CN1637175A - 具有均匀空位缺陷的单晶硅锭和晶片及其制备方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明改进了用于生长单晶硅锭的切克劳斯基(Czochralski)方法并提供了具有极佳耐电压特性的氧化层的高质量硅晶片。本发明还提供了可以均匀控制空位缺陷的密度和分布的设备及方法。在1000～1100℃的温度范围内，单晶硅锭在锭的温度差异小于或等于20℃/cm的条件下生长。

Description

具有均匀空位缺陷的单晶硅锭和晶片及其制备方法和设备
相关申请
本申请要求于2003年12月3日提交的韩国专利申请10-2003-0087179和10-2003-0087180作为优先权，其公开的全部内容在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种基于切克劳斯基(Czochralski)法生长单晶硅锭的方法，并且尤其涉及在锭的径向上保持均一的生长条件和冷却条件的同时生长单晶硅锭的设备和方法；以及由此制备的在径向上具有均一空位缺陷的单晶硅锭和晶片。
背景技术
由单晶硅基质制备的半导体装置的氧化层的耐电压性能可以由耐受电压和在硅晶片上形成的硅氧化层被破坏和硅氧化层的绝缘性能消失之前的时间来表示。众所周知包括氧化层的耐电压性能的半导体装置的特性会根据制备单晶硅基质的方法而改变。
例如，在氧化层的耐电压性能方面，由切克劳斯基(CZ)法生长的单晶硅制造的硅基质比由浮融方法制备的单晶硅的硅基质或者由通过在切克劳斯基(CZ)法生长的单晶硅制备的晶片上硅外延生长制备的基质品质差。然而，尽管有其缺点，CZ法仍然是被用于制备例如半导体的电子装置所用的硅晶片的单晶硅锭的最常用的技术。CZ法成本较低并且被广泛用于制备用于大规模集成电路(LSI)的半导体材料，而且确实生产出具有良好机械和电子性能的材料。
随着电子装置变得更加高度集成和小型化，栅氧化层(gate oxidelayer)就需要提高可靠性。因为氧化层的耐电压性能是决定装置可靠性的主要材料特性，因而极需要在应用切克劳斯基法时，能够保证氧化层优良的耐电压性能的单晶硅生产技术。
在CZ方法中，晶种被浸入硅熔体中，然后被缓慢地从熔体中提拉出来，锭进行生长。锭的生长是通过几个过程进行的。
首先，进行缩颈(necking)过程以从晶种形成细而长的颈部。其次，进行放肩(shouldering)过程以径向生长晶体从而获得预定的直径。再次，进行体生长(body-growing)过程以获得具有均一直径的晶体。这里，锭体的一部分被用来制成晶片。
在体生长过程之后，进行拖尾(tailing)处理以缓慢地减小锭的直径并从硅熔体中分离锭。
这些用于生长晶锭的过程在一个包含生长器内部的加热器和其它绝热部件的被称为“热区”的空间中被实施。
单晶的缺陷性质敏感地依赖于晶体的生长和冷却条件，因此很多人试图通过调节生长界面附近的热环境控制在生长过程中形成的缺陷(所说的“生长缺陷”)的种类和分布。
生长缺陷被分为几类：空位型(vacancy-type)缺陷和间隙型(interstitial-type)缺陷。它们是由开始于超过平衡浓度的空位点缺陷或间隙点缺陷的聚积造成的。
在“在硅中漩涡缺陷形成的机理(The Mechanism of Swirl DefectsFormation in Silicon)”，晶体生长杂志(Journal of Crystal Growth)59(1982)625介绍的Voronkov原理说明了生长缺陷的形成与V/G值密切相关，其中V是生长速度而G是在晶体生长界面附近晶体的温度梯度。
当V/G的值超过临界值时形成空位型缺陷，而当V/G的值低于临界值时形成间隙型缺陷。因而，当晶体在特定的热区中生长时存在于晶体中的缺陷的种类、大小和密度受提拉速度的影响。
图1为由CZ法生长的晶体锭的横截面图，表明当控制生长速度时所产生的典型的缺陷分布，这使得在典型的生长环境中氧化诱生堆垛层错(OISF)环200位于锭的周缘附近。
