CN1932085B - 制造硅单晶的方法 - Google Patents

Abstract

目的：在通过切克劳斯基法、利用石英坩埚制造硅单晶的方法中，在不受晶体直径及熔体初始进料量变化的影响下，以高的收率制得氧浓度分布均匀的硅单晶。结构：依据坩埚转速(Ω)、坩埚温度(T)及熔融硅与坩埚内壁接触面积及熔融硅与大气接触面积的比例(β)三个参数的关系，并通过利用石英熔入熔体内的溶解能(E)、以函数1/β×Exp(-E/T)结合温度(T)及比例(β)，通过预测生长中硅单晶中的氧浓度来调节硅单晶中的氧浓度，以控制转速(Ω)及温度(T)中的至少一个，使预测的氧浓度与目标浓度一致。

Description

制造硅单晶的方法

技术领域

本发明涉及通过切克劳斯基法(Czochralski法，以下简称CZ法)制造硅单晶的技术。

背景技术

硅晶片内的氧通过捕捉在装置生产过程中混入晶片内的污染原子(内在的吸气作用)而具有改良器件特性的作用。所以，应将晶体定径部分(crystal fixed diameter part)整个区域内硅单晶中的氧浓度限制在给定的范围内。

混入硅单晶内的氧源自浸入熔融硅中的石英坩埚的表面。在此情况下，氧经由熔融硅混入晶体内。在传统CZ法中，发生过沿晶体上拉方向氧浓度不均匀的问题。据认为原因如下：(1)在晶体生长期间由于坩埚内的熔体减少，石英坩埚与熔体的接触面积改变，(2)由于上拉期间炉周边环境引起的温度变化使氧从坩埚流出的量改变，及(3)由于熔体流动状态的变化使氧进入晶体的输送效率改变。但是，迄今仍尚未报道定量实验证明可支持上述三个原因，所以该三个原因对晶体浓度的贡献仍不清楚。另一方面，在硅单晶的实际生产中，就晶体中氧浓度而言有人建议采用数种方法，以处理生长期间晶体固化速率或生长长度的问题，所述方法包括对坩埚旋转速度、炉内压力、大气流速、静磁场应用或其数个参数(以下称作操作参数)组合的调整(请参照专利参考文献1、专利参考文献2、专利参考文献3及专利参考文献4)。

可通过调整操作参数来调整晶体内的氧浓度。为达成此目的，晶体需上拉多次才能得到晶体内氧浓度的数据与操作参数各种变化结果之间的关系，并且需要确定晶体生长期间对操作参数的调整步骤。但是，如参考文献3中所示，如果晶体的质量标准改变、晶体生长炉更换、炉内诸如绝缘及加热器等组件改变、原料熔融量增加，即使无前述的情形，如果炉体老化或由于炉件退化而加热环境改变所引起炉内温度环境改变，那么对元件退化、产品变质因素而言，令人恼火的操作参数的调整运作仍需重复数次。

另外，最近硅单晶由8英寸扩增至12英寸大小涉及炉体的按比例扩增，因而导致成本及为调整硅单晶内氧浓度所需上拉晶体的次数指数级增加。因此，传统的尝试及误差法对新质量标准及操作环境的变化所产生的适应性及应用性均非常差。

[专利参考文献1]日本特开平5-262593

[专利参考文献2]日本特开平6-172081

[专利参考文献3]日本特开平9-157085

[专利参考文献4]日本特开平10-167881

发明内容

本发明基于集中注意力于前述的传统方法，而本发明的目的是提供一种得到氧浓度均匀分布的制造硅单晶的方法，以灵活地响应新质量标准的应用、操作环境的改变及制造方法的扩增等。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用石英坩埚、通过切克劳斯基法制造硅单晶的方法，其包括：根据坩埚转速(Ω)、坩埚温度(T)及熔体与坩埚内壁接触面积和熔体与大气接触面积的比例(β)三个参数的关系预测生长中硅单晶内的氧浓度；及控制坩埚转速(Ω)及坩埚温度(T)中的至少一个参数，使所预测的氧浓度与目标浓度相一致。

另外，在本发明提供的用于制造硅单晶的方法中，其中通过利用石英熔入熔体硅中的溶解能(E)、用函数1/β×Exp(-E/T)结合所述温度(T)及所述比例(β)，控制硅单晶中的氧浓度。

