[發明專利]硅單晶的生長方法

有效

• 申請號: 201010166765.4
• 申請日: 2005-11-23
• 公開（公告）號: CN101831696A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 趙鉉鼎
• 申請（專利權）人: 希特隆股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/20
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 禇海英;武玉琴

本案是申請號200510123870.9，申請日為2005年11月23日，名稱為“硅單晶的生長方法、生長裝置及由其制造的硅片”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及使高質量的硅單晶生長的方法，更具體地說，涉及通過切克勞斯基單晶生長法使硅單晶生長時，控制硅熔體的溫度分布使高質量的硅單晶結晶塊生長的方法和生長裝置及由其制造的硅片。

背景技術

現在為了能夠增大半導體元件的成品率，使高質量的硅單晶結晶塊生長，主要是控制結晶后的單晶結晶塊的高溫區域的溫度分布。這是為了控制結晶后因冷卻所導致的收縮等引起的應力等，或者在凝固時產生點缺陷的行為。

一般地，在通過切克勞斯基單晶生長法使硅單晶結晶塊生長的方法中，在石英坩堝的內部裝載著多晶體硅，用由加熱器輻射的熱量使多晶體硅熔融，制成硅熔體后，使硅單晶結晶塊從硅熔體的表面生長。

使硅單晶結晶塊生長時，使支撐坩堝的軸一邊旋轉一邊使坩堝上升，以使固-液界面保持在同一高度，硅單晶結晶塊以和坩堝的旋轉軸同一個軸為中心，以與坩堝的旋轉方向相反的方向邊旋轉邊提升。

此外，為了使硅單晶結晶塊平穩地生長，大多采用把象氬(Ar)氣這樣的非活性氣體通入結晶塊生長裝置的上部后，使其從結晶塊生長裝置的下部排出的方法。

像這樣在現有的硅單晶結晶塊的制造方法中，為了調節生長中的硅單晶結晶塊的溫度梯度，設置了熱屏蔽和水冷管等。利用熱屏蔽等調節硅單晶結晶塊的溫度梯度的現有技術，有韓國專利注冊號第374703號、韓國專利注冊號第0411571號、美國專利注冊號6,527,859等。

但像這樣只調節硅單晶結晶塊的溫度梯度，生產出點缺陷濃度低的高質量的硅單晶結晶塊及硅片是有限度的。

特別是，如果使用通過現有的方法制造的硅片來制造半導體器件，由于在器件制造工序中要經過多次熱處理，由點缺陷形成微析出缺陷(micro?precipitates)產生廢品，其結果產生器件成品率降低的問題。

另一方面，如美國專利5,919,302、6,287,380、6,409,826所記載的，因為現在晶體的垂直溫度梯度(G₀)存在G₀＝c+ax²的形式，所以存在從晶片的周邊向中心方向空位濃度增加，間隙濃度減小的傾向。在晶片的周邊附近，如果沒有發生充分的外部擴散(out-diffusion)，顯示出LDP等的間隙特征的晶體缺陷，所以通常以中心部分高空位濃度的狀態進行晶體生長。因此，由于空位濃度遠遠高于平衡濃度，從晶片中心部分容易產生空位特征的晶體缺陷(例如，空穴(void)、氧化堆垛層錯(OiSF：oxidation?induced?stacking?fault))，即使控制住空穴和氧化堆垛層錯區域，由半導體工序的多次熱處理也能夠產生潛在的微析出缺陷。

為了制造高品質的硅單晶，控制硅單晶結晶塊的溫度分布的其他現有技術有如下一些。在日本專利申請平2-119891中通過在單晶冷卻過程中采用高溫區域的熱區控制硅單晶結晶塊的中心和周邊的溫度分布，通過凝固應變(strain?of?solidification)使硅單晶的晶格缺陷減少，特別是，這里用冷卻套管(sleeve)增大單晶生長方向的固化率(solidification?rate)，減少了晶格缺陷。此外，在日本專利申請平7-158458中是控制晶體內溫度分布和晶體的拉拔速度，在日本專利申請平7-66074中是通過改善熱區，控制冷卻速度，來控制缺陷密度的。在日本專利申請平4-17542和美國專利6,287,380中通過改變熱區，控制冷卻速度，利用點缺陷的擴散來抑制晶體缺陷形成。在韓國專利申請2002-0021524中主張通過改善熱屏蔽和水冷管，提高高質量單晶的生產率。在日本專利申請平5-61924中通過增加晶體的生長速度的周期性變化，有效利用氧致堆垛層錯(OSF)和氧析出缺陷等晶體缺陷發生區域的滯后，使在硅單晶結晶塊內不產生晶體缺陷。

但是，由于這樣的現有技術以固相反應為基礎，所以存在如下問題。第一是為達到高質量硅單晶的目的伴隨有很多限制。例如，在美國專利6,287,380中通過使過飽和點缺陷在晶體缺陷生長之前在高溫區域進行充分擴散反應，來降低點缺陷的濃度，但由于其花費的溫度保持時間長達16小時以上，所以存在著只在理論上有可能，而不能實際應用的問題。