TW202001012A - 單晶矽錠生產過程之以複數樣品棒生長確認雜質積累之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示其中自熔體生長複數樣品棒之用於形成單晶矽錠之方法。量測與該熔體或該錠之雜質濃度相關之一參數。在一些實施例中，該等樣品棒各具有小於產品錠之直徑之一直徑。

Description

單晶矽錠生產過程之以複數樣品棒生長確認雜質積累之方法

本發明之領域係關於其中自熔體生長複數樣品棒之用於形成單晶矽錠之方法。量測與熔體或錠之(若干)雜質濃度相關之一參數。在一些實施例中，樣品棒各具有小於產品錠之直徑之一直徑。

單晶矽(其係用於製造半導體電子組件之大多數程序之起始材料)通常由所謂的丘克拉斯基(Czochralski) (Cz)程序製備，其中將一單一晶種浸入至熔融矽中且接著藉由緩慢抽出而生長。熔融矽在其容納在一石英坩堝中期間由各種雜質污染，該等雜質當中主要係氧。一些應用(諸如先進無線通信應用、絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)及低功率、低洩漏裝置)需要具有一相對高電阻率(諸如1500 ohm-cm (Ω-cm)或更多)之晶圓。

高純度多晶矽用於高電阻率錠生產。高純度多晶矽可由來自坩堝、熱區組態及/或在整個拉錠器中循環之程序氣體之雜質污染。此等雜質可在運行時長內改變，此使高電阻率錠之生產複雜化且減少具有一最小目標電阻率之錠之部分(例如，減少錠之「主」部分)。

需要容許隨著時間相對快速地對多晶矽起始材料之(若干)雜質濃度或電阻率進行取樣及/或容許在消耗一相對小量之矽之情況下相對快速地量測雜質之用於製備高電阻率矽錠之方法。

本段落旨在向讀者介紹可與在下文中描述及/或主張之本發明之各種態樣有關之此項技術之各種態樣。據信此論述有助於向讀者提供背景資訊以促成本發明之各種態樣之一較佳理解。因此，應理解，此等陳述應在此意義上閱讀且不作為先前技術之認可。

本發明之一個態樣係關於一種用於自固持於一坩堝內之一矽熔體生產一單晶矽錠之方法。將多晶矽添加至該坩堝。加熱多晶矽以引起一矽熔體在該坩堝中形成。自該熔體提拉一第一樣品棒。該第一樣品棒具有一第一樣品棒直徑。量測與該第一樣品棒及/或該矽熔體之品質相關之一第一樣品棒參數。自該熔體提拉一第二樣品棒。該第二樣品棒具有一第二樣品棒直徑。量測與該第二樣品棒及/或該矽熔體之品質相關之一第二樣品棒參數。自該熔體提拉一產品錠。該產品錠具有一直徑。該第一樣品棒直徑及該第二樣品棒直徑小於該產品錠之該直徑。

本發明之另一態樣係關於一種用於模型化一單晶矽錠之雜質濃度之方法。自安置於一坩堝中之一矽熔體提拉一第一樣品棒。該第一樣品棒具有小於100 mm之一第一樣品棒直徑。量測與該第一樣品棒之雜質含量相關之一第一樣品棒參數。自該矽熔體提拉一第二樣品棒。該第二樣品棒具有小於100 mm之一第一樣品棒直徑。量測與該第二樣品棒之雜質含量相關之一第二樣品棒參數。至少部分基於該經量測第一樣品棒參數及該經量測第二樣品棒參數確認一單晶矽錠之該雜質濃度。

存在對於關於本發明之上文提及之態樣闡述之特徵之各種改善。同樣，進一步特徵亦可被併入本發明之上文提及之態樣中。此等改善及額外特徵可個別或以任何組合存在。例如，下文關於本發明之任何所繪示實施例論述之各種特徵可單獨或以任何組合併入本發明之任何上述態樣中。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2018年6月27日申請之美國專利申請案第16/020,701號之優先權，該案之整個揭示內容之全文以引用的方式併入本文中。

本發明之佈建係關於用於藉由丘克拉斯基方法生產一單晶矽錠之方法，其中生長複數樣品棒以隨著時間確認與熔體之雜質(例如，透過坩堝之溶解添加之雜質)相關之一或多個參數。在一些實施例中，參數用於預測一隨後生長之產品錠之雜質。樣品棒具有小於產品錠之一直徑(例如，小於約150 mm、小於約100 mm、小於約50 mm或小於約25 mm之一直徑)。

根據本發明之實施例且參考圖1，藉由所謂的丘克拉斯基程序生長產品錠，其中自固持於一拉錠器23之一坩堝22內之一矽熔體44撤出錠。拉錠器23包含一外殼26，該外殼26界定一晶體生長腔室16及具有小於生長腔室之一橫向尺寸之一提拉腔室20。生長腔室16具有自生長腔室16過渡至變窄之提拉腔室20之一大體上圓頂形狀之上壁45。拉錠器23包含一入口埠7及一出口埠12，其等可用於在晶體生長期間將一程序氣體引入至外殼26及自外殼26移除一程序氣體。

