CN1995486B

CN1995486B - 生产单晶硅的方法

Info

Publication number: CN1995486B
Application number: CN2006101499065A
Authority: CN
Inventors: 赵铉鼎; 李洪雨; 郑镇秀; 金仙美
Original assignee: HEATLON CO Ltd
Current assignee: HEATLON CO Ltd
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: KR100606997B1; CN1995486A; KR20040056371A

Abstract

本发明涉及一种使用Czochralski法生产单晶硅锭的方法，该方法可提供具有非常均匀的平面质量的硅片，因而提高半导体装置的产量。本发明建议一种用Czochralski法生产单晶硅锭的方法，其中，当熔硅对流被分为核单元和外单元时，单晶硅锭在核单元水平方向最大宽度是熔硅表面半径的30-60％的条件下生长。在一个实施例中，单晶硅锭在核单元垂直方向最大深度等于或大于熔硅最大深度的50％的情况下生长。

Description

生产单晶硅的方法

相关申请

本发明专利申请是于2003年12月23日向中国国家知识产权局专利局提交的申请号为200310123043.0、发明名称为“硅片和生产单晶硅的方法”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求向韩国知识产权局提交的韩国专利申请，2002年12月23日提交的2002-0082733号和2003年11月17日提交的2003-0080998号的优先权和利益，其内容也都在此加以引证。

技术领域

本发明涉及一种基于Czochralski法的单晶硅锭的生长方法，更确切地说涉及一种用于生产具有均匀的平面质量的硅片的单晶硅锭的生长方法。

背景技术

一般来说，基于Czochralski法的单晶硅锭生长方法使用如图1所示的生长器，图1为显示普通的单晶硅锭生长器的内部断面图。如图1所示，多晶硅被装入石英坩埚10内并通过加热器30的辐射热熔化为熔硅SM，然后单晶硅锭IG就从熔硅SM的表面生长出来。

当单晶硅锭IG生长时，石英坩埚10上升以便在支持石英坩埚10的轴20旋转时固-液体界面保持在相同的高度上，并且当单晶硅锭IG以石英坩埚10的旋转轴相同的轴心按石英坩埚10的旋转方向相反的方向放置时，单晶硅锭IG被拉起。

另外，为促进单晶硅锭IG生长，惰性气体如氩气通常可被注入生长器中，然后从生长器中放出来。

在这种传统的单晶硅锭的生长方法中，安装了用来调节单晶硅锭IG的温度梯度的隔热罩40和冷却水套(未在图中示出)。采用隔热罩的现有技术已在韩国专利注册号374703、韩国专利申请号2000-0071000以及美国专利号6527859中公开。

但是，仅通过调节单晶硅锭IG的温度梯度来生产单晶硅锭和在径向方向上具有均匀的质量的硅片有局限性。所以，急需新的生产单晶硅锭和在径向方向上具有均匀的质量的硅片的技术。

尤其是，当半导体装置是采用以传统工艺制备的径向质量不均一的硅片制造时，当硅片在半导体装置的制作过程中数次被加热时，硅片的质量非均一性增加，这会导致半导体装置的生产率下降。

发明内容

依照本发明，提供了径向上具有均一的质量单晶硅锭可用来生产具有均一的平面质量的硅片。

本发明的一个目的是确定生长径向上具有均一的质量的单晶硅锭的关键工艺参数。

本发明的另一个目的是确定生长径向上具有均一的质量的单晶硅锭的最适工艺条件。

本发明还具有另一个目的，是通过生产具有均一的平面质量的硅片来提高半导体装置的生产率。

通过Czochralski法提供了一种生产单晶硅锭的方法，通过有效地控制石英坩埚内熔硅的对流分布，从而使在熔硅晶体化的固-液体界面附近的氧和热的分布均匀一致，该方法能够均一地控制质量特性，如包含在单晶硅锭和硅片内的氧和点缺陷的分布。

依照本发明的一个方面，通过Czochralski法提供了一种生产单晶硅锭的方法，其中，当熔硅对流被分成一个核单元和一个外单元的时候，单晶硅锭在核单元的水平方向最大宽度是熔硅的表面半径的30-60％的条件下生长。

