製造矽單晶的方法
2023-06-16 22:45:26
專利名稱：製造矽單晶的方法
技術領域：
本發明涉及通過切克勞斯基法(Czochralski法，以下簡稱CZ法)製造矽單晶的技術。
背景技術：
矽晶片內的氧通過捕捉在裝置生產過程中混入晶片內的汙染原子(內在的吸氣作用)而具有改良器件特性的作用。所以，應將晶體定徑部分(crystal fixed diameter part)整個區域內矽單晶中的氧濃度限制在給定的範圍內。
混入矽單晶內的氧源自浸入熔融矽中的石英坩堝的表面。在此情況下，氧經由熔融矽混入晶體內。在傳統CZ法中，發生過沿晶體上拉方向氧濃度不均勻的問題。據認為原因如下(1)在晶體生長期間由於坩堝內的熔體減少，石英坩堝與熔體的接觸面積改變，(2)由於上拉期間爐周邊環境引起的溫度變化使氧從坩堝流出的量改變，及(3)由於熔體流動狀態的變化使氧進入晶體的輸送效率改變。但是，迄今仍尚未報導定量實驗證明可支持上述三個原因，所以該三個原因對晶體濃度的貢獻仍不清楚。另一方面，在矽單晶的實際生產中，就晶體中氧濃度而言有人建議採用數種方法，以處理生長期間晶體固化速率或生長長度的問題，所述方法包括對坩堝旋轉速度、爐內壓力、大氣流速、靜磁場應用或其數個參數(以下稱作操作參數)組合的調整(請參照專利參考文獻1、專利參考文獻2、專利參考文獻3及專利參考文獻4)。
可通過調整操作參數來調整晶體內的氧濃度。為達成此目的，晶體需上拉多次才能得到晶體內氧濃度的數據與操作參數各種變化結果之間的關係，並且需要確定晶體生長期間對操作參數的調整步驟。但是，如參考文獻3中所示，如果晶體的質量標準改變、晶體生長爐更換、爐內諸如絕緣及加熱器等組件改變、原料熔融量增加，即使無前述的情形，如果爐體老化或由於爐件退化而加熱環境改變所引起爐內溫度環境改變，那麼對元件退化、產品變質因素而言，令人惱火的操作參數的調整運作仍需重複數次。
另外，最近矽單晶由8英寸擴增至12英寸大小涉及爐體的按比例擴增，因而導致成本及為調整矽單晶內氧濃度所需上拉晶體的次數指數級增加。因此，傳統的嘗試及誤差法對新質量標準及操作環境的變化所產生的適應性及應用性均非常差。
日本特開平5-262593[專利參考文獻2]日本特開平6-172081[專利參考文獻3]日本特開平9-157085[專利參考文獻4]日本特開平10-167881發明內容本發明基於集中注意力於前述的傳統方法，而本發明的目的是提供一種得到氧濃度均勻分布的製造矽單晶的方法，以靈活地響應新質量標準的應用、操作環境的改變及製造方法的擴增等。
為實現上述目的，本發明的權利要求1是一種利用石英坩堝、通過切克勞斯基法製造矽單晶的方法，其包括根據坩堝轉速(Ω)、坩堝溫度(T)及熔體與坩堝內壁接觸面積和熔體與大氣接觸面積的比例(β)三個參數的關係預測生長中矽單晶內的氧濃度；及控制坩堝轉速(Ω)及坩堝溫度(T)中的至少一個參數，使所預測的氧濃度與目標濃度相一致。
另外，本發明的權利要求2是用於權利要求1的製造矽單晶的方法，其中通過利用石英熔入熔體矽中的溶解能(E)、用函數1/β×Exp(-E/T)結合所述溫度(T)及所述比例(β)，控制矽單晶中的氧濃度。
還有，本發明的權利要求3是權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中調整轉速(Ω)以響應所述比例(β)及溫度(T)的變化。
還有，本發明的權利要求4是權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制加熱坩堝的加熱器的功率，以響應轉速(Ω)及比例(β)的變化。
