DE112022000408T5

DE112022000408T5 - Kristallzieher, verfahren zum herstellen von monokristallinen siliziumblöcken und monokristalline siliziumblöcke

Info

Publication number: DE112022000408T5
Application number: DE112022000408.8T
Authority: DE
Inventors: Wanwan Zhang; Yonghee Mun
Original assignee: Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-09-28
Also published as: TW202300724A; WO2023051695A1; CN113862777B; JP2023547027A; CN113862777A; KR20230042123A; US20240035197A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbaren einen Kristallzieher, ein Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks und einen monokristallinen Siliziumblock. Der Kristallzieher umfasst einen Ziehmechanismus, der konfiguriert ist, um einen monokristallinen Siliziumblock durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze zu ziehen; eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer ersten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der BMD in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen wird; und eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung, die auf der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet ist, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der die Bildung von BMD in dem monokristallinen Siliziumblock hervorgerufen wird. Der Ziehmechanismus ist ferner konfiguriert, um den monokristallinen Block entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position zu bewegen, wo eine Wärmebehandlung an einem Endabschnitt durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung durchgeführt wird und eine Wärmebehandlung an einem Kopfabschnitt durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung durchgeführt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Offenbarung beansprucht die Priorität der am 30. September 2021 eingereichten chinesischen Patentanmeldung Nr. 202111165968.6, deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Halbleiterwaferherstellung und insbesondere auf einen Kristallzieher, ein Verfahren zum Herstellen von monokristallinen Siliziumblöcken und die durch das Verfahren erhaltenen monokristallinen Siliziumblöcke.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass moderne integrierte Schaltungen hauptsächlich auf der oberflächennahen Schicht innerhalb von 5 µm von der Siliziumwaferoberfläche hergestellt werden. Daher sind Techniken wie intrinsischer oder extrinsischer Getter erforderlich, um eine Defektzone in der Körper- oder Rückfläche des Siliziumwafers zu bilden und eine denudierte Zone innerhalb einer Tiefe von 10 µm bis 20 µm von der nahen Oberfläche zu bilden, die frei von Defekten und Verunreinigungen ist. In den letzten Jahren wurden zusätzlich zu herkömmlichen intrinsischen und extrinsischen Gettertechniken neue Sauerstofftemperungstechniken, schnelle Wärmebehandlungstechniken und Stickstoffdotierungstechniken entwickelt und angewendet.
In den oben erwähnten integrierten Schaltungen ist es vorteilhaft, einen solchen Siliziumwafer bereitzustellen, der eine denudierte Zone (DZ), die sich von der Vorderfläche nach innen in den Körper erstreckt, und eine Volumenmikrodefektzone (Bulk Micro Defect; BMD) aufweist, die an die DZ angrenzt und sich weiter in den Körper erstreckt. Die Vorderfläche bezieht sich auf eine Oberfläche des Siliziumwafers, auf der elektronische Komponenten gebildet werden sollen. Die oben erwähnte DZ ist aus den folgenden Gründen wichtig: Um elektronische Komponenten auf einem Siliziumwafer zu bilden, ist es erforderlich, dass es keinen Kristalldefekt in dem Bereich zum Bilden der elektronischen Komponenten gibt, sonst führt es zu einem Schaltungsbruch und anderen Fehlern. Somit können die elektronischen Komponenten in der DZ gebildet werden, um den Einfluss von Kristalldefekten zu vermeiden. Die Wirkung der oben erwähnten BMD ist, dass sie einen intrinsischen Gettereffekt (IG-Effekt) auf Metallverunreinigungen erzeugen kann, um Metallverunreinigungen in dem Teil der Siliziumwafer weg von der DZ zu halten. Somit können die nachteiligen Effekte wie die Erhöhung des Leckstroms und die Verringerung der Gateoxidfilmqualität, die durch Metallverunreinigungen verursacht werden, vermieden werden.
