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CN114096699B - 通过切克劳斯基法提拉硅单晶的方法 - Google Patents

通过切克劳斯基法提拉硅单晶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过切克劳斯基法从熔体中提拉电阻率不超过20mΩcm的硅单晶的方法，其包括以第一提拉速度提拉颈的第一部分，从而与晶种的直径相比，颈的第一部分的直径以每毫米颈长度不小于0.3mm的速率逐渐缩减至不超过5mm的目标直径；以小于0.2mm/min的第二提拉速度在不少于3min的时间段提拉颈的第二部分，颈的第二部分的直径不增加到超过5.5mm；和以大于2mm/min的第三提拉速度提拉颈的第三部分。

Description

通过切克劳斯基法提拉硅单晶的方法
本发明提供了一种通过切克劳斯基法从熔体中提拉电阻率不超过20mΩcm的硅单晶的方法。
现有技术/问题
切克劳斯基法包括从包含在坩埚内的熔体中提拉单晶。单晶从悬浮在晶种上的熔体中提拉。一般而言，先在晶种底端结晶颈，以使位错移动到颈的边缘，并以此方式消除。
US2003 0 209 186 A1建议了一种方法，通过该方法将颈分部分提拉：首先以提拉速率R1进行一个部分，然后以低至少25％的提拉速率R2进行又一个部分，最后以速率R1再进行一个部分，每个部分的直径至少约为5mm。
US5 800 612描述了一种方法，其规定将颈部的形成细分为多个部分并自动化。
已知如果提拉高掺杂硅单晶，尽管提拉出颈，其中位错未完全消除的事件频率会增加，这些单晶具有相对低的电阻率，因为它们含有相对高浓度的电活性掺杂剂。由于它们的定位，这种位错也称为中心位错并且通常仅在单晶被提拉后以中心缺陷的形式被识别。
为了解决这个问题，US2010 0 089 309 A1提出，如果要提拉电阻率不超过1.5mΩcm的硼掺杂单晶，则当提拉颈时，提拉速度限制在2mm/min以下。
在US2004 0 089 225 A1中，据说如果要提拉包括相对高浓度硼以及额外地锗的硅单晶额外地，单晶中的锗浓度应该在一定限度内与硼的浓度相关联，以防止在从这种单晶切割的半导体晶圆上沉积外延层时由于错配位错引起的问题。
本发明的一个目的是在不受特定限制下实现所述事件频率的进一步降低。
该目的是通过一种通过切克劳斯基法从熔体中提拉电阻率不超过20mΩcm的硅单晶的方法来实现的，该方法包括
以第一提拉速度提拉颈的第一部分，从而与晶种的直径相比，颈的第一部分的直径以每毫米颈部长度不小于0.3mm的速率逐渐缩减至不超过5mm的目标直径；
以小于0.2mm/min的第二提拉速度在不少于3min的时间段提拉颈的第二部分，颈的第二部分的直径不会增加到超过5.5mm；和
以大于2mm/min的第三提拉速度提拉颈的第三部分。
根据本发明，颈的直径从晶种的直径相当快地逐渐缩减到第二部分的目标直径。为此，颈的第一部分以提拉速度提拉，由此颈的直径以每毫米颈长度不小于0.3mm的速率逐渐缩减。
晶种具有圆形、方形或矩形横截面。直径优选为10至30mm，并且在正方形或矩形横截面的情况下，指的是最长边缘的长度。
此外，在提拉颈的第一部分之后，提拉速度必须暂时显著地降低，且同时必须保证颈的直径不会因此实质地增加。直径扩大至不超过5.5mm可被视为尚未实质扩大。为了防止由于提拉速度的显著降低而导致直径实质地变大，优选增加用于加热熔体的加热功率。以显著降低的提拉速度提拉颈的第二部分维持不少于3min的时间段，优选不少于5min且不超过50min的时间段。在此期间，提拉颈的第二部分的提拉速度小于0.2mm/min。提拉颈的第二部分期间的提拉速度值优选地在0.01mm/min至小于0.2mm/min的范围内。
提拉颈的控制优选地还包括监控功能，如果已经超过被认为允许的颈的第二部分的直径，其使得提拉操作自动中断。
在提拉颈的第二部分后，将提拉速度提高到大于2mm/min的值，并提拉颈的第三部分。颈的第三部分优选地具有不小于4mm且不大于7mm的直径以及优选地不小于100mm且不大于300mm的长度。相应地，也优选调整用于加热熔体的加热功率。
硅单晶的进一步提拉以常规方式继续进行，具体地，是对单晶的圆锥部分、圆柱部分和端锥进行提拉。在单晶的圆柱部分上，切割和加工单晶硅半导体晶圆。
至少在单晶的颈、初始锥和圆柱部分的拉伸期间，熔体优选地经受水平磁场。
上述方法特别适用于生产直径至少为200mm，更特别地，直径至少为300mm的单晶硅半导体晶圆。
本发明的功效通过在颈提拉阶段期间的各种条件下，在一系列测试中提拉具有40mm直径的高度硼掺杂的硅单晶的小测试晶体来测试。直径为1英寸(约25.4mm)和厚度为1.8mm的测试晶圆从每个单晶上切下，并通过SIRD(扫描红外去极化)研究晶格应变。在程序根据本发明的情况下，中心缺陷的检测以及因此提拉具有位错的单晶的概率下降至低于1％。
三个附图(图1，图2，和图3)提供了在颈的长度P上的根据本发明的操作条件(图1)和在测试系列中偏离先前条件的操作条件(图2和图3)的代表性描述。图中包含有关提拉速度v、颈直径d和熔体温度T的信息。仅当采用根据本发明的操作条件时，各个测试晶圆才没有中心缺陷。
在根据图2的操作条件的情况下，在提拉颈的第一部分期间，直径逐渐变细的比率低于预期的比率。
在根据图3的操作条件的情况下，在提拉颈的第二部分期间，直径超过了仍被视为允许的直径5.5mm。

Claims (5)

1.一种通过切克劳斯基法从熔体中提拉电阻率不超过20mΩcm的硅单晶的方法，其包括
以第一提拉速度提拉颈的第一部分，从而与晶种的直径相比，颈的第一部分的直径以每毫米颈长度不小于0.3mm的速率逐渐缩减至不超过5mm的目标直径；
以小于0.2mm/min的第二提拉速度在不少于3min的时间段提拉颈的第二部分，颈的第二部分的直径不增加到超过5.5mm；和
以大于2mm/min的第三提拉速度提拉颈的第三部分。
2.如权利要求1所述的方法，其包括使熔体经受水平磁场。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中通过熔体掺杂的硼或砷来建立电阻率。
4.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述熔体额外地掺杂有锗。
5.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其包括提拉所述单晶的圆柱部分，并从所述圆柱部分移除单晶硅半导体晶圆。
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