還有，本發明的權利要求5是權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制坩堝與加熱坩堝所的加熱器之間的相對位置，以響應轉速(Ω)及比例(β)的變化。
還有，本發明的權利要求6是權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制矽單晶的生長速率，以響應轉速(Ω)及比例(β)的變化。
在本發明中，在通過切克勞斯基法、利用石英坩堝製造矽單晶時的許多可控制參數中，三個參數(T、β、Ω)是決定晶體氧濃度的主要因素，且所述參數與元件退化因素及產品變化因素無關。
(1)T坩堝溫度(2)β接觸面積的比例＝熔融矽與大氣的接觸面積/熔融矽與坩堝內壁的接觸面積(3)Ω坩堝轉速作為第一個參數，坩堝溫度T是石英坩堝與熔融矽液態表面接觸部分的平均溫度。通過溫度T可確定從石英坩堝表面溶出的氧的量。雖然認為實際坩堝溫度因位置不同而有高或低溫的分布，但經由熔體對流作用的熱傳導，坩堝的內部溫度已均勻化，所以，位置對測量溫度的影響不大。因此，可通過直接在坩堝轉軸上、石英坩堝正下方某一點用溫度傳感器，如熱電偶或黑體溫度計所測得的溫度來表示(請參照日本特開昭56-125296及日本特開平06-298593)。
作為第二個參數，接觸面積之比β是熔融矽與大氣的接觸面積除以熔融矽與坩堝內壁的接觸面積所得的值，該值是確定晶體上拉期間氧輸送平衡的必要指標。該β值可依據所用石英坩堝內表面的幾何形狀與拉起晶體時熔體的體積用幾何方法計算。這裡，上拉晶體期間的熔體體積可由裝入的矽原料重量減去拉上的晶體重量算出，或將晶體上拉前加於坩堝轉軸上的負荷變化轉換成熔體的體積。方程式中分母，即熔融矽與大氣的接觸面積數值是由對應於上拉時熔體量的熔體表面積減去晶體橫斷面所得的值。此外，接觸面積之比β是物理意義上不同於晶體固化率(參照專利參考文獻1)及晶體上拉長度(參照專利文獻4)的參數，所述晶體固化率及晶體上拉長度是傳統調整氧濃度方法中的控制參數。
作為第三個參數，坩堝轉速Ω是確定由於石英坩堝轉動而接觸坩堝表面的熔體介面形成的流動邊界層厚度的參數。流動邊界層厚度的變化是氧從坩堝表面轉移至熔體的移動速率的變化。所以，認為Ω是晶體上拉期間確定氧輸送平衡的基本指標。Ω的數值可用安裝在坩堝轉動軸上的解碼器(encoder)測得。
在本發明中，混入晶體生長面上晶體內的氧濃度被認為是由晶體生長期間前述三個控制參數所決定的，每個參數及晶體中的氧濃度被認為在下述公式(1)中相關聯Op(Ω、T、β)＝A×F(Ω)×G(T)×H(β)+B... 方程式(1)其中A是換算常數，B是常數，F、G及H分別是坩堝轉速Ω、坩堝溫度T及接觸面積之比β的函數。例如，F、G及H對Ω、T及β的函數特徵表示在以下具有各常數f、g及h的乘方定律形式的公式中F(Ω)＝Ω0.5+fG(T)＝T+g ...方程式(2)H(β)＝β-1+h
晶體的氧濃度Op可通過將晶體實際生長期間的各個操作參數Ω、T、β代入方程式(1)及(2)中加以預測。
此外，在方程式(2)中，因認為函數G(T)與石英坩堝溶入熔融矽內的速率成比例，所以如果以E代表石英溶入矽中的溶解能，則下式的表示就是合理的G(T)＝Exp(-E/T) ...方程式(3)進而，如果以h＝0代入函數H(β)中，那麼氧的濃度變成與面積比例β成反比的簡單形式。在此情況下，H(β)的函數I(β、T)乘以G(T)即成為以下形式I(β、T)＝1/βExp(-E/T) ...方程式(4)該函數I(β+T)是Hoshikawa及Hirata預測熔體中氧濃度的邊界層模型的方程式(Japanese Association for Crystal Growth Corporation第15.2卷(1988)，第215頁的方程式(14))，其對應於在下述條件下的近似式接觸石英坩堝表面部分的氧濃度Cs大於熔體自由表面上的氧濃度Ca(Cs＞Ca)；熔體與石英坩堝表面的氧濃度邊界層厚度與自由表面氧濃度邊界層厚度的比例α遠小於接觸面積之比β(α＜＜β)。即，利用以下表示熔體中近似氧濃度的方程式(5)，可以更準確地預測晶體中的氧濃度。