Im Prozess der Herstellung der oben erwähnten Siliziumwafer mit BMD-Zonen ist es sehr vorteilhaft, mit Stickstoff in den Siliziumwafern zu dotieren. Zum Beispiel verbinden sich im Fall eines mit Stickstoff dotierten Siliziumwafers die Stickstoffatome zuerst bei hohen Temperaturen miteinander, um zweiatomigen Stickstoff zu bilden, der die Bildung von Sauerstoffausfällung fördert und eine große Anzahl von Leerstellen verbraucht, wodurch die Konzentration von Leerstellen verringert wird. Da VOID-Defekte aus Leerstellen zusammengesetzt sind, führt die Verringerung der Leerstellenkonzentration zu einer Verringerung der Größe von VOID-Defekten, was zur Bildung von Siliziumwafern mit verringerter Größe von VOID-Defekten bei relativ niedrigen Temperaturen führt. Bei der Hochtemperaturwärmebehandlung des Herstellungsprozesses der integrierten Schaltungen werden die VOID-Defekte des stickstoffdotierten monokristallinen Siliziums leicht beseitigt, wodurch die Ausbeute der integrierten Schaltungen verbessert wird. Gleichzeitig kann die Dotierung mit Stickstoff die Bildung eines BMD mit Stickstoff als Kern fördern, so dass der BMD eine bestimmte Konzentration erreichen kann und der BMD effektiv eine Rolle als Quelle zum Absorbieren von Metallverunreinigungen spielen lässt. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen günstigen Effekt auf die Konzentrationsverteilung der BMD zu haben, zum Beispiel die Konzentration der BMD gleichmäßiger in der radialen Richtung des Siliziumwafers zu verteilen; als ein anderes Beispiel ist die Konzentration der BMD in der Zone, die an die DZ angrenzt, höher und nimmt allmählich in Richtung des Körpers des Siliziumwafers ab usw.
In verwandten Technologien werden Siliziumwafer, die zur Herstellung von obigen elektronischen Halbleiterkomponenten, wie etwa integrierten Schaltungen, verwendet werden, hauptsächlich durch Schneiden von monokristallinen Siliziumblöcken, die durch ein Czochralski-Verfahren gezogen werden, hergestellt. Das Czochralski-Verfahren umfasst das Schmelzen von polykristallinem Silizium in einem Quarztiegel, um eine Siliziumschmelze zu erhalten, das Eintauchen eines monokristallinen Keims in die Siliziumschmelze und das kontinuierliche Ziehen des Keims, um sich von der Oberfläche der Siliziumschmelze wegzubewegen, wodurch ein monokristalliner Siliziumblock an der Phasengrenzfläche während des Ziehens gezüchtet wird. Das Ziehen von monokristallinen Siliziumblöcken durch das Czochralski-Verfahren wird im Allgemeinen in einem Kristallzieher vorgeformt. Aufgrund der Nichtübereinstimmung zwischen dem Gitter eines Dotierstoffelements und dem Gitter des Siliziumelements gibt es ein Segregationsphänomen während des Züchtens von monokristallinem Silizium, d. h. die Konzentration des Dotierstoffelements, das in dem monokristallinen Siliziumblock kristallisiert wird, ist geringer als die in der Schmelze (Ausgangsmaterial), was die Konzentration des Dotierstoffelements in dem Tiegel erhöht und die Konzentration des Dotierstoffelements in den monokristallinen Siliziumblöcken ebenfalls erhöht. Da der Segregationskoeffizient von Stickstoff in den monokristallinen Siliziumblöcken klein ist, nur 7 × 10^-4, nimmt die Verteilung der Stickstoffkonzentration während des Ziehens von monokristallinen Siliziumblöcken vom Kopf zum Ende des monokristallinen Siliziumblocks allmählich zu. Wie in 1 gezeigt, veranschaulicht sie die theoretische Verteilung der Stickstoffkonzentration entlang der Kristallwachstumsrichtung in dem mit Stickstoff dotierten monokristallinen Siliziumblock. Die Stickstoffkonzentrationen im Kopf und im Ende des mit Stickstoff dotierten monokristallinen Siliziumblocks sind signifikant unterschiedlich und führen dementsprechend zu einer großen Differenz zwischen den BMD-Konzentrationen im Kopf und im Ende des mit Stickstoff dotierten monokristallinen Siliziumblocks.
