專利名稱：缺陷密度低，空位占優(yōu)勢的硅的制作方法
本申請是申請日為1998年4月9日、申請?zhí)枮?8805003.X、發(fā)明名稱為“缺陷密度低，空位占優(yōu)勢的硅”的專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及用來制造電子元件的半導(dǎo)體級(jí)單晶硅的制備。本發(fā)明具體涉及具有避免本征點(diǎn)缺陷附聚的空位占優(yōu)勢的軸對(duì)稱區(qū)域的單晶硅毛坯和晶片，及其制備方法。
大多數(shù)半導(dǎo)體電子元件制造方法中，作為原料的單晶硅通常用所謂的引上法(Czochralski，“Cz”法)制備，該方法中，將多晶硅(“多硅”)放入坩堝并熔化，讓籽晶接觸硅熔體并緩慢提拉生長單晶，完成收頸后，通過降低拉速和/或熔體溫度使晶體直徑放大直至達(dá)到所要求的直徑或目標(biāo)直徑。然后通過控制拉速和熔體溫度同時(shí)補(bǔ)償熔體水平面的降低來生長大約等徑的柱狀晶體主體。坩堝內(nèi)熔體耗盡之前接近生長工藝后期時(shí)，必須逐漸減小晶體直徑形成尾錐。一般通過增大拉速和對(duì)坩堝的供熱來形成尾錐。在直徑變得足夠小時(shí)，晶體與熔體分離。
近幾年來認(rèn)識(shí)到，單晶硅內(nèi)的許多缺陷都是在晶體生長爐內(nèi)于凝固后晶體冷卻時(shí)形成的。這種缺陷的出現(xiàn)，部分是由于存在過量(亦即高于溶解度極限的濃度)的本征點(diǎn)缺陷，它是公知的空位和自填隙原子(self-interstitial)。由熔體生長的硅晶體一般都帶有一種類型或另一種類型的本征點(diǎn)缺陷，或者是晶格空位(“V”)或者是硅自填隙原子(“I”)。有人提出在凝固時(shí)就確定了硅內(nèi)這些點(diǎn)缺陷的類型和起始濃度，如果這種濃度達(dá)到體系內(nèi)臨界過飽和的程度并且點(diǎn)缺陷的遷移率足夠高，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，或附聚事件。在硅內(nèi)附聚的本征點(diǎn)缺陷在制造復(fù)雜和高集成電路的材料時(shí)對(duì)生產(chǎn)潛能有嚴(yán)重影響。
認(rèn)為空位型缺陷是這種可觀測晶體缺陷的起源，如D-缺陷，流圖(flowpattern)缺陷(FPDs)，柵氧化綜合(GOI)缺陷，晶體原生顆粒(COP)缺陷，晶體原生(閃)光點(diǎn)缺陷(LPDs)，以及通過如紅外掃描顯微鏡等紅外光散射技術(shù)和激光掃描層析X射線照相術(shù)觀測到一些種類的體缺陷。在空位過量區(qū)域還存在起成核作用使環(huán)氧化誘發(fā)堆垛層錯(cuò)(OISF)的缺陷?？梢酝茰y，這種特殊缺陷是一種由于過量空位催化的高溫成核的附聚氧。更未充分研究涉及自填隙原子的缺陷。一般認(rèn)為它們是低密度的填隙型位錯(cuò)環(huán)或位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。這種缺陷與柵氧化綜合缺陷無關(guān)，是一種重要的晶片性能判據(jù)，但普遍認(rèn)為它們是有關(guān)漏電問題使器件失效的其他類型的原因。
在提拉硅中這種空位和自填隙原子附聚缺陷的密度范圍一般是大約1×103/cm3至約1×107/cm3。盡管這些值相當(dāng)?shù)停骄鄣谋菊鼽c(diǎn)缺陷具有迅速增強(qiáng)影響器件制造的重要性，實(shí)際上，現(xiàn)在看來是在器件制造工藝中的成品率限制因素。
迄今為止，處置附聚本征點(diǎn)缺陷問題主要有三種手段。第一種手段包括著重在于晶體提拉工藝的方法，為的是降低毛坯中附聚本征點(diǎn)缺陷的密度值。這個(gè)方法進(jìn)一步細(xì)分為使晶體提拉條件造成讓空位占優(yōu)勢材料生成的方法，和使晶體提拉條件造成讓自填隙原子占優(yōu)勢材料生成的方法。例如有人建議，降低附聚本征點(diǎn)缺陷密度值是通過(i)通過控制v/Go生長晶體，使其中晶格空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷，和(ii)在晶體提拉工藝期間改變(一般是緩慢降低)硅毛坯從大約1100℃至約1050℃的冷卻速度來影響附聚缺陷的成核速度。這個(gè)方法雖能降低附聚缺陷密度值，但并不能阻止該缺陷的形成。而器件制造業(yè)提出的要求越來越嚴(yán)格，使這些缺陷的存在更成問題。
還有人建議在晶體生長期間降低拉速，讓它低于大約0.4mm/分鐘。然而這個(gè)建議仍不能令人滿意，因?yàn)檫@種慢拉速會(huì)讓每個(gè)晶體拉晶爐減少產(chǎn)率。更重要的是這種拉速導(dǎo)致形成自填隙原子濃度高的單晶硅。這種高濃度進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致形成附聚的自填隙原子缺陷以及有關(guān)這種缺陷而造成的所有問題。
處置附聚本征點(diǎn)缺陷問題的第二個(gè)方法包括著重在于附聚本征點(diǎn)缺陷生成后將其溶解或湮滅的方法。一般使用高溫?zé)崽幚砭问降墓杈湍苓_(dá)到目的。例如Fusegawa等人在EP 503816 A1中提出以超過0.8mm/分鐘的生長速度生長硅毛坯，并且在1150℃-1280℃溫度范圍熱處理毛坯切成的晶片來降低晶片表面附近薄層區(qū)域的缺陷密度。所需具體處理?xiàng)l件取決于附聚本征點(diǎn)缺陷在晶片中的濃度和位置。從不具備該缺陷的均勻軸向濃度的晶體切出的不同晶片要求不同的生長后處理工藝條件。而且，這種晶片的熱處理也相當(dāng)昂貴，還有金屬雜質(zhì)引入硅晶片的趨向，并且對(duì)涉及晶體所有類型的缺陷并非一致有效。
處置附聚本征點(diǎn)缺陷問題的第三種方法是在單晶硅晶片表面外延沉積一薄層硅結(jié)晶層。這種方法提供一種表面基本沒有附聚本征點(diǎn)缺陷的單晶硅晶片。然而外延沉積要加大晶片的制造成本。
就這些進(jìn)展而言，仍繼續(xù)需要尋找一種單晶硅的制備方法，其中能通過抑制其附聚反應(yīng)起到防止附聚本征點(diǎn)缺陷形成的作用。而不是簡單地限制這種缺陷的形成速度，或者在其形成后試圖湮滅一些缺陷，起抑制附聚反應(yīng)作用的方法應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生基本沒有附聚本征點(diǎn)缺陷的硅襯底。就每片晶片得到集成電路的數(shù)量而言，這種方法還應(yīng)提供具有類似外延法成品率的單晶硅晶片，而且并不牽扯外延工藝有關(guān)的高成本。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種毛坯或晶片形式的單晶硅，它們具有一種具有基本徑向?qū)挾鹊妮S對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域基本沒有來自晶格空位或硅自填隙原子附聚造成的缺陷；并提供一種單晶硅毛坯的制備方法，其中在毛坯自凝固溫度冷卻時(shí)，為了防止本征點(diǎn)缺陷在毛坯的等徑部分的軸對(duì)稱節(jié)段附聚而控制空位和自填隙原子的濃度。
因此，簡言之，本發(fā)明涉及單晶硅晶片，它有中軸，一般垂直于該中軸的前側(cè)面和背側(cè)面；環(huán)狀邊緣；和從晶片的中軸伸展到環(huán)狀邊緣的半徑。該晶片包括第一軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有空位類本征點(diǎn)缺陷的附聚，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸或有至少大約15mm的寬度。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及單晶硅毛坯，它有中軸，籽晶錐，尾錐，和籽晶錐和尾錐之間的具有環(huán)狀邊緣和從中軸到環(huán)狀邊緣的半徑的等徑部分。該單晶硅毛坯的特征在于毛坯生長并自凝固溫度冷卻后，等徑部分含有第一軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有空位類本征點(diǎn)缺陷的附聚，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸或有至少大約15mm的寬度并且有一定長度，沿中軸測量時(shí)該長度是毛坯等徑部分長度的至少大約20％。
本發(fā)明還涉及單晶硅毛坯的生長方法，其中毛坯包括中軸，籽晶錐，尾錐，和籽晶錐和尾錐之間的具有環(huán)狀邊緣和從中軸到環(huán)狀邊緣的半徑的等徑部分。該方法中，毛坯按照引上法自硅熔體中生長，然后從凝固溫度冷卻。該方法包括在晶體等徑部分的生長期間在從凝固溫度到不低于大約1350℃的溫度范圍內(nèi)，控制生長速度v和平均軸向溫度梯度Go，以便造成第一軸對(duì)稱節(jié)段的形成，在自凝固溫度起毛坯的冷卻時(shí)，該節(jié)段中空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有空位類本征點(diǎn)缺陷的附聚，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域延伸至少大約15mm的寬度或包含中軸。