Op(Ω、T、β)＝A×F(Ω)×1/β×Exp(-E/T)+B方程式(5)之後，如果由方程式(1)或(5)所預測的晶體氧濃度Op與氧濃度的約定質量值不同，則對晶體生長期間坩堝轉速Ω及坩堝溫度T進行適度調整，以滿足以下方程式(6)|Op(Ω、T、β)-Ot(β)|≤Δ方程式(6)其中Δ是晶體生長部分氧濃度的可接受變量，其是由質量規範所確定的。
如上所述，在晶體生長期間，依照方程式(1)或(5)，或(6)控制三個參數，就可以總是將晶體內的氧濃度置於質量規範之內。
在此方面，雖然坩堝轉速可由爐的控制面板直接改變，但問題是坩堝溫度無法在控制面板上設定。為此，以下所述的幾種方法經由改變每種操作參數，通過調整加熱器功率以保持上拉晶體的直徑固定不變來間接控制坩堝的溫度(1)調整加熱坩堝所用加熱器的功率。例如，如果坩堝裝配兩種加熱器，其中一個加熱器用來加熱坩鍋側壁(主加熱器)，另一個加熱器加熱坩堝底部(輔加熱器)，遞減地調節供給主加熱器的功率，但不減小上拉期間的晶體直徑，同時增加供給輔加熱器的功率，以升高坩堝的溫度。
(2)調整坩堝與加熱器之間的相對位置。為實施此方法，可上下移動坩堝，或可以使用直接移動主加熱器的裝置(參照日本特開平6-219887)。
(3)調整晶體生長速率。為實施此方法，由於對應於晶體生長速率變化而導致的固化所產生的熱值變化，需要改變加熱器的熱值以保持晶體直徑，所以可以根據該值改變所需的加熱器加熱功率而間接升高或降低坩堝溫度。
(4)改變坩堝轉速。此方法利用的是通過增加坩堝轉速，熔體轉矩隨之增加，從而抑制熔體本身的對流作用，減少轉移到熔體的熱量。坩堝轉速增加，自熔體轉移到晶體的熱量則減低，所以需要增加加熱器的熱值以保持晶體的直徑，為此，需增加加熱器的加熱功率，結果間接增加了坩堝溫度。但是，也應考慮到坩堝轉速不僅取決於坩堝溫度，也取決於上述流動邊界層的厚度，而該流動邊界層的厚度影響氧的濃度。
發明效果依照本發明的製造方法，不受晶體直徑改變及熔體原料初始量的影響，可以高收率地製得氧濃度均勻分布的矽單晶。
圖1所示為圖示根據本發明方法製造矽單晶所用的製造裝置實施方案的示意圖。
圖2所示為在矽單晶上拉時，不同操作參數控制程序的流程圖。
圖3所示為對比例中操作參數(T及β)與氧濃度(O)之間的關係。
圖4所示為實施例1中操作參數(T及Ω)與氧濃度(O)之間的關係。
圖5所示為實施例2中操作參數(T及Ω)與氧濃度(O)之間的關係。
圖6所示為實施例3中操作參數(T、Ω及功率)與氧濃度(O)之間的關係。
圖7所示為實施例4中操作參數(T、Ω及位置)與氧濃度(O)之間的關係。
圖8所示為實施例5中操作參數(T、Ω及V)與氧濃度(O)之間的關係。
圖9所示為實施例6中操作參數(T、Ω及功率)與氧濃度(O)之間的關係。
圖10所示為實施例7中操作參數(T、Ω及功率)與氧濃度(O)間的關係。
編號及符號說明1 製造裝置2 拉晶爐3 坩堝軸4 石英坩堝5 主加熱器5a 主加熱器源6 輔加熱器6a 輔加熱器源7 坩堝支撐驅動機構
7a 坩堝轉動伺服馬達7b 坩堝上升伺服馬達8 晶種9 晶種夾頭10 拉線11 線卷揚機構11a 線卷揚伺服馬達11b 負載單元12 控制器13 矽單晶14 熔融矽15 熱電偶16 輻射溫度計具體實施方式
以下將描述實施本發明的最佳模式。
圖1所示為圖示根據本發明方法製造矽單晶所用的製造裝置實施方案的示意圖。