图2为在典型生长环境中由切克劳斯基CZ法生长的单晶硅锭的横截面进行少数载流子寿命(MCLT)扫描而获得的图像。
如图2所示，由于锭外部的冷却速度快于锭内部的冷却速度，所以微空位缺陷，如直接表面氧化物缺陷(direct surface oxidedefect)(DSOD)出现于锭的外周部分附近。更进一步，由于G值从锭中心到锭的周缘逐渐增加，所以如晶体原生颗粒(COP)或流型缺陷(FPD)的粗糙空位(coarse-vacancy)缺陷出现于锭内部。
在通过切克劳斯基(CZ)方法生长的单晶硅中，降低氧化层的耐电压性能的主要因素是在提拉单晶硅锭时通过引入晶体中的空位缺陷而形成的具有小于临界值尺寸的微缺陷。
为了改善氧化层的耐电压性能，在硅熔体固化为单晶硅时，本发明控制在晶体的固体-液体界面的轴向(垂直)方向上的温度梯度(G)和/或点缺陷的起始浓度。
另一方面，晶体的冷却速度被控制在固化温度和大约1000℃的温度之间，在此范围内当熔融的硅被固化成单晶硅时，缺陷的核就在受热处理过程中形成并生长。硅间隙或空位以此方式向锭的侧面扩散或者被加速以相互联合，这就能够抑制间隙或空位的过饱和低于发生聚积的临界值。
根据热区的热过程分布，诱生的空位缺陷通过扩散、核生成和固化而生长。有人试图除去或减少对单晶硅的耐电压性能有不利影响的晶体原生颗粒(COP)。
如图1所示，如果锭在提拉方向上生长，从而氧化诱生堆垛层错缺陷环存在于典型的热区，而由于热积累和慢的冷却效果，粗糙空位缺陷在锭的中心部位形成。由于在中心部分的外部和氧化诱生堆垛层错缺陷环的内部之间的区域的冷却速度比在锭的中心部分的冷却速度更快，因而形成了微空位缺陷，并且空位缺陷在径向上不是均一分布的。
同时，由于快速冷却形成的微空位缺陷降低了氧化层的耐电压性能，并且发生在冷却速度相对高的晶片的外部圆周部分。
因此，为了减少这些会引起由单晶硅晶片制造的半导体装置的问题的空位缺陷，就需要降低生长锭的提拉速度。然而，降低提拉速度会引起生产效率的损失，而且提拉速度的过度降低可能会增加间隙缺陷形成的增加。就需要不同的方法。
发明内容
本发明改善了制备单晶硅锭的切克劳斯基法，并提供了制备的方法，制备单晶硅锭和晶片的设备；以及高质量、低缺陷的单晶硅锭和晶片。
根据该方法，应用切克劳斯基法生长的锭的区域的温度差异被最小化在1000～1100℃的温度范围内。更具体地，在温度为1000～1100℃的锭的区域中单晶硅锭的温度差异不超过20℃/cm。优选，温度控制差异发生在垂直方向上的锭的外周部分。同时，当锭在1000～1100℃的温度时，生长锭的温度被加以控制使得锭的中心部分和外周部分的温度梯度差异不大于1.5℃/cm。
优选地，单晶硅锭在锭的中心部分的锭和硅熔体之间的界面上的垂直温度梯度大于或等于20℃/cm的情况下生长。为了便于实施该改进方法，提供用于生长单晶硅锭的设备，包括一腔室；一被安装于(位于)腔室中用于盛载硅熔体的坩锅；一用于加热坩锅的加热器；一被安置于锭和坩锅之间用以包围锭以此屏蔽锭的辐射热的热屏蔽；和一用于调节锭的温度差异的局部加热元件，并且在锭生长过程中温度范围在1000～1100℃的锭的区域内控制这种差异(温度梯度)小于或等于20℃/cm。锭的温度差异可以在锭的外周部分和垂直方向上被测量。
在温度为1000～1100℃的锭的区域或面侧，局部加热元件被安装于热屏蔽和锭之间。同时，通过连接棒用热屏蔽支撑局部加热元件；例如，局部加热元件可以被安置与连接棒的一端相连，连接棒被安装在热屏蔽上以使其从热屏蔽向锭伸出。
局部加热元件能够调节在锭的中心部分测量的在锭和硅熔体之间界面的垂直方向上的温度梯度(G)，从而G大于或等于20℃/cm。同时，局部加热元件在锭的生长过程中能够调节和控制温度为1000～1100℃的锭的区域中锭中心部分的垂直温度梯度和锭外周部分的垂直温度梯度之间的差异小于或等于1.5℃/cm。