拉錠器23內之坩堝22容納自其撤出一矽錠之矽熔體44。藉由熔化被裝填至坩堝22之多晶矽而獲得矽熔體44。坩堝22安裝於一轉盤31上，該轉盤31用於繞拉錠器23之一中心縱向軸線X旋轉坩堝22。

一加熱系統39 (例如，一電阻加熱器)包圍坩堝22用於熔化矽裝料以生產熔體44。加熱系統39亦可在坩堝下方延伸，如美國專利第8,317,919號中展示。加熱系統39由一控制系統(未展示)控制，使得在整個提拉程序中精確地控制熔體44之溫度。包圍加熱系統39之絕熱體(未展示)可減少透過外殼26損失之熱之量。拉錠器23亦可包含在熔體表面上方之用於對錠屏蔽坩堝22之熱以增加固體-熔體介面處之軸向溫度梯度之一熱屏蔽總成(未展示)。

一提拉機構(未展示)附接至自該機構向下延伸之一提拉線24。機構能夠將提拉線24升高及降低。取決於提拉器之類型，拉錠器23可具有一提拉軸件而非一線。提拉線24在一提拉總成58中終止，該提拉總成58包含固持用於生長矽錠之一晶種6之一晶種卡盤32。在生長錠時，提拉機構將晶種6降低，直至其接觸矽熔體44之表面。一旦晶種6開始熔化，提拉機構便將晶種向上緩慢升高通過生長腔室16及提拉腔室20以生長單晶矽錠。提拉機構旋轉晶種6之速度及提拉機構將晶種升高之速度(即，提拉速率v)由控制系統控制。

透過入口埠7將一程序氣體引入至外殼26中且自出口埠12撤出。程序氣體在外殼26內產生一氛圍且熔體及氛圍形成一熔體-氣體介面。出口埠12與拉錠器之一排放系統(未展示)流體連通。

在此方面，圖1中展示且本文中描述之拉錠器23係例示性的且可使用其他拉晶器組態及配置以自一熔體提拉一單晶矽錠，除非另外陳述。

根據本發明之實施例，在將多晶矽添加至坩堝22且操作加熱系統39以熔掉多晶矽之後，自熔體提拉複數樣品錠或棒。一般言之，複數樣品棒具有小於隨後生長之產品錠之一直徑(例如，小於約150 mm、小於約100 mm、小於約50 mm、小於約25 mm)。在圖2中展示一例示性樣品棒5。棒5包含其中棒自晶種向外過渡並漸縮以達到一目標直徑之一冠部21。棒5包含藉由增加提拉速率而生長之晶體之一恆定直徑部分25或圓柱形主體或簡稱「本體」。樣品棒5之主體25具有一相對恆定直徑。棒5包含其中棒在主體25之後在直徑上漸縮之一尾部或端錐29。當直徑變得足夠小時，棒接著與熔體分開。棒5具有延伸通過錠之冠部21及一末端33之一中心縱向軸線A。

在自熔體提拉第一樣品棒之後，量測與第一樣品棒及/或矽熔體之品質相關之一第一樣品棒參數。經量測參數可與棒之雜質組成相關，諸如磷濃度、硼濃度、總雜質濃度、樣品棒之電阻率或其他雜質濃度(例如，鋁、鎵、砷、銦、銻及類似者)。

根據本發明之實施例，在生產第一棒之後自熔體提拉一第二樣品棒。第二樣品棒可具有與第一樣品棒相同之直徑及/或長度或可生產不同直徑及/或長度之棒。量測與第二樣品棒及/或矽熔體之品質相關之一第二樣品棒參數(例如，與雜質相關之參數)。第一樣品棒參數及第二樣品棒參數可係相同參數或如在其他實施例中，可係不同參數(例如，量測第一棒之雜質含量且量測第二棒之電阻率)。

第一樣品棒及第二樣品棒之生長條件可通常選自熟習此項技術者可用之任何適合生長條件。樣品棒可使用一鎖定晶種提升(即，固定提拉速度，其中直徑變動諸如+/-約5 mm)或主動晶種提升(變動提拉速度以維持目標直徑)生長。

在一些實施例中，在生長第一樣品棒之後且在生長第二樣品棒之前及/或在隨後生長產品錠之前不添加多晶矽。替代地或另外，在一些實施例中，在第一樣品棒與第二樣品棒之生長之間不生長產品錠(例如，具有大於樣品棒之一直徑之一錠，諸如一200 mm、300 mm、450 mm直徑錠)。