还有，在本发明提供的制造硅单晶的方法中，其中调整转速(Ω)以响应所述比例(β)及温度(T)的变化。

还有，在本发明提供的制造硅单晶的方法中，其中控制加热坩埚的加热器的功率，以响应转速(Ω)及比例(β)的变化。

还有，在本发明提供的制造硅单晶的方法中，其中控制坩埚与加热坩埚所的加热器之间的相对位置，以响应转速(Ω)及比例(β)的变化。

还有，在本发明提供的制造硅单晶的方法中，其中控制硅单晶的生长速率，以响应转速(Ω)及比例(β)的变化。

在本发明中，在通过切克劳斯基法、利用石英坩埚制造硅单晶时的许多可控制参数中，三个参数(T、β、Ω)是决定晶体氧浓度的主要因素，且所述参数与元件退化因素及产品变化因素无关。

(1)T：坩埚温度

(2)β：接触面积的比例＝熔融硅与大气的接触面积/熔融硅与坩埚内壁的接触面积

(3)Ω：坩埚转速

作为第一个参数，坩埚温度T是石英坩埚与熔融硅液态表面接触部分的平均温度。通过温度T可确定从石英坩埚表面溶出的氧的量。虽然认为实际坩埚温度因位置不同而有高或低温的分布，但经由熔体对流作用的热传导，坩埚的内部温度已均匀化，所以，位置对测量温度的影响不大。因此，可通过直接在坩埚转轴上、石英坩埚正下方某一点用温度传感器，如热电偶或黑体温度计所测得的温度来表示(请参照日本特开昭56-125296及日本特开平06-298593)。

作为第二个参数，接触面积之比β是熔融硅与大气的接触面积除以熔融硅与坩埚内壁的接触面积所得的值，该值是确定晶体上拉期间氧输送平衡的必要指标。该β值可依据所用石英坩埚内表面的几何形状与拉起晶体时熔体的体积用几何方法计算。这里，上拉晶体期间的熔体体积可由装入的硅原料重量减去拉上的晶体重量算出，或将晶体上拉前加于坩埚转轴上的负荷变化转换成熔体的体积。方程式中分母，即熔融硅与大气的接触面积数值是由对应于上拉时熔体量的熔体表面积减去晶体横断面所得的值。此外，接触面积之比β是物理意义上不同于晶体固化率(参照专利参考文献1)及晶体上拉长度(参照专利文献4)的参数，所述晶体固化率及晶体上拉长度是传统调整氧浓度方法中的控制参数。

作为第三个参数，坩埚转速Ω是确定由于石英坩埚转动而接触坩埚表面的熔体介面形成的流动边界层厚度的参数。流动边界层厚度的变化是氧从坩埚表面转移至熔体的移动速率的变化。所以，认为Ω是晶体上拉期间确定氧输送平衡的基本指标。Ω的数值可用安装在坩埚转动轴上的解码器(encoder)测得。

在本发明中，混入晶体生长面上晶体内的氧浓度被认为是由晶体生长期间前述三个控制参数所决定的，每个参数及晶体中的氧浓度被认为在下述公式(1)中相关联：

O_p(Ω、T、β)＝A×F(Ω)×G(T)×H(β)+B...方程式(1)

其中A是换算常数，B是常数，F、G及H分别是坩埚转速Ω、坩埚温度T及接触面积之比β的函数。例如，F、G及H对Ω、T及β的函数特征表示在以下具有各常数f、g及h的乘方定律形式的公式中：

F(Ω)＝Ω^0.5+f

G(T)＝T+g    ...方程式(2)

H(β)＝β^-1+h

晶体内的氧浓度O_p可通过将晶体实际生长期间的各个操作参数Ω、T、β代入方程式(1)及(2)中加以预测。

此外，在方程式(2)中，因认为函数G(T)与石英坩埚溶入熔融硅内的速率成比例，所以如果以E代表石英溶入硅中的溶解能，则下式的表示就是合理的：

G(T)＝Exp(-E/T)     ...方程式(3)

进而，如果以h＝0代入函数H(β)中，那么氧的浓度变成与面积比例β成反比的简单形式。在此情况下，H(β)的函数I(β、T)乘以G(T)即成为以下形式：

I(β、T)＝1/βExp(-E/T)       ...方程式(4)

