TWI251037B - Process for preparing single crystal silicon sing crucible rotation to control temperature gradient - Google Patents
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Description
1251037 玫、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用來製造電子元件的半導體級單晶矽之製 備。更明確地說,本發明係關於一種用來製備單晶矽之方 法’以晶棒或晶圓形式,其中利料網旋轉控制晶體中的 平均軸向溫度梯度,Go,做為半徑的函數(即(GG(r)),特別 是在或接軸處。此外,利用„旋轉調變來獲得其 中軸向-致的氧含量。在-具體實施例中,本發明係針對 —種用來製備具有軸向對稱區域之單晶矽之方法,該轴像 對稱區域基本上沒有附聚的本徵點缺陷,本方法利用掛禍 旋轉來改進G〇之半徑一致性。 【先前技術】 平日-日矽,具係 •、二/王丁子菔m于兀件之方法白 起始材料,通常是利用所謂的柴氏(”Cz”)長晶法來製備。名 此万法中’ #多晶矽C’poiysmcon”)填充至一坩堝中並辱 化’使-晶種晶體與該融熔的矽接觸,並利用緩慢拉起身 成長單晶石夕。在頸部的形成完成之後,利用,例如,降伯 匕起速率及/或融化溫度來增加該晶體的直徑,直到達到预 期或目標直徑為止。然後利用控制拉起速率和融化溫度並 補償降低的融化平面來成長直徑大約固定的該晶體之圓柱 狀主體。在接近成長製料點㈣㈣㈣之㈣硬前, 必頊逐漸縮減該晶體直徑以形成一終端圓錐。通常,嗦饮 端圓錐係利用增加晶體拉起速率以及供應至該料的ϋ 开/成。當m得…、時,即可將該晶體與該㈣物分離。 89219 1251037 f ’在成長反應室中
溫度,低於此已知的本徵點缺陷濃度變得嚴重過飽和。在冷 目前已知當該晶棒從凝結溫度冷卻時,名 形成的單晶矽會有一些缺陷。更明確地說, 時,d歡點缺陷’例如晶格空雜式xt 卻至低於此門限溫度時,會產生反應或附聚的結果’而導致 附聚的本徵點缺陷的形成。 \如在別處所揭示者(見,例如,美國專利第5,919,302號; 第 6,254,672號,第 6,287,380 號;第 6,328,795 號;以及第 6,312,516號),這些矽中之點缺陷的型式和初始濃度在該晶 棒從凝結溫度(例如,約1410。(:)冷卻至大於約13〇〇。(3的溫度 (即,約1325 C、1350°C或更高)時決定,也就是說,這些缺 陷的型式和初始濃度係由v/G〇來控制,其中v是成長速度, 而G〇疋晶體中在此溫度範圍内的平均軸向溫度梯度。更具 體地’現在參見圖1,對於增加的v/Gg值來說,從漸減的自 晶隙控制成長轉換至漸增的空缺控制成長在接近v/Gq之臨 界值附近發生’其’基於目前可得的資訊,出現在約2 · 1 χ 1 〇·5 cm /sK ’其中G〇係在上面界定的溫度範圍内之軸向溫度梯 度固走的情況下決定。因此’製程條件,例如成長速率(影 響v) ’以及熱區域配置(影響G〇),可經控制以決定該單晶石夕 内的本徵點缺陷大邵分是空缺(此時V/GQ通常比臨界值大) 或是自晶隙(此時v/Gq通常比臨界值小)。 附聚缺陷的形成通常以兩個步驟發生;第一,發生缺陷 「成核」,其係本徵點缺陷在已知溫度下過度飽^和的結果。 89219 1251037 -旦細「成核門限」溫度’本徵點缺陷便附聚。該等 本徵點缺陷會繼續擴散通過矽晶格,只要其所在的晶棒部 分之溫度維持在第二門限溫度(即,「擴散門限」)以上,低 於此溫度本徵點缺陷便不再於商業t施時間㈣動。舍續 晶棒保持在此溫度以上時’空缺或晶隙本徵點缺陷分別擴 散通過晶格至附聚的空缺缺陷或晶隙缺陷已存在的位置, 導致已知的附聚缺陷尺寸增大。增大的發生是因為這些附 水缺1¾位置基本上扮演「水槽(sink)」的角色,利用附聚作 用之更有利的能態來吸引並聚集本 /徵點缺陷。 ' 因此’附聚缺陷的形成和尺寸係取決於成長條件,包含 v/G〇(影響此類點缺陷的初始濃度),以及該日日日棒主體在由該 「成核門限」#成之上限和該「擴散門限」(影響此類缺陷 的尺寸和密度)構成之下限所限制之溫度範圍内的冷卻速 率或留置時間。如先前已揭示者(見,例如,前面所提及的 美國專利),冷卻速率或留置時間的控制使附聚本徵點缺陷 的形成可以在大許多的v/G〇值範圍内被抑制;也就是說, 冷卻控制允許使用大許多的可接受之v/以值「窗」,同時仍 然可以成長出基本上無缺陷的矽。 但是,關於本徵點缺陷之型式和初始濃度,已知在凝固 時,孩拉起速率,因而本質上V,也該特定的軸向位置上作 為半&的函數基本上是固定的;也就是說,V在晶棒中的每 個轴向仏置本質上是徑向(radially)固定的。進一步知道 L #本欲點缺陷的濃度,以及也許型式,並不是沿著半徑 不&的’因為在晶棒外部或橫向表面處的熱損耗的緣故, ' 89219 1251037 因此導致G0由該晶棒中心處沿著半徑向外移動而增加。通 常,這是因為熱區域設計的限制(即,無法充分限制結晶表 面的熱損耗)。無法控制gq⑴的事實在Gq的實際值增加時變 得更明顯。結果是,增加基本上無缺陷的矽之產量變得更 困難(v的增加通常需要增加Gg,以維持點缺陷之預期型式 和初始濃度)。 【發明内容】 因此簡單地說,本發明係針對一種根據柴氏長晶法來拉 起一單晶矽晶棒之方法,其中使一晶種晶體與容納在一坩 堝内的矽融熔物接觸,該坩堝係與該晶種同軸,然後從其 中拉起以形成一鄰接在該晶種晶體的頸部,一鄰接於該頸 部的晶種圓錐,以及一鄰接於該晶種圓錐的固定直徑部 分,該固定直徑部分具有至少15〇毫米的公稱直徑(n〇minal cHameter),該固定直徑部分具有⑴一長度L,從一由該晶種 圓錐變成該固定直徑部分的轉換沿著晶棒的軸測得,(ii)一 第一系列位置— M,分別沿著該軸與該轉換距離。), 其係做為L的分數來決定,以及(iii) 一第二系列位置 PP() ’分別沿著該軸與該轉換距離DD(1_>n),其係做為L 的分數來決定’其中該第二系列中之位置和其分別的距離 可以與該第一系列中者相同或不同。該方法包含(a)以相反 方向旋轉該晶種晶體和該坩堝;(b)以該晶棒之固定直徑部 分的漸增軸長度之函數來降低平均坩堝旋轉速率(CR),其 中在一位置’ P i,上的平均坩堝旋轉速率係大於在一位置’ P2 ’上的平均坩堝旋轉速率,其中DAPi+O.lL);以及,(c) 89219 I2s1〇37 利用坩堝旋轉速率調變(CRM)來控制欲使其基本上保持不 變之該固定直徑部分中的平均軸向氧含量。 本發明進一步針對一種根據柴氏長晶法來拉起一單晶矽 晶棒之方法,其中使一晶種晶體與容納在一坩堝内的矽融 熔物接觸,該坩堝係與該晶種同軸,然後從其中拉起以形 成一鄰接於該晶種晶體的頸部,一鄰接於該頸部的晶種圓 錐,以及一鄰接於該晶種圓錐的固定直徑部分,該固定直 徑邵分具有從該軸延伸至其橫向表面之至少乃毫米的公稱 半徑。孩方法包含:(a)以相反方向旋轉該晶種晶體和該坩 堝;(b)在成長該固定直徑部分期間以一平均坩堝旋轉速率 (CR)旋轉一坩堝,其係足以在接近該軸處得到高度, 土少約5 *米的融熔物-固態介面,如從該融熔物表面所測 侍者,以及一高度ZR/2,其中ZR/2是在該融熔物表面上方大 、勺在居半徑中點處的介面尚度,其至少約是&的i 2〇% ;以 及,(〇利用坩堝旋轉調變(CRM)來控制欲使其基本上保持 不變之該固定直凝部分中的平均軸向氧含量。 本發明又進一步針對一種根據柴氏長晶法來拉起一單晶 矽晶棒之方法,其中使一晶種晶體與容納在一坩堝内的矽 融熔物接觸,該坩堝係與該晶種同軸,然後從其中拉起以 形成一鄰接於该晶種晶體的頸邵,一鄰接於該頸部的晶種 圓錐,以及一鄰接於該晶種圓錐的固定直徑部分,該固定 直技邵分具有至少1 5 〇耄米的公稱直徑。該方法包含(a)以相 反方向旋轉該晶種晶體和該坩堝;(b)控制v/Gq比例,其中v 係成長速度而G〇係該晶棒之固定直徑部分的至少一個段落 89219 -10- 1251037 在仗极固至不低於約1300t的溫度範圍内之平均抽向溫度 梯度’來㈣該比例包含在成長該段落時降低平均甜瑪旋 轉速率(CR) ; (c)利用掛網旋轉調變(CR⑷來控制欲使其基 本上保持不變之該段落中的平均轴向氧含量;以及,⑷控 制省/又落;k做固溫度至約丨〇5〇。〇或更低的冷卻速率,其中 該段落包含一軸向對稱區域,其基本上係無⑴附聚空缺缺 陷’或(ii)A型附聚晶隙缺陷。 在咸削述方法之一具體實施例中,v/G〇係經絕佳控制而 在。亥4刀内k成一抽向對稱區域的形成,其基本上沒有附 聚本徵點缺陷,其中主要的本徵點缺陷若不是矽自晶隙就 是碎晶格空缺。 進步/主思到在本方法之任何前述實施例中,可以選擇 / 、性地使用坩堝旋轉調變(CRM)來達到一基本上固定的氧濃 度’違氧濃度本質上落在任何通常可由柴氏型長晶法達到 的範圍内。 本發明之其他特徵將在如下在某種程度上變得更顯而易 見’並且在某種程度上被指明。 