專利名稱：用于單晶硅生長(zhǎng)的非Dash縮頸法的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明在總體上涉及按照直拉法生長(zhǎng)的單晶硅棒的制造。更具體地說，本發(fā)明涉及一種制造單晶硅棒的非Dash縮頸法，該硅棒具有一短而粗的縮頸，該縮頸是無位錯(cuò)的。
單晶硅是用于大多數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)過程的原材料，它通常用直拉法制造。按照此方法，將多晶硅料裝到一個(gè)坩堝中并將其熔化，該坩堝安裝在拉晶機(jī)中。將一個(gè)籽晶(具有直徑通常在8-15mm范圍內(nèi))附接到一根提拉纜繩上，并降下至它與熔化的硅接觸，該提拉纜繩位于熔體的上方。然后通過從熔體的表面向上緩慢提拉籽晶來生長(zhǎng)單晶硅棒。
單晶生長(zhǎng)開始時(shí)，籽晶在比熔化的多晶硅低得多的溫度下存在。結(jié)果，當(dāng)籽晶與熔體的表面接觸時(shí)，它受到一種熱沖擊。該熱沖擊造成在籽晶中形成位錯(cuò)。然后這些拉錯(cuò)遍布整個(gè)正在生長(zhǎng)的單晶，并且除非在縮頸中位于籽晶和單晶硅棒主體之間的區(qū)域?qū)⑦@些位錯(cuò)消除，否則這些位錯(cuò)將繼續(xù)增加。
常用的消除這些位錯(cuò)的方法包括在很高的提拉速率(高達(dá)6mm/min)下生長(zhǎng)一種具有小直徑(通常為2mm-4mm)的縮頸。此方法實(shí)行“凍結(jié)”縮頸，以便在單晶硅棒主體開始生長(zhǎng)之前完全消除位錯(cuò)。當(dāng)縮頸(也叫做Dash縮頸)生長(zhǎng)到長(zhǎng)度高達(dá)100-150mm時(shí)，通常就消除了這些位錯(cuò)。
一旦消除了縮頸中的位錯(cuò)，就緩慢增加縮頸的直徑，直至達(dá)到所希望的單晶硅晶棒主體直徑。從熔體中提拉主體，直至大多數(shù)多晶硅耗盡。然后逐漸將直徑減小到一點(diǎn)，在該點(diǎn)處硅棒可以與坩堝分開，然后從拉晶機(jī)中取出。
除了該方法延遲所涉及的這種長(zhǎng)度的縮頸形成之外，由于縮頸是單晶最弱的地方，并且它還擔(dān)負(fù)著支承單晶硅棒的全部重量，所以，也會(huì)產(chǎn)生一些問題。具有這種小直徑的縮頸在單晶生長(zhǎng)期間可能斷裂，從而使單晶主體落到坩堝中。單晶錠料的碰撞及所造成的熔化多晶硅的飛濺可能破壞坩堝、基座和加熱器，使多晶硅熔體變成不可利用，并存在嚴(yán)重的安全危險(xiǎn)。完成了生長(zhǎng)過程后，在隨后的操縱單晶硅棒期間，縮頸也可能斷裂。由這些潛在危險(xiǎn)的結(jié)果，常用的具有Dash縮頸的200mm直徑的單晶通常生長(zhǎng)到重量約為100kg或更少，以便使縮頸斷裂的可能性減至最小。
據(jù)報(bào)道，縮頸的直徑直接與能夠支承的錠料重量有關(guān)。(例如，見Kim等，Journal of Crystal Growth，100(1990)，pp.527-28)。因此，已經(jīng)作出嘗試，以便使由于增加縮頸直徑而使縮頸斷裂可能造成的設(shè)備和原材料損失，及安全危險(xiǎn)減至最小。例如，日本專利公開號(hào)No.05-43379描述了一種當(dāng)形成具有直徑大于Dash縮頸直徑的縮頸時(shí)，消除位錯(cuò)的方法。當(dāng)在4mm/min-6mm/min的速率范圍下生長(zhǎng)長(zhǎng)度范圍為30mm-200mm的縮頸，并保持恒定的直徑范圍為4.5mm-10mm時(shí)，位錯(cuò)就被消除。然而，當(dāng)縮頸的直徑超過10mm時(shí)，據(jù)說位位錯(cuò)難以消除。
反之，美國(guó)專利No.5,578,284描述了一種方法，用該方法從具有超過10mm直徑的縮頸中消除了位錯(cuò)。此方法應(yīng)用小于4mm/min的提拉速率，并要求縮頸長(zhǎng)度在120mm和180mm之間。據(jù)說，對(duì)這種直徑的縮頸，小于4mm/min的提拉速率造成位錯(cuò)消失比它們形成更快。
