一种用于按照直拉法制备硅单晶锭的方法。用于生产单晶硅锭的方法包括在从固化温度到不低于约１３２５℃的温度范围内在生长晶体恒定直径部分的过程中控制（ｉ）生长速度Ｖ，（ｉｉ）平均轴向温度梯度Ｇ＃－［０］，以便起初在晶锭的恒定直径部分中产生一系列主要的本征点缺陷，上述本征点缺陷包括若干空位为主的区域和硅自填隙为主的区域，上述两种区域沿着轴线交错，并将晶锭从固化温度以一定速率冷却，在上述速率下让硅自填隙原子在径向上扩散到侧表面和在轴向上扩散到空位为主的区域，以便降低每个区域中的本征点缺陷浓度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及在制造电子元件中使用的半导体级单晶硅的制备。更具体地说，本专利技术涉及一种用直拉法生产单晶硅锭的方法，上述单晶硅锭的相当大部分基本上没有附聚的本征点缺陷，其中改变晶体生长条件，以便起初在晶锭的恒定直径部分内产生交错的硅自填隙为主的材料和空位为主的材料的各个区域。空位为主的材料各个区域起自填隙可以向其扩散和湮灭的沟道作用。近年来，人们已认识到，单晶硅中大量缺陷是在晶体固化之后冷却时于晶体生长室中形成。这些缺陷部分是由于存在过量(亦即浓度高于溶度限)的本征点缺陷而产生，上述本征点缺陷通常称为空位和自填隙。从熔体生长的硅晶体通常是在一种本征点缺陷或另一种本征点缺陷，或者是晶格空位(“V”)或者是硅自填隙(“I”)过量的情况下生长。有人提出，硅中的这些点缺陷的类型和初始浓度是在固化时确定，并且如果这些浓度达到系统中临界过饱和程度，并且点缺陷的迁移率足够高，则可能发生一种反应或一种附聚现象。硅中附聚的本征点缺陷会严重影响在生产复杂和高集成电路中材料的生产率潜力。人们认为空位型缺陷是一些可观察的晶体缺陷如D缺陷，流动图形缺陷(FPD)，栅氧化物完整性(GOI)缺陷，晶体原生粒子(COP)缺陷，晶体原生轻微点缺陷(LPD)，及某些类可用红外光散射技术如扫描红外显微镜和激光扫描层析X射线照相术观察的体缺陷的起源。另外在过量空位的区域中存在的是起到环氧化诱生堆垛层错(OISF)成核作用的缺陷。据推测，这种特殊的缺陷是和一种由存在过量空位催化的高温成核氧化附聚物。涉及自填隙的缺陷很少充分研究。一般把它们看成是低密度填隙型位错环或网络。这些缺陷不是栅氧化物完整性破坏的主要原因，但广泛认为它们是通常与漏电流问题有关的其它类型器件失效的原因，上述栅氧化物完整性破坏是一个重要的晶片性能判据。在直拉硅中这些空位和自填隙附聚的缺陷密度惯常是在约1×103/cm3-1×107/cm3的范围内。尽管这些值比较低，但附聚的本征点缺陷对器件制造者来说具有迅速日益增加的重要意义，并且实际上，现在被看成是器件制造过程中限制生产率的因素。业已提出了一种控制附聚缺陷形成的方法，该方法是在从熔化的硅体固化形成单晶硅时，通过控制从熔化的硅体中生长单晶硅锭的生长速率(V)及对于一规定的温度梯度控制生长中的晶体的固-液界面附近轴向温度梯度G，来控制点缺陷的初始浓度，其中较高的生长速率往往会产生富空位的材料，而较低的生长速率产生富填隙的材料用于一规定的温度梯度。尤其是，已有人提出轴向温度梯度的径向变化不大于5℃/cm或更小。例如参见Iida等的EP0890662。然而，这种方法要求严格的设计和控制拉晶机的热区。业已提出了另一种控制附聚缺陷形成的方法，该方法是在从熔化的硅体固化形成单晶硅时控制空位或填隙点缺陷的初始浓度，并控制晶体从固化温度到约1050℃温度的冷却速率，以便让硅自填隙原子或空位朝晶锭的侧表面径向扩散或彼此相对扩散形成再结合，因而抑制本征点缺陷的浓度，以使空位系统或填隙系统的过饱和保持在低于发生附聚反应的值处。例如参见Falster等的美国专利No.5,919,302和Falster等，WO 98/45509。尽管这些方法可以成功地用于制备基本上设有附聚的空位或填隙缺陷的单晶硅，但可能需要大量时间供空位和填隙充分扩散之用。这可能会降低拉晶机生产率。因此，概括地说，本专利技术针对一种用于制备单晶硅锭的方法，上述单晶硅锭的相当大一部分基本上没有附聚的本征点缺陷。该方法包括控制生长速度V和平均轴向温度梯度G0，以便将比值V/G0改变到开始在晶锭的恒定直径部分中产生两个或两个以上其中晶格空位是主要本征点缺陷的区域，这些区域被一个或一个以上其中硅自填隙原子是主要本征点缺陷的区域分开。其中晶格空位开始是主要本征点缺陷的区域具有一个轴向长度Lvac和一个以晶锭轴线朝侧表面延伸的半径Rvac，该半径Rvac至少约为晶体恒定直径部分半径R的10％。其中硅自填隙原子起初是主要本征点缺陷的一个或一个以上区域具有一个轴向长度Lint，并横跨硅单晶恒定直径部分的直径R延伸。上述各区域从固化温度以一定的冷却速率冷却，在上述冷却速率下让硅自填隙原子和空位从各区域扩散和再结合，以便减少在硅自填隙原子起始是主要本征点缺陷的各区域中的硅自填隙原子浓度，和减少在晶格空位起始是主要本征点缺陷的各区域中的晶格空位浓度。