单晶硅的制造方法技术

本发明专利技术提供一种单晶硅的制造方法，包括通过柴式拉晶法成长单晶硅，其中至少满足以下条件(a)和(b)：(a)保存硅熔汤的坩埚的旋转速度小于5rpm，且单晶硅和坩埚之间的旋转速度差值大于10rpm；以及(b)在单晶硅的周围配置倒圆锥状的热遮罩，且通过热遮罩顶部的惰性气体的流速比通过在热遮罩的底部和硅熔汤的液面之间区域的惰性气体的流速慢5至10倍。

Manufacturing method of monocrystalline silicon

The present invention provides a method for manufacturing monocrystalline silicon, including growing monocrystalline silicon by diesel-type crystallization method, in which at least the following conditions (a) and (b) are satisfied: (a) the rotation speed of the crucible for preserving the silicon melt soup is less than 5 rpm, and the difference of rotation speed between the monocrystalline silicon and the crucible is greater than 10 rpm; and (b) the inverted cone is arranged around the monocrystalline silicon. The inert gas flowing through the top of the heat shield is 5 to 10 times slower than that flowing through the area between the bottom of the heat shield and the liquid level of the silicon melt soup.

【技术实现步骤摘要】
单晶硅的制造方法
本专利技术涉及一种单晶成长方法，尤其涉及一种单晶硅的制造方法。
技术介绍
近年来，半导体产业蓬勃发展，其中硅晶圆为半导体产业最基本的必需品。单晶硅的成长方法包括悬浮带区法(floatingzonemethod)、柴式拉晶法(Czochralskimethod,CZ)等。在这些方法之中，柴式拉晶法由于具有较佳的经济效益，已经成为目前大尺寸晶圆的主要成长方法。在柴式拉晶法期间，于保持减压下的惰性气体气氛的腔室中，将晶种浸入保存硅熔汤的坩埚中，浸入的晶种逐渐被拉出，从而在晶种下成长单晶硅。另外，在柴式拉晶法中，为了控制单晶硅成长的温度梯度，会使用圆柱状或倒圆锥状的热遮罩设置在单晶硅的周围以隔离辐射热。近来，用于成长高电阻硅晶体的柴式拉晶法存在一个问题，例如电阻超过1000ohm·cm的单晶硅的成长。也就是说，硅熔汤中的杂质可能影响的成长出的单晶硅品质。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种制造单晶硅的方法，以减少最终形成的单晶硅中的杂质。本专利技术提供一种单晶硅的制造方法，包括通过柴式拉晶法成长单晶硅，其中至少满足以下条件(a)和(b)：(a)保存硅熔汤的坩埚的旋转速度小于5rpm，且单晶硅和坩埚之间的旋转速度差值大于10rpm；以及(b)在单晶硅的周围配置倒圆锥状的热遮罩，通过热遮罩顶部的惰性气体的流速比通过在热遮罩的底部和硅熔汤的液面之间区域的惰性气体的流速慢5至10倍。在本专利技术的一实施例中，上述坩埚的旋转速度大于0.002rpm且小于5rpm。在本专利技术的一实施例中，上述的单晶硅和坩埚之间的旋转速度差值为16rpm以上。在本专利技术的一实施例中，上述的单晶硅和坩埚之间的旋转速度差值为16rpm～30rpm。在本专利技术的一实施例中，上述的单晶硅和坩埚的旋转方向相同。在本专利技术的一实施例中，上述的单晶硅和坩埚的旋转方向相反。在本专利技术的一实施例中，上述的惰性气体包括氩气。在本专利技术的一实施例中，上述的柴式拉晶法还可包括提供氮气。在本专利技术的一实施例中，上述的柴式拉晶法为外加1500gauss～4000gauss的水平磁场的柴式拉晶法。在本专利技术的一实施例中，上述的硅熔汤设置在上述水平磁场的最高强度的80％内。在本专利技术的一实施例中，上述的硅熔汤设置在上述水平磁场的最高强度的90％～100％。在本专利技术的一实施例中，上述热遮罩的底部与硅熔汤的液面之间的高度设计成使通过热遮罩的底部和硅熔汤的液面之间的截面积的惰性气体的流速比通过在热遮罩的顶部的截面积的惰性气体的流速快5至10倍。在本专利技术的一实施例中，上述惰性气体流向硅熔汤的液面的截面积与惰性气体流出硅熔汤的液面的截面积的比例为0.25～1。在本专利技术的一实施例中，上述坩埚的周围还可配置一第一加热器，且第一加热器的长度与上述坩埚的高度的比为1～2。在本专利技术的一实施例中，上述坩埚的下方还可配置一第二加热器，且第二加热器的宽度与上述坩埚的内径的比为0.3～0.9。基于上述，具有大于1000ohm·cm的高电阻的大尺寸单晶硅，可以通过本专利技术的单晶硅制造方法来实现。此外，单晶硅可以具有大于125mm的直径和(100)或(111)的晶体方向。由于根据本专利技术可有效地将杂质局限在贴近坩埚的侧壁上，所以能减少杂质在硅熔汤中的沉淀，并且可以减少产生在单晶硅中的杂质。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是依照本专利技术的一实施例中用于柴式拉晶法的装置示意图；图2是依照本专利技术的所述实施例中的热遮罩与硅熔汤液面的示意图；图3显示硅熔汤所对应的磁场强度的曲线图；图4是依照本专利技术的所述实施例中的坩埚与第一加热器的示意图。