硅片和单晶硅锭制造技术

通过Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法生产单晶硅锭的方法，其中当熔硅对流被分为一个核单元和一个外单元时，单晶硅锭在核单元水平方向的最大宽度是熔硅表面半径的３０－６０％的条件下生长。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Czochralski法的单晶硅锭的生长方法，更确切地说涉及一种用于生产具有均匀的平面质量的硅片的单晶硅锭的生长方法。
技术介绍
一般来说，基于Czochralski法的单晶硅锭生长方法使用如图1所示的生长器，图1为显示一个普通的单晶硅锭生长器的内部断面图。如图1所示，多晶硅被装入石英坩埚10内并通过加热器30的辐射热熔化为熔硅SM，然后单晶硅锭IG就从熔硅SM的表面生长出来。当单晶硅锭IG生长时，石英坩埚10上升以便在支持石英坩埚10的轴20旋转时固-液体界面保持在相同的高度上，并且当单晶硅锭IG以石英坩埚10的旋转轴相同的轴心按石英坩埚10的旋转方向相反的方向放置时，单晶硅锭IG被拉起。另外，为促进单晶硅锭IG生长，惰性气体如氩气通常可被注入生长器中，然后从生长器中放出来。在这种传统的单晶硅锭的生长方法中，安装了用来调节单晶硅锭IG的温度梯度的隔热罩40和冷却水套(未在图中示出)。采用隔热罩的现有技术已在韩国专利注册号374703、韩国专利申请号2000-0071000以及美国专利号6527859中公开。但是，仅通过调节单晶硅锭IG的温度梯度来生产单晶硅锭和在径向方向上具有均匀的质量的硅片有局限性。所以，急需新的生产单晶硅锭和在径向方向上具有均匀的质量的硅片的技术。尤其是，当半导体装置是采用以传统工艺制备的径向质量不均一的硅片制造时，硅片在半导体装置的制作过程中数次被加热，硅片的质量非均一性地增加，这会导致半导体装置的生产率下降。
技术实现思路
依照本专利技术，提供了径向上具有均一的质量单晶硅锭可用来生产具有均一的平面质量的硅片。本专利技术的一个目的是确定生长径向上具有均一的质量的单晶硅锭的关键工艺参数。本专利技术的另一个目的是确定生长径向上具有均一的质量的单晶硅锭的最适工艺条件。本专利技术还具有另一个目的，是通过生产具有均一的平面质量的硅片来提高半导体装置的生产率。通过Czochralski法提供了一个生产单晶硅锭的方法，通过有效地控制石英坩埚内熔硅的对流分布，从而使在熔硅晶体化的固-液体界面附近的氧和热的分布均匀一致，该方法能够均一地控制质量特性，如包含在单晶硅锭和硅片内的氧和点缺陷的分布。依照本专利技术的一个方面，通过Czochralski法提供了一个生产单晶硅锭的方法，其中，当熔硅对流被分成一个核单元和一个外单元的时候，单晶硅锭在核单元的水平方向最大宽度是熔硅的表面半径的30-60％的条件下生长。在一示范实施例中，单晶硅锭在核单元的垂直方向最大深度等于或大于熔硅最大高度的50％的条件下生长。在一示范实施例中，单晶硅锭在核单元的垂直方向最大深度是熔硅最大深度的80到95％的条件下生长。在一示范实施例中，核单元的宽度或深度是通过调节流进单晶硅锭生长装置内部的氩气的量、含有熔硅的石英坩埚的旋转速度或单晶硅锭的旋转速度，来控制的。特别地，核单元的宽度或深度随着流进的氩气的量的增加、石英坩埚的旋转速度的下降或生长中的单晶硅锭的旋转速度的增加而增加。依照本专利技术的另一个方面，提供了一种其平面间隙氧浓度分布的标准误差等于或小于0.1的硅片。在一示范实施例中，包含在硅片里的点缺陷密度是1011-1013/厘米3。在一示范实施例中，间隙氧浓度增量的平面变化(Δ)，就是在含有95％的氮气和5％的氧气的气氛里第一次对硅片在800℃下加热处理4小时和在95％的氮气和5％的氧气的气氛里再对硅片在1000℃下加热处理16小时后的间隙氧浓度与在第一次加热处理之前的间隙氧浓度之间的差异，等于或小于0.5ppma(份每一百万个原子)(或0.25×1017/厘米3)。