根据切克劳斯基法提拉半导体单晶和适用于其的石英玻璃坩埚制造技术

在已知的根据切克劳斯基法提拉半导体单晶的方法中，在石英玻璃坩埚中制造半导体熔体并从中提拉半导体单晶。所述石英玻璃坩埚的内壁和所述半导体熔体的自由熔体表面在此在坩埚内壁上径向环绕的接触区彼此接触并分别与熔体气氛接触，由此引发从所述接触区开始的熔体初振动。以在此基础上提供一种方法，其以减少的熔体振动和特别是以简单而短暂的拉晶过程为特征，本发明专利技术提出，引发频率彼此不同的初振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】根据切克劳斯基法提拉半导体单晶和适用于其的石英玻璃坩埚描述。技术背景本专利技术涉及根据切克劳斯基（Czochralski）法提拉半导体单晶的方法，其中在石英玻璃坩埚中制造半导体熔体并从中提拉该半导体单晶，其中所述石英玻璃坩埚具有内壁且所述半导体熔体具有自由熔体表面，它们在坩埚内壁上径向环绕的接触区彼此接触并分别与熔体气氛接触，其中引发从所述接触区开始的熔体初振动。此外，本专利技术涉及用于根据切克劳斯基法提拉半导体单晶的石英玻璃坩埚。在所谓的切克劳斯基法中，半导体材料，如硅在石英玻璃坩埚中熔融并使硅单晶的籽晶从上方接触熔体表面，以在晶体与熔体之间形成熔体弯月面。在转动坩埚和/或单晶的同时，缓慢向上拉出单晶，由此半导体单晶在该籽晶上生长。这一过程在下文中被称为“引晶过程（Ansetzprozess）”或简称为“引晶（Ansetzen）”。在单晶和半导体熔体之间的凝固前沿上发生液相和固相之间的相互作用；熔体的对流或振动对其产生不利影响。熔体的这些运动可由于液体内的温度梯度或物质梯度、由于熔体和籽晶的转动或由于籽晶的浸入而引起或增强。特别不利的是熔体的振荡。已知的是，它们在这三个相——半导体熔体、熔体气氛和坩埚壁之间的化学势周期性变化时出现。此类振荡不仅仅损害半导体单晶的品质。它们尤其在引晶过程中明显不利，因为它们会使成核困难并可以使其延迟一天至数天或甚至受阻。这降低生产率并且竟然会在引晶过程中已超过石英玻璃坩埚的使用寿命，或在单晶中产生位错以致需要再次熔融凝固的硅。切克劳斯基法中所用的石英玻璃坩埚通常在含有孔隙的不透明外层上具有透明内层。在拉晶过程中，该透明内层与硅熔体接触并经受高的机械、化学和热负荷。为了降低硅熔体的腐蚀侵袭并随之降低坩埚壁的杂质释放，内层尽可能纯净、均匀并很少有气泡。由合成制造的石英玻璃制成的内层确保熔体附近区域中的低杂质浓度并就此而言对纯净和无位错的半导体单晶的收率起有利作用。但是，已经证实，具有合成石英玻璃内层的坩埚与由天然存在的石英砂制成的石英玻璃坩埚相比更容易倾向于造成熔体表面的振荡。现有技术因此为了减少熔体表面的振荡，已经提出对石英玻璃坩埚的许多不同改变。这些基本上涉及引晶区区域内的表面结构或化学组成的修改。“引晶区”在此处和在下文中是指石英玻璃坩埚的周向的侧壁区域，其在拉晶过程开始时位于熔体料位的高度，其因此在提拉晶体时与熔体的表面（熔体料位）接触。在通过连续供应半导体材料而使熔体料位保持在恒定高度的连续切克劳斯基提拉法中，该引晶区位于时间恒定的熔体料位的高度。引晶区区域的表面的修改DE19917288C2描述了一种石英玻璃坩埚，其中通过大量的彼此具有最大5毫米，优选最大0.1毫米的间距的凹陷使引晶区变粗糙。该粗糙化意在使引晶过程变得容易并特别意在通过抑制熔体料位的振动避免籽晶的撕裂。在根据EP1045046A2的石英玻璃熔融坩埚中提出，将引晶区区域中的内壁构造成具有大量凹陷的周向的环面。在EP2410081A1中给出类似的教导。在此，在引晶区中引入大量的小凹处（低陷）。根据WO2011/158712A1，石英玻璃坩埚具有半透明基底层和透明内层。在熔体料位区域内，该内层具有粗糙度为2-9微米的粗糙区。JP2007-191393A提出，通过石英玻璃坩埚的内壁上的内表面的粗糙度设定最大50mN/m的表面张力，以避免熔体振动。