TWI240771B - Single crystal production method - Google Patents

Description

1240771 五、發明說明（1) 一、 【發明所屬之技術領域】 本2明所屬之技術領域係一以左科 單晶體：造法及—種 基礎之 錯、變成多晶型及變形。 T囬及、、文所引起之位 二、 【先前技術】 目前曾將各種半導體及化合物半 電子裝置及光電裝置，該等晶體係用=:::曰圓 衣泣 左科拉斯基法對製造大型晶體非常有用。=去

=體裝置主流之絕大多數矽單晶體係用左科拉斯基法；J

三、【發明内容】

融體表面之安定性影響單晶體生長之安定性至鉅。 照左科拉斯基法，單晶體係自融體之自由表面生長。t 振動可導致融體表面產生波紋，由於伴隨波紋發生溫度ς 伏次數之增加，晶體可能產生位錯現象或變成多晶型， 以該晶體不能用作製造半導體裝置之晶圓。即使該晶體可 免除該等缺點，該晶體容易發生晶體變形，由於晶^不能 成為預定之形狀，將損及產品之合格率。再者，若融體略 具黏度（例如：矽）及若於一大坩堝内使用大量融體，一旦 發生大波紋，由於對黏度而言，融體之慣性甚大，所以波 紋不易平靜下來。 所以’至於以左科拉斯基法為基礎之單晶體製造器具 ，為防止融體因晶體及坩堝之轉動而產生波紋，建議應將 掛禍及晶體之轉動軸沿垂直方向加以調整；掛禍及晶體之

1240771 五、發明說明（2) 而且相關於轉動之 轉動中心軸應調節得儘可能彼此一致 驅動系統所產生之振動及坩堝與晶體之垂直運動不會傳至 融體（請參閱日本專利申請案特開20 0 0- 1 69290及特^2〇〇〇 一86 38 7 ) ° 如以上所述，針對驅動系統係採用若干周全對策俾將 單晶體製造過程中恆久發生之融體表面上之波紋平靜下來 。但，在許多案例中，將實際晶體向上拉時所發生許多波 紋之特徵是：在單晶體生長過程中驟然開始發生並於一段 時間後則平靜下來。就融體表面上此類波紋而論，顯然運 轉驅動系統精度以改良及針對振動傳動系統之對策並非顯 然成功之直接解決方法，而且實際上該等對策之效果並不 太大。

本發明之目的係藉防止晶體發生位錯現象、變成多晶 型及變形以改良產品合格率。 x > BB 依據對如何達成上述目標之檢討及研究，發明人發現 ==體之，共振所引起之波紋係發生在依照左科拉 俨二 Ϊ早晶體時融體表面上。換言之，，由於單晶 :融體慑動共振振動之次數增加，當 晶體^人w 、.藉增加晶體轉動次數整數倍（尤其 生。而日、：右Π)所得之值時，明顯之波紋開始發 過曰和μ /融體之4進一步減少及慑動共振振動次數超 紋得以平靜下來。 動-人數時’顯然融體表面之波 因此，本發明建議掛堝之轉動次數及晶體者或二者之

第6頁 1240771 五、發明說明（3) f ^ ^以控制，以免驅動融體之振動次數（由單晶體生長 =ΐI坩堝轉動次數及晶體者為基礎所測定者）會變成^ 2共振振動次數（以坩堝形狀及融體數量為基準所= 特別振動次數）之95%至105%之範圍内，在單晶體之上 拉作用進行期間，該幌動共振振動一直在改變。 於_石夕單晶體，因晶體内氧密度沿軸向及徑向之分佈 又坩堝轉動次數及晶體者之影響，及保持品質計，坩堝之 轉動次數及晶體者不能作大幅度改變。在此情況下，本發 明建議：若驅動融體之振動次數（以單晶體生長程序中坩χ 堝轉動次數及晶體轉動次數為基礎所測定者）係位於融體 巾晃動共振振動次數之95%至105%之範圍内，坩堝之轉動次 2及晶體者或二者之一係加以控制，以免振動次數位於該 範圍内期間由幌動引起之融體振動次數會超過2〇〇〇次。 驅動融體之振動次數位於融體幌動共振振動次數之9 5 % 至1 0 5 %範圍内之時段係加以縮短，以免該時段會超過2 〇 〇 〇 次。如此，雖然融體表面發生波紋，亦可能防止晶體變形 及變成多晶型。 此處，業經公開的是，坩堝内融體幌動振動之次數係 以掛禍之形狀及融體之量為基準，幾乎與融體之密度及黏 度無關。此種關係可在下列方法中獲得認可。 依照第一種方法，若所用容器之形狀係圓柱形或半球 形及融體數量與幌動振動次數間之關係式係經分析而求得 者，該等容器及數學式可以使用。第二圖所示係内徑丨5 〇 公厘財禍内發生之不同種類幌動共振振動次數與坩堝内融

