本发明专利技术涉及一种根据左科拉斯基法自保持在转动坩埚内的熔体中抽拉出单晶以生产硅单晶的方法，该单晶在一生长结晶面处生长，并通过一流向生长结晶面的热通量将热量特意地供给至生长结晶面的中心。本发明专利技术还涉及硅单晶，该硅单晶的氧含量为４×１０↑［１７］厘米↑［－３］至７．２×１０↑［１７］厘米↑［－３］、硼或磷的径向浓度变化低于５％并无聚集的固有点缺陷，并涉及由该硅单晶分离出来的半导体晶片、以聚集的空位缺陷（ＣＯＰｓ）作为唯一的固有点缺陷类型的半导体晶片、以及具有特定其它缺陷分布的半导体晶片。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种根据左科拉斯基法(czochralski method)从保持在转动的坩埚内的熔体中抽拉出单晶以生产硅单晶的方法，其中该单晶在一生长结晶面(或结晶前沿)处生长，本专利技术还涉及硅单晶以及由该硅单晶分离出来的半导体晶片。
技术介绍
众所周知，生产直径200毫米或更大的单晶代表着一项重大挑战，其原因在于在尽可能小的公差范围内特意调节径向晶体特性极为困难。这适用于杂质或掺杂物的浓度，特别适用于晶体缺陷、固有或自我点缺陷(self-point defect)及其聚集体。固有点缺陷包含填隙硅原子(硅自有空隙)以及空位，这些空位是在单晶生长结晶面处形成。这些空位主要确定以后单晶内所发生的径向以及轴向缺陷分布，而且这些空位还影响所发生的杂质分布。例如，空位是导致氧沉淀的原因。当这些空位尺寸超过约70纳米时，氧沉淀物形成氧致堆垛层错(OSFs)。这些空位本身可结合成聚集体并形成所谓的COPs(结晶起因微粒)。填隙原子的聚集体形成局部晶体位错，由于所用检测方法的原因，这些局部晶体位错也称为LPITs(大型腐蚀坑)。生长结晶面处以及固化单晶内的氧浓度以及热状况可确定晶体缺陷以及杂质的特性及分布。抽拉单晶时的热状况由热源(即所用加热元件)以及固化期间所释放的结晶热体现出来。例如，经由熔体内的流动，通过辐射、热传导以及热输送将热能转移至单晶。生长结晶面附近热量的移除主要取决于单晶边缘所辐射的热以及单晶的热耗散。总体而言，拉晶系统的设计(即经由热传导部件的几何配置以及热屏蔽)以及额外的热源可影响热预算。加工条件，例如生长速率、透过拉晶系统的惰性气体的压力、数量、种类以及流速实质上进一步影响热平衡。例如，增加惰性气体的压力以及数量将降低温度。较快的拉晶速率可产生更多的结晶热。熔体内输送热的流动极难预测。通常围绕坩埚呈环状配置的加热元件会在熔体内产生对流作用。结合单晶及坩埚常用的逆向转动，这将导致熔体内的运动模式，其特征是，坩埚边缘处的熔体向上流动以及生长中单晶的下方熔体向下流动。如若干实验所显示，熔体的运动还与坩埚以及单晶的转动角度和方向有关。例如，同向转动及逆向转动可产生极不相同的对流模式。通过同向转动进行拉晶已经被研究(苏莱纳/胡伯，晶体8，斯普林格尔出版公司，柏林海德堡，1982，第44至46页)。与同向转动相比，通常以逆向转动为佳，这是因为逆向转动可导致富氧物质较少以及晶体生长条件的稳定性大幅提高。同向转动的变通方法通常在工业上不被采用。在熔体内输送热以及氧的流动体也可被由所施加的电磁场所导致的力影响。静态场或动态场可改变熔体内流动体的角度和方向，因此可获得不同的氧含量。这些电磁场主要用以控制氧。磁场有许多使用方式，例如静电磁场(水平、垂直和CUSP磁场)、单相或多相交变磁场、转动磁场以及移动磁场。例如，根据专利申请US-2002/0092461 A1，为控制混入单晶的氧，采用一移动磁场。又如，在发表于晶体生长学报230(2001)第92至99页、名称为“在稳定和动态磁场的影响下，大直径CZ-晶体生长中硅熔体流动的数字研究”的文献中，给出了磁场对熔体运动的影响的最新数字模拟。晶体生长结晶面处的径向温度分布对晶体的特性极为重要。该径向温度分布主要取决于单晶边缘所辐射的热量。通常，单晶边缘处的温度下降远比其中心处更为显著。轴向温度下降通常以G(轴向温度梯度)表示。其径向变化G(r)主要确定固有点缺陷分布以及其它晶体特性。由热预算所产生的温度梯度G的径向变化通常可通过数字模拟计算确定。由不同生长速率下径向晶体缺陷分布的特性可以实验方式确定温度梯度的径向变化。