氮掺杂硅熔体获取设备、方法及氮掺杂单晶硅制造系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种氮掺杂硅熔体获取设备、方法及氮掺杂单晶硅制造系统，所述获取设备包括：制粒装置，所述制粒装置用于利用多晶硅原料块制备粒径均匀的多数量的多晶硅颗粒；反应装置，所述反应装置用于使所述多数量的多晶硅颗粒与氮气发生化学反应以获得相应的多数量的反应颗粒，其中，所述化学反应使每个多晶硅颗粒的表层生成为氮化硅，使得每个反应颗粒包括多晶硅核心和包裹所述多晶硅核心的氮化硅覆层；熔化装置，所述熔化装置用于将所述多数量的反应颗粒熔化以获得包括硅原子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。

【技术实现步骤摘要】
氮掺杂硅熔体获取设备、方法及氮掺杂单晶硅制造系统


[0001]本专利技术涉及半导体硅片生产领域，尤其涉及一种氮掺杂硅熔体获取设备、方法及氮掺杂单晶硅制造系统。

技术介绍

[0002]用于生产集成电路等半导体电子元器件的硅片，主要通过将直拉(Czochralski)法拉制的单晶硅棒切片而制造出。Czochralski法包括使由石英制成的坩埚中的多晶硅熔化以获得硅熔体，将单晶晶种浸入硅熔体中，以及连续地提升晶种移动离开硅熔体表面，由此在移动过程中在相界面处生长出单晶硅棒。
[0003]在上述生产过程中，提供这样的一种硅片是非常有利的：该硅片具有从正面开始向体内延伸的无晶体缺陷区域(Denuded Zone，DZ)以及与DZ邻接并且进一步向体内延伸的含有体微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD)的区域，这里的正面指的是硅片的需要形成电子元器件的表面。上述的DZ是重要的，因为为了在硅片上形成电子元器件，要求在电子元器件的形成区域内不存在晶体缺陷，否则会导致电路断路等故障的产生，使电子元器件形成在DZ中便可以避免晶体缺陷的影响；而上述的BMD的作用在于，能够对金属杂质产生内在吸杂(Intrinsic Getter，IG)作用，使硅片中的金属杂质保持远离DZ，从而避免金属杂质导致的漏电电流增加、栅极氧化膜的膜质下降等不利影响。
[0004]而在生产上述的具有BMD区域的硅片的过程中，在硅片中掺杂有氮是非常有利的。举例而言，在硅片中掺杂有氮的情况下，能够促进以氮作为核心的BMD的形成，从而使BMD达到一定的密度，使BMD作为金属吸杂源有效地发挥作用，而且还能够对BMD的密度分布产生有利影响，比如使BMD的密度在硅片的径向上的分布更为均匀，比如使BMD的密度在临近DZ的区域更高而朝向硅片的体内逐渐降低等。
[0005]作为使硅片中掺杂有氮的一种实现方式，可以使石英坩埚中的硅熔体中掺杂有氮，由此拉制出的单晶硅棒以及由单晶硅棒切割出的硅片中便会掺杂有氮。
[0006]参见图1，其示出了目前使硅熔体中掺杂有氮的一种实现方式。如图1所示，多晶硅原料块B1与氮化硅块B2一起容纳在比如石英坩埚QC中，其中，多晶硅原料块B1通过由线框围绕的面积较大的区域示意性地示，氮化硅块B2通过由黑色填充的面积较小的区域示意性地示出，其中，氮化硅块B2先被放入到石英坩埚QC中从而位于石英坩埚QC的底部，多晶硅原料块B1后被放入到石英坩埚QC中从而位于氮化硅块B2上方并且位于石英坩埚QC的上部，当对石英坩埚QC进行加热使容纳在石英坩埚QC中的多晶硅原料块B1和氮化硅块B2熔化后，便可以获得包括硅原子和氮原子的熔体，即氮掺杂的硅熔体M。但是，在上述实现方式中，由于来自氮化硅块B2的氮原子无法在熔体整体中获得足够充分的溶解，而是仅能够溶解在每个氮化硅块B2周围的一定范围内，因此掺杂的氮在熔体整体中的分布是不均匀的。具体地，所获得的熔体按照氮浓度或含氮量的不同大致可以分为如下的三个区域：含氮量低的第一熔体区域M1，如在图1中通过低密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于多晶硅原料块B1所位于的位置处；含氮量中等的第二熔体区域M2，如在图1中通过中等
密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于多晶硅原料块B1与氮化硅块B2的交界处；含氮量高的第三熔体区域M3，如在图1中通过高密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于氮化硅块B2所位于的位置处。
[0007]为了改善掺杂的氮在熔体整体中的分布的均匀性，参见图2，其示出了目前使硅熔体中掺杂有氮的另一种实现方式。与图1所示出的方式的不同之处在于，在图2中对于容纳在石英坩埚QC中的多晶硅原料块B1和氮化硅块B2而言，氮化硅块B2相对于多晶硅原料块B1的分布是均匀的，这可以例如通过将多晶硅原料块B1和氮化硅块B2以交替的方式分批放入到石英坩埚QC中实现，也可以例如通过对如图1中示出的容纳在石英坩埚QC中的多晶硅原料块B1和氮化硅块B2进行搅拌实现。与图1进行对比可以看出，图2中获得的熔体中的氮的分布均匀性是较优的。但是，图2中示出的方式仍然存在氮浓度“局部不均匀”的问题。具体地，参见图2，所获得的熔体按照氮浓度或含氮量的不同仍然大致可以分为如下的三种区域：含氮量低的第一熔体区域M1，如在图2中通过低密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于与氮化硅块B2的几何中心相距远距离的位置处；含氮量中等的第二熔体区域M2，如在图2中通过中等密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于与氮化硅块B2的几何中心相距中等距离的位置处；含氮量高的第三熔体区域M3，如在图2中通过高密度的点填充的区域示意性地示出的，该区域在石英坩埚QC中处于与氮化硅块B2的几何中心相距近距离的位置处。
[0008]以上描述的现有的氮掺杂方式都不同程度地存在掺杂的氮在熔体整体中的分布不均匀的问题，导致利用这样的熔体拉制出的单晶硅棒以及由单晶硅棒切割出的硅片中的氮浓度也是不均匀的，由此无法获得期望的BMD的密度分布或者难以对BMD的密度分布进行有效控制，对作为有利因素的吸杂作用产生影响。