在一些實施例中，第一樣品棒及第二樣品棒兩者之直徑小於約150 mm或小於約100 mm、小於約50 mm、小於約25 mm或小於約20 mm (例如，自約5 mm至約150 mm、自約5 mm至約100 mm、自約5 mm至約50 mm、自約5 mm至約25 mm或自約10 mm至約25 mm)。一般言之，藉由沿著若干軸向位置(例如，若棒具有一冠部及/或漸縮端，則在棒之一恆定直徑部分內)量測棒且對經量測直徑求平均值(例如，跨長度量測2、4、6、10或更多個直徑且求平均值)而量測棒5之直徑。在一些實施例中，棒之樣品之最大直徑小於約150 mm或小於約100 mm、小於約50 mm、小於約25 mm或小於約20 mm (例如，自約5 mm至約150 mm、自約5 mm至約100 mm、自約5 mm至約50 mm、自約5 mm至約25 mm或自約10 mm至約25 mm)。

樣品棒5可具有任何適合長度。在一些實施例中，棒(例如，在修剪之後)具有小於約300 mm、小於約200 mm或小於約100 mm (例如，約25 mm至約300 mm)之一長度。

在一些實施例中，與樣品棒及/或矽熔體之品質相關之第一樣品棒參數及/或第二樣品棒參數可係與熔體之雜質相關之一參數。例如，可量測(若干)樣品棒之硼濃度、磷濃度、總雜質濃度或電阻率。

在一些實施例中，藉由傅立葉(Fourier)轉換紅外光譜法(例如，低溫FTIR)或藉由光致發光而量測雜質濃度。此等方法容許量測相對低雜質濃度，諸如高或超高電阻率應用之典型雜質(例如，小於1x10¹² 個原子/cm³ 之一雜質濃度)。方法可涉及整體淨載體濃度確認(即，電阻率)或特定雜質(例如，硼或磷)之濃度。

在一些實施例中，量測第一樣品棒及/或第二樣品棒之電阻率。自拉錠器23移除棒5且處理棒5以容許量測電阻率。可諸如藉由使用一線鋸而移除錠之冠部及尾部。在一些實施例中，研磨棒5之經修剪端以修平該等端。可蝕刻(例如，混合酸蝕刻)棒端。棒5可經修改以包含歐姆接觸件(諸如在其第一端15及第二端17處之歐姆接觸件)。例如，棒5之經切割端15、17可使用一膠體銀塗料噴塗且乾燥。

在棒5之一表面上形成一平坦片段11 (圖3)。平坦片段11可沿著棒5軸向延伸。在一些實施例中，平坦片段11自棒5之第一端15軸向延伸至第二端17。在其他實施例中，平坦片段11僅沿著其長度部分延伸。

可藉由諸如憑藉使用一研磨墊(例如，金剛石粗粒墊)研磨樣品棒5之一表面而形成平坦片段11。在一些實施例中，平坦片段具有足以容許與一電壓探針接觸之一寬度(例如，約2至4 mm)。可在電阻率量測之前諸如藉由使用去離子水清洗並乾燥而清潔平坦片段11。

在一些實施例中，在量測電阻率之前，樣品棒5經受一快速熱退火。快速熱退火可藉由解離填隙氧叢集而用作一熱施體消除循環(例如，熱施體之消滅)。在一些實施例中，退火係在約500°C或更多、約650°C或更多或約800°C或更多(例如，500°C至約1000°C、自約500°C至約900°C或自約650°C至約1100°C)之一溫度下達至少約5秒、至少約30秒、至少約1分鐘或至少約3分鐘或更多(例如，自約5秒至15分鐘、自約5秒至約5分鐘或自約5秒至約3分鐘)。

可自平坦片段11量測棒5之電阻率。在本發明之一些實施例中，驅動電流通過棒5且在沿著棒5之長度之一或多個位置處接觸一電阻率探針。可透過端15、17之一者將電流施加至棒5。

在一些實施例中，將棒5固定於一量測設備(諸如圖4中展示之設備43)內。量測設備43包含固定棒5之一夾箝51。夾箝51具有朝向其第一端15固定棒5之一第一支撐件53及朝向其第二端17固定棒5之一第二支撐件55。支撐件53、55經組態以固持棒(例如，螺合用於調整及夾箝)。支撐件53、55可接觸棒5之經修剪端上之歐姆接觸件。引起一探針尖端61在棒之扁平平坦片段上接觸棒5。使電流通過支撐件53、55且藉由探針尖端16量測電壓。沿著頸部5之軸線手動移動探針尖端61，其中在各點處量測所施加電流/電壓。在所繪示設備43中，手動移動探針尖端61。在其他實施例中，藉由致動器移動探針尖端61。

圖4之量測設備43係一例示性設備且可使用用於固定棒及/或量測棒之電阻率之任何適合設備，除非另外陳述。一棒(例如，通常窄直徑棒(諸如小於100 mm、50 mm或小於25 mm) )及量測設備43之使用容許在不將棒切成晶圓或錠塊之情況下量測電阻率。