【實施方式】 一般來說,根據本發明,已發現平均坩堝旋轉速率(CR) 可經控制來改變融熔物-固體介面的形狀以及該晶體中的 平均軸向溫度梯度,G〇,界定在從凝固至一大於約1300°C 的溫度(例如1325°C、1350°C或更高)之溫度範圍内,如分別 由圖2和3所示者。更明確地說,本發明之方法利用cr來增 加接近該成長晶體中心軸處的平均軸向溫度梯度,同時對 89219 -11 - 1251037 於接近其橫向表面處的梯度基本上沒有影響,即使在G〇值 I I- 蓍 、 上 局於習知方法的情況下,因而有效地使V/G0在做為 半徑函數上更一致。 在沒有任何特定理論基礎下,並且參考圖4A和4B(其提供 的目的只用來做說明),通常咸信坩堝旋轉作用在於在單晶 矽晶棒成長期間改變融熔物流,使得該晶棒中心軸附近的 融熔物較不混亂,而導致其有較為向下的流量,或較不向 上的流量。這具有從該融熔物將更多的熱分佈至該中心軸 附近的晶體中的效應,並因此增加該中心軸附近的成長中 的晶棒之梯度。 眾所周知的是增加Gq是所欲的,因為這轉而容許v,主要 由拉起速率來控制,可以增加,同時得到相同的v/G〇比例, 因此增加同樣型式和品質的單晶矽的產量。本發明用來控 制或改變G〇的方法,特別是在或接近該中心軸處,係可與 其他利用熱區域設計來增加G〇的方法區別出來的。更明確 地說’此類習知方法基本上通常導致G〇在整個晶棒半徑上 的增加,特別是在半徑邊緣處,而本發明方法則在接近該 中心軸處獲致較高的G〇,並在半徑邊緣處有非常小的,如 果有任何的話,改變的G〇。此外,本發明方法係可與習知 的柴氏型長晶法區別’其中平均掛瑪旋轉速率是固定的咬 以晶體之固定直徑部分的長度之函數增加,以獲得其中轴 向一致的氧濃度(見’例如’美國專利弟5,5 9 3,4 9 8號;第 5,766,341 號;第5,215,620號,第 4,040,895號;第 4,436,577 號和第5,178,720號),因為其在該晶體之固定直徑部分的軸 89219 -12- 1251037 向長度的一部份,並且在某些實施例中基本上是所有部 分’上使用漸減的CR。 本發明方法利用坩堝旋轉調變(CRM)來補償固定直徑部 分中的氧濃度控制或一致性的減少。一般來說,已觀察到, 至少在某些實施例中,增加CRM的振幅及/或週期使氧氣濃 度可以與現行的柴氏方法相比;事實上,本發明方法基本 上提供一般柴氏型成長技術可以獲得的任何氧濃度(即,落 在、、々1 0 PPMA至約1 8 PPMA之間的範圍内,經由美國測試暨 材料學會(ASTM)F-121-83,包含例如約10、約12、約14、 約丨6或甚至約is PPMA的濃度)。 在本發明之一特別佳的實施例中,平均坩堝旋轉速率的 增加可以與拉起速率和其他在技藝中已知的參數併用來控 制v/GQ比例,選擇性地連同冷卻速率(如在此進一步描述 者)’以限制,並且最佳地預防附聚本徵點缺陷在該單晶矽 晶棒 < 一段或所有的固定直徑部分中形成。如在此進一步 描述及示出者(見,例如,圖5),以此方式成長基本上無缺 陷的單晶矽是有利的,因為其作用使v/G〇⑴更一致。咸信 此類條件對於最佳化良率有幫助,至少在某種程度上,因 為其作用以確保該晶棒之固定直徑部分的每一段皆一致地 成長(卩暴路在基本上相同的熱條件和冷卻速率下)。此 外’因為v/G〇比例是由G〇來控制,並且更明確地說由影響 G〇的一種或多種參數來控制,而不是由v,因此成長速度可 以设定在可能的最高速率下以最佳化產量。 L介面形狀 89219 -13 - 1251037 現在參見圖4A和4B,以及圖6A和6B,注意到,根據本發 明方法,在該單晶矽晶棒之固定直徑部分或主體的成長期 間控制平均坩堝旋轉速率會導致「Μ形」或「海鷗翅膀形」 的融熔物-固體介面。具體參見圖7,在某些實施例中該介 面在中心軸或接近中心軸處具有一高度,Za,其係在該融 熔物水平面上(即介於該坩堝中之融熔物水平面和在該中 心軸或接近該中心軸處的融熔物-固體介面之間的距離,沿 著該中心軸測量)至少約5毫米、10毫米、15毫米或更高。 此外,從該中心軸徑向地向外移動,該介面在在該半徑中 或一半的約中點處具有一高度,Zr/2,其至少是該高度z α 的約120%,並且在某些實施例中可能是約125%、130%、 135%、140%、145%、150%或更多。 此種介面可能是來自約10%、20%、30%、40%、50%、 60%、70%、80%、90%或更多的晶棒主體已形成之後對於 平均旋轉速率的控制而來。以另一種方式來說,此介面可 能在約 10。/〇、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、 90%或更多的融熔物已經耗盡或凝固之後發生。 II.製程參數 Α·坩堝旋轉(CR) 根據本發明, 旦石夕融溶物的製備已經完成並且已使〜
低’當將彡亥晶種晶體從其中拉起以 Ν,並且更明確地說是降 以成長該晶棒之固定直徑 89219 •14- 1251037 部分時,以控制G〇,並且更明確地以增加在成長中的固定 直徑部分中心軸處或附近的G〇,同時使其邊緣或橫向表面 處或附近的G〇基本上保持不變,與不使用坩堝旋轉速率來 達到控制G〇的目的之標準或習知方法相比(例如,坩蜗旋轉 速率基本上保持不變或以固定直徑部分的長度之函數增 加,以控制氧含量者),如圖3和9所示者(也參見美國專利第 5,593,498號;第 5,766,341 號;第 5,215,620號;第 4.040.895 號;第4,436,577號和第5,178,720號,其中CR是不變的或以 軸向長度的函數增加)。此外,本發明方法應用坩堝旋轉速 率調變(CRM)來確保該晶棒之固定直徑部分做為其軸向長 度之函數的基本上一致的或不變的氧含量(見,例如,圖丨i)。 就此點而言,需注意的是,如在此所使用者,「平均」坩 禍速率表示在一已知軸向位置處的旋轉速率值,其基本上 係平均地介於一調變週期内之瞬時坩堝旋轉速率的最大和 最小值之間;也就是說,平均值係坩堝旋轉速率最大和最 小值之中間值,其係緊接在彼此之前或之後,做為調變週 期的一部份。此外,當應用坩堝旋轉速率調變時,瞬時掛 堝旋轉速率和平均坩堝旋轉速率基本上是相同的。 在本發明方法中,在該晶棒之固定直徑部分的至少一部 分已形成時(例如,至少約50%、60%、70%、80%、90%、 95%或甚至約100%的固定直徑部分之總軸向長度),藉由降 低平均掛碼旋轉速率(CR)來製備一公稱直徑約150毫米、 〇 3 0 0 i米或更大的單晶碎晶棒。例如,根據本發 明炙一實施例,該晶棒的固定直徑部分具有⑴一長度ι^從 89219 -15 - 1251037 一由該晶種圓錐變成該固定直徑部分的轉換沿著晶棒的軸 測得,(ii) 一第一系列位置p( 1 ~>n),分別沿著該轴與該轉換 距離D(1—η),其係做為L的分數來決定,以及(iii) 一第二系 列位置pp(1—n),分別沿著該軸與該轉換距離DD0—10,其係 做為L的分數來決定’其中該第二系列中之位置和其分別的 距離可以與該第一系列中者相同或不同。該方法包含,部 分地’以該晶棒之固定直徑邵分的漸增抽長度之函數來降 低平均坩堝旋轉速率(CR),其中在一位置,Pi,上的平均 掛禍旋轉速率係大於在一位置,!>2,上的平均坩堝旋轉速 率,其中 DAPi + O.lL)。 就此點而言需注意的是,位置Ρι和ppl可能,獨立地,位 万、4轉換處,該晶棒之固定直徑部分的成長在該處開始或 被起始(即,在0L處),或者位於沿著該晶棒之固定直徑部 刀的軸向長度之任何點上(例如,在約〇1L、〇 2乙、〇 ·几、 〇.4L、0.5L、〇.6L、〇.7L、〇 8L、或〇 9L處)。據此,在某些 實施例中,〇2可以是約 0.9l、〇8l、〇7L、〇6l、〇5l、〇4l「 0-3L、0.2L或更小’因此Di分別是至少小〇.il。例如: 备〇2約〇.9L時,D丨可以是約0.8L或更小(例如,约 H H G.5L、G.4L、G.3L、G.2L、G.1L或更小); 田〇2約〇.8L時,Di可以是約0.7L或更小(例如,約 0·6[、G.5L、0.4L、Q.3L、G.2L、Q.1L或更小); 田D2約〇.6L時,Di可以是約0.5L或更小(例如 〇。.礼、〇.3L、0.2L、0.1L或更小); 河D2約0.4L時’ Dl可以是約〇.3乙或更小(例如 89219 -16- 1251037 〇.2L、0.1L或更小);以及 -當D2約〇.2L時,D1可以是約0.1L或更小。 在某一她例中’料旋轉速率的降低不是在該固定直 徑部分的成長開始時即展 ,^ u ^ '、 了丨展開。反之,在某些實施例中,在 ㈣万、d日曰種圓錐之固定直徑部分大約起初叫、 10%(0’1L)或甚至15%(().15L)或2〇%⑺叫的成長期間,其可 把日力或者保持不變。此外,坩堝的旋轉速率可能不是 在所有貝訑例中都繼續降低直到該終點圓錐開始成長為 止,或更^普遍地直到該固定直徑部分終止成長為止。反之, 在某些貫施例在與該晶種圓錐相反的末端鄰接之固定 直徑邵分大約最後5%(〇 〇5]1)、1〇%(〇1L)或甚至15%(〇1几) 或20%(〇.2L)的成長期間,該速率可能會增加,或保持不變。 在某些實施例中,CR基本上可以在該晶體之指明部分或 點之間(例如,在點匕和!