该函数I(β+T)是Hoshikawa及Hirata预测熔体中氧浓度的边界层模型的方程式(Japanese Association for Crystal Growth Corporation第15.2卷(1988)，第215页的方程式(14))，其对应于在下述条件下的近似式：接触石英坩埚表面部分的氧浓度Cs大于熔体自由表面上的氧浓度Ca(Cs＞Ca)；熔体与石英坩埚表面的氧浓度边界层厚度与自由表面氧浓度边界层厚度的比例α远小于接触面积之比β(α＜＜β)。即，利用以下表示熔体中近似氧浓度的方程式(5)，可以更准确地预测晶体中的氧浓度。

O_p(Ω、T、β)＝A×F(Ω)×1/β×Exp(-E/T)+B    方程式(5)

之后，如果由方程式(1)或(5)所预测的晶体氧浓度O_p与氧浓度的约定质量值不同，则对晶体生长期间坩埚转速Ω及坩埚温度T进行适度调整，以满足以下方程式(6)：

|O_p(Ω、T、β)-O_t(β)|≤Δ   方程式(6)

其中Δ是晶体生长部分氧浓度的可接受变量，其是由质量规范所确定的。

如上所述，在晶体生长期间，依照方程式(1)或(5)，或(6)控制三个参数，就可以总是将晶体内的氧浓度置于质量规范之内。

在此方面，虽然坩埚转速可由炉的控制面板直接改变，但问题是坩埚温度无法在控制面板上设定。为此，以下所述的几种方法经由改变每种操作参数，通过调整加热器功率以保持上拉晶体的直径固定不变来间接控制坩埚的温度：

(1)调整加热坩埚所用加热器的功率。例如，如果坩埚装配两种加热器，其中一个加热器用来加热坩锅侧壁(主加热器)，另一个加热器加热坩埚底部(辅加热器)，递减地调节供给主加热器的功率，但不减小上拉期间的晶体直径，同时增加供给辅加热器的功率，以升高坩埚的温度。

(2)调整坩埚与加热器之间的相对位置。为实施此方法，可上下移动坩埚，或可以使用直接移动主加热器的装置(参照日本特开平6-219887)。

(3)调整晶体生长速率。为实施此方法，由于对应于晶体生长速率变化而导致的固化所产生的热值变化，需要改变加热器的热值以保持晶体直径，所以可以根据该值改变所需的加热器加热功率而间接升高或降低坩埚温度。

(4)改变坩埚转速。此方法利用的是通过增加坩埚转速，熔体转矩随之增加，从而抑制熔体本身的对流作用，减少转移到熔体的热量。坩埚转速增加，自熔体转移到晶体的热量则减低，所以需要增加加热器的热值以保持晶体的直径，为此，需增加加热器的加热功率，结果间接增加了坩埚温度。但是，也应考虑到：坩埚转速不仅取决于坩埚温度，也取决于上述流动边界层的厚度，而该流动边界层的厚度影响氧的浓度。