製造裝置1裝配有拉晶爐2、拉晶爐2底部中央設置坩堝軸3、坩堝軸3的頂部設置石英坩堝4、用於加熱石英坩堝4及圓周邊緣的環型主加熱器5、環繞坩堝軸3的環型輔加熱器6、升起及轉動坩堝軸3的坩堝支撐驅動機構7、支持晶種8的晶種夾頭9、晶種夾頭9夾住的拉線10、用於卷揚拉線10的線卷揚機構11及控制器12。編號13是生長中的矽單晶，14是石英坩堝4內的熔融矽。配合晶體從熔融矽的生長速率，通過拉線10將矽單晶13向上拉。
坩堝支撐驅動機構7裝配有坩堝轉動伺服馬達7a及坩堝上升伺服馬達7b。卷線揚機構11裝配有線卷揚伺服馬達11a及負載單元11b。
此外，在拉晶爐2的內部，裝配有用於測量石英坩堝4溫度的熱電偶(或黑體溫度計)15，以及用於測量拉晶爐2內部的輻射熱(加熱器溫度)的輻射熱溫度計16。熱電偶15安裝在石英坩堝4的外表面上。輻射熱溫度計16安裝在主加熱器5及輔加熱器6的周邊。
主加熱器5及輔加熱器6所需的功率由各個電源5a及6a供應。
在控制器12中，將熱電偶15測量的溫度結果、負載單元11b測量的重量結果、坩堝轉動伺服馬達7a的轉速輸入。依據這些輸入的數據，控制器12驅動坩堝轉動伺服馬達7a、坩堝上升伺服馬達7b、主加熱器源5a、輔加熱器源6a、線卷揚伺服馬達11a等。
圖2所示為在矽單晶上拉時，不同操作參數控制程序的流程圖。依照該流程，控制器12控制各個操作參數，例如坩鍋轉速、晶體上拉速率、定徑部矽單晶生長自起點至終點的加熱器功率。
控制器12具體實施以下步驟。
首先，控制器12讀入負載單元11b所提供的重量測量數據，經由計算蒸發麵積及接觸面積，算出接觸面積的比例(β)(S11至S15)。此外，控制器12讀入坩堝轉動伺服馬達7a的轉速Ω(坩堝轉速)(S21至S22)。另外，控制器12讀入熱電偶15(坩堝底部溫度計)所提供的溫度測量數據(坩堝溫度)T(S31及S32)。
其次，利用由各個步驟S15、S22及S32所得接觸面積之比β、坩堝轉速Ω及坩堝溫度T，控制器12計算預測的氧濃度Op(Ω、T、β)(S41)。利用方程式(1)及(5)進行該計算。
將步驟S41中所算得的預測氧濃度Op(Ω、T、β)與約定質量值Ot(S42)進行比較。
接下來，依照步驟S42中所得的比較結果，控制器12選擇控制方法(S43)。
之後，依照步驟S43所選的控制方法，控制器12控制坩堝轉動伺服馬達7a(S51及S52)、線卷揚伺服馬達11a(S61及S62)、坩堝上升伺服馬達7b(S71及S72)、加熱器源5a 18S(S81及S82)等。
以下將描述本發明的對比例及實施例。
對比例1作為本發明的對比例，其說明了當不改變控制參數如坩堝轉速、晶體生長速率、加熱器與坩堝位置間的關係及每個加熱器的能量分配時的晶體生長實例。圖3所示為以下測量結果與生長期間熔體重量變化的關係在直徑為28英寸的石英坩堝內裝填200公斤多晶矽並熔化之後，所測量的接觸面積之比β、坩堝溫度T、12英寸直徑單結晶生長期間晶體內氧濃度的測量結果。其中的坩堝溫度T表示為與定徑部頂部生長中的坩堝溫度的差。
雖然在坩堝內氧濃度已減低的殘留熔體內，在定徑部的晶體末端該定徑部晶體的氧濃度有一定程度增加，但所述定徑部晶體的氧濃度從生長的頂部開始逐漸減小，以致造成相當於定徑部平均整個長度20％的較大的寬度變化。據認為該變化是由於直到晶體上拉中期接觸面積之比β大幅減小及晶體上拉後期坩堝溫度增加的影響所導致的。應當理解，必須通過適度改變接觸面積之比β及坩堝溫度T來進行控制，以使晶體內的氧濃度均勻化。
實施例1實施例1對應於權利要求1和3。