電阻率探針可係其中兩個探針尖端與平坦片段11接觸之一雙點探針。跨兩個探針尖端量測電壓差。例如，可使用一雙點探針根據標題為「Test Method for Resistivity of Silicon Bars using a Two-Point Probe」之SEMI標準MF397-0812量測電阻率，該標準為了全部相關及一致目的以引用的方式併入本文中。可使用一2端子或3端子整流方法以確認晶體類型(即，N型或P型)。可根據標題為「Test Method for Conductivity Type of Extrinsic Semiconducting Materials」之SEMI標準MF42-0316執行此類型確認，該標準為了全部相關及一致目的以引用的方式併入本文中。2端子及3端子整流方法兩者係用於非常高電阻率矽之穩健方法。

可在跨長度之各個點處量測電壓。可使用經量測電壓及樣品長度及平均直徑來諸如藉由確認一電流-電壓曲線之斜率而計算電阻率(例如，下文之實例1)。

在分析第一樣品棒及第二樣品棒(例如，量測諸如雜質濃度或電阻率之一參數)之後，可比較第一樣品棒與第二樣品棒之經量測參數。參數之差異提供關於熔體之品質之時間相依資訊。例如，可量測參數改變之速率(例如，雜質濃度或電阻率隨著時間之改變)。

可生長額外樣品錠以提供與生長條件相關之進一步時間相關資訊(例如，熔體之雜質)。在一些實施例中，自熔體提拉一第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九及/或甚至第十樣品棒(例如，其中各棒之直徑小於約150 mm、小於約100 mm、小於約50 mm、小於約25 mm或小於約20 mm)。可量測與自熔體提拉之各樣品棒之雜質含量相關之一樣品棒參數。

在一些實施例中，第一樣品棒及第二樣品棒(及視情況，各後續棒)具有一相對低氧含量(諸如小於約5.5 ppma之一氧含量)。在其他實施例中，各樣品棒之氧含量小於5.2 ppma、小於5.0 ppma、小於3.5 ppma、小於約3 ppma或甚至小於約2.5 ppma。在一些實施例中，樣品棒5無差排。

在一些實施例中，在生長樣品棒之後自熔體生長一產品錠。第一樣品棒之直徑及第二樣品棒之直徑小於產品錠之直徑。例如，樣品棒之直徑可係小於產品錠之直徑之0.75倍、小於產品錠之直徑之0.50倍、小於約0.25倍或小於0.1倍。

在一些實施例中，棒5具有通常對應於在拉晶器中生長之一產品錠之頸部部分之直徑之一直徑。例如，棒可具有小於50 mm、小於25 mm或小於20 mm之一直徑。

在一些實施例中，在產品錠之生長期間不添加多晶矽(例如，如在一批量程序中)。可在生長產品錠且使用多晶矽重新裝填坩堝之後生長額外樣品棒。在其他實施例中，隨著生長產品錠，將多晶矽添加至熔體(例如，如在一連續丘克拉斯基方法中)。

可使用經量測第一樣品棒參數及經量測第二樣品棒參數以調整產品錠及/或自其他熔體(例如，在生長第一產品錠之後在坩堝中形成之一第二熔體)提拉之一或多個後續生長之產品錠之生長條件。例如，可至少部分基於經量測第一樣品棒參數及/或第二樣品棒參數更改產品錠之生長條件。例示性生長條件包含熱區組態、側加熱器功率、加熱器幾何形狀、坩堝襯層厚度、摻雜劑濃度、雜質及摻雜劑蒸發、氣流速率及/或腔室壓力。在一些實施例中，第一樣品棒參數及/或第二樣品棒參數與坩堝溶解(例如，坩堝溶解期間之雜質輸入)、熱區污染或氣流雜質相關。

在一些實施例中，至少部分自第一樣品棒參數及第二樣品棒參數確認(例如，模型化)與一單晶矽錠(例如，自與樣品棒相同之熔體提拉之產品錠或自一第二熔體提拉之一產品錠)之雜質含量相關之一參數。例如，至少部分自第一樣品棒參數與第二樣品棒參數之間之差異之改變之一速率確認產品錠之雜質濃度或電阻率。替代地或另外，可自一模型確認與產品錠之雜質相關之參數，其中將第一樣品棒參數及第二樣品棒參數輸入至模型中。一般言之，可使用熟習此項技術者可用於預測一產品錠之雜質之任何模型，諸如使用熔體之雜質之時間相依改變之模型。

在一些實施例中，使用經量測第一樣品棒參數及經量測第二樣品棒參數來調整添加至多晶矽熔體之摻雜劑之量。可在生長第一樣品棒之前將一摻雜劑量添加至熔體且在生長第一樣品棒之後且在生長第二樣品棒之前添加一摻雜劑量(例如，相同摻雜劑或一不同摻雜劑)。在一些實施例中，在生長第二樣品棒之後且在生長產品錠之前添加一摻雜劑量。在其他實施例中，在第一樣品棒及第二樣品棒之任一者之生長之前不添加摻雜劑。

