TW201410929A - 製造矽單晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種製造矽單晶的方法，該方法包含：感應加熱一矽板；熔化該矽板上的顆粒狀矽；以及使該熔化的矽經由一位於該板中心的流出管而送至一相介面，在此結晶一矽單晶；在感應加熱該板之前，感應加熱一矽環，其中該環係位於該板上，且其電阻率低於該板；以及使熔化該環。

Description

製造矽單晶的方法
本發明係關於一種製造矽單晶的方法，其包含以下步驟：感應加熱一矽板；熔化該矽板上的顆粒狀矽；以及使該熔化的矽經由一位於該板中心的流出管而送至一相介面，在此結晶一矽單晶。
此類方法在例如DE 10 2009 051 010 A1中已有描述，以下縮寫為GFZ法。其為區域精煉法(浮區方法，FZ方法)的一種變化，相較於區域精煉法具有一些特別的差異。在GFZ方法中熔化並結晶成為一矽單晶的材料是顆粒狀多晶矽，即所謂的顆粒，而在FZ方法中則使用一多晶矽料棒。為了熔化顆粒狀矽並調節單晶的結晶，係分別使用單獨的感應加熱線圈，而在FZ法中則針對這二個目的提供一個共同的感應加熱線圈。只有在GFZ法中常使用一板，在其上熔化顆粒，並以熔化狀態經由一位於該板中心的流出管而送至一相界面，在此結晶矽單晶。
在GFZ法的初始階段，仍舊阻塞的流出管部分地從下方熔化，從而使小體積的熔化的矽形成熔體液滴。熔化阻塞的 流出管所需的能量係由設置在該板下方的感應加熱線圈，提拉線圈，以感應方式輸送。從下方將種晶(seed crystal)置於熔體液滴上並進一步降低。在種晶與熔體液滴接觸的位置所形成的相界面處，矽單晶在消除位元錯的階段之後結晶。生長單晶所需的矽最初僅藉由熔化流出管的阻塞部分來供應，隨後基本上藉由熔化板上的顆粒及將所產生的熔體經由現在暢通的流出管送至相界面來進行供應。熔化顆粒所需的能量係由設置在該板上方的感應加熱線圈，熔融線圈，以感應方式輸送至該板和位於其上的顆粒。
矽是一種半導體，其在室溫下幾乎不導電。因此，只有在比較高的溫度下才能有效地以感應方式加熱矽。與FZ方法相關，DE 44 16 543 A1建議利用基座將矽預先加熱至使矽的導電性明顯大於室溫下的導電性的溫度，從而促進矽與感應加熱線圈的感應耦合。
對於GFZ方法無法使用此類基座，這是因為該基座的存在將會干擾單晶的結晶。
可以藉由對矽摻雜p型或n型的電活性摻雜劑而提高矽在室溫下的導電性。合適的摻雜劑的例子特別是硼(p型)和磷(n型)。
該板因此即使在室溫下也可以藉由感應方式進行加熱，條件是其具有相應的高濃度的摻雜劑。
其缺點在於，該板中所含的摻雜劑在單晶生長期間會不受控制地由該板進入單晶中。然而，通常期望單晶和由此製 造的半導體晶片具有符合預定的規範且不會由於不受控制的因素而改變的摻雜劑濃度。
因此，本發明的目的在於提供一種克服此缺點的GFZ方法。
本發明係關於一種製造矽單晶的方法，其包含：感應加熱一矽板；熔化該矽板上的顆粒狀矽；以及使該熔化的矽經由一位於該板中心的流出管而送至一相界面，在此處結晶一矽單晶，其中，在感應加熱該板之前，感應加熱一矽環，其中該環位係於該板上，且該環的電阻率低於該板；以及熔化該環。
電導性環即使在室溫下也可以與感應加熱線圈耦合。一部分在該環中產生的熱量經由熱傳導輸送至該板，從而使該板迅速達到能夠與該感應加熱線圈有效地耦合的溫度。該環最後完全熔化，並以熔化狀態連同其中所含的摻雜劑通過該流出管而送至生長中的單晶，最後結晶為單晶的比較小的成分。在該環中所含的摻雜劑因此受到限制，且無法進入單晶的主要部分，該部分是接著藉由熔化顆粒並在該相界面處結晶該熔化的顆粒而形成的。
該板不包含任何電活性摻雜劑，或者相對摻雜較 少。該環的電阻率較佳係較該板的電阻率小至少90%。不大於80毫歐姆公分的環電阻率以及不小於1歐姆公分的板電阻率是特別較佳的。
該環的尺寸係小於該板。該環的外徑長度較佳係較該板的外徑長度小至少40%。該環的內徑長度較佳係對應於該板的流出管的內徑長度。該環的厚度較佳係較該板的厚度小至少80%。
該環較佳係切割自一根據GFZ方法或FZ方法製造的單晶。該板同樣較佳係切割自一根據GFZ方法或FZ方法製造的單晶。
下面依照附圖闡述本發明。
1‧‧‧板
2‧‧‧感應加熱線圈
3‧‧‧感應加熱線圈
4‧‧‧流出管
5‧‧‧環
第1圖所示為一適合於實施本發明方法之裝置特徵的佈置方式。
第1圖所示為一適合於實施本發明方法之裝置特徵的佈置方式。
除了例如由DE 10 2009 051 010 A1所公開的內容，還顯示了位於板1上的環5，其藉助一設置在板1上方的上部感應加熱線圈2進行感應加熱。還顯示了在板1的流出管4的下端藉助下部感應加熱線圈3產生熔體液滴之前的時刻。
實施例和比較例：
根據本發明使用具有第1圖中所示特徵的裝置來製造矽單晶。
將矽環置於外徑為150毫米且厚度為7毫米的矽板上。該環的外徑為75毫米，內徑為35毫米，環的厚度為0.7毫米。該環摻雜有電活性摻雜劑，電阻率為20毫歐姆公分。該板的電阻率為60歐姆公分。
首先藉助上部感應加熱線圈加熱該經高度摻雜的環，熱量從該經加熱的環傳導至位於其下的板。在該板達到約600℃的溫度之後，可以在幾分鐘內直接感應加熱該板至一在矽的熔化溫度範圍的溫度，並實施GFZ方法。
為了比較，在不使用該環的情況下利用電阻率為30毫歐姆公分的經高度摻雜的板來實施GFZ方法。
所製的單晶的電阻率的軸向分佈的研究表明，根據本發明製造的單晶顯示出明顯更均勻的分佈，其更接近指定的電阻。
1‧‧‧板
2‧‧‧感應加熱線圈
3‧‧‧感應加熱線圈
4‧‧‧流出管
5‧‧‧環

Claims (6)

  1. 一種製造矽單晶的方法，包含：感應加熱一矽板；熔化該矽板上的顆粒狀矽；以及使熔化的矽經由一位於該板中心的流出管而送至一相界面，在此結晶一矽單晶，其中，在感應加熱該板之前，感應加熱一矽環，其中該環係位於該板上，且其電阻率低於該板；以及熔化該環。
  2. 如請求項1的方法，其中該環的電阻率不大於80毫歐姆公分。
  3. 如請求項1或2的方法，其中該板的電阻率不小於1歐姆公分。
  4. 如請求項1或2的方法，其中該環的外徑小於該板的外徑。
  5. 如請求項1或2的方法，其中該環的內徑與該流出管的內徑相等。
  6. 如請求項1或2的方法，其中該環的厚度小於該板的厚度。
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