围绕引晶区区域的粗糙化的表面可以占有与硅熔体的所有可能的接触角，这防止了石英玻璃表面的同相润湿或未润湿并由此意在阻止振动的产生。在根据JP2004-250304A的石英玻璃坩埚中，为抑制硅熔体的振动，在引晶区的高度提供周向的环面，在该环面中含有0.01%至0.2%体积比例的气泡。为避免在该熔体法开始时的熔体振动，WO2009/054529A1提出沿坩埚高度改变气泡浓度。因此，内层的气泡含量应以至少0.0002%/mm从较低的坩埚区域向上连续增加。在JP2004-250305A中也提出石英玻璃坩埚的内层的类似修改。该内层在引晶区区域内得到“带状”区域，在该区域中该表面由天然石英玻璃构成并具有0.005-0.1%的气泡含量，而其往下和在底部则由合成石英玻璃构成。EP2385157A1教导了在引晶区区域中的一种多重修改。因此该石英玻璃坩埚在内侧具有可借以测定熔体表面位置的改变的标记。在引晶区区域，该透明内层由天然石英玻璃制成，而在坩埚的其它区域中其由合成石英玻璃构成。此外，该引晶区还可含有气泡或不平整，如狭槽。引晶区区域中的化学组成的修改由EP1532297A1已知具有由合成石英玻璃制成的透明内层的石英玻璃坩埚，但其在引晶区的高度被天然石英玻璃区中断。这一区域在至少0.5xH至0.8xH的范围内延伸，其中H是底部的底侧与侧壁-上边缘之间的坩埚高度。WO2001/92169A1提出，将羟基引入坩埚内层的石英玻璃中。由此改善硅熔体对它的可润湿性，以此意在避免熔体表面上的振荡。羟基的引入在内层形成过程中通过将水蒸汽引入到加热的气氛中来实现。由此优选在内层中产生80-350重量ppm的羟基含量。WO2004/097080A1提出通过沿坩埚高度改变坩埚内层的组成来避免熔体振动。由天然石英粉制造具有不透明外层的石英玻璃坩埚，并为其提供透明内层，该透明内层具有0.4-5毫米的厚度并且其在上部中由天然SiO2材料构成和在底部区域由合成SiO2材料构成的。JP2006-169084A也建议通过改变引晶区区域中的坩埚内层的组成来避免熔体振动。该石英玻璃坩埚具有不透明外层和透明内层。在上直部，内层被构造成由两种不同组分构成的复合材料，其中第二组分以点形焊接到第一组分上。第一组分可以是非晶石英玻璃粉，第二组分是天然结晶石英砂。根据JP2009-029652A，在用于提拉硅单晶的石英玻璃坩埚中，为了避免熔体振动，底部以及在圆柱形侧壁之间的弧形区域中的内层由结晶原材料以至少1毫米的厚度熔凝而成，而内层的上部区域由非晶合成石英玻璃粉以至少1毫米的厚度制成。组合措施和其它修改JP2011-037708A1描述了制造用于提拉硅单晶的石英玻璃坩埚的方法，其中影响硅熔体和坩埚内壁的石英玻璃之间的表面张力，以避免拉晶过程中熔体的振动。这通过设定表面粗糙度并通过在厚度1毫米的层中将羟基含量和杂质含量调节到给定值来实现。EP1024118A2提出，通过设定特定的红外透射率来避免熔体振动。为此在具有结构缺陷的半透明外层上制造透明内层。红外透射率为3%至30%并通过坩埚壁内的结构缺陷结合该表面的粗糙度来设定。WO2001/92609A2旨在通过减少热对流来避免硅熔体的振荡。为实现这一点，提出具有夹层的石英玻璃坩埚。外层是由天然粗制石英材料制成的具有大量孔隙的半透明层。中间层也是半透明的并由合成石英玻璃制成。透明内层是气泡少的并由合成石英玻璃制成。根据WO2004/076725A1，具有双层结构的石英玻璃坩埚据说很有帮助，其中内层无孔隙并且透明，外层含有孔隙。外层由石英玻璃粉制成，其保存在干燥气体中以实现最高50ppm的羟基含量。该外层由此也表现出较高的粘度，该石英玻璃坩埚由此在使用时变形较小。根据JP2004-292210A，石英玻璃坩埚由此优化，即在硅单晶提拉过程中，下端部的温度高于上部的上缘。为实现这本文档来自技高网...