自其提拉第一樣品棒及第二樣品棒及產品錠之多晶矽可係半導體級多晶矽。當使用半導體級多晶矽時，在一些實施例中，多晶矽具有大於4,000 Ω-cm之一電阻率且含有不多於0.02 ppba之硼或磷。

在提拉樣品棒且視情況，將摻雜劑添加至熔體之後，自熔體撤出一產品錠。產品錠具有大於第一樣品棒及第二樣品棒之直徑之一直徑(即，第一樣品棒及第二樣品棒之恆定直徑部分之直徑小於錠之恆定直徑部分之直徑)。產品錠可具有約150 mm或如在其他實施例中，約200 mm、約300 mm或更多(例如，450 mm或更多)之一直徑。

在一些實施例中，熔體相對純及/或經補償以達成一相對高電阻率產品錠。在一些實施例中，產品錠具有至少約1,500 Ω-cm或如在其他實施例中，至少約2,000 Ω-cm、至少約4,000 Ω-cm、至少約6,000 Ω-cm、至少約8,000 Ω-cm、至少約10,000 Ω-cm或自約1,500 Ω-cm至約50,000 ohm-cm或自約8,000 Ω-cm至約50,000 Ω-cm之一電阻率。替代地或另外，第一樣品棒及第二樣品棒可具有至少約1,500 Ω-cm、或至少約2,000 Ω-cm、至少約4,000 Ω-cm、至少約6,000 Ω-cm、至少約8,000 Ω-cm、至少約10,000 Ω-cm、自約1,500 Ω-cm至約50,000 ohm-cm或自約8,000 Ω-cm至約50,000 Ω-cm之一電阻率。

相較於用於生產一單晶矽錠之習知方法，本發明之方法具有若干優點。藉由生長第一樣品棒及第二樣品棒且量測與熔體之雜質(例如，透過坩堝之溶解添加之雜質)之改變相關之一參數，可隨著時間確認時間相依資訊(例如，雜質之改變)。藉由生長具有相對小直徑(例如，相較於具有200 mm或更多之一直徑之一產品錠，小於約100 mm、小於約50 mm或小於約25 mm)之樣品棒，可消除多晶矽在棒之生長之間之添加，其中消除歸因於多晶矽添加之雜質之改變。此容許坩堝溶解及/或熱區污染之雜質貢獻效應分離。

相對小直徑之樣品棒消耗相對少量之熔體(例如，相較於可消耗15 kg、20 kg或50 kg或更多之熔體之一全直徑短錠，少於1 kg、少於0.5 kg或約0.25 kg或更少)且減少歸因於取樣程序(例如，分離)之雜質積累。可在對坩堝內之熔體深度具有一可忽略的改變之情況下生產多個樣品棒。可相對快速地(例如，相較於可涉及20小時、30小時、40小時或50小時之生長時間之一全大小短錠，約12、10或甚至5小時或更少)生長樣品棒。

在其中使用相對純多晶矽來生產相對高電阻率產品錠之實施例中，轉換紅外光譜法或光致發光之使用可容許量測雜質含量(例如，硼及/或磷)。

在其中量測樣品棒之電阻率以確認熔體及/或產品錠之雜質濃度及/或電阻率之實施例中，可藉由一四點或雙點探針相對快速地(例如，8小時或更少或甚至6小時或更少)自棒直接量測電阻率以提供可隨著時間歸因於雜質積累而改變之幾乎即時間接電阻率量測。實例

藉由以下實例進一步繪示本發明之程序。此等實例不應被視為一限制性意義。實例 1 ：自 I-V 曲線確認電阻率

(例如，諸如使用圖4之設備)軸向地量測一樣品棒之電壓，其中記錄經施加電流及經量測電壓。圖5展示所產生之I-V曲線。使用樣品之幾何形狀及I-V曲線之斜率，確認樣品之電阻率為6139 ohm-cm。實例 2 ：熔體及經溶解坩堝壁中之經估計硼及磷含量

圖6展示針對在產品錠生產之前生產之數個短錠之矽熔體之經計算磷/硼含量。基於電阻率行為之模型計算P/B，其中量測短錠之電阻率，將一已知量之P/B摻雜劑添加至熔體且量測產品錠之電阻率。使用此等參數，可計算來自起始多晶矽裝料且透過坩堝溶解之起始P/B之濃度。

在圖6中展示之資料點中，10%至20%之資料點展示初始多晶矽裝料之P/B含量之額外P/B含量，此指示硼及磷濃度通常受坩堝溶解影響。圖6中之不清楚的時間相依性指示坩堝之貢獻可因批次及程序時間而不同。實例 3 ：短錠對樣品棒之比較

