本发明专利技术涉及用于从坩埚4中所含的熔体11拉伸由硅组成的单晶9的方法，其中单晶9在拉伸期间被挡热板2包围，挡热板的下端3与熔体11的表面具有距离h，气体在单晶9与挡热板2之间的区域内向下流动10，在挡热板2的下端3与熔体11之间向外流动，及接着在挡热板2以外的区域内又向上流动，其特征在于，挡热板2在其下端3的内径DHS比单晶9的直径DSC大至少55mm，而挡热板2在其下端3的径向宽度BHSU不大于单晶9的直径DSC的20％。还涉及由硅组成的单晶，其具有至少为100mm的直径及(100)或(111)的晶体取向，周期表第III或V主族的元素的掺杂剂浓度为1×1017至1×1020cm-3，氧浓度为4×1017至9×1017cm-3，其特征在于，在该单晶中直径至少为50μm的空隙的浓度不大于50m-3。
Method for stretching a single crystal consisting of silicon from a melt contained in a crucible and a single crystal produced thereby
Methods 9 single crystal melt of the present invention relates to a crucible containing from 4 in the 11 tensile composed of silicon single crystal, which is 9 in tensile during the heat shield 2 is surrounded by a heat blocking plate 3 and 11 melt surface with the distance of H, and 9 in single crystal gas heat shield between the 2 region to the flow in 10, 2 at the lower end of the heat shield 3 and 11 between the melt flow outward, and then in the heat shield 2 outside the region to flow, which is characterized in that the heat shield 2 at the lower 3 DHS diameter than the diameter DSC of at least 9 single crystal 55mm, and heat shield 2 at the lower end of the radial width of BHSU 3 is not greater than 9 of the diameter of DSC 20% single crystal. Also relates to crystal composed of silicon, which has a diameter of at least 100mm and (100) or (111) the crystal orientation, the dopant concentration of III or V in the main group of the periodic table of the elements is 1 * 1017 to 1 * 1020cm-3, the oxygen concentration of 4 * 1017 to 9 * 1017cm-3, which is characterized in that in the crystal, the concentration of diameter of at least 50 m gap is not greater than 50m-3.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于从坩埚中所含的熔体拉伸由硅组成的单晶的方法，其中单晶在拉 伸期间被挡热板包围，挡热板的下端与熔体表面具有距离h，其中气体在单晶与挡热板之间 的区域内向下流动，而在挡热板下端与硅熔体之间向外流动，及接着在挡热板以外的区域 内又向上流动。本专利技术还涉及可利用所述方法制得的单晶。
技术介绍
已知上述生长单晶的方式是非常敏感的过程，会产生位错和原子点缺陷形式的晶 体结构缺陷。此外还观察到产生宏观空隙，其是直径为几个微米至毫米的气泡状的空洞。其 不可与由聚集的原子空位形成的、直径最大为几百纳米的C0P(晶体原生颗粒)相混淆。在生长的单晶中引入空隙并不必然地导致位错的形成，因此通常在晶体拉伸过程 中没有被发现。只有在随后将单晶切割成晶片时，才通过外观检查发现包含在其中的空隙。 通常通过外观检查仅挑拣出比较少的硅晶片(千分之几的范围)。但是发现，在某些重要的 制造过程的情况下，例如在高度掺杂的晶体的情况下经常发生。此外，很难以百分之百的准 确率检测出小的空隙。存在于硅晶片内部的空隙在外观检查中仍然没有被发现的风险。然 而对于制造元件的客户而言，仅获得不具有此类空隙的晶片则具有决定性的意义。不受控 制地产生宏观空隙会导致巨大的经济损失。因此，寻找明显减少或者甚至完全避免有害空 隙的方案是值得期待和必需的。EP 756024A2强调，在开始时熔化由硅组成的碎片而不是硅颗粒是有利的，因为后 者由于高的氢含量而倾向于形成气泡，气泡最终会被引入单晶中。US 5，902，394描述了一种用于在晶体生长之前从熔体驱逐气泡的方法，其主要在 于改变坩埚的转速。在US 6，086，671中，熔体中的气泡被看作是导致位错的原因。其可以通过早在熔 化多晶材料期间已经施加静态磁场而加以抑制。DE 102007023040A1描述了一种拉伸方法，其中在放置种晶之前通过提高温度和 施加静态磁场而对熔体进行除气。该除气阶段的持续时间为最多2小时。US 2008/0011222A1还认为宏观空隙是由在石英玻璃坩埚中熔化多晶半导体材料 时形成的气泡产生的。因此其建议了一种以利用侧面加热器的熔化开始的改进的熔化过 程。熔体然后才在坩埚的底部区域内进一步加热，这驱使熔体移动，并由此应当导致对熔体 的除气。但是发现，通过所述用于实施熔化阶段的方法无法完全避免空隙的产生。根据US 6，340，390B1，在晶体拉伸期间保持晶体拉伸装置室内的压力低于 95mbar，并且低于熔化阶段的压力。在晶体拉伸期间的低压应当导致对熔体连续地除气，并 由此避免将气泡引入生长的单晶中。然而，压力是整体晶体品质的重要参数。例如改变单 晶的氧含量，因此改变析出能力及由此改变吸除能力。因此，通过相应地调节压力而减少宏观空隙是有缺点的。此外，实际上无法总能实现所述的效果。