減少縮頸斷裂的另一些嘗試集中在提供用于單晶主體的附加機(jī)械支承件上。例如，美國(guó)專利No.5,126,113描述了一種用于在單晶硅棒生長(zhǎng)時(shí)支承它的裝置。利用由Dash法生長(zhǎng)小直徑縮頸消除了單晶中的位錯(cuò)。然后在單晶主體的錐形部分開始之前，在Dash縮頸的下面生長(zhǎng)大直徑的凸起部。各機(jī)械夾具接合該凸起部下面的凹槽，以便在主體生長(zhǎng)時(shí)支承該主體。然而，當(dāng)采用這些夾具來夾持單晶時(shí)，穩(wěn)定的單晶生長(zhǎng)工作條件可能受到擾動(dòng)，這也可能引起Dash縮頸斷裂。
鑒于這些研究進(jìn)展，需要繼續(xù)存在一種消除單晶硅棒縮頸內(nèi)位錯(cuò)的方法，以便可以生產(chǎn)大直徑、無位錯(cuò)的硅棒，而沒有顯著的設(shè)備損壞、原材料損耗、產(chǎn)生安全危險(xiǎn)、及降低生產(chǎn)能力和產(chǎn)量。
發(fā)明概述因此，在本發(fā)明的目的之中，可以注意用于制造單晶硅棒的方法規(guī)定，該單晶硅棒按照直拉法拉制、具有無位借的大直徑短縮頸；用于制造單晶硅棒的方法規(guī)定，該單晶硅棒具有大直徑短縮頸，該大直徑短縮頸能在單晶生長(zhǎng)或處理期間支承重的單晶硅棒主體而不斷裂；用于制造單晶硅棒的方法規(guī)定，該單晶硅棒具有大直徑短縮頸，該大直徑短縮頸可供減少生長(zhǎng)時(shí)間和改善總生產(chǎn)量和生產(chǎn)能力用。
因此，簡(jiǎn)單地說，本發(fā)明針對(duì)一種用于按照直拉法開始生長(zhǎng)單晶硅棒的方法，該方法包括用一電阻加熱器將無位錯(cuò)籽晶的下面末端加熱至末端熔化并形成熔化的帽體，將籽晶降下至熔化的帽體與熔體的表面接觸，和從熔體向上提拉籽晶，以便靠近籽晶形成縮頸。
本發(fā)明還針對(duì)一種用于按照直拉法開始生長(zhǎng)單晶硅棒的方法，該方法包括將無位錯(cuò)的籽晶降下到硅熔體表面上方的一個(gè)位置，將一第二加熱器移動(dòng)到靠近籽晶的起始位置，以便將籽晶的下面末端熔化，并形成一熔化的帽體，將籽晶降下至熔化的帽體接觸硅熔體的表面，和將加熱器拉出到一相對(duì)于硅熔體表面的第二位置。
本發(fā)明的另一些目的和特點(diǎn)一部分是顯而易見的，一部分將在下面指出。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是拉晶機(jī)一個(gè)實(shí)例的示意性剖視圖，其中第二加熱器的一個(gè)實(shí)施例按照本發(fā)明的方法表示；圖2是垂直剖面圖，它示出籽晶在用第二加熱器充分加熱以便形成熔化的帽體后的一個(gè)實(shí)例，陰影區(qū)一般表示熔化的帽體，而虛線近似代表從籽晶的固化硅到熔化帽體的熔化硅之間的過渡區(qū)域；圖3是垂直剖面圖，它示出籽晶接觸熔體的一個(gè)實(shí)例，陰影區(qū)一般表示熔化硅的彎月面，而虛線近似代表從籽晶的固化硅到彎月面的熔化硅之間的過渡區(qū)域；圖4是垂直剖面圖，它示出形成單晶硅縮頸部分初始階段的一個(gè)實(shí)例，虛線一般表示從籽晶到縮頸開始逐漸變尖的過渡區(qū)，而陰影區(qū)表示在縮頸的固化硅和熔體的熔化硅之間存在的熔化硅彎月面；圖5是垂直剖面圖，它示出按照本發(fā)明的方法制造的單晶硅棒上部區(qū)域的一個(gè)實(shí)例；圖6是電阻加熱器管件及它們相對(duì)于籽晶和熔體表面位置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例側(cè)視平面圖；圖7是電阻加熱器和管件相對(duì)于籽晶位置一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的底視平面圖；圖8是電阻加熱器一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的局部視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參看圖1，按照本發(fā)明的原理制造的一種直拉法拉晶機(jī)一般以10表示。