專(zhuān)利名稱(chēng)：硅片和生產(chǎn)單晶硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于Czochralski法的單晶硅錠的生長(zhǎng)方法，更確切地說(shuō)涉及一種用于生產(chǎn)具有均勻的平面質(zhì)量的硅片的單晶硅錠的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，基于Czochralski法的單晶硅錠生長(zhǎng)方法使用如圖1所示的生長(zhǎng)器，圖1為顯示一個(gè)普通的單晶硅錠生長(zhǎng)器的內(nèi)部斷面圖。如圖1所示，多晶硅被裝入石英坩堝10內(nèi)并通過(guò)加熱器30的輻射熱熔化為熔硅SM，然后單晶硅錠IG就從熔硅SM的表面生長(zhǎng)出來(lái)。
當(dāng)單晶硅錠IG生長(zhǎng)時(shí)，石英坩堝10上升以便在支持石英坩堝10的軸20旋轉(zhuǎn)時(shí)固-液體界面保持在相同的高度上，并且當(dāng)單晶硅錠IG以石英坩堝10的旋轉(zhuǎn)軸相同的軸心按石英坩堝10的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向放置時(shí)，單晶硅錠IG被拉起。
另外，為促進(jìn)單晶硅錠IG生長(zhǎng)，惰性氣體如氬氣通?？杀蛔⑷肷L(zhǎng)器中，然后從生長(zhǎng)器中放出來(lái)。
在這種傳統(tǒng)的單晶硅錠的生長(zhǎng)方法中，安裝了用來(lái)調(diào)節(jié)單晶硅錠IG的溫度梯度的隔熱罩40和冷卻水套(未在圖中示出)。采用隔熱罩的現(xiàn)有技術(shù)已在韓國(guó)專(zhuān)利注冊(cè)號(hào)374703、韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?000-0071000以及美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6527859中公開(kāi)。
但是，僅通過(guò)調(diào)節(jié)單晶硅錠IG的溫度梯度來(lái)生產(chǎn)單晶硅錠和在徑向方向上具有均勻的質(zhì)量的硅片有局限性。所以，急需新的生產(chǎn)單晶硅錠和在徑向方向上具有均勻的質(zhì)量的硅片的技術(shù)。
尤其是，當(dāng)半導(dǎo)體裝置是采用以傳統(tǒng)工藝制備的徑向質(zhì)量不均一的硅片制造時(shí)，硅片在半導(dǎo)體裝置的制作過(guò)程中數(shù)次被加熱，硅片的質(zhì)量非均一性地增加，這會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率下降。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明，提供了徑向上具有均一的質(zhì)量單晶硅錠可用來(lái)生產(chǎn)具有均一的平面質(zhì)量的硅片。
本發(fā)明的一個(gè)目的是確定生長(zhǎng)徑向上具有均一的質(zhì)量的單晶硅錠的關(guān)鍵工藝參數(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是確定生長(zhǎng)徑向上具有均一的質(zhì)量的單晶硅錠的最適工藝條件。
本發(fā)明還具有另一個(gè)目的，是通過(guò)生產(chǎn)具有均一的平面質(zhì)量的硅片來(lái)提高半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。
通過(guò)Czochralski法提供了一個(gè)生產(chǎn)單晶硅錠的方法，通過(guò)有效地控制石英坩堝內(nèi)熔硅的對(duì)流分布，從而使在熔硅晶體化的固-液體界面附近的氧和熱的分布均勻一致，該方法能夠均一地控制質(zhì)量特性，如包含在單晶硅錠和硅片內(nèi)的氧和點(diǎn)缺陷的分布。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)Czochralski法提供了一個(gè)生產(chǎn)單晶硅錠的方法，其中，當(dāng)熔硅對(duì)流被分成一個(gè)核單元和一個(gè)外單元的時(shí)候，單晶硅錠在核單元的水平方向最大寬度是熔硅的表面半徑的30-60％的條件下生長(zhǎng)。
在一示范實(shí)施例中，單晶硅錠在核單元的垂直方向最大深度等于或大于熔硅最大高度的50％的條件下生長(zhǎng)。
在一示范實(shí)施例中，單晶硅錠在核單元的垂直方向最大深度是熔硅最大深度的80到95％的條件下生長(zhǎng)。
在一示范實(shí)施例中，核單元的寬度或深度是通過(guò)調(diào)節(jié)流進(jìn)單晶硅錠生長(zhǎng)裝置內(nèi)部的氬氣的量、含有熔硅的石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)控制的。
特別地，核單元的寬度或深度隨著流進(jìn)的氬氣的量的增加、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度的下降或生長(zhǎng)中的單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種其平面間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差等于或小于0.1的硅片。