就晶体缺陷的产生而言，比率V/G(r)非常重要，其中G(r)是单晶生长结晶面处的轴向温度梯度，且视单晶内的径向位置(半径r)而定，V是自熔体抽拉单晶的速率。若比率V/G大于一临界值k1，则容易发生空位缺陷(空位)，例如，这些空位可聚集而被识别为COPs(晶体起因微粒)。根据检测方法的不同，这些空位缺陷有时称作LPDs(光点缺陷)或LLSs(局部化光散射点)。由于V/G呈径向递减方式分布，最大的COPs最常发生在晶体中心。通常其直径约为100纳米，因而导致元件制作方面的问题。COPs的尺寸和数目由空位的初始浓度、冷却速率以及聚集过程中杂质的出现决定。例如，氮的出现将导致尺寸分布朝着较小COPs的方向移动且缺陷密度较大。若比率V/G低于一临界值k2(小于k1)，则固有点缺陷则主要以填隙原子(硅自有空隙)的形式出现，这些填隙原子也可形成聚集体且在显微镜下看为位错环。这些位错环经常称作A涡旋，较小者则形成B涡旋或因其外观所致则简称LPIT缺陷(大腐蚀坑)。LPITs的大小通常高达10微米。通常，即使外延层也不能将这些缺陷完全加以覆盖。这些缺陷同样也可损及制作在硅晶片上的电子元件的功能。以最广义而言，凡既不发生空穴聚集作用又不发生填隙原子聚集作用的区域(即V/G处于k1和k2之间的区域)被称作中性区域或完美区域。晶体自过量空位转变至过量填隙原子时的V/G值位于k1和k2之间，且在文献中称作临界极限Ccrit＝1.3×10-3厘米2分钟-1K-1(安蒙，晶体生长学报，151，1995，第273至277页)。但是，以更狭义而言，仍有自由未聚集空位的区域与自由填隙原子的特殊区域也有显著差异。也称作V区域(空位)的空位区域的特征是，若单晶的氧含量足够高，该处可产生氧致堆垛层错，而i区域(空隙)仍保持完全无缺陷。所以，以更狭义而言，仅i区域是实际上的完美结晶区域。直径超过约70纳米的大的向内生长的氧沉淀物也可显示为氧致堆叠层错(OSFs)。为此，自该单晶切割下来的晶片被施以特别的热处理(称作湿氧化作用)。拉晶过程中所产生的氧沉淀物(有时也称作长成的BMDs，大量微缺陷)的生长速率由硅晶格内的空位予以促进。因此，OSFs主要在V区域内产生。若拉晶条件可加以适当调节以使缺陷函数V/G(r)的径向分布位于COP或LPIT形成的临界范围内，则单晶将实际上无缺陷。但是，这种情形不易得到，尤其是当抽拉的单晶直径相对较大时，这是因为G值主要因径向位置r而异。通常，由于辐射热损失，晶体边缘处的温度梯度G远大于中心处。缺陷函数V/G(r)或温度梯度G(r)的径向分布可导致自单晶切割下来的半导体晶片上具有数个缺陷区域。COPs最好发生在中心位置。聚集空位的尺寸分布由生长结晶面附近单晶的冷却速率记录下来。通过高的冷却速率(超过2K/分钟)或在熔点至约1100℃的温度范围内的短暂驻留时间，或者通过将氮掺入熔体内，可以将COPs的尺寸分布自少数大型COPs转变成许多小型、低度混乱的COPs。此外，在COP区域内，发现这样的径向尺寸分布，即随着半径的增加，将形成更小的缺陷。由于空位与氧沉淀物的相互作用，继COP区域之后是一氧致堆垛层错环(OSF)。在此区域之外则是一完全无缺陷的区域，该区域再与一具有由空隙聚集体(LPITs)组成的晶体缺陷的区域邻接。在单晶边缘处，该间隙原子随热条件的改变而扩散，所以该处也可产生一厘米宽的无缺陷环。艾顿逊/普沙诺夫在《无机材料》，第33卷、第3期，1997，第219至255页中，曾详细讨论了发生晶体缺陷的区域与径向V/G分布的关系。该文章曾提出一些制造无缺陷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种根据左科拉斯基法自保持在转动的坩埚中的熔体中抽拉出单晶以生产硅单晶的方法，该单晶在一生长结晶面处生长，其特征在于，通过一流向生长结晶面的热通量将热量特意地供给至生长结晶面的中心。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维尔弗里德冯安蒙，贾尼斯维尔布利斯，马丁韦伯，托马斯韦策尔，赫伯特施密特，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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