在示范实施例中，单晶硅锭在核单元的垂直方向最大深度等于或大于熔硅最大深度的50％的条件下生长。

在示范实施例中，单晶硅锭在核单元的垂直方向最大深度是熔硅最大深度的80到95％的条件下生长。

在示范实施例中，核单元的宽度或深度是通过调节流进单晶硅锭生长装置内部的氩气的量、含有熔硅的石英坩埚的旋转速度或单晶硅锭的旋转速度，来控制的。

特别地，核单元的宽度或深度随着流进的氩气的量的增加、石英坩埚的旋转速度的下降或生长中的单晶硅锭的旋转速度的增加而增加。

依照本发明的另一个方面，提供了一种其平面间隙氧浓度分布的标准误差等于或小于0.1的硅片。

在示范实施例中，包含在硅片里的点缺陷密度是10¹¹-10¹³/厘米³。

在示范实施例中，间隙氧浓度增量的平面变化(Δ[Oi])，就是在含有95％的氮气和5％的氧气的气氛里第一次对硅片在800℃下加热处理4小时和在95％的氮气和5％的氧气的气氛里再对硅片在1000℃下加热处理16小时后的间隙氧浓度与在第一次加热处理之前的间隙氧浓度之间的差异，等于或小于0.5ppma(份每一百万个原子)(或0.25x10¹⁷/ 厘米³)。

在示范实施例中，经过95％的氮气和5％的氧气的气氛里第一次对硅片在800℃下加热处理4小时和在95％的氮气和5％的氧气的气氛里再对硅片在1000℃下加热处理16小时之后，通过少数载流子寿命(MCLT)扫描获得的图像中定标线条的最大值和最小值之间的差异，等于或小于10。

在示范实施例中，在经过第一次和第二次热处理之后，通过MCLT扫描而获得的图像中定标线条的最大值和最小值之间的差异，等于或小于5，在进一步的实施例中，等于或小于3。

依照本发明的另一个方面，提供了一种单晶硅锭，其中该单晶硅锭的径向间隙氧浓度分布的标准差等于或小于0.1。

在示范实施例中，包含在用本发明的方法生产的单晶硅锭中的点缺陷密度是10¹¹-10¹³/厘米³。

附图说明

图1为显示普通单晶硅锭的生长设备的内部截面图。

图2为说明按照普通方法的熔硅SM的对流分布的示意图。

图3为说明按照本发明的熔硅SM的对流分布的示意图。

图4a为说明在实验实施例1中熔硅的对流分布的示意图。

图4b为说明在实验实施例2中熔硅的对流分布的示意图。

图4c为说明在实验实施例3中熔硅的对流分布的示意图。

图5a为按照本发明的实施例的硅片相对于径向距离的初始间隙氧浓度[Oi]分布的测量结果曲线图。

图5b为Δ[Oi]，即按照本发明的实施例的硅片在热处理之前的间隙氧浓度和热处理之后间隙氧浓度之间的差异相对于径向距离的测量结果曲线图。

图5c显示在对按照本发明的实施例的硅片进行热处理之后MCLT扫描的结果的图像。

图6a为按照对比实施例1的硅片内相对于径向距离的初始间隙氧浓度[Oi]分布的测量结果曲线图。

图6b为显示Δ[Oi]的测量结果的曲线图，即在按照对比实施例1的硅片内相对于径向距离的加热处理之前的间隙氧浓度和加热处理之后的间隙氧浓度之间的差异。

图6c为显示对按照对比实施例1的硅片进行MCLT扫描的结果的图象。

具体实施方式

在此将参考附图来解释本发明的示范实施例。

本发明注意到一个事实是，由于认识到，如果仅通过调节锭的温度梯度和调节固-液体界面的形状，基于Czochralski法不可能获得在径向具有均匀质量的单晶硅锭的生长，所以，为了生长在径向上具有均匀质量的单晶硅锭，熔硅的对流分布应受到控制。