在一示范實(shí)施例中，包含在硅片里的點(diǎn)缺陷密度是1011-1013/厘米3。
在一示范實(shí)施例中，間隙氧濃度增量的平面變化(Δ[Oi])，就是在含有95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里再對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)后的間隙氧濃度與在第一次加熱處理之前的間隙氧濃度之間的差異，等于或小于0.5ppma(份每一百萬(wàn)個(gè)原子)(或0.25×1017/厘米3)。
在一示范實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里再對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，通過(guò)少數(shù)載流子壽命(MCLT)掃描獲得的圖像中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異，等于或小于10。
在一示范實(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)第一次和第二次熱處理之后，通過(guò)MCLT掃描而獲得的圖像中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異，等于或小于5，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，等于或小于3。
依照本發(fā)明的另一個(gè)內(nèi)容，提供了一種單晶硅錠，其中該單晶硅錠的徑向間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)差等于或小于0.1。
在一示范實(shí)施例中，包含在用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的單晶硅錠中的點(diǎn)缺陷密度是1011-1013/厘米3。


圖1為顯示普通單晶硅錠的生長(zhǎng)設(shè)備的內(nèi)部截面圖。
圖2為說(shuō)明按照普通方法的熔硅SM的對(duì)流分布的示意圖。
圖3為說(shuō)明按照本發(fā)明的熔硅SM的對(duì)流分布的示意圖。
圖4a為說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中熔硅的對(duì)流分布的示意圖。
圖4b為說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2中熔硅的對(duì)流分布的示意圖。
圖4c為說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3中熔硅的對(duì)流分布的示意圖。
圖5a為按照本發(fā)明的實(shí)施例的硅片相對(duì)于徑向距離的初始間隙氧濃度[Oi]分布的測(cè)量結(jié)果曲線圖。
圖5b為Δ[Oi]，即按照本發(fā)明的實(shí)施例的硅片在熱處理之前的間隙氧濃度和熱處理之后間隙氧濃度之間的差異相對(duì)于徑向距離的測(cè)量結(jié)果曲線圖。
圖5c顯示在對(duì)按照本發(fā)明的實(shí)施例的硅片進(jìn)行熱處理之后MCLT掃描的結(jié)果的圖像。
圖6a為按照對(duì)比實(shí)施例1的硅片內(nèi)相對(duì)于徑向距離的初始間隙氧濃度[Oi]分布的測(cè)量結(jié)果曲線圖。
圖6b為顯示Δ[Oi]的測(cè)量結(jié)果的曲線圖，即在按照對(duì)比實(shí)施例1的硅片內(nèi)相對(duì)于徑向距離的加熱處理之前的間隙氧濃度和加熱處理之后的間隙氧濃度之間的差異。
圖6c為顯示對(duì)按照對(duì)比實(shí)施例1的硅片進(jìn)行MCLT掃描的結(jié)果的圖象。
具體實(shí)施例方式
在此將參考附圖來(lái)解釋本發(fā)明的示范實(shí)施例。
本發(fā)明注意到一個(gè)事實(shí)是，由于認(rèn)識(shí)到，如果僅通過(guò)調(diào)節(jié)錠的溫度梯度和調(diào)節(jié)固-液體界面的形狀，基于Czochralski法不可能獲得在徑向具有均勻質(zhì)量的單晶硅錠的生長(zhǎng)，所以，為了生長(zhǎng)在徑向上具有均勻質(zhì)量的單晶硅錠，熔硅的對(duì)流分布應(yīng)受到控制。
圖2為顯示普通方法熔硅SM的對(duì)流分布的示意圖。當(dāng)單晶硅錠IG按照傳統(tǒng)方法生長(zhǎng)的時(shí)候，熔硅SM具有如圖2中所示的對(duì)流分布A和B。
尤其是，熔硅SM的對(duì)流分布大部分被分成外單元B，其中熔硅SM按沿著石英坩堝10的底部和側(cè)壁運(yùn)動(dòng)，上升到熔硅的表面，然后沿著熔硅的表面流向單晶硅錠IG的路線循環(huán)，和核單元A，其中熔硅SM沿著外單元B的內(nèi)斜面在單晶硅錠的下方相鄰部分進(jìn)行循環(huán)。
在這個(gè)時(shí)候，因?yàn)楹藛卧狝的寬度不會(huì)偏離單晶硅錠IG的邊緣，而且核單元A的深度達(dá)不到熔硅最大深度的一半，核單元A與外單元B相比相對(duì)更小一些。在現(xiàn)有技術(shù)中，單晶硅錠IG是在核單元A非常小的狀態(tài)下生長(zhǎng)，還沒(méi)有作任何努力來(lái)增大核單元A的大小。