ZUSAMMENFASSUNG
Um die obigen technischen Probleme zu lösen, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Kristallzieher, ein Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks und den durch das Verfahren erhaltenen monokristallinen Siliziumblock bereit. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können das Problem großer Differenzen in der BMD-Konzentration zwischen dem Kopf und dem Ende des monokristallinen Siliziumblocks aufgrund übermäßiger Differenzen in der Stickstoffkonzentration vom Kopf zum Ende des monokristallinen Siliziumblocks während des Ziehens von monokristallinen Siliziumblöcken lösen und einen monokristallinen Siliziumblock mit einer gleichmäßigen BMD-Konzentration bereitstellen.
Die technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung sind wie folgt.
In einem ersten Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Kristallzieher zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks bereit, wobei der Kristallzieher umfasst:

einen Ziehmechanismus, der konfiguriert ist, um den monokristallinen Siliziumblock durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze zu ziehen;
eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer ersten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der Volumenmikrodefekte (BMD) in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen werden; und
eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung, die auf der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet ist, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der die Bildung von BMD in dem monokristallinen Siliziumblock induziert wird;
wobei der Ziehmechanismus ferner konfiguriert ist, um den monokristallinen Siliziumblock entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position zu bewegen, wo ein Endabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelt wird und ein Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelt wird.

Optional liegt die erste Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 950 Grad Celsius bis 1200 Grad Celsius.
Optional liegt die zweite Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 600 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius.
Optional umfasst der Kristallzieher ferner:

einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung;
einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung; und
einen Controller, der konfiguriert ist, um die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung zu steuern, um jeweils unterschiedliche Wärmebehandlungstemperaturen als eine Funktion der Temperaturen bereitzustellen, die durch den ersten Temperatursensor und den zweiten Temperatursensor erfasst werden.

Optional umfasst die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung ein erstes Segment und ein zweites Segment, die entlang der Richtung des Kristallwachstums angeordnet sind, wobei das erste Segment eine Wärmebehandlungstemperatur von 600 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius bereitstellt und das zweite Segment eine Wärmebehandlungstemperatur von 700 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius bereitstellt.
Optional ist der Ziehmechanismus ferner konfiguriert, um es dem monokristallinen Siliziumblock zu ermöglichen, für 2 Stunden an einer Position zu bleiben, wo die Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Optional umfasst der Kristallzieher eine obere Zieherkammer mit einer kleinen radialen Abmessung und eine untere Ofenkammer mit einer großen radialen Abmessung, wobei die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung in der oberen Ofenkammer angeordnet sind, und ein Tiegel und eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Tiegels innerhalb der unteren Ofenkammer bereitgestellt sind.
Optional ist die Gesamtlänge der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung entlang der Richtung des Kristallwachstums größer oder gleich der Länge des monokristallinen Siliziumblocks, so dass der gesamte monokristalline Siliziumblock gleichzeitig durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelt werden kann.
In einem zweiten Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks bereit, wobei das Verfahren umfasst:

Ziehen eines monokristallinen Siliziumblocks durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze;
Bewegen des monokristallinen Siliziumblocks entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position, wo der monokristalline Siliziumblock einer Wärmebehandlung unterzogen wird;
Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Endabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit der ersten Wärmebehandlungstemperatur, bei der Volumenmikrodefekte (BMD) in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen werden; und
Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit der zweiten Wärmebehandlungstemperatur, bei der die Bildung von BMD in dem monokristallinen Siliziumblock induziert bzw. hervorgerufen wird.

