專利名稱：用于控制空位為主的單晶硅熱過程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般，本發(fā)明涉及一種按照直拉法的單晶硅錠制備。尤其是，本發(fā)明涉及一種方法，所述方法用于在晶錠生長時，利用設(shè)置在硅熔體下方的加熱器來控制晶錠的熱過程(熱史，受熱歷程)，以便限制由晶錠得到的晶片中與空位有關(guān)的聚集缺陷的密度和尺寸，并改善上述晶片的柵氧化層完整性。
背景技術(shù)：
單晶硅通常用所謂的直拉(“Cz”)法制備，所述單晶硅在大多數(shù)場合是用于制造半導(dǎo)體電子元件的原材料。在這種方法中，將多晶硅(“多硅”)裝入坩堝并熔化，使一個籽晶與熔化的硅接觸并通過緩慢提取法生長單晶。在晶頸形成完成之后，通過降低拉速和/或熔體溫度使晶體的直徑增大，直到達到所希望的或目標直徑。然后通過控制拉速和熔體溫度，同時補充降低的熔體液位，來生長晶體的圓柱形主體，該晶體主體具有基本上恒定的直徑。在生長過程接近結(jié)束但坩堝用空熔化的硅之前，逐漸縮小晶體直徑以形成一個端錐(尾錐)。通常，端錐是通過增加晶體拉速和供給到坩堝的熱量形成的。當(dāng)直徑變得足夠小時，就使晶體與熔體分離。
近年來，已認識到單晶硅中的許多缺陷是當(dāng)晶錠從固化溫度冷卻時在生長室中形成的。更具體地說，當(dāng)晶錠冷卻時，在達到某個閾限溫度之前，一些本征點缺陷如晶格空位或硅自填隙仍然可溶于硅晶格中，在低于上述閾限溫度時指定的本征點缺陷濃度變成臨界過飽和。在冷卻到低于這個閾限溫度時，發(fā)生一種反應(yīng)或聚集(團聚)現(xiàn)象，導(dǎo)致形成聚集的本征點缺陷。
以前已有報道(見比如PCT/US98/07365和PCT/US98/07304)，硅中這些點缺陷的類型和初始濃度是隨著晶錠從固化溫度(亦即約1410℃)冷卻到一高于約1300℃(亦即約1325℃，1350℃或更高)的溫度而確定的。也就是說，這些缺陷的類型和初始濃度受比值v/G0控制，此處v是生長速度，和G0是在這個溫度范圍內(nèi)的平均軸向溫度梯度。具體地說，對于增加v/G0值，在v/G0的臨界值附近發(fā)生從漸減的自填隙為主的生長轉(zhuǎn)變到漸增的空位為主的生長，根據(jù)目前所得到的信息，所述v/G0的臨界值似乎是約為2.1×10-5cm2/sK，此處G0是在上述溫度范圍內(nèi)軸向溫度梯度恒定的條件下確定的。因此，可以控制過程條件如生長速率和冷卻速率(它們影響v)，及熱區(qū)配置(它影響G0)，以便確定在單晶硅內(nèi)本征點缺陷主要是空位(此時v/G0一般大于該臨界值)還是自填隙(此時v/G0一般小于該臨界值)。
與晶格空位聚集有關(guān)的缺陷，或空位本征點缺陷，包括一些可觀察到的晶體缺陷，如D缺陷，流動圖形(流圖)缺陷(FPDs)，柵氧化層(柵氧化物)完整性(GOI)缺陷，晶體原生粒子(COP)缺陷，晶體原生輕微點(light point)缺陷(LPDS)，及某些類用紅外光散射技術(shù)(如掃描紅外顯微術(shù)和激光掃描層析X射線攝影法)觀察到的體缺陷。另外，在過量空位的區(qū)域中存在的是起用于形成氧化誘生堆垛層錯(OISF)的核作用的缺陷。據(jù)推測，這種特殊的缺陷是由于存在過量空位而催化的高溫成核氧聚集物。
一旦達到“聚集作用閾限”，只要晶錠那部分的溫度保持高于第二閾限溫度(亦即“擴散性閾限”)，本征點缺陷如空位就持續(xù)穿過硅晶格擴散，低于上述第二閾限溫度，在商業(yè)實用期間內(nèi)本征點缺陷就不再活動。當(dāng)晶錠保持高于這個溫度時，空位本征點缺陷穿過晶格擴散到已存在聚集空位缺陷的地方，有效地使指定的聚集缺陷尺寸生長。這些聚集缺陷的地方由于聚集作用更有利的能態(tài)而主要是起吸引和收集空位本征點缺陷的“坑穴”作用。
因此，這種聚集空位缺陷的形成和尺寸依賴于在從“聚集作用閾限”到“擴散性閾限”的溫度范圍內(nèi)晶錠主體的熱過程，更具體地說依賴于晶錠主體部分在上述溫度范圍內(nèi)的冷卻速率或停留時間。例如，高冷卻速率通常形成具有大量直徑較小的聚集空位缺陷的硅錠。這些條件例如相對于輕微點缺陷(LPDs)是有利的，因為集成電路制造者對于200mm直徑的晶片通常要求尺寸超過0.2微米的這些缺陷數(shù)不超過約20個。然而，這些條件由于它們通常產(chǎn)生具有不合格的柵氧化層完整性(GOI)的晶片而是不利的；也就是說，這些條件造成晶片具有大量對柵氧化層完整性產(chǎn)生負面影響的小的聚集空位缺陷。相反，緩慢冷卻速率通常造成晶錠具有少量很大的聚集空位缺陷，這樣生產(chǎn)出的晶片具有合格的GOI值，但LPD值不合格。
與聚集的空位缺陷有關(guān)的問題還由于晶錠的冷卻速率在整個主體長度上常常不均勻而進一步復(fù)雜化。結(jié)果，從這種晶錠得到的晶片中缺陷的尺寸和濃度將不同。從一個晶錠得到的晶片之中的這種變化，對提出在這些聚集缺陷形成之后除去它們的那些人產(chǎn)生了問題。更具體地說，某些人提出通過熱處理晶片形式的硅，使在高拉速下生長的晶錠中所形成的缺陷湮滅。例如，F(xiàn)usegawa等提出在超過0.8mm/分的生長速率下生長硅錠，并在1150℃-1280℃范圍內(nèi)的溫度下熱處理由該晶錠切成的晶片，以便使晶體生長過程期間形成的缺陷湮滅(見比如歐洲專利申請503,816,A1)。這種熱處理業(yè)已證明減少了在靠近晶片表面的一個薄區(qū)域中的缺陷密度。然而，所需的具體條件，除了其他因素之外，將根據(jù)缺陷的濃度和位置而發(fā)生變化。例如，這種熱處理可以成功地溶解從籽晶錐附近那部分晶錠得到的晶片中的聚集空位缺陷，但不能溶解從端錐附近那部分晶錠得到的晶片中的聚集空位缺陷。因此，處理從具有非均勻軸向熱過程并因此具有非均勻聚集缺陷軸向濃度的晶錠得到的晶片要求不同的處理條件。結(jié)果，這些晶片熱處理是不經(jīng)濟的。另外，這些處理有把金屬雜質(zhì)引入硅晶片的可能。
