[发明专利]一种减少直拉单晶硅内部微气孔密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少直拉单晶硅内部微气孔密度的方法。

背景技术

单晶硅是制作集成电路的初始材料，生产单晶硅的典型方法是Czochralski法(即CZ工艺)，又称直拉法。首先将多晶硅原料熔化在石英坩埚中，采用流动氩气保护。在多晶硅完全熔化并且温度达到平衡之后，将一个较小的硅晶种浸入硅熔体并且随后慢慢提起，通常在提起的同时要不断地转动晶体，这样沿着晶种的结晶方向就逐渐生长成较大直径的单晶体。硅单晶体包括直径为150mm、200mm、300mm等标准规格。

随着电子产品的小型化和电路集成度的提高，对初始的硅片提出更高的要求。电路集成度的提高，特征尺寸减小，直径为200mm的硅片制作的电路典型特征尺寸为0.18μm。为了确保集成电路的收率，硅片表面需要精细加工，即众所周知的化学机械抛光(CMP)技术。

LPD(Light Point Defect，光点缺陷)是抛光晶圆表面特征参数。抛光晶圆表面的颗粒直径在0.12～1μm被叫作LPD／COP；颗粒直径在0.5～5μm时被称为Pit缺陷，这类抛光晶圆表面的凹坑缺陷，是无法通过化学机械抛光、清洗消除去掉的。

当凹坑缺陷的直径在5～100μm时称为LLPD(Large Light Point Defect，大的光点缺陷)；直径比LLPD更大的空洞型缺陷称为Pinhole(气孔)，也被称做Air Pockets(气泡)，气泡直径通常在100～1000μm，有气泡缺陷的硅片很容易在切片、磨片阶段由操作者通过目检来发现。表1列出空洞型缺陷的尺度变化及探测方法，这里空洞型缺陷的尺度分类不是严格的。

表1空洞型缺陷

Pit缺陷、LLPD缺陷和都Pinhole属于单晶硅内部的空洞型缺陷，其根本原因是单晶硅生长时，被困在硅熔体中的气泡被包裹进入结晶前沿，最后陷入单晶硅内部。

直拉工艺过程中硅熔体中的气泡来源之一即盛装硅熔体的石英坩埚。石英坩埚带来的气泡有两种途径：1、石英坩埚内表面不够光滑，特别是有内涂层时，多晶硅熔化形成的硅熔体与石英坩埚内表面接触时，石英坩埚内表面、特别是石英坩埚底部表面吸附的气体(氩气)以微小气泡的方式进入到硅熔体；2、石英坩埚被熔硅侵蚀时，石英坩埚内侧近表面的气泡释放出来，进入硅的熔体中。

直拉工艺过程中硅熔体中的气泡另一来源是多晶硅。表面粗糙、有碎裂、细小(尺寸小于5mm)的多晶硅，特别是细小、碎裂的多晶硅被放置在石英坩埚的底部时，容易将气泡带入硅熔体中。提高石英坩埚和多晶硅的品质可以减少硅熔体中的微气泡的密度。

为了控制空洞类型缺陷，除了采用高品质的石英坩埚和高等级的多晶硅原料外，在单晶硅的拉制过程中主要采用以下技术：在多晶硅原料加热熔化时，提高真空度、减少单晶内部压力，提高是减少石英坩埚内表面、多晶硅表面对氩气的吸附；在稳定阶段石英坩埚转速采用高-低-高-低循环，增加熔体的搅拌作用，促使硅熔体中的气泡释放；在引晶时采用较高的晶体转速和较高的坩埚转速，进一步加强熔体的搅拌作用。

现有技术中是在晶体等径生长以前，通过延长稳定时间、加强熔体的搅拌，促使硅熔体中气泡的释放，对减少硅熔体中大的气泡是有效的，可以将晶体中的Air Pockets／Pinhole尺度的空洞类型缺陷的发生控制在低的水平。因为硅熔体具有一定的粘度，即使通过增加稳定时间、降低了设备的生产效率，直径更小的气泡形成的LLPD／Pit尺度的空洞类型缺陷发生率也较高的。

发明内容

本发明目的在于提供一种减少直拉单晶硅内部微气孔密度的方法，该方法在整个单晶棒生产过程中实施，可以减少直拉单晶硅内部微气孔密度，降低抛光晶圆的Pit、LLPD等表面缺陷。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种减少直拉单晶硅内部微气孔密度的方法，在直拉法生长硅单晶的过程中，使浸入硅熔体的籽晶向上提起时在结晶前沿进行周期性振荡操作，所述振荡操作包括垂直向上提拉的过程和垂直向下跌落的过程；垂直向上提拉的速度Vp大于垂直向下跌落的速度Vg。

在该方法中，浸入硅熔体的籽晶向上提起时在结晶前沿进行周期性振荡操作使局部熔体产生周期性振荡，阻止微气泡靠近结晶前沿。优选地，垂直向下跌落的速度Vg为垂直向上提拉的速度Vp的15～90％。

所述周期性振荡操作为垂直向下跌落的过程与垂直向上提拉的过程交替进行，即为：垂直向下跌落→垂直向上提拉→垂直向下跌落→垂直向上提拉......。