TWI838383B

TWI838383B - 製造具有頸部及懸掛在頸部上之主體之單晶矽錠的方法、控制用於支撐錠主體之頸部之品質的方法及製造單晶矽錠的系統

Info

Publication number: TWI838383B
Application number: TW108122454A
Authority: TW
Inventors: 徵陸; 吳俊昇; 蔡豐鍵; 陳智勇; 許永銘; 曾賢達
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2024-04-11

Abstract

本發明揭示其中監測頸部生長期間之提拉速率之用於製造單晶矽錠之方法。可計算該提拉速率之一移動平均值且比較該移動平均值與一目標移動平均值以判定是否未消除差排及該頸部是否不適用於製造懸掛在該頸部上之一錠主體。

Description

製造具有頸部及懸掛在頸部上之主體之單晶矽錠的方法、控制用於支撐錠主體之頸部之品質的方法及製造單晶矽錠的系統

本發明之領域係關於其中監測頸部生長期間之提拉速率之用於製造單晶矽錠的方法。在一些實施例中，計算提拉速率之一移動平均值且比較該移動平均值與一目標移動平均值以判定是否未消除差排且頸部是否不適用於製造矽錠主體。

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)通常藉由丘克拉斯基(Czochralski)(「Cz」)方法製備。在此方法中，將多晶矽(polycrystalline silicon)(「多晶矽(polysilicon)」)裝入至一坩堝且熔融，且使一晶種與熔融矽接觸且藉由緩慢抽取生長一單晶體。在晶體生長起始時，由晶種與熔融物接觸之熱衝擊在晶體中產生差排。此等差排在整個生長晶體內傳播並倍增，除非其等在晶種與晶體之主體之間之一頸部區域中經消除。

用於消除一矽單晶體內之差排之習知方法包含所謂的「縮頸法」，其涉及以一高拉晶速率(例如，高達6mm/分鐘)生長具有一小直徑(例如，2至4mm)之一頸部以在起始晶體之主體之生長之前完全消除差排。一般言之，在已生長近似100至約125mm之頸部之後可在此等小直徑頸部中消除差排。一旦已消除差排，便擴大晶體之直徑以形成一「圓錐」或「錐形(taper)」部分。當達到晶體之所要直徑時，接著生長圓柱形主體以具有一近似恆定直徑。

雖然用於消除差排之習知方法大多數係成功的，但此等方法可導致包含傳播至錠之恆定直徑部分中之差排之一些頸部。此等錠不適用於裝置製造且報廢成本高。

需要其中可偵測其中未消除差排之頸部以容許無差排之一第二頸部之生長之用於製備矽錠之方法。

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製造具有一頸部及懸掛在該頸部上之一主體之一單晶矽錠之方法。使一晶種與固持於一坩堝內之一矽熔融物接觸。自該矽熔融物提拉一頸部。量測自該矽熔融物提拉該頸部之一提拉速率。自該經量測提拉速率計算一移動平均值。比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍。若該移動平均值在該目標範圍內，則自該熔融物提拉一錠主體，其中該主體懸掛在該頸部上。

本發明之另一態樣係關於一種用於控制用於支撐一錠主體之一頸部之品質之方法，該頸部係自一矽熔融物提拉。量測自該矽熔融物提拉該頸部之一提拉速率。自該經量測提拉速率計算該提拉速率之一移動平均值。比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍。若該移動平均值落於該目標範圍之外，則發送一信號以終止頸部生長。

本發明之又一進一步態樣係關於一種用於製造一單晶矽錠之系統。該系統包含其中提拉該矽錠之一拉晶器。該系統包含用於在該拉晶器內固持一多晶矽熔融物之一坩堝。一晶種卡盤固定用於接觸該矽熔融物之一晶種。該系統包含用於控制一錠主體懸掛在其上之一頸部之生長之一控制單元。該控制單元調節該頸部之提拉速率。該控制單元經組態以計算該提拉速率之一移動平均值且比較該移動平均值與一目標移動平均值。當該提拉速率在該目標移動平均值之外時，該控制單元終止該頸部。