热屏蔽包括一被位于硅熔体之上的厚度为10～40mm的低端部分，热屏蔽与锭之间的间隙为15～40mm。
本发明还提供了高质量单晶硅锭，可用于制备相同高质量硅晶片。通常，锭的初始氧浓度为15ppma或更小。沿至少40％或更多的锭长度，锭具有以尺寸大于或等于会对由锭制备的硅晶片上的氧化层的耐电压性能有不利影响的预定尺寸的空位缺陷为特征的径向面或区域(横截面)。典型地，临界尺寸为0.065微米(μm)或更小。
优选，锭体的整个长度的至少40％或更长在径向上具有通过测量晶片的近表面微缺陷(NSMD)表征的小于或等于200ea/cm2的空位密度。
本发明还提供了可制造半导体和其它电子装置的高质量硅晶片。晶片具有其空位缺陷的尺寸大于或等于预定尺寸(该尺寸通常小于或等于0.065微米)的区域或面。该面优选地为基于中心的(即，其从晶片的中心部分向外径向延伸)并且占据晶片半径的80％或更多。当氧化层在硅晶片上形成之后测量氧化层的耐电压性能时，预定尺寸对晶片上的氧化层的耐电压性能具有极大的影响。
更特殊地，氧化诱生堆垛层错环存在于晶片的外周部分。在氧化诱生堆垛层错环的内侧，空位缺陷的尺寸大于或等于前述预定尺寸。氧化诱生堆垛层错环可以位于90％的晶片半径的外部，或偏离晶片半径之外。
附图说明
下面参考附图进行详细的描述，本发明的这些和其它特性和优点将变得更好理解，其中：
图1为表明一种由切克劳斯基法生长的晶锭的典型的缺陷分布的锭的横截面图；
图2为在典型的生长环境中由切克劳斯基(CZ)方法生长的单晶硅锭的横截面的少数载流子寿命(MCLT)扫描图像；
图3为表明根据本发明生长的单晶硅锭的横截面中的缺陷分布的锭的横截面图；
图4为根据本发明一个实施例的用于生长单晶硅锭的设备的内部构造横截面图；
图5为表明根据本发明的一个实施例的局部加热元件的热处理周期例的图表；
图6为当根据本发明的一个实施例生长单晶硅锭时，表明温度范围在1000～1100℃的锭的温度差异(ΔT)的模拟结果的图表；
图7A为表明在常规热区中进行暂停测试(halt test)的锭的纵截面图；
图7B为根据本发明在径向上热条件被均一地控制的热区中进行暂停测试的锭的纵截面图；
图8为表明根据本发明的第一和第二实施例的硅晶片的径向上的贫化带(denuded zone)(DZ)的深度图；
图9为表明根据本发明的第一和第二实施例的硅晶片的径向上的体型微缺陷(bulk micro defect)(BMD)密度图；
图10为根据本发明的第一实施例，和常规切克劳斯基法的第一和第二对比实施例沿晶片的径向的空位密度和分布图；
图11A为表明根据本发明的第一和第二实施例的硅晶片的氧化层的耐电压性能图；和
图11B为表明根据常规切克劳斯基法的第一和第二对比实施例的硅晶片的氧化层的耐电压性能图。
具体实施方式
本发明通过以每个微缺陷小于对氧化层的耐电压性能有不利影响的临界尺寸(通常为0.065μm)的，和每个大于临界尺寸的粗糙缺陷被分布于径向上的方式生长单晶硅锭，从而提高了由切克劳斯基(CZ)法生长的单晶硅的氧化层的耐电压性能。
在单晶硅基片上制造的装置的氧化层的耐电压性能可以用耐受电压和在硅晶片上形成的硅氧化层被破坏及硅氧化层的绝缘性能消失之前的时间来表示。
在本发明的一个实施例中，锭的外周部分的冷却快于中心部分的冷却，并且锭的热过程被均一地分布在形成晶片的整个表面上。同时，根据半导体制造工艺的设计规则，大于临界尺寸的粗糙空位缺陷通过扩散、集中和生长微空位缺陷被均一地分布在径向上。
尤其是，构建热区以促成在1000～1100℃温度范围内的缓慢冷却，并且通过调节冷却条件锭在径向上热过程均一地提高的条件下生长，然后锭被切割为晶片。结果，因此粗糙空位缺陷在晶片的氧化诱生堆垛层错环的内侧在径向上均一地分布。
所制备的具有通过缓慢冷却而被适当控制的空位缺陷和尤其是，具有均一空位缺陷分布的晶片与具有不均一缺陷分布的晶片相比，不会引起半导体装置制造中所看到的问题。结果，可以生产品质优良的产品。