In einem dritten Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen monokristallinen Siliziumblock bereit, der durch das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt hergestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematisches Diagramm der theoretischen Verteilung der Stickstoffkonzentration in dem stickstoffdotierten monokristallinen Siliziumblock entlang der Kristallwachstumsrichtung in verwandter Technologie;
2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines herkömmlichen Kristallziehers;
3 ist ein schematisches Diagramm eines Kristallziehers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das einen monokristallinen Siliziumblock veranschaulicht, der aus einer Siliziumschmelze gezogen wird;
4 ist ein weiteres schematisches Diagramm des Kristallziehers von 3, das den monokristallinen Siliziumblock veranschaulicht, der vollständig aus der Siliziumschmelze gezogen wurde und sich in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung befindet;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Kristallziehers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein schematisches Diagramm eines Kristallziehers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist ein schematisches Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen des monokristallinen Siliziumblocks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die technischen Lösungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in einer klaren und vollständigen Weise beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 zeigt diese eine Ausführungsform eines herkömmlichen Kristallziehers. Der Kristallzieher 100 umfasst eine obere Zieherkammer 101 mit einer kleinen radialen Abmessung und eine untere Zieherkammer 102 mit einer großen radialen Abmessung. Die untere Zieherkammer 102 ist mit einem Tiegel 200 versehen, der insbesondere einen Graphittiegel und einen Quarztiegel umfassen kann. Der Tiegel 200 ist konfiguriert, um Siliziummaterial zu halten, und eine Heizvorrichtung 300 ist zwischen der Innenwand der unteren Zieherkammer und dem Außenumfang des Tiegels angeordnet. Die Heizvorrichtung 300 ist konfiguriert, um den Tiegel und das Siliziummaterial darin zu erwärmen, um eine Siliziumschmelze S2 zu bilden. Ein Ziehkanal ist an der Oberseite der unteren Zieherkammer 102 angeordnet, der Ziehkanal ist mit der oberen Zieherkammer 101 verbunden, wo der monokristalline Siliziumblock S3 gezogen wird. Zusätzlich sind ein Tiegeldrehmechanismus 400 und ein Tiegelträger 500 in der unteren Zieherkammer 102 angeordnet. Der Tiegel 200 wird durch den Tiegelträger 500 getragen, und der Tiegeldrehmechanismus 400 befindet sich unter dem Tiegelträger 500, um den Tiegel 200 anzutreiben, um sich um seine eigene Achse entlang der Richtung R zu drehen.
Wenn der Kristallzieher 100 verwendet wird, um einen monokristallinen Siliziumblock S3 zu ziehen, wird zuerst ein hochreines polykristallines Siliziumausgangsmaterial in den Tiegel 200 gegeben und der Tiegel 200 wird durch die Heizvorrichtung 300 kontinuierlich erwärmt, während der Tiegeldrehmechanismus 400 den Tiegel 200 antreibt, um sich zu drehen, so dass das in dem Tiegel aufgenommene polykristalline Siliziumausgangsmaterial in einen geschmolzenen Zustand geschmolzen wird, d. h. in die Siliziumschmelze S2 geschmolzen wird. Die Heiztemperatur wird bei etwa eintausend Grad Celsius gehalten. Das in den Zieher gefüllte Gas ist üblicherweise ein Inertgas, das es dem polykristallinen Silizium ermöglicht, zu schmelzen, ohne gleichzeitig unnötige chemische Reaktionen zu erzeugen. Wenn die Flüssigkeitsoberflächentemperatur der Siliziumschmelze S2 am kritischen Punkt der Kristallisation durch Steuern der heißen Zone, die durch die Heizvorrichtung 300 bereitgestellt wird, gesteuert wird, indem der monokristalline Keim S1, der sich auf der Flüssigkeitsoberfläche befindet, von der Flüssigkeitsoberfläche entlang der Richtung P nach oben angehoben wird, wächst die Siliziumschmelze S2 in den monokristallinen Siliziumblock S3 in der Kristallrichtung des monokristallinen Keims S1, wenn der monokristalline Keim S1 nach oben angehoben wird. Um schließlich hergestellte Siliziumwafer mit einer hohen BMD-Konzentration zu machen, kann der monokristalline Siliziumblock während des Ziehens des monokristallinen Siliziumblocks mit Stickstoff dotiert werden, zum Beispiel kann Stickstoffgas in die Zieherkammer des Kristallziehers 100 während des Ziehens gefüllt werden oder kann die Siliziumschmelze S2 in dem Tiegel 200 mit Stickstoff dotieren, so dass der gezogene monokristalline Siliziumblock und die Siliziumwafer, die aus dem monokristallinen Siliziumblock schneiden, mit Stickstoff dotiert werden. Unter Bezugnahme auf 1 ist jedoch die N-Konzentration im Endabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks, der durch den Kristallzieher 100 hergestellt wird, höher und die N-Konzentration im Kopfabschnitt ist niedriger. Dies führt zu einer niedrigen BMD-Konzentration im Kopfabschnitt und einer hohen BMD-Konzentration im Endabschnitt der monokristallinen Siliziumblöcke, was zu einer Verringerung der Qualität und Ausbeute der monokristallinen Siliziumblöcke führt.