在一示范实施例中，经过95％的氮气和5％的氧气的气氛里第一次对硅片在800℃下加热处理4小时和在95％的氮气和5％的氧气的气氛里再对硅片在1000℃下加热处理16小时之后，通过少数载流子寿命(MCLT)扫描获得的图像中定标线条的最大值和最小值之间的差异，等于或小于10。在一示范实施例中，在经过第一次和第二次热处理之后，通过MCLT扫描而获得的图像中定标线条的最大值和最小值之间的差异，等于或小于5，在进一步的实施例中，等于或小于3。依照本专利技术的另一个内容，提供了一种单晶硅锭，其中该单晶硅锭的径向间隙氧浓度分布的标准差等于或小于0.1。在一示范实施例中，包含在用本专利技术的方法生产的单晶硅锭中的点缺陷密度是1011-1013/厘米3。附图说明图1为显示普通单晶硅锭的生长设备的内部截面图。图2为说明按照普通方法的熔硅SM的对流分布的示意图。图3为说明按照本专利技术的熔硅SM的对流分布的示意图。图4a为说明在实验实施例1中熔硅的对流分布的示意图。图4b为说明在实验实施例2中熔硅的对流分布的示意图。图4c为说明在实验实施例3中熔硅的对流分布的示意图。图5a为按照本专利技术的实施例的硅片相对于径向距离的初始间隙氧浓度分布的测量结果曲线图。图5b为Δ，即按照本专利技术的实施例的硅片在热处理之前的间隙氧浓度和热处理之后间隙氧浓度之间的差异相对于径向距离的测量结果曲线图。图5c显示在对按照本专利技术的实施例的硅片进行热处理之后MCLT扫描的结果的图像。图6a为按照对比实施例1的硅片内相对于径向距离的初始间隙氧浓度分布的测量结果曲线图。图6b为显示Δ的测量结果的曲线图，即在按照对比实施例1的硅片内相对于径向距离的加热处理之前的间隙氧浓度和加热处理之后的间隙氧浓度之间的差异。图6c为显示对按照对比实施例1的硅片进行MCLT扫描的结果的图象。具体实施例方式在此将参考附图来解释本专利技术的示范实施例。本专利技术注意到一个事实是，由于认识到，如果仅通过调节锭的温度梯度和调节固-液体界面的形状，基于Czochralski法不可能获得在径向具有均匀质量的单晶硅锭的生长，所以，为了生长在径向上具有均匀质量的单晶硅锭，熔硅的对流分布应受到控制。图2为显示普通方法熔硅SM的对流分布的示意图。当单晶硅锭IG按照传统方法生长的时候，熔硅SM具有如图2中所示的对流分布A和B。尤其是，熔硅SM的对流分布大部分被分成外单元B，其中熔硅SM按沿着石英坩埚10的底部和侧壁运动，上升到熔硅的表面，然后沿着熔硅的表面流向单晶硅锭IG的路线循环，和核单元A，其中熔硅SM沿着外单元B的内斜面在单晶硅锭的下方相邻部分进行循环。在这个时候，因为核单元A的宽度不会偏离单晶硅锭IG的边缘，而且核单元A的深度达不到熔硅最大深度的一半，核单元A与外单元B相比相对更小一些。在现有技术中，单晶硅锭IG是在核单元A非常小的状态下生长，还没有作任何努力来增大核单元A的大小。在这种情况下，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页中所描述的，因为存在于外单元B中的氧引起锭中央部分和边缘部分之间的间隙氧浓度的平衡不稳定，靠近固-液体界面的间隙氧浓度分布变得不均匀。另外，由于提供充足热量到固-液体界面的困难使热分布变得不均匀，固-液体界面在界面边缘部分形成向单晶硅锭弯曲的凸形(a)，及在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵铉鼎，李洪雨，郑镇秀，金仙美，
申请(专利权)人：希特隆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：