图2为显示普通方法熔硅SM的对流分布的示意图。当单晶硅锭IG按照传统方法生长的时候，熔硅SM具有如图2中所示的对流分布A和B。

尤其是，熔硅SM的对流分布大部分被分成外单元B，其中熔硅SM按沿着石英坩埚10的底部和侧壁运动，上升到熔硅的表面，然后沿着熔硅的表面流向单晶硅锭IG的路线循环，和核单元A，其中熔硅SM沿着外单元B的内斜面在单晶硅锭的下方相邻部分进行循环。

在这个时候，因为核单元A的宽度不会偏离单晶硅锭IG的边缘，而且核单元A的深度达不到熔硅最大深度的一半，核单元A与外单元B相比相对更小一些。在现有技术中，单晶硅锭IG是在核单元A非常小的状态下生长，还没有作任何努力来增大核单元A的大小。

在这种情况下，如Gawanishi等在“Melt quenching technique fordirect observation of oxygen transport in the Czochralski-grown Siprocesss”，Journal of Crystal Growth，152卷，1995年，266-273页中所描述的，因为存在于外单元B中的氧引起锭中央部分和边缘部分之间的间隙氧浓度的平衡不稳定，靠近固-液体界面的间隙氧浓度分布变得不均匀。

另外，由于提供充足热量到固-液体界面的困难使热分布变得不均匀，固-液体界面在界面边缘部分形成向单晶硅锭弯曲的凸形(a)，及在固-液体界面中央部分形成向熔硅弯曲的凹形(b)。所以，单晶硅锭IG是在固-液体界面整体上具有凸(a)-凹(b)-凸(a)的不均匀的固-液体界面的状态下生长的。

通过以上所述的现有技术方法生长的单晶硅锭被切成片和磨光而成的硅片，就在其径向上表现出非均一的质量特性。

图3为表示依照本发明的实施例熔硅SM的对流分布的示意图。如图3所示，当石英坩埚内的熔硅的对流被分成一个核单元Ao和一个外单元Bo时，熔硅对流分布受到控制以使核单元Ao水平方向最大宽度Wmax是熔硅表面半径的30-60％。

除了在控制核单元Ao水平方向最大宽度之外，熔硅的对流分布受到控制以使熔硅对流分布的核单元Ao的垂直方向最大深度Hmax等于或大于溶硅最大深度的50％。

这时，优选熔硅的对流分布受到控制以使核单元Ao的垂直方向最大深度Hmax是溶硅最大深度的80到95％。

如以上所述，当熔硅流，特别是核单元Ao的水平方向最大宽度Wmax和垂直方向最大深度Hmax受到控制而使其具有适中的大小时，可以使固-液体界面具有朝向单晶硅锭弯曲的凸(a)-凸(a)-凸(a)的形状，那就是，单独的凸形。

另外如以上所述，通过适当地控制核单元Ao和外单元Bo的大小，存在于石英坩埚底部的低温区域Tl的熔硅沿着外单元Bo向石英坩埚侧壁的低段的高温区域Th移动，从高温区域Th获得充足的热量，然后沿着熔硅的表面向单晶硅锭移动。换句话说，通过沿着核单元Ao直接上升在低温区域Tl的冷熔硅对固-液界面产生的影响可以被阻止。

另外，由于在核单元Ao和外单元Bo之间形成的界面很宽，因此形成的高温热从外单元Bo转移到核单元Ao的热交换区域Trans也很宽。所以，可以获得稳定的核单元Ao和外单元Bo的对流及活跃的核单元Ao和外单元Bo之间热交换。

然后通过如以上所述的按照本发明的方法生长的单晶硅锭可以被切片和磨光，所获得的硅片将具有等于或小于0.1的平面初始间隙氧浓度[Oi]的标准差。

此处平面初始间隙氧浓度[Oi]的标准差比较小意味着间隙氧浓度分布更加均匀。标准差是零意味着平面间隙氧浓度完全均匀的，这是最理想的情况。所以，限定最低标准差是没有意义的，理想的是比较小的标准差。

另外，按照本发明制备的硅片在95％的氮气和5％的氧气的气氛的热处理条件下第一次在800℃加热处理4小时和再在95％的氮气和5％的氧气的气氛的热处理条件下1000℃加热处理16小时后，测量其间隙氧浓度，热处理导致氧的淀积(反应：Si_Si+2O_i+V_Si→S_iO₂)，显示热处理之前的间隙氧浓度和热处理之后的间隙氧浓度差异的[Oi]增量在硅片平面内有等于或小于0.5ppma的变化。

