控制重掺锑或砷的硅片中氧含量的方法和装置制造方法及图纸

一种在按照引上法从熔体提拉单晶硅棒中调节氧浓度和分布的方法和装置，熔体任选地掺杂锑或砷，且熔体上方保持一种气氛。在批量式生长工艺中，当熔体固化部分增加时，逐渐增加熔体上方气氛的气体压力使之超过１００乇。在连续式生长工艺中，熔体上方气氛的气体压力保持在或接近超过１００乇的恒定值。该工艺和装置进一步的特征在于使用控制的惰性气体流，以便将蒸汽和微粒从硅棒和熔体表面去除，使得制造的单晶硅棒具有零位错。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及调节氧在硅单晶棒内的浓度和分布的方法和装置，其中硅单晶棒，任选地掺杂锑或砷，是按照引上法(Czochralski)制备的；具体涉及的方法和装置中，熔体上方气氛的气体压力在晶体生长工艺期间调节到超过100乇的数值。硅晶体中的氧具有有益和有害两种作用。在制造电子器件期间进行的各种热处理工艺中，晶体中的氧会造成诸如沉淀物、位错环和堆垛层错等缺陷。另外，还会在器件中造成电活性缺陷使器件具有较差的性能。然而晶体中氧的存在可增大硅片的机械强度，并且晶体缺陷由于捕获重金属杂质而改良整形产物的屈服点。因此，硅晶体中氧含量是产品质量的一个重要因素，必须根据硅片的实际使用要求来仔细控制。在常规引上方法中，硅熔体盛在石英坩埚内。生长期间，一些石英以氧和硅或氧-硅复合体形式溶入熔体。一部分溶解的氧或氧-硅复合体迁移到熔体的自由表面并蒸发成一氧化硅。另一部分溶解的氧或氧-硅复合体结合进入生长的晶体。剩余的氧或氧-硅复合体残留在硅熔体。继续生长晶体时，熔体自由表面面积保持恒定而坩埚内熔体水平面却下降。当熔体水平面下降时，接触熔体的坩埚表面面积减少，则结合进入晶体的氧也减少。最后的效果是熔体的体积氧含量降低，造成在硅棒生产中氧含量轴向降低。作为掺杂剂锑或砷的添加使氧含量的降低日趋严重，出现公知的氧衰减现象。氧衰减归因于一氧化硅气体在熔体自由表面上蒸汽压力的增加，这是熔体中锑或砷的存在造成的。这种蒸汽压力的增加使得一氧化硅的蒸发速率加大，造成熔体内体积氧含量更低。已有控制单晶硅和掺锑单晶硅氧含量的工艺报导。例如，Seki在US5423283中公开一种控制掺锑单晶硅棒中氧含量的方法，其中(i)在晶体生长过程中逐渐增加坩埚转速，或(ii)将石英坩埚转速中的类似脉冲式的变化叠加在连续增加坩埚转速过程中上。但是在两者的情况下，舱室内气氛保持在7-38乇范围的压力。Oda等人在US5131794中公开一种控制由引上法制备单晶硅中氧含量的方法，其中通过相对于晶体长度或历经时间来控制舱室内压力和惰性气体引入舱室的供给速度。这个方法既可通过降低惰性气体进入舱室的流动又可通过增加舱室压力来减缓一氧化硅的蒸发速度。lzunome等人的文章中，“调整环境压力在提拉(CZ法)重掺锑晶体中氧含量的控制”MatRes.Soc.Symp.Proc.，Vol.378(1995)，pp.53-58，也揭示从掺锑硅熔体中的蒸发一氧化硅可通过增加熔体上方压力来抑制。发现在100乇恒定压力下拉出的掺锑硅棒与30乇恒定压力下的相比，有更高的氧含量。但是Oda等人和lzunome等人公开的方法没有着手解决当压力超过50乇时舱室内所密封的蒸汽造成的问题和随着压力增加时造成的更为严重的问题。当熔体上方压力增加时，不稳定的一氧化硅蒸汽易于反应形成二氧化硅和硅微粒。如果这种微粒接触硅棒或熔体表面，则形成晶体内的位错或晶体缺陷。另外，如果不将其从舱室除去，则捕获的蒸汽和微粒将沉积在晶体提拉器的视窗表面部分。在进行提拉工艺时，这种沉积将阻碍操纵者观察舱室和硅棒而干扰晶体提拉工艺。因此在本专利技术目的之中，关注的是按照引上法从硅熔体提拉的、具有从中等到高等氧含量(亦即ASTM标准F-121-83，13-18PPMA，每百万原子的份数)的单晶硅棒中控制氧含量方法的措施；提拉任选地掺锑或砷单晶硅的上述这种方法的措施；采用提高压力来影响氧含量的这种方法的措施；在生产单晶硅棒期间去除蒸汽和微粒的这种方法的措施；和在生长工艺期间工艺设备免受蒸汽和微粒沉积的这种方法的措施。本专利技术的这些目的和特点之中进一步关注的是蒸汽和微粒被吹洗出晶体提拉器的晶体提拉器的措施；吹洗气体的高速幕帘将蒸汽和微粒抽吸到晶体提拉器排放口的这种晶体提拉器的措施；基本限制蒸汽和微粒在邻近熔体区域的这种晶体提拉器的措施；抑制材料沉积在视窗部分的这种晶体提拉器的描施。