^之間)呈線性降低,而在其他實施 例中’ CR可以以基本上非線性的方式降低。無論速率是以 何種方式降低’在速率降低的已知區域中(例如,在CR固定 或增加的第一和最後區域之間,或者是在點Ρι和p2之間), CR可以降低’例如,至少約1〇%、2〇%、3〇0/。、4〇%、5〇%、 60%、70%、80%或甚至90% ;也就是說,在p2處的坩堝旋 轉速率之平均值可以小於在p 1處的坩堝旋轉速率之平均值 約 10%、20%、30%、40%、5 0%、60%、70%、80%或甚至 90% °在一示範實施例中(大體而言參見圖9),CR在該晶棒 的固定直徑部分成長時之降低係,例如⑴當Pj々〇.lL*P2 約 0.4L時,約 1〇%、15%或甚至 20%; (ii)當 PJt〇.4L 而?2約 89219 -17- 1251037 0.7L時,約l〇%、15%或甚至20% ;以及(iii)當P卜約〇.7L而P2 约〇 · 9 L時,約5 %、1 〇 %或甚至1 5 %。 需注意的是坩堝旋轉速率的精確值可以改變,例如,以 i甘禍尺寸、晶棒直徑、熱區域設計等的函數(即,那些對於 融物及/或晶體的熱梯度有影響的參數)。就其本身而言, CR —般可以落在用於柴氏型成長方法中的旋轉速率範圍 内。但是,通常在主體或關注的部分之成長期間,CR範圍 係從約1至約20 rpm,從約5至約15 rpm,或約7至約12 rpm。 更明確地說,某些實施例中,在主體最初5%(〇〇5L)、1〇0/〇 (0.1L)、20%(〇.2L)、30%(0.3L)、40%(0.4L)、50%(0.5L)或更 多之成長期間,CR範圍可以從約i〇至15 rpin ;以另一個方 式來說,在約最初5%至50%,約10%至40%,或約最初15% 至30%的成長期間,CR範圍可以從約丨〇至15 rpm。此外, 在相同的或其他實施例中,在主體之其餘部分之成長期間 (例如,約最後95%、90%、80%、70%、60%、50%或更少), CR範圍可以從約5至約1〇 rpm,或從約6至約8 rpm。在一較 佳實施例中,當Pi處於約0.1L*04L之間的軸向位置上時 (即’ Di係在約〇.il和〇.4L之間),CR可以有在約1〇至约15 rpm ’或11至13 rpm範圍内的值。此外,當p2處於約〇.6]1和 0.9L之間的軸向位置上時(即,在約〇.6L和0.9L之間),CR 可以有在約5至約1〇 rpm,或6至8 rpm範圍内的值。 B.坩堝旋轉調變(crm) 如觔所s主者’由利用平均掛螞旋轉速率來改變G〇(r)(即, 平均軸向溫度梯度做為該晶棒之固定直徑部分的半徑之函 89219 -18- 1251037 數)而引起的任何控制氧本量 禍旋轉速率調變可以藉由使用琳 ^(CRM)來抵銷或補償; 雖然CR可能對 曰“攻疋說,已發現 的衝擊,但一,5夕的型式和品質有實質上 關注的其上之不# ’因此,該固定直徑部分,或所 速率來控制 綠周艾坩堝旋轉 、一 ^ 以此万式,該晶棒之固定直徑部分,或其上 L段’的平均氧含量可以在缺乏,例如,應用磁場下控 1 幻如,美國專利第5,178,720號和第6,458,204號)。 、/見固11例如,該晶棒,或所關注的其上之一段,之 平均氧3里可以根據本發明來控制,以在本質上落在可由 柴氏型成長方法達到的範圍内之任何一點上;也就是說, 平均氧含量可以是約10 PPMA、12 PPMA、14 PPMA、16 PPMA或甚至約丨8 ppMA(經由美國測試暨材料學會 83)此外,可以利用CRM來控制氧含量以使其基本上呈軸 向固足;也就是說可以利用CRM來控制平均氧含量,以使 其做為遠晶棒之固定直徑部分的軸向長度,或所關注的其 上之一段’之函數的變化小於約1〇%、5%、4%、3%、2%、 1 %或甚至更少。 再參見圖9,雖然坩堝旋轉速率調變基本上可以在主體成 長期間於任何點上起始,但通常不會在固定直徑部分開始 成長時起始,因為氧含量在此端傾向於是最高的,在所有 其他參數都相等的情況下。因此,在至少某些實施例中, CRM不會被起始,直到該固定直徑部分的約最初5% (0.05L)、10%(〇.il)、15%(0.15L)、20%(0.2L)或更多已經成 -19- 89219 1251037 長〈後。 就此點而了,需注意的是,、、力 ^ ^ 在/又有任何特定理論基礎下, 適吊相信由調變數據所引起 “ 的坩堝〈加速及速度的快速改 夕融炫物内接近㈣壁處的氧擴散界限層厚度。 这提焉了碎祕物的氧,並透過在硬轉物·固體介面處的 ^增加了成長晶棒之固定直徑部分的氧濃度。因此,調 變數據在拉起之固定直徑部分的氧濃度若不使用此方法就 會很低的時候被加入速度訊號中。因為氧濃度在固定直徑 邵分的起始部分期間是最高的,咸信這至少—部分是因為 該融溶物和該掛禍表面間的高度接觸,咸信此時並沒有增 加氧>辰度的需要,因為通常不會將調變數據加入速度訊號 中。但是在成長該固定直徑部分的初期部分之後,氧濃度 開始降低,肇因於融炫物高度㈣低,因此緩慢地將調變 數據逐步引入以增加氧濃度並且基本上降低軸向氧梯度。 就此點而s ’需注意的是,CR控制和調變可以利用技藝 中已知的方法來完成(見,例如,美國專利第5,766,341號和 第 5,593,498號)。 至少在某些實施例中,調變振幅係以固定直徑部分轴向 長度的函數增加。更明確地說,如前所註般,該晶棒之固 定直徑部分具有⑴一長度L,從一由該晶種圓錐變成該固定 直徑部分的轉換沿著晶棒的軸測得,(ii) 一第一系列位置 P(l~>n),分別沿著該軸與該轉換距離D(1—n),其係做為L的分 數來決定,以及(iii) 一第二系列位置PP(1—n),分別沿著該軸 與該轉換距離DD(1_>n),其係做為L的分數來決定,其中該 89219 -20- 1251037 第二系列中之位置和其分別的距離可以與該第—系 尔歹I】中者 相同或不同。該方法因此包含利用CRM來控制欲使其芙本 上保持不變之該晶棒之固定直徑部分内的平均妯&严 平由向氧含 量,其中在一位置,PP1,上的CRM振幅係小於在— 佐置, PP2,上的振幅,其中dd2》dd 1。 在本方法之某些實施例中,DD22 (DD^O. 1L)。例如, 可以是約 0.9L、0.8L、0.7L、0.6L、0.5L、〇 4L、〇 it
Λ 0.2L 或更小,因此DD1分別是至少小0.1L。例如: - 當DD2約0.9L時,DD1可以是約0.8L或更小(例如,約 0.7L、0.6L、0.5L、0.4L、0.3L、〇.2L、0.1L或更小); _當DD2約0.8L時,DD1可以是約〇.7L或更小(例如,約 0.6L、0.5L、0.4L、0.3L、0.2L、0.1L或更小); -當DD2約0.6L時,DD1可以是約〇.5L或更小(例如,約 〇.4L、0.3L、0.2L、0.1L或更小); -當DD2約0.4L時’ DD1可以是約〇,3L或更小(例如,約 0.2L、0.1L或更小);以及 • 當DD2約0.2L時,DD1可以是約(^丨乙或更小。 坩堝旋轉速率增加或降低的程度基本上在任何已知的軸 向位置上是相同的。例如,在位於該晶棒之固定直徑部分 内的已知軸向位置上,CRM振幅的範圍可以高於和低於平 均坩堝旋轉速率從約1%至約50%或更多,或者從約5%至約 4〇%,從約10%至約30%,或從約15%至約25%。在—較佳 實施例中,坩堝旋轉速率調變具有正弦波的形狀(坩堝旋轉 速度以正弦波之值的函數增加或降低)。 89219 -21 - 1251037 現在參見圖9和12,需注意的是至少在某些實施例中, CRM不是在該固定直徑部分的成長開始時即開。反之,在 某些貫施例中’坩堝旋轉速率調變可以在鄰接於該晶種圓 錐之固足直徑邵分已成長約最初的5%(〇.〇5L)、 或甚至15%(〇.15L)或20%(〇.2L)之後才開始。此外,需注意 的是CRM振幅可能不是在所有實施例中都繼續增加直到該 終點圓錐開始成長為止,或更普遍地直到該固定直徑部分 終止成長為止。反之,在某些實施例中,在與該晶種圓錐 相反的末端鄰接之固定直徑部分約最後的5%(〇 〇5L)、 i〇%(〇.il)或甚至15%(0.15L)或20%(0 2L)的成長期間,振幅 可能會降低,或者保持不變。 在某些實施例中,CRM振幅基本上可以在該晶體之指明 部分或點之間(例如,在點pp 1和pp2之間)呈線性增加,而在 其他實施例中,CRM振幅可以以基本上非線性的方式增 加。無論振幅是以何種方式增加,在振幅增加的已知區域 中(例如’在CRM振幅基本上是零、固定或減少的第一和最 後區域之間,或者是在點PP1和PP2之間),CRM振幅可以增 加,例如,至少約 U5X、15χ、2χ、3χ、4χ、5χ、6乂或 更多;也就是說,在PP2處的CRM振幅可以大於在Ρρι處的 CRM振幅約2倍、3倍、4倍、5倍、6倍或更多倍。在一示範 實施例中(大體而言參見圖n),CRM振幅在該晶棒的固定 直徑部分成長時為控制其中的氧含量所做的增加係,例如
