[发明专利]从坩埚中所含的熔体拉伸由硅组成的单晶的方法及由此制得的单晶

说明书

技术领域

本发明涉及用于从坩埚中所含的熔体拉伸由硅组成的单晶的方法，其中单晶在拉伸期间被挡热板包围，挡热板的下端与熔体表面具有距离h，其中气体在单晶与挡热板之间的区域内向下流动，而在挡热板下端与硅熔体之间向外流动，及接着在挡热板以外的区域内又向上流动。本发明还涉及可利用所述方法制得的单晶。

背景技术

已知上述生长单晶的方式是非常敏感的过程，会产生位错和原子点缺陷形式的晶体结构缺陷。此外还观察到产生宏观空隙，其是直径为几个微米至毫米的气泡状的空洞。其不可与由聚集的原子空位形成的、直径最大为几百纳米的COP(晶体原生颗粒)相混淆。

在生长的单晶中引入空隙并不必然地导致位错的形成，因此通常在晶体拉伸过程中没有被发现。只有在随后将单晶切割成晶片时，才通过外观检查发现包含在其中的空隙。通常通过外观检查仅挑拣出比较少的硅晶片(千分之几的范围)。但是发现，在某些重要的制造过程的情况下，例如在高度掺杂的晶体的情况下经常发生。此外，很难以百分之百的准确率检测出小的空隙。存在于硅晶片内部的空隙在外观检查中仍然没有被发现的风险。然而对于制造元件的客户而言，仅获得不具有此类空隙的晶片则具有决定性的意义。不受控制地产生宏观空隙会导致巨大的经济损失。因此，寻找明显减少或者甚至完全避免有害空隙的方案是值得期待和必需的。

EP 756024A2强调，在开始时熔化由硅组成的碎片而不是硅颗粒是有利的，因为后者由于高的氢含量而倾向于形成气泡，气泡最终会被引入单晶中。

US 5,902,394描述了一种用于在晶体生长之前从熔体驱逐气泡的方法，其主要在于改变坩埚的转速。

在US 6,086,671中，熔体中的气泡被看作是导致位错的原因。其可以通过早在熔化多晶材料期间已经施加静态磁场而加以抑制。

DE 102007023040A1描述了一种拉伸方法，其中在放置种晶之前通过提高温度和施加静态磁场而对熔体进行除气。该除气阶段的持续时间为最多2小时。

US 2008/0011222A1还认为宏观空隙是由在石英玻璃坩埚中熔化多晶半导体材料时形成的气泡产生的。因此其建议了一种以利用侧面加热器的熔化开始的改进的熔化过程。熔体然后才在坩埚的底部区域内进一步加热，这驱使熔体移动，并由此应当导致对熔体的除气。

但是发现，通过所述用于实施熔化阶段的方法无法完全避免空隙的产生。

根据US 6,340,390B1，在晶体拉伸期间保持晶体拉伸装置室内的压力低于95mbar，并且低于熔化阶段的压力。在晶体拉伸期间的低压应当导致对熔体连续地除气，并由此避免将气泡引入生长的单晶中。然而，压力是整体晶体品质的重要参数。例如改变单晶的氧含量，因此改变析出能力及由此改变吸除能力。因此，通过相应地调节压力而减少宏观空隙是有缺点的。此外，实际上无法总能实现所述的效果。

发明内容

因此，本发明是基于进一步减少硅单晶中的宏观空隙的出现频率而不会影响其他的晶体特性的目的。

该目的是通过用于从坩埚中所含的熔体拉伸由硅组成的单晶的方法实现的，其中单晶在拉伸期间被挡热板包围，挡热板的下端与熔体表面具有距离h，其中气体在单晶与挡热板之间的区域内向下流动，在挡热板下端与熔体之间向外流动，及接着在挡热板以外的区域内又向上流动，其特征在于，挡热板在其下端的内径D_HS比单晶的直径D_SC大至少55mm，而挡热板在其下端的径向宽度B_HSU不大于单晶直径的20％。

下面依照附图更详细地阐述本发明。

附图说明

图1所示为可用于本发明方法的晶体拉伸装置的结构示意图。

图2所示为用于拉伸单晶的排布方式示意图，显示了在本发明范畴内发挥作用的几何变量。

具体实施方式

图1所示为在晶体拉伸过程中根据现有技术的晶体拉伸装置。通常由石英玻璃组成的坩埚4中装有硅熔体11。坩埚4由支撑坩埚5稳定化，并由侧面加热器7或由底部加热器8或由两者进行加热。在旋转(箭头15)的情况下以预定的速率(拉伸速率，由箭头14表示)由熔体11向上拉伸硅单晶9，其中坩埚4同样地旋转(箭头16)，并缓慢地向上移动(箭头17)以保持熔体表面的位置固定。坩埚4和单晶9可以围绕共同的旋转轴同向或反向地旋转。任选可以通过由电磁体6产生的磁场影响熔体中的对流。熔体中的对流由箭头表示。