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。

6:晶種

7:入口埠

8:提拉腔室

10:錠

11:出口埠

12:生長腔室

16:圓錐部分

18:肩部

20:主體/錠主體

22:坩堝

23:拉錠器/拉晶器

24:頸部

25:外殼

26:提拉線

31:轉盤

32:反射體總成

34:晶種卡盤

38:內表面

39:加熱系統

40:熔融物表面

42:提拉機構

44:矽熔融物

45:上壁

50:圓周邊緣

58:提拉總成

90:控制系統/系統

98:直徑感測器

134:儲存裝置

143:控制單元

144:處理器

152:終止機構

301:伺服器系統

305:處理器

310:記憶體區域

315:通信介面

320:儲存介面

400:使用者

402:運算裝置

404:處理器

406:記憶體區域

408:媒體輸出組件

410:輸入裝置

412:通信介面

Hr:範圍

R:半徑

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係藉由丘克拉斯基方法生長之一單晶矽錠之一部分正視圖；圖3係用於自一矽熔融物提拉一單晶矽錠之一拉晶器設備之一橫截面；圖4係用於基於頸部提拉速率之移動平均值調節頸部生長之一例示性控制系統之一方塊圖；圖5係一例示性伺服器系統之一方塊圖；圖6係一例示性運算裝置之一方塊圖；圖7係在一單晶矽錠之生長期間之頸部提拉速率之實際及3分鐘移動平均值之一圖表；圖8係圖7之實際頸部生長提拉速率之0.5分鐘移動平均值、1分鐘移動平均值及2分鐘移動平均值之一圖表；圖9係圖7之實際頸部生長提拉速率之2分鐘移動平均值、3分鐘移動平均值及5分鐘移動平均值之一圖表；圖10係針對具有差排之頸部及針對無差排頸部之實際頸部提拉速率之一圖表；圖11係針對具有差排之頸部及針對無差排頸部之頸部提拉速率之2分鐘移動平均值之一圖表；圖12係針對具有差排之頸部及針對無差排頸部之頸部提拉速率之5分鐘移動平均值之一圖表；及圖13係針對其中未消除差排之頸部及針對無差排頸部之頸部提拉速率之10分鐘移動平均值之一圖表。

貫穿圖式，對應元件符號指示對應零件。

本申請案主張2018年6月28日申請之美國專利申請案第16/021,948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其中監測錠之頸部部分之品質以判定頸部是否適用於錠生長或是否應終止頸部(例如，返回至熔融物以熔掉或自提拉器移除)之用於製造一單晶矽錠之方法。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錠，其中自固持於一拉錠器23之一坩堝22內之一矽熔融物44抽出錠。

拉錠器23包含一外殼25，該外殼25界定一晶體生長腔室12及具有小於生長腔室12之一橫向尺寸之一提拉腔室8。生長腔室12具有自生長腔室12過渡至變窄之提拉腔室8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11，其等可用於在晶體生長期間將一程序氣體引入至外殼25及自外殼25移除一程序氣體。

拉錠器23內之坩堝22含有自其抽出一矽錠之多晶矽熔融物44。藉由熔融被裝入至坩堝22之多晶矽而獲得矽熔融物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。

一加熱系統39(例如，一電阻加熱器)包圍坩堝22用於熔融矽裝料以產生熔融物44。加熱器39亦可在坩堝下方延伸，如美國專利第8,317,919號中展示。加熱器39由一控制系統(未展示)控制，使得在整個提拉程序內精確地控制熔融物44之溫度。包圍加熱器39之絕熱體(未展示)可減少透過外殼25損失之熱之量。拉錠器23亦可包含在熔融物表面40上方之用於為錠屏蔽來自坩堝22之熱以增加固體-熔融物介面處之軸向溫度梯度之一反射體總成32(圖3)。

一提拉機構42(圖4)附接至自該機構向下延伸之一提拉線26(圖1)。提拉機構42能夠將提拉線26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26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34。在生長錠時，提拉機構將晶種6降低直至其接觸矽熔融物44之表面。一旦晶種6開始熔融，提拉機構42便將晶種6向上緩慢升高通過生長腔室12及提拉腔室8以生長單晶矽錠。提拉機構42(圖2)旋轉晶種6之速度及提拉機構42將晶種6升高之速度由控制單元143控制。

透過入口埠7將一程序氣體引入至外殼25中且自出口埠11抽出。程序氣體在外殼內產生一氛圍且熔融物及氛圍形成一熔融物-氣體介面。出口埠11與拉錠器之一排氣系統(未展示)流體連通。

根據本發明之實施例且一般言之，丘克拉斯基方法製造之一單晶矽錠10在圖2中展示。錠10包含一頸部24、一向外張開部分16(同義地「圓錐」)、一肩部18及一恆定直徑主體20。頸部24附接至晶種6，該晶種6與熔融物接觸且被抽出以形成錠10。一旦錠之圓錐部分16開始形成，頸部24便終止。

主體20之恆定直徑部分具有一圓周邊緣50、平行於圓周邊緣之一中心軸線X及自中心軸線延伸至圓周邊緣之一半徑R。中心軸線X亦通過圓錐部分16及頸部24。錠主體20之直徑可變動且在一些實施例中，直徑可係約150mm、約200mm、約300mm、大於約300mm、約450mm或甚至大於約450mm。