附图标号说明：100：坩埚102：硅熔汤102a：液面104：支撑件106：第一加热器108：磁场供应器110：拉杆112：单晶硅114：热遮罩114a：顶部114b：底部116：内壁118：外壁120：第二加热器A1：第一截面积A2：第二截面积A3：第三截面积A4：第四截面积H1、H2：高度L：长度r：内径R：半径S：固定位置W：宽度X：最高点具体实施方式下文中参照附图来更充分地描述本专利技术。然而，本专利技术可以多种不同的形式来实践，并不限于文中所述的实施例。在附图中，各元件可能没有按照实际比例来说明。图1是依照本专利技术的一实施例中用于柴式拉晶法的装置示意图。请参照图1，其中显示一种用于柴式拉晶法的装置，然而本专利技术不限于此。在其他实施例中，本专利技术的方法可以应用于其他适合的装置。图1的装置基本上包括用于保存一硅熔汤102的坩埚100、用于支撑坩埚100的一支撑件104、配置在坩埚100的周围用于加热硅熔汤102的一第一加热器106、围绕坩埚100的一磁场供应器108、位于硅熔汤102上方用以向上拉伸并形成一单晶硅112的一拉杆110以及用于隔绝来自第一加热器106的热且位于硅熔汤102上方并围绕在单晶硅112周围的一热遮罩114，其中热遮罩114为倒圆锥状，且具有面向单晶硅112的一内壁116与远离单晶硅112且面向坩埚100的一外壁118。另外，在坩埚100下方还可配置一第二加热器120，以从底部加热硅熔汤102，且坩埚100与第二加热器120是同轴。在柴式拉晶法中，拉杆110的拉伸速度已知是受到被拉的单晶硅112的轴向温度梯度所控制以及受到硅熔汤102的液-固界面的环境温度梯度所控制。此外，在柴式拉晶法期间，惰性气体是以设计好的压力/流速供应到图1的装置中，并且可选地，将氮气(N2)进一步供应至所述装置中。为了成长较低杂质(例如：氧或金属)含量的高电阻单晶硅，根据本专利技术的实施例中的所述柴式拉晶法的条件需求如下。在一实施例中，单晶硅112和坩埚100之间的旋转速度差值大于10rpm，较佳为16rpm以上，更佳为16rpm～30rpm。所述旋转速度是无方向性的。换句话说，单晶硅112和坩埚100的旋转方向可以相同或相反。在一实施例中，坩埚100的旋转速度小于5rpm，较佳为大于0.002rpm且小于5rpm。柴式拉晶法为外加磁场的柴式拉晶法，其硅熔汤102的对流被抑制，而且硅熔汤102表面温度分布更不对称。因此，在现有技术中，为了使硅熔汤102的液面102a的温度分布(在有或没有外加磁场的情况下)更加对称，在单晶硅112的成长过程中，坩埚100的旋转速度至少保持在6rpm。然而，坩埚100的旋转可能会增加杂质沉淀到硅熔汤102中。因此，在本实施例中，于晶体拉伸过程中，使坩埚100的旋转速度非常低，且单晶硅112的旋转速度相对高，藉此于晶体成长过程中将杂质从单晶硅112与硅熔汤液面102a接触的固-液界面处向远离单晶硅112方向排出，并且由此可以有效地减少单晶硅112中杂质的量。在一实施例中，坩埚100具有高纯度。在一实施例中，通过热遮罩114顶部的惰性气体的流速是通过热遮罩114底部与硅熔汤102的液面102a之间的区域的流速的5至10倍。另外，在本实施例中的柴式拉晶法的条件还可以进一步要求如下。在一实施例中，热遮罩114顶部的惰性气体流速较慢，热遮罩114底部和硅熔汤102的液面102a之间的惰性气体流速较快。因此，在初期的晶体成长中，靠近硅熔汤102的液面102a的惰性气体的流速是通过热遮罩114顶部的惰性气体流速的5至10倍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶硅的制造方法，其特征在于，包括：通过柴式拉晶法成长所述单晶硅，其中所述柴式拉晶法至少满足以下条件(a)和(b)；(a)保存硅熔汤的坩埚的旋转速度小于5rpm，且所述单晶硅和所述坩埚之间的旋转速度差值大于10rpm；以及(b)在所述单晶硅的周围配置倒圆锥状的热遮罩，且通过所述热遮罩顶部的惰性气体的流速比通过在所述热遮罩的底部和所述硅熔汤的液面之间区域的所述惰性气体的流速慢5至10倍。

【技术特征摘要】
2018.02.14 TW 107105459;2017.03.31 US 62/479,3401.一种单晶硅的制造方法，其特征在于，包括：通过柴式拉晶法成长所述单晶硅，其中所述柴式拉晶法至少满足以下条件(a)和(b)；(a)保存硅熔汤的坩埚的旋转速度小于5rpm，且所述单晶硅和所述坩埚之间的旋转速度差值大于10rpm；以及(b)在所述单晶硅的周围配置倒圆锥状的热遮罩，且通过所述热遮罩顶部的惰性气体的流速比通过在所述热遮罩的底部和所述硅熔汤的液面之间区域的所述惰性气体的流速慢5至10倍。2.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述坩埚的旋转速度为大于0.002rpm且小于5rpm。3.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述单晶硅和所述坩埚之间的旋转速度差值为16rpm以上。4.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述单晶硅和所述坩埚之间的旋转速度差值为16rpm～30rpm。5.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述单晶硅和所述坩埚的旋转方向相同。6.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述单晶硅和所述坩埚的旋转方向相反。7.根据权利要求1所述的单晶硅的制造方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴邦，程俊翰，林嫚萱，王汉民，徐文庆，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71