[发明专利]用于生长单晶硅锭的装置和方法

说明书

技术领域

本实施方式涉及用于生长单晶硅锭的装置和方法，更具体而言，涉及在高度掺杂的单晶硅锭中确保径向上的体积微缺陷(BMD)的均匀性。

背景技术

通常，通过以下工艺来形成硅片：用于制造单晶锭的单晶生长工艺，通过切割单晶锭来获得薄盘形晶片的切割工艺，用于加工晶片的外周部分以防止获自所述切割工艺的晶片的开裂和变形的磨削工艺，用于除去残留在晶片上的机械加工导致的损伤的研磨工艺，用于抛光所述晶片的抛光工艺，以及用于对抛光后的晶片进行抛光并除去晶片上附着的磨料或外来物质的清洗工艺。

对于单晶生长，已广泛使用了浮区法(Floating Zone method)(FZ)或丘克拉斯基法(Czochralski method)(CZ)(下文也记为CZ法)。CZ法是这些方法中最常用的方法。

在所述CZ法中，将多晶硅加入到石英坩锅中并用石墨加热元件进行加热和熔化，然后在将种晶浸没在熔化而形成的硅熔液中且在界面处发生结晶时，边拉起种晶边旋转所述种晶，藉此生长单晶硅锭。

特别地，氧作为由生长历程导致的晶体缺陷和在单晶硅的生长过程中的不期望的杂质而包括在单晶硅中，于是以这种方式侵入的氧由于半导体器件的制造过程中施加的热而生长为氧沉积物。尽管氧沉积物呈现有利的特性，例如增强硅晶片的强度并捕获金属污染元素以及作为内部吸杂位点，但是会引起泄漏电流以及半导体器件的损坏。

因此，即使将以预定深度形成半导体器件的晶片表面上的剥蚀区域中基本不存在氧沉积物，也需要在预定深度或更深的体积区域(bulk region)中具有预定密度和分布的晶片。这种在半导体器件的制造过程中在体积区域(bulk region)中产生的氧沉积物和体积堆叠缺陷(bulk stacking defect)通常称作体积微缺陷(BMD)。下文中，体积区域中的氧沉积物以及BMD无差别地进行使用。

作为用于提供这种BMD的浓度和分布受控的晶片的技术，已提出了通过调节初始氧浓度和结晶缺陷浓度来控制BMD浓度的技术，其中通过种晶旋转速度、坩埚旋转速度、熔融间隙(其为熔体表面和热屏障之间的间距)、锭的提拉速度、热区域的设计改变、诸如氮或碳的第三元素掺杂的这些生长单晶硅锭中的工艺变量来实现初始氧浓度和结晶缺陷浓度的调节。

进一步，除了控制这些生长工艺变量和生长历程之外，也需要通过调节晶片工艺中的热处理来控制BMD浓度和分布。

发明内容

技术问题

本实施方式涉及提供用于生长硅单晶的方法，用来确保径向上的体积微缺陷(BMD)的均匀性。

技术方案

本实施方式提供一种用于生长单晶硅锭的方法，所述方法可包括：在坩埚中制备硅熔液；将种晶探入硅熔液；旋转种晶和坩埚，同时向坩埚施加水平磁场；和向上提拉从硅熔液中生长的锭，其中，生长中的锭和硅熔液之间的界面形成于离水平面向下1-5毫米的位置，且生长后的锭的体积微缺陷(BMD)尺寸为55-65纳米。

硅锭生长过程中，硅锭中的温度梯度可小于34开尔文/厘米。

硅锭的中央区域的冷却时间可比边缘区域的冷却时间更长。

硅熔液的电阻率可为20毫欧姆·厘米或更低。

可用掺杂剂以3.24E18原子/厘米³或更高的浓度对硅熔液进行掺杂。

所述掺杂剂可以是硼。

锭生长时，种晶的旋转速度可以是8rpm或更慢。

在锭生长时，可将3000G(高斯)或更强的磁场施加至硅熔液。

在锭生长时，硅熔液和热屏蔽材料之间的距离可为40毫米或更远。

另一实施方式提供一种用于生长单晶硅锭的装置，所述装置包括：腔室；设置在所述腔室内并容纳硅熔液的坩埚；设置在所述腔室内并加热硅熔液的加热器；用于屏蔽从硅熔液朝向锭的加热器的热的热屏蔽材料；用于旋转和提拉从硅熔液中生长的锭的牵拉单元；以及向所述坩锅施加水平磁场的磁场产生单元，其中，所述牵拉单元以8rpm或更慢的速度旋转所述种晶。

所述磁场产生单元可将3000G(高斯)或更强的磁场施加至所述硅熔液。

在锭生长时，牵拉单元在硅熔液和热屏蔽材料之间的距离可为40毫米或更远。

在锭生长过程中，加热器可加热所述坩埚，从而锭中的温度梯度小于34开尔文/厘米。

硅熔液的电阻率可为20毫欧姆·厘米或更低。

所述牵拉单元可提拉所述锭，从而锭的中央区域的冷却时间比边缘区域的冷却时间更长。