在與對比例1相同的拉晶爐及爐組件內生長12英寸的晶體，使結晶內的氧濃度均勻地變為8.0×10E17(原子/立方釐米)，通過改變結晶生長期間的坩堝轉速以控制坩堝溫度。具體而言，在單晶上拉的初始階段控制較低的坩堝轉速，生長後期則依照圖2中所示流程圖提高或降低轉速。在控制方程式(1)內使用的用於氧濃度的各函數F、G及H具有以下的形式F(Ω)＝Ω0.5
G(T)＝T+g 方程式(7)H(β)＝β-1常數A、B及g是用最小二乘法由實施例1的操作條件及實際所得晶體的氧濃度來確定的。
圖4所示為坩堝轉速Ω及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω表示對比例1中轉速數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1中定徑部晶體頂部生長中的坩堝溫度的差。
實施例1中的坩堝溫度T可提高對比例1中的坩堝轉速，以補償圖4中所示接觸面積之比β的減低，結果，所製得的晶體與定徑部晶體整個長度內的氧濃度目標值8.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在4％以內。
實施例2實施例2對應於權利要求2和3。
在實施例2中，在與對比例1相同的拉晶爐及熱區域生長12英寸的晶體，使晶體中氧濃度均勻地變為8.0×10E17(原子/立方釐米)，如實施例1，通過改變晶體生長中的坩堝轉速Ω來控制坩堝溫度T。具體而言，在單晶體上拉的初始階段保持低的坩堝轉速Ω，接近生長後期則依照圖2所示流程圖升高或降低轉速。在預測方程式(5)中使用的氧濃度的各函數F及I具有以下的形式F(Ω)＝Ω0.5I(T)＝1/β×Exp(-E/T)此外，E的值是24,000(K)，其是參考文獻內所公開的近似值(T，Carberg，J.Electrochem Soc.，第133卷，第9期，第1940頁)，常數A及B是用最小二乘法由實施例1中的操作條件及實際所得晶體中的氧濃度而求出的。最小二乘法的誤差變為實施例1中所得的一半，且利用此方程式的近似精度好於實施例1的。
圖5所示為坩堝轉速Ω及坩堝溫度T的變化。其中的坩堝轉速Ω表示對比例1中轉速數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1中定徑部的晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。
實施例2中坩堝溫度T也可以提高對比例1中的坩堝轉速，以補償接觸面積之比β的減低，結果，所得晶體的均勻性比實施例1中的更好，其與定徑部的晶體整個長度的氧濃度目標值8.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
實施例3實施例3對應於權利要求3和4。
在實施例3中，在晶體生長的初始階段，坩堝轉速Ω的變化以實施例2中的同樣方式實施，自生長的中遊(midstream)開始，坩堝轉速Ω固定在與對比例1中同樣的轉速，之後，坩堝溫度T的變化通過調整供應輔加熱器6的功率來進行。此外，方程式(5)連同實施例2中所用的相同函數F和I及實施例2中所用的常數A、B和E被用於預測方程式。
圖6所示為各個操作參數(坩堝轉速Ω及供應輔加熱器18S的功率)及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω及供應輔加熱器18S的功率表示對比例1中所述數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1中定徑部的晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。
