CN1807703A - 直拉硅单晶中低氧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直拉硅单晶中低氧控制方法，其特点是：起始磁场强度为300－2500GS，未端磁场强度为50－1500GS，磁场强度变化速率为1－10GS/min，坩埚转速变化范围为0.1－10rpm，晶体转速变化范围为10－30rpm，晶体拉速为0.5－3mm/min，氩气流量为2－7m3/hr，炉内压力为1－4KPa。采用上述技术方案，能有效地使整根单晶(坩埚装料量为15kg－60kg，单晶直径为Φ2″－Φ6″。)氧含量在三段目标范围(5.5×1017a/cm3－7.0×1017a/cm3、5.0×1017a/cm3－6.5×1017a/cm3、4.0×1017a/cm3－5.5×1017a/cm3)的某一段，而且整根单晶氧含量偏差为±0.5×1017a/cm3，径向氧含量不均匀性≤5％，单晶成品率60％以上。

Description

直拉硅单晶中低氧控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制直拉硅单晶中氧含量在中低氧范围内，纵向和径向氧含量均匀性好的一种制备方法。
背景技术
CZ硅片通过特殊热处理，能使硅片近表面层形成一个没有缺陷的区域洁净区，而硅片内部则由于SiO2析出物形成高密度的缺陷，该缺陷能吸除金属杂质，这就是IG(intrinsic gettering)本征吸杂。具有本征吸杂能力的硅片称为本征吸杂硅片，为使硅片具有本征吸杂能力，需要硅片具有一定的氧含量，硅片氧含量太低没有IG作用，硅片氧含量太高，氧析出物也会长入洁净层，洁净区就被破坏。随着IC工业飞速发展，集成电路线宽从1980年的2微米缩小到目前的0.12~0.1微米，甚至已达到纳米级，而与氧有关的缺陷和杂质的沉淀尺寸已相当于IC线宽，如果元件就做在上面，IC的成品率肯定会下降。鉴于以上二个原因，集成电路制造企业迫切需要使用氧含量在中低氧范围内，纵向和径向氧含量均匀性好的单晶硅片。
CZ单晶中氧的主要耒源是石英坩埚，熔硅和石英坩埚反应生成SiO，通过熔体的热对流和晶转、埚转引起的强迫对流的传送，一部分氧进入到晶体中去。目前在CZ单晶中降氧和控氧的几种方法是：(1).在不加磁场的情况，可通过调节硅液面在加热器中相对位置、调节晶体和坩埚转速、改变熔硅和石英坩埚接触面积与熔硅挥发面积之比、调节热场影响熔体的热对流等方法实现，但以上方法只能微降单晶中的氧含量，要求氧含量在7×1017a/cm3以下就无能为力了；(2).采用“密闭”拉晶技术，用石墨、SiC、Mo等耐热材料把熔体、坩埚和加热器与生长晶体屏蔽起耒，增加了熔体表面温度，显著降低了熔体热对流，再配合坩埚转速、晶体转速、氩气流量和炉内压力等其它工艺参数的调节，能达到降氧和控氧的作用，但头部氧含量难以降低，也难以制备低氧单晶；(3).单晶炉外加磁场，利用洛伦兹力的作用抑制熔体热对流，这是目前控制单晶中氧含量的好方法。这种磁场有两种，一种是CUSP磁场，另一种是横向磁场，对单晶的降氧作用十分明显。国内虽有应用和研究，但还没有在中低氧范围(4×1017a/cm3-7.0×1017a/cm3)内，整根单晶全部氧含量在目标范围±0.5×1017a/cm3的制备技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种直拉硅单晶中低氧控制方法，使得在中低氧范围(4×1017a/cm3-7.0×1017a/cm3)内，整根单晶全部氧含量在目标范围±0.5×1017a/cm3内。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：在横向磁场条件下，根据不同的氧含量目标范围选择特定的起始磁场强度、合适的磁场强度变化速率、特定的坩埚转速和晶体转速。起始磁场强度为300-2500GS，未端磁场强度为50-1500GS，磁场强度变化速率为1-10GS/min，坩埚转速变化范围为0.1-10rpm，晶体转速变化范围为10-30rpm，晶体拉速为0.5-3mm/min，氩气流量为2-7m3/hr，炉内压力为1-4kpa。