單晶矽錠10可通常具有任何電阻率。在一些實施例中，錠10之電阻率可係小於約20mohm-cm、小於約10mohm-cm或小於約1mohm-cm(例如，0.01mohm-cm至約20mohm-cm或0.1mohm-cm至約20mohm-cm)。

單晶矽錠10可經摻雜。在一些實施例中，錠以至少約1x10¹³/cm³(例如，自約1x10¹³/cm³至約1x10¹⁵/cm³)之一氮濃度摻雜氮。上文描述之電阻率及摻雜範圍係例示性的且不應被視為一限制性意義，除非另外陳述。

一般言之，藉由將多晶矽裝載至坩堝22(圖1)中以形成一矽裝料而形成自其抽出錠之熔融物。可使用多晶矽之各種源，包含(例如)在一流體化床反應器中熱分解矽烷或鹵代矽烷而製造之粒狀多晶矽或在一西門子(Siemens)反應器中製造之多晶矽。一旦將多晶矽添加至坩堝以形成一裝料，便將裝料加熱至高於約矽之熔融溫度(例如，約1412℃)之一溫度以熔融裝料。在一些實施例中，裝料(即，所得熔融物)由加熱系統39加熱至至少約1425℃、至少約1450℃或甚至至少約1500℃之一溫度。一旦液化裝料以形成一矽熔融物，便將矽晶種6降低以接觸熔融物。接著自熔融物抽出晶體6，其中矽附接至該晶體6(即，其中形成一頸部24)，藉此在熔融物之表面附近或處形成一熔融物-固體介面。在形成頸部之後，生長鄰近頸部24之向外張開圓錐部分16。接著，生長鄰近圓錐部分16之具有一恆定直徑之錠主體20。

在一些實施例中，在主體20之生長期間在熔融物-固體介面處之熱傳遞由一裝置(諸如一反射體、一輻射屏蔽件、一熱屏蔽件、一絕熱環、一沖洗管或熟習此項技術者通常已知能夠操縱之一溫度梯度之任何其他類似裝置)控制。亦可藉由調整供應至在晶體熔融物下方或鄰近晶體熔融物之加熱器之功率或藉由控制熔融物中之坩堝旋轉或磁通量而控制熱傳遞。在一較佳實施例中，使用如圖3中展示之接近熔融物表面之一反射體控制熔融物-固體介面處之熱傳遞。應注意，雖然下文描述之本發明之方法通常係參考此一反射體描述，但本發明之方法亦適用於上文列舉之其他熱傳遞控制裝置且在本文中提及一反射體之使用不應被視為一限制性意義。在頸部24之形成期間，通常藉由使用諸如反射體之一裝置或諸如一輻射屏蔽件、熱屏蔽件、絕熱環或沖洗管之其他裝置而控制熱傳遞。

現參考圖3，展示一提晶設備之一部分。如圖3中展示，已自熔融物表面40提拉一錠頸部24且錠之圓錐部分16開始形成。設備包含一坩堝22及一反射體總成32(同義地，「反射體」)。如此項技術中已知，為了熱及/或氣體流動管理目的，熱區設備(諸如反射體總成32)通常安置於坩堝22內。例如，一般言之，反射體32係經調適以將熱保持於其自身下方及熔融物44上方之一熱屏蔽件。在此方面，可使用此項技術中已知之構造之任何反射體設計及材料(例如，石墨或灰石英)而無限制。如圖3中展示，反射體總成32具有一內表面38，該內表面38界定穿過其自晶體熔融物44提拉錠之一中心開口。

根據本發明之實施例，在自矽熔融物44提拉頸部24時，量測自熔融物44提拉頸部之提拉速率。自經量測提拉速率計算一移動平均值且比較該移動平均值與移動平均值之一目標範圍。若移動平均值在目標範圍內，則生長繼續且形成錠之恆定直徑部分或「主體」20，其中頸部24支撐主體20(即，形成連接至頸部之一主體)。若移動平均值不在目標範圍內，則不在提拉週期中形成主體。使頸部返回至熔融物或自提拉器移除頸部且形成一第二頸部以用於生長錠主體。亦可分析第二頸部以判定其生長速率是否落於目標範圍內。

頸部提拉速率可經直接量測或可係藉由一控制單元量測(例如，自輸出信號量測)之一提拉速率，諸如經計算以提供一所要頸部直徑之一提拉速率。控制單元可與協作以調節頸部提拉速率之一或多個感測器(例如，與提拉機構42整合之感測器及/或錠直徑感測器)整合。在一些實施例中，在量測頸部提拉速率時，將加熱系統功率保持相對恆定。例如，可將加熱系統之輸出功率維持於一平均或目標功率之約+/-0.5kW或甚至平均或目標功率之約+/-0.25kW內。