发明效果

依照本发明的制造方法，不受晶体直径改变及熔体原料初始量的影响，可以高收率地制得氧浓度均匀分布的硅单晶。

附图说明

图1所示为图示根据本发明方法制造硅单晶所用的制造装置实施方案的示意图。

图2所示为在硅单晶上拉时，不同操作参数控制程序的流程图。

图3所示为对比例中操作参数(T及β)与氧浓度(O)之间的关系。

图4所示为实施例1中操作参数(T及Ω)与氧浓度(O)之间的关系。

图5所示为实施例2中操作参数(T及Ω)与氧浓度(O)之间的关系。

图6所示为实施例3中操作参数(T、Ω及功率)与氧浓度(O)之间的关系。

图7所示为实施例4中操作参数(T、Ω及位置)与氧浓度(O)之间的关系。

图8所示为实施例5中操作参数(T、Ω及V)与氧浓度(O)之间的关系。

图9所示为实施例6中操作参数(T、Ω及功率)与氧浓度(O)之间的关系。

图10所示为实施例7中操作参数(T、Ω及功率)与氧浓度(O)间的关系。

编号及符号说明

1  制造装置

2  拉晶炉

3  坩埚轴

4  石英坩埚

5  主加热器

5a 主加热器源

6  辅加热器

6a 辅加热器源

7  坩埚支撑驱动机构

7a 坩埚转动伺服马达

7b 坩埚上升伺服马达

8  晶种

9  晶种夹头

10  拉线

11  线卷扬机构

11a 线卷扬伺服马达

11b 负载单元

12  控制器

13  硅单晶

14  熔融硅

15  热电偶

16  辐射温度计

具体实施方式

以下将描述实施本发明的最佳模式。

图1所示为图示根据本发明方法制造硅单晶所用的制造装置实施方案的示意图。

制造装置1装配有拉晶炉2、拉晶炉2底部中央设置坩埚轴3、坩埚轴3的顶部设置石英坩埚4、用于加热石英坩埚4及圆周边缘的环型主加热器5、环绕坩埚轴3的环型辅加热器6、升起及转动坩埚轴3的坩埚支撑驱动机构7、支持晶种8的晶种夹头9、晶种夹头9夹住的拉线10、用于卷扬拉线10的线卷扬机构11及控制器12。编号13是生长中的硅单晶，14是石英坩埚4内的熔融硅。配合晶体从熔融硅的生长速率，通过拉线10将硅单晶13向上拉。

坩埚支撑驱动机构7装配有坩埚转动伺服马达7a及坩埚上升伺服马达7b。卷线扬机构11装配有线卷扬伺服马达11a及负载单元11b。

此外，在拉晶炉2的内部，装配有用于测量石英坩埚4温度的热电偶(或黑体温度计)15，以及用于测量拉晶炉2内部的辐射热(加热器温度)的辐射热温度计16。热电偶15安装在石英坩埚4的外表面上。辐射热温度计16安装在主加热器5及辅加热器6的周边。

主加热器5及辅加热器6所需的功率由各个电源5a及6a供应。

在控制器12中，将热电偶15测量的温度结果、负载单元11b测量的重量结果、坩埚转动伺服马达7a的转速输入。依据这些输入的数据，控制器12驱动坩埚转动伺服马达7a、坩埚上升伺服马达7b、主加热器源5a、辅加热器源6a、线卷扬伺服马达11a等。

图2所示为在硅单晶上拉时，不同操作参数控制程序的流程图。依照该流程，控制器12控制各个操作参数，例如：坩锅转速、晶体上拉速率、定径部硅单晶生长自起点至终点的加热器功率。

控制器12具体实施以下步骤。

首先，控制器12读入负载单元11b所提供的重量测量数据，经由计算蒸发面积及接触面积，算出接触面积的比例(β)(S11至S15)。此外，控制器12读入坩埚转动伺服马达7a的转速Ω(坩埚转速)(S21至S22)。另外，控制器12读入热电偶15(坩埚底部温度计)所提供的温度测量数据(坩埚温度)T(S31及S32)。

其次，利用由各个步骤S15、S22及S32所得接触面积之比β、坩埚转速Ω及坩埚温度T，控制器12计算预测的氧浓度O_p(Ω、T、β)(S41)。利用方程式(1)及(5)进行该计算。

将步骤S41中所算得的预测氧浓度O_p(Ω、T、β)与约定质量值O_t(S42)进行比较。

接下来，依照步骤S42中所得的比较结果，控制器12选择控制方法(S43)。

之后，依照步骤S43所选的控制方法，控制器12控制坩埚转动伺服马达7a(S51及S52)、线卷扬伺服马达11a(S61及S62)、坩埚上升伺服马达7b(S71及S72)、加热器源5a 18S(S81及S82)等。

以下将描述本发明的对比例及实施例。

对比例1

作为本发明的对比例，其说明了当不改变控制参数如坩埚转速、晶体生长速率、加热器与坩埚位置间的关系及每个加热器的能量分配时的晶体生长实例。图3所示为以下测量结果与生长期间熔体重量变化的关系：在直径为28英寸的石英坩埚内装填200公斤多晶硅并熔化之后，所测量的接触面积之比β、坩埚温度T、12英寸直径单结晶生长期间晶体内氧浓度的测量结果。其中的坩埚温度T表示为与定径部顶部生长中的坩埚温度的差。

虽然在坩埚内氧浓度已减低的残留熔体内，在定径部的晶体末端该定径部晶体的氧浓度有一定程度增加，但所述定径部晶体的氧浓度从生长的顶部开始逐渐减小，以致造成相当于定径部平均整个长度20％的较大的宽度变化。据认为该变化是由于直到晶体上拉中期接触面积之比β大幅减小及晶体上拉后期坩埚温度增加的影响所导致的。应当理解，必须通过适度改变接触面积之比β及坩埚温度T来进行控制，以使晶体内的氧浓度均匀化。