根据该新方法，单晶硅锭用具有下述改进的切克劳斯基(CZ)法生长：锭在约1000～1100℃的温度范围内单晶硅锭的温度差异(ΔT)小于20℃/cm的条件下生长，优选地在锭的外周部分测量。且可以想象锭的中心部分的温度差异小得多。
同时，温度差异(ΔT)表示在纵向方向上温度变化的量。
在锭的中心部分和外周部分的垂直温度梯度之间的差异(ΔG)可以通过模拟上述锭生长条件而获得，其值大于或等于1.5℃/cm。当然，锭的温度在约1000～1100℃范围内。
通过以这种方式生长单晶硅锭，在锭的中心部分的锭和硅熔体界面(固-熔体界面)的垂直温度梯度(G)大于或等于20℃/cm。由于大的G值，就可以提高锭提拉速度，因而也提高了生产率。
通过切割在锭的径向上最小化热过程的差异和使锭的整个体积成为空位缺陷区域的热区条件下生长的单晶硅锭而制备晶片之后，检查发现如晶体原生颗粒(COP)或流型缺陷(FPD)的粗糙空位缺陷沿晶片整个区域在径向上均一地分布。
由根据本发明生长的单晶硅锭制备的晶片具有超过整个晶片80％的径向延伸区域，其中空位缺陷不小于对晶片氧化层的耐电压性能有不利影响的预定临界尺寸(下面加以说明)。该条件沿锭的总长度部分被满足，大于或等于锭的总长度的40％。
尽管对氧化层的耐电压性能有不利影响的空位缺陷的临界尺寸并不被精确得知，但通常其有可以用空位测量设备(设备名称：KLA-Tencor Surfscan SP1)测定的限定值，0.065μm。空位缺陷按照临界尺寸可以被分为粗糙空位缺陷和微空位缺陷。
由根据本发明生长的单晶硅锭制备的硅晶片包括位于其外周部分的氧化诱生堆垛层错环和在氧化诱生堆垛层错环内侧的粗糙空位缺陷的尺寸大于或等于0.065μm的区域。
根据应用由设备名称，MO 601表示的设备测量的硅晶片的近表面微缺陷(NSMD)的测量，空位缺陷密度小于或等于200ea/cm2。
根据使用MO 601设备的空位密度测量(NSDM)，密度条件优选沿大于或等于锭体整个长度的40％的锭的长度部分存在。
并且，根据本发明生长的单晶硅锭的起始氧浓度低于15ppma。
图3为表明根据本发明在径向上生长和冷却条件都均一的均匀热区生长的单晶硅锭的横截面图。图3表明锭横截面的缺陷分布。
氧化诱生堆垛层错环200沿晶片圆周外面形成，并且粗糙空位缺陷(尺寸≥0.065μm)被均一地分布在氧化诱生堆垛层错环200内侧从而形成粗糙缺陷区域100。
在此，所形成的氧化诱生堆垛层错环200位于距晶片中心超过90％半径的外周区域，并且氧化诱生堆垛层错环200可以完全从晶片外除去。因此，粗糙空位缺陷区域100相比于常规晶片相对较宽。
对比如图1和2中的横截面所示的常规锭，粗糙空位缺陷被限定在中心部分并被微缺陷区域所围绕，本发明通过缓慢冷却效果和均一热过程分布，引起存在于微缺陷区域100中的微空位缺陷被分布和聚积从而大于临界尺寸，并对锭形成的晶片的氧化层的耐电压性能无有害影响。
在用于生长硅锭的改进的方法中，在不同的径向位置的冷却速率的不同可以通过适当地设计热屏蔽和调节硅熔体的辐射热以保持需要的生长和冷却条件，而降低锭的外周区域的冷却速度而被减小。同时，因为沉积了氧的OISF环在低于900℃的温度中生长，本发明通过在约900℃附近提高温度梯度，调节热屏蔽的位置和热区的结构来抑制OISF环。
图4中所示为用于生长单晶硅锭的设备的一个实施例的横截面图。设备包括硅单晶锭生长的腔室10。在腔室10中，安装(定位)有包含硅熔体(SM)的石英坩锅20以及由石墨制成的坩锅支撑25以环绕石英坩锅20。
坩锅支撑25被固定安装于由驱动机械装置(未显示)驱动的旋转轴30上以旋转地提起石英坩锅20并保持石英坩锅20的高度在与固液界面相同的高度。坩锅支撑25被分开预定距离的圆筒形加热器40包围。加热器40被热绝缘体45包围。
加热器40熔化承载于石英坩锅20中的多晶硅块体并形成硅熔体(SM)，并且绝热体45防止加热器40的热辐射扩散到腔室10的壁上，并且提高了加热处理的热效率。