在圖4中展示一例示性控制系統90。可藉由直徑感測器98感測頸部之直徑。例示性直徑感測器98包含相機、高溫計、光電二極體、PMT(光電倍增管)及類似者。感測器98將與頸部之直徑相關之一信號中繼至一控制單元143。控制單元143藉由將一信號發送至一提拉機構42以便增加或降低提拉速率，藉此引起頸部之直徑增加或減小而調節頸部之直徑。在生長頸部時，如藉由控制單元143判定之提拉速率變動。

在一些實施例中，在提拉頸部之時間內對頸部提拉速率之移動平均值求平均值(例如，按時間間隔量測提拉速率且計算一時間段內之一移動平均值)。在一些實施例中，計算一時間平均頸部提拉速率，其中平均值係在至少約前5秒鐘、或至少約前30秒鐘、至少約前1分鐘、至少約前2分鐘、至少約前5分鐘或至少約前10分鐘(例如，約前5秒鐘至約前25分鐘、約前30秒鐘至約前20分鐘或約前2分鐘至約前10分鐘)內之一平均值。

在其他實施例中，在頸部之長度內對頸部提拉速率之移動平均值求平均值(例如，按頸部之長度之間隔量測提拉速率且計算頸部之一長度內之一移動平均值)。在一些實施例中，計算長度平均頸部提拉速率，其中平均值係在至少約前0.2mm、至少約前1mm、至少約前2mm、至少約前4mm、至少約前10mm或至少約前20mm(例如，自約前0.2mm 至約前50mm，或約前4mm至約前20mm)內之一平均值。

在計算移動平均值時，比較經計算移動平均值與一目標移動平均值。控制單元可係用於調節頸部直徑及/或計算移動平均值之相同控制單元143(圖4)或可係一不同控制單元。

控制單元143可包含處理自拉晶器23之各種感測器(包含(但不限於)直徑感測器98)接收之信號之一處理器144。控制單元143亦可與其他感測器或裝置(包含加熱系統39(圖1)、氣體流量控制器(例如，一氬氣流量控制器)、熔融物表面溫度感測器及其等之任何組合)通信。

控制單元143可係一電腦系統。如本文中描述，電腦系統係指任何已知運算裝置及電腦系統。如本文中描述，全部此等電腦系統包含一處理器及一記憶體。然而，本文中提及之一電腦系統中之任何處理器亦可係指一或多個處理器，其中處理器可在一個運算裝置或並行作用之複數個運算裝置中。另外，本文中提及之一電腦裝置中之任何記憶體亦可係指一或多個記憶體，其中記憶體可在一個運算裝置或並行作用之複數個運算裝置中。

如本文中使用，術語處理器係指中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路(RISC)、特定應用積體電路(ASIC)、邏輯電路及能夠執行本文中描述之功能之任何其他電路或處理器。上文僅係實例，且因此不旨在以任何方式限制術語「處理器」之定義及/或意義。

如本文中使用，術語「資料庫」可係指資料之一本體、一關聯式資料庫管理系統(RDBMS)或兩者。如本文中使用，一資料庫可包含資料之任何集合，包含階層式資料庫、關聯式資料庫、平面檔資料庫、物件關聯式資料庫、物件導向式資料庫及儲存於一電腦系統中之記錄或資料之任何其他結構化集合。上文之實例僅係實例，且因此不旨在以任何方式限制術語資料庫之定義及/或意義。RDBMS之實例包含(但不限於包含)Oracle®資料庫、MySQL、IBM® DB2、Microsoft® SQL伺服器、Sybase®及PostgreSQL。然而，可使用實現本文中描述之系統及方法之任何資料庫。(Oracle係加利福尼亞州Redwood Shores之Oracle Corporation之一註冊商標；IBM係紐約州Armonk之International Business Machines Corporation之一註冊商標；Microsoft係華盛頓州Redmond之Microsoft Corporation之一註冊商標；且Sybase係加利福尼亞州Dublin之Sybase之一註冊商標)。

在一項實施例中，提供一電腦程式以啟用控制單元143，且此程式體現於一電腦可讀媒體上。在一例示性實施例中，電腦系統在一單一電腦系統上執行，而不需要至一伺服器電腦之一連接。在一進一步實施例中，電腦系統在一Windows®環境(Windows係華盛頓州Redmond之Microsoft Corporation之一註冊商標)中運行。在又一實施例中，電腦系統在一主機環境及一UNIX®伺服器環境(UNIX係位於英國伯克郡Reading之X/Open Company Limited之一註冊商標)上運行。替代地，電腦系統在任何適合作業系統環境中運行。電腦程式係靈活的且經設計以在各種不同環境中運行而不損及任何主要功能性。在一些實施例中，電腦系統包含分佈於複數個運算裝置當中之多個組件。一或多個組件可呈體現於一電腦可讀媒體中之電腦可執行指令之形式。

