[發明專利]用于制造無缺陷單晶硅晶體的方法和設備

在審

• 申請號: 202111152966.3
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN114318511A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 高梨啟一;下崎一平
• 申請（專利權）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號: C30B15/22
• 分類號: C30B15/22;C30B29/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜凝;張一舟

本發明涉及用于制造無缺陷單晶硅晶體的方法和設備。一種晶體提拉機設備包括提拉組件，其用以以提拉速度從硅熔體提拉晶體；坩堝，其裝納硅熔體；在硅熔體的表面上方的熱屏蔽件；升降器，其用以改變熱屏蔽件和硅熔體的表面之間的間隙；以及一個或多個計算裝置，其用以響應于提拉速度的變化在晶體的給定長度下使用Pv?Pi容限來確定對間隙的調節。由計算裝置進行的計算機實施的方法包括確定提拉速度命令信號以控制晶體的直徑；確定升降器命令信號以控制熱屏蔽件和從其生長晶體的硅熔體的表面之間的間隙；以及響應于不同的提拉速度使用Pv?Pi容限來確定對間隙的調節。

背景技術

提拉法（Czochralski，CZ）工藝被開發來制造單晶或單晶體材料。CZ工藝在現代計算世界中最重要的應用之一是生長單晶硅晶體，單晶硅晶體被切成硅晶圓以便制造半導體電路。簡要描述來說，CZ工藝包括在石英坩堝中使多晶硅的原料（charge）熔化，并且從硅熔體的表面旋轉地提拉籽晶。當從硅熔體提拉籽晶時，單晶硅從籽晶延伸并形成柱狀晶體。現代CZ工藝能夠生產直徑為450 mm或更大的硅晶體。

圖1中所示的典型硅晶體100具有在工藝開始時形成并連接到籽晶的肩部102、能夠延伸達2米或更大長度的本體104，以及在工藝結束時形成的尾部106。出于商業應用和產品成品率的目的，重要的是生長在本體中具有均勻直徑的晶體。本領域技術人員眾所周知的是，提高籽晶的提拉速度趨于減小晶體的直徑，并且由此降低提拉速度趨于增大直徑。然而，對于硅晶體而言直徑的精確控制常常需要復雜的反饋控制系統，該反饋控制系統還涉及除提拉速度之外的因素。

發明內容

在一個實施例中，一種晶體提拉機設備包括：提拉組件，其用以以提拉速度從硅熔體提拉晶體；坩堝，其包含硅熔體；在硅熔體的表面上方的熱屏蔽件；升降器，其用以改變熱屏蔽件和硅熔體的表面之間的間隙；以及一個或多個計算裝置，其用以響應于提拉速度的變化在晶體的給定長度下使用Pv-Pi容限（margin）來確定對間隙的調節。

在一個實施例中，Pv-Pi容限包括針對Pv區域的第一邊界和針對Pi區域的第二邊界。

在一個實施例中，Pv-Pi容限還包括在第一邊界和第二邊界之間的中間處的中心容限。

在一個實施例中，一個或多個計算裝置使用中心容限來確定對間隙的調節。

在一個實施例中，提拉速度對應于Voronkov比（v/G）的晶體生長速率（v），并且間隙構成Voronkov比（v/G）的溫度梯度值（G）。

在一個實施例中，計算裝置中的一個或多個通過響應于提拉速度的任何變化來調節間隙來維持Voronkov比處于期望值。

在一個實施例中，一種晶體提拉機設備包括：提拉組件，其用以根據提供提拉速度值的提拉速度配置文件（profile）從硅熔體提拉具有期望直徑的晶體；坩堝，其裝納硅熔體；在硅熔體的表面上方的熱屏蔽件；在坩堝下方的升降器，其豎直地移動坩堝以根據提供間隙值的間隙配置文件來控制熱屏蔽件和硅熔體的表面之間的間隙；測量裝置，其用以測量晶錠的實際直徑；以及一個或多個計算裝置，其改變提拉速度值以提供不同的提拉速度從而將晶錠的實際直徑保持在期望直徑，以及響應于不同的提拉速度使用Pv-Pi容限來進一步調節間隙值以提供間隙調節。

在一個實施例中，Pv-Pi容限包括針對Pv區域的第一邊界和針對Pi區域的第二邊界。

在一個實施例中，Pv-Pi容限還包括在第一邊界和第二邊界之間的中間處的中心容限。

在一個實施例中，一個或多個計算裝置使用中心容限來確定間隙調節。

在一個實施例中，提拉速度配置文件的提拉速度值中的每一個對應于Voronkov比（v/G）的晶體生長速率（v），并且間隙配置文件的間隙值中的每一個構成Voronkov比（v/G）的溫度梯度值（G）。