⑴當 PP1 約 0.2L 而 PP2 約 0.4L時,約 2X 或 3X; (ii)當 PP1 約 〇.4L 而PP2約0.6L時,約ι·5Χ或2X;以及(iii)當PP1约〇.6l而pP2 89219 -22 - l25l〇37 約 0.9L時,約 125χ或 ι ·5Χ。 人CRM之大小和持續期間或週期的實際值一般可以落在用 於柴氏型成長方法中的調變速率範圍内之基本上任何一點 以達到預期的氧含里。但是,通常CRM振幅範圍係從 、勺〇. 1 土約1〇 rpm ,從約i至約9 rpm,從約2至約8 rpm,或 約3至約5 rpm;也就是說,平均坩堝旋轉速率係增加及/或 減少約1至約l〇rpm,約2至約8rpm,或約3至約5rpm。例… 如,在一較佳實施例中,當ppl處於約〇1乙和〇.礼之間的軸 向位置上時(即,DDl係在約〇.lr^〇.4L之間)’ crm振幅可· 以有在大於約0(例如〇.! rpm)至約2 rpm或更小,或從約〇·5 至約範圍内的值。此外,當ρρ2處於約〇乩和〇.礼之 間的軸向位置上時(即,DD2在約〇 6i^〇 9l之間),crm振- 幅可以有在大於約2至約4 rpm,或2.5至3·5 rpm範圍内的值。_ 就,點而言,需注意的是’如在此所使用者,振幅表示 在一單一調變週期内之瞬時坩堝旋轉速率的最大或最小 值。 關於調變的頻率,較佳地是足夠高以防止該融溶物平面· =的熱和機械變動,其可能不利地影響成長的晶種或晶 體。因此,調變週期範圍通常在從約10至約120秒,從約3〇 -至約90秒,或從約45至約75秒。 關万;氧含里控制’需注意的是,㉟常’當運用較大的振 幅調變數據時會得到較高的氧含量,而當運用較小的振幅 凋邊數據時會得到較低的氧含量。 此外需江意的是,CR調變的方式和程度可以是不背離本 89219 -23- 1251037 發明範圍之除了在此所描述者(見,例如’美國專利第 5,766,341號和第5,593,498號)。例如,在其他實施例中,坩 堝旋轉可以以脈衝之方波或三角波的函數來調變(見,例 如,美國專利第5,215,620號)。
此外需注思的疋,根據本發明,控制CR和CRM使大直徑 單晶矽晶棒的產量可以增加,與CR,以及選擇性地CRM , 的控制只是單純為了維持晶棒的氧含量的習知方法相比。 在沒有特定理論基礎下,咸信,至少一部分,此增加的產 ϊ疋在中心軸或接近中心軸處的被增加(在某些實施例 中具有,例如至少約2°C /mm、2.25°C /mm、2.5°C /mm或更 大的值)’而在該晶棒之固定直徑部分的橫向表面或徑向邊 緣或附近的G 〇基本上沒有改變(在某些實施例中具有,例如 約4°C /mm、4 · 25 °C /mm、4 · 5 °C /mm或更大的值)的方法之結 果。 III·基本上無缺陷的成長
A.無缺陷的矽 之前,已描述過可以在根據柴氏長晶法製備之單晶矽晶 棒成長期間控制製程條件,以使該晶棒之固定直徑部分包 含一個基本上沒有附聚本徵點缺陷的區域或段落(見,例 如,美國專利第5,919,302號;第6,254,672號;第6,287,380 號;第6,328,795號;以及第6,312,516號)。如在此所揭示者, 成長條件,包含成長速度v,介於凝固溫度和一高於約 1300°C的溫度(即,至少約1325°C,至少約135〇°C或甚至至 少約1375°C )之間的平均軸向溫度梯度G〇,以及選擇性地從 89219 -24- 1251037 凝固至石夕自晶隙或空缺本徵點缺陷基本上不再於商業實施 時間内活動的溫度(例如,低於約_。(:,1〇5(TC,100(rc, 900 C或甚至8〇(TC )之冷卻速率,係經控制以引發形成⑴— 晶隙主導的轴向對稱區域,從該晶棒之固定直徑部分的周 圍或橫向邊緣往内徑向延伸,及/或(ιι卜空缺主導的軸向對 稱區域,其寬度至少约15毫米或包含該晶棒之中心軸,其· · 基本上沒有附聚本徵點缺陷。 : 如上所提到的參照中所揭示者以及如在此進一步描述和 示出者(見,例如,圖1 〇 A、丨0 B和丨〇 C以及在此相關的討論),^ 在某些例子中成長條件可經控制以最佳化相應於該晶棒之 固疋直徑部分的體積之這些軸向對稱區域之一的體積(例 如,徑向寬度與該晶棒之固定直徑部分的半徑大約相等的 ’ 特疋關注區域)。或者,但是,這些軸向對稱區域可以具有 , 小於與該晶棒之固定直徑部分的半徑大約相等之寬度。例 如’當該晶隙主導的軸向對稱區域具有小於與該晶棒之固 走直徑部分的半徑大約相等之寬度時,此區域可能具有與 ·· 该晶棒之半徑的約1 0%或20%相當的徑向寬度,如從橫向邊 * 緣朝中心軸測得者,具有約30%、40%、60%、80%、90% 或甚至約9 5 %的寬度都是可能的。此外,該軸向對稱區域 ‘ 可以延伸過該晶棒之固定直徑部分的至少約丨〇%或2〇%的 : 長度,具有約30%、40%、60%、80%、90%、95%或甚至約 100%的寬度都是可能的。 同樣地,當該空缺主導的軸向對稱區域之寬度小於與該 晶棒之固定直徑部分大約相等的寬度時,在某些實施例中 89219 -25 - 1251037 此區域可能具有與該晶棒之半徑的約10%或20%相當的徑 向寬度,如從空缺-晶隙邊界朝中心軸測得者,具有約30%、 40%、60%、80%、90%或甚至約95%的寬度都是可能的。 此外,該軸向對稱區域可以延伸過該晶棒之固定直徑部分 的至少約10%或20%的長度,具有約30%、40%、60%、80%、 90%、95%或甚至約100%的寬度都是可能的。 需注意的就此點而言,當該基本上無缺陷、空缺主導的 區域沒有延伸至或包含該晶棒之中心時,可能會存在一包 含附聚的缺陷之空缺主導核心區域。此外需注意的是,在 某些晶隙主導區域具有小於與該晶棒之半徑相等的寬度之 實施例中,可能會在晶隙主導區域内徑向地存在一空缺主 導的、包含附聚的缺陷或無缺陷區域;也就是說,在某些 實施例中,一晶隙主導的軸向對稱區域可能會圍繞一包含 或不包含附聚空缺缺陷之空缺主導區域。 此外,在其.他實施例中,空缺主導和晶隙主導區域兩者 皆可存在,該空缺主導區域係徑向地存在該晶隙主導區域 内;也就是說當兩個區域皆存在時,該空缺主導區域會徑 向地向内延伸,從該晶隙主導區域朝向該晶棒的中心軸。 因此,當該晶隙主導區域的徑向寬度增加時,該空缺主導 區域的徑向寬度便減少,且反之亦然。在某些實施例中, 兩個區域的合併寬度基本上會等於該晶棒之固定直徑部分 的寬度;也就是說,在某些實施例中,一包含有附聚的空 缺缺陷之空缺主導核心區域並不存在。在所有的例子中, 此合併的、無缺陷的區域之長度係如上所述般(例如,約 89219 -26- 1251037 1 0%、2 0%、3 0%、40%、60%、80%、90%、95%或甚至 100〇/〇 的晶棒之固定直徑部分的長度)。 B.控制v / G 〇和冷卻速率 如在前面提到的參照中所述者(即,在上面的A部分中那 些),以及如在此進一步描述者,通常相信此一或這些軸向 . 對稱區域的形成係由抑制矽自晶隙(或在某些例子中,晶格 … 空缺)本徵點缺陷反應產生附聚本徵點缺陷的反應來達 · · 成。此抑制係藉由在該晶棒之成長,並且選擇性地冷卻, 期間控制该或該等軸向對稱區域的這些本徵點缺陷濃度來 | 達成’以確保該或該等區域絕對不會變成嚴重過飽和。防 止嚴重過飽和,或本徵點缺陷的附聚作用,可以藉由建立 一初始濃度(由v/G〇(r)來控制,其中係半徑的函數)來達 -· 成,其係足夠低以使嚴重過飽和現象絕對不會實現。但是, - 此種方式可能是有限制的,因為其需要v/Gq的實際值維持 在非常接近v/G〇的臨界值之狹窄的目標範圍值内。 幸運地’因為自晶隙具有相對大的移動性(通常約丨〇·4平 -方公分/秒)’所以有效地在相對大的距離内抑制本徵點缺㉟· 濃度是有可能的(例如,約3公分、5公分、8公分、至約1 〇 公分或更長的距離),藉由自晶隙徑向擴散至位於該晶體表I 面的凹槽(sink)或至位於該晶體内的空缺主導區域。可以有 : 效地利用徑向擴散來抑制自晶隙(以及在某些例子中,空缺) 濃度,若有足夠的時間容許本徵點缺陷初始濃度的徑向擴 散的話。通常,擴散時間取決於本徵點缺陷之初始濃度的 徑向變兴’較!>的向變異需要較短的擴散時間。 89219 -27- 1251037 此種徑向擴散可以利用控制冷卻的方式來達成。因此, 又控制的冷卻可以用來增加該晶棒之已知段落在本徵點缺 陷可移動的溫度範圍内的留置時間,以提供點缺陷更多時 間末擴政土 G們可以被抵銷的位址。如進一步在,例如, 美國專利第6,312,5 16號中所描述者,受控制的冷卻可以用 來顯著擴大v/G〇值的範圍,其可以被使用同時仍然避免附 聚缺陷的形成。如在此所註者,受控制的冷卻可以用來提 供在該晶棒至少約5%、1〇%、15%、20%或更多的長度上之 v/G〇的變化或「漫遊」。 此外’但是,需注意的是也可以運用快速冷卻來防止附 聚本徵點缺陷的形成。在此情況中,該晶棒之固定直徑部 分的已知段落係經「淬火」,或快速冷卻,通過主導的本徵 點缺陷除此之外會附聚而形成缺陷的溫度範圍。藉由限制 此類點缺陷可以擴散並與其他點缺陷附聚的總時間,可以 防止附聚空缺或自晶隙缺陷的形成。 根據本發明之一實施例,成長速度,v,和平均軸向溫度 梯度’ G〇,通常係受到控制以使v/Gg比例會在從約ο.〗至約 2.5倍的¥/0〇臨界值的範圍值内(即,約1乂1〇-5。1112/成至約 5xl0_5 cm2/sK,基於目前可得&v/G()臨界值資訊)。