在這種情況下，如Gawanishi等在“Melt quenching technique fordirect observation of oxygen transport in the Czochralski-grown Siprocesss”，Journal of Crystal Growth，152卷，1995年，266-273頁(yè)中所描述的，因?yàn)榇嬖谟谕鈫卧狟中的氧引起錠中央部分和邊緣部分之間的間隙氧濃度的平衡不穩(wěn)定，靠近固-液體界面的間隙氧濃度分布變得不均勻。
另外，由于提供充足熱量到固-液體界面的困難使熱分布變得不均勻，固-液體界面在界面邊緣部分形成向單晶硅錠彎曲的凸形(a)，及在固-液體界面中央部分形成向熔硅彎曲的凹形(b)。所以，單晶硅錠IG是在固-液體界面整體上具有凸(a)-凹(b)-凸(a)的不均勻的固-液體界面的狀態(tài)下生長(zhǎng)的。
通過(guò)以上所述的現(xiàn)有技術(shù)方法生長(zhǎng)的單晶硅錠被切成片和磨光而成的硅片，就在其徑向上表現(xiàn)出非均一的質(zhì)量特性。
圖3為表示依照本發(fā)明的實(shí)施例熔硅SM的對(duì)流分布的示意圖。如圖3所示，當(dāng)石英坩堝內(nèi)的熔硅的對(duì)流被分成一個(gè)核單元Ao和一個(gè)外單元Bo時(shí)，熔硅對(duì)流分布受到控制以使核單元Ao水平方向最大寬度Wmax是熔硅表面半徑的30-60％。
除了在控制核單元Ao水平方向最大寬度之外，熔硅的對(duì)流分布受到控制以使熔硅對(duì)流分布的核單元Ao的垂直方向最大深度Hmax等于或大于溶硅最大深度的50％。
這時(shí)，優(yōu)選熔硅的對(duì)流分布受到控制以使核單元Ao的垂直方向最大深度Hmax是溶硅最大深度的80到95％。
如以上所述，當(dāng)熔硅流，特別是核單元Ao的水平方向最大寬度Wmax和垂直方向最大深度Hmax受到控制而使其具有適中的大小時(shí)，可以使固-液體界面具有朝向單晶硅錠彎曲的凸(a)-凸(a)-凸(a)的形狀，那就是，一個(gè)單獨(dú)的凸型。
另外如以上所述，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂坪藛卧狝o和外單元Bo的大小，存在于石英坩堝底部的低溫區(qū)域T1的熔硅沿著外單元Bo向石英坩堝側(cè)壁的低段的高溫區(qū)域Th移動(dòng)，從高溫區(qū)域Th獲得充足的熱量，然后沿著熔硅的表面向單晶硅錠移動(dòng)。換句話說(shuō)，通過(guò)沿著核單元Ao直接上升在低溫區(qū)域T1的冷熔硅對(duì)固-液界面產(chǎn)生的影響可以被阻止。
另外，由于在核單元Ao和外單元Bo之間形成的界面很寬，因此形成的高溫?zé)釓耐鈫卧狟o轉(zhuǎn)移到核單元Ao的熱交換區(qū)域Trans也很寬。所以，可以獲得穩(wěn)定的核單元Ao和外單元Bo的對(duì)流及活躍的核單元Ao和外單元Bo之間熱交換。
然后通過(guò)如以上所述的按照本發(fā)明的方法生長(zhǎng)的單晶硅錠可以被切片和磨光，所獲得的硅片將具有等于或小于0.1的平面初始間隙氧濃度[Oi]的標(biāo)準(zhǔn)差。
此處平面初始間隙氧濃度[Oi]的標(biāo)準(zhǔn)差比較小意味著間隙氧濃度分布更加均勻。標(biāo)準(zhǔn)差是零意味著平面間隙氧濃度完全均勻的，這是最理想的情況。所以，限定一個(gè)最低標(biāo)準(zhǔn)差是沒(méi)有意義的，理想的是比較小的標(biāo)準(zhǔn)差。
另外，按照本發(fā)明制備的硅片在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛的熱處理?xiàng)l件下第一次在800℃加熱處理4小時(shí)和再在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛的熱處理?xiàng)l件下1000℃加熱處理16小時(shí)后，測(cè)量其間隙氧濃度，熱處理導(dǎo)致氧的淀積(反應(yīng)Sisi+2Oi+Vsi→SiO2)，顯示熱處理之前的間隙氧濃度和熱處理之后的間隙氧濃度差異的[Oi]增量在硅片平面內(nèi)有一個(gè)等于或小于0.5ppma的變化。
此處，第一次和第二次熱處理是一個(gè)熱處理循環(huán)的實(shí)例，熱處理循環(huán)用于確定依賴(lài)于間隙氧濃度和點(diǎn)缺陷分布的硅片的氧淀積特性，但是本發(fā)明不局限于這個(gè)熱處理循環(huán)。
一個(gè)理想的比較小的平面[Oi]增量的變化意味著硅片質(zhì)量更均勻。若平面[Oi]增量的變化是零表明一個(gè)完美的狀況。因此，為標(biāo)準(zhǔn)差限定最低限度是無(wú)意義的。
進(jìn)一步說(shuō)，經(jīng)過(guò)在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)按照本發(fā)明制備的硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在相同的氣氛里第二次對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，在MCLT掃描所獲得的圖像中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異等于或小于10。