電腦系統及程序不限於本文中描述之特定實施例。另外，各電腦系統之組件及各程序可與本文中描述之其他組件及程序獨立且分開實踐。各組件及程序亦可與其他總成封裝及程序組合使用。

在一項實施例中，電腦系統可經組態為一伺服器系統。圖5繪示用於自一或多個感測器(包含(但不限於)直徑感測器98)接收量測以及控制拉晶器23之一或多個裝置(包含(但不限於)提拉機構42及頸部終止機構152)之一伺服器系統301之一例示性組態。再次參考圖4，伺服器系統301亦可包含(但不限於)一資料庫伺服器。在此例示性實施例中，伺服器系統301執行用於控制如本文中描述之系統90之一或多個裝置之全部步驟。

伺服器系統301包含用於執行指令之一處理器305。指令可儲存於(例如)一記憶體區域310中。處理器305可包含用於執行指令之一或多個處理單元(例如，呈一多核心組態)。指令可在伺服器系統301上之各種不同作業系統(諸如UNIX、LINUX、Microsoft Windows®等)內執行。亦應瞭解，在啟動一基於電腦之方法之後，可在初始化期間執行各種指令。可需要一些操作以便執行本文中描述之一或多個程序，而其他操作可係更通用及/或特定於一特定程式設計語言(例如，C、C#、C++、Java或任何其他適合程式設計語言)。

處理器305可操作地耦合至一通信介面315，使得伺服器系統301能夠與一遠端裝置(諸如一使用者系統或另一伺服器系統301)通信。例如，通信介面315可接收請求(例如，提供一互動式使用者介面以經由網際網路自一用戶端系統接收感測器輸入且控制拉晶器23之一或多個裝置之之請求)。

處理器305亦可可操作地耦合至一儲存裝置134。儲存裝置134係適用於儲存及/或擷取資料之任何電腦操作硬體。在一些實施例中，儲存裝置134整合於伺服器系統301中。例如，伺服器系統301可包含一或多個硬碟機作為儲存裝置134。在其他實施例中，儲存裝置134在伺服器系統301外部且可由複數個伺服器系統301存取。例如，儲存裝置134可包含多個儲存單元，諸如呈一廉價磁碟冗餘陣列(RAID)組態之硬碟或固態磁碟。儲存裝置134可包含一儲存區域網路(SAN)及/或一網路附接儲存(NAS)系統。

在一些實施例中，處理器305經由一儲存介面320可操作地耦合至儲存裝置134。儲存介面320係能夠對處理器305提供對儲存裝置134之存取之任何組件。儲存介面320可包含(例如)一進階附接技術(ATA)配接器、一串列ATA(SATA)配接器、一小型電腦系統介面(SCSI)配接器、一RAID控制器、一SAN配接器、一網路配接器及/或為處理器305提供對儲存裝置134之存取之任何組件。

記憶體區域310可包含(但不限於)隨機存取記憶體(RAM)(諸如動態RAM(DRAM)或靜態RAM(SRAM))、唯讀記憶體(ROM)、可擦除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、電可擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)及非揮發性RAM(NVRAM)。上文之記憶體類型僅係例示性的，且因此不限於可用於儲存一電腦程式之記憶體之類型。

在另一實施例中，電腦系統可以一運算裝置(諸如一運算裝置402(圖6中展示))之形式提供。運算裝置402包含用於執行指令之一處理器404。在一些實施例中，可執行指令儲存於一記憶體區域406中。處理器404可包含一或多個處理單元(例如，呈一多核心組態)。記憶體區域406係容許資訊(諸如可執行指令及/或其他資料)被儲存及擷取之任何裝置。記憶體區域406可包含一或多個電腦可讀媒體。

在另一實施例中，包含於控制單元143之運算裝置中之記憶體可包含複數個模組。各模組可包含經組態以使用至少一個處理器執行之指令。複數個模組中含有之指令在藉由運算裝置之一或多個處理器執行時可實施如本文中描述之用於同時調節複數個程序參數之方法之至少部分。儲存於運算裝置之記憶體中之模組之非限制性實例包含：用於自一或多個感測器接收量測之一第一模組及用於控制系統90之一或多個裝置之一第二模組。