一個給定晶錠的非均勻熱過程可以是由于例如與晶錠的主體或端錐生長有關(guān)的條件引起的。更具體地說，常常是主體后面部分或端錐的冷部速率與主體前面部分的冷卻速率不同，已知通常是(i)側(cè)面加熱器功率是在主體生長了少達20％之后增加，和(ii)側(cè)面加熱器功率和生長速率是在晶錠的端錐生長期間增加。側(cè)面加熱器功率通常是在主體生長期間增加，因為隨著熔體的液位下降，需要額外的熱量，以保證多晶硅保持處于熔化狀態(tài)；也就是說，側(cè)面加熱器功率通常是隨著多晶硅熔體消耗而增加，以保它不重新固化或“凍結(jié)”。側(cè)面加熱器功率和/或生長速率通常是在端錐生長期間增加，以便使晶錠直徑減小。
因此，需要持續(xù)存在一種方法，該方法能用這種方式生長單晶硅錠，以使晶錠的主體具有一比較均勻的熱過程，一種使得到的晶片滿足LPD要求并具有理想GOI值的熱過程。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的若干目的和特點中是要提供一種用于控制單晶硅錠熱過程的方法；這樣一種方法，其中晶錠主體的冷卻速率比較均勻(一致)；這樣一種方法，其中在晶錠的主體和端錐生長期間，拉晶機的側(cè)面加熱器功率保持基本上恒定，或者減少；這樣一種方法，其中在整個主體長度上晶錠中聚集空位缺陷的濃度比較均勻；這樣一種方法措施，其中在晶片形式的硅內(nèi)這些聚集缺陷的尺寸被最小化；這樣一種方法，其中改善了晶片形式的硅中柵氧化層完整性；這樣一種方法，此方法不需要高溫?zé)崽幚砘蛘卟恍枰煌邷責(zé)崽幚砭问降墓?；這樣一種方法，此方法在晶錠主體生長期間不因為降低拉速而顯著減少產(chǎn)量；及這樣一種方法，其中控制在高于本征點缺陷保持活動的溫度下拉晶機中晶錠的軸向溫度梯度，以便改善晶錠主體熱過程的均勻性。
因此，簡要地說，本發(fā)明針對用于控制單晶硅錠在生長期間熱過程的方法，該硅錠按照直拉法從硅熔體中拉出，晶錠接連地具有一個籽晶錐、一個主體和一個端錐(尾錐)。該方法包括在晶錠主體生長期間，在從固化溫度到一溫度不低于約1325℃的溫度范圍內(nèi)，控制(i)生長速度v和(ii)平均軸向溫度梯度G0，以使空位是晶錠主體中主要的本征點缺陷；及在主體生長期間，用側(cè)面加熱器和底部加熱器加熱硅熔體，其中供給到側(cè)面加熱器的功率在主體的一部分和端錐生長期間減少。
本發(fā)明還針對一種用于制備單晶硅錠的方法，從上述單晶硅錠可以得到這樣的單晶硅片，該單晶硅片具有至少約50％的柵氧化層完整性和少于約20個尺寸超過約0.2微米的輕微點缺陷。單晶硅錠按照直拉法從硅熔體中拉出，其中在生長期間，在從固化溫度到一溫度不低于約1325℃的溫度范圍內(nèi)控制拉速v和平均軸向溫度梯度G0，以使空位是其中主要的本征點缺陷。晶錠接連地具有一個籽晶錐、一個主體和一個端錐。所述方法的特征在于在主體和端錐生長期間，將側(cè)面加熱器功率減少，并且熱量用一底部加熱器從硅熔體的下方施加。
本發(fā)明的另一些目的和特點一部分是顯而易見的，一部分在下面指出。


圖1A是按照本發(fā)明一個實施例所述的直拉生長設(shè)備的剖視圖。
圖1B是直拉生長設(shè)備其中一部分的剖視圖，其中示出一個“緩慢冷卻”熱區(qū)的實例(設(shè)備40一般表示了保溫層，屏蔽/反射器或加熱器，它們可以從拉晶室中和熔體上方伸出，以減慢生長中的晶錠冷卻的速率)。
圖2是示出用一“敞開”式熱區(qū)配置(構(gòu)形)按常規(guī)方式生長的整個晶錠主體上流動圖形缺陷密度及其中軸向變化的曲線圖。
圖3是示出當(dāng)用常規(guī)方式和按照本發(fā)明方法一個實施例拉單晶硅錠時，供給到側(cè)面加熱器元件和底部加熱器元件上的功率二者隨主體長度而變化的曲線圖。
圖4是示出在整個晶錠主體上流動圖形缺陷密度和密度軸向變化的曲線圖，所述晶錠用該技術(shù)中通用配置的“緩慢冷卻”(緩冷)熱區(qū)按本方法的一個實施例生長的。
圖5是在一具有側(cè)面保溫層整個厚度一半的“緩慢冷卻”式直拉生長設(shè)備中單晶硅錠第二個一半(亦即從約400mm-約850mm的軸向位置)的軸向溫度分布隨距熔體表面的距離變化的曲線圖。
圖6是在一具有側(cè)面保溫層整個厚度一半的“緩慢冷卻”式直拉生長設(shè)備中，單晶硅錠第二個一半(亦即從約400mm-約850mm的軸向位置)的軸向溫度梯度隨溫度變化的曲線圖。
圖7是在一具有側(cè)面保溫層整個厚度的7/8的“緩慢冷卻”式直拉生長設(shè)備中，單晶硅錠第二個一半(亦即從約400mm-約850mm的軸向位置)的軸向溫度分布隨距熔體表面的距離變化的曲線圖。
圖8是在一具有側(cè)面保溫層整個厚度的7/8的“緩慢冷卻”式直拉生長設(shè)備中，單晶硅錠第二個一半(亦即從約400mm-約850mm的軸向位置)的軸向溫度梯度隨溫度變化的曲線圖。
圖9a-9e是直方圖，其中分析了許多晶片存在超過約0.2微米的輕微點缺陷(LPDs)的情況(Y軸＝晶片數(shù)；X軸＝超過約0.2微米的LPDs數(shù))；圖9a-9e代表由其得到晶片的晶錠的連貫20％部分，所述單晶硅錠在一“緩慢冷卻”熱區(qū)配置中生長，其中不用底部加熱器并且側(cè)面加熱器功率在生長過程期間增加。
圖10a-10e是直方圖，其中分析了許多晶片存在超過約0.2微米的輕微點缺陷(LPDs)的情況(Y軸＝晶片數(shù)；X軸＝超過約0.2微米的LPDs數(shù))；圖10a-10e代表由其得到晶片的晶錠連貫20％部分，所述單晶硅錠在一“緩慢冷卻”熱區(qū)配置中生長，其中應(yīng)用一個底部加熱器并且側(cè)面加熱器功率在生長過程期間保持恒定。
圖11是示出當(dāng)用常規(guī)方法和按照本發(fā)明方法第二實施例—其中側(cè)面加熱器功率減少—拉單晶硅錠時，供給到側(cè)面加熱器和底部加熱器二者的功率隨主體長度變化的曲線圖。
圖12是示出對用底部加熱器(■)和不用底部加熱器(◆)制備的晶錠隨晶錠長度變化的柵氧化層完整性試驗結(jié)果(Y軸表示為“通過百分率”)的曲線圖。
圖13是示出在整個晶錠主體上流動圖形缺陷密度和密度軸向變化曲線圖，所述晶錠按照本發(fā)明方法的第二實施例生長，其中用該技術(shù)中通用方法配置的“緩慢冷卻”熱區(qū)，側(cè)面加熱器功率減少。