硅片的MCLT掃描給出硅片的所有平面位置的MCLT值的分布。MCLT分布的頂部的10％和底部的10％部分不計(jì)，在剩余的分布中，最高的MCLT值作為最大值，而最低的MCLT值作為最小值。
MCLT掃描已在韓國(guó)專(zhuān)利注冊(cè)號(hào)246816中被詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)其的更詳細(xì)的解釋在此省略。
特別地，由MCLT掃描而獲得的圖像中的定標(biāo)線條最大值和最小值之間的差異，可被控制在等于或小于5，更優(yōu)選為，等于或小于3。
這里，由MCLT掃描而獲得的圖像中的定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異較小，說(shuō)明硅片內(nèi)的MCLT值分布更均勻。如果定標(biāo)線條最大值和最小值之間的差異是零，說(shuō)明平面MCLTs是一樣的，這時(shí)最理想的情況。所以限定定標(biāo)線條最大值和最小值之間差異的最低限是無(wú)意義的，理想的是最大和最小定標(biāo)線條之間的差異較小。
如此，通過(guò)調(diào)節(jié)流進(jìn)單晶硅錠生長(zhǎng)裝置的氬氣的量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，就可以獲得在硅熔對(duì)流中控制核單元水平方向最大寬度和垂直方向最大深度的大小，以提供具有均勻的平面質(zhì)量的硅片質(zhì)量。
在這里，徑向上質(zhì)量均一的單晶硅錠生長(zhǎng)的理想工藝參數(shù)不僅僅局限于流進(jìn)的氬氣的量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度。依需要生長(zhǎng)的單晶硅錠的直徑、石英坩堝的體積、硅片的理想質(zhì)量等也可以采用其它的適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)。
以下實(shí)驗(yàn)實(shí)施例說(shuō)明流進(jìn)的氬氣量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度和單晶硅錠旋轉(zhuǎn)速度對(duì)單晶硅錠徑向質(zhì)量的影響。
首先，基于Czochralski法的單晶硅錠的生長(zhǎng)中，觀察在石英坩堝旋轉(zhuǎn)速度為大約1.5rpm(轉(zhuǎn)每分)和單晶硅錠旋轉(zhuǎn)速度為18rpm的條件下，氬氣流入量為50lpm(升每分)的情況(Ar1)和氬氣流入量為100lpm的情況(Ar2)下硅熔的對(duì)流分布。
圖4a為解釋實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中熔硅的對(duì)流分布的示意圖。作為實(shí)驗(yàn)實(shí)例1的結(jié)果，在氬氣流入量為50lpm(升每分)的情況(Ar1)下，核單元A1的水平方向最大寬度W1max不超過(guò)單晶硅錠生長(zhǎng)的固-液體界面的邊緣部分，且核單元A1垂直方向最大深度H1max小于溶硅最大深度的50％，核單元A1垂直方向最大深度H1max如圖4a中的單晶硅錠的中心軸的左側(cè)所示。
另一方面，在氬氣流入量為100lpm的情況(Ar2)下，核單元A1′的水平方向最大寬度W1max超過(guò)固-液體界面的邊緣部分，占據(jù)了硅熔表面半徑的大約50％，且核單元A1′的垂直方向最大深度H1′max占據(jù)了硅熔最大深度的大約80％，核單元A1′的垂直方向最大深度H1′max如圖4a中的單晶硅錠的中心軸的右側(cè)所示。
所以，可看出右側(cè)的外單元B1′的大小小于左側(cè)的外單元B1。
通過(guò)如上所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1，可以看出通過(guò)增加流進(jìn)單晶硅錠生長(zhǎng)裝置的氬氣量可增大熔硅對(duì)流分布核單元的大小。
下一步，在氬氣的流入量為70lpm和單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度是18rpm的條件下，當(dāng)石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度是4rpm的情況下和石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度是0.5rpm的情況下觀察熔硅的對(duì)流分布。結(jié)果顯示于圖4b。
在石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度是4rpm的情況下，核單元A2的水平方向最大寬度W2max不超過(guò)熔硅固-液體界面邊緣部分，且核單元A2的垂直方向最大深度H2max小于熔硅最大深度的50％，如圖4b左側(cè)所示。
另一方面，在石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度是0.5rpm的情況下，核單元A2′的水平方向最大寬度W2′max占有熔硅表面半徑的大約50％，核單元A2′垂直方向最大深度H2′max占有熔硅最大深度的大約90％，如圖4b右側(cè)所示。
