硅錠以及制造硅錠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及硅錠以及制造硅錠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過切克勞斯基（CZ)方法（例如標(biāo)準(zhǔn)CZ方法或磁CZ(MCZ)方法或連續(xù)CZ(CCZ) 方法）生長的硅晶片用作用于制造諸如功率半導(dǎo)體器件和太陽能電池等的多種半導(dǎo)體器 件和集成電路的基材。在切克勞斯基方法中，將硅在坩堝中加熱至大約1416°c的硅的熔點(diǎn) 以生產(chǎn)出硅的熔體。使小的硅籽晶與熔體接觸。熔融的硅在硅籽晶上凝固。通過將硅籽晶 緩慢地拉離熔體，生長出具有在一百或幾百毫米的范圍內(nèi)的直徑以及在米以上的范圍內(nèi)的 長度的晶態(tài)硅錠。在MCZ方法中，附加地施用外磁場以減小氧污染水平。
[0003] 通過切克勞斯基方法進(jìn)行的具有限定摻雜的硅生長由于偏析效應(yīng)而復(fù)雜。摻雜劑 材料的偏析系數(shù)表征了生長晶體中的摻雜劑材料的濃度與熔體的濃度之間的關(guān)系。通常， 摻雜劑材料具有低于1的偏析系數(shù)，意味著摻雜劑材料在熔體中的溶解度大于在固體中的 溶解度。這通常導(dǎo)致隨著增加了與籽晶相距的距離而在錠中的摻雜濃度的增加。
[0004] 由于在切克勞斯基成長的硅錠中，取決于成長的硅的應(yīng)用，沿著硅錠的相對端部 之間的軸向方向的摻雜濃度或者比電阻（specificresistance)的公差范圍可能小于由 CZ生長期間的偏析效應(yīng)引起的摻雜濃度或比電阻的變化性，所以期望提供一種通過允許提 高了的比電阻的軸向同質(zhì)性的切克勞斯基方法生長來制造硅錠的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 實(shí)施例涉及硅錠的切克勞斯基生長的方法。方法包括使硅材料和n型摻雜劑材料 的混合物在坩堝中熔化。方法進(jìn)一步包括在提取時(shí)間段內(nèi)從熔融硅中提取硅錠。方法進(jìn)一 步包括在提取時(shí)間段的至少一部分內(nèi)將硼添加至熔融硅。
[0006] 另一實(shí)施例涉及n摻雜的硅錠。n摻雜的硅錠沿著硅錠的相對端部之間的軸線包 括其中供體在數(shù)量上超過硼并且供體的至少一個n型摻雜劑物種的偏析系數(shù)小于硼的偏 析系數(shù)的局部補(bǔ)償。
[0007] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將在閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)以及觀看附圖時(shí)認(rèn)識到附加的特征 和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008] 附圖被包括以提供對本公開的進(jìn)一步理解，并且被并入并構(gòu)成了該說明書的一部 分。附圖圖示了本公開的實(shí)施例，并且與描述一起用于說明公開的原理。其他實(shí)施例以及 預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)將隨著他們通過參照下面的詳細(xì)描述變得更好理解而容易體會。
[0009] 圖1是用于圖示制造n型硅錠的方法的示意性流程圖。
[0010] 圖2是用于執(zhí)行圖1中圖示的方法的CZ生長系統(tǒng)的示意性截面圖。
[0011]圖3是用于圖示用摻雜劑材料摻雜坩堝的方法的坩堝的示意性截面圖。
[0012] 圖4是用于圖示將摻雜劑添加至坩堝中的硅熔體的方法的CZ生長系統(tǒng)的一部分 的示意性截面圖。
[0013] 圖5是圖示了相對于添加至硅熔體的硼和磷的不同比率非補(bǔ)償磷的沿著CZ生長 硅錠的軸向位置的模擬濃度的圖表。
[0014] 圖6是圖示了相對于添加至硅熔體的硼和磷的不同比率沿著CZ生長硅錠的軸向 位置的模擬比電阻的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 在下面的詳細(xì)描述中，參照了形成其一部分的附圖，并且在附圖中借助于可以實(shí) 踐公開的說明性特定實(shí)施例示出。應(yīng)該理解的是，可以利用其他實(shí)施例并且可以在不脫離 本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或邏輯性的改變。例如，為了一個實(shí)施例而圖示或描述 的特征可以用在其他實(shí)施例上或與其他實(shí)施例結(jié)合使用，以產(chǎn)生又一實(shí)施例。意在本公開 包括這樣的變型和變化。示例是利用不應(yīng)該被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍的特定語言 來描述的。繪圖并不按比例并且僅用于說明的目的。為了清楚起見，如果沒有另外陳述，則 在不同繪圖中用相應(yīng)的附圖標(biāo)記指定了相同的元件。
[0016] 術(shù)語"具有"、"含有"、"包括"、"包含"等是開放性的，并且術(shù)語表明了陳述的結(jié)構(gòu)、 元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征的存在。冠詞"一"、"一個"以及"該"意在 包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外明確表明。
