[發明專利]制造硅單晶的方法

有效

• 申請號: 201310398585.2
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103668435A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: J·洛布邁爾;G·布倫寧格;W·施泰因
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B13/20
• 分類號: C30B13/20;C30B29/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

技術領域

本發明涉及制造硅單晶的方法，其包括如下步驟：感應加熱硅板；使硅板上的顆粒狀硅熔化；將熔化的硅經由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結晶。

背景技術

例如在DE102009051010A1中描述了此類方法，下面縮寫為GFZ法。其是改變的區域提拉法(浮區法，FZ法)，與區域提拉法相比具有一些特別的區別。在GFZ法中熔化并結晶成為硅單晶的材料是顆粒狀多晶硅，因此稱為顆粒，而在FZ法中使用多晶硅料棒。為了熔化顆粒狀硅并調節單晶的結晶，分別使用單獨的感應加熱線圈，而在FZ法中針對這兩個目的使用一個共同的感應加熱線圈。只有在GFZ法中通常使用板，在其上使顆粒熔化，并以熔化狀態經由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結晶。

在GFZ法的初始階段，仍舊阻塞的流出管部分地從下方熔化，從而使小體積的熔化的硅形成熔體液滴。熔化阻塞的流出管所需的能量由設置在板下方的感應加熱線圈，提拉線圈，以感應方式輸送。種晶從下方接觸熔體液滴，又降低。在種晶與熔體液滴接觸時形成的相界面處，在消除位錯的階段之后使硅單晶結晶。生長單晶所需的硅最初僅通過熔化流出管的阻塞部分進行供應，隨后基本上通過熔化板上的顆粒及通過將所產生的熔體經由現在暢通的流出管送至相界面進行供應。熔化顆粒所需的能量由設置在板上方的感應加熱線圈，熔融線圈，以感應方式輸送至板和位于其上的顆粒。

硅是一種半導體，其在室溫下幾乎不導電。因此，只有在比較高的溫度下才能有效地以感應方式加熱硅。在DE4416543A1中與FZ法相關地建議，利用基座(感應元件)將硅預先加熱至使硅的導電性明顯大于室溫下的導電性的溫度，從而促進硅與感應加熱線圈的感應耦合。

對于GFZ法無法使用此類感應元件，這是因為該感應元件的存在將會干擾單晶的結晶。

可以通過用p型或n型的電活性摻雜劑對硅進行摻雜，提高硅在室溫下的導電性。合適的摻雜劑的例子特別是硼(p型)和磷(n型)。

因此，所述板即使在室溫下也可以通過感應方式進行加熱，條件是其具有相應的高濃度的摻雜劑。

其缺點在于，板中所含的摻雜劑在單晶生長期間會不受控制地由板進入單晶中。然而，通常期望單晶和由此制造的半導體晶片具有符合預定的規范并且不會由于不受控制的影響而改變的摻雜劑濃度。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種克服所述缺點的GFZ法。

本發明涉及制造硅單晶的方法，其包括：

感應加熱硅板；

使硅板上的顆粒狀硅熔化；及

將熔化的硅經由位于所述板的中心的流出管(Ablaufrohr)送至相界面，在該相界面處使硅單晶結晶，其特征在于

在感應加熱所述板之前感應加熱硅環，其中所述環位于所述板上，并且所述環的電阻率低于所述板；及

使所述環熔化。

電導性環即使在室溫下也可以與感應加熱線圈耦合。一部分在所述環中產生的熱量通過熱傳導輸送至所述板，從而使所述板迅速達到能夠與感應加熱線圈有效地耦合的溫度。所述環最后完全熔化，并以熔化狀態連同其中所含的摻雜劑經由流出管送至生長的單晶，最后作為單晶的比較小的成分結晶。在所述環中所含的摻雜劑與此相關，無法進入單晶的主要部分，該部分是通過使顆粒熔化并在相界面處使熔化的顆粒結晶形成的。

所述板不包含任何電活性摻雜劑，或者比較少地進行摻雜。所述環的電阻率優選比所述板的電阻率小至少(不少于)90％。特別優選地，所述環的電阻率不大于80mΩcm，所述板的電阻率不小于1Ωcm。

所述環的尺寸小于所述板。所述環的外徑長度優選比所述板的外徑長度小至少(不少于)40％。所述環的內徑長度優選對應于所述板的流出管的內徑長度。所述環的厚度優選比所述板的厚度小至少(不少于)80％。

所述環優選切割自根據GFZ法或FZ法制造的單晶。所述板同樣優選切割自根據GFZ法或FZ法制造的單晶。

下面依照附圖闡述本發明。

附圖說明

圖1和2所示為適合于實施根據本發明的方法的裝置特征的布置方式。

具體實施方式

除了例如由DE102009051010A1所公開的內容，還顯示了位于板1上的環5，其借助設置在板1上方的上部感應加熱線圈2進行感應加熱。還顯示了在板1的流出管4的下端借助下部感應加熱線圈3產生熔體液滴之前的時刻。

實施例和比較例

根據本發明使用具有圖1中所示的特征的裝置制造硅單晶。