所以，可看出右側(cè)的外單元B2′的大小小于左側(cè)的外單元B2。
通過(guò)如上所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)例2，減小石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度，其為單晶硅錠生長(zhǎng)器的一部分，可增大熔硅對(duì)流分布核單元的大小。
下一步，在氬氣的流入量為70lpm以及石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度為0.1rpm的條件下，當(dāng)單晶硅錠旋轉(zhuǎn)速度為20rpm時(shí)和其旋轉(zhuǎn)速度為12rpm時(shí)觀察熔硅的對(duì)流分布。結(jié)果顯示于圖4c。
在單晶硅錠旋轉(zhuǎn)速度為20rpm的情況下，熔硅在核單元A3的水平方向最大寬度W3max等于或是大于熔硅表面半徑的大約50％和核單元A3垂直方向最大深度H3max大約是溶硅最大深度的100％的狀態(tài)中，與石英坩堝的底部中央部分的一段接觸而進(jìn)行循環(huán)，如圖4c左側(cè)所示。
另一方面，在單晶硅錠旋轉(zhuǎn)速度為12rpm的情況下，核單元A3′的水平方向最大寬度W3′max占有熔硅表面半徑的大約50％，且核單元A3′垂直方向最大深度H3′max占有熔硅最大深度的大約90％，如圖4c右側(cè)所示。
因此，可以看出右側(cè)的外單元B3′的大小大于左側(cè)的B3。
通過(guò)如上所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3，可以看出通過(guò)增加單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，可增大熔硅對(duì)流分布核單元的大小。
通過(guò)以上所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的結(jié)果可以看出，通過(guò)增加氬氣的流入量、降低石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或增加單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度可增大熔硅對(duì)流分布核單元的大小。
相反的，通過(guò)減小氬氣的流入量、增加石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或降低單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，可以減小熔硅對(duì)流分布核單元的大小。
這意味著，在單晶硅錠的生長(zhǎng)下的熔硅對(duì)流分布，也就是核單元和外單元的相對(duì)大小分布，可以通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，尤其是氬氣的流入量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或生長(zhǎng)中的單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，可以得到適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 但是，用氬氣的流入量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度或單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，這些用來(lái)控制熔硅對(duì)流分布中的核單元和外單元的相對(duì)大小分布的工藝參數(shù)，僅是一些實(shí)例。這些工藝參數(shù)不是限制性的，其它的工藝參數(shù)也可被采用。
如本發(fā)明實(shí)施例1所述，單晶硅錠在流入單晶硅錠生長(zhǎng)裝置的氬氣量為100lpm、生長(zhǎng)的單晶硅錠的放置速度為18rpm和石英坩堝的放置速度為1.5rpm的狀態(tài)下生長(zhǎng)。
按照實(shí)施例1，核單元Ao水平方向的最大寬度Wmax大約是熔硅表面半徑的45％，且核單元Ao垂直方向的最大深度Hmax大約是溶硅最大深度的80％。
經(jīng)切割和磨光制得的單晶硅錠而生成的硅片，按其徑向距離測(cè)量初始間隙氧濃度[Oi]的分布，測(cè)量結(jié)果如圖5a所示。
另外，還進(jìn)行了一個(gè)按照現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)單晶硅錠的對(duì)比實(shí)施例1，如圖2所示。按照實(shí)施例1的相同方法測(cè)量由在對(duì)比實(shí)施例1中生產(chǎn)的單晶硅錠而制備的硅片的初始間隙氧濃度[Oi]的分布。測(cè)量結(jié)果如圖6a所示。
如圖5a所示，可以肯定用本發(fā)明的實(shí)施例制備的硅片，在徑向上的初始間隙氧濃度分布呈現(xiàn)出幾乎均勻的特性。
與此相反，如圖6a所示，可以肯定對(duì)比實(shí)施例1制備的硅片徑向上的初始間隙氧濃度從硅片的中央到邊緣在降低。