第7頁 1240771 五、發明說明（4) 體數量之關係（以 會所編機械工程師手，、、、土準，請參閱曰本機械工程師學 圖中，實線、i : !3A-135頁，1 987年）。在第二 (〇,"各個模式條線動及虛線_ ^ 式括號内兩邊之數值俾；之條件。在此情況下’在共振模 目。 之數值係指分別沿圓週及直徑方向之波紋數 依照第二種方法， 產生波紋，# ,將一預定量之水置入坩堝内並使其 座：、.文利用一位移感 = ，並用一FFT公袼哭八』 4』a w阿度之時間變化 經預定，幌動丘振振刀動斤振動響應’所以’若融體數量業 ㈣^ ，、振振動之次數可用實驗方式測定之。ϋ 7jc 篁之變化以重複上沭晷、日,a 、叫疋1。猎水 振動次數間之作可測定融體數量與慢動共振 黏度無關，所以水可代| ΐ振振動次數與融體之密度及 四、【實施方^ 以實際融體作為原料。 叫η在、以左科拉斯基法為基礎之單日日日體上拉法巾，於-内 仏150么厘及深度15〇公厘之圓扭# 、 定向之種晶以生長一 ,ϋ 1禍内置一具有(1〇〇) + -曰曰乂生長石夕早晶體，第三圖所示係晶體韓動所 引起之融體驅動頻率（最女、έ表、塔、 動振說αι: 激發源），連同第二圖與融體驅 人數值及融體數量間之關係"。融體驅動振動次 之曰':Γ ΐt對次數之四倍’且係由具有（1 〇〇)定向 :體生長界面邊緣發生之四條晶體特性線 比車父例1 : 於-單晶體拉晶裝置内，將2G公斤 公厘及深度150公厘之圓柱形掛禍内，利用一具有(100)定

1240771 發明說明（5) 一 2始生長矽單晶體。在掛堝以預定轉動次數每分 相斜鳇ί 5及晶體沿相反方向以每分鐘20轉之轉動次數（ = = : =體。“，因種晶之定向為(二二 自約略成：由四條晶體特性線引起、尺寸各 體重量達到ΐ續振動。當晶體生長完畢，掛禍内融 次數：ίϊΛ" : S曰曰體賦予融體之每分鐘12。轉振動 晶體嚴重激形再者體重1達到9.0公斤時， 者4濟番ί >且不合晶體標準。在該情況下繼續向上拉， 田™虫體重夏到達8公斤日寺’融體表面上拉 ，晶體之直栌Α洚产挪、隹…闽★ 反、、、文均千静下來 體重詈到、查：再度在裇準靶圍曰體繼續向上拉，告融 之斤時’由於(°，1)模式之幌動共振融體 多晶型。曰曰體L當融體重量到達4.5公斤時，晶體變成 體表面上之波紋平靜下來。 逆4心斤時，融 具體實施例1 : ® ^ ^ ^ "f I ^ ί ί άοΙΓ^5' " ^ m ^ 1 50 ^ Μ ^ 刊用具有（1 〇 〇)疋向之種晶峰且μ抑 動次數每分鐘10轉轉動及晶體 開始直至融=為ΐ體㈡自種晶浸 之…(1。。)1晶體生長界面邊緣形成：個時由=

第9頁 1240771 五、發明說明（β)^ ~ " 一一*— ---—— =Hi尺寸各自約略相同之凸出體° _内之融體主 ㈣ 二、童1 20轉之振動次數繼續振動。如表i所示，自融 :掛：ii12· 5公斤時開始，融體數量繼續減少時，藉減 以轉動次數及/或晶體者將坩堝轉動次數及晶體者加 之^%。’俾晶體驅動融體振動次數總是低於幌動振動次數 、=果’可獲得下列效果：在融體剩餘3 · 3公斤、向上 晶時融體表面不產生波紋、晶體不變形及不變成多晶型 之情況下可完成拉晶。

表1所示係在依照具體實施例丨實施晶體生長之情況下 掛禍轉動次數、晶體轉動次數、慢動共振振動次數及共 振振動次數與驅動振動次數比之間之關係。 表1 融體數量 A B C D E 坩堝轉動 晶體轉動 驅動振動次數 模式（1,2 > 驅動/共振振 次數 次數 之幌動共振 動次數比< % > (公斤} (轉/分鐘） (轉/分鐘） (1/分鐘） C = 4x (A4-B) 振動次數 (1 /分鐘） E=(C/D) ^~2〇7〇~~· 10 20 120 131.6 91% ~~Ί2Τ5~ --------- 10 20 120 12 8.7 93% 11.6 9 20 ^" 116 -^127.4 91% 10.0 ------ 8 20 112 123.8 90% 8.3 ----- Θ 18 104 118.4 88% 6?6 ~~___ 6 18 96 110.6 87% _5_. ο 5 16 84 99.6 84% 47〇 ——~~-—- 5 16 84 90.9 92%

具體實施例2 :

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將20公斤矽原料溶在内徑丨50公厘及深度15 〇公厘之 柱狀坩堝内，利用具有（1 〇 〇 )定向之種晶生長石夕單晶體。β 晶體之生長方式如下··自將種晶浸入融體直至融體數量到 達12· 5公斤為止，坩堝係以預定轉動次數每分鐘1〇轉轉動 ，晶體係以預定轉動次數每分鐘2 〇轉沿與坩堝相反方向轉 動。此時，由晶體驅動之融體轉動次數為每分鐘12〇轉。