技术实现思路

[0009]为解决上述技术问题，本专利技术实施例期望提供一种氮掺杂硅熔体获取设备、方法及氮掺杂单晶硅制造系统，解决氮掺杂的硅熔体中氮浓度不均匀的问题，使硅片中的BMD的密度分布能够得到有效控制，从而发挥良好的吸杂作用。
[0010]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0011]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于获取氮掺杂的硅熔体的获取设备，所述获取设备包括：
[0012]制粒装置，所述制粒装置用于利用多晶硅原料块制备粒径均匀的多数量的多晶硅颗粒；
[0013]反应装置，所述反应装置用于使所述多数量的多晶硅颗粒与氮气发生化学反应以获得相应的多数量的反应颗粒，其中，所述化学反应使每个多晶硅颗粒的表层生成为氮化硅，使得每个反应颗粒包括多晶硅核心和包裹所述多晶硅核心的氮化硅覆层；
[0014]熔化装置，所述熔化装置用于将所述多数量的反应颗粒熔化以获得包括硅原子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于获取氮掺杂的硅熔体的获取方法，所述获取方法应用根据第一方面所述的获取设备实现，所述获取方法包括：
[0016]利用多晶硅原料块制备粒径均匀的多数量的多晶硅颗粒；
[0017]使所述多数量的多晶硅颗粒与氮气发生化学反应以获得相应的多数量的反应颗粒，其中，所述化学反应使每个多晶硅颗粒的表层生成为氮化硅，使得每个反应颗粒包括多晶硅核心和包裹所述多晶硅核心的氮化硅覆层；
[0018]将所述多数量的反应颗粒熔化以获得包括硅原子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。
[0019]第三方面，本专利技术实施例提供了一种用于制造氮掺杂的单晶硅的系统，所述系统包括：
[0020]根据第一方面所述的获取设备；
[0021]拉晶设备，所述拉晶设备用于利用所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于获取氮掺杂的硅熔体的获取设备，其特征在于，所述获取设备包括：制粒装置，所述制粒装置用于利用多晶硅原料块制备粒径均匀的多数量的多晶硅颗粒；反应装置，所述反应装置用于使所述多数量的多晶硅颗粒与氮气发生化学反应以获得相应的多数量的反应颗粒，其中，所述化学反应使每个多晶硅颗粒的表层生成为氮化硅，使得每个反应颗粒包括多晶硅核心和包裹所述多晶硅核心的氮化硅覆层；熔化装置，所述熔化装置用于将所述多数量的反应颗粒熔化以获得包括硅原子和氮原子的所述氮掺杂的硅熔体。2.根据权利要求1所述的获取设备，其特征在于，所述多数量的多晶硅颗粒的均匀的粒径介于5mm至20mm之间。3.根据权利要求1所述的获取设备，其特征在于，所述反应装置包括：容器，所述容器具有用于容置所述多数量的多晶硅颗粒的空腔；氮气供应器，所述氮气供应器用于将氮气供应至所述空腔中；加热器，所述加热器用于对所述容器进行加热以在所述空腔中提供高温。4.根据权利要求3所述的获取设备，其特征在于，所述空腔呈细长的管状，所述容器还具有分别设置在所述空腔的两个纵向端部处的入口和出口，并且所述氮气供应器构造成经由所述入口持续地将氮气供应至所述空腔中，使得氮气流经所述空腔并经由所述出口排出。5.根据权利要求3或4所述的获取设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，
申请(专利权)人：西安奕斯伟材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：