下面，用本發(fā)明的實(shí)施例1制備的10個(gè)硅片，在每一個(gè)硅片上測(cè)量20個(gè)點(diǎn)的初始間隙氧濃度以獲得標(biāo)準(zhǔn)差。所得標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)列于表1中。
用按照對(duì)比實(shí)施例1制備的10個(gè)硅片，以實(shí)施例1中相同的方法測(cè)量初始間隙氧濃度，以獲得標(biāo)準(zhǔn)差。所得標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)列于表1中。
表1

如表1所示，對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例1，所有的硅片平面初始間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)差等于或小于0.041。
相反，在對(duì)比實(shí)例1中，所有的硅片平面初始間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差超過(guò)0.16。
下面，按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅片，將其在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里首先在800℃下加熱處理4小時(shí)，然后在含有95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里再在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，測(cè)量其間隙氧濃度。沿硅片徑向距離測(cè)量[Oi]增量，其為熱處理前間隙氧濃度和熱處理之后間隙氧濃度的差異。測(cè)量結(jié)果顯示于圖5b。
同樣的熱處理用于對(duì)比實(shí)施例1。沿硅片徑向距離測(cè)量[Oi]增量，結(jié)果顯示于圖6b。
如圖5b中所示，按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅片，可以確定在徑向上的[Oi]增量是非常均勻一致的，而且徑向上的增量的變化等于或是小于0.5ppma。
相反，如圖6b所示，在對(duì)比實(shí)例1中，可以確定在徑向上的[Oi]增量是非常不均勻一致的。這是因?yàn)樵诎凑罩敖榻B過(guò)的傳統(tǒng)的單晶硅錠方法的晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，在靠近固-液體界面的液體的中央部分、邊緣部分及二者之間的中間部分，熱的分布不同。因此，通過(guò)處理由該液體生長(zhǎng)的單晶硅碇IG而來(lái)的硅片也具有不均勻的質(zhì)量。
另一方面，按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅片也在以上提及的條件下經(jīng)過(guò)熱處理后，對(duì)其進(jìn)行MCLT掃描。掃描結(jié)果所獲得的圖象顯示于圖5c。
對(duì)于對(duì)比實(shí)施例1如實(shí)施例1一樣進(jìn)行MCLT掃描，掃描結(jié)果所獲得的圖象顯示于圖6c。
如圖5c中所示，對(duì)按照本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅片進(jìn)行MCLT掃描的結(jié)果，在最大和最小定標(biāo)線條之間顯示了1.173左右的差異。從這些結(jié)果可以看出硅片質(zhì)量是非常均勻的。
另一方面，如圖6c所示，按照對(duì)比實(shí)例1制備的硅片在最大和最小定標(biāo)線條之間顯示了大約18的差異。這項(xiàng)數(shù)值與本發(fā)明的實(shí)施例1相比非常大。所以，可以看出按照對(duì)比實(shí)例1制備的硅片質(zhì)量與由本發(fā)明實(shí)施例1制備的硅片質(zhì)量相比是非常不均勻的。
一個(gè)單晶硅錠在已在前面作過(guò)說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2的條件下生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2的兩種條件被分別確定為實(shí)施例2和對(duì)比實(shí)例2。
即，在實(shí)施例2中，通過(guò)在流進(jìn)單晶硅錠生長(zhǎng)裝置的氬氣量為70lpm、生長(zhǎng)中的單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度為18rpm及石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度為0.5rpm的條件下控制熔硅的對(duì)流分布進(jìn)行單晶硅錠的生長(zhǎng)。
如實(shí)施例2，熔硅對(duì)流分布的核單元的水平方向最大寬度占有熔硅表面半徑的大約50％，核單元垂直方向最大深度占有熔硅最大深度約90％。
在對(duì)比實(shí)施例2中，單晶硅錠生長(zhǎng)的條件，氬氣的流入量和單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度與實(shí)施例2相同，只是石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度為4rpm。