在晶體生長(zhǎng)室12的內(nèi)部是一個(gè)坩堝14，該坩堝14具有一個(gè)敞開的上口，并裝有大量熔化的硅。從籽晶18開始，由熔體16中拉出單晶硅棒(未示出)，籽晶18被夾持在一夾具20中，夾具20附接到提拉纜繩22上。通過操縱支承結(jié)構(gòu)23來按需要使纜繩22旋轉(zhuǎn)和升降。坩堝14安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)或底座24上，該轉(zhuǎn)臺(tái)或底座24是有一個(gè)軸26，該軸26連接到一個(gè)坩堝驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)上，用于按需要旋轉(zhuǎn)和升降坩堝。
為了按照本發(fā)明的方法生長(zhǎng)單晶硅棒，將大量多晶硅料裝到坩堝14中，并使電流通過圓筒形加熱器28，該加熱器28圍繞坩蝸14，以便熔化內(nèi)裝料。籽晶18是無位錯(cuò)的，一般具有最小的直徑ds，該直徑ds范圍從約8mm～約15mm或15mm以上。優(yōu)選地，籽晶將具有一最小直徑范圍為約9mm～約13mm，而最優(yōu)選地，其最小直徑范圍為約10mm～約12mm。
當(dāng)籽晶下降到熔體16上方的一個(gè)位置時(shí)，使該籽晶18和坩堝14旋轉(zhuǎn)，所述位置能使從熔體中輻射出的熱將下面的籽晶末端升溫，直至該末端達(dá)到與該位置處的周圍環(huán)境熱平衡，一般達(dá)到的溫度范圍在約1225℃～約1375℃之內(nèi)。換另一種方法說，將籽晶18保持在這個(gè)位置，直至在籽晶末端的半徑上每一點(diǎn)處的溫度一般在約1225℃～約1375℃范圍內(nèi)。籽晶的轉(zhuǎn)速通常在約10～約18轉(zhuǎn)/分(rpm)范圍內(nèi)，并且最好是在約14～約16rpm范圍內(nèi)，而熔體/坩堝的轉(zhuǎn)速通常在約2～約10rpm范圍內(nèi)。
經(jīng)驗(yàn)表明，通常需要在10-20min內(nèi)使籽晶末端的溫度是在約1225℃～約1375℃范圍內(nèi)。優(yōu)選地，末端的溫度是在約1250℃～約1350℃范圍內(nèi)，最優(yōu)選地，是在約1275℃～約1325℃范圍內(nèi)。為了達(dá)到熱平衡，通常將籽晶18下降到距硅熔體16的表面上方約5mm～約15mm處。最好是，將籽晶18下降到在熔體的表面上方約7mm～約12mm處。
現(xiàn)在參看圖1和2，在籽晶18已達(dá)到熱平衡后，通過由一第二加熱器30施加的熱，使籽晶下面末端的溫度緩慢增加，該第二加熱器30起初是靠近籽晶設(shè)置。繼續(xù)加熱直至末端熔化，同時(shí)形成一個(gè)熔化的帽體2，該帽體2在籽晶18的下面末端處具有一般是凸面形狀。通常，熔化的帽體是通過將末端熔化，直至熔化的硅包括帽體的長(zhǎng)度范圍為約2mm～約5mm形成。最好是，熔化的帽體通過將末端熔化至熔化硅的長(zhǎng)度范圍為約3mm～約4mm。應(yīng)該注意，加熱可持續(xù)進(jìn)行，以便形成具有更大長(zhǎng)度的熔化帽體。然而，如果末端的加熱和熔化持續(xù)至熔化的帽體長(zhǎng)度一般超過籽晶18的直徑，則熔化的帽體可能落下離開籽晶末端，因此應(yīng)該避免。還應(yīng)注意，加熱必須緩慢進(jìn)行，通常是在約15～20min的時(shí)間間隔內(nèi)，以避免由于熱沖擊而在籽晶中形成位錯(cuò)。