此处，第一次和第二次热处理是热处理循环的实例，热处理循环用于确定依赖于间隙氧浓度和点缺陷分布的硅片的氧淀积特性，但是本发明不局限于这个热处理循环。

理想的比较小的平面[Oi]增量的变化意味着硅片质量更均匀。若平面[Oi]增量的变化是零表明完美的状况。因此，为标准差限定最低限度是无意义的。

进一步说，经过在95％的氮气和5％的氧气的气氛里第一次对按照本发明制备的硅片在800℃下加热处理4小时和在相同的气氛里第二次对硅片在1000℃下加热处理16小时之后，在MCLT扫描所获得的图像中定标线条的最大值和最小值之间的差异等于或小于10。

硅片的MCLT扫描给出硅片的所有平面位置的MCLT值的分布。MCLT分布的顶部的10％和底部的10％部分不计，在剩余的分布中，最高的MCLT值作为最大值，而最低的MCLT值作为最小值。

MCLT扫描已在韩国专利注册号246816中被详细说明，对其的更详细的解释在此省略。

特别地，由MCLT扫描而获得的图像中的定标线条最大值和最小值之间的差异，可被控制在等于或小于5，更优选为，等于或小于3。

这里，由MCLT扫描而获得的图像中的定标线条的最大值和最小值之间的差异较小，说明硅片内的MCLT值分布更均匀。如果定标线条最大值和最小值之间的差异是零，说明平面MCLTs是一样的，这时最理想的情况。所以限定定标线条最大值和最小值之间差异的最低限是无意义的，理想的是最大和最小定标线条之间的差异较小。

如此，通过调节流进单晶硅锭生长装置的氩气的量、石英坩埚的旋转速度或单晶硅锭的旋转速度，就可以获得在硅熔对流中控制核单元水平方向最大宽度和垂直方向最大深度的大小，以提供具有均匀的平面质量的硅片质量。

在这里，径向上质量均一的单晶硅锭生长的理想工艺参数不仅仅局限于流进的氩气的量、石英坩埚的旋转速度或单晶硅锭的旋转速度。依需要生长的单晶硅锭的直径、石英坩埚的体积、硅片的理想质量等也可以采用其它的适当的工艺参数。

以下实验实施例说明流进的氩气量、石英坩埚的旋转速度和单晶硅锭旋转速度对单晶硅锭径向质量的影响。

[实验实施例1]

首先，基于Czochralski法的单晶硅锭的生长中，观察在石英坩埚旋转速度为大约1.5rpm(转每分)和单晶硅锭旋转速度为18rpm的条件下，氩气流入量为50lpm(升每分)的情况(Arl)和氩气流入量为100lpm的情况(Ar2)下硅熔的对流分布。

图4a为解释实验实施例1中熔硅的对流分布的示意图。作为实验实例1的结果，在氩气流入量为50lpm(升每分)的情况(Ar1)下，核单元A1的水平方向最大宽度W1max不超过单晶硅锭生长的固-液体界面的边缘部分，且核单元A1垂直方向最大深度H1max小于溶硅最大深度的50％，核单元A1垂直方向最大深度H1max如图4a中的单晶硅锭的中心轴的左侧所示。

另一方面，在氩气流入量为100lpm的情况(Ar2)下，核单元A1′的水平方向最大宽度W1max超过固-液体界面的边缘部分，占据了硅熔表面半径的大约50％，且核单元A1′的垂直方向最大深度H1′max占据了硅熔最大深度的大约80％，核单元A1′的垂直方向最大深度H1′max如图4a中的单晶硅锭的中心轴的右侧所示。

所以，可看出右侧的外单元B1′的大小小于左侧的外单元B1。

通过如上所述的实验实施例1，可以看出通过增加流进单晶硅锭生长装置的氩气量可增大熔硅对流分布核单元的大小。

[实验实施例2]

下一步，在氩气的流入量为70lpm和单晶硅锭的旋转速度是18rpm的条件下，当石英坩埚的旋转速度是4rpm的情况下和石英坩埚的旋转速度是0.5rpm的情况下观察熔硅的对流分布。结果显示于图4b。