本發(fā)明其他目的和特點(diǎn)一部分是顯而易見的而一部分將在下文指出。


圖1曲線說明自填隙原子[I]和空位[V]的起始濃度怎樣隨比值v/Go的增大而改變的一個(gè)實(shí)施例，其中v是生長速度而Go是平均軸向溫度梯度。
圖2曲線說明在給定自填隙原子起始濃度[I]時(shí)，形成附聚填隙缺陷所需自由能的改變?chǔ)I怎樣隨溫度T降低而增大的一個(gè)實(shí)例。
圖3曲線說明在由于Go加大，比值v/Go降低時(shí)，自填隙原子[I]和空位[V]的起始濃度怎樣沿毛坯或晶片的半徑變化的一個(gè)實(shí)施例。注意在V/I邊界處發(fā)生從空位占優(yōu)勢材料到自填隙原子占優(yōu)勢材料的轉(zhuǎn)換。
圖4是單晶硅毛坯或晶片的頂視圖，分別顯示空位V和自填隙原子I占優(yōu)勢的材料以及其間存在的V/I邊界。
圖5是單晶硅毛坯縱向截面圖，詳細(xì)顯示毛坯等徑部分的軸對(duì)稱區(qū)域。
圖6是一系列氧沉淀熱處理后掃描毛坯軸向截面中少數(shù)載流子壽命得到的圖象，詳細(xì)顯示空位占優(yōu)勢材料大致柱狀區(qū)域，自填隙原子占優(yōu)勢材料大致環(huán)形軸對(duì)稱區(qū)域，其間存在的V/I邊界，和附聚填隙點(diǎn)缺陷的區(qū)域。
圖7曲線是拉速(亦即籽晶升高速度)與晶體長度的函數(shù)關(guān)系，說明拉速在跨越晶體長度部分怎樣線性降低。
圖8是一系列氧沉淀熱處理后掃描毛坯軸向截面中少數(shù)載流子壽命得到的圖象，如實(shí)施例1所述。
圖9曲線是實(shí)施例1所述四個(gè)單晶硅毛坯中的每一個(gè)的拉速與每個(gè)晶體長度的函數(shù)關(guān)系，分別記作1-4，用來繪制記作v*(Z)的曲線。
圖10曲線是實(shí)施例2所述兩種不同情況下，在熔體/固體界面處平均軸向溫度梯度Go與徑向位置的函數(shù)關(guān)系。
圖11曲線是實(shí)施例2所述兩種不同情況下，空位[V]或自填隙原子[I]的起始濃度與徑向位置的函數(shù)關(guān)系。
圖12是溫度與軸向位置的函數(shù)曲線，說明實(shí)施例3所述兩種不同情況下毛坯內(nèi)的溫度軸向輪廓曲線。
圖13是圖12敘述兩種冷卻條件下得到的自填隙原子濃度曲線，更詳細(xì)的敘述見實(shí)施例3。
圖14是一系列氧沉淀熱處理后掃描實(shí)施例4所述整個(gè)毛坯軸向截面中少數(shù)載流子壽命得到的圖象。
圖15曲線說明實(shí)施例5所述V/I邊界位置與單晶硅毛坯長度的函數(shù)關(guān)系。
圖16a是一系列氧沉淀熱處理后掃描實(shí)施例6所述毛坯節(jié)段軸向截面中少數(shù)載流子壽命得到的圖象，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約100-250mm。
圖16b是一系列氧沉淀熱處理后掃描實(shí)施例6所述毛坯節(jié)段軸向截面中少數(shù)載流子壽命得到的圖象，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約250-400mm。
圖17是實(shí)施例7所述毛坯在各種軸向位置的軸向溫度梯度Go曲線。
圖18是實(shí)施例7所述毛坯在各種位置平均軸向溫度梯度Go的徑向改變曲線。
圖19曲線說明實(shí)施例7中軸對(duì)稱區(qū)域的寬度和冷卻速度之間的關(guān)系。
圖20是實(shí)施例7所述毛坯節(jié)段軸向截面在綴飾銅和缺陷邊界腐蝕后的照片，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約235-350mm。
圖21是實(shí)施例7所述毛坯節(jié)段軸向截面在綴飾銅和缺陷邊界腐蝕后的照片，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約305-460mm。
圖22是實(shí)施例7所述毛坯節(jié)段軸向截面在綴飾銅和缺陷邊界腐蝕后的照片，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約140-275mm。
圖23是實(shí)施例7所述毛坯節(jié)段軸向截面在綴飾銅和缺陷邊界腐蝕后的照片，節(jié)段范圍從毛坯肩部起大約600-730mm。
圖24曲線說明可能出現(xiàn)在各種配置的熱區(qū)中的平均軸向溫度梯度Go(r)的徑向改變。
圖25曲線說明一個(gè)毛坯在四種不同熱區(qū)配置下的軸向溫度分布。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述根據(jù)迄今為止的試驗(yàn)證據(jù)，顯而易見，本征點(diǎn)缺陷的類型和起始濃度在毛坯從凝固溫度(亦即大約1410℃)冷卻到高于1300℃溫度(即至少大約1325℃，或至少大約1350℃甚至至少大約1375℃)時(shí)就初始決定了。這就是說，v/Go比值能夠控制這些缺陷的種類和起始濃度，其中v是生長速度而Go是在整個(gè)該溫度范圍中的平均軸向溫度梯度。
現(xiàn)參看圖1，v/Go比值增加時(shí)，在接近v/Go的臨界值處出現(xiàn)從自填隙原子占優(yōu)勢生長減小到空位占優(yōu)勢生長增加的轉(zhuǎn)換，根據(jù)目前有用的信息，該臨界值大約2.1×10-5cm2/sK，其中Go是在上述限定溫度范圍內(nèi)恒定軸向溫度梯度條件下確定的。這些本征點(diǎn)缺陷的濃度在該臨界值處是平衡態(tài)。
v/Go比值超過臨界值時(shí)，空位濃度增大，反過來v/Go比值低于臨界值時(shí)，自填隙原子濃度增加。如果這些濃度達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)臨界過飽和的程度，并且如果點(diǎn)缺陷遷移率足夠高，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)或附聚事件。在硅內(nèi)附聚的本征點(diǎn)缺陷對(duì)該材料制造復(fù)雜和高集成電路的成品率有嚴(yán)重影響。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，硅基質(zhì)內(nèi)空位和自填隙原子產(chǎn)生相應(yīng)附聚本征點(diǎn)缺陷的反應(yīng)能夠得到抑制。不用結(jié)合任何特殊理論，應(yīng)當(dāng)相信，本發(fā)明方法中在晶體毛坯的生長和冷卻期間已控制了空位和自填隙原子的濃度，從而系統(tǒng)的自由能改變從不超過自發(fā)產(chǎn)生附聚的空位和自填隙原子缺陷的臨界值。
一般而言，有效驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的系統(tǒng)自由能的改變值受等式(1)的支配，所述反應(yīng)中單晶硅內(nèi)附聚空位缺陷由空位點(diǎn)缺陷形成，或者附聚填隙原子缺陷由自填隙原子原子形成，ΔGV/I=kTln{[V/I][V/I]eq}---(1)]]>其中ΔGV/I是形成附聚空位缺陷或者形成填隙原子缺陷兩種反應(yīng)適用的自由能改變，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，以K計(jì)，[V/I]是單晶硅某空間和時(shí)間內(nèi)的一點(diǎn)的空位或填隙原子的濃度，[V/I]eq是[V/I]出現(xiàn)并且在溫度T時(shí)某空間和時(shí)間的同一點(diǎn)的空位或填隙原子的平衡濃度。
按照這個(gè)等式，給定空位濃度[V]時(shí)，溫度T的降低，由于[V]eq隨著溫度急劇降低而一般使ΔGV增加。同樣，給定填隙原子濃度[I]時(shí)，溫度T的降低，由于[I]eq隨著溫度驟降而一般使ΔGI增加。
圖2以繪圖說明，毛坯從凝固溫度冷卻的同時(shí)并不采用抑制硅自填隙原子濃度的手段，在此情況下硅自填隙原子濃度和ΔGI的改變。在毛坯冷卻時(shí)，由于[I]的過飽和增加，ΔGI按照等式(1)增大，則接近形成附聚填隙原子缺陷的能壘。繼續(xù)冷卻時(shí)，由于終于超過這個(gè)能壘，在這一點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)導(dǎo)致形成附聚填隙原子缺陷并伴隨因過飽和的系統(tǒng)發(fā)生馳豫而降低ΔGI，亦即[I]濃度降低。