現(xiàn)在參看圖1和3，然后緩慢降下籽晶18，通常是以約0.5mm/min～約4mm/min的速率進(jìn)行，直至熔化的末端與熔體16的表面接觸。一旦出現(xiàn)這種情況，就停止降下籽晶。關(guān)閉第二加熱器30，然后利用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)將該裝置拉起到相對(duì)于熔體表面的一個(gè)第二位置，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)垂直滑動(dòng)的機(jī)構(gòu)31，以免妨礙生長(zhǎng)過程的進(jìn)行。
將籽晶18的位置保持約5～約20min。在此期間，正如該技術(shù)中通常所做的那樣，用目視法觀察籽晶/熔體界面處彎月面19的直徑，該彎月面19的直徑用作熔體太熱或太冷的標(biāo)志。例如，如何彎月面的直徑大于籽晶的直徑，則熔體太冷。反之，如果彎月面的直徑小于籽晶的直徑，則熔體太熱。視情況而定，可以將熔體/坩堝的轉(zhuǎn)速增加(如果熔體太熱)或減少(如果熔體太冷)約0.2rpm～約1rpm。以這種方式，觀察彎月面的直徑，以確保它與縮頸生長(zhǎng)開始之前的籽晶直徑大致相同。
現(xiàn)在參看圖4和5，一旦達(dá)到所希望的彎月面直徑，則通過向上緩慢提拉籽晶18，使其離開熔體表面，開始形成單晶硅棒(一般以34表示)的縮頸32。一般說來，提拉速率將慢到足以保持形成無位錯(cuò)的縮頸，該縮頸具有最小直徑范圍為約7mm～約15mm或15mm以上。因此，通常，在縮頸形成期間，提拉速率足多保持縮頸32處于最小直徑dn，該直徑dn稍小于籽晶18的最大直徑ds。優(yōu)選地，縮頸直徑與籽晶直徑的比值即dn/ds是在約0.7～約1之間，更優(yōu)選地，該比值是在約0.75～約0.95之間，而最優(yōu)選地，該比值在約0.8和約0.9之間。為了保持這種直徑的無位錯(cuò)縮頸，提拉速率通常將是在約0.4mm/min～約2.0mm/min范圍內(nèi)。最好是，提拉速率將是在約0.7mm/min～約1.2mm/min范圍內(nèi)。
通常保持縮頸形成至達(dá)到長(zhǎng)度小于約30mm。優(yōu)選地，縮頸長(zhǎng)度將小于約20mm。最優(yōu)選地，該長(zhǎng)度將小于約15mm。應(yīng)該注意，即使長(zhǎng)度超過30mm，按照本發(fā)明的方法都保持無位錯(cuò)的縮頸。然而，經(jīng)驗(yàn)表明，長(zhǎng)度超過30mm是不需要的，因此，超過此長(zhǎng)度造成不必要的過程時(shí)間延長(zhǎng)。
一旦形成無位錯(cuò)縮頸32步驟完成，則該過程的其余部分按與普通直拉法類似的方式進(jìn)行。靠近縮頸32生長(zhǎng)一個(gè)外部呈喇叭形，或籽晶錐體段36。通過降低熔化溫度連續(xù)增加縮頸的直徑來生長(zhǎng)籽晶錐體，同時(shí)保持提拉速率大致相同，降低熔體溫度是通過降低加熱器電功率來達(dá)到的。在這方面應(yīng)該注意，本方法與標(biāo)準(zhǔn)的Dash縮頸法不同之處在于用于Dash縮頸法的籽晶錐體形成包括提拉速率的顯著降低。這是由于要求高達(dá)6mm/min的提拉速率，以便消除Dash縮頸中的位錯(cuò)。因此，為了開始籽晶錐體的形成，將提拉速率顯著降低，以便使直徑能逐漸地增加。
當(dāng)通過提拉速率的短暫增加，使單晶硅棒體38達(dá)到所希望的直徑時(shí)，形成一個(gè)肩部37。然后，將提拉速率保持在主體38以與肩部37相同的直徑生長(zhǎng)。當(dāng)通過增加提拉速率和熔體溫度而使熔體幾乎耗盡時(shí)，形成一個(gè)錐形的端部錐體(未示出)。
第二加熱器30(如圖1所示)用來進(jìn)一步加熱和熔化籽晶的末端，它可以按照足以一般加熱籽晶18末端的任何實(shí)施例設(shè)計(jì)。然而，加熱器必須用這樣一種材料制造，該材料能耐拉晶過程常用的溫度，并且不起污染源作用。