當融體數量到達12· 5公斤時，模式（1，2)之幌動共振振動 次數接近晶圓所驅動融體振動次數之9 3 %。所以，將晶體 轉動次數及坩堝者分別增加至每分鐘2 2轉及每分鐘丨2轉， 歷時1 5分鐘（亦即對應於由幌動所引起融體振動次數之時 間，1 9 3 0 = 1 2 8· 7轉/分鐘X 1 5分鐘）。雖然在此1 5分鐘内可

辨認出融體表面之波紋，晶體並未發生變化且未變成多晶 型。此期間’融體數量到達1 2 · 〇公斤，融體之驅動振動次 數到達模式（1，2 )幌動共振振動次數之1 〇 6 %。之後，如表2 所不’當融體數量到達9 · 〇公斤時，將坩堝轉動次數及晶 體者分別減至1 1轉/分鐘及2 1轉/分鐘。當融體數量到達 6 · 0公斤時’將坩堝轉動次數回復至每分鐘丨〇轉及晶體轉 動^數保持在每分鐘2 1轉。此時模式（1，2 )之幌動共振振 動次，與驅動振動次數之比為丨丨6%。當拉晶繼續進行及融 體數量到達5 · 5公斤時，晶體所驅動融體振動次數之時段 f近模式（0，1)之幌動共振振動次數。所以，將晶體轉動 一人數及掛禍者分別增加至每分鐘2 1轉及每分鐘1 2轉，歷時 1 5分鐘（通過幌動共振區之時間）以通過共振區。雖然在此 15分鐘内（振動次數，1 9 33=128. 9轉/分鐘X 15分鐘）曾辨認

第11頁 1240771 五、發明說明（8) 出融體表面上之波紋，晶體並未發生變化且未變成多晶型 。當拉晶繼續進行且融體數量到達4 · 〇公斤時，將掛禍振 動次數及晶體者分別回復至原來振動次數（每分鐘1 〇轉及 每分鐘2 0轉）。 因此，在融體剩下3 · 3公斤，向上拉晶時融體表面不 產生波紋、晶體不變形及不變成多晶型。 表2所示係在依照具體實施例2實施晶體生長之情況下 掛堝轉動次數、晶體轉動次數、共振振動次數及幌動共振 振動次數與共振振動次數及驅動振動次數比間之關係。 表2 融體 數量 A w 坩堝轉晶體轉驅動振動次模式 動次數動次數數 …

B

C

El

(1/分鐘） C=4x(A+B) D1

(〇 , 1 >之振動比 驅動/共振驅動/共振

E2

(公斤} (%) E1=(C/ Dl>

-__ 116 如以上所述，太欢 n ^ : 表示），坩堝轉動次數Λ明之具體實施例1中（如第三圖中所 所驅動融體之振動次及/或晶體者係加以控制，所以晶體 共振次數兩曲線之間係位於模式（1，1 )及模式（1，2 )幌動 在具體實施例2中，當晶體驅動振

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五、發明說明（9) 動次數之曲線與模式（〇，1)幌動共振振動次數之曲線相交 時，坩堝轉動次數及/或晶體者係加以控制使交叉過渡期 限縮短，亦即由巾晃動所引起之融體振動次數不超過2 〇 〇 〇 次0 如以上所説明者，依照本發明，當依照左科拉斯美 向上拉晶及製造晶體時’藉防止融體驅動振動次 體振動次數及坩堝者為基礎而測定者）盥_孤1 曰 共振振動次數一致可將驟然發生之池的A^ 1 體變成多晶型及發生位錯現象，所以人玫玄 稍以防止 善。 所以合格率可獲得大幅 採對策（例如 态具内之調節 •以左科拉 及改良機 本發明較對融體表面波紋所 斯基法為基礎之傳統單晶體製造 構）更為有效。 1240771 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 第一圖··係一以左科拉斯基法為基礎之拉晶裝置之示 意圖。 第二圖：係一顯示幌動共振振動次數及内徑1 5 0公厘 、圓柱形竭内融體數量之曲線。 第三圖：係一顯示本發明具體實施例及比較例内操作 情況與幌動共振振動次數間關係之曲線。

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Claims (1)

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六、申請專利範圍 1 · 一種以左科拉斯基法為基礎之w曰 堝轉動次數及晶體轉動次數或兩f θθ體製造方法，其中掛 動融體之振動次數（由里θ二>Α 係經控制’以免驅 从 干日日體生县装 晶體轉動次數為基礎所測定者）合傲中坩堝轉動次數及 次數9 5 %至1 0 5 %之範圍内。 ° 融體Ί7晃動共振振動 2· —種以左科拉斯基法為基礎之單晶體製 驅動融體之振動次冑（由單晶體生長程序中坩堝轉動I : =轉動次數為基礎所測定者）係位於融 ^人數95%至1〇5%之範圍内，掛竭轉動次數及晶體轉、振^ 丈或其中之一係經控制，以免振動次數位於該範人 因慢動而引起之融體振動次數會超過2 〇 〇 〇次。 /間

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