圖14a-14e是直方圖，其中分析了許多晶片存在超過約0.2微米的輕微點缺陷(LPDs)情況(Y軸＝晶片數(shù)；X軸＝超過約0.2微米的LPDs數(shù))；圖14a-14e代表由其得到晶片的晶錠連貫的20％部分，所述單晶硅錠在一“緩慢冷卻”熱區(qū)配置中生長，其中不用底部加熱器并且側(cè)面加熱器功率在生長過程期間增加。
圖15a-15e是直方圖，其中分析了許多晶片存在超過約0.2微米的輕微點缺陷(LPDs)情況(Y軸＝晶片數(shù)；X軸＝超過約0.2微米的LPDs數(shù))；圖15a-15e代表由其得到晶片的晶錠連貫的20％部分，所述單晶硅錠在一“緩慢冷卻”熱區(qū)配置中生長，其中應(yīng)用一底部加熱器并且側(cè)面加熱器功率在生長過程期間減少。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法有利的是提供由其生長直拉型單晶硅錠，和優(yōu)選的是生長一種具有硅晶格空位作為主要本征點缺陷的晶錠的裝置，其中熱過程在整個晶錠主體上基本上是均勻的。更具體地說，按照本方法，生長條件這樣控制，以便在聚集閾限溫度和擴散性閾限溫度之間，晶錠任何指定的主體分段都與主體的其它分段以大約相同的速率冷卻。換另一種方式說，生長條件這樣控制，以使任何指定的分段在聚集閾限溫度和擴散性閾限溫度之間停留與主體的其它分段大約相同的時段。因此，與常規(guī)方法相反，在常規(guī)方法中，在主體和端錐體生長期間側(cè)面加熱器功率增加，而在本方法中晶錠主體的熱過程至少部分地通過下面兩種方法的任一種來控制(i)保持供給到側(cè)面加熱器上的功率處于基本上恒定的水平，或(ii)降低供給到側(cè)面加熱器上的功率，而從底部加熱器(亦即設(shè)置在拉晶機中裝硅熔體的坩堝的下方的加熱器)供給熱量。
應(yīng)該注意，此處涉及側(cè)面加熱器功率所用的術(shù)語“基本上恒定”應(yīng)理解為意思是指變化通常小于約10％，5％或甚至2％。
現(xiàn)在參見圖1A和1B，它們示出了一個適合于按照本方法生產(chǎn)直拉型單晶硅錠10的拉晶設(shè)備8的實例。拉晶設(shè)備8包括一個熔結(jié)石英坩堝12，所述石英坩堝12被一石墨基座(接受器)14包圍并裝在水冷式不銹鋼生長室16內(nèi)，所述生長室限定一個空間或“熱區(qū)”，晶錠生長在此空間或“熱區(qū)”中進行。坩堝12裝入硅熔體18，所述熔體18通過將固體多晶硅或“多硅”(未示出)加到坩堝12中來提供。多晶硅利用從圍繞坩堝12的側(cè)面加熱器20所提供的熱量熔化。任選地，利用位于坩堝12下方的底部加熱器22可以進一步幫助多晶硅的熔化。側(cè)面加熱器20被保溫層24包圍，以便幫助保持坩堝內(nèi)的熱量。在其下端處支承單晶硅籽晶28的提拉軸或拉線(拉絲)26設(shè)在硅熔體18的上方。
一般說來，在直拉法期間，將籽晶28下放至它與熔化的硅18的表面接觸并開始熔化時為止。在熱平衡之后，然后收回拉線26以便將籽晶28從硅熔體18中拉出。隨著籽晶28拉出，出自熔體18中的液態(tài)硅在熔體18上方圍繞籽晶固化成單晶。懸掛所形成的單晶的拉線26隨著它旋轉(zhuǎn)而從熔體18中拉出，形成一個基本上是圓柱形的晶頸區(qū)30。在晶錠的晶頸形成之后，降低拉速，產(chǎn)生一個向外成喇叭形的區(qū)域32，所述區(qū)域32通常稱之為晶錠的籽晶錐。當(dāng)達到所希望的直徑時，控制生長條件，以便為晶錠10的主體34提供一基本上是連續(xù)的直徑。
在提拉晶錠10的同時，通過軸36使坩堝12朝與晶錠10旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。隨著晶錠10生長，在生長室16內(nèi)將坩堝12升起以補償硅熔體18的消耗。在常規(guī)生長方法中，側(cè)面加熱器功率通常是在生長了晶錠10主體34的約20％-約50％之后增加，這取決于拉晶機熱區(qū)的特殊配置，以便保持熔體的溫度和保證熔體保持處于熔化狀態(tài)。另外在常規(guī)方法中，當(dāng)熔體接近消耗完時，增加側(cè)面加熱器的功率、拉速，或者它們二者增加，以便減小晶錠10的直徑，導(dǎo)致形成一錐形端錐38。一旦端錐38的直徑足夠小，一般是2mm-4mm，則可以完成使晶錠10與硅熔體18分離，而不造成位錯傳播到晶錠10的主體34。然后將晶錠10從生長室14中取出并加工形成硅片。
通常，生長的晶錠的每個固化的分段隨著它從硅熔體和坩堝中升起和離開而冷卻，在整個晶錠主體的長度上形成一個溫度梯度。例如，剛好在熔體/固體界面上方固化的主體分段具有約1400℃的溫度，而通常每個先前固化的晶錠分段具有一相應(yīng)較低的溫度。然而，每個分段已冷卻到的精確程度至少部分地隨(i)拉速，(ii)加熱器功率和(iii)熱區(qū)設(shè)計(亦即，例如反射器，輻射屏蔽，驅(qū)氣管，光照管，和輔助加熱器等的存在和位置，它們在圖1B中總體以40表示)而變。更具體地說，應(yīng)該注意，盡管每個固化的分段通常具有比隨后的分段低的溫度，但可以控制生長條件和/或熱區(qū)設(shè)計來改變這種結(jié)果。
作為上述情況的一個例子，在常規(guī)方法條件下(亦即其中在主體生長期間側(cè)面加熱器功率增加和在端錐生長期間側(cè)面加熱器功率和拉速二者增加的方法)下，在一標準的“敞開”熱區(qū)設(shè)計(亦即熱區(qū)在熔體上方?jīng)]有用以使生長中的晶錠冷卻速率變慢的反射器，輻射屏蔽，驅(qū)氣管，光照管或輔助加熱器)中，緊接著從硅熔體中卸下之后，所生長的200mm標稱直徑的晶錠的溫度梯度將是在從靠近端錐尖頭的約1400℃到靠近籽晶錐的低于約750℃的范圍內(nèi)。另外，由于增加的拉速和晶錠變成與熔體分離，這使晶錠失去傳導(dǎo)由此接收的熱量的好處，所以晶錠主體的后面部分和籽晶錐比主體的前面部分更快冷卻。
現(xiàn)在參見圖2，晶錠各個不同分段冷卻速率上的差異可能影響，除了其它的之外，在晶錠整個長度上的聚集缺陷如流動圖形缺陷或輕微點缺陷的尺寸和分布(見比如在約900mm軸向位置處的缺陷密度，相對于前面固化和冷卻的分段的密度)。換另一種方式說，由于晶錠各分段冷卻速率上的差異，與從晶錠較前面部分得到的晶片相比，晶錠的后面部分通常將產(chǎn)生具有較高密度的小的輕微點缺陷或流動圖形缺陷，并因此具有較差的GOI值的晶片。
