从坩埚中所含的熔体提拉半导体材料单晶的方法技术

本发明专利技术涉及用于从坩埚中所含的熔体提拉由半导体材料组成的单晶的方法，该方法包括：在产生所述单晶的初始锥体的阶段中提拉所述单晶，直至开始提拉所述单晶的圆柱形区段的阶段。所述方法包括：测量所述单晶的初始锥体的直径Dcr，并计算所述直径的变化dDcr/dt；从时间点t1直至时间点t2，以提拉速度vp(t)从所述熔体提拉所述单晶的初始锥体，从所述时间点t2起开始以目标直径Dcrs提拉所述单晶的圆柱形区段，其中借助于迭代计算过程预先确定在提拉所述初始锥体期间从所述时间点t1直至所述时间点t2所述提拉速度vp(t)的分布曲线。

Method of pulling single crystal of semiconductor material from melt contained in crucible

The present invention relates to a method for pulling a single crystal consisting of semiconductor materials from a melt contained in a crucible. The method includes pulling the single crystal in the initial cone stage of producing the single crystal until the cylindrical section of the single crystal is started to pull. The method includes: measuring the diameter Dcr of the initial cone of the single crystal and calculating the change of the diameter dDcr/dt; pulling the initial cone of the single crystal from the melt at a pulling speed of vp(t) from the time point T1 to the time point t2, starting from the time point t2, pulling the cylindrical section of the single crystal with the target diameter Dcrs, in which the cylindrical section of the single crystal is pre-determined by means of the iterative calculation process. Distribution curves of the lifting speed VP (t) from the time point T1 to the time point T2 during the lifting of the initial cone.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从坩埚中所含的熔体提拉半导体材料单晶的方法
本专利技术涉及用于从坩埚中所含的熔体提拉由半导体材料组成的单晶的方法，其包括在产生所述单晶的初始锥体的阶段中提拉所述单晶，直至开始提拉所述单晶的圆柱形区段的阶段。
技术介绍
根据Czochralski法生产由半导体材料组成的单晶的目的通常是获得可以从中获得最大数量的半导体晶片的单晶。单晶的形状包括较短的锥形区段或初始锥体以及较长的圆柱形区段。从圆柱形区段获得半导体晶片。因此，提拉单晶包括生长初始锥体的阶段和生长圆柱形区段的阶段。提拉从初始锥体至圆柱形区段的过渡称为放肩(shouldering)。在放肩阶段期间，不推荐将单晶直径至目标直径的闭环控制，因为为此所需的单晶直径的测量会受到干扰。只要在弯月面处看不到亮环，生长中的单晶的直径就只能在最初直接测量。术语弯月面是指从熔体表面上升至生长中的单晶的下边缘的熔体部分，其是由于表面张力和界面张力效应形成的。单晶的较近的周围的炽热部件，例如坩埚壁，在弯月面中被反射。坩埚壁的反射在生长中的单晶与熔体之间的相界区域的照相机照片上被看作是亮环。亮环的出现使亮/暗过渡向外移动，因而使得不可能直接测量单晶的直径以及基于此对直径进行闭环控制。WO01/29292A1描述了一种方法，包括预测直径，当达到该直径时，开始放肩，特别是以如下方式：当达到预测直径时，提拉速度从第一设定提拉速度增加至第二设定提拉速度。该方法并不特别灵活，因为放肩不能以任意直径开始，而是只能以预测直径开始。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供没有这种限制的方法。本专利技术的目的借助于用于从坩埚中所含的熔体提拉由半导体材料组成的单晶的方法来实现，其包括在产生所述单晶的初始锥体的阶段中提拉所述单晶，直至开始提拉所述单晶的圆柱形区段的阶段，其包括测量所述单晶的初始锥体的直径Dcr，并计算所述直径的变化dDcr/dt；从时间点t1直至时间点t2，以提拉速度vp(t)从所述熔体提拉所述单晶的初始锥体，从所述时间点t2起开始以目标直径Dcrs提拉所述单晶的圆柱形区段，其中借助于迭代计算过程预先确定在提拉所述初始锥体期间从所述时间点t1直至所述时间点t2所述提拉速度vp(t)的分布曲线。所述方法能够在任意时间点t1开始放肩，并借助于对提拉速度的开环控制实现目标直径。目标直径是单晶的圆柱形区段所应当具有的直径。根据本专利技术的一个优选的实施方案，向生长中的单晶供热还包括借助于环形加热装置向在单晶的边缘与熔体之间的相界供热。环形加热装置布置在熔体上方。至少在从时间点t1直至时间点t2的时间段内，优选还至少在提拉单晶的圆柱形区段期间，进行所述供热。