但是, 在某些實施例中,v/G〇比例會在從約〇·6至約15倍的v/仏臨 界值的範圍值内(即,約1·3χΐ〇·5 cm2/sK至約3xl〇-5 cm2/sK, 基於目如可得的v/G〇臨界值資訊)。在一特別佳的實施例 中,其中一晶隙主導區域從該晶棒的邊緣延伸至該中心 軸,v/G〇比例範圍在從約〇·75至約丨倍的v/G()臨界值(即,約 89219 -28 · I2s1〇37 1·6χ1〇4 cm2/sK至約 2.U1CT5 cm2/sK,基於目前可得的 v/G〇 臨界值資訊)。在一第二特別佳的實施例中,其中一空缺主 導區域從該晶棒的邊緣延伸至該中心軸,v/G〇比例範圍在 k約1至約1.1倍的v/G〇臨界值(即,約2·1χ1〇-5 Cm2/SK至約 2·3χ1(Γ5 cm2/sK,基於目前可得的v/Gq臨界值資訊)。如在 此進一步描述者,這些比例係藉由控制相應於成長速度, v,的平均軸向溫度梯度,G〇,來達成。 ^吊平均軸向溫度梯度,G〇,的控制可以透過,例如, 该晶體拉起器之「熱區域(hotz〇ne)」的設計來達成(即,構 成加熱器、絕緣器、熱及輻射檔板或反射器之石墨,或其 他材料,&了別的以外)。賴設計的詳細情況會隨著晶體 ^起器的製造方法和樣式而定’通常’仏可以利用目前技 扁中用來在茲融熔物_固體介面處控制熱傳輸的任何已知 方法來㈣,包含反射器、絕緣環、輻射檔板、清潔管: 光導管(ilght pipes)、以及加熱器。通常,G。的徑向變里係 :由設置此種設備在該融炫物-固體介面上方約一個晶體 :内的万式來最小化。此外’爛用調整該設備相應 ^谷物(通常表示為距離,Hr)及/或晶體(在晶體成長之前 及/或期間)的位置來進一步控制。 在兮斗Fk右不疋楮由碉整該設備 “仏心㈣以㈣㈣㈣物的表面,例㈣ 由=孩熱區域内的·物表面(相對於用 : 的“’例如)來完成’利用技藝中已知的方法,例:!!; 使用:⑴用來在晶棒成長期間測量位二 相對於’例如,位於該轉物上方 ^備内 反射时的融这物平面/ 89219 -29· 1251037 =置的視訊系統和方法’如由例如r ―加代等在美國專利 第6,171,391號中所描述去· ^ 田、考,(u)用來升高/降低該熱傳輸控制 裝置的升起或驅動機械裝置(見,例如,美國專利第 5’853,480號),及/或(111)用來升高/降低包含該融溶物之掛堝 的升起或驅動機械裝置’在那些例子中,其中,例如,該·· 反應器係位在該融熔物表面上方的固定位置上。但是,根 據本發明,G〇係利用調整平均坩堝旋轉速率(CR)來控制,… 或另外受控制,如此間上文所描述者。 在凝固後,晶體内之本徵點缺陷濃度較佳地藉由容許胃· 等本徵點缺陷擴散來降低,並且直到可應用點缺陷的互相 抵銷的程度。通常主導的本徵點缺陷至該橫向晶體表面的 擴散會是降低濃度的主要方法,若該晶棒從晶棒中心至橫_ · 向表面係空缺或晶隙主導的話。但是,如果該晶棒含有被·-該軸向對稱晶隙主導區域包圍的空缺主導核心的話,濃度 的降低主要會是晶隙至該表面的向外擴散和晶隙至該空缺 主導區域’在此其被抵銷,的向内擴散的合併。因此此類 _ 本徵點缺陷的濃度可以被抑制以防止附聚情況產生。 · 當從單晶從凝固溫度冷卻至成核溫度時,本徵點缺陷可 以擴散至矽表面或其可以抵銷(即,晶隙和空缺合併)的總時 , 間係,部分地,本徵點缺陷初始濃度的函數,以及,部分 , 地’通過附聚缺陷的成核溫度之冷卻速率的函數。在此方 法中可以應用多種方式來避免缺陷的形成(見,例如,美國 專利第 6,328,795 號;第 6,312,516號;第 6,287,380 號;第 6,254,672號以及第 5,919,302號)。 89219 -30- 1251037 例如,在缺之快速冷卻步驟下,通常可以避免附聚缺陷 若該晶棒係以一段(1)對於15〇毫米公稱直徑的矽晶體來 說,至少約5小時,較佳地至少約1〇小時,並且更佳地至少 約15小時,(11)對於200毫米公稱直徑的矽晶體來說,至少 約5小時,較佳地至少約1 〇小時,更佳地至少約小時,又 更佳地至少約25小時,並且最佳地至少約3〇小時,(ιιι)對於 具有300¾米或更大之公稱直徑的矽晶體來說,至少約汕小 時,較佳地至少約40小時,更佳地至少約㈧小時,並且最 佳地至少約75小時的時間從凝度溫度冷卻至成核溫度的約 50 C、25 C、15 C或甚至ig°c的範圍内之溫度的話。除了 上註之「留置時間」之外,已知晶棒段落的冷卻可以額外 地,或此外地,就冷卻速率方面來考量。因此在某些實施 例中:通過自晶隙可移動的溫度範圍之冷卻速率通常會從 、’勺〇·1 C /分鐘至約1·5 C /分鐘,從約〇·2π /分鐘至約rc /分 鐘,或從约〇.4。(〕/分鐘至約0.8t/分鐘。 需注意的{,在某些實施例中,晶體可能在確保至少沒 有其固定直徑部分的一部分冷卻至低於本徵點缺陷除此之 :會在其成長期間在該固定直徑部分内產生附聚的溫度之 h况下成長,以確保其基本上會沒有附聚本徵點缺陷(關於 其他細節見,例如,美國專利第6,328,795號)。 、但是1注意的是附聚缺陷的避免可以另外利用快速冷 二〔广卞火&卻」方法來達到。更明確地說,做為利用緩 ▽卩(以备泎该本徵點缺陷濃度的擴散,因而抑制)來避免 附聚缺陷形成的另-種選擇,可以使用-淬火冷卻方法, 89219 •31 - 1251037 其中該晶棒段落係通過附聚缺陷以,例如’至少約5、1 〇、 20、30、40、50°C /分鐘或更高的速率成核之溫度範圍内來 淬火冷卻(例如,約1200-1 000°C )。因此,可以避免附聚缺 陷的成核(因而形成)。 因此,對於會被快速冷卻的晶棒之這些段落來說,所容 許的擴散時間通常會是上註時間的某些分數,該分數隨著 冷卻速率的增加而減少,而容許沒有快速冷卻的那些段落 可以擴散的時間則會是如上所述般。在某些實施例中,做 為無附聚缺陷之晶棒之固定直徑部分的百分比,快速冷卻 的段落可以構成至少約25%、50%、75%、90或甚至更多。 無論方法,該晶棒可以選擇性地包含,除了快速冷卻段 落之外,至少一個簡單地利用控制本徵點缺陷初始濃度, 以及選擇性地在達到成核溫度前提供擴散適當的時間(如 在此所述般)來避免附聚反應的區段(從該橫向邊緣至某些 從向位置)。 Ιν·熱區域 需注意的是,至少在某些實施例中,本發明之方法可以 應用在標準柴氏型拉起設備中。更明確地說,本發明方法 可經應用來製備多種型式和品質的單晶矽,使用,例如, 在美國專利第5,593,498號和第5,766,341號中所述的晶體拉 起設備。 但是,如前所註般,本發明方法可以用來製備基本上無 缺陷的單晶矽。在此種實施例中,本發明方法可以另外被 應用在.具有「封閉」或「低速冷卻」熱區域之晶體拉起器 89219 >32- 1251037 中。更明確地說,本發明方法可被用在包含作用為控制該 成長製程之熱狀態,以及在一已知的溫度範圍内的冷卻速 率或留置時間的結構構件之晶體拉起器中,以避免附聚本 啟點缺陷的形成,如前面更詳盡敘述者。(成長基本上無附 聚缺陷的單晶矽的進一步細節在,例如,美國專利第 5,919,302號;第 6,254,672號;第 6,287,38〇號;第 6,328,795 號;以及第6,312,516號中提供)。 v.額外的材料特徵/限制: A·氧含量 對於根據本發明之方法的某些實施例製備並且具有V/I 界線,或更明確地說具有空缺主導區域的晶棒來說,經驗 顯示氧含量低的材料,即,低於約135 ppMA(每百萬原子 分之一,美國)並且通常範圍從約13 ppMA至約n ppMA, 可能是較佳地。氧含量較低的材料可能是較佳地,因為在 中至向氧含量晶圓中(即,約14 PPMA至约18 ppMA),剛好 ,該ν/ι界線内部之氧誘導疊差(stackmg fauh)以及增大的 氧群集帶的形成可能會變得更顯著。這些的每一個皆是已 知積體電路製造方法中的潛在問題來源。但是,需注意的 疋’當孩晶隙主導的軸向對稱區域具有與該晶棒半徑大約 相等的寬度時,可以去除氧含量限制,因為若不存在空缺 型材料,空缺輔助的氧群集之形成也不會發生。 仁疋而/王思的是,在某些例子中晶圓可能會在進一步處 里又則經文熱回火(例如在經受會形成氧化謗導疊差之氧 化處理疋前),以消除或者改變其存在會導致氧化誘導疊差 89219 -33 - 1251037 形成的晶核。以另一種方式來說,本發明之方法可以額外 包含熱回火,在該晶棒段落已成長並且已從其得到晶圓之 後’在氧化處理之前,以限制或避免氧化誘導疊差的形成。 此熱回火,或快速熱回火,可以利用許多不同方式來執 行(見,例如,美國專利第5,919,3〇2號;第5,994,761號;第 6,190,63 1 號;第 6,254,672號;第 6,287,38〇號;第 6,328,795 號,以及第6,312,516號)。但是一般來說,此種處理牵涉到 加熱該晶圓至至少約950°C、1000°C、ll〇〇t、120〇°C或更 高的溫度(例如,從約1250t:至約1270。〇持續幾秒鐘(例 如 ’ 2、4、6、8)、幾十秒(例如,:1〇、2〇、3〇、4〇)、或甚 至幾分鐘,取決於所使用的溫度以及要消除的晶核之尺寸 及/或數量。 