在石英坩埚的旋转速度是4rpm的情况下，核单元A2的水平方向最大宽度W2max不超过熔硅固-液体界面边缘部分，且核单元A2的垂直方向最大深度H2max小于熔硅最大深度的50％，如图4b左侧所示。

另一方面，在石英坩埚的旋转速度是0.5rpm的情况下，核单元A2′的水平方向最大宽度W2′max占有熔硅表面半径的大约50％，核单元A2′垂直方向最大深度H2′max占有熔硅最大深度的大约90％，如图4b右侧所示。

所以，可看出右侧的外单元B2′的大小小于左侧的外单元B2。

通过如上所述的实验实例2，减小石英坩埚的旋转速度，其为单晶硅锭生长器的一部分，可增大熔硅对流分布核单元的大小。

[实验实施例3]

下一步，在氩气的流入量为70lpm以及石英坩埚的旋转速度为0.1rpm的条件下，当单晶硅锭旋转速度为20rpm时和其旋转速度为12rpm时观察熔硅的对流分布。结果显示于图4c。

在单晶硅锭旋转速度为20rpm的情况下，熔硅在核单元A3的水平方向最大宽度W3max等于或是大于熔硅表面半径的大约50％和核单元A3垂直方向最大深度H3max大约是溶硅最大深度的100％的状态中，与石英坩埚的底部中央部分的一段接触而进行循环，如图4c左侧所示。

另一方面，在单晶硅锭旋转速度为12rpm的情况下，核单元A3′ 的水平方向最大宽度W3′max占有熔硅表面半径的大约50％，且核单元A3′垂直方向最大深度H3′max占有熔硅最大深度的大约90％，如图4c右侧所示。

因此，可以看出右侧的外单元B3′的大小大于左侧的B3。

通过如上所述的实验实施例3，可以看出通过增加单晶硅锭的旋转速度，可增大熔硅对流分布核单元的大小。

通过以上所述的实验实施例的结果可以看出，通过增加氩气的流入量、降低石英坩埚的旋转速度或增加单晶硅锭的旋转速度可增大熔硅对流分布核单元的大小。

相反的，通过减小氩气的流入量、增加石英坩埚的旋转速度或降低单晶硅锭的旋转速度，可以减小熔硅对流分布核单元的大小。

这意味着，在单晶硅锭的生长下的熔硅对流分布，也就是核单元和外单元的相对大小分布，可以通过调节工艺参数，尤其是氩气的流入量、石英坩埚的旋转速度或生长中的单晶硅锭的旋转速度，可以得到适当的控制。

但是，用氩气的流入量、石英坩埚的旋转速度或单晶硅锭的旋转速度，这些用来控制熔硅对流分布中的核单元和外单元的相对大小分布的工艺参数，仅是一些实例。这些工艺参数不是限制性的，其它的工艺参数也可被采用。

[实施例1]

如本发明实施例1所述，单晶硅锭在流入单晶硅锭生长装置的氩气量为100lpm、生长的单晶硅锭的放置速度为18rpm和石英坩埚的放置速度为1.5rpm的状态下生长。

按照实施例1，核单元Ao水平方向的最大宽度Wmax大约是熔硅表面半径的45％，且核单元Ao垂直方向的最大深度Hmax大约是溶硅最大深度的80％。

经切割和磨光制得的单晶硅锭而生成的硅片，按其径向距离测量初始间隙氧浓度[Oi]的分布，测量结果如图5a所示。

另外，还进行了按照现有技术生产单晶硅锭的对比实施例1，如图2所示。按照实施例1的相同方法测量由在对比实施例1中生产的单晶硅锭而制备的硅片的初始间隙氧浓度[Oi]的分布。测量结果如图6a所示。