同樣，當(dāng)毛坯從凝固溫度冷卻同時(shí)不采用抑制空位濃度的某些手段時(shí)，由于[V]的過飽和增加，按照等式(1)ΔGV增大，則接近形成附聚空位缺陷的能壘。繼續(xù)冷卻時(shí)，由于終于超過這個(gè)能壘，在這一點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)導(dǎo)致形成附聚空位缺陷并伴隨因過飽和的系統(tǒng)發(fā)生馳豫而降低ΔGV。
毛坯自凝固溫度冷卻時(shí)保持空位系統(tǒng)和填隙原子系統(tǒng)的自由能值低于發(fā)生附聚反應(yīng)的值，這樣就能分別在空位和填隙原子占優(yōu)勢材料的區(qū)域內(nèi)避免空位和填隙原子的附聚。換言之，要控制系統(tǒng)，使之永不達(dá)到空位或填隙原子的臨界過飽和。為此，要確立足夠低的空位和填隙原子的起始濃度(通過v/Go(r)控制，將在下文詳述)，使之永不達(dá)到臨界過飽和。然而實(shí)際上很難在整個(gè)晶體半徑上達(dá)到這種濃度，因此，一般是通過晶體凝固后，亦即建立v/Go(r)確定的起始濃度之后抑制起始空位濃度和起始填隙原子濃度來避免臨界過飽和。
出人意料地發(fā)現(xiàn)，由于自填隙原子的遷移率相當(dāng)大，一般大約10-4cm2/秒，并且由于空位遷移率的范圍較小，通過自填隙原子的徑向擴(kuò)散到位于晶體表面處的阱或者擴(kuò)散到位于晶體內(nèi)空位占優(yōu)勢區(qū)域，就能夠在相當(dāng)大的距離上抑制空位和填隙原子，該距離大約5-10cm或更多。能夠有效使用徑向擴(kuò)散來抑制自填隙原子和空位的濃度，條件是有充分時(shí)間讓起始濃度的本征點(diǎn)缺陷徑向擴(kuò)散。擴(kuò)散時(shí)間一般取決于自填隙原子和空位的起始濃度的徑向改變，該徑向改變越小擴(kuò)散時(shí)間越短。
平均軸向溫度梯度Go一般隨根據(jù)引上法生長的單晶硅半徑加大而增大。這就意味著v/Go一般在整個(gè)毛坯半徑并非一成不變。這種變化的結(jié)果就是不能恒定本征點(diǎn)缺陷的種類和初始濃度。如果沿毛坯半徑4某些點(diǎn)達(dá)到V/Go的臨界值，見圖3和4標(biāo)記的V/I邊界2，材料就從空位占優(yōu)勢變換為自填隙原子占優(yōu)勢。此外，圍繞空位占優(yōu)勢材料8的一般為柱狀的區(qū)域(其中空位的起始濃度隨半徑加大而降低)，毛坯將含有自填隙原子占優(yōu)勢材料6的一種軸對(duì)稱區(qū)域(其中硅自填隙原子的起始濃度隨半徑加大而增加)。
含有V/I邊界的毛坯從凝固溫度冷卻時(shí)，由于自填隙原子與空位的重組，填隙原子和空位的徑向擴(kuò)散造成V/I邊界向內(nèi)徑向移動(dòng)。此外，在晶體冷卻時(shí)，會(huì)發(fā)生自填隙原子到晶體表面的擴(kuò)散。晶體表面在晶體冷卻時(shí)能維持接近平衡的點(diǎn)缺陷濃度。點(diǎn)缺陷的徑向擴(kuò)散將趨于降低V/I邊界外的自填隙原子濃度和V/I邊界內(nèi)的空位濃度。因此如果擴(kuò)散足夠時(shí)間，各處空位和填隙原子濃度可使ΔGV和ΔGI的低于發(fā)生空位附聚反應(yīng)和填隙原子附聚反應(yīng)的臨界值。
現(xiàn)參看圖5，按照引上法在本發(fā)明第一實(shí)施方案中生長單晶硅毛坯10。硅毛坯包括中軸12，籽晶錐14，尾錐16和籽晶錐及尾錐之間的等徑部分18。等徑部分有環(huán)狀邊緣20和從中軸12伸展到環(huán)狀邊緣20的半徑4。
晶體生長條件包括生長速度v，平均軸向溫度梯度Go，和冷卻速度，優(yōu)選控制所述條件以形成填隙原子占優(yōu)勢材料6的軸對(duì)稱區(qū)域和空位占優(yōu)勢材料8的一般柱狀區(qū)域，該區(qū)域包含沒有附聚本征點(diǎn)缺陷材料9的軸對(duì)稱區(qū)域。軸對(duì)稱區(qū)域9有一寬度，從V/I邊界2到軸12徑向伸展的寬度在測量時(shí)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中是至少大約15mm，該寬度優(yōu)選是毛坯等徑部分半徑的至少大約7.5％，優(yōu)選至少大約15％，還更優(yōu)選至少大約25％，最優(yōu)選至少大約50％。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，軸對(duì)稱區(qū)域9包括毛坯軸12，亦即軸對(duì)稱區(qū)域9和一般柱狀區(qū)域8重合。換言之毛坯10包括空位占優(yōu)勢材料8的一般柱狀區(qū)域，其至少一部分沒有附聚缺陷。另外，軸對(duì)稱區(qū)域9延伸越過毛坯等徑部分長度的至少大約20％，優(yōu)選至少大約40％，更優(yōu)選至少大約60％，最優(yōu)選至少大約80％。
軸對(duì)稱區(qū)域6(如存在)一般也有一寬度，從環(huán)狀邊緣20徑向朝內(nèi)到中軸12的寬度在測量時(shí)為毛坯等徑部分半徑的至少約30％，在某些實(shí)施方案中是至少大約40％，至少大約60％，或甚至至少大約80％。另外，軸對(duì)稱區(qū)域伸展越過毛坯等徑部分長度的至少大約20％，優(yōu)選至少大約40％，更優(yōu)選至少大約60％，最優(yōu)選至少大約80％。
軸對(duì)稱區(qū)域6和9的寬度沿中軸12的長度可有一些變化。因此在給定軸對(duì)稱區(qū)域的長度時(shí)，通過測量從毛坯10的環(huán)狀邊緣20徑向到中軸最遠(yuǎn)一點(diǎn)的距離就能測定軸對(duì)稱區(qū)域6的寬度。換言之，測量該寬度就能測定軸對(duì)稱區(qū)域6的給定長度內(nèi)的最小距離。同樣，通過測量從V/I邊界2徑向到中軸最遠(yuǎn)一點(diǎn)的距離就能測定軸對(duì)稱區(qū)域9的寬度。換言之，測量該寬度就能測定軸對(duì)稱區(qū)域9的給定長度內(nèi)的最小距離。
一般要控制生長速度v和平均軸向溫度梯度Go(如上定義)，使得v/Go比值范圍是v/Go臨界值的大約0.5-2.5倍(亦即大約1×10-5-5×10-5cm2/sK，根據(jù)目前的v/Go臨界值有效信息)。v/Go比值范圍優(yōu)選是其臨界值的大約0.6-1.5倍(亦即大約1.3×10-5-3×10-5cm2/sK，根據(jù)目前的v/Go臨界值有效信息)。v/Go比值范圍最優(yōu)選是其臨界值的大約0.75-1.25倍(亦即大約1.6×10-5-2.1×10-5cm2/sK，根據(jù)目前的v/Go臨界值有效信息)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在一般柱狀區(qū)域8內(nèi)的v/Go比值范圍落入V/Go臨界值及V/Go臨界值1.1倍的范圍之間。
為使軸對(duì)稱區(qū)域9的寬度最大，優(yōu)選讓毛坯在從凝固溫度冷至超過大約1050℃的冷卻時(shí)間為(i)對(duì)150mm標(biāo)識(shí)直徑的單晶硅至少大約5小時(shí)，優(yōu)選至少大約10小時(shí)，更優(yōu)選至少大約15小時(shí)，(ii)對(duì)標(biāo)識(shí)直徑200mm的單晶硅至少大約5小時(shí)，優(yōu)選至少大約10小時(shí)，更優(yōu)選至少大約20小時(shí)，還更優(yōu)選至少大約25小時(shí)，最優(yōu)選至少大約30小時(shí)，(iii)對(duì)標(biāo)識(shí)直徑超過200mm的單晶硅至少大約20小時(shí)，優(yōu)選至少大約40小時(shí)，更優(yōu)選至少大約60小時(shí)，最優(yōu)選至少大約75小時(shí)?？墒褂帽绢I(lǐng)域目前將熱傳遞最小化的任何公知手段控制冷卻速度，包括使用絕緣體，加熱器，輻射屏蔽和磁場。
通過設(shè)計(jì)拉晶爐內(nèi)的“熱區(qū)”就能控制平均軸向溫度梯度Go，熱區(qū)即石墨(或其他材料)制造的加熱器、隔熱體、熱和輻射的屏蔽等等。盡管設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可以根據(jù)拉晶爐的制造和型號(hào)而變化，一般地仍然可用本領(lǐng)域控制熔體/固體界面熱傳遞的目前任何公知手段來控制Go，包括使用反射器，輻射屏蔽，凈化管，光導(dǎo)管和加熱器。將一個(gè)這類裝置定位在熔體/固體界面上方大約一個(gè)晶體直徑之內(nèi)一般就能將Go的徑向變化減至最小。調(diào)節(jié)該裝置相對(duì)于熔體和晶體的位置就能進(jìn)一步控制Go。通過調(diào)節(jié)該裝置在熱區(qū)的位置，或者調(diào)節(jié)熔體表面在熱區(qū)的位置都能實(shí)現(xiàn)該目的。另外，采用加熱器時(shí)，調(diào)節(jié)供給加熱器的能量可進(jìn)一步控制Go。任何或者所有這些手段都可用于工藝期間消耗熔體量的批量引上工藝。