在類似於圖1之一提拉設備中生長具有約產品棒之大小之一直徑(例如，一200 mm提拉設備中之約200 mm)之一單晶短樣品錠(「短錠」)。修剪晶體且使其經受一混合酸蝕刻(MAE)。在800°C下使晶體錠塊快速熱退火達3分鐘且進行研光。使錠塊與一四點探針接觸以量測電阻率且在三個量測內求平均值。

在生長短錠之後在相同提拉設備中在鎖定晶種提升模式中生長一樣品棒(「樣品棒」)。棒之直徑跨其長度變動且在17至23 mm之一範圍內，其中一平均值為20 mm。修剪並研磨樣品棒以形成自棒之一個端延伸至另一端之一扁平片段。在800°C下使棒快速熱退火達3分鐘。藉由類似於圖4中展示之設備之一量測設備且使用一雙點探針量測錠之電阻率。在下文之表1中展示生長條件之間之差異：

表1：針對直徑為200 mm之樣品錠及直徑為~17-23 mm之一樣品棒之生長條件

在圖7中展示跨樣品棒之長度之經量測電阻率及來自樣品錠之一錠塊之電阻率。

短錠之樣品製備時間係26小時且涉及修剪、混合酸蝕刻、快速熱退火、板片切割、研磨(例如，使用一金剛石墊)、研光及使用一4點探針之量測，而樣品棒之樣品製備時間係6小時且涉及修剪、混合酸蝕刻、快速熱退火、磨平(使用一金剛石墊)、研光及使用一2點探針之量測。實例 4 ：矽熔體中之電阻率趨勢

自一矽熔體(針對N型磷摻雜)生長具有產品錠之相同直徑(200 mm)之一短錠。接著生長具有約17 mm之一直徑之一樣品棒，接著為產品錠。藉由一四點探針量測來自短錠及產品錠之錠塊之電阻率。

切割樣品棒之端且在棒上形成一平坦片段。藉由一雙點探針量測沿著樣品棒之平坦片段之電阻率。在圖8中展示錠塊之電阻率及沿著樣品棒之電阻率之改變。

針對一P型摻雜之熔體(硼摻雜)生長一短錠、樣品棒及產品錠，其中進行相同電阻率量測。在圖9中展示短錠之電阻率、沿著樣品棒之電阻率之改變及產品錠之電阻率。

針對一第二P型摻雜之熔體(硼摻雜)生長一短錠、樣品棒及產品錠，其中進行相同電阻率量測。在圖10中展示短錠之電阻率、沿著樣品棒之電阻率之改變及產品錠之電阻率。如圖10中展示，在樣品棒與來自產品錠之錠塊之間，晶體類型翻轉至N型。

如圖8至圖10中展示，熔體之電阻率隨著時間非處於穩定狀態且產品錠電阻率受改變之雜質量(例如，來自坩堝之溶解)影響。樣品棒之電阻率趨勢匹配產品錠之電阻率。樣品棒之電阻率之改變隨著時間而非藉由g值之改變變動，此係因為在樣品棒之端之間具有g值之可忽略差異之情況下生長樣品棒。以不同時間間隔生長複數樣品棒將更佳實現產品錠之晶種端電阻率標定及產品錠之經改良軸向電阻率。實例 5 ：如由複數樣品棒展示之磷之積累

製備一摻雜硼之矽熔體且自熔體提拉複數樣品棒及一短錠。生長一第一樣品棒(約17 mm)，接著為短錠。在短錠之後生長一第二樣品棒(約17 mm)。圖11展示樣品棒及短錠之電阻率。發生初始樣品棒與短錠之間之一類型改變。圖12展示來自第一樣品棒、短錠、第二樣品棒及產品錠之各者之磷之經計算積累。如圖12中展示，自第一樣品棒至第二樣品棒之暫態改變更佳估計隨著時間在熔體中之磷積累。

如本文中使用，當結合尺寸、濃度、溫度或其他物理或化學性質或特性之範圍使用時，術語「約」、「實質上」、「基本上」及「近似」意謂涵蓋可存在於性質或特性之範圍之上限及/或下限中之變動，包含(例如)源自捨位、量測方法之變動或其他統計變動。

當介紹本發明或本發明之(若干)實施例之元件時，冠詞「一」、「一個」、「該」及「該等」旨在意謂存在一或多個元件。術語「包括」、「包含」、「含有」及「具有」旨在為包含性且意謂除了所列舉之元件之外，可存在額外元件。指示一特定定向之術語(例如，「頂部」、「底部」、「側」等)之使用係為了方便描述且不需要所描述之品項之任何特定定向。