技术实现思路
因此，本专利技术是基于进一步减少硅单晶中的宏观空隙的出现频率而不会影响其他 的晶体特性的目的。该目的是通过用于从坩埚中所含的熔体拉伸由硅组成的单晶的方法实现的，其中 单晶在拉伸期间被挡热板包围，挡热板的下端与熔体表面具有距离h，其中气体在单晶与挡 热板之间的区域内向下流动，在挡热板下端与熔体之间向外流动，及接着在挡热板以外的 区域内又向上流动，其特征在于，挡热板在其下端的内径DHs比单晶的直径Dsc大至少55mm， 而挡热板在其下端的径向宽度BHsu不大于单晶直径的20%。下面依照附图更详细地阐述本专利技术。附图说明图1所示为可用于本专利技术方法的晶体拉伸装置的结构示意图。图2所示为用于拉伸单晶的排布方式示意图，显示了在本专利技术范畴内发挥作用的 几何变量。具体实施例方式图1所示为在晶体拉伸过程中根据现有技术的晶体拉伸装置。通常由石英玻璃组 成的坩埚4中装有硅熔体11。坩埚4由支撑坩埚5稳定化，并由侧面加热器7或由底部加 热器8或由两者进行加热。在旋转(箭头15)的情况下以预定的速率(拉伸速率，由箭头 14表示)由熔体11向上拉伸硅单晶9，其中坩埚4同样地旋转(箭头16)，并缓慢地向上移 动(箭头17)以保持熔体表面的位置固定。坩埚4和单晶9可以围绕共同的旋转轴同向或 反向地旋转。任选可以通过由电磁体6产生的磁场影响熔体中的对流。熔体中的对流由箭 头表示。凝固的单晶9被通常为旋转对称的挡热板2包围，其可以包含活性冷却系统1。通 常相对于单晶9的旋转轴以旋转对称的方式设置挡热板2和任选存在的冷却系统1。挡热 板的高度(在竖直方向上测得)通常在200至400mm的范围内。整个排布位于未示出的连续地用气体吹洗的封闭的室内。该气体一般是惰性的气 体，通常是惰性气体，例如氩气。将该气体导入该室内，从而使该气体的流10在单晶9与挡 热板2之间在熔体11的方向上向下流动，接着在熔体11与挡热板2的下端3之间流入挡 热板2以外的区域内，及最后在挡热板2以外的区域内(坩埚4的内边缘处)又向上流动， 在此由该室排出。在被熔体11润湿的坩埚4的内壁上可产生气泡12，气泡可以通过熔体11的对流 而被输送至熔体11的表面及送至结晶前沿。在后一情况下，其作为空隙13被引入单晶9 中。本专利技术的专利技术人发现，改变晶体拉伸过程的熔化阶段不足以避免硅单晶中的宏观 空隙。反而在整个拉伸过程中还会在石英玻璃坩埚4与硅熔体11接触的壁上产生气泡12。硅熔体11侵蚀石英玻璃坩埚4的润湿的壁，这导致对石英玻璃坩埚4的腐蚀。在反应中形成气态一氧化硅(SiO)，即产生气泡12。SiO在1450°C的温度下的蒸汽压约为 13mbar。由于对石英玻璃坩埚4的腐蚀，还会发生已经存在于石英玻璃坩埚4中的气体内 容物的开放，这同样导致气泡12的形成。气泡12通过熔体11的对流被输送至熔体11的 自由表面，在此大部分的气泡12被排放至气氛中。SiO以粉末状沉积在冷却的设备部件和 /或排气系统上。但是一部分气泡12通过熔体11中的对流到达结晶前沿，并被引入生长的 单晶9中，由此产生上述的宏观空隙13。在此应当注意的是，对于直径最大为100 μ m的小气泡(另一方面应当更加迅速地 溶解)，浮力小。因此，其仅以低的上浮速率(低于lOcm/s)被驱赶至熔体表面。如上所述，熔体中的流动条件的改变不仅影响气泡至结晶前沿的输送，而且还影 响所溶解的物质例如氧的输送，其同样由于腐蚀而从石英玻璃坩埚进入熔体中，并被引入 生长的单晶中。硅的氧含量或其他晶体特性的改变通常不是所期望的，其导致熔体中的流 动条件无法任意地改变以避免单晶中的气体内容物。另一方面，本专利技术的专利技术人认识到，在前述的情况下，仅在晶体拉伸时才产生气 泡，实现向着凝固的晶体的输送的熔体流具有非常高的重要性。然后，本专利技术的专利技术人发现 了如何基本上与熔体中的氧输送无关地影响气泡向着结晶前沿的输送的可能性。本专利技术的专利技术人发现，通过适当地选择挡热板2的下部区域的尺寸(图2、可以针 对性地影响在熔体11接近表面的区域内的流动条件。与此不同地，不改变在熔体11的内 部对于晶体品质重要的流。根据本专利技术，挡热板2在其下端3的内径Dhs比单晶9的直径Dsc大至少55mm。此 外，挡热板2在其下端3的径向宽度Bhsu不大于单晶9的直径Ds。的20%。在这些条件下可 以基本上抑制向生长的单晶9中引入气泡，而不改变其他晶体特性。若选本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于从坩埚（４）中所含的熔体（１１）拉伸由硅组成的单晶（９）的方法，其中单晶（９）在拉伸期间被挡热板（２）包围，挡热板的下端（３）与熔体（１１）的表面具有距离（ｈ），其中气体在单晶（９）与挡热板（２）之间的区域内向下流动（１０），在挡热板（２）的下端（３）与熔体（１１）之间向外流动，及接着在挡热板（２）以外的区域内又向上流动，其特征在于，挡热板（２）在其下端（３）的内径（ＤＨＳ）比单晶（９）的直径（ＤＳＣ）大至少５５ｍｍ，而挡热板（２）在其下端（３）的径向宽度（ＢＨＳＵ）不大于单晶（９）的直径（ＤＳＣ）的２０％。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·格梅尔鲍尔，R·沃布赫纳，M·韦伯，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE
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