[0017] 術(shù)語"電連接"描述了電連接元件之間的永久性低歐姆連接，例如有關(guān)的元件之間 的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜的半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語"電耦合"包括可以 在電耦合元件之間存在有適于信號傳輸?shù)囊粋€或多個中間元件，例如暫時(shí)提供處于第一狀 態(tài)的低歐姆連接和處于第二狀態(tài)的高歐姆電解耦的元件。
[0018]附圖通過在摻雜類型"n"或"p"的旁邊標(biāo)出或" + "圖示出相對摻雜濃度。例 如，"rT"意味著低于"n"摻雜區(qū)域的摻雜濃度的摻雜濃度，而"n+"摻雜區(qū)域具有比"n"摻雜 區(qū)域高的摻雜濃度。相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域并不一定具有相同的絕對摻雜濃度。 例如，兩個不同的"n"摻雜區(qū)域可以具有相同或不同的絕對摻雜濃度。
[0019] 圖1涉及制造硅錠的方法。
[0020] 方法的過程特征S100包含使硅材料和n型摻雜劑材料的混合物在坩堝中熔化。
[0021] 方法的過程特征S110包含在提取時(shí)間段內(nèi)從熔融硅中提取硅錠。
[0022] 方法的過程特征S120包含在提取時(shí)間段的至少一部分內(nèi)將硼添加至熔融硅。
[0023] 圖2是用于執(zhí)行圖1中圖示的方法的CZ成長系統(tǒng)100的簡化的示意性截面圖。
[0024]CZ成長系統(tǒng)100包括在坩堝支撐件106 (例如石墨基座）上的坩堝105 (例如石英 坩堝）。加熱器1〇7(例如射頻（RF)線圈）包圍著坩堝。加熱器107可以布置在坩堝105 的橫向側(cè)和/或底側(cè)處。坩堝105可以通過支撐軸108而被轉(zhuǎn)動。
[0025]硅材料（例如諸如多晶硅等的非晶態(tài)原材料）與n型摻雜劑材料（諸如磷（P)、銻 (Sb)、砷（As)或其任何組合等）的混合物通過經(jīng)由加熱器107的加熱而在坩堝中被熔化。 n型摻雜劑材料可以已經(jīng)構(gòu)成了或者是待熔化的硅材料的初始摻雜的一部分，和/或可以 作為固體或氣體摻雜劑源材料被添加。根據(jù)實(shí)施例，固體摻雜劑源材料是諸如摻雜劑源丸 (dopantsourcepill)等的摻雜劑源顆粒。摻雜劑源材料可以具有諸如盤形、球形或立方 體形狀等的預(yù)定形狀。以示例的方式，摻雜劑源材料的形狀可以適于諸如配置成將摻雜劑 源材料供應(yīng)至坩堝105中的硅熔體110的分配器等的供應(yīng)裝置109。
[0026] 根據(jù)實(shí)施例，除了摻雜劑材料之外，摻雜劑源材料可以包括載體材料或結(jié)合劑材 料。以示例的方式，摻雜劑源材料可以是摻雜有摻雜劑材料的石英或碳化硅（SiC)。根據(jù)另 一實(shí)施例，摻雜劑源材料可以是高摻雜的硅材料，諸如被摻雜至比硅原材料更大程度的高 摻雜的多晶硅材料等。根據(jù)又一實(shí)施例，摻雜劑源材料可以是氮化硼和/或碳化硼。
[0027] 通過將籽晶114浸入到硅熔體110中、隨后在熔體的表面溫度剛剛高于硅的熔點(diǎn) 時(shí)將籽晶緩慢地撤回，從而將硅錠112從含有硅熔體110的坩堝105中拉出。籽晶114是 安裝在通過拉動軸116而轉(zhuǎn)動的籽支撐件115上的單晶娃籽。通常在幾個mm/min的范圍 內(nèi)的拉動速率以及溫度分布影響著CZ生長的硅錠112的直徑。
[0028] 當(dāng)利用根據(jù)圖1中圖示的方法的CZ生長系統(tǒng)100提取硅錠112時(shí)，在提取時(shí)間段 內(nèi)將硼添加至硅熔體110。根據(jù)實(shí)施例，硼被以恒定的速率添加至熔融硅。硼可以從硼摻雜 的石英材料（諸如通過供應(yīng)裝置109被供應(yīng)至硅熔體110的硼摻雜的石英材料等）被添加 至硅熔體110。另外地或者作為備選方案，硼可以從碳化硼或氮化硼源材料被添加至硅熔體 110,該原材料也可以通過供應(yīng)裝置109被供應(yīng)至硅熔體110。
[0029] 根據(jù)另一實(shí)施例，硼被從硼摻雜的坩堝添加至硅熔體100。硼摻雜的坩堝例如可 以通過注入硼到坩堝內(nèi)來形成（參見圖3的示意性截面圖）。硼可以通過一個或多個傾斜 的注入（參見圖3中的標(biāo)記1 22和I32)和/或通過非傾斜的注入（參見標(biāo)記I/)被注入到 坩堝105內(nèi)。傾斜角度的分布可以用于調(diào)節(jié)通過例如以在石英制成的坩堝的情況下在近似 10ym/小時(shí)的范圍內(nèi)的速率將干鍋105的材料溶解在硅熔體110中而被供應(yīng)至硅熔體110 的硼的量。硼可以以各種能量和/或以各種劑量被注入到坩堝內(nèi)。通過加熱將熱預(yù)算施加 至謝堝105可以允許設(shè)定;t甘堝105中的硼的逆行分布（retrogradeprofile)。以各種能 量和/或劑量進(jìn)行的多重注入進(jìn)一步允許將硼的分布設(shè)定為坩堝105的深度。因此，可以 調(diào)節(jié)將硼添加至硅熔體110內(nèi)的速率，即，通過注入?yún)?shù)的選擇，能夠使硼的添加的速率變 化并且以良好限定的方式來控制。以示例的方式，坩堝105中的硼的分布可以是逆行分布。 作為備選方案或者除了注入硼到坩堝105內(nèi)之外，例如，硼也可以通過另一過程（例如通過 來自諸如硼的固體擴(kuò)散源等的擴(kuò)散源的擴(kuò)散）而被引導(dǎo)到坩堝105內(nèi)。作為進(jìn)一步的備選 方案或者除了引導(dǎo)硼至坩堝105內(nèi)的上述過程之外，硼也可以在原位（（即在坩堝105的形