Um das Problem der ungleichmäßigen BMD-Gesamtkonzentration des monokristallinen Siliziumblocks zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung einen Kristallzieher 110 bereit, unter Bezugnahme auf 3, wobei der Kristallzieher 110 umfasst: einen Ziehmechanismus 700, der konfiguriert ist, um den monokristallinen Siliziumblock S3 durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze S2 zu ziehen; eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620, die über der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 angeordnet sind, wobei sowohl die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 als auch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620 in der oben erwähnten oberen Zieherkammer 101 angeordnet und vertikal entlang der Richtung des Kristallwachstums P gestapelt sind. Die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 ist konfiguriert, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock S3 mit der ersten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der BMD in dem monokristallinen Siliziumblock S3 abgetragen werden. Die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620 ist konfiguriert, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock S3 mit der zweiten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der die Bildung von BMD in dem monokristallinen Siliziumblock S3 induziert wird. Der Ziehmechanismus 700 ist ferner konfiguriert, um den monokristallinen Block S3 entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position zu bewegen, wo ein Endabschnitt einer Wärmebehandlung durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 durchgeführt wird und ein Kopfabschnitt einer Wärmebehandlung durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620 durchgeführt wird.
Die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 stellt eine erste Wärmebehandlungstemperatur von 950 bis 1200 Grad Celsius bereit, die eine untere Temperaturzone im Bereich von 950 bis 1200 Grad Celsius für den Abschnitt des monokristallinen Siliziumblocks bereitstellt, der sich in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 befindet. Wenn der Abschnitt des monokristallinen Siliziumblocks S3 mit hohem Stickstoffgehalt in der unteren Temperaturzone wärmebehandelt wird, wird der BMD in diesem Abschnitt bei dieser Temperatur abgetragen, wodurch eine Verringerung der BMD-Konzentration in diesem Abschnitt erreicht wird. Die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620 stellt eine zweite Wärmebehandlungstemperatur von 600 bis 850 Grad Celsius bereit, die eine obere Temperaturzone im Bereich von 600 bis 700 Grad Celsius für den Abschnitt des monokristallinen Siliziumblocks bereitstellt, der sich in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung befindet. Wenn der Abschnitt des monokristallinen Siliziumblocks S3 mit niedrigem Stickstoffgehalt in der unteren Temperaturzone wärmebehandelt wird, erleichtert er die BMD-Keimbildung in diesem Abschnitt, wodurch eine erhöhte BMD-Konzentration in diesem Abschnitt erreicht wird. Dies ermöglicht, dass die Abschnitte mit inkonsistenter BMD-Konzentration in dem monokristallinen Siliziumblock einer entsprechenden Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Wärmebehandlungstemperaturen unterzogen werden, wodurch eine ungleichmäßige BMD-Gesamtkonzentration in dem monokristallinen Siliziumblock vermieden wird.
Unter Bezugnahme auf 1 ist die BMD-Konzentration in dem Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks, der sich in der oberen Temperaturzone befindet, klein. Optional umfasst die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung ein erstes Segment und ein zweites Segment, die vertikal entlang der Richtung des Kristallwachstums P angeordnet sind. Das erste Segment ist konfiguriert, um Wärmebehandlungstemperaturen von 600 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius bereitzustellen, und das zweite Segment ist konfiguriert, um Wärmebehandlungstemperaturen von 700 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius bereitzustellen. Das erste Segment und das zweite Segment wurden zum Durchführen einer Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen für die Abschnitte mit unterschiedlichen BMD-Konzentrationen in dem monokristallinen Block S3 verwendet, wodurch eine ausreichende BMD-Keimbildung sichergestellt wird und der monokristalline Block S3 mit einer gleichmäßigeren BMD-Konzentration erhalten wird.