按照對(duì)比實(shí)施例2，熔硅對(duì)流分布的核單元的水平方向最大寬度沒(méi)有超過(guò)單晶固-液體界面的邊緣部分，核單元垂直最大深度小于熔硅最大深度的50％。
在實(shí)施例2和對(duì)比實(shí)施例2中，對(duì)二者的產(chǎn)率(％)的對(duì)比列于下面的表2中。在此，產(chǎn)率對(duì)比是基于單晶生成的比例，指的是單晶生成的量對(duì)投入的多晶硅的量的比例。另外，對(duì)10個(gè)生長(zhǎng)的單晶硅錠進(jìn)行測(cè)量之后，平均產(chǎn)率比較列于表2中。
表2

如表2所示，在本發(fā)明的實(shí)施例2中，單晶硅錠的單晶化率大部分達(dá)到80％，平均值為大約78％。另一方面，在對(duì)比實(shí)施例2中，單晶硅錠的單晶化率的平均值達(dá)到67％，相對(duì)較低。
所以，可從表2中看出，本發(fā)明的實(shí)施例2獲得更多的單晶化物，也就是比傳統(tǒng)工藝高出大約11％的高產(chǎn)率。
如上所述，本發(fā)明提供了一種基于Czochralski法生產(chǎn)單晶硅錠的方法，該方法通過(guò)控制位于石英坩堝內(nèi)的熔硅的對(duì)流分布，以便使流入單晶硅錠的氧濃度的分布和點(diǎn)缺陷的分布變得均勻，能夠提供具有徑向均勻的質(zhì)量的單晶硅錠和具有均勻的平面質(zhì)量的硅片。
另外，本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)，為了獲得徑向質(zhì)量均勻的單晶硅錠的生長(zhǎng)，熔硅的對(duì)流分布應(yīng)該受到控制?；谶@個(gè)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明確定了關(guān)鍵的工藝參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)氬氣的流入量、石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度、單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度，等等控制對(duì)流分布，從而生長(zhǎng)徑向質(zhì)量均勻的單晶硅錠。
另外，本發(fā)明確定了生長(zhǎng)徑向質(zhì)量均勻的單晶硅錠的理想的工藝條件。
進(jìn)一步地，與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明增加了半導(dǎo)體設(shè)備的產(chǎn)量，可以節(jié)省硅片的生產(chǎn)成本。
雖然上面對(duì)本發(fā)明的示范實(shí)施例已經(jīng)做出詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)該很清楚地理解，所述的基本發(fā)明原理的許多變化和/或變更對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，它們?nèi)詫⒈缓w于如所附的權(quán)利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.通過(guò)Czochralski法生產(chǎn)單晶硅錠的方法，其中當(dāng)熔硅對(duì)流被分為一個(gè)核單元和一個(gè)外單元時(shí)，單晶硅錠在核單元水平方向的最大寬度是熔硅表面半徑的30-60％的條件下生長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，單晶硅錠在核單元垂直方向最大深度等于或大于溶硅最大深度的50％的條件下生長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，單晶硅錠在核單元垂直方向最大深度是溶硅最大深度的80-95％的條件下生長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，核單元的寬度或深度是通過(guò)調(diào)節(jié)流入單晶硅錠生長(zhǎng)單元的氬氣流量而得到控制。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，當(dāng)氬氣流入量增加時(shí)，核單元的寬度或深度增加。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，核單元的寬度或高度是通過(guò)調(diào)節(jié)含有熔硅的石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度而得到控制。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，當(dāng)石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度下降時(shí)，核單元的寬度或深度增加。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，核單元的寬度或高度是通過(guò)調(diào)節(jié)單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度而得到控制。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，當(dāng)單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)，核單元的寬度或深度增加。