在實施例3中，也可以升高坩堝溫度T以補償接觸面積之比β的減低，結果，所得晶體與定徑部的晶體整個長度的氧濃度目標值8.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
實施例4實施例4對應於權利要求5。
在實施例4中，在晶體生長的初始階段中，坩堝轉速Ω的變化與實施例2中的相同方式進行，自生長的中遊開始，坩堝轉速Ω則固定在與對比例1中相同的轉速，之後，坩堝溫度T的改變通過改變主加熱器5及熔體表面與坩堝軸上升伺服馬達7b的相對位置來進行。此外，方程式(5)連同實施例2中所用的相同函數F和I及實施例2中所用常數A、B和E被用於預測方程式。
圖7所示為各操作參數(坩堝轉速Ω和坩堝位置階梯)及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω表示對比例1中轉速數值的百分比，坩堝位置階梯表示對比例1中的坩堝上升伺服馬達7b的移動階梯數，坩堝溫度T表示與對比例1中定徑部的晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。在實施例4中，也可以提高坩堝溫度T以補償接觸面積之比β的減低，結果，所製得的晶體與定徑部的晶體整個長度的氧濃度目標值8.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
實施例5實施例5對應於權利要求6。
在實施例5中，在晶體生長的初始階段，坩堝轉速Ω的變化以與實施例2相同的方式實施，自生長的中遊開始，坩堝轉速Ω固定在如對比例1相同的轉速，之後，對坩堝溫度T的變化通過改變晶體生長速率進行。此外，方程式(5)連同實施例2中所用的相同函數F和I及實施例2中所用常數A、B和E被用於預測方程式。
圖8所示為各操作參數(坩堝轉速Ω及晶體生長速率)及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω及晶體生長速率表示對比例1中所述數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1中定徑部晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。在實施例5，也可提高坩堝溫度T以補償接觸面積之比β的減低，結果，所製得的晶體與定徑部整個長度的氧濃度目標值8.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
實施例6實施例6旨在製得具有較高的9.0×10E17(原子/立方釐米)氧濃度的晶體，以取代實施例3中所得到的氧濃度8.0×10E17(原子/立方釐米)。即，對坩堝轉速Ω的改變在與實施例3坩堝轉速的相同條件下進行，以通過改變供給輔加熱器6的功率促使氧在坩堝溫度高於實施例2時從坩堝溶出。此外，方程式(5)連同實施例2所用的相同函數F和I及連同實施例2內所用的常數A、B和E被用於預測方程式。
圖9所示為各操作參數(坩堝轉速Ω及供給輔加熱器6的功率)及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω及供給輔加熱器6的功率表示對比例1中所述數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1定徑部的晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。也可以提高實施例6的坩堝溫度T以補償接觸面積之比β的減低，結果，所製得的晶體與定徑部的晶體整個長度的氧濃度目標值9.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