Unter Bezugnahme auf 4 ist der Ziehmechanismus 700 konfiguriert, um den monokristallinen Block S3 entlang der Richtung des Kristallwachstums zu bewegen, sodass der monokristalline Block S3 von der Phasengrenzfläche, die sich in der unteren Ziehkammer 102 befindet, wächst und sich zu einer Position bewegt, wo die Wärmebehandlung durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung 620 durchgeführt wird. Um es dem monokristallinen Siliziumblock S3 zu ermöglichen, die Wärmebehandlung unter vorbestimmten Bedingungen zu erfahren, ist der Ziehmechanismus 700 optional konfiguriert, um es dem monokristallinen Siliziumblock S3 insgesamt zu ermöglichen, für die erforderliche Wärmebehandlungszeit in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 zu bleiben. Wie in 4 gezeigt, wurde der monokristalline Siliziumblock S3 durch den Ziehmechanismus 700 gezogen, um sich vollständig in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 zu befinden, und der Ziehmechanismus 700 ermöglicht es dem monokristallinen Siliziumblock S3, in dieser Position zu bleiben, bis eine vorbestimmte Wärmebehandlungszeit erfahren wurde.
In optionalen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Wärmebehandlungszeit 2 Stunden betragen.
Um die Genauigkeit der Wärmebehandlungstemperatur weiter zu steuern, umfasst der Kristallzieher 110 unter Bezugnahme auf 5 optional ferner einen ersten Temperatursensor 801 zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610, einen zweiten Temperatursensor 802 zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 und einen Controller 900 zum Steuern der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 gemäß den Wärmebehandlungstemperaturen, die durch den ersten Temperatursensor 801 und den zweiten Temperatursensor 802 erfasst werden. Der erste Temperatursensor 801 ist auf der Seite der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 in Richtung der Innenfläche der oberen Zieherkammer 101 angeordnet und die Temperatur der unteren Temperaturzone wird durch die Erfassungssonde gemessen, um die Wärmebehandlungstemperatur der Temperaturzone zu erhalten, wo sich die verschiedenen Abschnitte des monokristallinen Siliziumblocks S3 befinden. Anschließend wird die Heizleistung der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 durch den Controller 900 gesteuert, der elektrisch damit verbunden ist, um die erste Wärmebehandlungstemperatur genau einzustellen und sicherzustellen, dass die Temperatur der unteren Temperaturzone konstant ist. Der zweite Temperatursensor 802 ist auf der Seite der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 in Richtung der Innenfläche der oberen Zieherkammer 101 angeordnet und sein Betriebsprinzip entspricht dem des ersten Temperatursensors 801, was hier nicht wiederholt wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Kristallzieher 110 so angeordnet, dass der gesamte monokristalline Siliziumblock S3 gleichzeitig einer Wärmebehandlung sowohl in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung als auch in der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung unterzogen wird. In dieser Hinsicht ist optional, wie in 6 gezeigt, die Länge H der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 entlang der Richtung des Kristallwachstums P größer oder gleich der Länge L des monokristallinen Siliziumblocks S3, so dass sich der monokristalline Siliziumblock S3 vollständig in der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung 610 und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung 620 befinden kann, während verschiedene Abschnitte des monokristallinen Siliziumblocks S3 entsprechend wärmebehandelt wurden.
Durch Verwenden des Kristallziehers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde das Problem der ungleichmäßigen BMD-Gesamtkonzentration des monokristallinen Siliziumblocks aufgrund des kleinen N-Verteilungskoeffizienten beim Ziehen des stickstoffdotierten monokristallinen Siliziumblocks gelöst, was die N-Konzentration am Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks viel kleiner als die am Schwanzabschnitt des Kristallblocks macht.
Unter Bezugnahme auf 7 stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ferner ein Verfahren zum Herstellen von monokristallinen Siliziumblöcken bereit, wobei das Verfahren umfassen kann:

Ziehen eines monokristallinen Siliziumblocks durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze;
Bewegen des monokristallinen Siliziumblocks entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position, wo der monokristalline Siliziumblock einer Wärmebehandlung unterzogen wird;
Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Endabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit einer ersten Wärmebehandlungstemperatur, bei der Volumenmikrodefekte (BMD) in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen werden; und
Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur, bei der die Bildung von BMD in dem monokristallinen Siliziumblock induziert wird.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ferner einen monokristallinen Siliziumblock bereit, der durch das Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks hergestellt wird, das durch die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
Es sollte beachtet werden, dass die technischen Lösungen, die in den Ausführungsformen dieser Offenbarung beschrieben werden, in beliebiger Weise ohne Konflikt miteinander kombiniert werden können.