【技术保护点】
根据切克劳斯基法提拉半导体单晶的方法，其中在石英玻璃坩埚中制造半导体熔体并从中提拉半导体单晶，其中所述石英玻璃坩埚具有内壁且所述半导体熔体具有自由熔体表面，它们在坩埚内壁上径向环绕的接触区的区域中彼此接触并各自与熔体气氛接触，由此引发从所述接触区开始的熔体的初振动，其特征在于，引发频率彼此不同的初振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.27 DE 102012109181.11.根据切克劳斯基法提拉半导体单晶的方法，其中在石英玻璃坩埚中制造半导体熔体并从中提拉半导体单晶，其中所述石英玻璃坩埚具有内壁且所述半导体熔体具有自由熔体表面，它们径向延伸至环绕延伸在坩埚内壁上的接触区，其中所述自由熔体表面与所述接触区彼此接触并各自与熔体气氛接触，由此从所述接触区开始熔体的初振动，其特征在于，引发频率彼此不同的初振动，其中最大和最小振动频率之间的差异为最大振动的至少5％。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述坩埚内壁、熔体气氛和/或半导体熔体沿径向环绕的接触区表现出至少一个其物理或化学特征的变化。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述特征呈现第一状态和第二状态，且所述特征沿环绕的接触区的变化使得其从第一状态逐步或逐渐变成第二状态。4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述特征从第一状态向第二状态的逐步或逐渐变化在接触区周长的至少1/10上延伸。5.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述特征从第一状态向第二状态的逐步或逐渐变化在接触区周长的至少1/3上延伸。6.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述特征呈现第一状态和第二状态，且所述特征沿环绕的接触区的变化使得其第一状态和其第二状态交替。7.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述特征在接触区周长的至少1/10上呈现其第二状态。8.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述特征在接触区周长的至少1/3上呈现其第二状态。9.根据权利要求3的方法，其特征在于，沿环绕的接触区变化的特征是熔体气氛的化学组成和/或其温度。10.根据权利要求3的方法，其特征在于，沿环绕的接触区变化的特征是坩埚内壁的内部结构、化学组成、表面情况和/或温度。11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述化学组成由坩埚内壁的石英玻璃的羟基含量确定，所述羟基含量沿环绕的接触区在最大浓度COH,max和最小浓度COH,min之间变化。12.根据权利要求11的方法，其特征在于，最小浓度COH,min小于最大浓度COH,max的80%。13.根据权利要求11的方法，其特征在于，最小浓度COH,min小于最大浓度COH,max的60%。14.根据权利要求10至13任一项的方法，其特征在于，所述化学组成由坩埚内壁的石英玻璃的类型确定，其是由合成制成的原材料制造的石英玻璃或由天然原材料制成的石英玻璃或是所述石英玻璃类型的混合物，且石英玻璃类型的浓度沿环绕的接触区改变至少一次。15.根据权利要求10至13任一项的方法，其特征在于，坩埚内壁的表面情况由在1厘米测量长度上测得的坩埚内壁的平均表面粗糙度Ra的值确定，其中平均表面粗糙度沿环绕的接触区在最大值Ra,max和最小值Ra,min之间变化。16.根据权利要求15的方法，其特征在于，最小值Ra,min小于最大值Ra,max的80%。17.根据权利要求15的方法，其特征在于，最小值Ra,min小于最大值Ra,max的60%。18.根据权利要求10至13任...

【专利技术属性】
技术研发人员：M许纳曼，T凯泽，W勒曼，
申请(专利权)人：赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE