使用水平磁场生产硅的系统及方法技术方案

一种用于通过水平磁场柴可斯基方法生产硅碇的方法包含：旋转装纳硅熔融物的坩埚；将水平磁场施加到所述坩埚；使所述硅熔融物与晶种接触；及在旋转所述坩埚的同时从所述硅熔融物抽出所述晶种以形成硅碇。所述坩埚具有可湿表面及形成于其上的方石英层。表面及形成于其上的方石英层。表面及形成于其上的方石英层。

System and method for producing silicon using horizontal magnetic field

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用水平磁场生产硅的系统及方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2019年12月13日申请的第62/947,785号美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案的整个公开内容的全文特此以引用的方式并入。


[0003]本公开大体上涉及硅碇的生产，且更具体来说，涉及用于实现在使用水平磁场的柴可斯基(Czochralski)制程中生产硅碇的高成功率的方法及系统。

技术介绍

[0004]在20世纪90年代期间，至少一些高质量硅生长主要由提拉器的热条件及更具体来说，热区(HZ)设计自身控制，这是因为提拉速度对热梯度的比率(v/G)被视为主导因素。在20世纪90年代后期，在至少一些高质量硅的生长中包含晶体/熔融物接口在相同v/G下的进一步考量。当时，随着更多客户从磊晶硅过渡到抛光硅且从200mm硅过渡到300mm硅，高质量硅确实扩展到应用于存储器装置。不久之后，已确定，高质量硅生长需要非常稳定的制程生长条件及受控熔融物流，以实现用于实现生长期间的所要低晶体缺陷率所需的特定晶体/熔融物。
[0005]在周边，随着硅晶体生长从200mm过渡到300mm且对应电荷大小增加以维持生产力，磁场应用以稳定不断增加的熔融物体积中的熔融物流的需要被辨识为主导特征。
[0006]在21世纪00年代初期，当高质量300mm硅生产开始时，若干硅制造商过渡到水平磁场柴可斯基制程(HMCZ)以便有效地控制晶体/熔融物接口。其它硅制造商使用尖点磁场用于高质量硅的300mm生产。在两个情况中，硅熔融物中的磁场对晶体质量及性能具有显著影响，且每一制造商开发其自身的技术以从开始优化性能及质量。
[0007]在使用CZ制程及磁场生产单晶硅碇的制程期间，可通过熔融物
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固体或熔融物晶体接口将氧引入到硅晶体碇中。氧可引起由碇生产的晶片中的各种缺陷，从而降低使用碇制造的半导体装置的良率。例如，存储器装置、绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)、高质量射频(RF)、高电阻率绝缘体上覆硅(HR
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SOI)及电荷陷留层SOI(CTL
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SOI)应用通常需要低间隙氧浓度(Oi)以便实现高电阻率。在HMCZ制程的情况中，据信，制程通常需要非常低坩埚旋转(C/R)以控制正在生长晶体中的氧，尤其控制氧包含到适用于存储器装置的所要范围。此外，相较于使用尖点磁场的制程，在HMCZ中发现从本体的冠部到端的失零差排(LZD)的更高发生率。
[0008]因此，需要降低使用HMCZ生长的LZD损耗且提供从冠部到本体的高质量硅生长的经改进ZD成功率的方法及系统。
[0009]此
技术介绍
段落希望为读者介绍可与在下文描述及/或主张的本公开的各种方面相关的所属领域的各种方面。据信，此论述有助于为读者提供
技术介绍
信息以促进本公开的各种方面的更好理解。因此，应理解，这些陈述应在此意义上阅读且不作为现有技术的认可。

技术实现思路

[0010]在本公开的一个方面中，一种用于通过水平磁场柴可斯基方法生产硅碇的方法包含：旋转装纳硅熔融物的坩埚；将水平磁场施加到所述坩埚；使所述硅熔融物与晶种接触；及在旋转所述坩埚的同时从所述硅熔融物抽出所述晶种以形成硅碇。所述坩埚具有可湿表面及形成于其上的方石英层。
[0011]另一方面是一种从使用上文描述的方法生产的硅碇产生的晶片。
[0012]另一方面是一种用于生产硅碇的系统。所述系统包含经配置以根据上文描述的方法生产硅锭的控制器。
[0013]存在关于上述方面提及的特征的各种改善。进一步特征还可并入上述方面中。这些改善及额外特征可个别地或以任何组合存在。例如，下文关于任何经说明实施例论述的各种特征可独立或以任何组合并入上述方面中。
附图说明
[0014]图1是一个实施例的坩埚的俯视图。
[0015]图2是图1中展示的坩埚的侧视图。
[0016]图3是说明施加到晶体生长设备中装纳熔融物的坩埚的水平磁场的示意图。
[0017]图4是晶体生长系统的框图。
[0018]图5呈现通过MGP以mm为单位的无熔融物表面中的温度场及以RPM为单位的坩埚旋转。
[0019]图6是依据时间而变化的结晶速率的图表。
[0020]图7是在1360℃的温度下依据时间而变化的经形成层的厚度的图表。
[0021]图8是通过坩埚旋转的ZD成功率及天然砂坩埚中的熔融物改质剂的数量的等高线图。
[0022]各种图式中的相同参考符号指示相同元件。
具体实施方式
[0023]首先参考图1及2，大体上以10指示一个实施例的坩埚。用于坩埚10的柱面坐标系包含径向方向R12、角方向θ14及轴向方向Z16。坩埚10装纳具有熔融物表面36的熔融物25。从熔融物25生长晶体27。熔融物25可装纳由坩埚10的加热及坩埚10及/或晶体27在角方向θ14中的旋转引发的一或多个对流胞元17、18。这一或多个对流胞元17、18的结构及互动经由一或多个制程参数的调节及/或磁场的施加调变，如本文中在下文详细描述。
[0024]图3是说明施加到晶体生长设备中装纳熔融物25的坩埚10的水平磁场的图式。如展示，坩埚10装纳从其生长晶体27的硅熔融物25。熔融物与晶体之间的过渡通常被称为晶体
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熔融物接口(替代地，熔融物
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晶体、固体
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熔融物或熔融物
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固体接口)且通常是非线性的，例如，相对于熔融物表面凹、凸或鸥翼形。两个磁极29相对放置以产生通常垂直于晶体生长方向且通常平行于熔融物表面36的磁场。磁极29可为常规电磁体、超导体电磁体或用于生产具有所要强度的水平磁场的任何其它适合磁体。水平磁场的施加导致沿轴向方向(在与流体运动相对的方向上)的洛伦兹(Lorentz)力，其是驱动熔融物对流的反作用力。因此，抑制熔融物中的对流，且晶体中在接口附近的轴向温度梯度增加。熔融物
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晶体接口接
着向上移动到晶体侧以适应晶体中在接口附近的经增加轴向温度梯度且坩埚中来自熔融物对流的贡献减少。水平配置具有有效地在熔融物表面36处抑制对流的优点。
[0025]图4是晶体生长系统100的框图。系统100采用柴可斯基晶体生长方法来生产半导体碇。在此实施例中，系统100经配置以生产具有一百五十毫米(150mm)、大于一百五十毫米(150mm)、更具体来说在从大致150mm到460mm的范围中且甚至更具体来说，大致三百毫米(300mm)的直径的碇直径的圆柱形半导体碇。在其它实施例中，系统100经配置以生产具有二百毫米(200mm)碇直径或四百五十毫米(450mm)碇直径的半导体碇。另外，在一个实施例中，系统100经配置以生产具有至少九百毫米(900mm)的总碇长度的半导体碇。在一些实施例中，系统经配置以生产具有一千九百五十毫米(1950mm)、二千二百五十毫米(2250mm)、二千三百五十毫米(2350mm)或长于2350mm的长度的半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过水平磁场柴可斯基方法生产硅碇的方法，所述方法包括：旋转装纳硅熔融物的坩埚，所述坩埚具有可湿表面及形成于其上的方石英层；将水平磁场施加到所述坩埚；使所述硅熔融物与晶种接触；及在旋转所述坩埚的同时从所述硅熔融物抽出所述晶种以形成硅碇。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述坩埚包括天然砂坩埚。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括：将固相多晶硅添加到所述天然砂坩埚；及加热所述多晶硅以形成所述硅熔融物。4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括将熔融物改质剂添加到所述天然砂坩埚，以在所述天然砂坩埚的所述可湿表面上形成所述方石英层。5.根据权利要求4所述的方法，其中添加熔融物改质剂包括：在加热所述多晶硅的同时添加所述熔融物改质剂以形成所述硅熔融物。6.根据权利要求4所述的方法，其中添加熔融物改质剂包括：在形成所述硅熔融物之后添加所述熔融物改质剂。7.根据权利要求4到6中任一权利要求所述的方法，其中添加熔融物改质剂包括添加碳酸钡(BaCO3)。8.根据权利要求7所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：