Die obige Beschreibung ist lediglich die spezifische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, aber der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus würde ein Fachmann ohne Weiteres Modifikationen oder Ersetzungen innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Offenbarung in Betracht ziehen, und diese Modifikationen oder Ersetzungen sollen auch in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Daher sollte der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung durch den Umfang der Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Kristallzieher zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks, umfassend: einen Ziehmechanismus, der konfiguriert ist, um den monokristallinen Siliziumblock durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze zu ziehen; eine erste Wärmebehandlungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer ersten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der Volumenmikrodefekte (BMD) in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen werden; und eine zweite Wärmebehandlungsvorrichtung, die auf der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet ist, die konfiguriert ist, um eine Wärmebehandlung an dem monokristallinen Siliziumblock mit einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur durchzuführen, bei der die Bildung der BMD in dem monokristallinen Siliziumblock hervorgerufen wird, wobei der Ziehmechanismus ferner konfiguriert ist, um den monokristallinen Block entlang der Richtung des Kristallwachstums zu einer Position zu bewegen, wo eine Wärmebehandlung an einem Endabschnitt des monokristallinen Blocks durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung durchgeführt wird und eine Wärmebehandlung an einem Kopfabschnitt des monokristallinen Blocks durch die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung durchgeführt wird.
Kristallzieher nach Anspruch 1, wobei die erste Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 950 Grad Celsius bis 1200 Grad Celsius liegt.
Kristallzieher nach Anspruch 1, wobei die zweite Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von 600 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius liegt.
Kristallzieher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kristallzieher ferner umfasst: einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung; einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Wärmebehandlungstemperatur der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung zu steuern, um jeweils unterschiedliche Wärmebehandlungstemperaturen als eine Funktion der Temperaturen bereitzustellen, die durch den ersten Temperatursensor und den zweiten Temperatursensor erfasst werden.
Kristallzieher nach Anspruch 4, wobei die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung ein erstes Segment zum Bereitstellen einer Wärmebehandlungstemperatur von 600 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius und ein zweites Segment zum Bereitstellen einer Wärmebehandlungstemperatur von 700 Grad Celsius bis 850 Grad Celsius, die entlang der Richtung des Kristallwachstums angeordnet sind, umfasst.
Kristallzieher nach Anspruch 1, wobei der Ziehmechanismus ferner konfiguriert ist, um es dem monokristallinen Siliziumblock zu ermöglichen, für 2 Stunden an einer Position zu bleiben, wo die Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Kristallzieher nach Anspruch 1, wobei der Kristallzieher eine obere Zieherkammer mit einer kleinen radialen Abmessung und eine untere Zieherkammer mit einer großen radialen Abmessung umfasst, und wobei die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung in der oberen Zieherkammer angeordnet sind, und sowohl ein Tiegel als auch eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Tiegels innerhalb der unteren Zieherkammer bereitgestellt sind.
Kristallzieher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Gesamtlänge der ersten Wärmebehandlungsvorrichtung und der zweiten Wärmebehandlungsvorrichtung entlang der Richtung des Kristallwachstums größer oder gleich einer Länge des monokristallinen Siliziumblocks ist, so dass der gesamte monokristalline Siliziumblock gleichzeitig durch die erste Wärmebehandlungsvorrichtung und die zweite Wärmebehandlungsvorrichtung wärmebehandelt werden kann.
Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Siliziumblocks, umfassend: Ziehen eines monokristallinen Siliziumblocks durch ein Czochralski-Verfahren aus einer stickstoffdotierten Siliziumschmelze; Bewegen des monokristallinen Siliziumblocks entlang einer Richtung des Kristallwachstums zu einer Position, wo der monokristalline Siliziumblock einer Wärmebehandlung unterzogen wird; Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Endabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit einer ersten Wärmebehandlungstemperatur, bei der Volumenmikrodefekte (BMD) in dem monokristallinen Siliziumblock abgetragen werden; und Durchführen einer Wärmebehandlung an einem Kopfabschnitt des monokristallinen Siliziumblocks mit einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur, bei der die Bildung der BMD in dem monokristallinen Siliziumblock hervorgerufen wird.
Monokristalliner Siliziumblock, der durch das Verfahren nach Anspruch 9 hergestellt wird.