如上所述，熱區(qū)設(shè)計可以影響拉晶機內(nèi)生長的晶體的冷卻速率，并且結(jié)果是影響所得到的缺陷的尺寸和分布。例如，與標準“敞開”熱區(qū)的預(yù)期結(jié)果相反，如果上述方法在一“緩慢冷卻”熱區(qū)(亦即具有存在于熔體上方的反射器，輻射屏蔽，驅(qū)氣管，光照管，輔助加熱器，或它們的組合的熱區(qū)，如圖1B中總體用標號40表示的，以便將生長的晶錠溫度分布限制到通常為約2℃/mm，約1℃/mm或更低)中進行，則側(cè)面加熱器功率的增加實際上造成晶錠的后面部分的軸向溫度分布降低，使這部分比前面部分以更慢的速率冷卻。即使在形成端錐期間增加生長速率，也是得到這種效果。
現(xiàn)在參見圖9a-9e和14a-14e，這些圖中一般示出的是用該技術(shù)中通用的方法，分析許多晶片存在尺寸大于約0.2微米的LPDs情況的結(jié)果。具體地說，許多晶片是從在“緩慢冷卻”的熱區(qū)中制備的晶錠中得到，其中在每個晶錠的主體部分生長了約50％之后增加側(cè)面加熱器的功率。正如從這些結(jié)果可以看到的(此處圖9a-9e和14a-14e表示從晶錠主體連貫的20％部分得到的晶片)，側(cè)面加熱器功率的這種增加最終影響形成的大LPDs數(shù)量。尤其是，應(yīng)該注意，從晶錠主體最初40％得到的晶片中(見圖9a，9b，14a，14b)，只有約5個具有超過約0.2微米的不合格LPDs數(shù)(亦即大于約20LPDs)。相反，在同一晶錠主體接下來的40％得到的晶片中(見圖9c，9d和14c，14d)，約8個晶片不合格。然而，最明顯的是，從同一晶錠最后20％部分所得到的晶片中(見圖9e和14e)，多于25個晶片不合格。
在不固守任何特定理論的情況下，一般認為，加到熱區(qū)限制熱分布的材料吸收由側(cè)面加熱器在增加功率時所產(chǎn)生的附加熱量和然后將這個熱量輻射向晶體主體的相鄰部分。結(jié)果，主體的這部分及待生長的主體其余部分的冷卻速率降低。換另一種方式說，主體的這些部分在臨界溫度范圍(亦即具有作為上邊界的“聚集作用閾限”溫度和作為下邊界的“擴散性閾限”溫度的溫度范圍)內(nèi)的“停留時間”增加。因此由這部分晶錠所得的晶片具有比從晶錠主體的前面部分得到的晶片更低的較小聚集缺陷密度和更高的較大缺陷數(shù)量。
如上所述，高集成度電路制造者在聚集缺陷的數(shù)量和尺寸及因此對合格的GOI方面對硅片施加了嚴格的限制。由于上述情況，可以看出，優(yōu)選的是在晶錠主體生長期間保持某種平衡，以保證在晶錠相當(dāng)大部分長度范圍內(nèi)滿足這些限制。更具體地說，優(yōu)選的是保持生長條件，以保證晶錠主體任何指定的分段冷卻足夠快，以使得由其得到的任何指定的晶片將不超過對尺寸大于約0.2微米的LPDs數(shù)所提出的限制，而同時不讓冷卻太快，以使得同一晶片不含太多的小LPDs，那樣會具有不合格的GOI值。
一般說來，本發(fā)明的方法有利地提供了用其生長直拉型單晶硅錠的裝置，其中熱過程在晶錠主體的相當(dāng)大部分上，優(yōu)選的是在晶錠的整個主體上都基本上是均勻的。按照本方法，將晶錠的熱過程控制在高于一閾限溫度—在該閾限溫度本征點缺陷是活動的(亦即“擴散性閾限”，它通常約為800℃，900℃，950℃或甚至1050℃)，以使晶錠的基本上整個主體以大約相同的速率冷卻，或者可供選擇地，基本上整個主體在高于這個溫度下停留大約相同量的時間。與常規(guī)方法相反，在常規(guī)方法中在主體和端錐生長期間增加側(cè)面加熱器的功率，在本方法中是在主體的一部分或主體的整個長度以及端錐的生長期間通過使供給到側(cè)面加熱器上的功率保持在基本上恒定的水平，或者是減少(降低)供給到側(cè)面加熱器上的功率，來至少部分地控制冷卻速率或停留時間。
保持側(cè)面加熱器功率一般恒定的水平，或者減少側(cè)面加熱器功率，而生長單晶硅錠是通過用一底部加熱器(亦即位于生長室內(nèi)坩堝和硅熔體下方的加熱器)將熱量加到硅熔體上來完成，和更具體地說，是在主體后面部分和端錐二者生長期間通過增加供給到這個底部加熱器的功率來完成。一般說來，當(dāng)側(cè)面加熱器功率保持基本上恒定，或者可供選擇地減少時，熱量利用底部加熱器加到熔體上，這種“底部加熱”的開始是在主體生長期間在方法中原先要增加側(cè)面加熱器功率的相同點處發(fā)生。例如，在常規(guī)的“敞開”熱區(qū)中的標準生長法通常包括在主體部分已生長了約20％，約30％，40％或更多之后增加側(cè)面加熱器功率。相應(yīng)地，在主體已生長了約20％，30％，40％或更多(比如50％，60％等)之后，底部加熱可以在“緩慢冷卻”熱區(qū)中開始。
在這方面應(yīng)該注意，底部加熱開始的精確點至少部分地隨所用的熱區(qū)設(shè)計而變，結(jié)果，在不同的拉晶機之間可以有變化。
現(xiàn)在參見圖10a-10e和15a-15e，這些圖一般示出用該技術(shù)中通用的方法檢測LPDs分析所得許多晶片的結(jié)果，所述晶片是從“緩慢冷卻”熱區(qū)中制備的晶錠得到的，其中側(cè)面加熱器功率保持恒定(圖10a-10e)，或者減少(圖15a-15e)，而同時在晶錠的主體生長約50％之后將功率供給到底部加熱器上。正如從這些結(jié)果可以看出的(此處圖10a-10e和15a-15e代表從晶錠主體連貫的20％部分所得到的晶片)，與分別在圖9a-9e和14a-14e中所代表的相應(yīng)結(jié)果相比，保持恒定的側(cè)面加熱器功率或減少側(cè)面加熱器功率大大減少了得到的含大LPDs的晶片數(shù)。具體地說，可以觀察到，在晶錠主體的第二個40％中發(fā)現(xiàn)少于約2個晶片不合格，而當(dāng)側(cè)面加熱器功率保持恒定時(圖9e)，在最后20％中發(fā)現(xiàn)只有約2個晶片不合格，以及當(dāng)側(cè)面加熱器功率減少時(圖15e)，沒有發(fā)現(xiàn)晶片不合格。