如图5a所示，可以肯定用本发明的实施例制备的硅片，在径向上的初始间隙氧浓度分布呈现出几乎均匀的特性。

与此相反，如图6a所示，可以肯定对比实施例1制备的硅片径向上的初始间隙氧浓度从硅片的中央到边缘在降低。

下面，用本发明的实施例1制备的10个硅片，在每一个硅片上测量20个点的初始间隙氧浓度以获得标准差。所得标准差数据列于表1中。

用按照对比实施例1制备的10个硅片，以实施例1中相同的方法测量初始间隙氧浓度，以获得标准差。所得标准差数据列于表1中。

表1

硅片	1	2	3	4	5	平均值
							实施例1	0.033	0.031	0.027	0.041	0.039	0.032
硅片	6	7	8	9	10
							实施例1	0.028	0.039	0.025	0.023	0.032
硅片	1	2	3	4	5	平均值
							对比实施例1	0.161	0.173	0.159	0.181	0.175	0.172
硅片	6	7	8	9	10
							对比实施例1	0.163	0.167	0.180	0.188	0.176

如表1所示，对于本发明实施例1，所有的硅片平面初始间隙氧浓度分布的标准差等于或小于0.041。

相反，在对比实例1中，所有的硅片平面初始间隙氧浓度分布的标准误差超过0.16。

下面，按照本发明实施例1制备的硅片，将其在95％的氮气和5％的氧气的气氛里首先在800℃下加热处理4小时，然后在含有95％的氮气和5％的氧气的气氛里再在1000℃下加热处理16小时之后，测量其间隙氧浓度。沿硅片径向距离测量[Oi]增量，其为热处理前间隙氧浓度和热处理之后间隙氧浓度的差异。测量结果显示于图5b。

同样的热处理用于对比实施例1。沿硅片径向距离测量[Oi]增量，结果显示于图6b。

如图5b中所示，按照本发明实施例1制备的硅片，可以确定在径向上的[Oi]增量是非常均匀一致的，而且径向上的增量的变化等于或是小于0.5ppma。

相反，如图6b所示，在对比实例1中，可以确定在径向上的[Oi]增量是非常不均匀一致的。这是因为在按照之前介绍过的传统的单晶硅锭方法的晶体生长过程中，在靠近固-液体界面的液体的中央部分、边缘部分及二者之间的中间部分，热的分布不同。因此，通过处理由该液体生长的单晶硅碇IG而来的硅片也具有不均匀的质量。

另一方面，按照本发明实施例1制备的硅片也在以上提及的条件下经过热处理后，对其进行MCLT扫描。扫描结果所获得的图象显示于图5c。

对于对比实施例1如实施例1一样进行MCLT扫描，扫描结果所获得的图象显示于图6c。

如图5c中所示，对按照本发明实施例1制备的硅片进行MCLT扫描的结果，在最大和最小定标线条之间显示了1.173左右的差异。从这些结果可以看出硅片质量是非常均匀的。

另一方面，如图6c所示，按照对比实例1制备的硅片在最大和最小定标线条之间显示了大约18的差异。这项数值与本发明的实施例1相比非常大。所以，可以看出按照对比实例1制备的硅片质量与由本发明实施例1制备的硅片质量相比是非常不均匀的。

[实施例2]

单晶硅锭在已在前面作过说明的实验实施例2的条件下生长。实验实施例2的两种条件被分别确定为实施例2和对比实例2。

即，在实施例2中，通过在流进单晶硅锭生长装置的氩气量为70lpm、生长中的单晶硅锭的旋转速度为18rpm及石英坩埚的旋转速度为0.5rpm的条件下控制熔硅的对流分布进行单晶硅锭的生长。

如实施例2，熔硅对流分布的核单元的水平方向最大宽度占有熔硅表面半径的大约50％，核单元垂直方向最大深度占有熔硅最大深度约90％。

在对比实施例2中，单晶硅锭生长的条件，氩气的流入量和单晶硅锭的旋转速度与实施例2相同，只是石英坩埚的旋转速度为4rpm。

按照对比实施例2，熔硅对流分布的核单元的水平方向最大宽度没有超过单晶固-液体界面的边缘部分，核单元垂直最大深度小于熔硅最大深度的50％。

在实施例2和对比实施例2中，对二者的产率(％)的对比列于下面的表2中。在此，产率对比是基于单晶生成的比例，指的是单晶生成的量对投入的多晶硅的量的比例。另外，对10个生长的单晶硅锭进行测量之后，平均产率比较列于表2中。