10.硅片，由通過(guò)Czochralski法生長(zhǎng)的單晶硅錠制成，其中在一平面中間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)差等于或小于0.1。
11.如權(quán)利要求10所述的硅片，其中，包含在硅片內(nèi)的點(diǎn)缺陷密度是1011-1013/厘米3。
12.如權(quán)利要求10所述的硅片，其中，間隙氧濃度增量的平面變化，即經(jīng)過(guò)在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)后和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第二次對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后的間隙氧濃度與在第一次熱處理前的間隙氧濃度之間的差異，等于或小于0.5ppma。
13.如權(quán)利要求10所述的硅片，其中，經(jīng)過(guò)在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第二次對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，在通過(guò)MCLT(少數(shù)載流子壽命)掃描獲得圖象中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異等于或小于10。
14.如權(quán)利要求13所述的硅片，其中，經(jīng)過(guò)在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第二次對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，在通過(guò)MCLT(少數(shù)載流子壽命)掃描獲得的圖象中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異等于或小于5。
15.如權(quán)利要求14所述的硅片，其中，經(jīng)過(guò)在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第一次對(duì)硅片在800℃下加熱處理4小時(shí)和在95％的氮?dú)夂?％的氧氣的氣氛里第二次對(duì)硅片在1000℃下加熱處理16小時(shí)之后，在通過(guò)MCLT(少數(shù)載流子壽命)掃描獲得的圖象中定標(biāo)線條的最大值和最小值之間的差異等于或小于3。
16.單晶硅錠，其中，沿該單晶硅錠徑向的間隙氧濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)差等于或小于0.1。
17.如權(quán)利要求16所述的單晶硅錠，其中，包含在該單晶硅錠內(nèi)的點(diǎn)缺陷密度是1011-1013/厘米3。
18.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，核單元的寬度或深度是通過(guò)調(diào)節(jié)流入單晶硅錠生長(zhǎng)單元的氬氣流量而得到控制。
19.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，核單元的寬度或深度是通過(guò)調(diào)節(jié)含有熔硅的石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度而得到控制。
20.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，核單元的寬度或深度是通過(guò)調(diào)節(jié)單晶硅錠的旋轉(zhuǎn)速度而得到控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用Czochralski法生產(chǎn)單晶硅錠的方法，該方法可提供具有非常均勻的平面質(zhì)量的硅片，因而提高半導(dǎo)體裝置的產(chǎn)率。本發(fā)明建議一種用Czochralski法生產(chǎn)單晶硅錠的方法，其中，當(dāng)熔硅對(duì)流被分為一個(gè)核單元和一個(gè)外單元時(shí)，單晶硅錠在核單元水平方向最大寬度是熔硅表面半徑的30－60％的條件下生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，單晶硅錠在核單元垂直方向最大深度等于或大于熔硅最大深度的50％的情況下生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C30B15/22GK1510175SQ20031012304
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者趙鉉鼎, 李洪雨, 鄭鎮(zhèn)秀, 金仙美 申請(qǐng)人:希特隆股份有限公司