對于在單晶硅錠主體生長期間供給到側(cè)面和底部加熱元件上功率的精確值，除其它因素外，可以根據(jù)熱區(qū)的設(shè)計和多晶硅裝料的量改變。然而通常是，在一個實施例中(此處側(cè)面加熱器功率基本上恒定)，在一“緩慢冷卻”熱區(qū)配置中，在基本上整個主體(亦即約60％，70％，80％，90％，95％或更多)及端錐生長期間，供給到側(cè)面加熱器上的功率保持在約100和約150kW之間，優(yōu)選的是在約110kW和約140kW之間，更優(yōu)選的是在約120kW和約130kW之間，而最優(yōu)選的是在約124kW和約126kW之間。相反，對相同或類似熱區(qū)，在主體的大約頭一半(亦即在主體的約40％和60％之間)生長期間，供給到底部加熱器上的功率保持在約0和約5kW之間，和優(yōu)選的是在約0和約3kW之間，而在主體其余部分(比如約最后40％，50％，60％或更多)和端錐生長期間，供給到底部加熱器的功率通常是從起始值緩慢增加到一個少于約50kW，40kW或甚至30kW的值，對某些實施例來說，更優(yōu)選的是用約25kW，20kW和甚至15kW的值。
在第二實施例中，在晶錠主體的第一部分(比如約20％，30％，40％，50或更多)生長期間，側(cè)面加熱器功率通常是保持在約100和約150kW，約110和約140kW，或甚至約120和約130kW之間，和優(yōu)選的是保持在上述范圍內(nèi)一個基本上恒定的值。然后在晶錠的其余部分生長期間減少側(cè)面加熱器功率，并且通常在其后某一點處開始底部加熱。然而，可供選擇地，底部加熱可以在主體已生長了約20％-約60％，從約25％-約50％或從約30％-40％之后開始。如上所述，底部加熱功率是在從約0-5kW，或從約0-3kW范圍內(nèi)開始，和然后緩慢增加到一個小于約50kW，45kW，40kW，30kW或甚至15kW的最終值。
關(guān)于增加底部加熱器功率的方式，應(yīng)該注意，在某些實施例中，功率沿著一條二次曲線增加，正如圖3和11中所示例的，而在另一些實施例中，功率通常是按約0.01-約0.1kW/mm，優(yōu)選的按約0.01-約0.05kW/mm，和最優(yōu)選的是按約0.02-約0.03kW/mm增加。
更均勻的熱過程能使得到的硅錠在主體的整個長度上具有更均勻的聚集空位缺陷分布；也就是說，通過控制晶錠主體在聚集缺陷開始形成的溫度和商業(yè)實用期間空位不再充分活動的溫度之間冷卻的方式，得到更均勻的FPDs分布。更具體地說，側(cè)面加熱器功率保持在基本上恒定的水平上，或者減少，而熱量從坩堝下面加到熔體上，以便讓生長的晶錠主體在從約900℃和約1150℃，及優(yōu)選的是從約1000℃和1100℃的溫度范圍內(nèi)，以基本相同的速率冷卻。換另一種方式說，如果讓主體的每個分段在所述溫度范圍內(nèi)停留約相同量的時間，則缺陷均勻度可以增加。
由于上述情況，本發(fā)明的方法在晶錠的主體部分和端錐生長的自始至終都利用一基本上恒定的側(cè)面加熱器功率，或者可供選擇地，在主體的某些后面部分和端錐生長期間減少側(cè)面加熱器功率，同時用一底部加熱器將熱加到硅熔體上。一般說來，必要時利用底部加熱器來保證在整個方法(過程)中多晶硅裝料都保持熔化。更具體地說，在主體已形成了約20％，30％，40％，50％，60％或更多之后，在一“緩慢冷卻”式熱區(qū)中將熱量加到熔體上，以保證主體的后面部分與前面固化的部分以大約相同的速率冷卻。相應(yīng)地，這樣控制主體指定分段的冷卻速率，以使它相對于其它分段的變化小于約50％，甚至更優(yōu)選的是具有變化小于約35％，20％和10％。然而，更優(yōu)選的是，對主體指定分段的冷卻速率，相對于主體的其它分段，變化將小于約5％。
現(xiàn)在參見圖5-8，按照本發(fā)明方法的一個實施例，利用一基本上恒定的側(cè)面加熱器功率，與從坩堝和硅熔體下面施加熱量相結(jié)合，以便通常使晶錠主體的平均軸向溫度梯度保持為小于約2℃/mm。然而，優(yōu)選的是，平均軸向溫度梯度不超過約1.5℃/mm，更優(yōu)選的是約1℃/mm，和最優(yōu)選的是約0.5℃/mm。
在這方面應(yīng)該注意，盡管參照其中應(yīng)用基本上恒定的側(cè)面加熱器功率的方法討論了上述平均軸向溫度梯度，但這些梯度也可應(yīng)用于其中在生長過程期間側(cè)面加熱器功率減少的方法。
晶錠主體的熱過程另外可以通過在主體和端錐生長的自始至終都保持比較恒定的拉速，同時在必要時調(diào)節(jié)晶錠和坩堝的旋轉(zhuǎn)速率來進行控制。在本方法中，對于晶錠主體第一個一半和第二個一半二者生長期間的平均拉速基本上與對于端錐的平均拉速相同。因此，通常主體第一半、主體第二半和端錐的平均拉速變化不大于約50％。然而，優(yōu)選的是，第一半、第二半和端錐的平均拉速變化不大于約35％，更優(yōu)選的是約20％，還更優(yōu)選的是約10％。然而，最優(yōu)選的是，主體的第一半和第二半及端錐的平均拉速變化不大于約5％。
在主體和端錐生長期間，拉速通常是在約0.4mm/分-約1.25mm/分之間的范圍內(nèi)。更具體地說，主體的第一半、主體的第二半和端錐的平均拉速優(yōu)選的是在約0.45mm/分-約0.75mm/分之間，而更優(yōu)選的是在約0.45mm/分-約0.65mm/分之間的范圍內(nèi)。然而，拉速至少部分地隨晶錠直徑而變；因此，對超過約200mm的晶錠直徑，拉速通常是相應(yīng)地更低。
優(yōu)選的是，本方法的一些實施例是在“緩慢冷卻”式熱區(qū)中進行，并且利用底部加熱器與恒定的側(cè)面加熱器功率或者與減少的側(cè)面加熱器功率，以及拉速控制相結(jié)合，以保證主體的后面部分(亦即最后80％，70％，60％，50％，40％或更少)以低于約2℃/分的速率，優(yōu)選的是低于約1.5℃/分，更優(yōu)選的是低于約1℃/分，和最優(yōu)選的是低于約0.5℃/分的速率冷卻。換另一種方式說，應(yīng)用一底部加熱器與拉速控制和側(cè)面加熱器功率結(jié)合，以保證基本上晶錠的整個主體在約900℃和約1150℃之間，和優(yōu)選的是在約1000℃和約1100℃之間停留至少約15，20或甚至25分鐘，更優(yōu)選的是持續(xù)時間至少約40，50或甚至75分鐘。然而，在某些情況下，可以優(yōu)選的是至少約100分鐘，150分鐘或更多的時間或持續(xù)時間。