運算裝置402亦包含用於將資訊呈現給一使用者400之一個媒體輸出組件408。媒體輸出組件408係能夠將資訊傳達給使用者400之任何組件。在一些實施例中，媒體輸出組件408包含一輸出配接器，諸如一視訊配接器及/或一音訊配接器。一輸出配接器可操作地耦合至處理器404且進一步經組態以可操作地耦合至一輸出裝置(諸如一顯示裝置(例如，一液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、陰極射線管(CRT)或「電子墨水」顯示器)或一音訊輸出裝置(例如，一揚聲器或耳機))。

在一些實施例中，用戶端運算裝置402包含用於自使用者400接收輸入之一輸入裝置410。輸入裝置410可包含(例如)一鍵盤、一指標裝置、一滑鼠、一觸控筆、一觸敏面板(例如，一觸控墊或一觸控螢幕)、一相機、一陀螺儀、一加速度計、一位置偵測器及/或一音訊輸入裝置。一單一組件(諸如一觸控螢幕)可用作媒體輸出組件408之一輸出裝置及輸入裝置410兩者。

運算裝置402亦可包含一通信介面412，該通信介面412經組態以通信地耦合至一遠端裝置(諸如伺服器系統301或一網站伺服器)。通信介面412可包含(例如)用於與一行動電話網路(例如，全球行動通信系統(GSM)、3G、4G或藍芽)或其他行動資料網路(例如，微波存取全球互通(WIMAX))一起使用之一有線或無線網路配接器或一無線資料收發器。

例如，用於經由媒體輸出組件408對使用者400提供一使用者介面且視情況，自輸入裝置410接收輸入並處理輸入之電腦可讀指令儲存於記憶體406中。一使用者介面可包含一網頁瀏覽器及一應用程式以及其他可能性。網頁瀏覽器使使用者400能夠顯示通常嵌入在來自一網頁伺服器之一網頁或一網站上之媒體及其他資訊且與該媒體及其他資訊互動。一應用程式容許使用者400與一伺服器應用程式互動。使用者介面經由一網頁瀏覽器及一應用程式之一者或兩者促進與製造具有低氧含量之一單晶矽錠之程序相關之資訊之顯示。

控制單元143比較經計算移動平均值與目標移動平均值。目標移動平均值可儲存於記憶體310(圖5)、資料庫或查找表中。目標移動平均值可由一使用者藉由使用者輸入裝置410(圖6)輸入。

目標移動平均值可取決於特定拉晶器23(圖1)及/或反射體總成32(圖3)而變動。一般言之，可針對特定提拉器及/或反射體組態藉由熟習此項技術者可用之任何方法判定目標移動平均值。在一些實施例中，藉由以下方法判定目標移動平均值：(1)生長複數個頸部(及視情況，錠主體)，同時監測頸部提拉速率之移動平均值；及(2)判定在頸部生長結束時非無差排(例如，零差排)之頸部之頸部提拉速率之移動平均值。可以相同或類似方式判定平均化之持續時間。可在一裝飾性蝕刻或XRT(X射線形貌)或類似者之後藉由顯微術判定頸部之零差排。在一些實施例中，頸部提拉速率之目標移動平均值係一最大移動平均值(例如，若超過，則導致頸部生長終止之一移動平均值，如下文進一步解釋)。目標移動平均值亦可包含一最小移動平均值(例如，若移動平均值移動至低於目標最小移動平均值，則終止頸部生長之一移動平均值)。

在一些實施例中(且取決於拉晶器組態)，拉晶速率之移動平均值(例如，按2、5或10分鐘移動平均值)之目標係3mm/分鐘或更小、4mm/分鐘或更小、4.5mm/分鐘或更小(例如，1mm/分鐘至4.5mm/分鐘或1mm/分鐘至4.0)。應注意，頸部提拉速率之目標移動平均值係例示性的且可使用其他目標移動平均值，除非另外陳述。

可在頸部之整個長度內或僅針對頸部之一部分(例如，長度之至少25%、長度之至少50%或至少75%)計算移動平均值且比較該移動平均值與目標移動平均值。在各項實施例中，頸部24具有至少100mm、至少150mm或至少約200mm(例如，自約100mm至約400mm，自約100mm至約300mm，或自約150mm至約250mm)之一長度。在各項實施例中，錠之恆定直徑部分可具有自約1500mm至約2500mm或自約1700mm至約2100mm之一長度。

根據本發明之實施例，若移動平均值落於目標移動平均值之外(例如，超過一最大移動平均值)，則控制單元將一信號發送至一終止機構152(圖4)。例如，終止機構152可係一警告信號，諸如警示一技術人員提拉速率之移動平均值已落於提拉速率之目標範圍之外及/或頸部可包含差排且不應用於錠之主體之生長之一警報。在此等實施例中，技術人員可引起頸部返回至熔融物以熔掉頸部且用於一第二頸部之生長或技術人員可引起頸部形成一端錐且可自拉錠器移除頸部。在一些實施例中，終止機構152係提拉機構42。在此等實施例中，控制單元143將一信號發送至提拉機構42以引起提拉機構42將頸部降低至熔融物中以熔掉頸部。