本發(fā)明某些實(shí)施方案中，一般優(yōu)選平均軸向溫度梯度Go隨毛坯直徑變化時(shí)保持相對(duì)恒定。但應(yīng)當(dāng)注意，由于改良熱區(qū)設(shè)計(jì)讓Go的變化減至最小，使保持恒速生長有關(guān)的機(jī)械問題變成一種更為重要的因素。這是因?yàn)樯L工藝對(duì)拉速的任何變化特別敏感，反過來又直接影響生長速度v。就工藝控制而言，這就意味著遍及毛坯半徑有不同的Go，值大為有益。然而Go值的明顯差異會(huì)導(dǎo)致大濃度的自填隙原子一般向晶片邊緣增大，從而加大避免形成附聚本征點(diǎn)缺陷的難度。
綜上所述，Go的控制涉及在Go的徑向變化減至最小和保持有益工藝條件之間的一種均衡。因此，在大約一個(gè)晶體直徑的長度之后其拉速一般大約0.2-0.8mm/分。優(yōu)選的拉速范圍大約0.25-0.6mm/分，更優(yōu)選大約0.3-0.5mm/分。應(yīng)當(dāng)注意，拉速取決于晶體直徑和拉晶爐設(shè)計(jì)兩者。所述范圍一般指的是200mm直徑的晶體。拉速一般隨晶體直徑的增大而減小。但是拉晶爐的設(shè)計(jì)可讓拉速超出以上所述。所以，最優(yōu)選的拉晶爐設(shè)計(jì)要確保拉速盡可能快，同時(shí)仍然形成本發(fā)明的軸對(duì)稱區(qū)域。
出于商業(yè)目的，在毛坯從凝固溫度(大約1410℃)到硅自填隙原子變成不能遷移的溫度進(jìn)行冷卻時(shí)，通過控制冷卻速度就能控制自填隙原子的擴(kuò)散量。硅自填隙原子在接近凝固溫度的溫度時(shí)，亦即約1410℃，表現(xiàn)出特別能遷移。但是這個(gè)遷移率隨單晶硅毛坯溫度的降低而減小。自填隙原子的擴(kuò)散速度降低得相當(dāng)顯著，在工業(yè)實(shí)踐的時(shí)間內(nèi)低于大約700℃也許在高達(dá)800℃，900℃，1000℃甚或1050℃時(shí)都基本不遷移。
在這方面應(yīng)當(dāng)注意，盡管發(fā)生自填隙原子附聚反應(yīng)的溫度在理論上可在相當(dāng)廣的溫度范圍變化，事實(shí)上在引上生長硅時(shí)這個(gè)范圍卻相當(dāng)狹窄。這是因?yàn)榘凑找戏ㄉL硅時(shí)一般得到相當(dāng)狹窄的起始自填隙原子濃度。因此，如果一定會(huì)發(fā)生的話，在大約1100℃-800℃范圍內(nèi)，一般在大約1050℃，發(fā)生自填隙原子附聚反應(yīng)。
在自填隙原子表現(xiàn)遷移性的溫度范圍內(nèi)，由熱區(qū)溫度而定，冷卻速度一般大約0.1-3℃/分，優(yōu)選大約0.1-1.5℃/分，更優(yōu)選大約0.1-1℃/分，最優(yōu)選大約0.1-0.5℃/分。
通過在自填隙原子表現(xiàn)遷移性的溫度范圍內(nèi)控制毛坯的冷卻速度，可賦予自填隙原子更多的時(shí)間擴(kuò)散到它們可被湮滅的位于晶體表面的阱或空位占優(yōu)區(qū)域。因此抑制了這種填隙原子的濃度，防止發(fā)生附聚。通過控制冷卻速度來利用填隙原子的擴(kuò)散性可以放寬對(duì)v/Go的嚴(yán)格條件，這一條件是得到無附聚缺陷的軸對(duì)稱區(qū)域所要求的。換言之，可以控制冷卻速度以使填隙原子有更多的時(shí)間擴(kuò)散，這一事實(shí)的結(jié)果是能采用相對(duì)于其臨界值的大的v/G0范圍，就可獲得無附聚缺陷的軸對(duì)稱區(qū)域。
為了在晶體等徑部分可觀的長度內(nèi)達(dá)到這樣的冷卻速度，必須考慮毛坯的尾錐部分的生長過程和尾錐部分生長完成后對(duì)毛坯的處理。一般來說，在完成毛坯等徑部分的生長后，將增加拉晶速度來開始形成尾錐部分所必須的逐漸變細(xì)的過程。然而，如上面討論的，拉晶速度的增加將使等徑區(qū)的末尾(較下面)節(jié)段在填隙原子充分可遷移的溫度范圍內(nèi)冷卻得更快。結(jié)果，這些填隙原子沒有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到發(fā)生湮滅的阱，亦即該末尾節(jié)段的所述濃度不能被抑制到足夠的程度而產(chǎn)生填隙原子缺陷的附聚。
為了防止在毛坯的末尾節(jié)段形成這種缺陷，優(yōu)選根據(jù)引上法使毛坯的等徑部分有均勻一致的熱過程。不僅在等徑部分的生長中而且在尾錐部分的生長中，而且可能在尾錐部分生長后都以相對(duì)恒定的速度從硅熔體提拉毛坯以使毛坯有均勻的熱過程。可以達(dá)到較恒定的速度，例如通過(i)相對(duì)于晶體等徑部分生長時(shí)坩堝和晶體的旋轉(zhuǎn)速度，在尾錐部分生長時(shí)降低坩堝和晶體的旋轉(zhuǎn)速度，或/和(ii)相對(duì)于尾錐部分生長過程中所使用的傳統(tǒng)功率，在尾錐部分生長過程中增加用于加熱硅熔體加熱器的功率。這些工藝參數(shù)的附加調(diào)整可以單獨(dú)實(shí)施也可以結(jié)合實(shí)施。
當(dāng)尾錐生長開始時(shí)，設(shè)定尾錐的拉晶速度，以使保持在約1050℃以上溫度的毛坯等徑部分中任何節(jié)段，與已經(jīng)冷卻到約1050℃以下的含有無附聚本征點(diǎn)缺陷軸對(duì)稱區(qū)域的毛坯等徑部分中其他節(jié)段經(jīng)歷同樣的熱過程。
正如前面所指出的，存在一個(gè)附聚填隙原子缺陷受到抑制的空位占優(yōu)區(qū)域的最小直徑，該最小直徑的值取決于v/Go(r)和冷卻速度。因?yàn)橥t和熱區(qū)設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)生變化，前面所示的v/Go(r)范圍，拉晶速度和冷卻速度也將改變。同樣，這些條件可沿著生長晶體的長度改變。如上所述，無附聚填隙原子缺陷的填隙原子占優(yōu)區(qū)域的寬度優(yōu)選最大化。這樣，在一給定的拉晶爐中就要求保持這一區(qū)域的寬度使之盡可能接近而不超過晶體半徑與沿生長晶體長度的空位占優(yōu)區(qū)的最小直徑之間的差值。
在一給定的拉晶爐熱區(qū)設(shè)計(jì)情況下可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定軸對(duì)稱區(qū)域6和9的最佳寬度以及所要求的最佳拉晶速度分布。一般來說，這種經(jīng)驗(yàn)方法包括首先獲得在一特定拉晶爐中生長的毛坯軸向溫度分布以及在同一拉晶爐中生長的毛坯在平均軸向溫度梯度中的徑向變化的有用數(shù)據(jù)?？傊?，該數(shù)據(jù)用于拉制一個(gè)或多個(gè)單晶硅毛坯，并分析毛坯中存在的附聚填隙原子缺陷。用這樣的方法可以確定最佳拉晶速度分布。
圖6是一直徑200mm毛坯區(qū)段在一系列顯示缺陷分布花樣的氧沉淀熱處理后，軸向截面的少數(shù)載流子壽命掃描圖象。它描述了一給定拉晶爐熱區(qū)設(shè)計(jì)中采用接近最佳拉晶速度分布的實(shí)施例。在這一實(shí)施例中，發(fā)生從超過填隙原子占優(yōu)區(qū)最大寬度時(shí)的v/Go(r)(結(jié)果產(chǎn)生了附聚填隙原子缺陷區(qū)域28)到軸對(duì)稱區(qū)有最大寬度時(shí)的最優(yōu)v/Go(r)的轉(zhuǎn)變。
除了由于毛坯在徑向上Go的增加引起的v/Go徑向變化外，v/Go也可能由于v的變化或者由于引上工藝引起的Go的固有變化而沿軸向變化。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的引上工藝，在整個(gè)生長循環(huán)中，v隨著拉晶速度的調(diào)整而改變以保持毛坯有一恒定的直徑。拉晶速度的這些調(diào)整或變化又引起v/Go在毛坯等徑部分的長度上的變化。因此按照本發(fā)明的工藝，控制拉晶速度使毛坯軸對(duì)稱區(qū)域的寬度達(dá)到最大。但結(jié)果毛坯半徑卻可發(fā)生變化。為了保證所得毛坯有恒定直徑，優(yōu)選毛坯生長到比所要求直徑大的直徑。然后使毛坯進(jìn)行本領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)工藝從表面去除多余的材料。這樣就保證得到有恒定直徑的毛坯。
一般來說，當(dāng)軸向溫度梯度Go(r)的徑向變化最小時(shí)，更容易得到?jīng)]有附聚缺陷的空位占優(yōu)材料。參看圖25，顯示了四個(gè)不同熱區(qū)構(gòu)型的軸向溫度分布。圖24顯示了通過從凝固溫度到x軸顯示溫度對(duì)軸向溫度梯度平均而確定的從晶體中心到晶體半徑一半處軸向溫度梯度Go(r)的變化。當(dāng)晶體在具有較大的Go(r)徑向變化的熱區(qū)型式1和4中拉制時(shí)，不可能獲得在任何軸向長度上從中心到邊緣沒有附聚缺陷的空位占優(yōu)晶體。然而當(dāng)晶體在具有較小的Go(r)徑向變化的熱區(qū)型式2和3中拉制時(shí)，就可能獲得從中心到邊緣在晶體某種軸向長度上沒有附聚缺陷的空位占優(yōu)晶體。
