚的初始位置为B0、C0、D0，采用上述A0的拉速调整方法对目标拉速进行调整。
对比例：
在拉制12英寸单晶时，使用12英寸石英坩埚进行晶棒拉制，在单晶生长过程中，按照目标拉速VA进行晶棒拉制，得到晶棒。
将实施例、对比例得到的晶棒进行缺陷检测，得到微缺陷结果如表2所示：
表2
通过上述结果可以得知，在根据石英坩埚壁厚及石英坩埚CP对拉速进行调整后，晶棒拉晶过程中V/G值始终保持在COP-free区间，大大降低了COP和LDL的不良率。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：在晶棒拉制过程中，根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间，进而获得完美单晶。
2.如权利要求1所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述根据石英坩埚的壁厚及石英坩埚的位置调整目标拉速具体包括以下步骤：
S1：对相同尺寸的石英坩埚的壁厚进行分档管理；
S2：将不同档位的石英坩埚放在不同的炉台进行投料，根据液口距及石英针的位置放置石英坩埚，此时石英坩埚的位置为初始位置；
S3：石英坩埚的初始位置确定后，进行单晶生长，在单晶生长过程中，根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速，以使硅单晶生长处于COP-Free区间。
3.如权利要求2所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述COP-Free区间对应的拉速与温度梯度的比值为临界值。
4.如权利要求2所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述S1步骤中：所述“分档管理”具体为：根据石英坩埚的尺寸，得到石英坩埚的壁厚误差范围，根据误差范围，均匀设置档位。
5.如权利要求4任意一项所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：每2mm-4mm为一个档位。
6.如权利要求2所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述S3步骤中：所述“根据石英坩埚的移动位置，调整目标拉速”具体为：根据所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离，调整目标拉速。
7.如权利要求6所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第一预定范围内，单晶生长拉速维持，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第二预定范围内，增长目标拉速，所述石英坩埚移动后的位置距石英坩埚初始位置的距离在第三预定范围内，降低目标拉速。
8.如权利要求7所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法，其特征在于：所述第二预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的上方；所述第三预定范围为所述石英坩埚移动后的位置位于石英坩埚初始位置的下方。
9.一种单晶晶棒，其特征在于：通过如权利要求1至8任意一项所述的改善半导体硅单晶棒微缺陷的拉晶方法拉制而成。
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