由於可對上文構造及方法做出各種改變而不脫離本發明之範疇，因此旨在將上文描述中含有及(若干)隨附圖式中展示之全部事項解讀為闡釋性且非一限制性意義。

5‧‧‧棒 6‧‧‧晶種 7‧‧‧入口埠 11‧‧‧平坦片段 12‧‧‧出口埠 15‧‧‧第一端 16‧‧‧生長腔室 17‧‧‧第二端 20‧‧‧提拉腔室 21‧‧‧冠部 22‧‧‧坩堝 23‧‧‧拉錠器 24‧‧‧提拉線 25‧‧‧主體 26‧‧‧外殼 29‧‧‧端錐 31‧‧‧轉盤 32‧‧‧晶種卡盤 33‧‧‧末端 39‧‧‧加熱系統/加熱器 43‧‧‧設備 44‧‧‧矽熔體 45‧‧‧上壁 51‧‧‧夾箝 53‧‧‧第一支撐件 55‧‧‧第二支撐件 58‧‧‧提拉總成 61‧‧‧探針尖端 A‧‧‧中心縱向軸線 X‧‧‧中心縱向軸線

圖1係用於形成一單晶矽錠之一提拉設備之一示意性側視圖；

圖2係自一矽熔體生長之一樣品棒；

圖3係其中一平坦片段形成於其表面上之樣品棒；

圖4係用於量測樣品棒之電阻率之一量測設備；

圖5係用於量測一樣品棒之電阻率之一I-V曲線；

圖6係針對數個短錠之矽熔體之經計算硼/磷含量之一散佈圖；

圖7係在距晶種端之各個位置處之一樣品棒之電阻率之一散佈圖；

圖8係實例4之一摻雜磷之短錠、樣品棒及產品錠之電阻率之一散佈圖；

圖9係實例4之一摻雜硼之短錠、樣品棒及產品錠之電阻率之一散佈圖；

圖10係自P型類型改變至N型之實例4之一短錠、樣品棒及產品錠之電阻率之一散佈圖；

圖11係實例5之一第一樣品棒、短錠及第二樣品棒之電阻率之一散佈圖；及

圖12係基於實例5之第一樣品棒、短錠、第二樣品棒及產品錠之電阻率計算之磷污染時間趨勢。

貫穿圖式，對應元件符號指示對應零件。

5‧‧‧棒

43‧‧‧設備

51‧‧‧夾箝

53‧‧‧第一支撐件

55‧‧‧第二支撐件

61‧‧‧探針尖端

Claims (36)

