TWI424103B - 拉製矽單晶的方法 - Google Patents

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Description

拉製矽單晶的方法
本發明涉及一種從一容納在一坩堝中的熔體中拉製一矽單晶的方法。在此一方法中，將一晶種浸入熔體中且予以拉提，該熔體的材料在該晶種上結晶以形成一單晶。待一穩定階段後，先拉製一頸狀部分，然後再拉製一錐形部分，在拉製該錐形部分期間，該生長單晶的直徑逐漸拓寬至一定點直徑。
熔體不僅含有矽，且通常也含有一或多種摻雜物，該摻雜物之作用在於摻混入該單晶的晶格中以決定該單晶的導電性。此外，該熔體亦含有氧，其從坩堝材料中溶解出並部分摻混入該單晶中。單晶中所含的氧具有有利和不利的效果。含氧析出物，即所謂的體積微缺陷(bulk micro-defect，BMD)，係充當內部去疵物(getters)，其可束縛金屬雜質且藉此防止該雜質妨礙電子元件的功能。另一方面，高氧濃度也促成了有害的疊差，即所謂的氧化誘發疊差(oxidation-induced stacking fault，OSF)，的形成。據此，控制該單晶中的氧濃度並同樣地控制摻雜物的濃度係所欲的，使其至少在該單晶的柱形部分內不偏離指定的狹窄濃度範圍，該柱形部分係用於生產半導體晶圓，具有定點直徑，並與該錐形部分相鄰。
單晶中的氧濃度可藉由多種方式影響，例如控制反應器中的氣壓、控制進料至反應器的惰性氣體速度、控制熔體表面與熱遮罩(罩住單晶)底端之間的距離、控制單晶和坩堝的轉速、和控制一施加至熔體的磁場強度。儘管使用了這些控制措施，但在要從起始端(start)(即已在單晶柱形部分的起始端)獲得指定濃度範圍內之氧濃度會有問題。如果從該單晶柱形部分起始端所獲得的半導體晶圓不具有客戶指定的氧濃度，則會導致產率損失，當該單晶的直徑較大且其柱形部分較短時，則此問題更顯嚴重。
本發明的目的在於提供一種方法，藉此可以明顯減少如此的產率損失。
此目的係藉由一種從一容納在一坩堝中的熔體中拉製一矽單晶的方法來實現，該方法包括：將一晶種浸入該熔體；藉由在一拉晶速度下從熔體中拉提晶種以在該晶種上結晶單晶；在一錐形部分中拓寬該單晶的直徑至一定點直徑，包含以在該錐形部分中誘導該單晶生長前端的曲率反轉的方式，控制該拉晶速度。
經本案發明人的研究發現，必須對拉製單晶的錐形部分階段予以特別關注，以免在該單晶的錐形部分起始端因缺少特定氧濃度而導致產率損失。必需確保以在該錐形部分中實現單晶的曲率反轉之方式控制該拉晶速度，其係拉製生長在該晶種上的單晶。
較佳地，在拉製單晶的錐形部分階段，先將拉晶速度降低然後提高。
當拉製該錐形部分時，特佳係將拉晶速度從一初始速度降低到一至少小於該初始速度40%，較佳係至少小於60%的較低拉晶速度，並再次將其從該較低拉晶速度增加至一最終速度。該最終速度將為到達定點直徑後的拉晶速度。該初始速度較佳也高於該最終速度。
此外，較佳係直到該錐形部分的直徑已達到該定點直徑的至少50%後，才以該較低的拉晶速度拉提該晶種。
在下文中，藉由所附圖式以詳加說明本發明。
當軸向切割一單晶時，摻雜物和氧的分離條帶(segregation strip)顯示生長前端的輪廓。該分離條帶係由熔體中的溫度變化所致，摻雜物和氧的濃度也因此沿著單晶的徑向方向變大或變小。
