[發明專利]在提拉單晶期間確定和調節單晶直徑的方法

有效

• 申請號: 201780009753.0
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN108699723B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: T·施勒克;T·奧布朗納
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B15/30;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

本發明涉及在由用于提拉單晶(200)的設備(100)的坩堝(130)中的熔體(230)提拉單晶(200)尤其是單晶(200)的末端圓錐(210)期間確定單晶(200)的直徑(d_K)的方法，其中在考慮熔體(230)的表面(235)相對于坩堝(130)的第一下降速率(v_S)、單晶(200)相對于坩堝(130)升高的第一提升速率(v_K)以及質量守恒的情況下確定單晶(200)在與熔體(230)的界面處的直徑(d_K)。

技術領域

本發明涉及在由坩堝中的熔體提拉單晶期間確定單晶直徑的方法。于是所確定的直徑可以用作在提拉單晶期間待調節的變量。

背景技術

在根據所謂的Czochralski法提拉半導體材料單晶期間，必須能夠監測即確定和適當地影響單晶直徑。單晶直徑的改變取決于在結晶邊界處單晶的徑向生長，例如可以通過以受控制的方式在結晶邊界的區域內改變單晶的提升速率和/或熔體的溫度而加以影響。

一般而言，可以借助光學探測裝置，例如照相機，通過記錄例如在結晶邊界的區域內包圍單晶的亮環上的三個點，并由此計算直徑，從而確定單晶直徑。該亮環是其中包含熔體的坩堝的灼熱發光的壁在液態熔體上的反射，其在結晶邊界的區域內形成所謂的彎月面。

在提拉過程接近結束時，一般提拉在單晶上的所謂的末端圓錐，即在長的圓柱體部分之后，單晶成圓錐形逐漸變細至小直徑。以此方式避免在單晶由熔體脫離期間在單晶中產生的滑移或位錯反過來延伸遠遠進入單晶中，尤其是進入隨后例如用于生產晶片的圓柱體部分中。

因為前述照相機由于在熔體的區域內的高溫而一般位于相關的提拉單晶的設備外部，因此通常只能以比較陡的角度從上方觀察熔體，所以在末端圓錐的區域內一般不再記錄單晶直徑。

例如可以提拉非常長的末端圓錐，照相機在此角度恰好仍然可以記錄亮環。然而，以此方式消耗非常大量的材料，隨后無法使用，可能需要重新熔化。圓柱形區域中單晶直徑越大，則因此在末端圓錐中不必要地消耗的材料的量越大。

也可以提拉末端圓錐，其中不對直徑加以調節，即受控制地提拉末端圓錐。雖然由此可以實現較短的末端圓錐，但是若角度變得過小，則單晶會過早地由熔體脫離。由于缺少調節，于是在此情況下不再能夠以修正的方式采取措施。這一般導致滑移或位錯，其返回晶體中，因而無法使用這一部分的單晶。

EP 0 758 690 A1例如公開了一種方法，其中借助照相機在末端圓錐的區域內記錄單晶直徑，其中在熔體表面上方的區域內布置鏡子。因此即使在比較小的角度，照相機也可以通過鏡子看到亮環。然而，在此情況下，缺點是該鏡子難以安裝，此外因為有蒸汽由熔體升起，所以非常容易起霧。

JP 63 021 280 A1公開了一種方法，其中在提拉末端圓錐期間改變照相機的位置，從而能夠記錄不太陡的角度。然而這是不利的，因為一方面在改變照相機位置時會產生額外的費用，另一方面為了實現可再現的單晶形狀需要精確定位照相機，而這在持續地改變照相機位置時不再能夠可靠地加以確保。

EP 0 498 653 A2公開了一種方法，其中由從熔體提拉的單晶的重量確定熔體表面的降低量。由降低量例如可以確定必須跟著調節坩堝的高度，或者可以修正光學確定單晶直徑的過程，例如通過修正照相機在熔體上方的高度的數值。

DE 42 31 162 A1公開了一種調節坩堝中熔體表面的高度的方法。為此，確定熔體的表面相對于參考標記的距離。

US 6,106,612 A例如公開了一種相對于固定的點確定在坩堝中熔體表面的位置的方法，由該坩堝提拉單晶。

因此值得期待的是，提供在由熔體提拉單晶時確定單晶直徑的簡單的可能性。

發明公開