對(duì)于按照本發(fā)明工藝所制備并且有V/I邊界的毛坯，即毛坯包括空位占優(yōu)的材料，經(jīng)驗(yàn)表明優(yōu)選低氧含量的材料，即低于大約13PPMA(每百萬原子分之一，ASTM標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)-121-83)。更優(yōu)選單晶硅含氧少于約12PPMA，進(jìn)一步優(yōu)選少于約11PPMA，最優(yōu)選少于約10PPMA。這是因?yàn)樵谥兄粮哐鹾?，?4PPMA至18PPMA的晶片中，形成的恰在V/I邊界內(nèi)氧誘發(fā)的堆垛層錯(cuò)和氧歸并增強(qiáng)帶變得更為顯著，它們都是集成電路生產(chǎn)中的問題。
氧歸并增強(qiáng)的作用可以進(jìn)一步用多種方法減小，可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用這些方法。例如，在約350℃至約750℃范圍內(nèi)退火硅時(shí)一般形成氧沉淀形核中心，因此在一些應(yīng)用中，最好晶體是“短”結(jié)晶，該晶體即用引上法生長后直至籽晶端從硅熔點(diǎn)(約1410℃)冷卻到約750℃后，毛坯迅速冷卻。這樣就使在成核臨界溫度范圍的時(shí)間保持在最小程度。在拉晶爐中沒有足夠的時(shí)間形成氧沉淀核心。
然而優(yōu)選的是在單晶生長過程中形成的氧沉淀形核中心通過單晶硅退火而溶解。如果其未經(jīng)過穩(wěn)定化的熱處理，可以將硅迅速加熱到至少約875℃，優(yōu)選繼續(xù)升溫到至少1000℃，至少1100℃或更高的溫度退火而使氧沉淀形核中心從硅中消失。在硅達(dá)到1000℃的時(shí)候，幾乎所有的這種缺陷(如＞99％)通過退火消失。重要的是晶片要迅速加熱到這些溫度，即升溫速率至少是約每分鐘10℃，更優(yōu)選約每分鐘至少50℃。否則一部分或所有的氧沉淀形核中心會(huì)通過熱處理而穩(wěn)定化。在比較短的時(shí)間，即在大約60秒或更短的時(shí)間可以達(dá)到平衡。因此單晶硅中的氧沉淀形核中心可以通過在至少約875℃，優(yōu)選至少約950℃，更優(yōu)選在至少大約1100℃下退火至少大約5秒，優(yōu)選至少約10分鐘而溶解。
這種溶解可以在常規(guī)爐中或快速退火(RTA)系統(tǒng)中進(jìn)行。硅的快速熱退火可以在任何一種市售快速熱退火(RTA)爐中進(jìn)行，在爐中硅片被幾排高功率燈單獨(dú)加熱。RTA爐可以快速加熱硅片，如它們可以在數(shù)秒內(nèi)將硅片從室溫加熱到1200℃。一種商品RTA爐為AG Associates的610型爐(Mountain view，CA)。此外這種溶解可以在硅毛坯或硅片上進(jìn)行，優(yōu)選硅片。
在本發(fā)明方法一個(gè)實(shí)施方案中，硅自填隙原子起始濃度在毛坯10的軸對(duì)稱、自填隙原子占優(yōu)區(qū)域6中受到控制。再參看圖1，一般來說，通過控制晶體生長速度v和平均軸向溫度梯度Go，使v/Go比較接近出現(xiàn)V/I邊界時(shí)該比例的臨界值來控制硅自填隙原子起始濃度。此外，可以這樣設(shè)定平均軸向溫度梯度Go，使得也可控制Go的變化，亦即Go(r)(從而v/Go(r))作為隨毛坯半徑函數(shù)的Go變化(從而v/Go)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，控制v/Go使得在沿著半徑的至少一部分毛坯長度中不存在V/I邊界。在這一長度內(nèi)從中心到周邊的硅是空位占優(yōu)，并且主要通過控制v/Go可避免在從毛坯周邊向內(nèi)徑向延伸的軸對(duì)稱區(qū)中出現(xiàn)附聚空位缺陷，即控制生長條件使v/Go值在v/Go臨界值和它的1.1倍之間。
要注意的是本發(fā)明制備的晶片適用于可沉積外延層的襯底，外延沉積可以采用本領(lǐng)域普通的工藝進(jìn)行。
此外，還要注意的是本發(fā)明制備的晶片適用于與氫氣或氬氣退火處理，如EP 503816 A1的處理結(jié)合使用。
附聚缺陷的直觀檢測附聚缺陷可用多種技術(shù)進(jìn)行檢測。例如對(duì)流圖缺陷和D缺陷，一般采用Secco刻蝕液選擇性腐蝕單晶硅樣品大約30分鐘，然后用顯微鏡觀測。(見例如H.Yamagishi等人，半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)(Semicond.Sci.Techn0l)7，A135(1992))。盡管這是檢測附聚空位缺陷的標(biāo)準(zhǔn)，該方法可以用于檢測附聚填隙原子缺陷。采用這一技術(shù)時(shí)，如有缺陷，缺陷表現(xiàn)為在樣品表面大蝕坑。
附聚缺陷也可以用激光散射技術(shù)來檢測，如激光散射層面X射線照相技術(shù)，它比其他刻蝕技術(shù)的缺陷密度檢測限更低。
此外，附聚本征點(diǎn)缺陷可以采用加熱時(shí)能擴(kuò)散到單晶硅基體中的金屬綴飾進(jìn)行直觀的檢測。特別是單晶硅樣品，如硅片，硅棒和硅板可以直觀地檢測這類缺陷的存在，首先在樣品的表面用含有可綴飾這些缺陷的金屬的組合物，如濃硝酸銅溶液涂覆，然后涂覆的樣品加熱到大約900℃到約1000℃經(jīng)大約5-15分鐘，以使該金屬擴(kuò)散入樣品，然后將加熱處理過的樣品冷卻到室溫，使金屬成臨界過飽和狀態(tài)，并在樣品基體中有缺陷處沉淀。
樣品冷卻后首先用清亮腐蝕液處理約8-12分鐘進(jìn)行非缺陷的輪廓顯示刻蝕(delineating etch)，以便去除表面的殘?jiān)统恋?。一般的清亮腐蝕液含約55％硝酸(以重量計(jì)70％溶液)，約20％氫氟酸(以重量計(jì)49％溶液)和大約25％鹽酸(濃溶液)。
然后用去離子水沖洗樣品并進(jìn)行第二步腐蝕，將樣品浸入于或用Secco或Wright腐蝕液處理大約35至約55分鐘。樣品一般用含0.15M重鉻酸鉀和氫氟酸(以重量計(jì)49％溶液)且其比例約為1∶2的Secco腐蝕液刻蝕，這一刻蝕步驟顯現(xiàn)出可能存在的附聚缺陷輪廓。
用上述銅綴飾技術(shù)一般可以將無附聚缺陷的填隙原子占優(yōu)區(qū)和空位占優(yōu)區(qū)互相區(qū)別，也可以和含附聚缺陷的材料區(qū)別。無缺陷的填隙原子占優(yōu)區(qū)域在刻蝕時(shí)沒有綴飾特征，而無缺陷的空位占優(yōu)材料(如上述氧核心高溫溶解處理前)由于氧核心的銅綴飾而含有小的腐蝕坑。
定義本文所用下列短語或術(shù)語將有給定含義“附聚本征點(diǎn)缺陷”意指由以下反應(yīng)造成的缺陷(i)其中空位附聚生成D缺陷，流圖缺陷，柵氧化綜合缺陷，晶體原生顆粒缺陷，晶體原生光點(diǎn)缺陷和其他與空位有關(guān)的缺陷，(ii)其中自填隙原子附聚形成位錯(cuò)環(huán)和網(wǎng)絡(luò)，以及與自填隙原子相關(guān)的缺陷；“附聚填隙原子缺陷”意指硅自填隙原子附聚反應(yīng)引起的附聚本征點(diǎn)缺陷；“附聚空位缺陷”是指晶格空位附聚反應(yīng)引起的附聚空位點(diǎn)缺陷；“半徑”指晶片或毛坯的中心軸到周邊的距離；“基本無附聚本征點(diǎn)缺陷”意指附聚缺陷的濃度低于這些缺陷的檢測限，目前大約是103個(gè)缺陷/cm3；“V/I邊界”是指沿著毛坯或晶片半徑材料從空位占優(yōu)變?yōu)樽蕴钕对诱純?yōu)的位置?！翱瘴徽純?yōu)”和“自填隙原子占優(yōu)”是指材料中本征點(diǎn)缺陷主要是分別為空位或自填隙原子。
實(shí)施例正如下面實(shí)施例說明的，本發(fā)明提出了一種制備單晶硅毛坯的工藝，在該工藝中，當(dāng)毛坯按照引上法從凝固溫度冷卻時(shí)，在可切片的毛坯等徑部分的軸對(duì)稱區(qū)域內(nèi)防止了本征點(diǎn)缺陷的附聚。
下面的實(shí)施例提出了一系列可用于達(dá)到所要求結(jié)果的條件。對(duì)于給定的拉晶爐，有確定最佳拉晶速度分布的其他方法。例如沿著晶體縱向增加或減少拉晶速度來生長單晶，而不是用不同的拉晶速度來生長一系列的毛坯；用這一方法在生長單晶的過程中可引起附聚自填隙原子缺陷多次出現(xiàn)和消失。對(duì)于不同的晶體位置，可以確定最佳拉晶速度。因此下面的實(shí)施例絕非限制。
實(shí)施例1有預(yù)先存在熱區(qū)設(shè)計(jì)的拉晶爐中的優(yōu)化步驟生長第一個(gè)200mm單晶硅毛坯，條件是在整個(gè)晶體長度上拉晶速度從大約0.75mm/分線性改變到約0.35mm/分。圖7顯示拉晶速度與晶體長度的函數(shù)關(guān)系?？紤]到在拉晶爐中生長200mm毛坯時(shí)既定的軸向溫度分布和在平均軸向溫度梯度G0，即熔體/固體界面處軸向溫度梯度既定的徑向變化，選定這些拉晶速度保證了在毛坯的一端從中心到邊緣為空位占優(yōu)材料，而在毛坯的另一端從中心到邊緣為填隙原子占優(yōu)材料?？v向切割長成的毛坯并分析確定什么地方開始形成附聚填隙原子缺陷。