實施例7實施例7旨在製得具有較低的7.0×10E17(原子/立方釐米)氧濃度的晶體，以取代實施例3所得到的氧濃度8.0×10E17(原子/立方釐米)。即，坩堝轉速Ω在與實施例3坩堝轉速的相同條件下變化，以通過改變供給輔加熱器的功率6a抑制氧在坩堝溫度低於實施例2時從坩堝溶出。此外，方程式(5)連同實施例2內所用的相同函數F和I及連同實施例2內所用的常數A、B和E被用於預測方程式。
圖10所示為各操作參數(坩堝轉速Ω及供給輔加熱器6的功率)及坩堝溫度T的變化。其中坩堝轉速Ω及供給輔加熱器的功率18S表示對比例1中所述數值的百分比，坩堝溫度T表示與對比例1定徑部的晶體頂部在生長期間坩堝溫度的差。也可以提高實施例7的坩堝溫度T以補償接觸面積之比β的減低，結果，所製得的晶體與定徑部的晶體整個長度的氧濃度目標值7.0×10E17(原子/立方釐米)的偏差在2％以內。
如上所述，在本發明的製造方法中，基於集中以下的注意力沿矽單晶軸向氧濃度的分布取決於坩堝轉速、坩堝溫度、作為控制坩堝溫度T參數的熔融矽與石英坩堝4及大氣的接觸面積，可以用坩堝轉速、加熱器的加熱溫度及晶體上拉速率中的任何一個或其組合。根據本製造方法，可以使矽單晶軸向氧濃度的分布均勻化，並可以改進矽單晶的生產收率。此外，完全不使用傳統方法中的晶體長度、熔體固化速率或上拉期間熔體的量，但使用接觸面積之比β作為控制指標，所以，本方法的優點是不受晶體直徑變化及熔體原料初始量的影響。
權利要求
1.一種利用石英坩堝、通過切克勞斯基方法製造矽單晶的方法，其包括根據坩堝轉速(Ω)、坩堝溫度(T)及熔融矽和坩堝內壁接觸面積與熔融矽和大氣接觸面積的比例(β)三個參數的關係預測生長中矽單晶中的氧濃度；以及控制坩堝轉速(Ω)及坩堝溫度(T)中的至少之一，使所預測的氧濃度與目標濃度一致。
2.權利要求1的製造矽單晶的方法，其中通過利用石英熔入熔體矽中的溶解能(E)、用函數1/β×Exp(-E/T)結合所述溫度(T)及所述比例(β)，控制矽單晶中的氧濃度。
3.權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制所述轉速(Ω)，以響應所述比例(β)和所述溫度(T)的變化。
4.權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制供給加熱坩堝的加熱器的功率，以響應所述轉速(Ω)和所述比例(β)的變化。
5.權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制坩堝與加熱坩堝的加熱器之間的相對位置，以響應所述轉速(Ω)和所述比例(β)的變化。
6.權利要求1或2的製造矽單晶的方法，其中控制矽單晶的生長速率，以響應所述轉速(Ω)和所述比例(β)的變化。
全文摘要
目的在通過切克勞斯基法、利用石英坩堝製造矽單晶的方法中，在不受晶體直徑及熔體初始進料量變化的影響下，以高的收率製得氧濃度分布均勻的矽單晶。結構依據坩堝轉速(Ω)、坩堝溫度(T)及熔融矽與坩堝內壁接觸面積及熔融矽與大氣接觸面積的比例(β)三個參數的關係，並通過利用石英熔入熔體內的溶解能(E)、以函數1/β×Exp(－E/T)結合溫度(T)及比例(β)，通過預測生長中矽單晶中的氧濃度來調節矽單晶中的氧濃度，以控制轉速(Ω)及溫度(T)中的至少一個，使預測的氧濃度與目標濃度一致。
文檔編號C30B15/00GK1932085SQ200610092779
公開日2007年3月21日 申請日期2006年6月14日 優先權日2005年6月15日
發明者岸田豐, 竹林聖記, 玉木輝幸 申請人:矽電子股份公司