硬含量 取代碳,當存在單晶石夕中做為不純物時,具有催化氧凝 聚成核中心1成的能力。因此基於這些及其他原因,較佳 :,至少在某些實施例中,該單^晶棒具有低濃度的碳; :就是說,該單晶珍内的碳濃度在某些實施例中較佳地低 =約5XlG原子/立方公分,更佳地低於1·5Χΐ〇、子/立方 4分,又更佳地低於1χ1〇16原子 於3Χ101^+/、、ν ν 子丄万公分,並且最佳地低 、〇原子/互万公分,如利用技蓺中# 如,室溫簡)。 4 W万法測定者(例 c ·電阻率 物 89219 對於那些熟知技藝者來說,通常都知 中的存在會衝擊該V/;[界線在該單晶 道摻質在該>5夕融溶 砂晶棒中的相對位 -34- l25l〇37 如,硼-空缺-氧的互相作用)。因此, 較佳地該矽融熔物的摻質含量,因 棒’會是使所形成的單晶矽之電阻 (例如,範圍從大於約1歐姆-公分至 或從約1至約100歐姆-公分)。 VI.應用 置(若存在的話)。在沒有任何特定理論基礎下,通常相信這 是由高摻質濃度所造成的G。改變的結果(改變係起因於,例 至少在某些實施例中, 而由此形成的單晶矽晶 率大於約0.1歐姆-公分 低於約300歐姆-公分, 、〜叫r 千、…到卜木的曲圓 主要係適於用來做為裝置生產用之抛光晶圓,但也可以用 來做為可^其上沉積-蓋晶層的基材。暴晶沉積可以利用 通常在技蟄中使用的方法來執行。 此外’需注意的是從根據本發明成長的晶棒切刻下來的 晶圓也適於用來做為絕緣結構上之半導體用的基材。該免 、緣體上之半導體組成可以如,例如,_等在美國專利第 5,494,849號(在此藉由引用的女斗 1 j的万式併入)中所述般來形成。或 者,一單—晶圓可以在料子氧離子(q2+)或原子氧離子(0+) 植入至低於孩晶圓表面處以形成一氧化層(通常稱為 SIMOX的製程,即,氣柏A阪雜、,0 / 乳植入^離)(見’例如,美國專利第 5,436,175號)的情況中使用。 最^也需注意的是根據本發明製備的㈣係適於與氯 氣或氬氣回火處理並用的,例如在歐洲專利申靖安第 503,81“1中所述的處理。或者,晶圓可以經受會使晶:空 缺發生不均勻分佈的熱處理’而使該等晶圓,在基本上任 89219 -35- 1251037 何電子裝置製造方法之熱處理週期期間,可以形成理想 勺深度不均勾分佈的氧凝聚(見,例如,美國專利第 5,994,761 號及第6,1 80,220號)。 VII. A型和B型晶隙缺陷 在本發明之一實施例中,所形成的晶棒可能包含一基本.. 上採A缺但包含B缺陷,一種形成在晶隙主導材料内的缺.. Ρϋ 土式的軸向對稱區域。雖然形成Β缺陷的確缺性質和機-: 制是未知的,但—般已接受Β缺陷係不是差排環(disi〇cati〇n loops)的矽自晶隙之附聚β B缺陷與A缺陷(_種附聚的晶$ · 缺陷)相似,並且通常被認為不是差排環,而是具有若非成 長得不夠大就是沒有達到需要用來形成差排環之足夠活化 能的三維附聚。 · 現在,並不清楚當存在於一主動電子裝置區域中時,B . 區域是否會對該裝置的效能有負面影響。無論如何,先前 已發現可以利用將該晶棒切割成為晶圓並熱處理該晶圓來 輕易地使B缺陷消失,若該等B缺陷沒有先被穩定化的話 ▲ (見,例如,美國專利第6,391,662號)。 參 因此,需〉王意的是本發明之方法部分係針對位於晶圓表 面處或附近之附聚缺陷的避免,其已知會影響複雜且高度‘ 積體化電路生產中的矽材料之產量潛力,此種附聚缺陷$
含附聚空缺缺陷(例如,D缺陷)和無法藉由可用來消除B缺 陷的該種型式的熱處理來在整個矽晶圓上輕易消除的八缺 陷。因為B缺陷可以輕易消除,並且不會在任何情況下變成 有害的,在一實施例中,本發明之方法包含製備具有包含B 89219 -36- 1251037 缺陷但除此之外基本上無附聚缺陷的軸向對稱區域之單晶 矽。在此例子中,B缺陷可以如同其並非是附聚本徵點缺陷 般來處理。但是達到該單晶碎基本上沒有所有的附聚缺 陷,包括B缺陷,之預期程度,本方法包含回火從該含b缺 陷之晶棒切割下來的晶圓以消除它們之額外步驟。 VIII.附聚缺陷的偵測 附聚缺陷可以利用許多不同的技術來偵測(如在,例如, 美國專利第5,919,302號;第5,994,761號;第6,190,631號; 第 6,254,672號,第 6,287,380 號;第 6,328,795 號;以及第 6,312,516號中所提到者)。例如流速型態(|^贿^批1^)缺 陷,或D缺陷,通常是藉由先在一 Secc〇姓刻溶液中蚀刻該 單晶矽樣品約30分鐘,然後使該樣品接受顯微鏡檢視來偵 測(見,例如,H· Yamagishi等,半導體科學技術7 , A135 (1992))。雖然是用來偵測附聚空缺缺陷的標準,但此方法 也可用來偵測A缺陷。當運用此技術時,當此類缺陷存在 時,看起來像疋在樣品表面上的大型凹陷處。 此外,附聚本徵點缺陷可以利用以能夠在應用熱時擴散 進入孩早晶矽矩陣中的金屬來裝飾這些缺陷的方式來目視 偵測,利用在,例如,上面舉出之美國專利和專利申請案 中所述的万法。在此「裝飾缺陷」方法之另一個實施例中, 可以使料晶碎樣品在應用該含金屬組成之前經受熱回火 以偵測B型缺陷。 通常’晶隙和空缺Φ道士}义止 > 妖王導材料的供附聚缺陷區域可以互相 區分出來並且可以利用上述之銅裝飾技術來與含有附聚缺 89219 -37- 1251037 (¾的材料區分出來。無缺陷的晶隙主導材料區域不含有由 触刻揭露出的裝飾特徵,而無缺陷的空缺主導材料(在如上 所述 < 问,皿氧晶核消除處理之前)含有來自銅裝飾氧晶核 的微小蝕刻凹陷處。 IX·定義 如在此所使用者,如下的句子或詞應具有特定的意義: 附聚本徵點缺陷」或簡單的「附聚缺陷」表示⑴由空缺 附聚而產生D缺陷、流速型態缺陷、閘極氧化物完整性缺陷 (gate 0xlde mtegrity defects)、來自晶體的粒子缺陷、來自 晶體的光點缺陷、以及其他此類與空缺相關的缺陷的反 應,或(π)由自晶隙附聚而產生A缺陷、差排環和網絡、以 及其他此類與自晶隙相關的缺陷之反應所引發的缺陷;「附 聚的晶隙缺陷」應表示由矽自晶隙原子附聚(例如,在變成 過飽和之後,以降低其總能量)之反應所引發的附聚本徵點 缺陷;「附聚的空缺缺陷」應表示由晶格空缺附聚(例如, 在變成過飽和之後,以降低其總能量)之反應所引發的附聚 空缺點缺陷;「半徑」表示從一晶圓或晶棒之中心軸測量至 周圍或橫向邊緣所得到的距㉟;本上纟附聚本徵點: 陷」應表示附聚缺陷的濃度(或尺寸)小於這些缺陷之偵測限 處的位置;「空缺主導」和「 制,目前係約103缺陷/立方公分;「V/I界線」表示材料沿著 一晶棒或晶圓的半徑(或袖)從空缺主導轉變成自晶隙主導 晶隙王導」分別表示本徵點 缺陷主要是空缺或自晶隙的材料;以及,「+麵 & 王組」通常代表 該晶棒之固定直徑邵分。 89219 -38 - 1251037 因此’需注意的是與晶格空缺的附聚作用有關的缺陷, 或空缺本徵點缺陷,包含例如D缺陷、流速型態缺陷 (FPDs)、閘極氧化物完整性(G〇I)缺陷、來自晶體之粒子 (cop)缺陷和及來自晶體的光點缺陷(LpDs)之可觀察的晶 體缺陷’以及由紅外線散射技術(例如掃描式紅外線顯微鏡 和雷射掃描斷層攝影)所觀察到的某些種類的内層缺陷 (bulk defect)。 也存在於具有過I芝缺的區域中,或存在有某些自由空 缺袅度仁/又發生附聚作用的區域中的是作用為用來形成氧 化诱導璺差(OISF)的晶核之缺陷。推測這些特別的缺陷, 通常形成在靠近晶隙和空缺主導材料之間的界線附近,係 由過里空缺本徵點缺陷的存在所催化的高溫成核的氧凝 聚物;也就是說,推測此缺陷係來自氧和位於接近該ν/ι界 線附近之區域内的「自由」空缺的互相反應。 取後,需注意的是對於與自晶隙有關的缺陷的研究是較 不充份的。他們通常被認為是低密度的晶隙型差排環或網 絡。此種缺陷並不是閘極氧化物完整性不足,一種重要的 晶圓效能標準的原因,但普遍認為其係通常與漏電流問題 有關的其他型式之裝置失效的原因。 此空缺和自晶隙附聚缺陷在柴氏矽中的濃度慣例是在約 1x10 /互方公分至約lxl〇7/立方公分範圍内。雖然這些值是 相^低的’但附聚本徵點缺陷對於裝置製造的重要性迅速 增加,並且’事實上,目前被視為是裝置生產製程中限制 良率的因素。 89219 -39- 1251037 , 實例 為了說明本發明之女 的男趣 万决’並且更明確地說CR和CRM控制 的w蚤’兩種置曰 ,., 日日夕日曰棒在相同的熱區域中並利用相同的 或基本上相似的# 曰_ 乂之速率數據來製備(公稱直徑200毫米的 日曰m,具有「封閉 ^ y. 」乂區域,或設計來達到在此所述的製 程條件,包本 、"0 和冷卻速率,之熱區域的(Ferrofludic 150払起奋’足以形成—具有某半徑寬度之軸向對稱的益
缺陷段落)。每個晶體係經成長至達到落在約Η至約Η PPMA範圍内的平均氧含量。 4第曰曰髌,晶體A(參見圖ι〇Α),係利用與圖8中所示者 相似的CR和CRM數據來製備。如可從圖1〇A看到的,這導 致-具有軸向對稱的、圍繞一其中具有附聚空缺缺陷的核 心义晶隙王導材料之無缺陷區域的晶體段落。(該段落延伸 過從約0L至約0.3L之固定直徑部分的軸向長度)。