在這方面應(yīng)該注意，當(dāng)側(cè)面加熱器功率保持恒定時，至少在某些情況下優(yōu)選的是停留時間為約20-約100分鐘，或約20-約75分鐘。類似的是，當(dāng)側(cè)面加熱器功率減少時，在至少某些情況下優(yōu)選的是停留時間為約15-約50分鐘，或約25-約40分鐘。
還應(yīng)注意，優(yōu)選的是“停留時間”足夠長，以便得到比較高的GOT值，而同時不超過會產(chǎn)生大于約0.2微米的不合格數(shù)量LPDs的持續(xù)時間。因而，因此，通常一指定的晶錠分段在所述溫度范圍內(nèi)將不會停留多于約250分鐘，而在某情況下停留時間將不超過約225，200，175或甚至約150分鐘。
然而，另外還應(yīng)注意，冷卻速率和停留時間的絕對值，除其它因素外，將根據(jù)熱區(qū)設(shè)計、晶錠直徑和拉速而變化。因而，為了缺陷均勻度的目的，絕對值因此不是本方法的關(guān)鍵；相反，對任何指定的分段，冷卻速率和停留時間絕對值之間的相對差是重要的考慮對象。
現(xiàn)在參見圖4和13，用本發(fā)明生長的單晶硅錠，尤其是在整個晶錠主體上，顯示出一比較均勻的空位型聚集缺陷如FPDs軸向濃度。這種均勻度除了其它優(yōu)點之外可以減少遇到的非均勻晶體的后生長處理問題和費用。然而，除了得到在晶錠長度上缺陷分布上的均勻度之外，控制所形成的聚集缺陷的尺寸和數(shù)量也很重要。因此，本方法將進行優(yōu)化，以便另外限制在尺寸上超過約0.2微米的輕微點缺陷的數(shù)量，而同時保證得到合格的GOI值(亦即GOI值為至少約50％，60％，70％，80％，90％或更多；見比如圖12)。更具體地說，通過用上述方式控制熱過程，可以控制主體部分中大的輕微點缺陷的密度和均勻度，而同時還限制對GOI產(chǎn)生負面影響的較小的缺陷如FPDs的數(shù)量。
因此，通常，本方法能夠制備在相當(dāng)大部分主體(亦即約60％，70％，75％，80％，85％，90％或更多)上具有比較均勻的PFDs密度的單晶硅錠，所述密度通常少于約150缺陷/cm2，優(yōu)選的是少于約100缺陷/cm2，更優(yōu)選的是少于約75缺陷/cm2，和最優(yōu)選的是少于約50缺陷/cm2。另外，本方法能夠從此得到一種硅晶片，其中在表面上的大的LPDs(亦即大于約0.2微米)的數(shù)量少于約20個缺陷/晶片，優(yōu)選的是少于約15個缺陷/晶片，和更優(yōu)選的是少于約10個缺陷/晶片。因此，本方法能得到滿足或超過集成電路制造者目前所提出的要求的晶片。
在這方面應(yīng)該注意，F(xiàn)PDs和LPDs是用該技術(shù)中通用方法檢測和測量的。例如，對FPDs，通常是將富空位的晶片浸入Secco浸蝕液中約30分鐘和然后在顯微鏡下目視檢查，以便檢測這些缺陷。LPDs通常是用Surfscan 6200或Tencor SP-1儀器通過將激光反射離開晶片表面進行檢測和測量。
還應(yīng)注意，除了LPDs限制之外，集成電路制造者還對硅片的柵氧化層完整性(GOI)提出限制，通常是要求每個晶片當(dāng)用該技術(shù)中的標準測定時具有至少約50％的GOI。因此，現(xiàn)在參見圖12，可以看出，通過用本發(fā)明所述方式控制晶錠主體的熱過程，可以由其得到具有柵氧化層完整性(GOI)至少為約50％，優(yōu)選的是約60％，更優(yōu)選的是約70％，還更優(yōu)選的是約80％，和最優(yōu)選的是至少約85％(比如90％，95％等)的硅片。因此本方法是有利的，因為它提供這樣一種用其得到的硅片的手段，所述硅片在單晶硅錠基本上整個有用長度(亦即至少約50％，60％，70％，80％，90％，95％或更多)上滿足目前現(xiàn)有的LPD和GOI要求。
除了在晶錠主體生長期間控制加熱器功率之外，在端錐生長期間控制加熱器功率也很重要。更具體地說，當(dāng)在主體的一部分和端錐二者整個生長期間側(cè)面加熱器功率保持基本上恒定或者減少時，在主體的其余部分和端錐整個生長期間，供給到底部加熱器上的功率，一旦開始，通常是增加的。如上所述，在某些實施例中，功率沿著一條二次曲線增加，如圖3和11中所示例的。另外，應(yīng)該注意，在端錐生長期間供給到底部加熱器上的平均功率通常是主體生長期間供給到底部加熱器上的平均功率的至少約110％，在某些情況下，更優(yōu)選的是至少約150％，200％，300％，或甚至400％的平均功率水平。
然而，應(yīng)該注意，即使在生長過程期間在底部加熱器功率上有這些增加，但在大多數(shù)情況下供給到底部加熱器上的功率僅是供給到加熱元件上的總功率的一小部分。更具體地說，在端錐生長期間，供給到底部加熱器上的功率通常只是在端錐生長期間供給到側(cè)面加熱器上的平均功率的約5％和約15％之間。
至于側(cè)面加熱器功率，如上所述，在一個實施例中，優(yōu)選的是它在整個生長過程(亦即主體部分和端錐二者的生長)中基本上保持恒定。然而，在端錐生長期間功率水平可以改變，供給的平均功率時常是在主體生長期間供給到側(cè)面加熱器上的平均功率的約90％和約110％之間的范圍內(nèi)。此外，對于第二實施例，其中側(cè)面加熱器功率減少，在主體的其余部分和端錐生長期間減少的速率可以恒定或者它可以改變。
除了控制加熱器功率和拉速之外，在主體和/或端錐生長期間可以調(diào)節(jié)晶錠和坩堝的旋轉(zhuǎn)速率。通常，在主體生長期間晶錠旋轉(zhuǎn)速率和坩堝旋轉(zhuǎn)速率可以分別保持在約10rpm-約15rpm之間和約5rpm-約10rpm之間。在端錐生長期間，這些旋轉(zhuǎn)速率的其中之一或二者通常降低，使得在端錐生長期間的平均值小于在主體生長期間的相應(yīng)平均值。例如，在端錐生長期間晶錠旋轉(zhuǎn)速率優(yōu)選的是小于約10rpm，而在端錐生長期間坩堝旋轉(zhuǎn)速率優(yōu)選的是小于約6rpm。更優(yōu)選的是，晶錠和坩堝的旋轉(zhuǎn)速率向下降。最優(yōu)選的是，晶錠和坩堝的旋轉(zhuǎn)速率分別從約10rpm下降到約5rpm，和從約6rpm下降到約1rpm。