在腔室10的上部安装了提拉机械装置(未示出)以卷起在低端附有晶种的吊绳。晶种在石英坩锅20里与硅熔体(SM)接触并被小心地提拉以生长单晶锭(IG)。
当提拉吊绳时提拉机械转动。单晶锭(IG)与坩锅20的旋转轴30同轴向上提拉，同时以与坩锅20的旋转方向相反的方向旋转。
从腔室上部，为单晶锭和硅熔体(SM)提供如氩(Ar)的惰性气体，并且用过的惰性气体从腔室10的底部被释放。
在单晶锭(IG)和坩锅20之间，设有一热屏蔽50以屏蔽锭的热辐射。在热屏蔽50和锭之间，局部加热元件60被沿锭的侧面安置，且保持锭的温度范围在1000～1100℃，以缓慢地冷却锭(IG)的外周面。
热屏蔽是由钼(Mo)、钨(W)、碳(C)或炭化硅(SiC)涂覆的石墨制成。
在一个实施例中，热屏蔽50由被安置于锭(IG)和坩锅20之间的圆柱形第一屏蔽部分，连接于第一屏蔽部分上部区域并固定在绝热体45的上部的凸缘形第二屏蔽部分，以及连接到第一屏蔽部分的下部区域的第三屏蔽部分构成，并且向单晶锭突出。
可选择地，热屏蔽50具有不同的构造。同时，无论热屏蔽的形状如何，局部加热元件60可以被多样化地改造并在被安置于沿锭的侧面在锭的温度范围在1000～1100℃的区域。
通过连接棒局部加热元件60由热屏蔽50支撑，如图4所示，其中局部加热元件60被连接于被安装在热屏蔽50上的连接棒70的远端以向锭(IG)突出。可选择地，局部加热元件60可以与热屏蔽50以其它方式连接。
局部加热元件60提供温度控制并且，尤其是可以当锭在1000～1100℃的温度范围内生长时，将锭的外周面的温度差异(ΔT)限制在20℃/cm或更小。
足以想见，锭中心区域的温度差异甚至比外周面还小。在锭的垂直(纵向)方向上的温度差异(ΔT)被测量。
在锭的中心部分和外周部分的垂直温度梯度之间的差异(ΔG)可以通过模拟上述锭生长条件来获得，并且结果值大于或等于1.5℃/cm。
通过以这种方式生长硅单晶锭，在锭中心部分的锭和硅熔体之间界面(固-熔体界面)的垂直温度梯度(G)大于或等于20℃/cm。这可以通过使用局部加热元件60达到。由于大的G值，就有可能提高晶种提拉速度而提高生产率。
为了获得上述锭生长的环境，局部加热元件通过一个热处理循环以1～5kW的功率范围运行。
图5为表明用于局部加热元件的加热处理循环的非限制性实施例的图。可选择地，热处理循环可根据热区的环境，考虑锭的大小热屏蔽的形状等被改变。
在常规的处理中，当随着锭温降到低于900℃，氧在硅锭上沉积时，氧化诱生堆垛层错(OISF)环就会产生。然而在本发明中，通过调节局部加热元件的位置和加热范围，在900℃附近的温度梯度被提高，因而OISF环的形成被抑制。
同时，为了获得上述锭生长的环境，热屏蔽50和锭之间的距离应在15～40mm的范围内，并且位于硅熔体(SM)之上的热屏蔽50的底部厚度应在10～40mm的范围内。
图6为分别使用根据本发明的一实施例和常规切克劳斯基法的设备生长单晶硅锭时，锭的温度差异(ΔT)在1000～1100℃的范围的模拟试验结果。根据本发明在1000～1100℃的温度范围内生长的锭的温度差异(ΔT)小于或等于20℃/cm，小于常规方法。
如上所述，使用本发明的设备，在满足晶体均一生长和均一晶体冷却的条件的热区里生长的硅单晶硅锭具有如图3所示的横截面缺陷分布。
在径向上的冷却条件的均一性可以用暂停测试检测。特异的氧沉积图像可以根据由V.V.Voronkov和R.Falster，″Grown-in Microdefects，Residual Vacancies and Oxygen Precipitation Bands in Czochralski Silicon″，晶体生长杂志(Journal of Crystal Growth)204(1999)462公开的暂停测试检测。