因此，本专利技术主要涉及控制单晶硅棒中氧含量的方法，其中晶体硅棒按照引上法从硅熔体(任选地含有锑或砷作掺杂剂)提拉。可批量式进行晶体生长工艺，其中是将多晶硅一次装料在坩埚内并且随着固化单晶的增加而硅熔体的水平面降低，或者连续式工艺，其中多晶硅连续装入坩埚以便使得在固化单晶增加时保持相对恒定的硅熔体水平面。在批量式的实施方案中，随着硅熔体固化部分的增加，熔体上方气氛的气体压力逐渐增加。在连续式的实施方案中，熔体上方气氛的气体压力被保持在或接近恒定值。在上述两者的实施方案中，晶体生长期间皆达到超过100乇的气体压力。本专利技术进一步涉及去除生产单晶硅棒期间产生的蒸汽和微粒的方法，此单晶硅棒是按照引上法提拉的。该去除方法包括用吹洗气体的幕帘吹洗晶体提拉器内的气氛，其中吹洗气体的作用是从熔体和硅棒径向朝外吸出蒸汽和微粒。在优选实施方案中，使用一种盖罩将坩埚上方的部分气氛隔离。本专利技术进一步涉及去除生产单晶硅棒期间产生的蒸汽和微粒的装置。该装置包括一个内有晶体生长舱室和提拉舱室的外壳，一种吹洗体系，该体系从硅棒表面和坩埚中间上方径向朝外吸出蒸汽和微粒，和一个让吹洗气体体系夹杂的蒸汽和微粒去除的排放口。在优选实施方案中，使用一种盖罩隔离坩埚上方的部分气氛。本专利技术还涉及防止凝聚物和微粒在晶体提拉器视窗部分沉积的一种装置。这种装置采用多个薄挡板和惰性气流，使得在晶体生长舱室内的蒸汽停滞和沉积在挡板表面。在优选实施方案中，使用一种牺牲性视窗来防止晶体提拉器视窗部分的任何沉积。本专利技术的其他目的随着下文分成几部分的指明将逐步地更加明了。图1是按照本专利技术实施方案含有引上生长晶体舱室的晶体提拉器截面示意图；图2是图1放大的晶体提拉器局部截面图；图3是晶体生长舱室内使用盖罩的底部平面图；图4是显示一种选择性实施方案吹洗体系的晶体提拉器局部截面图；图5是显示本专利技术挡板的晶体提拉器局部放大视图；图6是视窗部分挡板的底部透视图，其中部分剖开以显示内部结构；图7是视窗部分的顶部平面图，其中部分剖开以显示内部结构；及图8说明使用本专利技术生产的三根硅棒的轴向氧含量，以及使用常规压力条件得到的轴向氧含量范围的曲线。在附图的一些视图中相应的参考数字符号表示相应的部件。参看图1，按照本专利技术原理构造的晶体提拉器一般表示为1。晶体提拉器包括围绕一定容积的外壳3，所述容积内含晶体生长舱室5和晶体提拉舱室7。外壳是气密的，以便维持两个舱室内所控制的气氛。外壳上视窗部分9可观察晶体生长工艺。晶体生长舱室5内的坩埚11由圆筒形石墨加热盘13环绕，加热盘安装在电极15上，而加热盘连接一个电源(未画出)。坩埚11安装在转台17上，转台17有个连接到坩埚驱动装置(未画出)以使坩埚绕中心轴A旋转的轴19，并且在需要时可升高或降低坩埚。坩埚11顶部敞开且可盛有一定量的硅熔体。单晶硅棒21从熔体23提拉，自固定在夹具25内的籽晶(未画出)开始提拉，所述夹具25结合在连接支承结构29的提拉杆27上。具有倒杯形状的盖罩31由内壁33支承，并且起的作用是将垂直坩埚11上方晶体生长舱室内的气氛部分与其余气氛隔离。盖罩31由高纯石英制造，或者由生长期间不沾污坩埚内熔体并可被加热防止蒸汽的凝聚物沉积在其表面的其他的合适材料制造。在盖罩31顶部的中央开口35(见图3)在提拉工艺继续进行时可让硅棒21穿过。盖罩31还有个开口36A，可以允许通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制按照引上法从硅熔体提拉的单晶硅棒中氧含量的方法，其中熔体处于熔体上方保持一种气氛的晶体提拉器的气密密封舱室内，该方法包括当单晶硅棒从含有硅成分的熔体生长时将气氛的气体压力调节到超过１００乇的数值。

【技术特征摘要】
US 1996-10-15 7325271.一种控制按照引上法从硅熔体提拉的单晶硅棒中氧含量的方法，其中熔体处于熔体上方保持一种气氛的晶体提拉器的气密密封舱室内，该方法包括当单晶硅棒从含有硅成分的熔体生长时将熔体上方气氛的气体压力调节到超过100乇的数值，并且从熔体中吸走蒸汽和微料。2.根据权利要求1的方法，其中熔体含有选自锑和砷的掺杂剂。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD霍尔德，
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]