由于必須避免對(duì)籽晶末端產(chǎn)生熱沖擊的結(jié)果，所以，在加熱時(shí)最好利用一種光學(xué)或光的能源如激光器進(jìn)行電阻加熱。由一電阻加熱器所產(chǎn)生的輻射熱提供一種裝置，通過該裝置來逐漸增加穿過整個(gè)籽晶末端的溫度，時(shí)間一般約10～約20min。反之，用激光器加熱限于局部，其結(jié)果傾向于更難控制。此外，比起激光器來優(yōu)選電阻加熱，是因?yàn)樗粫?huì)隨它攜帶許多用激光器產(chǎn)生的潛在安全危險(xiǎn)。
現(xiàn)在參看圖6、7、8a和8b，這里將要說明第二加熱器30的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在該優(yōu)選實(shí)施例中，應(yīng)用電阻加熱器，該電阻加熱器包括一塊基板40，在該基板40上安裝兩根管件42。兩根管件分開一定距離，當(dāng)加熱器處于適當(dāng)位置時(shí)，該距離足夠籽晶18裝配在兩管件之間。通常，兩管件42之間的距離為約2cm～約5cm，而最好是，該距離將約為3cm～約4cm。最好是，基板40和管件42都用氧化鋁制成。加熱絲44最好是用鉭制造。它繞在每個(gè)管件42上，并用作電阻加熱器的加熱元件。
應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明的范圍，制造基板40、管件42和加熱絲44的材料，及管件之間的間距可以與上述情況不同。
基板40按該技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)附接到垂直滑動(dòng)的機(jī)構(gòu)31上(如圖1所示)。這供將電阻加熱器定位于熔體16的上方用，以便籽晶18在兩根管件42之間延伸。在籽晶的末端已經(jīng)加熱到熔化的帽體形成的那一點(diǎn)后，然后進(jìn)一步下降，以便接觸熔體表面，如上所述，將電阻加熱器從其起始位置拉出到一個(gè)相對(duì)于硅熔體表面16的第二位置，該第二位置一般是在熔體表面的上方并離開該熔體的表面。這樣做以便當(dāng)提拉過程持續(xù)進(jìn)行時(shí)，加熱器不處于干擾單晶生長(zhǎng)的位置。在此第二位置處，加熱器已不再能供給足以保持籽晶末端處于熔化狀態(tài)的熱量。
電阻加熱器附接到一直流(DC)電源上(未示出)，直流電源是該技術(shù)通用的。為了進(jìn)一步加熱籽晶18的末端，并隨后將其熔化，以一種足以緩慢加熱籽晶末端的方式給加熱器通電。為了避免由于熱沖擊的結(jié)果而在籽晶18中形成位錯(cuò)，緩慢加熱是關(guān)鍵。通常，在約14～約16min時(shí)間范圍內(nèi)，加到加熱器的電功率將從約50瓦增加到約100瓦。所加的電功率對(duì)繞在管件42上的電阻絲40進(jìn)行加熱。將電源保持通電一段時(shí)間，這段時(shí)間足以滿足從加熱絲44輻射出來的熱量使籽晶18的末端熔化，同時(shí)造成形成熔化的帽體。
用該技術(shù)中常用的許多方法可以達(dá)到檢測(cè)單晶硅棒中的位錯(cuò)目的。例如，在單晶硅棒生長(zhǎng)期間，單晶表面上的晶棱線(facet line)的存在是單晶中沒有位錯(cuò)的明顯表示和證明。硅棒被提拉之后，還可以將硅棒切成硅片，然后可以用該技術(shù)通用的方法對(duì)位借進(jìn)行分析。硅片中不存在位錯(cuò)可得出硅棒沒有位錯(cuò)的結(jié)論。可供選擇地，在縮頸形成后，可以通過化學(xué)腐蝕法對(duì)其進(jìn)行分析來揭示任何位錯(cuò)。按照這種方法，可以對(duì)整個(gè)縮頸軸向截面的(110)面進(jìn)行研磨，機(jī)械拋光，然后在HOAc(乙酸)∶HNO3(硝酸)∶HF(氫氟酸)＝10∶3∶1的混酸溶液中化學(xué)拋光10min，以便除去任何表面損傷。然后對(duì)各面進(jìn)行Wright腐蝕20min，以便除去位錯(cuò)腐蝕坑。如果縮頸沒有位錯(cuò)，則將觀察不到腐蝕坑。
