[发明专利]用于生产低氧含量硅的系统及方法

说明书

一种用于生产硅锭的方法包含从熔体抽出晶种，所述熔体包含围封在含有尖点磁场的真空室中的坩埚中的熔化硅。在至少两个阶段中调节至少一个过程参数，所述至少两个阶段包含对应于形成所述硅锭直到中间锭长度的第一阶段，及对应于所述硅锭从所述中间锭长度形成到总锭长度的第二阶段。在所述第二阶段期间，过程参数调节可包含相对于所述第一阶段降低晶体旋转速率、降低坩埚旋转速率及/或增大磁场强度。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2015年12月04日申请的第62/263,355号美国专利申请案的优先权，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及硅锭的生产，且更明确来说，本发明涉及用于生产具有低氧浓度的硅锭的方法及系统。

背景技术

单晶硅是用于制造半导体电子组件及太阳能材料的许多过程中的起始材料。举例来说，从硅锭生产的半导体晶片通常用于集成电路芯片的生产中。在太阳能产业中，归因于无晶界及位错，可使用单晶硅代替多晶硅。将单晶硅锭加工成所要形状，例如硅晶片，可从所述硅晶片生产半导体或太阳能晶片。

生产高纯度单晶硅锭的现存方法包含浮区法(float zone method)及磁场施加丘克拉斯基(MCZ)过程。浮区法包含熔化超纯多晶硅棒的窄区域且沿着棒缓慢平移熔化区域以生产高纯度的单晶硅锭。MCZ过程通过在坩埚中熔化多晶硅、将晶种浸入熔化硅中且以足以达成锭所要的直径的方式抽出晶种而生产单晶硅锭。水平及/或垂直磁场可施加于熔化硅以抑制杂质(例如氧)并入到生长单晶硅锭中。尽管浮区硅锭通常含有相对低浓度的杂质(例如氧)，但归因于通过表面张力所强加的限制，使用浮区法生长的锭的直径通常不大于约150mm。与浮区锭相比，可以更高锭直径生产MCZ硅锭，但MCZ硅锭通常含有更高浓度的杂质。

在使用MCZ方法生产单晶硅锭的过程期间，通过熔体-固体或熔体晶体界面将氧引进到硅晶锭中。氧可引起从锭生产的晶片中的各种缺陷，从而降低使用锭制造的半导体装置的产量。举例来说，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、高质量射频(RF)、高电阻率绝缘体上硅(HR-SOI)及电荷陷阱层SOI(CTL-SOI)应用通常要求低氧浓度(Oi)以便达成高电阻率。

使用浮区硅材料制造至少一些已知半导体装置以达成低Oi及高电阻率。然而，浮区材料相对昂贵且限用于生产具有小于近似200mm的直径的锭。因此，浮区硅材料昂贵且无法生产具有相对低氧浓度的较高直径硅晶锭。

本背景技术部分旨在向读者介绍可与下文所描述及/或所主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。据信本论述有助于向读者提供背景信息以促进更好地理解本发明的各个方面。因此，应了解，这些陈述应从这个角度进行阅读，且并非作为对现有技术的认可。

发明内容

在一个方面中，一种用于生产硅锭的方法包含从包含坩埚中的熔化硅的熔体抽出晶种。将坩埚围封在含有尖点磁场的真空室中。所述方法进一步包含在至少两个阶段中调节至少一个过程参数。至少一个过程参数包含晶体旋转速率、坩埚旋转速率及磁场强度中的一者。至少两个阶段包含对应于形成硅锭直到中间锭长度的第一阶段，及对应于硅锭从中间锭长度形成到总锭长度的第二阶段。根据这个实施例中的方法，在第二阶段期间调节至少一个过程参数包含相对于第一阶段期间的晶体旋转速率降低晶体旋转速率、相对于第一阶段期间的坩埚旋转速率降低坩埚旋转速率及相对于第一阶段期间的磁场强度增大磁场强度中的至少一者。

另一方面涉及一种从使用上文所描述的方法生成的硅锭生产的晶片。