在第二晶體,晶體B(參見圖1〇B),係以與晶體A基本上只 在CR和CRM數據(未示出)上有差異的方法來製備。如可從 圖10B之晶體段落看到的,CR數據的改變具有穿越晶棒的 整個半徑擴大該晶隙主導的無缺陷區域之半徑寬度,以及 軸向擴大此區域的效果。(該段落延伸通過基本上相同的軸 向長度;即,從約0L至約0.3L)。 鑑於前述,一第三晶體,晶體C(參見圖10C)係經製備, 其中進一步調整C R(如圖9之數據所示者)以進一步增加該 晶隙主導的無缺陷部分的軸向長度。(該段落再一次延伸通 過基本上相同的軸向長度;即,從約0L至約0.3L)。 89219 • 40- 1251037 在、/又有特定理論基礎下,並且參見圖1〇Α、i〇b和丨〇c, 通常相信當改變CR時,該融熔物-固體介面形狀會改變,並 且在該晶棒中心軸或附近的G〇會降低。因此,成長的晶體 中心内的空缺濃度係經降低及/或v/G〇臨界值的半徑位置 (即,從自晶隙至空缺的轉換發生的點,或反之亦然,當該 王導本徵點缺陷發生時)係徑向地向内移動。最後,晶隙的 /辰度,相應於空缺的濃度,係足夠高並且晶體部分在自晶 隙可移動的溫度範圍内之留置時間足夠長而容許自晶隙徑 向地向内擴散以與空缺合併並抵銷。因此,附聚空缺缺陷 的形成即經抑制。 就此點而T ’介面形狀的改變關於圖6八和6B進一步做說 明。圖6A和6B所呈現的影像是晶體段落,分別由晶體A和 C或與其相似的晶體得到,在經過揭露其内之介面形狀的 製程之後。更明確地說,該等晶體部分,在經過軸向切割 後,其: 1 ·、纟二受熱回火以增強其内的氧凝聚,其中該等晶體部分 係以一或多種在約500°C至約1〇〇〇t範圍内的溫度加 熱約20至約3〇小時,以穩定氧凝聚晶核然後將這些晶 核成長為氧凝聚物; 2 · 接著使該等晶體段落經受一銅裝飾製程,利用技藝中 已知的方法,其中⑴應用例如硝酸銅至該表面,(π) 然後將覆有塗層的樣品加熱至介於約85〇°C和1〇〇(rc 間的溫度約5至約15分鐘,以將金屬擴散進入該樣品 内’(in)然後將該熱處理過的樣品冷卻並蝕刻(例如, 89219 -41 - 1251037 ⑽01虫刻)以揭露出裝飾的結果;以及,最後 接:使該裝飾的/姓刻樣品經受一半導體實驗室生命 、踏^ (hfenme scan) ’利用技藝中已知的方法(該掃描 、較阿解析度揭露出銅裝飾的介面形狀)。 3. (其他細節見,例%,上面在標題「附聚缺陷的摘測」 中所提到的美國專利) ^ 4 (可以看到能夠利用在此之前不瞭解的控制坩 尚万疋轉速率的万式在成長—單晶麥晶棒期間改變G〇,同時 利用掛瑪旋轉速率調變的方式來確保氧含量的—致性。此 夕曰卜’附本徵點缺陷的形成可以選擇性地抑制,在單晶石夕 晶棒的重要部分上,利用控制V/G。的方式,以及選擇性地 ^制/“p速率或晶棒在本徵點缺陷可移動的溫度範圍内之 留置時間’藉由透過_旋轉速率來控制〜的方式。 因為可以在不背離本發明範圍下於上述方法中做出許多 改邊’因此意欲使包含在上面敘述中的内容及實施例被视 為解釋性而非限制性。 【圖式簡單說明】 圖1係一不出自晶隙的初始濃度,[I],和空缺,[V],如 何隨#v/G〇比例的增加而改變的例子之圖式,其中是成長 速率’而G〇疋晶體中的平均軸向溫度梯度(此處的虛線,表 示為S S ,代表臨界過飽和的濃度門限)。 圖2不出根據本發明方法所製備的晶棒以及根據已知方 法所製備者 < 做為半徑的函數之融熔物_固體介面形狀之 圖式其中CR的增加係主體長度的函數。 89219 -42 - 037 圖3示出根據本發明方法所製備的晶棒以及根據已知方 去所製備者之做為半徑的函數之軸向溫度梯度,G。,之圖 式,其中CR的增加係主體長度的函數。 *圖4A和4B是在此所討論的晶體成長方法之剖面圖式,詳 細不出-晶體部分(Cs)、該矽融熔物(M)、該融熔物,體介 面(I)、以及容納該融熔物的坩螞(Cu),提供的目的係用來 概括說明本發明之理論(4八示出在該融熔物中心處有較少 向下泥量的標準方法,而4B示出在該融溶物中心處有較多 向下流量的利用CR控制的方法)。 圖5係一示出該v/G〇比例如何做為半徑的函數來改變的 圖式k供來說明本發明方法如何運作以降低其中的變異 性’與CR的增加為主體長度的函數之已知方法相比。八 圖6A和6B係兩個晶棒之部分的橫切影像之影印,如在此 =描述的實施例般製備,接著進行一熱回火以增強其氧 (ygen precipitation)、銅裝飾(c〇pper dec〇rati〇n),並 且進仃生命期對映(lifetime mapping)以顯露出其中的介面 形狀,如在實施例中進一步敘述者。 /一圖7係一晶體成長方法之概要剖面圖,詳細示出一固定直 \曰把#刀(CS)、該矽融熔物(M)、該融熔物-固體介面(j)、 二融熔物表面(Ms)、容納該融熔物的坩堝(Cu)、以及一貫 穿其間的中心軸(A),提供的目的係用來進_步說明本發明 、成長方法期間所得到的融熔物_固體介面形狀。 圖8係一示出坩堝旋轉速率以及其調變的圖式,以一已知 的成長方法,如在實施例中進一步描述者。 89219 -43- l25l〇37 圖9係一示出坩堝旋轉速率以及其調 明之一命y^ ^ 丄 圖式,根據本發 貝犯例,如在貫施例中進一步描述者。 圖·、_和度係如在實施例中所述般製備,接著進 : 裝飾和缺陷劃定蚀刻(defect_dellneating以⑻的晶棒之 4分的橫切影像之影印。 I圖U係一示出單晶矽晶棒之氧濃度的侧寫圖式,其可以 利用本發明方法之一實施例來製得。 /圖12係一示出本發明之一實施例之做為該晶棒之固定直 ^部分的轴向長度之函數的CRM振幅的側寫。 89219 -44 -
Claims (1)
125繼 寸文 申·讀 號專利申請案 9範圍替換本(94年1 〇月) Λ 拾、申請專利範園 一種根據柴氏長晶法來拉起一單晶矽晶棒之方法,其中 使0曰種晶體與客納在一坩堝内的矽融熔物接觸,該坩 堝係與該晶種同軸,然後從其中拉起以形成一鄰接於該 晶種晶體的頸部,一鄰接於該頸部的晶種圓錐,以及一 鄰接於孩晶種圓錐的固定直徑部分,該固定直徑部分具 有⑴至少150¾米的公稱直徑(n〇minai diamete〇,⑴)一長 度L,從一由該晶種圓錐變成該固定直徑部分的轉換沿著 晶棒的軸測得,㈣-第-系列位置IW分別沿著該 軸與該轉換距離D(1,)’以系做4L的分數來決定,以及 Μ一第二系列位置―,分別沿著該軸與該轉換距離 DD(“n),其係做為冰分數來決^,其中該第二系列中之 位置和其分別的距離可以盘士 ^ τ , 離」乂只巧罘一系列中者相同或不 同,該方法包含: 以相反方向旋轉該晶種晶體和該坩瑪; 以該晶棒之固定直徑部分的漸捭舳 刀日]斯&軸長度又函數來降低 平均坩堝旋轉速率(CR),其中在一 μ τ ^ 1直 P丨’上的平均掛 碼旋轉速率係大於在一位置,p , 杜1罝P2,上的平均坩堝旋轉速 率,其中DQCDdO.lL);以及, 利用掛網旋轉速率調變(CRM)來控制欲使其基本上保 持不變之該固定直徑部分中的平均軸向氧含量。Α 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中〇2約〇:^。 3·如申請專利範園第2項之方法,其中D丨、人& 八Y 小於約〇.6L。 4·如申請專利範圍第2項之方法,並中D /、丫 小於約 〇.4]L。 89219-941〇28.d〇c ^51037 5· 6· 如申請專利範園第 如申請專利範園第 如申請專利範園第 如申請專利範圍第 本上呈線性降低。 1巧之方法,其中〇2約0.乩。 5项之方法,其中〇】小於約0.4L。 5项之方法,其中仏小於約0.2L。 1项之方法,其中CR在位置P!*P2間基 •如申請專利範園第1项之方法,其中D】約0.1L,CR從該轉 換至位置Ρι基本上是固定的。 申β專利範圍第2項之方法,其中⑶從p2至大約該晶棒 的固定直徑部分之終端基本上是固定的。 U·如申請專利範圍第1項之方法,其中CRM係以該晶棒之固 定直徑部分的漸增軸向長度之函數來增加。 12.如申請專利範圍第U項之方法,其中在一位置,PP1,上 的CRM的振幅係小於在一位置,pp2,上的振幅,其中 DDhDD1 〇 13·如申請專利範圍第12項之方法,其中dd22(ddi + (Ul)。 14·如申請專利範圍第1;2項之方法,其中〇〇2約〇.扎。 15.如申請專利範圍第14項之方法,其中ddi小於約〇.6L。 16·如申請專利範圍第14項之方法,其中DD1小於約0.4L。 17.如申請專利範圍第14項之方法,其中ddi小於約〇.2L。 18·如申請專利範圍第12項之方法,其中dd2約〇.6L。 19·如申請專利範圍第18項之方法,其中dd1小於約〇.4L。 20. 如申請專利範圍第18項之方法,其中DD1小於約〇.2L。 21. 如申請專利範圍第〗2項之方法,其中DD2約〇.4L。 22. 如申請專利範圍第21項之方法,其中DD1小於約〇.2L。 89219-941028.doc -2 - I25l〇37 23· 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 如申請專利範圍第12¾之女、土 - , , ,、爻万法,其中DD約0.1L,CRM從 大約該轉換至位置PP1的振幅大約是零。 