本专利技术还针对一种用于制备硅单晶锭的方法，上述硅单晶锭的相当大一部分基本上没有附聚的本征点缺陷。该方法包括控制生长速度V，以便在晶锭的恒定直径部分中开始产生两个或两个以上其中晶格空位是主要本征点缺陷的区域，上述两个或两个以上区域沿着轴线被一个或一个以上其中硅自填隙原子是主要本征点缺陷的各区域分开。其中晶格空位开始是主要本征点缺陷的区域具有一个轴向长度Lvac和一个从晶锭轴线朝侧表面延伸的半径Rvac，上述半径Rvac至少约为晶体恒定直径部分半径R的10％。其中硅自填隙原子开始是主要本征点缺陷的各区域具有一个轴向长度Lint，并跨过硅单晶恒定直径部分的整个半径R延伸。各区域从固化温度以一定的速率冷却，上述冷却速率让硅自填隙原子和空位从各区域扩散和再结合，以便减少其中硅自填隙原子起初是主要本征点缺陷的区域中硅自填隙原子的浓度，和减少其中晶格空位起初是主要本征点缺陷的区域中晶格空位的浓度。本专利技术还针对一种具有恒定直径部分的单晶硅锭，上述单晶硅锭具有多个轴向上对称的区域，这些对称的区域沿着晶锭的轴线在一其中空位是主要本征点缺陷的区域和一其中填隙是主要本征点缺陷的区域之间交错，上述晶锭具有至少两个基本上没有附聚的填隙缺陷的填隙为主的区域，上述两个填隙为主的区域沿着晶锭恒定直径部分的轴线被一空位为主的区域分开。本专利技术的另一些目的和特点一部分是显而易见的，一部分在后面指出。图2是示出对一规定的自填隙的初始浓度为形成附聚的填隙缺陷所需的自由能变化ΔG1如何随温度T降低而增加的一个例子曲线图。图3是通过急冷晶锭经过一温度范围所制备的晶锭横截面图像，在上述温度范围下附聚的本征点缺陷成核。图4是将具有经受B缺陷湮灭热处理之前的B缺陷的晶片与具有经受了B缺陷湮灭热处理之后的B缺陷的晶片进行比较的图像。优选实施例详细说明根据到目前为止的实验资料，本征点缺陷的类型和初始化浓度似乎是当晶锭从固化温度(亦即约1410℃)冷却到大于1300℃(亦即至少约1325℃，至少约1350℃或甚至至少约1375℃)的一个温度时开始确定。也就是说，这些缺陷的类型和初始浓度受比值V/G0控制，此处V是生长速度和G0是在这个温度范围内的平均轴向温度梯度。在空位为主和填隙为主的材料之间的转变发生在V/G0的一个临界值处，根据以前可获得的信息似乎是约2.1×10-5cm2/sK，此处G0是在上述温度范围内轴向温度梯度恒定的条件下测定。在这个临界值处，这些本征点缺陷的最终浓度相等。如果V/G0值超过临界值，则空位是主要的本征点缺陷，并且空位的浓度随V/G0增加而增加。如果V/G0值小于临界值，则硅自填隙是主要的本征点缺陷，并且硅自填隙浓度随V/G0增加而增加。比值V/G0，及因此在一特定区域中开始占优势的本征点缺陷类型可以通过控制温度梯度G0，生长速率V，或是通过控制G0和V二者进行控制。然而，优选的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备硅单晶的方法，其中熔化的硅按照直拉法固化成一种晶体，以便形成一个晶锭，该晶锭具有一个中心轴线，一个籽晶锥，一个端锥，一个在籽晶锥和端锥之间具有一侧表面的恒定直径部分，及一个从中心轴线延伸到侧表面至少约７５ｍｍ的半径Ｒ，恒定直径部分具有一个轴向长度Ｌ，该方法包括： 控制一个比值Ｖ／Ｇ↓［０］，其中Ｖ是生长速度，和Ｇ↓［０］是在晶体的恒定直径部分生长过程中，在从固化温度到不低于１３２５℃的温度范围内的平均轴向温度梯度，以便在晶锭的恒定直径部分中开始产生一系列沿着轴线交错的占优势的本征点缺陷，一系列缺陷包括若干空位为主的区域Ｎ↓［ｖａｃ］和硅自填隙为主的区域Ｎ↓［ｉｎｔ］，其中Ｎ↓［ｖａｃ］至少为２和Ｎ↓［ｉｎｔ］至少为１，每个空位为主的区域都具有一个轴向长度Ｌ↓［ｖａｃ］和一个从晶锭轴线朝侧表面延伸的半径Ｒ↓［ｖａｃ］，该半径Ｒ↓［ｖａｃ］至少为晶体恒定直径部分半径Ｒ的１０％，每个硅自填隙为主的区域都具有一个轴向长度Ｌ↓［ｉｎｔ］，和一个径向宽度，该径向宽度等于硅单晶恒定直径部分的半径Ｒ； 从固化温度以一定速率冷却上述各区域，在上述速率下让硅自填隙原子在径向上扩散到侧表面和在轴向上扩散到空位为主的区域，以便降低起初硅自填隙原子是主要本征点缺陷的各区域中的硅自填隙原子的浓度，及降低起初晶格空位是主要本征点缺陷的各区域中晶格空位的浓度。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：V沃龙科夫，RJ法尔斯特，M巴纳，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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