如上所述，減小和增加拉晶速度導致錐形部分的生長前端曲率反轉。起初，朝向晶種看時，生長前端為凹狀彎曲。根據本發明，由於控制該拉晶速度，亦在該單晶的該錐形部分轉變為一凸狀曲率的生長前端。
第1圖顯示一根據本發明所拉製的單晶中之晶種3、錐形部分2和柱形部分1的起始端。在該晶種和該錐形部分之間存有一頸狀部分。該錐形部分的直徑在柱形部分的過渡區間增大至定點直徑。彎曲的分離條帶5顯示的生長前端係以如下方式而成形：該存在於柱形部分中的分離條帶的曲率在錐形部分中發生反轉。在柱形部分中沒有曲率反轉。
第2圖與第1圖的單晶的區別在於錐形部分2之上的第二部分4。在拉製一非常重的單晶時，通常需要此粗化的，如果該單晶在變粗部分未被一支持系統所支撐，則會因重量負荷而在該晶種或該頸狀部分扯斷。
為了進行此方法，當使錐形部分2的軸向長度長於將錐形部分的直徑拓寬至定點直徑所需的長度，此作法係有利的。因此，該錐形部分較佳具有一不少於60°且不大於90°，特佳係不大於80°的頂角α。且從錐形部分2到柱形部分1的過渡區間的外角β較佳係不少於5°且不大於25°。該等角度的位置示於第3圖中。
對於一標示定點直徑為200毫米的單晶而言，典型的錐形部分的軸向長度較佳為160毫米到220毫米；而對於標示定點直徑為300毫米的單晶較佳則為240毫米到340毫米。就標示定點直徑超過300毫米的單晶而言，錐形部分的軸向長度要相對的更長。
實施例
根據本發明拉製一標示定點直徑為200毫米的矽單晶。第4圖中所示為在錐形部分區域中以初始速度(即V(rel))所表示的拉晶速度的曲線。以在錐形部分中相對於定點直徑的相對直徑(即D(rel))繪製橫座標。
為作比較，以在拉製錐形部分時用一幾乎以恒定的拉晶速度的方式拉製另一個具有相同標示直徑的單晶。在此單晶中，在柱形部分的起始端的區間不符合氧濃度的預設規格。在根據第4圖所拉製的單晶中無如此的產率損失。
1．．．柱形部分
2．．．錐形部分
3．．．晶種
4．．．第二部分
5．．．分離條帶
α．．．頂角
β．．．外角
第1圖和第2圖顯示一根據本發明所拉製的單晶的錐形部分。
第3圖顯示根據第1圖和第2圖中，α角和β角的在單晶中的位置。
第4圖顯示拉製錐形部分時的拉晶速度的曲線，參考定點直徑為200毫米的矽單晶的實施例。
1．．．柱形部分
2．．．錐形部分
3．．．晶種
5．．．分離條帶

Claims (5)

  1. 一種從一容納在一坩堝中的熔體中拉製一矽單晶的方法，其包含：將一晶種浸入該熔體；藉由在一拉晶速度下從熔體中拉提該晶種以在該晶種上結晶單晶；在一錐形部分中，拓寬該單晶的直徑至一定點直徑，自朝向晶種看時為凹狀彎曲生長前端至凸狀彎曲的生長前端，其中，將該拉晶速度從一初始速度降低到一至少低於該初始速度40%的較低的拉晶速度，然後將拉晶速度從該較低的拉晶速度升高到一最終速度，在此過程中拉提該晶種直至達到該定點直徑。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該最終速度小於該初始速度。
  3. 如請求項1或2所述的方法，其中直到該錐形部分的直徑已達到定點直徑的至少50%才以該較低的拉晶速度拉提該晶種。
  4. 如請求項1或2所述的方法，其中使該錐形部分具有一不小於60°且不大於90°的頂角α。
  5. 如請求項1或2所述的方法，其中該從該錐形部分到該柱形部分的過渡區間的外角β不小於5°且不超過25°。
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