[發明專利]一種用于制造單晶硅棒的拉晶爐、方法及單晶硅棒

有效

• 申請號: 202111165968.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113862777B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張婉婉;文英熙
• 申請（專利權）人: 西安奕斯偉材料科技股份有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04;C30B15/20;C30B29/06;C30B33/02
• 代理公司: 西安維英格知識產權代理事務所(普通合伙) 61253
• 代理人: 李斌棟;姚勇政

本發明實施例公開了一種用于制造單晶硅棒的拉晶爐、方法及單晶硅棒，所述拉晶爐包括：提拉機構，所述提拉機構構造成利用摻氮硅熔體通過直拉法拉制單晶硅棒；第一熱處理器，所述第一熱處理器用于在使所述單晶硅棒中的BMD消融的第一熱處理溫度下對所述單晶硅棒進行熱處理；設置在所述第一熱處理器上方的第二熱處理器，所述第二熱處理器用于在促使所述單晶硅棒中形成BMD的第二熱處理溫度下對所述單晶硅棒進行熱處理；其中，所述提拉機構還構造成使所述單晶硅棒沿著拉晶方向移動而處于尾部節段被所述第一熱處理器并且頭部節段被所述第二熱處理器熱處理的位置處。

技術領域

本發明涉及半導體硅片生產領域，尤其涉及一種用于制造單晶硅棒的拉晶爐、方法及單晶硅棒。

背景技術

眾所周知，現代集成電路主要制備在硅片表面5微米以內的近表層。因此，要經過內吸雜或外吸雜等技術，以在硅片的體內或背面引入缺陷區，在近表面引入10-20微米的無缺陷、無雜質的潔凈區。近年來，除了常規的內、外吸雜技術外，還有新型的氧氣退火技術、快速熱處理技術和摻氮技術被開發和應用。

在上述集成電路中，提供這樣的一種硅片是非常有利的：該硅片具有從正面開始向體內延伸的無晶體缺陷區域(Denuded?Zone，DZ)以及與DZ鄰接并且進一步向體內延伸的含有體微缺陷(Bulk?Micro?Defect，BMD)的區域，這里的正面指的是硅片的需要形成電子元器件的表面。上述的DZ是重要的，因為為了在硅片上形成電子元器件，要求在電子元器件的形成區域內不存在晶體缺陷，否則會導致電路斷路等故障的產生，使電子元器件形成在DZ中便可以避免晶體缺陷的影響；而上述的BMD的作用在于，能夠對金屬雜質產生內在吸雜(Intrinsic?Getter，IG)作用，使硅片中的金屬雜質保持遠離DZ，從而避免金屬雜質導致的漏電電流增加、柵極氧化膜的膜質下降等不利影響。

而在生產上述的具有BMD區域的硅片的過程中，對硅片進行摻氮是非常有利的。舉例而言，在硅片中摻雜有氮的情況下，高溫下氮原子首先互相結合形成雙原子氮，并促進氧沉淀消耗了大量的空位，使得空位的濃度減少。因為VOID缺陷是由空位組成的，空位濃度的降低導致了VOID缺陷的尺寸減少，使得在相對較低溫度下形成了VOID缺陷尺寸減小的硅片。在集成電路制備工藝的高溫熱處理中，摻氮硅單晶的VOID缺陷很容易被消除，從而提高了集成電路的成品率。同時，摻氮能夠促進以氮作為核心的BMD的形成，從而使BMD達到一定的密度，使BMD作為金屬吸雜源有效地發揮作用，而且還能夠對BMD的密度分布產生有利影響，比如使BMD的密度在硅片的徑向上的分布更為均勻，比如使BMD的密度在臨近DZ的區域更高而朝向硅片的體內逐漸降低等。

在現有技術中，用于生產上述用于集成電路等半導體電子元器件的硅片，主要通過將直拉(Czochralski)法拉制的單晶硅棒切片而制造出。直拉法包括使由石英制成的坩堝中的多晶硅熔化以獲得硅熔體，將單晶晶種浸入硅熔體中，以及連續地提升晶種移動離開硅熔體表面，由此在移動過程中在相界面處生長出單晶硅棒。直拉(Czochralski)法拉制單晶硅棒一般在拉晶爐內進行，由于摻雜元素與硅元素晶格不匹配，在單晶硅生長過程中存在分凝現象，即摻雜元素結晶于單晶硅晶錠中的濃度小于熔體(原料)中的濃度，使得摻雜元素在坩堝中的濃度不斷升高，單晶硅晶錠中摻雜元素的濃度也不斷升高。由于氮在硅單晶中的分凝系數小，僅為7×10^-4，這使得在拉制單晶硅棒的過程中，氮濃度的分布是從晶棒頭部到晶棒尾部逐漸增加，如圖1所示，其示出了氮濃度在摻氮單晶中沿晶體生長方向的理論分布，其中摻氮單晶中頭部與尾部的氮濃度相差較大，相應地，導致摻氮單晶頭部與尾部BMD濃度相差較大。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明實施例期望提供一種用于制造單晶硅棒的拉晶爐、方法及單晶硅棒，在拉制晶棒的過程中，解決因晶棒頭部到尾部氮含量差異過大導致單晶硅棒頭部與尾部BMD含量差異大的問題，以獲得一種整體BMD濃度均一的單晶硅棒。

本發明的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種用于制造單晶硅棒的拉晶爐，所述拉晶爐包括：