本發(fā)明的方法尤其適合于改善硅片中柵氧化層完整性，而同時限制超過約0.2微米的LPDs數(shù)量，上述硅片從“緩慢冷卻”的熱區(qū)中生長條件下制備的單晶硅錠中得到，上述生長條件使硅晶格空位成為晶體主體的相當(dāng)大部分和優(yōu)選的是整個長度上的主要的本征點缺陷(從中心軸線到徑向邊緣，到它們之間的某個徑向位置)。一般說來，單晶硅錠可以通過控制v/G0的比值生長成“空位型”，所述v/G0比值這樣控制，以致在主體的某些部分半徑上和優(yōu)選的是在整個半徑(使晶錠的特定部分從中心軸線到徑向邊緣是空位為主)上這個比值大于v/G0的臨界值(該臨界值根據(jù)目前可獲得的信息似乎是約2.1×10-5cm2/sK，此處G0是在下述條件下測定的，其中軸向溫度梯度在固化溫度和一大于約1300℃的溫度所界定的溫度范圍內(nèi)是恒定的)。在例如PCT/US 98/03686，PCT/US 98/07365，和PCT/US98/07304中詳細討論了v/G0比值的控制，本文包括其內(nèi)容作為參考文獻。
如下面例子所示，本發(fā)明的方法可以用來更精確地調(diào)整單晶硅錠的熱過程。通過調(diào)節(jié)加到側(cè)面加熱器和底部加熱器元件上功率的分配，改善了晶體熱過程的均勻度。受控的功率分配還通過允許更恒定的晶體的拉速/生長速率來改善熱過程的均勻度。結(jié)果，按照本發(fā)明制備的單晶硅錠可以用該技術(shù)中通用的手段進一步加工，以便在晶錠長度上始終如一地生產(chǎn)單晶硅片，所述硅片具有改善了的柵氧化層完整性和較少的輕微點缺陷。
例子規(guī)定了一組特定的條件，所述條件可用來達到本發(fā)明一個實施例所希望的結(jié)果。然而，應(yīng)該注意，根據(jù)諸如晶錠的標稱直徑、熱區(qū)設(shè)計、坩堝直徑和裝料量這些參數(shù)，可能理想的是在生長過程期間的某點處，改變這些條件，調(diào)節(jié)例如生長速率、晶錠和坩堝的旋轉(zhuǎn)速率、以及供給到各加熱器上的功率。因此，這些條件不應(yīng)看成是限制的意思。例子恒定的側(cè)面加熱器功率按照本方法，按照直拉法制備許多單晶硅錠，所述硅錠在一定條件下生長，以保證空位是硅內(nèi)主要的本征點缺陷(亦即晶錠是空位型)。具體地說，每個晶錠都生長成具有約200mm的標稱直徑和約850mm的主體長度，每個晶錠都是從裝有100Kg多晶硅原料的22英寸坩堝中拉出。在所有情況下都應(yīng)用具有“緩慢冷卻”熱區(qū)配置的Ferrofluidics拉晶機。
在主體生長期間，拉速是在約0.6-約1mm/分范圍內(nèi)(除了其它目的之外，為了保證硅保持空位型，按需要調(diào)節(jié)該拉速)。晶錠的旋轉(zhuǎn)速率為約15rpm，而坩堝的旋轉(zhuǎn)速率是在約6rpm-8rpm范圍內(nèi)。在主體和端錐生長期間，供給到側(cè)面加熱器上的功率通常是在約120kW-約130kW范圍內(nèi)。加到底部加熱器上的功率在主體生長了約一半(亦即約400mm)之前保持斷電，在該約一半的那點處開始供電并沿著一條二次曲線緩慢增加到最終約30kW的水平。更具體地說，在約400mm-約850mm的軸向位置上，功率從0kW增加到約10kW。隨著端錐生長開始，按需要增加坩堝和/或晶錠旋轉(zhuǎn)速率，或者增加生長速率，以便使錐形開始形成，并將功率供應(yīng)從約10kW增加到最終值約30kW。
為了比較起見，除了不用底部加熱器和在生長過程期間增加側(cè)面加熱器功率之外，用類似的條件(亦即類似的生長速率、晶錠和坩堝旋轉(zhuǎn)速率、拉晶機/熱區(qū)配置等)制備許多單晶硅錠。更具體地說，在整個過程中底部加熱器保持斷電，而側(cè)面加熱器功率在主體生長了約一半之后逐漸從約120kW增加到約140kW。此外，在端錐生長開始時，側(cè)面加熱器功率從約140kW增加到約160kW。
一旦生長完畢，就用該技術(shù)中通用的方法將晶錠主體切片成晶片，然后將晶片按照得到它們的(即它們所屬的)主體的那個20％分段分組。然后用該技術(shù)中通用的方法分析晶片中存在超過約0.2微米的LPDs的情況。對本發(fā)明方法所得的結(jié)果在圖10a-10e中示出，而從不用恒定的側(cè)面加熱器功率/底部加熱生長的那些晶錠得到的對照結(jié)果在圖9a-9e中示出。如上面所詳細討論的，可以觀察到，當(dāng)側(cè)面加熱器功率增加時，在晶錠的較后面部分中超過約0.2微米的LPDs數(shù)大大增加。
鑒于上述情況，可以看出，本發(fā)明的幾個目的都達到的。因為在不脫離本發(fā)明范圍的情況下在上述方法條件中可以進行各種改變，所以打算把上述說明中所包含的所有事項都看作是示例性的而沒有限制的意思。
權(quán)利要求
1.一種用于在生長期間控制單晶硅錠熱過程的方法，所述硅錠按照直拉法從硅熔體中拉出，上述晶錠接連地具有一個籽晶錐、一個主體和一個端錐，所述方法包括在晶錠主體的生長期間，在從固化溫度到一溫度不低于約1325℃的溫度范圍內(nèi)，控制(i)生長速度v和(ii)平均軸向溫度梯度G0，以使得在主體的一部分中空位是主要的本征點缺陷；和在該主體的所述部分的生長期間用一側(cè)面加熱器和一底部加熱器加熱硅熔體，其中，在該主體的所述部分的生長期間，減少供給到側(cè)面加熱器的功率和增加供給到底部加熱器的功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約20％之后開始增加底部加熱器功率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約40％之后開始增加底部加熱器功率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約20％-約60％之后開始增加底部加熱器功率。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約20％之后開始減少側(cè)面加熱器功率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約40％之后開始減少側(cè)面加熱器功率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在已生長了主體的至少約20％-約60％之后開始減少側(cè)面加熱器功率。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中側(cè)面加熱器功率的減少持續(xù)至端錐的生長大致完成。