图7A为表明在一般热区中进行暂停测试的锭的纵截面图。在图7A中，明亮的区域是氧沉积加强区域，而空位核产生区域(Ava)存在于氧沉积加强区域之上。这样的区域出现在暂停测试过程中经历约1070℃的温度的过度热过程的锭的部分。
图7B为通过根据如图4所示的本发明的实施例的设备在径向热条件被均一地控制的热区中锭进行暂停测试的纵截面图。
与图7A的纵截面图相比，图7B表明在空位核产生区域(Ava)和氧沉积区域之间的界线与锭的径向方向相平行。这就表明晶体中点缺陷浓度和冷却速度在空位核产生区域(Ava)是均一的并且氧沉积区域与锭的径向方向平行地形成。这表明在晶体中的点缺陷浓度和冷却速度在径向上是均一的。
图8为表明根据本发明的第一和第二实施例的晶片的径向上的贫化带(DZ)深度的图，而图9为表明根据本发明的第一和第二实施例的硅晶片的径向上的体型微缺陷(BMD)密度图。
如图8所示，可以看到根据本发明的第一和第二实施例，无缺陷面被证实深度为10～20μm，并且无缺陷区域被变为沿晶片径向约为4μm的宽度从而相对均一。
同时，如图9所示，可以看到根据本发明的第一和第二实施例在吸杂(gettering)操作中形成的BMDs的密度落在正常的和可接受的105～106/cm2的范围内，并且这些BMDs被均一地沿晶片的径向方向分布。
图10为根据本发明的第一实施例和常规切克劳斯基法的第一和第二对比实施例沿晶片的径向的空位密度和分布图。
如图10所示，根据本发明的第一实施例的晶片的空位缺陷在径向上被均一地分布。相反，在第一和第二对比实施例中空位密度晶片的从中心向外部圆周区域降低。
图11A为表明根据本发明的第一和第二实施例的硅晶片的氧化层的耐电压性能图，和图11B为表明根据常规切克劳斯基法的第一和第二对比实施例的硅晶片的氧化层的耐电压性能图。由于氧化层较差的耐电压性能，即电压中小于8～10MV/cm，使阴影区域(hatched region)成为缺陷区域。因为显示较差耐电压性能的阴影区域在图11A中比图11B中的要少，所以本发明的第一和第二实施例的耐电压性能比第一和第二对比实施例中的耐电压性能好许多。
本发明以优选的和其它实施例为参考进行了更详细地描述，但本发明并不仅限于此。对本领域技术人员而言显而易见的对本发明基本概念的其它变化和/或修改仍属于如附加权利要求书中所说明的本发明的精神和范围内。

Claims (26)

1、在用于从硅熔体生长单晶硅锭的切克劳斯基方法中，其改进包括在具有1000～约1100℃温度的硅锭的区域中，硅锭在温度差异为20℃/cm或小于20℃/cm的控制温度下生长。
2、权利要求1的方法，其特征在于锭的温度差异是在锭的外周部分被测定的。
3、权利要求2的方法，其特征在于锭的温度差异是在垂直方向上被测定的。
4、权利要求1的方法，进一步包括在锭的中心部分的锭与硅熔体之间的界面的垂直方向上形成至少为20℃/cm的温度梯度(G)。
5、权利要求1的方法，进一步包括在具有1000～1100℃温度的锭的区域中，锭中心部分的垂直温度梯度和锭外周部分的垂直温度梯度之间的差异限定在1.5℃/cm或更小。
6、由切克劳斯基法生长的单晶硅锭制备的硅晶片，包括：
硅晶片具有氧化层和各个空位缺陷不小于对氧化层的耐电压性能产生不利影响的预定尺寸的区域，该区域从晶片的中心向外径向延伸至少为晶片半径的90％的。
7、权利要求6的硅晶片，进一步包括一沿晶片外周部分的氧化诱生堆垛层错环，该环内有各个空位缺陷不小于规定尺寸的区域。
8、权利要求6的硅晶片，其特征在于所述预定的尺寸小于或等于0.065μm。
9、权利要求7的硅晶片，其特征在于氧化诱生堆垛层错环位于距晶片的中心超过90％的晶片半径的区域。
10、权利要求7的硅晶片，其特征在于氧化诱生堆垛层错环向外径向延伸到晶片的外周边。
11、权利要求6的硅晶片，其特征在于通过近表面微缺陷(NSMD)测定，晶片沿半径方向具有小于或等于200ea/cm2的空位密度。
12、权利要求6的硅晶片，进一步包括一小于或等于20％晶片半径的外周区域，其中每个空位缺陷不大于对氧化层的耐电压性能有不利影响的预定尺寸。