應(yīng)該注意，經(jīng)驗(yàn)證明，在常用的直拉法拉晶機(jī)中盛行的生長(zhǎng)條件下，在無位錯(cuò)的硅單晶棒34中產(chǎn)生新的位錯(cuò)非常困難。結(jié)果，一旦按照本發(fā)明的方法成功地完成形成無位錯(cuò)的縮頸32，單晶硅棒應(yīng)保持沒有位錯(cuò)。
本發(fā)明的方法提供一種裝置，利用該裝置來制造無位錯(cuò)的單晶硅棒，該硅棒通常具有重量范圍從至少約100kg至約200kg、300kg、400kg或更多。此外，本發(fā)明由于所形成的無位錯(cuò)縮頸長(zhǎng)度約為用標(biāo)準(zhǔn)的、Dash型技術(shù)所形成縮頸長(zhǎng)度的十分之一，所以造成產(chǎn)量和生產(chǎn)能力增加。
正如下面實(shí)例中所說明的，本發(fā)明的方法可用來防止在按照直拉法所制造的硅單晶棒縮頸中形成位錯(cuò)。該實(shí)例陳述了一組可用來達(dá)到所希望結(jié)果的條件。對(duì)其它的單晶直徑和重量，可以產(chǎn)生與下面所提供的數(shù)據(jù)相類似的數(shù)據(jù)。因而，不應(yīng)把本實(shí)例理解成限制的意思。
實(shí)例按照本發(fā)明的方法，采用Ferrofluidic Czochralski拉晶機(jī)和直徑為24英寸的坩堝，可以制造具有直徑約為200mm和重量至少約為100kg的單晶硅錠料，向該坩堝中裝入120kg摻雜硼的多晶硅料。向包圍坩堝的圓筒形加熱器通電，以便熔化多晶硅。電阻加熱器和籽晶在拉晶機(jī)中處于離開熱區(qū)的位置，以便防止在多晶硅裝料熔化期間所產(chǎn)生的一氧化硅氣體，冷凝在它們的表面上。
一旦裝料熔化，就用垂直滑動(dòng)的機(jī)構(gòu)將電阻加熱器降下到一個(gè)起始位置，該位置在熔體表面中央的上方約15mm處。讓加熱器熱平衡約20～約30min，然后將直徑約9mm和長(zhǎng)約160mm無位錯(cuò)硅籽晶降下到適當(dāng)位置。將籽晶的末端定位在從加熱器延伸的兩根管件之間，該籽晶的末端在管件的下方約2～3mm，并且距熔體的表面約12～13mm。
在此位置處，讓籽晶與拉晶機(jī)內(nèi)部的溫度熱平衡約15min，這時(shí)開始用電阻加熱器加熱，經(jīng)過約15min后，將加熱器的電功率從約50瓦增加到約100瓦，在此期間，籽晶的末端開始熔化。最后，形成一長(zhǎng)約3～約4mm的熔化帽體。
一旦形成熔化的帽體，就將加熱器的電功率減少到零約5min時(shí)間，在此期間，將籽晶以約2mm/min的速率朝熔體的表面降下。持續(xù)降下籽晶，直至熔化的帽體接觸熔體的表面；分別以約15rpm和約8rpm的速率旋轉(zhuǎn)籽晶和熔體。一旦熔化的帽體接觸熔體的表面，就停止降下籽晶。然后向上移動(dòng)加熱器，使其離開熔體的表面到一個(gè)相對(duì)于熔體表面的第二位置。
在此位置處將籽晶固定約10～約15min，在此期間，用目視觀察籽晶/熔體接合處彎月面的形狀，用于表明熔體是太熱或太冷(如通過將彎月面的直徑與籽晶的直徑進(jìn)行比較來確定)。按需要分別通過增加或減少熔體/坩堝的轉(zhuǎn)速約0.2～1rpm來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
一旦彎月面的直徑一般與籽晶的直徑大致相同，則縮頸生長(zhǎng)以約1.0mm/min的速率開始。生長(zhǎng)一個(gè)短而粗的縮頸，它具有約8～9mm的直徑和約18～20mm的長(zhǎng)度。然后通過將提拉速率降至約0.6mm/min和稍微降低加到圓筒形加熱器上的電功率，來生長(zhǎng)籽晶錐體。然后，按照常用的直拉法參數(shù)(即該技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù))來生長(zhǎng)單晶硅錠料的其余部分，其中包括放肩部分、恒定直徑的主體部分，和端部錐體部分。