如U利範圍第23項之方法,其中DD2约〇·札,在位置 PP和PP2間的振幅基本上呈線性增加。 如申請專利範圍第23項之方法,其中dd2約〇6l,在位置 pp和pp間的振幅基本上呈線性增加。 如申請專利範圍第23項之方法,其中dd、q.8l,在位置 PP和PP2間的振幅基本上呈線性增加。 如申凊專利範gj第12項之方法,其中血係介於約〇1[和 勺0.4L而DD係介於約〇.6L和約〇 9L間,〇纽振幅在位 置P處從介於約〇 · 1至小於約2 rpm間的值增加至在位 置PP2處之一介於大於約2至約4 rpm間的值。 如申請專利範圍第1項之方法,其中CRM係以該晶棒之固 定直徑部分的軸向長度之函數來增加,該增加具有一正 弦波函數的振幅。 如申請專利範圍第丨項之方法,其中CRM具有範圍從約 ±5%至約±4〇0/〇的CR之振幅。 如申請專利範圍第1項之方法,其中CRM具有範圍從約 土15%至約±25%的CR之振幅。 如申請專利範圍第1項之方法,其中CRM具有範圍從約2 至約8 rpm高於及低於cr的振幅。 如申請專利範圍第1項之方法,其中CRM具有範圍從約30 秒至約90秒的週期。 如申請專利範圍第1項之方法,其中在該固定直徑部分成 89219-941028.doc 1251037 長期間CR範圍從約5至約15 rpm。 从如中請專利範圍第33項之方法,其中Di係介於mu 〇.4L間’而〇2係介於約0.6[至〇 9L間,cr在位窖 夏4和P2 間從一介於約10 rpm至約12 rpm間的值降低至—介於约6 rpm至約8 rpm間的值。 、 35. 如申請專利範圍第丨項之方法,其中該固定直徑部分具有 至少約12 PPMA(百萬原子分之一)的平均軸向氧濃度。 36. 如申請專利範圍第之方法,其中該固定直徑部=具有 做為長度之函數的變化小於約4%的平均軸向氧濃度。 37. 如申請專利範圍第之方法,其中該固定直徑部^有 做為長度之函數的變化小於約2%的平均軸向氧濃度。 38. 如申請專利範圍第!項之方法,其中該晶棒之固定=捏部 刀係在缺乏應用磁場的情況下成長。 39. 如申請專利範圍第巧之方法,其中該晶棒之固定直捏部 分具有至少約750毫米的軸向長度。 40·如申請專利範圍第卜頁之方法,其中該晶棒之固定直捏部 分具有至少約200毫米的公稱直徑。 41.如申請專利範圍第1Jf之方法,其中該晶棒之固定 分具有至少約300毫米的公稱直徑。 42· —種根據柴氏長晶法來拉起一單晶矽晶棒之方法,其中 使一晶種晶體與容納在一坩堝内的矽融熔物接觸,該坩 禍係與該晶種同軸,然後從其中拉起以形成-鄰接於該 晶種晶體的頸部,一鄰接於該頸部的晶種圓錐,以及一 鄰接於該晶種圓錐的固定直徑部分,該固定直徑部分具 89219-941028.doc -4 - 1251037 有從該軸延伸至其橫向表面之至少 叫 < 王y巧笔未的公稱半徑, 該方法包含: 以相反方向旋轉該晶種晶體和該坩禍; 在成長該固定直徑部分期^以一平均掛瑪旋轉速率 (CR)旋轉-料,其係足以在接近該㈣得到高度,^, :少約5毫米的融熔物-固態介面,如從該融熔物表面所;則 得者以及问度ZR/2,其中ZR,2是在該融熔物表面上方 大約在該半徑中點處的介面高度,其至少約是匕的 12 0 % ;以及, 利用坩堝旋轉調變(CRM)來控制欲使其基本上保持不 變之該固定直徑部分中的平均軸向氧含量。 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 如申請專利範圍第42項之方法,其中該介面係在該固定 直徑部分已經形成約2〇〇/。後才出現。 如申請專利範圍第42項之方法,其中該介面係在該固定 直徑部分已經形成約4〇〇/0後才出現。 如申請專利範圍第42項之方法,其中該介面係在該固定 直徑部分已經形成約60%後才出現。 如申請專利範圍第42項之方法,其中該介面係在該固定 直徑部分已經形成約80%後才出現。 如申请專利範圍第42項之方法,其中該固定直徑部分具 有至少約750毫米的軸向長度。 如申請專利範圍第42項之方法,其中za至少約10毫米。 如申請專利範圍第42項之方法,其中za至少約12毫米。 如申請專利範圍第42項之方法,其中Zr/2至少是約125% 89219-941028.doc 1251037 的za 〇 51·如申請專利範圍第42項之方法,其中Zr/2至少是約135% 的Za 〇 52·如申請專利範圍第42項之方法,其中crm係在該固定直 徑部分已經成長約5%後才開始。 53β如申請專利範圍第42項之方法,其中crm係在該固定直 徑部分已經成長約10%後才開始。 54·如申請專利範圍第42項之方法,其中crm係以〆正弦波 的函數來調變。 55·如申請專利範圍第42項之方法,其中該晶棒之固定直徑 部分具有至少約1 00毫米的公稱半徑。 56·如申請專利範圍第42項之方法,其中該晶棒之固定直徑 部分具有至少約1 5 0毫米的公稱半徑。 57. —種根據柴氏長晶法來拉起一單晶矽晶棒之方法,其中 使一晶種晶體與容納在一坩堝内的矽融熔物接觸,該蚶 堝係與該晶種同軸,然後從其中拉起以形成一鄰接於該 晶種晶體的頸部,一鄰接於該頸部的晶種圓錐,以及一 鄰接於該晶種圓錐的固定直徑部分,該固定直徑部分具 有至少150毫米的公稱直徑,該方法包含: 以相反方向旋轉該晶種晶體和該甜堝; 控制v/G〇比例,其中ν係成長速度而G〇係該晶棒之固定 直徑部分的至少一個段落在從凝固至不低於約1300。(:的 溫度範圍内之平均軸向溫度梯度,控制該比例包含在成 長該段落時降低平均掛禍旋轉速率(CR); 89219-941028.doc 1251037 利用掛禍旋轉調變(CRM)來控制欲使其基本上保持不 變之該段落中的平均軸向氧含量;以及, 控制該段落從凝固溫度至約丨㈣。c或更低的冷卻速 率,其中該段落包含一軸向對稱區域,其基本上係無⑴ 附聚2缺缺陷,或⑻八型附聚晶隙(intersti㈣缺陷。 58•如^專利_第別之方法,其巾,在該段落從該凝 固溫度冷卻時,晶隙是該轴向對稱區域中主要的本徵點 缺陷。 59.如申請專利範圍第58項之方法,其中該區域基本上無_ 附聚晶隙缺陷。 60·如申請專利範圍第59項之方法,並士 & &丄, 间不心万凌,其中该軸向對稱區域從 該晶棒之橫向邊緣徑向地向内延伸並且具有一寬度,從 該橫向邊緣徑向地朝向該中心軸測得者,其係該^棒之 半徑的約100%。 61. 如申請專利範圍第60項之方法,其中該區域具有一長 度’沿著該中4測得者,至少是該晶棒之/定直徑部 分的軸向長度的約60%。 62. 如申請專利範圍第60項之方法,其中該區域具有—長 度’沿著該中心軸測得者,至少早令 、 ^ ^疋孩晶棒之固定直徑部 分的軸向長度的約90%。 63·如申請專利範圍第57項之方法, 、、 具中’在孩段落從該凝 固溫度冷卻時,空缺是該軸向對 Π对%區域中主要的本徵點 缺陷。 其中該軸向對稱區域從 64·如申請專利範圍第63項之方法 89219-941028.doc 1251037 該晶棒之中心軸徑向地向外延伸並且具有一寬度,從該 中心轴极向地朝向該橫向邊緣測得者,其係該晶棒之半 徑的约100%。 65.如申請專利範圍第μ項之方法,其中該區域具有一長 度’沿著該中心軸測得者,至少是該晶棒之固定直徑部 分的軸向長度之約60%。 66·如申請專利範圍第64項之方法,其中該區域具有一長 度,沿著該中心軸測得者,至少是該晶棒之固定直徑部 分的軸向長度之約90%。 以如申請專利範圍第57項之方法,進一步包含冷卻該段落 至一低於約80(TC的溫度並且,做為該冷卻步騾的一部 份,淬火冷卻該段落的至少一部分通過自晶隙缺陷之附 聚作用的成核溫度。 68.如申請專利範圍第57項之方法’其中該固定直徑部分之 及丰又洛具有⑴一長度,L,從一由該晶種圓錐變成該固定 直徑部分的轉換沿著晶棒的軸測得,(Η)一第一系列位置 ,分別沿著該轴與該轉換距離D(^n),其係做為匕的 分數來決定,以及(hi) 一第二系列位置,分別沿著 該轴與該轉換距離DD〇M,其係做為L的分數來決定:其 中占第u中《位置和其分別的距離可以與該第一系 列中者相同或不同,並且此外其中該平均㈣旋轉速率 ㈣係以段落之漸增的軸向長度之函數來降低,其中在 -位置’ Ρι ’上之茲平均坩堝旋轉速率係大於在一位置, P2,上的平均掛禍旋轉速率,其中D4(Di+〇il)。 89219-941028.doc 1251037 69_如申請專利範圍第68項之方法,其中CRM係以該晶棒之 固定直徑部分的該段落之漸增軸向長度之函數來增加。 70.如申請專利範圍第69項之方法,其中在一位置,PP1,上 的CRM的振幅係小於在一位置,PP2,上的振幅,其中 DDhDD1。 7L如申請專利範圍第70項之方法,其中DDhpD^O.lL)。 72. 如申請專利範圍第57項之方法,其中固定直徑部分具有 至少約200毫米的公稱直徑。 73. 如申請專利範圍第57項之方法,其中固定直徑部分具有 至少約300毫米的公稱直徑。 89219-941028.doc
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