圖8是毛坯在一系列氧沉淀熱處理顯露了缺陷分布型式后，從毛坯肩部的約635mm到約760mm區(qū)段處毛坯軸向截面的少數(shù)載流子壽命掃描圖象。在晶體位置約680mm處，可以看見一條附聚填隙原子缺陷帶28。這一位置對(duì)應(yīng)臨界的拉晶速度v*(680mm)＝0.33mm/分。在這一點(diǎn)，軸對(duì)稱區(qū)域6(填隙原子占優(yōu)但無附聚填隙原子缺陷的區(qū)域)的寬度達(dá)到最大值；空位占優(yōu)區(qū)8的寬度，Rv*(680)大約為35mm，而軸對(duì)稱區(qū)的寬度RI*(680)為約65mm。
然后在穩(wěn)定的拉晶速度下生長一系列的四個(gè)單晶硅毛坯，這一速度稍大于和稍小于第一個(gè)200mm毛坯中得到軸對(duì)稱區(qū)最大寬度時(shí)的拉晶速度。圖9顯示了四個(gè)晶體拉晶速度與各自晶體長度的函數(shù)關(guān)系，分別標(biāo)為1-4。然后分析這四個(gè)晶體，確定附聚填隙原子缺陷首先出現(xiàn)或消失的軸向位置(及對(duì)應(yīng)的拉晶速度)。這四個(gè)經(jīng)驗(yàn)確定的點(diǎn)(標(biāo)為“*”)顯示在圖9。在這些點(diǎn)之間內(nèi)插和外延形成曲線，在圖9中標(biāo)為v*(Z)。這條曲線在一次近似上代表200mm晶體的拉晶速度與拉晶爐中軸對(duì)稱區(qū)域達(dá)最大寬度時(shí)長度的函數(shù)關(guān)系。
以其他拉晶速度生長的另外晶體和對(duì)這些晶體的進(jìn)一步分析將進(jìn)一步改善了v*(Z)的經(jīng)驗(yàn)定義。
實(shí)施例2
減小Go(r)的徑向變化圖10和圖11說明通過降低熔體/固體界面處軸向溫度梯度Go(r)的徑向變化可以獲得質(zhì)量改進(jìn)。空位和填隙原子的起始濃度(離熔體/固體界面約1cm處)用不同的Go(r)對(duì)兩種情況進(jìn)行計(jì)算(1)Go(r)＝2.65+5×10-4r2(k/mm)和(2)Go(r)＝2.65+5×10-5r2(k/mm)。對(duì)每種情況拉晶速度進(jìn)行調(diào)整以使富空位硅和富填隙原子硅之間的邊界在半徑3cm處。情況1和2所采用的拉晶速度分別為0.4mm/分和0.35mm/分。從圖11可以清楚地看到晶體中富填隙原子部分的填隙原子的起始濃度隨著起始軸向溫度梯度的徑向變化的減小而迅速降低。由于更容易避免因填隙原子過飽和形成填隙原子缺陷群，這就造成材料質(zhì)量的改善。
實(shí)施例3增加填隙原子的外擴(kuò)散時(shí)間圖12和13說明了通過增加填隙原子外擴(kuò)散的時(shí)間能改善質(zhì)量。對(duì)兩種情況的填隙原子濃度用晶體中不同的軸向溫度分布dT/dz進(jìn)行計(jì)算。在熔體/固體界面的軸向溫度梯度對(duì)兩種情況是相同的。因此填隙原子的起始濃度(離熔體/固體界面約1cm處)對(duì)兩種情況是相同的。在這個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整拉晶速度使整個(gè)晶體是富填隙原子的，兩種情況的拉晶速度相同，為0.32mm/分。在情況2中填隙原子外擴(kuò)散時(shí)間較長引起填隙原子濃度的全面減小。由于更容易避免因填隙原子過飽和而生成填隙原子缺陷群，引起了材料質(zhì)量的改進(jìn)。
實(shí)施例4一個(gè)長700mm，直徑150mm的晶體以不同的拉晶速度生長，拉晶速度從肩部的約1.2mm/分幾乎線性變化到離肩部430mm處的約0.4mm/分，然后幾乎線性地回至離肩700mm處的約0.65mm/分。在這一特定拉晶爐的這些條件下，在整個(gè)半徑范圍內(nèi)從離晶體肩部約320mm到約525mm的晶體長度范圍內(nèi)是在富填隙原子的條件下生長。參看圖14，在軸向位置約525mm，拉晶速度約0.47mm/分，晶體遍及整個(gè)直徑都沒有附聚的本征點(diǎn)缺陷群。換言之，晶體中有一小部分，其軸對(duì)稱區(qū)寬度，即無附聚缺陷區(qū)域的寬度等于毛坯的半徑。
實(shí)施例5如實(shí)施例1所述，一系列單晶硅毛坯以變化的拉晶速度生長，然后分析確定其附聚填隙原子缺陷首先出現(xiàn)或消失的軸向位置(和相應(yīng)的拉晶速度)。從這些點(diǎn)之間內(nèi)插或外推得出拉晶速度對(duì)軸向位置圖，形成一條曲線在一級(jí)近似上表示對(duì)一200mm晶體拉晶速度與拉晶爐中軸對(duì)稱區(qū)達(dá)到最大寬度時(shí)的長度的函數(shù)關(guān)系。然后用其他的拉晶速度生長額外的晶體并進(jìn)一步分析這些晶體以改進(jìn)該經(jīng)驗(yàn)測定的最佳拉晶速度分布。
利用該數(shù)據(jù)并采用這一最佳拉晶速度分布，生長長度約為1000mm，直徑約為200mm的晶體。從所生長的晶體不同的軸向位置得到的切片，用本領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的氧沉淀法分析以便確定(i)是否形成附聚填隙原子缺陷(ii)測定V/I邊界位置與切片半徑的函數(shù)關(guān)系。用這一方法測定軸對(duì)稱區(qū)域的存在以及該區(qū)域的寬度為晶體長度或位置的函數(shù)。
從距毛坯肩部約200mm到大約950mm的軸向位置得到的結(jié)果呈現(xiàn)在圖15中。這些結(jié)果表明，可以測定單晶硅毛坯生長的拉晶速度分布，以使毛坯的等徑部分含有一軸對(duì)稱區(qū)域，其寬度從毛坯周邊沿徑向到中心軸測定，至少為等徑部分半徑長度的約40％。此外，這些結(jié)果表明這一軸對(duì)稱區(qū)的長度，沿毛坯中心軸測定，大約是毛坯等徑部分長度的約75％。
實(shí)施例6長度約為1100mm直徑約為150mm的單晶硅毛坯以漸減的拉晶速度生長。在毛坯等徑部分的肩部，拉晶速度約為1mm/分，拉晶速度按指數(shù)遞減至軸向距肩部約200mm處時(shí)為0.4mm/分。然后拉晶速度線性遞減直至毛坯等徑部分底端拉晶速度約為0.3mm/分。
在這特定的熱區(qū)構(gòu)型的工藝條件下，生成的毛坯包含一個(gè)區(qū)域，其軸對(duì)稱區(qū)的寬度大約等于毛坯的半徑?，F(xiàn)參看圖16a和16b，這是在一系列氧沉淀熱處理后毛坯一部分軸向截面的少數(shù)載流子壽命掃描圖象，圖中呈現(xiàn)了毛坯軸向位置約100-250mm和約250-400mm的連續(xù)節(jié)段。從這些圖中可以看到毛坯中軸向位置從肩部約170-290mm存在一個(gè)區(qū)域，在整個(gè)直徑無附聚本征點(diǎn)缺陷。換言之，毛坯中存在一區(qū)域，其軸對(duì)稱區(qū)，即基本無附聚填隙缺陷區(qū)域的寬度，大約等于毛坯的半徑。
此外，在軸向位置約125mm至約170mm和從約290mm至400mm以上的區(qū)域中，存在沒有附聚本征點(diǎn)缺陷的填隙原子占優(yōu)材料的軸對(duì)稱區(qū)，該區(qū)域圍繞著也沒有附聚本征點(diǎn)缺陷的空位占優(yōu)材料的大體為圓柱狀的核心。
最后，在軸向位置約100-125mm的區(qū)域，存在無附聚缺陷的填隙原子占優(yōu)材料的軸對(duì)稱區(qū)，它圍繞著空位占優(yōu)材料的大體為圓柱狀的核心。在該空位占優(yōu)材料中，有一個(gè)無附聚缺陷的軸對(duì)稱區(qū)圍繞著含附聚空位缺陷的核心。
實(shí)施例7冷卻速度和V/I邊界位置按照引上法，采用本領(lǐng)域通常技術(shù)設(shè)計(jì)的，影響硅在約1050℃以上滯留時(shí)間的不同熱區(qū)構(gòu)型生長了一系列單晶硅毛坯(150mm和200mm標(biāo)稱直徑)。每一毛坯的拉晶速度分布沿著毛坯的長度變化，以便試圖產(chǎn)生一個(gè)從附聚空位點(diǎn)缺陷區(qū)域到附聚填隙原子點(diǎn)缺陷區(qū)域的過渡。
一旦生長完成后，即沿著與生長方向平行的中心軸縱向切割毛坯，然后分成厚度各為約2mm的切片。然后采用前述的銅綴飾技術(shù)，將一批這種縱向切片加熱以使其被銅沾染，加熱條件要適當(dāng)以使高濃度的銅填隙原子溶解。該加熱處理后樣品迅速冷卻，在此其間銅雜質(zhì)或者外擴(kuò)散或者沉淀在有氧化物簇之處或附聚填隙原子缺陷的部位。在標(biāo)準(zhǔn)的顯示缺陷輪廓的刻蝕后，用肉眼觀測樣品沉淀的雜質(zhì)，那些沒有這樣沉淀雜質(zhì)的區(qū)域則對(duì)應(yīng)無附聚填隙原子缺陷的區(qū)域。
另一批縱向切片進(jìn)行一系列的氧沉淀熱處理，以便在測載流子壽命圖前引起新的氧化物簇成核和生長。壽命圖上對(duì)比的光帶用于測定和測量每一毛坯在不同軸向位置熔體/固體瞬間界面的形狀。如下面進(jìn)一步討論的，隨后用熔體/固體界面形狀的數(shù)據(jù)估算平均軸向溫度梯度Go的絕對(duì)值和在徑向變化。這一數(shù)據(jù)連同拉晶速度都用來估算v/Go的徑向變化。