实施例1

在与对比例1相同的拉晶炉及炉组件内生长12英寸的晶体，使结晶内的氧浓度均匀地变为8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)，通过改变结晶生长期间的坩埚转速以控制坩埚温度。具体而言，在单晶上拉的初始阶段控制较低的坩埚转速，生长后期则依照图2中所示流程图提高或降低转速。在控制方程式(1)内使用的用于氧浓度的各函数F、G及H具有以下的形式：

F(Ω)＝Ω^0.5

G(T)＝T+g    方程式(7)

H(β)＝β^-1

常数A、B及g是用最小二乘法由实施例1的操作条件及实际所得晶体的氧浓度来确定的。

图4所示为坩埚转速Ω及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω表示对比例1中转速数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1中定径部晶体顶部生长中的坩埚温度的差。

实施例1中的坩埚温度T可提高对比例1中的坩埚转速，以补偿图4中所示接触面积之比β的减低，结果，所制得的晶体与定径部晶体整个长度内的氧浓度目标值8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在4％以内。

实施例2

在实施例2中，在与对比例1相同的拉晶炉及热区域生长12英寸的晶体，使晶体中氧浓度均匀地变为8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)，如实施例1，通过改变晶体生长中的坩埚转速Ω来控制坩埚温度T。具体而言，在单晶体上拉的初始阶段保持低的坩埚转速Ω，接近生长后期则依照图2所示流程图升高或降低转速。在预测方程式(5)中使用的氧浓度的各函数F及I具有以下的形式：

F(Ω)＝Ω^0.5

I(T)＝1/β×Exp(-E/T)

此外，E的值是24,000(K)，其是参考文献内所公开的近似值(T，Carberg，J.Electrochem Soc.，第133卷，第9期，第1940页)，常数A及B是用最小二乘法由实施例1中的操作条件及实际所得晶体中的氧浓度而求出的。最小二乘法的误差变为实施例1中所得的一半，且利用此方程式的近似精度好于实施例1的。

图5所示为坩埚转速Ω及坩埚温度T的变化。其中的坩埚转速Ω表示对比例1中转速数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1中定径部的晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。

实施例2中坩埚温度T也可以提高对比例1中的坩埚转速，以补偿接触面积之比β的减低，结果，所得晶体的均匀性比实施例1中的更好，其与定径部的晶体整个长度的氧浓度目标值8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

实施例3

在实施例3中，在晶体生长的初始阶段，坩埚转速Ω的变化以实施例2中的同样方式实施，自生长的中游(midstream)开始，坩埚转速Ω固定在与对比例1中同样的转速，之后，坩埚温度T的变化通过调整供应辅加热器6的功率来进行。此外，方程式(5)连同实施例2中所用的相同函数F和I及实施例2中所用的常数A、B和E被用于预测方程式。

图6所示为各个操作参数(坩埚转速Ω及供应辅加热器的功率18S)及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω及供应辅加热器的功率18S表示对比例1中所述数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1中定径部的晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。

在实施例3中，也可以升高坩埚温度T以补偿接触面积之比β的减低，结果，所得晶体与定径部的晶体整个长度的氧浓度目标值8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

实施例4

在实施例4中，在晶体生长的初始阶段中，坩埚转速Ω的变化与实施例2中的相同方式进行，自生长的中游开始，坩埚转速Ω则固定在与对比例1中相同的转速，之后，坩埚温度T的改变通过改变主加热器5及熔体表面与坩埚轴上升伺服马达7b的相对位置来进行。此外，方程式(5)连同实施例2中所用的相同函数F和I及实施例2中所用常数A、B和E被用于预测方程式。

图7所示为各操作参数(坩埚转速Ω和坩埚位置阶梯)及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω表示对比例1中转速数值的百分比，坩埚位置阶梯表示对比例1中的坩埚上升伺服马达7b的移动阶梯数，坩埚温度T表示与对比例1中定径部的晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。在实施例4中，也可以提高坩埚温度T以补偿接触面积之比β的减低，结果，所制得的晶体与定径部的晶体整个长度的氧浓度目标值8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

实施例5

在实施例5中，在晶体生长的初始阶段，坩埚转速Ω的变化以与实施例2相同的方式实施，自生长的中游开始，坩埚转速Ω固定在如对比例1相同的转速，之后，对坩埚温度T的变化通过改变晶体生长速率进行。此外，方程式(5)连同实施例2中所用的相同函数F和I及实施例2中所用常数A、B和E被用于预测方程式。