在使頸部終止(例如，返回至熔融物以熔掉)之後，可生長一第二頸部。拉晶器可在生長第二頸部之前經歷一穩定化週期以容許卡盤及晶種被充分預加熱。可量測第二頸部之提拉速率。可自經量測提拉速率計算一移動平均值且比較該移動平均值與提拉速率之目標範圍。若經量測提拉速率之移動平均值在目標範圍內，則自第二頸部生長一矽錠主體。

相較於用於製造單晶矽錠之習知方法，本發明之實施例之方法具有若干優點。藉由計算頸部提拉速率之一移動平均值，可減少源自直徑控制迴路及直徑波動及量測誤差之提拉速率輪廓之改變。此容許監測輪廓以判定移動平均提拉速率是否已落於一目標範圍之外(此指示頸部可包含差排)。在不受任何特定理論束縛之情況下，據信晶種與熔融物之間之熱衝擊可引起差排在整個頸部內倍增。據信熱衝擊引發之差排難以使用習知方法(例如，縮頸法)消除。晶種與熔融物之間之溫度差異可源自未良好地穩定化熔融物溫度，未充分預加熱晶種(例如，晶體與頸部之溫度之間具有一相對大差異，從而引起平均頸部生長速率相對大)，或未適當地設定加熱器系統功率。在其中熔融物相對涼之例項中，頸部可快速地固化，從而引起提拉速率增加。在其中熔融物相對熱之例項中，頸部較緩慢地固化，從而引起提拉速率降低。藉由獲取提拉速率之移動平均值且比較該移動平均值與一目標移動平均值，可偵測晶種與熔融物之間之熱衝擊。在此等例項中，可使頸部終止(例如，返回至熔融物)且形成一第二頸部以用於形成錠。亦可判定第二頸部之提拉速率之移動平均值且比較該移動平均值與目標移動平均值以判定第二頸部是否可包含差排。

方法在其中未自頸部消除差排之發生率相對高(諸如相對高直徑錠(例如，200mm或300mm或更多)，錠具有一相對低電阻率(諸如小於約20mohm-cm)及/或錠以至少約1x10¹³原子/cm³之一濃度摻雜氮)之環境中可尤其有利。

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：實際頸部提拉速率輪廓與3分鐘移動平均值之比較

在圖7中展示在於一設備(諸如圖1之設備)中製造之一單晶矽錠之頸部之長度內之實際提拉速率。如自圖7可見，一典型頸部生長中之實際晶種提升輪廓具有許多高頻率晶種提升改變。改變可在功能上係直徑控制迴路之部分且一些改變可由直徑波動及量測誤差等引起。晶種提升波動之位準並未不利地影響直徑控制。然而，圖7之例示性輪廓中之波動程度使得難以使輪廓與生長條件相互關聯。

圖7中亦展示頸部提拉速率之三分鐘移動平均值。如圖7中展示，雜訊位準顯著降低，此實現較長期生長趨勢之發展。較長期生長趨勢可與熔融物穩定化(例如，適當加熱器功率)及晶種與頸部之間之熱衝擊相關。

實例2：對提拉速率求平均值之持續時間之選擇

在圖8中展示實例1之實際頸部提拉速率之0.5分鐘移動平均值、1分鐘移動平均值及2分鐘移動平均值且在圖9中展示2分鐘移動平均值、3分鐘移動平均值及5分鐘移動平均值。如圖8及圖9中展示，較高頻率波動藉由求平均值效應減少或消除。選擇一平均持續時間以移除短期信號及雜訊，同時實現具有足夠靈敏度之量化(例如，在生長錠之恆定直徑部分之前在頸部中達成零差排)。對提拉速率求平均值之持續時間可取決於熱區組態、熔融物流動輪廓及生長條件。

可藉由比較未達成零差排之頸部對達成零差排之頸部之數個持續時間之移動平均值而判定對提拉速率求平均值之持續時間之選擇。如圖10中展示，在具有差排之頸部與其中已消除差排(例如，較高提拉速率)之頸部之間可存在實際頸部提拉速率輪廓之顯著差異。然而，差異難以量化，此係因為提拉速率中之大波動引起輪廓在整個頸部生長內之各個位置處重疊。