1. 一種用於自固持於一坩堝內之一矽熔體生產一單晶矽錠之方法，其包括： 將多晶矽添加至該坩堝； 加熱該多晶矽以引起一矽熔體在該坩堝中形成； 自該熔體提拉一第一樣品棒，該第一樣品棒具有一第一樣品棒直徑； 量測與該第一樣品棒及/或該矽熔體之品質相關之一第一樣品棒參數； 自該熔體提拉一第二樣品棒，該第二樣品棒具有一第二樣品棒直徑； 量測與該第二樣品棒及/或該矽熔體之品質相關之一第二樣品棒參數；及 自該熔體提拉一產品錠，該產品錠具有一直徑，該第一樣品棒直徑及該第二樣品棒直徑小於該產品錠之該直徑。
2. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數係相同參數。
3. 如請求項2之方法，其進一步包括比較該經量測第一樣品棒參數與該經量測第二樣品棒參數。
4. 如請求項3之方法，其中量測該參數隨著時間之改變。
5. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數係不同參數。
6. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數與該熔體及/或該產品錠之雜質濃度相關。
7. 如請求項6之方法，其中該參數係選自由以下項組成之群組：該樣品棒之磷濃度、硼濃度、鋁濃度、鎵濃度、砷濃度、銦濃度、銻濃度、總雜質濃度、摻雜劑濃度及電阻率。
8. 如請求項1之方法，其中在生長該第一樣品棒之後未將多晶矽添加至該坩堝。
9. 如請求項1之方法，其中量測該第一棒及該第二棒之該雜質濃度，該第一棒及該第二棒中之該雜質濃度小於1x10¹² 個原子/cm³ 。
10. 如請求項9之方法，其中藉由傅立葉轉換紅外光譜法或藉由光致發光量測該雜質濃度。
11. 如請求項1之方法，其進一步包括至少部分基於該經量測第一樣品棒參數及/或該經量測第二樣品棒參數更改該產品錠之一生長條件。
12. 如請求項1之方法，其中該產品錠係一第一產品錠且該熔體係一第一熔體，該方法進一步包括至少部分基於該經量測第一樣品棒參數及/或該經量測第二樣品棒參數更改自一第二熔體生長之一第二產品錠之一生長條件。
13. 如請求項11之方法，其中該生長條件係選自由以下項組成之群組：一熱區組態、側加熱器功率、加熱器幾何形狀、坩堝襯層厚度、摻雜劑濃度、雜質及摻雜劑蒸發、氣流速率及腔室壓力。
14. 如請求項1之方法，其進一步包括使該經量測第一樣品棒參數及/或該經量測第二樣品棒參數與坩堝溶解、熱區污染或氣流雜質相關。
15. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數係該樣品棒之該電阻率，藉由使該棒與一電阻率探針接觸而量測該第一樣品棒電阻率及該第二樣品棒電阻率。
16. 如請求項15之方法，其進一步包括： 在該第一樣品棒上形成一平坦片段，在該平坦片段上量測該第一樣品棒之該電阻率；及 在該第二樣品棒上形成一平坦片段，在該平坦片段上量測該第二樣品棒之該電阻率。
17. 如請求項16之方法，其中各平坦片段自該樣品棒之一個端朝向該樣品棒之一第二端軸向延伸。
18. 如請求項15之方法，其進一步包括將一電流施加至該樣品棒以量測該樣品棒之一電阻。
19. 如請求項15之方法，其中藉由一量測設備固定各樣品棒，該量測設備包括在使該樣品棒與一電阻率探針接觸時固持該樣品棒之一夾箝。
20. 如請求項15之方法，其進一步包括在量測該樣品棒之一電阻率之前在一熱施體消除循環中使各樣品棒退火。
21. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒及該第二樣品棒之該等直徑各係小於該產品錠之該直徑之0.75倍，或小於該產品錠之該直徑之0.50倍、小於約0.25倍或小於0.1倍。
22. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒及該第二樣品棒各具有小於約300 mm、小於約200 mm或小於約100 mm之一長度。
23. 如請求項1之方法，其中該產品錠具有至少約1,500 Ω-cm、或至少約2,000 Ω-cm、至少約4,000 Ω-cm、至少約6,000 Ω-cm、至少約8,000 Ω-cm、至少約10,000 Ω-cm、自約1,500 Ω-cm至約50,000 ohm-cm或自約8,000 Ω-cm至約50,000 Ω-cm之一電阻率。
24. 如請求項1之方法，其中該第一樣品棒及該第二樣品棒各具有至少約1,500 Ω-cm、或至少約2,000 Ω-cm、至少約4,000 Ω-cm、至少約6,000 Ω-cm、至少約8,000 Ω-cm、至少約10,000 Ω-cm、自約1,500 Ω-cm至約50,000 ohm-cm或自約8,000 Ω-cm至約50,000 Ω-cm之一電阻率。
25. 一種用於模型化一單晶矽錠之雜質濃度之方法，該方法包括： 自安置於一坩堝中之一矽熔體提拉一第一樣品棒，該第一樣品棒具有小於100 mm之一第一樣品棒直徑； 量測與該第一樣品棒之雜質含量相關之一第一樣品棒參數； 自該矽熔體提拉一第二樣品棒，該第二樣品棒具有小於100 mm之一第一樣品棒直徑； 量測與該第二樣品棒之雜質含量相關之一第二樣品棒參數； 至少部分基於該經量測第一樣品棒參數及該經量測第二樣品棒參數確認一單晶矽錠之該雜質濃度。
26. 如請求項25之方法，其中該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數係相同參數，該參數係選自由以下項組成之群組：該樣品棒之磷濃度、硼濃度、鋁濃度、鎵濃度、砷濃度、銦濃度、銻濃度、總雜質濃度、摻雜劑濃度及電阻率。
27. 如請求項25之方法，其中該第一樣品棒直徑及該第二樣品棒直徑各係小於約50 mm、小於約25 mm、小於約20 mm、自約5 mm至約100 mm、自約5 mm至約50 mm、自約5 mm至約25 mm或自約10 mm至約25 mm。
28. 如請求項25之方法，其進一步包括： 自該熔體提拉一第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九及/或第十樣品棒，各樣品棒之直徑係小於約100 mm；及 針對自該熔體提拉之各樣品棒量測與該雜質含量相關之一樣品棒參數。
29. 如請求項25之方法，其中至少部分自該經量測第一樣品棒參數與該經量測第二樣品棒參數之間之差異之一改變速率確認一單晶矽錠之該雜質濃度。
30. 如請求項25之方法，其中自一模型確認一單晶矽錠之該雜質濃度，將該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數輸入至該模型中。
31. 如請求項25之方法，其進一步包括自該熔體提拉一產品錠，其中確認該雜質濃度之該單晶矽錠係自該熔體提拉之該產品錠。
32. 如請求項25之方法，其中該熔體係一第一熔體，該方法進一步包括： 自該第一熔體提拉一第一產品錠； 自一第二熔體提拉一第二產品錠，其中確認該雜質濃度之該單晶矽錠係自該第二熔體提拉之該第二產品錠。
33. 如請求項31之方法，其中該第一樣品棒及該第二樣品棒之該直徑各係小於該產品錠之直徑之0.75倍，或小於該產品錠之該直徑之0.50倍、小於約0.25倍或小於0.1倍。
34. 如請求項25之方法，其中該雜質濃度係該單晶矽錠之一部分之一雜質濃度。
35. 如請求項25之方法，其中該雜質濃度係在該單晶矽錠之長度內之一或多個雜質之濃度。
36. 如請求項25之方法，其進一步包括在量測該第一樣品棒參數及該第二樣品棒參數之前在一熱施體消除循環中使各樣品棒退火。

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