13、在通过切克劳斯基法生长的单晶硅锭中，改进包括各个空位缺陷不小于对由该锭制备的硅晶片的氧化层的耐电压性能有不利影响的预定尺寸的锭的区域，该区域从锭轴向外径向延伸到至少为晶片半径的80％并且纵向长至少为锭长度的40％。
14、权利要求13的单晶硅锭，其特征在于预定尺寸小于或等于0.065μm。
15、权利要求13的单晶硅锭，其特征在于，按照由锭制备的晶片的近表面微缺陷(NSMD)测定，延伸至少锭长度的40％的锭的部分具有小于或等于200ea/cm2的空位密度。
16、权利要求13的单晶硅锭，具有不大于15ppma的初始氧浓度。
17、应用切克劳斯基法生产单晶硅锭的设备，包括：
一腔室；
位于腔室内的坩锅用于盛放硅熔体；
用于加热坩锅的加热器；
用于屏蔽从锭辐射出来的热量的在锭和坩锅之间的热屏蔽；和
用于在锭的生长过程中在温度为1000～1100℃的锭的区域中调节锭的温度差异小于或等于20℃/cm的局部加热元件。
18、权利要求17的设备，其特征在于局部加热元件被安装于热屏蔽和锭之间沿温度为1000～1100℃的锭的区域的侧面。
19、权利要求18的设备，其特征在于局部加热元件通过一连接棒由热屏蔽支撑。
20、权利要求18的设备，其特征在于局部加热元件被连接于连接棒的第一端并沿锭延伸，且热屏蔽与连接棒的第二端连接。
21、权利要求17的设备，其特征在于在锭的外周部分测量锭的温度差异。
22、权利要求17的设备，其特征在于在锭的垂直方向测量锭的温度差异。
23、权利要求17的设备，其特征在于在锭中心部分的锭与硅熔体之间的界面的垂直方向上，局部加热元件能够调节温度梯度(G)为20℃/cm或更大。
24、权利要求17的设备，其特征在于在锭生长过程中具有1000～1100℃温度的锭的区域中，局部加热元件能够调节锭中心部分的垂直温度梯度和锭外周部分的垂直温度梯度之间的差异为1.5℃/cm或更小。
25、权利要求17的设备，其特征在于热屏蔽和锭被分开15～40mm的空隙。
26、权利要求17的设备，其特征在于热屏蔽包括位于硅熔体上且厚度为10～40mm的底端部分。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105247113A (zh) * 2013-05-21 2016-01-13 Lg矽得荣株式会社 用于半导体的单晶硅锭和晶片
CN111379018A (zh) * 2020-04-02 2020-07-07 徐州鑫晶半导体科技有限公司 半导体硅晶棒的生长方法
CN113728129A (zh) * 2019-04-18 2021-11-30 环球晶圆股份有限公司 使用连续柴可斯基(czochralski)方法生长单晶硅锭的方法
CN113862779A (zh) * 2021-09-29 2021-12-31 西安奕斯伟材料科技有限公司 一种坩埚组件及拉晶炉

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7387948B2 (en) * 2005-08-04 2008-06-17 Grace Semiconductor Manufacturing Corporation Structure and method of forming a semiconductor material wafer
KR101470814B1 (ko) 2006-01-20 2014-12-09 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치
FR2899380B1 (fr) * 2006-03-31 2008-08-29 Soitec Sa Procede de revelation de defauts cristallins dans un substrat massif.
