[发明专利]用于制造高质量半导体单晶锭的装置及使用该装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造半导体单晶锭的装置以及使用该装置的方法，更具体地，涉及一种用于制造在通过提拉法(下文中简称CZ)方法制造半导体单晶锭过程中提供在径向上大而一致的固液分界面温度梯度的装置，以及使用该装置的方法。

背景技术

CZ(Czochralski)方法广泛应用于制造半导体单晶锭，以及从石英坩埚的硅熔化物中生成半导体单晶锭。CZ方法使用安装在石英坩埚侧壁周围的加热器来加热硅熔化物，因此，在硅熔化物中产生了自然对流。并且，CZ方法通过控制单晶或石英坩埚的旋转速率来制造没有空白或自空隙(self-interstitial)中产生的生成过程缺陷的高质量硅单晶，因而由于控制旋转速率还在硅中产生了被迫的对流。公知的是，自然和被迫对流可以通过水平磁场来控制。

一种用于将水平磁场施加至硅熔化物的方法被称作HMCZ(水平磁场提拉法)方法。典型的HMCZ方法形成磁场，以使MGP(最大高斯面)位于硅熔化物表面旁。MGP是磁场垂直分量基本为“0”而水平方向的磁通密度变为最大的面。水平磁场具有磁场垂直分量在硅单晶锭中轴处为“0”的特性。使用了水平磁场的HMCZ方法可以抑制硅熔化物的垂直对流，并提供了容易生成硅单晶的优越性。

同时，以多种方式使用硅晶片中的空隙氧(interstitial oxygen)来制造高集成度的半导体器件。例如，空隙氧提升了硅晶片的机械强度，以使硅晶片不受在器件的制造过程中产生的热应力的影响，并引起了一些小缺陷(micro-defect)，所述缺陷用作吸取位(getteringsite)，用于移除器件制作过程中的金属杂质。

典型的HMCZ方法具有容易生成单晶锭的优点，但会引起锭的轴向和径向上空隙氧集中的改变，从而导致锭的生产率减少。这是因为硅熔化物表面的高温区域和低温区域的位置由于硅熔化物的不均匀对流分布而改变，导致并未统一地保持固液分界面的氧集中分布。这里，高温区域是具有相对高温的硅的表面区域，而低温区域是具有相对低温的硅的表面区域。

为解决上述问题，韩国特许(Laid-open)专利公开第2001-34851号披露了一种用于制造硅单晶的方法，将水平磁场施加至硅熔化物，以使水平磁场的垂直/水平分量比率在固液分界面中部为0.3至0.5，从而在固液分界面处持久地保持具有统一氧集中的低温区域或高温区域，以提升单晶轴向和径向上的氧集中的一致性。

然而，由于在生成硅单晶过程中通过旋转单晶和石英坩埚来产生非线性被迫对流，故很难仅通过控制水平磁场的垂直/水平分量比率来固定整个单晶生成过程中硅熔化物表面上的高温区域和低温区域的位置。即，简单地控制水平磁场的垂直/水平分量比率并不能够从根本上避免混淆高温区域和低温区域，或者改变高温区域和低温区域的位置。

此外，韩国特许(Laid-open)专利公开第2001-34851号还指出了一种用于减小硅单晶轴向和径向上氧集中的偏离的方法，但没有提到快速生成没有生成过程中晶体缺陷的高质量硅单晶的方法。

发明内容

本发明设计用来解决上述问题。因此，本发明的目的是提供一种控制水平磁场分布和强度以制造高质量半导体单晶的装置，以及一种使用该装置的方法。

本发明的另一目的是提供一种控制水平磁场分布和强度以将从加热器流至固液分界面的热量最大化的装置，以及使用该装置的方法，从而增大了固液分界面中部的温度梯度，以提升无缺陷单晶的牵拉速度(pulling speed)。

本发明的又一目的是提供一种控制水平磁场的分布和强度以扩展无缺陷牵拉速度处理边界的装置。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于制造半导体单晶锭的装置，包括：石英坩埚，用于容纳半导体熔化物；加热器，安装在石英坩埚的侧壁周围；单晶牵拉装置，用于从容纳在石英坩埚中的半导体溶化物中牵拉出单晶；以及磁场施加装置，用于在基于熔化物表面的熔化等级(ML)的ML-100mm至ML-350mm位置处形成最大高斯面(MGP)，并将3000至5500高斯的强磁场施加至MGP和石英坩埚的侧壁之间的交叉处，以及将1500至3000高斯的弱磁场施加至固液分界面下方。