9.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中底部加熱器功率的增加持續(xù)至端錐的生長大致完成。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該主體的所述部分具有一小于約1℃/mm的平均軸向溫度梯度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該主體的所述部分被允許在約1000℃和約1100℃之間停留至少約10分鐘到少于約60分鐘。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部分為主體長度的至少約40％。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部分為主體長度的至少約80％。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部分在約1000℃和約1100℃之間具有一小于約2℃/分的冷卻速率。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶錠主體的至少約50％具有一少于約100個缺陷/cm2的流動圖形缺陷濃度。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶錠主體的至少約75％具有一少于約100個缺陷/cm2的流動圖形缺陷濃度。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中硅錠主體的所述部分被切片以從其得到硅晶片，所述硅晶片具有少于約20個尺寸大于約0.2微米的輕微點缺陷。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中硅錠主體的所述部分被切片以便從其得到硅晶片，所述硅晶片具有少于約15個尺寸大于約0.2微米的輕微點缺陷。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其中晶片從晶錠主體的至少約50％得到。
20.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其中晶片從晶錠主體的至少約75％得到。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部分被切片以便從其得到晶片，所述晶片具有至少約80％的柵氧化層完整性。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部分被切片以便從其得到晶片，所述晶片具有至少約90％的柵氧化層完整性。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其中晶片從晶錠主體的至少約75％得到。
24.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其中上述晶片具有約9Mv/cm的絕緣強度。
25.一種用于制備單晶硅錠的方法，從所述單晶硅錠可以得到單晶硅片，所述單晶硅片具有至少約50％的柵氧化層完整性和少于約20個尺寸超過約0.2微米的輕微點缺陷，所述單晶硅錠按照直拉法從硅熔體中拉出，在生長期間，在從固化溫度到一溫度不低于約1325℃的溫度范圍內(nèi)控制生長速率v和平均軸向溫度梯度G0，以使其中空位是主要的本征點缺陷，所述晶錠接連地具有一個籽晶錐、一個主體和一個端錐，所述方法的特征在于在主體生長期間，減少側(cè)面加熱器功率和用底部加熱器從硅熔體下面供給熱量。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中側(cè)面加熱器功率在端錐生長期間減少。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片具有少于約15個尺寸大于約0.2微米的輕微點缺陷。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片具有至少約80％的柵氧化層完整性。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片具有至少約90％的柵氧化層完整性。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片具有約9Mv/cm的絕緣強度。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片從晶錠主體的至少約50％得到。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述晶片從晶錠主體的至少約75％得到。
全文摘要
一種生產(chǎn)具有均勻的熱過程的單晶硅錠的直拉法。在所述方法中，在晶錠主體的較后面部分，及任選地在端錐生長期間，將供給到側(cè)面加熱器上的功率減少，而在同一部分生長期間將供給到底部加熱器的功率逐漸增加。本方法能使相當(dāng)大部分晶錠得到成品晶片，所述晶片具有較少的大于0.2微米的輕微點缺陷和改善了的柵氧化層完整性。
文檔編號C30B15/00GK1478156SQ01819895
公開日2004年2月25日 申請日期2001年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者小島誠, 石井安弘, 弘 申請人:Memc電子材料有限公司