表2

批号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	平均值
												实施例2	80	80	62	80	80	80	80	80	80	80	78
对比实施例2	61	59	80	80	64	60	80	55	53	80	67

如表2所示，在本发明的实施例2中，单晶硅锭的单晶化率大部分达到80％，平均值为大约78％。另一方面，在对比实施例2中，单晶硅锭的单晶化率的平均值达到67％，相对较低。

所以，可从表2中看出，本发明的实施例2获得更多的单晶化物，也就是比传统工艺高出大约11％的高产率。

如上所述，本发明提供了一种基于Czochralski法生产单晶硅锭的方法，该方法通过控制位于石英坩埚内的熔硅的对流分布，以便使流入单晶硅锭的氧浓度的分布和点缺陷的分布变得均匀，能够提供具有径向均匀的质量的单晶硅锭和具有均匀的平面质量的硅片。

另外，本发明还发现，为了获得径向质量均匀的单晶硅锭的生长，熔硅的对流分布应该受到控制。基于这个发现，本发明确定了关键的工艺参数，通过调节氩气的流入量、石英坩埚的旋转速度、单晶硅锭的旋转速度，等等控制对流分布，从而生长径向质量均匀的单晶硅锭。

另外，本发明确定了生长径向质量均匀的单晶硅锭的理想的工艺条件。

进一步地，与传统方法相比，本发明增加了半导体设备的产量，可以节省硅片的生产成本。

虽然上面对本发明的示范实施例已经做出详细的说明，应该很清楚地理解，所述的基本发明原理的许多变化和/或变更对于本领域技术人员是显而易见的，它们仍将被涵盖于如所附的权利要求确定的本发明的精神和范围内。

Claims

1.通过Czochralski法生产单晶硅锭的方法，其中，当熔硅的对流分布被分为一个核单元和一个外单元时，单晶硅锭在核单元水平方向的最大宽度是熔硅表面半径的30-60％的条件下生长。

2.如权利要求1所述的方法，其中，单晶硅锭在核单元垂直方向最大深度等于或大于溶硅最大深度的50％的条件下生长。

3.如权利要求2所述的方法，其中，单晶硅锭在核单元垂直方向最大深度是溶硅最大深度的80-95％的条件下生长。

4.如权利要求1所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节流入单晶硅锭生长单元的氩气流量而得到控制。

5.如权利要求4所述的方法，其中，当氩气流入量增加时，核单元的宽度或深度增加。

6.如权利要求1所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节含有熔硅的石英坩埚的旋转速度而得到控制。

7.如权利要求6所述的方法，其中，当石英坩埚的旋转速度下降时，核单元的宽度或深度增加。

8.如权利要求1所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节单晶硅锭的旋转速度而得到控制。

9.如权利要求8所述的方法，其中，当单晶硅锭的旋转速度增加时，核单元的宽度或深度增加。

10.如权利要求2所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节流入单晶硅锭生长单元的氩气流量而得到控制。

11.如权利要求2所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节含有熔硅的石英坩埚的旋转速度而得到控制。

12.如权利要求2所述的方法，其中，核单元的宽度或深度通过调节单晶硅锭的旋转速度而得到控制。

13.通过Czochralski法生产单晶硅锭的方法，其中，当熔硅的对流分布被分为一个核单元和一个外单元时，单晶硅锭在固-液体界面通过调节水平方向的最大宽度和垂直方向的最大深度而形成相对于单晶硅锭的生长方向的单独凸形的条件下生长，并且使核单元水平方向的最大宽度是熔硅表面半径的30-60％。

14.如权利要求13所述的方法，其中，核单元垂直方向的最大深度是溶硅最大深度的至少50％。

15.通过Czochralski法生产单晶硅锭的方法，其中，单晶硅锭在以下条件下生长：熔硅的对流分布主要被分为两块即核单元和外单元，在其界面上存在温差，核单元在其底部形成低温区域，以及外单元在其远离核单元的上部形成高温区域，并且单晶硅锭在核单元水平方向的最大宽度是熔硅表面半径的30-60％的条件下生长。

16.如权利要求15所述的方法，其中，核单元垂直方向的最大深度是溶硅最大深度的至少50％。