為了更準(zhǔn)確地檢測生長條件對(duì)所得單晶硅毛坯質(zhì)量的影響，在迄今為止有效試驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上作了一些假設(shè)，據(jù)信是合理的。首先，為了簡化熱經(jīng)歷的處理根據(jù)冷卻到附聚填隙原子缺陷產(chǎn)生的時(shí)間，假設(shè)約1050℃是出現(xiàn)硅自填隙原子附聚的合理近似值。這一溫度與采用不同冷卻速度的實(shí)驗(yàn)中觀察到的附聚填隙原子缺陷密度的變化相符合。雖然如上面所說明的，是否出現(xiàn)附聚，填隙原子濃度也是一個(gè)因素，在溫度高于約1050℃時(shí)，據(jù)信不會(huì)發(fā)生附聚，因?yàn)榻o定的引上生長工藝一般填隙原子的濃度范圍下，假設(shè)在高于這個(gè)溫度時(shí)系統(tǒng)不會(huì)變成填隙原子的臨界過飽和是合理的。換言之，對(duì)于一般引上生長工藝中的填隙原子濃度，溫度高于大約1050℃時(shí)，可合理假定系統(tǒng)不會(huì)變?yōu)榕R界過飽和，所以將不發(fā)生附聚。
關(guān)于生長條件對(duì)單晶硅質(zhì)量的參數(shù)化影響所作的第二個(gè)假設(shè)是硅自填隙原子擴(kuò)散性的溫度依賴性可忽略不計(jì)。換言之，可假設(shè)自填隙原子在約1400℃-約1050℃之間的所有溫度都以相同的速度擴(kuò)散。應(yīng)當(dāng)了解，大約1050℃是附聚溫度的合理近似值，這一假設(shè)的要點(diǎn)是自熔點(diǎn)起冷卻曲線的細(xì)節(jié)無關(guān)緊要。擴(kuò)散距離僅取決于從熔點(diǎn)冷卻到約1050℃所耗的全部時(shí)間。
對(duì)于特定毛坯，使用每一種熱區(qū)設(shè)計(jì)的軸向溫度分布數(shù)據(jù)和具體毛坯實(shí)際拉速分布，就可計(jì)算從大約1400℃到約1050℃總的冷卻時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意的是每一熱區(qū)溫度變化的速率要合理地均勻一致。這種均勻性意味著在選擇附聚填隙缺陷成核溫度亦即大約1050℃的任何誤差將只會(huì)可爭辯地導(dǎo)致計(jì)算冷卻時(shí)間的比例誤差。
為了確定毛坯空位占優(yōu)區(qū)的徑向范圍(R空位)，或者軸對(duì)稱區(qū)的寬度，進(jìn)一步假定空位占優(yōu)核心的半徑，如壽命圖所測定，相當(dāng)于v/Go＝v/Go臨界的凝固點(diǎn)位置。換言之，一般假設(shè)軸對(duì)稱區(qū)的寬度是基于冷卻到室溫后V/I邊界的位置。指出這一點(diǎn)是因?yàn)槿缟衔乃?，在毛坯冷卻時(shí)，可能發(fā)生空位和硅自填隙原子的重組。當(dāng)發(fā)生重組時(shí)，V/I邊界的實(shí)際位置向內(nèi)移向毛坯的中軸。這里提及的正是這一最終位置。
為了簡化Go亦即凝固時(shí)晶體的平均軸向溫度梯度的計(jì)算，假設(shè)熔體/固體界面形狀為熔點(diǎn)等溫線。晶體表面溫度用有限元模型(FEA)技術(shù)和熱區(qū)設(shè)計(jì)的具體條件來計(jì)算。晶體內(nèi)的整個(gè)溫度場和由此而來的Go可采用適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件通過解拉普拉斯(Laplace)方程而導(dǎo)出，即沿熔體/固體界面的熔點(diǎn)和沿晶體中軸的表面溫度的FEA結(jié)果。從一個(gè)制備的毛坯之一在各種軸向位置得到的和評(píng)估結(jié)果顯示在圖17。
為了評(píng)價(jià)Go的徑向變化對(duì)起始填隙原子濃度的影響，假設(shè)徑向位置R’，亦即V/I邊界和晶體表面之間一半的位置就是毛坯內(nèi)從阱起硅自填隙原子所能到達(dá)的最遠(yuǎn)點(diǎn)，無論該阱在空位占優(yōu)區(qū)還是在晶體表面。通過采用上述毛坯的生長速率和Go數(shù)據(jù)，在計(jì)算得到的R’位置處v/Go和V/I邊界處v/Go(即臨界v/Go值)之間的差就提供了起始填隙原子濃度的徑向變化指標(biāo)，及其對(duì)過剩填隙原子到達(dá)晶體表面阱處或空位占優(yōu)區(qū)域之能力的影響。
對(duì)于這一組特定的數(shù)據(jù)，看來晶體的質(zhì)量對(duì)v/G0徑向變化沒有系統(tǒng)的依賴性。如在圖18中可以看出，在這個(gè)樣品中毛坯軸向的依賴性最小。這一系列實(shí)驗(yàn)所涉及的生長條件表現(xiàn)出Go的徑向變化處于很窄的范圍。結(jié)果，這一數(shù)據(jù)組的范圍太窄不能分辨質(zhì)量(即存在或不存在附聚本征點(diǎn)缺陷帶)對(duì)G0徑向變化的明顯依賴性。
如上所述，評(píng)估制備的每個(gè)毛坯樣品在不同的軸向位置是否存在附聚填隙原子缺陷。對(duì)每一個(gè)檢測的軸向位置，可得出樣品的質(zhì)量和軸對(duì)稱區(qū)域?qū)挾戎g的相關(guān)性。參看圖19，作出的曲線圖比較了給定樣品的質(zhì)量和在特定軸向位置樣品從凝固溫度冷卻到約1050℃的時(shí)間。正如預(yù)計(jì)的，該圖顯示了軸對(duì)稱區(qū)寬度(即R晶體-R空位)對(duì)樣品在這特定的溫度范圍內(nèi)的冷卻過程有強(qiáng)烈依賴關(guān)系。為了使軸對(duì)稱區(qū)的寬度增加，所述趨勢表明可根據(jù)需要加長擴(kuò)散時(shí)間或減慢冷卻速度。
基于該曲線圖顯示的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算一最佳擬合線，它一般代表硅的質(zhì)量從“好”(即無缺陷)向“壞”(即有缺陷)的過渡，是讓給定直徑毛坯在該特定溫度范圍內(nèi)所用冷卻時(shí)間的函數(shù)。軸對(duì)稱區(qū)寬度和冷卻速度間的該一般關(guān)系可以用下面的方程式表示(R晶體-R過渡)2＝Deff×t1050℃其中R晶體是毛坯的半徑R過渡是在填隙原子占優(yōu)材料中發(fā)生從無缺陷到有缺陷，或相反過渡的軸向位置的樣品中軸對(duì)稱區(qū)半徑。
Deff是常數(shù)，約為9.3×10-4cm2秒-1，它代表填隙原子擴(kuò)散系數(shù)的平均時(shí)間和溫度。
t1050℃是樣品給定的軸向位置從凝固溫度冷卻到大約1050℃所需要的時(shí)間。
再參照圖19可以看到，對(duì)于給定直徑的毛坯，可以估計(jì)冷卻時(shí)間以便得到所要求直徑的軸對(duì)稱區(qū)。例如，對(duì)于一直徑約為150mm的毛坯，如果在大約1410℃到約1050℃間的溫度范圍，毛坯的某一特定部分冷卻大約10到約15小時(shí)，就可以獲得一個(gè)寬度約等于毛坯半徑的特定軸對(duì)稱區(qū)。同樣，對(duì)于一直徑約為200mm的毛坯，如果在這一溫度范圍，毛坯的特定部分冷卻大約25到約35小時(shí)，就可以獲得一個(gè)寬度約等于毛坯半徑的特定軸對(duì)稱區(qū)。如果進(jìn)一步外推該規(guī)律，冷卻時(shí)間就需要大約65到約75小時(shí)，以便獲得軸對(duì)稱區(qū)寬度等于直徑為大約300mm的毛坯的半徑。在這一點(diǎn)上要注意的是隨著毛坯直徑的增加，由于填隙原子擴(kuò)散到達(dá)毛坯表面阱或空位核心處的距離增加，就需要額外的冷卻時(shí)間。
現(xiàn)參看圖20，21，22和23，可以觀察到對(duì)各種毛坯增加冷卻時(shí)間的影響。每張圖表現(xiàn)了標(biāo)稱直徑為200mm的毛坯的一部分，從凝固溫度到1050℃的冷卻時(shí)間從圖20到圖23逐漸增加。
參照圖20，顯示了毛坯軸向位置從離肩部約235mm到約350mm的部分。在軸向位置約255mm處，無附聚填隙原子缺陷軸對(duì)稱區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到最大，大約為毛坯半徑的45％。在這一位置之外，出現(xiàn)了從沒有這種缺陷區(qū)域向有這種缺陷區(qū)域的過渡。
現(xiàn)參照圖21，顯示了毛坯軸向位置從離肩部約305mm到約460mm的部分，在軸向位置約360mm處，無附聚填隙原子缺陷軸對(duì)稱區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到最大，大約為毛坯半徑的65％。在這一位置之外，開始形成缺陷。
參照圖22，顯示了毛坯軸向位置從離肩部約140mm到約275mm的部分，在軸向位置約210mm處，軸對(duì)稱區(qū)域?qū)挾却蠹s等于毛坯半徑；即在這一范圍內(nèi)的毛坯的一小部分沒有附聚本征點(diǎn)缺陷。