由于不同的坩埚装料量(15kg-60kg)，不同的单晶直径(φ2″-φ6″)，其单晶头部的氧含量和单晶纵向氧含量分布也不一样，所以要根据具体情况确定工艺条件。在坩埚装料量多、单晶直径大、氧含量要求低的情况下，起始磁场强度就会高一些。例如当装料量≥45KG，晶体直径φ6″，要求氧含量为(5.5×1017-4×1017)a/cm3时，起始磁场强度就会在1300-2500GS，坩埚转速在0.1-2rpm，晶体转速在10-18rpm，氩气流量3-7m3/hr，炉内压力1-3kpa。反之，在装料量少、直径细、氧含量为(5.5×1017-7×1017)a/cm3时，就会采用低的起始磁场强度，较快的磁场变化速率，埚转也会适当增加。
采用上述技术方案，能有效地使整根单晶(坩埚装料量为15kg-60kg，单晶直径为Ф2″-Ф6″。)氧含量在三段目标范围(5.5×1017a/cm3-7.0×1017a/cm3、5.0×1017a/cm3-6.5×1017a/cm3、4.0×1017a/cm3-5.5×1017a/cm3)的某一段，而且整根单晶氧含量偏差为±0.5×1017a/cm3，径向氧含量不均匀性≤5％，单晶成品率60％以上。
具体实施方式
本发明采用的工艺条件为：起始磁场强度为300-2500GS，未端磁场强度为50-1500GS，磁场强度变化速率为1-10GS/min，坩埚转速变化范围为0.1-10rpm，晶体转速变化范围为10-30rpm，晶体拉速为0.5-3mm/min，氩气流量为2-7m3/hr，炉内压力为1-4kpa。
例如，在一个具体实施例中，要求拉制氧含量在5×1017a/cm3-6.5×1017a/cm3范围内的φ4″单晶，采用起始磁场强度为1300GS，未端磁场强度为100GS，磁场的变化速率为4GS/min，坩埚转速变化为1-1.5rpm，晶体转速为15rpm，晶体拉速变化为1.6-0.6mm/min，氩气流量为3m3/hr，炉内压力为2kpa。拉出单晶经测试，头部氧含量为5.4×1017a/cm3，中部氧含量5.6×1017a/cm3，尾部氧含量5.6×1017a/cm3，径向氧含量不均匀性为2.5％，单晶成品率为68.3％。

Claims (3)

1、一种直拉硅单晶中低氧控制方法，其特征在于，采用下述的工艺条件：
起始磁场强度为300~2500GS，未端磁场强度为50~1500GS，磁场强度变化速率为1~10GS/min，坩埚转速变化范围为0.1~10rpm，晶体转速变化范围为10~30rpm，晶体拉速为0.5~3mm/min，氩气流量为2~7m3/hr，炉内压力为1~4kpa。
2、根据权利要求1所述的直拉硅单晶中低氧控制方法，其特征在于，所述的起始磁场强度为1300-2500GS，坩埚转速为在0.1-2rpm，晶体转速在10-18rpm，氩气流量3-7m3/hr，炉内压力1-3kpa。
3、根据权利要求1所述的直拉硅单晶中低氧控制方法，其特征在于，所述起始磁场强度为1300GS，未端磁场强度为100GS，磁场的变化速率为4GS/min，坩埚转速变化为1-1.5rpm，晶体转速为15rpm，晶体拉速变化为1.6-0.6mm/min，氩气流量为3m3/hr，炉内压力为2kpa。
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