US8440157B2 (en) * 2007-07-20 2013-05-14 Amg Idealcast Solar Corporation Methods and apparatuses for manufacturing cast silicon from seed crystals
EP2183412A2 (en) * 2007-07-20 2010-05-12 BP Corporation North America Inc. Methods for manufacturing cast silicon from seed crystals
US8709154B2 (en) 2007-07-25 2014-04-29 Amg Idealcast Solar Corporation Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials
US8591649B2 (en) 2007-07-25 2013-11-26 Advanced Metallurgical Group Idealcast Solar Corp. Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials
TW201012978A (en) * 2008-08-27 2010-04-01 Bp Corp North America Inc Apparatus and method of use for a casting system with independent melting and solidification
KR101275418B1 (ko) * 2010-03-16 2013-06-14 주식회사 엘지실트론 단결정 잉곳 제조방법 및 이에 의해 제조된 웨이퍼
JP2012101971A (ja) * 2010-11-09 2012-05-31 Mitsubishi Materials Techno Corp 単結晶シリコンの製造装置
CN110129884A (zh) * 2019-06-26 2019-08-16 西安奕斯伟硅片技术有限公司 拉晶炉、单晶硅锭的制备方法、单晶硅锭及硅片
JP7393900B2 (ja) * 2019-09-24 2023-12-07 一般財団法人電力中央研究所 炭化珪素単結晶ウェハ及び炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
TWI771007B (zh) * 2020-05-19 2022-07-11 環球晶圓股份有限公司 矽單晶錠的製造方法、矽單晶錠及其製造裝置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3149320B2 (ja) 1994-09-16 2001-03-26 三菱マテリアル株式会社 シリコン単結晶の引上げ方法
JPH1143396A (ja) 1997-07-23 1999-02-16 Nippon Steel Corp シリコン単結晶およびその製造方法ならびに製造装置
JP4049847B2 (ja) 1997-07-23 2008-02-20 シルトロニック・ジャパン株式会社 シリコン単結晶およびその製造方法
JPH1143393A (ja) 1997-07-23 1999-02-16 Nippon Steel Corp シリコン単結晶ウエハーおよびその製造方法
US5922127A (en) * 1997-09-30 1999-07-13 Memc Electronic Materials, Inc. Heat shield for crystal puller
JP3919308B2 (ja) 1997-10-17 2007-05-23 信越半導体株式会社 結晶欠陥の少ないシリコン単結晶の製造方法ならびにこの方法で製造されたシリコン単結晶およびシリコンウエーハ
JP3747123B2 (ja) * 1997-11-21 2006-02-22 信越半導体株式会社 結晶欠陥の少ないシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウエーハ
WO1999040243A1 (fr) * 1998-02-04 1999-08-12 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Procede servant a produire un monocristal de silicium et tranche de silicium monocristallin
JP3943717B2 (ja) * 1998-06-11 2007-07-11 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハ及びその製造方法
JP2001002491A (ja) 1999-06-18 2001-01-09 Toshiba Ceramics Co Ltd 単結晶引上装置
US6458202B1 (en) 1999-09-02 2002-10-01 Memc Electronic Materials, Inc. Process for preparing single crystal silicon having uniform thermal history
EP1152074A4 (en) * 1999-11-11 2007-04-04 Shinetsu Handotai Kk MONOCRYSTALLINE SILICON SINK AND METHOD OF MAKING SAME
JP3873568B2 (ja) 2000-03-15 2007-01-24 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶の引上げ装置
JP2001278692A (ja) 2000-03-29 2001-10-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコンウエーハおよびシリコン単結晶の製造方法
JP3587155B2 (ja) 2000-10-10 2004-11-10 三菱住友シリコン株式会社 結晶成長装置
CN1280456C (zh) 2000-11-03 2006-10-18 Memc电子材料有限公司 生产低缺陷密度硅的方法
EP1346086A2 (en) 2000-11-30 2003-09-24 MEMC Electronic Materials, Inc. Process for controlling thermal history of vacancy-dominated, single crystal silicon
KR100805518B1 (ko) 2001-01-26 2008-02-20 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 산화 유도된 적층 결함을 실질적으로 포함하지 않는베이컨시 지배 코어를 갖는 낮은 결함 밀도의 실리콘
KR100847700B1 (ko) 2001-04-20 2008-07-23 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 실리콘 단결정의 제조장치 및 그것을 사용한 실리콘단결정의 제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105247113A (zh) * 2013-05-21 2016-01-13 Lg矽得荣株式会社 用于半导体的单晶硅锭和晶片
CN113728129A (zh) * 2019-04-18 2021-11-30 环球晶圆股份有限公司 使用连续柴可斯基(czochralski)方法生长单晶硅锭的方法
CN111379018A (zh) * 2020-04-02 2020-07-07 徐州鑫晶半导体科技有限公司 半导体硅晶棒的生长方法
CN111379018B (zh) * 2020-04-02 2021-08-27 徐州鑫晶半导体科技有限公司 半导体硅晶棒的生长方法
CN113862779A (zh) * 2021-09-29 2021-12-31 西安奕斯伟材料科技有限公司 一种坩埚组件及拉晶炉

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