一旦單晶硅錠料的生長(zhǎng)完成，就用目視法檢查縮頸部分在〔100〕晶體生長(zhǎng)方向上是否存在晶棱線。這些晶棱線的存在以無位錯(cuò)生長(zhǎng)的目視證據(jù)而著名。
由于不脫離本發(fā)明的范圍可以對(duì)上述方法進(jìn)行各種改變，所以打算將上述說明中所包含的任何問題都看作是例證性的，而沒有限制的意思。
權(quán)利要求
1.用于按照直拉法開始生長(zhǎng)單晶硅棒的方法，該方法包括將無位錯(cuò)的籽晶降下到硅熔體表面上方的一個(gè)位置，將一第二加熱器移動(dòng)到靠近籽晶的起始位置，用該加熱器將籽晶加熱，以便熔化籽晶的下部末端，并形成一個(gè)熔化的帽體，將籽晶降下至該熔化的帽體接觸硅熔體表面時(shí)為止，和將加熱器拉出到相對(duì)于硅熔體表面的第二位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過將籽晶的下面末端加熱約14～約16min的時(shí)間，達(dá)到使該末端熔化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第二加熱器是電阻加熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于無位錯(cuò)的籽晶在其熔化的帽體接觸熔體的表面之后，從硅熔體向上提拉該籽晶，以便靠近籽晶形成無位錯(cuò)的縮頸。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于無位錯(cuò)縮頸具有小于約30mm的長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于無位錯(cuò)縮頸具有小于約20mm的長(zhǎng)度。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于無位錯(cuò)籽晶具有最小直徑ds和無位錯(cuò)縮頸具有最小直徑dn，ds/dn的比值范圍為約0.7～約1。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于；ds/dn的比值范圍為約0.8～約0.9。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于靠近無位錯(cuò)縮頸的是一向外擴(kuò)張的籽晶錐體，而靠近該向外擴(kuò)張的籽晶錐體的是單晶主體，該單晶主體至少重約100kg。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于單晶主體至少重約200kg。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于單晶主體至少重約300kg。
全文摘要
制造單晶硅棒的非Dash縮頸法,該單晶硅棒按照直拉法拉晶。該方法其特征在于:在硅棒生長(zhǎng)開始之前,讓一大直徑、無位錯(cuò)的籽晶進(jìn)行熱平衡,以避免形成由對(duì)單晶熱沖擊而產(chǎn)生的位錯(cuò)。該方法其特征還在于:采用電阻加熱器來熔化籽晶的下面末端,以便在它接觸熔體之前,形成一熔化的帽體。該方法生產(chǎn)出一種單晶硅棒,此種單晶硅棒具有大直徑的短縮頸,該大直徑的短縮頸是無位錯(cuò)的,并能在生長(zhǎng)和隨后的處理期間,支承至少重約100kg的硅棒。
文檔編號(hào)C30B15/14GK1267343SQ9880799
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1998年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月8日
發(fā)明者金孔民, 薩達(dá)斯瓦姆·錢德拉塞卡 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司