現(xiàn)參照圖23，顯示了毛坯軸向位置從離肩部約600mm到約730mm的部分，在軸向位置從大約640mm至約665mm處，軸對(duì)稱區(qū)域?qū)挾却蠹s等于毛坯半徑。此外，毛坯軸對(duì)稱區(qū)寬度約等于毛坯半徑的節(jié)段的長度比圖22中毛坯的有關(guān)部分大。
因此，結(jié)合起來看，圖20，21，22和23說明了冷卻到1050℃的時(shí)間對(duì)無缺陷軸對(duì)稱區(qū)寬度和長度的影響。一般來說，由于晶體拉制速度的連續(xù)減小，導(dǎo)致了過高的起始填隙原子濃度不能在那部分晶體冷卻時(shí)間內(nèi)降低，因此形成了有附聚填隙原子缺陷的區(qū)域。軸對(duì)稱區(qū)的長度較大意味著生長這種無缺陷材料有較大的拉晶速度范圍(即起始填隙原子濃度)。增加冷卻時(shí)間允許較高的起始填隙原子濃度，由于有足夠的時(shí)間進(jìn)行徑向擴(kuò)散，以便將所述濃度抑制到低于填隙原子缺陷附聚的臨界濃度。換言之，對(duì)于較長的冷卻時(shí)間，稍低的拉晶速度(因而較高的起始填隙原子濃度)仍將導(dǎo)致最大軸對(duì)稱區(qū)6。所以，對(duì)于最大軸對(duì)稱區(qū)域直徑所要求條件而言，較長的冷卻時(shí)間導(dǎo)致允許拉速的變化加大，并放寬了對(duì)工藝控制的限制。結(jié)果，就更容易在大長度的毛坯中形成軸對(duì)稱區(qū)域。
再參看圖23，在晶體軸向位置從肩部大約665mm到大于730mm，有一個(gè)無附聚缺陷的空位占優(yōu)材料區(qū)，它的寬度等于毛坯的半徑。
正如從上面的數(shù)據(jù)看到的，通過控制冷卻速度，通過使填隙原子有更多的時(shí)間擴(kuò)散到湮滅它們的區(qū)域，就能抑制自填隙原子的濃度。結(jié)果，在相當(dāng)大的單晶硅毛坯部分能防止生成附聚填隙原子缺陷。
綜上所述，可以看出已實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)目的。
在上述組成和方法中能作各種改變而并不超出本發(fā)明范圍，顯然，上文詳述內(nèi)含全部內(nèi)容的解釋皆為說明起見，絕非限制。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅晶片，具有中軸；一般垂直于中軸的前側(cè)面和背側(cè)面；環(huán)狀邊緣；和從晶片的中軸伸展到環(huán)狀邊緣的半徑，該晶片包括第一軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的空位類本征點(diǎn)缺陷，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸或有至少大約15mm的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中晶片包括第二軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是所述半徑的至少大約15％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的晶片，其中晶片包括第二軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是所述半徑的至少大約25％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的晶片，其中晶片包括第二軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是所述半徑的至少大約50％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的晶片，其中晶片包括第二軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的晶片，其中晶片包括第二軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中晶片的氧含量低于約13PPMA。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中晶片的氧含量低于約11PPMA。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中晶片沒有氧沉淀形核中心。
14.一種單晶硅毛坯，它有中軸，籽晶錐，尾錐，和籽晶錐和尾錐之間有環(huán)狀邊緣和有從中軸到環(huán)狀邊緣的半徑的等徑部分，該單晶硅毛坯的特征在于毛坯生長及自凝固溫度冷卻后，該等徑部分含有第一軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的本征點(diǎn)缺陷，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸或有至少大約15mm的寬度并且有一長度，沿中軸測量時(shí)該長度是毛坯等徑部分長度的至少大約20％。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的單晶硅毛坯，其中毛坯包括與所述第一軸對(duì)稱區(qū)域同軸的第二軸對(duì)稱區(qū)域，該第二軸對(duì)稱區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的單晶硅毛坯，其中軸對(duì)稱區(qū)域的長度是毛坯等徑部分長度的至少40％。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的單晶硅毛坯，其中毛坯包括與所述第一軸對(duì)稱區(qū)域同軸的第二軸對(duì)稱區(qū)域，該第二軸對(duì)稱區(qū)域中硅自填隙原子是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的單晶硅毛坯，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是所述半徑的至少大約15％。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的單晶硅毛坯，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是所述半徑的至少大約25％。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的單晶硅毛坯，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的長度是毛坯等徑部分長度的至少60％。
21.一種單晶硅毛坯的生長方法，其中該毛坯包括中軸，籽晶錐，尾錐，和籽晶錐和尾錐之間有環(huán)狀邊緣和有從中軸到環(huán)狀邊緣的半徑的等徑部分，毛坯按照引上法自硅熔體中生長，然后從凝固溫度冷卻，該方法包括在晶體等徑部分的生長期間在從凝固溫度到不低于大約1325℃的溫度范圍內(nèi)，控制生長速度v和平均軸向溫度梯度G0，以便造成第一軸對(duì)稱節(jié)段的形成，經(jīng)自凝固溫度起毛坯冷卻后，該節(jié)段中空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有附聚的本征點(diǎn)缺陷，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域有至少大約15mm的寬度或包含中軸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的長度是毛坯等徑部分長度的至少40％。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的長度是毛坯等徑部分長度的至少60％。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域的寬度是毛坯等徑部分半徑之長的至少60％。
全文摘要
本發(fā)明涉及毛坯或晶片形式的單晶硅，它含有第一軸對(duì)稱區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)空位是占優(yōu)勢的本征點(diǎn)缺陷并且基本沒有空位類本征點(diǎn)缺陷的附聚，其中第一軸對(duì)稱區(qū)域包括中軸或有至少大約15mm的寬度，還涉及其制備方法。
文檔編號(hào)C30B21/06GK1936113SQ200610139269
公開日2007年3月28日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月9日
發(fā)明者R·法爾斯特, S·A·馬克格拉夫, S·A·麥克奎德, J·C·霍爾澤, P·穆提, B·K·約翰遜 申請人:Memc電子材料有限公司