如其中展示2分鐘、5分鐘及10分鐘移動平均值之圖11至圖13中展示，相較於其中消除差排之頸部，針對具有差排之頸部，頸部之提升輪廓之間之差異更易於量化。在自其生長頸部之拉晶器之特定熱區組態(例如，300mm及相對重度摻雜)中，2分鐘與5分鐘之間之一移動平均值容許在廣泛操作條件中準確地量化具有差排之頸部與其中消除差排之頸部之間之差異。例如，若針對此特定拉晶器組態設定錠之整個長度內之3.3mm/分鐘之一目標移動平均值，使得使具有大於3.3mm/分鐘之一移動平均值之頸部返回至熔融物，則可顯著減少具有差排之頸部(例如，20倍或更多之一減少)(若未消除)。使用相同熱區組態之更輕度摻雜應用可使用3.5mm/分鐘之一上限，其中顯著減少具有差排之頸部。

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。

由於可對上文中之構造及方法做出各種改變而不脫離本發明之範疇，因此旨在應將上文中之描述中含有及(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。

Claims

一種用於製造具有一頸部及懸掛在該頸部上之一主體之一單晶矽錠之方法，該方法包括：使一晶種與固持於一坩堝內之一矽熔融物接觸；自該矽熔融物提拉一頸部；量測自該矽熔融物提拉該頸部之一提拉速率；自該經量測提拉速率計算一移動平均值；比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍；及若該移動平均值在該目標範圍內，則自該熔融物提拉一錠主體，該主體懸掛在該頸部上，其中若該移動平均值在該頸部生長期間在該目標範圍之外，則不自該熔融物生長該主體並終止錠生長，其中若該移動平均值在頸部生長期間落於該目標範圍之外，則一控制單元調節該晶種的該提拉速率並啟動錠生長之終止。
如請求項1之方法，其中若該移動平均值在該目標範圍之外，則不自該熔融物生長一主體。
如請求項2之方法，其中若該移動平均值在該目標範圍之外，則將該頸部降低至該熔融物中。
如請求項2之方法，其中該頸部係一第一頸部，該方法進一步包括：若未自該第一頸部生長該主體，則自該矽熔融物提拉一第二頸部；量測自該矽熔融物提拉該第二頸部之一提拉速率；自該第二頸部之該經量測提拉速率計算一移動平均值；比較該第二頸部之該經量測提拉速率之該移動平均值與該目標範圍；及若該第二頸部之該經量測提拉速率之該移動平均值在該目標範圍內，則自該熔融物提拉一錠主體，該主體懸掛在該第二頸部上。
如請求項1之方法，其中該目標範圍包括一最大移動平均值。
如請求項1之方法，其中該目標範圍包括一最小移動平均值。
如請求項1之方法，其中該目標範圍由一最小移動平均值及一最大移動平均值定界。
如請求項1之方法，其中該移動平均值係時間平均的。
如請求項1之方法，其中該移動平均值係長度平均的。
如請求項1之方法，其中僅針對該頸部之一部分執行比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍。
如請求項1之方法，其中針對該頸部之整個長度執行比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍。
一種用於控制用於支撐一錠主體之一頸部之品質之方法，該頸部係自一矽熔融物提拉，該方法包括：量測自該矽熔融物提拉該頸部之一提拉速率；自該經量測提拉速率計算該提拉速率之一移動平均值；比較該經量測提拉速率之該移動平均值與一目標範圍；及若該移動平均值落於該目標範圍之外，則發送一信號以終止頸部生長。
如請求項12之方法，其中藉由將該頸部降低至該熔融物中而終止頸部生長。
如請求項12之方法，其中藉由增加該頸部之一提拉速率以形成一端錐且自其中形成該頸部之一拉錠器移除該頸部而終止頸部生長。
如請求項12之方法，其中該目標範圍包括一最大移動平均值。
如請求項12之方法，其中該目標範圍包括一最小移動平均值。
如請求項12之方法，其中該目標範圍由一最小移動平均值及一最大移動平均值定界。
一種用於製造一單晶矽錠之系統，其包括：一拉晶器，其中提拉該矽錠；一坩堝，其用於在該拉晶器內固持一多晶矽熔融物；一晶種卡盤，其固定用於接觸該矽熔融物之一晶種；及一控制單元，其用於控制一錠主體懸掛在其上之一頸部之生長，該控制單元調節該頸部之提拉速率，該控制單元經組態以計算該提拉速率之一移動平均值且比較該移動平均值與一目標移動平均值，當該提拉速率在該目標移動平均值之外時，該控制單元終止該頸部。
如請求項18之系統，其進一步包括用於終止頸部生長之一終止機構，該終止機構通信地連接至該控制單元。
如請求項19之系統，其中該終止機構產生用於警示一技術人員之一警告信號。
如請求項19之系統，其中該警告信號引起一警報以警示該技術人員。
如請求項18之系統，其包括用於量測該頸部提拉速率之一感測器。