图8所示为各操作参数(坩埚转速Ω及晶体生长速率)及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω及晶体生长速率表示对比例1中所述数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1中定径部晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。在实施例5，也可提高坩埚温度T以补偿接触面积之比β的减低，结果，所制得的晶体与定径部整个长度的氧浓度目标值8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

实施例6

实施例6旨在制得具有较高的9.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)氧浓度的晶体，以取代实施例3中所得到的氧浓度8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)。即，对坩埚转速Ω的改变在与实施例3坩埚转速的相同条件下进行，以通过改变供给辅加热器6的功率促使氧在坩埚温度高于实施例2时从坩埚溶出。此外，方程式(5)连同实施例2所用的相同函数F和I及连同实施例2内所用的常数A、B和E被用于预测方程式。

图9所示为各操作参数(坩埚转速Ω及供给辅加热器6的功率)及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω及供给辅加热器6的功率表示对比例1中所述数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1定径部的晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。也可以提高实施例6的坩埚温度T以补偿接触面积之比β的减低，结果，所制得的晶体与定径部的晶体整个长度的氧浓度目标值9.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

实施例7

实施例7旨在制得具有较低的7.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)氧浓度的晶体，以取代实施例3所得到的氧浓度8.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)。即，坩埚转速Ω在与实施例3坩埚转速的相同条件下变化，以通过改变供给辅加热器的功率6a抑制氧在坩埚温度低于实施例2时从坩埚溶出。此外，方程式(5)连同实施例2内所用的相同函数F和I及连同实施例2内所用的常数A、B和E被用于预测方程式。

图10所示为各操作参数(坩埚转速Ω及供给辅加热器6的功率)及坩埚温度T的变化。其中坩埚转速Ω及供给辅加热器的功率18S表示对比例1中所述数值的百分比，坩埚温度T表示与对比例1定径部的晶体顶部在生长期间坩埚温度的差。也可以提高实施例7的坩埚温度T以补偿接触面积之比β的减低，结果，所制得的晶体与定径部的晶体整个长度的氧浓度目标值7.0×10E¹⁷(原子/立方厘米)的偏差在2％以内。

如上所述，在本发明的制造方法中，基于集中以下的注意力：沿硅单晶轴向氧浓度的分布取决于坩埚转速、坩埚温度、作为控制坩埚温度T参数的熔融硅与石英坩埚4及大气的接触面积，可以用坩埚转速、加热器的加热温度及晶体上拉速率中的任何一个或其组合。根据本制造方法，可以使硅单晶轴向氧浓度的分布均匀化，并可以改进硅单晶的生产收率。此外，完全不使用传统方法中的晶体长度、熔体固化速率或上拉期间熔体的量，但使用接触面积之比β作为控制指标，所以，本方法的优点是不受晶体直径变化及熔体原料初始量的影响。

Claims (5)

1.一种利用石英坩埚、通过切克劳斯基方法制造硅单晶的方法，其包括：

根据坩埚转速(Ω)、坩埚温度(T)及熔融硅和坩埚内壁接触面积与熔融硅和大气接触面积的比例(β)三个参数的关系预测生长期间硅单晶中的氧浓度O_p(Ω、T、β)；其中所述氧浓度O_p(Ω、T、β)通过使用下式来预测：

O_p(Ω、T、β)＝A×F(Ω)×1/β×Exp(-E/T)+B

其中A和B是常数，F是坩埚转速(Ω)的函数，E表示石英进入硅中的溶解能，以及

根据式|O_p(Ω、T、β)-O_t(β)|≤Δ来控制硅单晶中的氧浓度O_p(Ω、T、β)，其中O_t是所述单晶中的目标氧浓度，而Δ是在所述单晶生长部分中氧浓度的可接受变量。

2.权利要求1的制造硅单晶的方法，其中控制所述转速(Ω)，以响应所述比例(β)和所述温度(T)的变化。

3.权利要求1的制造硅单晶的方法，其中控制供给加热坩埚的加热器的功率，以响应所述转速(Ω)和所述比例(β)的变化。

4.权利要求1的制造硅单晶的方法，其中控制坩埚与加热坩埚的加热器之间的相对位置，以响应所述转速(Ω)和所述比例(β)的变化。

5.权利要求1的制造硅单晶的方法，其中控制硅单晶的生长速率，以响应所述转速(Ω)和所述比例(β)的变化。

Images