对于从时间点t1直至时间点t2的时间段，预先确定环形加热装置的加热功率LstR(t)的分布曲线，基于该分布曲线，单晶在时间点t2的生长速度vcr(t2)达到设想值vcrs。具体地说，已知单晶中点缺陷的浓度和主要点缺陷种类的类型决定性地取决于商vcr/G的值，其中G是单晶和熔体之间相界处的轴向温度梯度。轴向温度梯度G基本上由热区决定，热区被认为是指生长中的单晶的较近的周围，其影响单晶和熔体中的温度场。对于特定的热区，轴向温度梯度G可通过模拟计算近似地确定。因此，单晶在时间点t2的生长速度vcr(t2)优选应当取使商vcr(t2)/G具有期望设定值的数值。根据所述方法的一个特别优选的实施方案，所述商的期望设定值位于如下范围内，该范围使得，在单晶中点缺陷仅以相对较低的浓度形成，并且不形成点缺陷聚集体或者仅形成直径不大于5nm的点缺陷聚集体。此外，特别优选设定所述商，使得空位或间隙原子在单晶的整个半径上作为主要的点缺陷种类。通过确保商vcr(t2)/G在开始提拉单晶的圆柱形区段的时间点t2已经具有设定值，避免了产量损失，在所述商的值必须仅在达到单晶的圆柱形区段的目标直径之后才适应所述设定值时会出现所述产量损失。环形加热装置例如可以如US2013/0014695A1中所述的加以实现，并且例如可以US2008/0153261A1中所示的进行布置。本专利技术提供下述的流程。将半导体材料、优选硅在坩埚中熔化。将单晶籽晶的尖端浸入熔体中，并将籽晶拉离熔体，其中粘附在籽晶上的熔体材料结晶。首先，提拉颈形区段(颈部)，以消除位错。随后，生长中的单晶的直径增大，由此出现初始锥体。在直至开始放肩的时间点t1的这一阶段期间，优选以包括闭环控制的方式提拉单晶。闭环控制可以是针对单晶的直径进行的闭环控制。优选采用针对晶体角的闭环控制，也就是说，预定晶体角作为参考变量的闭环控制，晶体角应当在与熔体的相界的区域中的初始锥体与竖直方向之间形成。此类闭环控制例如在WO00/60145A1中描述。与闭环控制的类型无关地，同时测量初始锥体的直径Dcr。只要没有形成亮环，就可以直接通过评价显示相界区域的照相机图像来测量直径。如果亮环已经可见，则测量亮环的直径，并基于此计算初始锥体的直径Dcr。这一程序例如在EP0745830A2中描述。直径Dcr和亮环的直径Dbr之间的关系由方程式(1)表示，其中Δbr(MenH(t))表示亮环的宽度，所述宽度取决于弯月面高度MenH，弯月面高度MenH又是时间t的函数：Dbr＝Dcr+2*Δbr(MenH(t))(1)在进一步处理之前，针对性地对所测量的直径信号进行滤波，以抑制噪声。通过形成直径的时间导数来获得初始锥体的直径变化dDcr/dt。初始锥体的直径变化dDcr/dt形成了输出变量，用于随后确定相界处弯月面的高度MenH和高度变化dMenH/dt。首先，方程式(2)建立了与晶体角βcr的关系，其中应用方程式(2)的先决条件是所得晶体角βcr至少在相对最近的过去保持基本不变：tan-1((dDcr/dt)/2vcr)＝βcr(2)如果为了针对提拉初始锥体进行闭环控制，采用针对晶体角的闭环控制，并且提供恒定的晶体角作为参考变量，则通常满足这一先决条件。晶体角βcr小于弯月面角(meniscusangle)β，其中针对硅通常取11°作为差值。将弯月面的高度与弯月面角β相关联的方法有多种，例如Hurle于WO01/29292A1中提到的解或拉普拉斯-杨方程的解(A.Sababskis等人，Crystalshape2DmodelingfortransientCZsiliconcrystalgrowth,JournalofCrystalGrowth,377(2013)9-16)。使用这样的关系式，可以保持分配表(查找表)可用，该分配表将弯月面的高度MenH分配给弯月面角β。因此，可借助于这样的分配表来确定弯月面的当前高度MenH和其关于时间的变化dMenH/dt。根据方程式(3)，提拉速度vp对应于单晶的生长速度vcr，条件是弯月面的高度不变：dMenH/dt＝vp-vcr(3)如果弯月面高度变化，则必须从提拉速度vp中减去该变化，以获得生长速度vcr。在晶体角βcr至少保持一段时间不变的上述先决条件下，在该时间段内弯月面高度MenH也没有变化，并且单晶的当前生长速度vcr对应于提拉速度vp。然后，在任意时间点t1处的初始锥体的状态可关于其直径、弯月面高度和生长速度以如下方式被指定：直径是Dcr(t1)，弯月面高度是MenH(t1)且生长速度是vcr(t1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于从坩埚中所含的熔体提拉由半导体材料组成的单晶的方法，该方法包括：在产生所述单晶的初始锥体的阶段中提拉所述单晶，直至开始提拉所述单晶的圆柱形区段的阶段，其包括：测量所述单晶的初始锥体的直径Dcr，并计算所述直径的变化dDcr/dt；从时间点t1直至时间点t2，以提拉速度vp(t)从所述熔体提拉所述单晶的初始锥体，从所述时间点t2起开始以目标直径Dcrs提拉所述单晶的圆柱形区段，其中借助于迭代计算过程预先确定在提拉所述初始锥体期间从所述时间点t1直至所述时间点t2所述提拉速度vp(t)的分布曲线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.10 DE 102016219605.71.用于从坩埚中所含的熔体提拉由半导体材料组成的单晶的方法，该方法包括：在产生所述单晶的初始锥体的阶段中提拉所述单晶，直至开始提拉所述单晶的圆柱形区段的阶段，其包括：测量所述单晶的初始锥体的直径Dcr，并计算所述直径的变化dDcr/dt；从时间点t1直至时间点t2，以提拉速度vp(t)从所述熔体提拉所述单晶的初始锥体，从所述时间点...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·施勒克，W·霍维泽尔，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE