專利名稱：具有氧濃度特性改進(jìn)的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，該方法使用強(qiáng)水平^F茲場(chǎng)通過
Czochralski工藝(Czochralski process,柴氏4立晶；去)通過在半導(dǎo)體 單晶生長(zhǎng)期間控制流入半導(dǎo)體單晶的氧濃度來生長(zhǎng)高質(zhì)量半導(dǎo)體 單晶。
背景技術(shù)：
在通過Czochralski工藝的硅單晶生長(zhǎng)中，需要石英坩堝來容納 由加熱器所熔化的石圭熔體。然而，石英坩堝與石圭熔體反應(yīng)并在該熔 體中溶解。因此，氧乂人坩堝中一皮洗4是并通過固-液界面流入單晶。流 入單晶的氧增加了晶片的強(qiáng)度并在晶片中產(chǎn)生體內(nèi)微缺陷(BMD ), 其在半導(dǎo)體工藝期間成為金屬雜質(zhì)p及耳又區(qū)(gettering site )并導(dǎo)致多 種晶體缺陷和偏析，因此降低了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。因此，在通過 Czochralski工藝的硅單晶生長(zhǎng)期間，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制通過固-液界面流 入單晶的氧的濃度。
傳統(tǒng)地，對(duì)坩堝旋轉(zhuǎn)速度、對(duì)氬(Ar)氣流量或壓力進(jìn)行控制 用于氧濃度控制。并且，改變勾形石茲場(chǎng)(cusp magnetic field )的條 件以變化氧濃度而同時(shí)少許降低晶體缺陷水平。此外，已報(bào)道在使 用超導(dǎo)水平磁體的強(qiáng)水平磁場(chǎng)條件下氧濃度受到坩堝旋轉(zhuǎn)速度的影響。
3作為涉及氧濃度控制的技術(shù)，日本專利公開號(hào)9-235192公開了 當(dāng)通過MCZ (施加石茲場(chǎng)Czochralski方法)4是升石圭單晶時(shí)將單晶和 坩堝的旋轉(zhuǎn)速度控制至預(yù)定范圍從而降低氧濃度以及在徑向上的 氧濃度偏差。根據(jù)該技術(shù)，對(duì)于直徑大約6英寸的小-直徑硅單晶， 在徑向上氧濃度偏差水平可以達(dá)到±0.5 ppma。然而，對(duì)于直徑大 約12英寸的大-直徑硅單晶，在徑向上氧濃度偏差水平可能被劣化。
作為另一實(shí)例，韓國(guó)專利號(hào)735902教導(dǎo)一種技術(shù)，其根據(jù)強(qiáng) 水平磁場(chǎng)條件下單晶的長(zhǎng)度來控制坩堝旋轉(zhuǎn)速度并且對(duì)氬(Ar)氣 流量和壓力進(jìn)行附加地控制從而有效地控制氧濃度。然而，該技術(shù) 適合于控制直徑大約8英寸的小-直徑硅單晶的氧濃度。
通過施加強(qiáng)水平磁場(chǎng)用于控制氧濃度的傳統(tǒng)技術(shù)主要旨在使 用包含較小體積硅熔體的直徑為24英寸以下的坩堝來生長(zhǎng)直徑為8 英寸以下的單晶。如果使用上述技術(shù)來利用直徑為32英寸的坩堝 生長(zhǎng)直徑為12英寸以上的單晶，無法做到氧濃度控制。這是由于 硅熔體的體積增加80%以上，將導(dǎo)致熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)。即，熔體 體積越大，熔體的流動(dòng)越不穩(wěn)定，并因此氧性態(tài)(behavior)變得 復(fù)雜。因此，根據(jù)單晶的長(zhǎng)度(熔體的體積)簡(jiǎn)單地改變氬氣流量 或壓力不能導(dǎo)致對(duì)于氧濃度的適當(dāng)控制。同時(shí)，在強(qiáng)水平,茲場(chǎng)的條 件下發(fā)生氧性態(tài)的無序。方案應(yīng)當(dāng)4艮本上解決無序問題并且改進(jìn)由 熔體的嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)所引起的提拉速度上改變的幅度(width )。
由于錠(ingot)的長(zhǎng)度較大，熔體和坩堝之間的接觸面積減少。 為了克服該減少影響，傳統(tǒng)技術(shù)逐漸增加坩堝旋轉(zhuǎn)速度(將坩堝速 度i殳定在0.1 rpm和0.9 rpm范圍之間或在0.3 rmp和0.7 rmp范圍 之間)。在這種情況下，如圖l所示，根據(jù)錠的主體(body,晶體) 的中間階,更處的扭克率，氧濃度降4氐。圖1中，在上部和下部水平參 考線之間的部分(由點(diǎn)鏈線所表示)意味著優(yōu)選的氧濃度范圍。施 加上述坩堝S走轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致對(duì)于直徑為8英寸以下的單晶的11 ppma以上的氧濃度，但是其導(dǎo)致直徑為12英寸以上的單晶的非常不穩(wěn) 定的氧濃度分布，原因在于大-直徑單晶使用較大體積的熔體。
并且，在才艮據(jù)上述技術(shù)對(duì)氬氣流量和壓力進(jìn)4于控制的情況下
(氬氣流量乂人160 lpm減小至140 lpm,并且壓力乂人50 Torr增加至 60 Torr到70 Torr ) 乂人而控制氧濃度，如圖2所示在4定的主體的中間 階段氧濃度降低。
分析表明上述現(xiàn)象是由于熔體在強(qiáng)水平磁場(chǎng)條件下分離為低 氧熔體和高氧熔體而產(chǎn)生。即，根據(jù)Czochralski工藝不使用磁場(chǎng)或 具有^走轉(zhuǎn)對(duì)稱的勾形或垂直MCZ，可以通過單晶和坩堝的S走轉(zhuǎn)來 保持旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，并因此熔體未分離為兩種類型熔體。然而，根據(jù)具 有#;面對(duì)稱的水平MCZ,由于單晶和坩堝的^^轉(zhuǎn)導(dǎo)致在反向(右 和左)產(chǎn)生洛倫茲力，并因此熔體分離為兩種類型的熔體。在這種 條件下，根據(jù)低氧熔體和高氧熔體如何支配單晶的界面的下部而影 響流入單晶的氧的'l"生態(tài)。例3口， 乂于于圖1的第3道，在800 mm和 900 mm之間的4t長(zhǎng)度中高氧熔體是主要的而在1000 mm和1300 mm之間的錠長(zhǎng)度中低氧熔體是主要的。發(fā)現(xiàn)主要熔體的類型受到 坩堝旋轉(zhuǎn)速度的影響。低氧熔體的頻率是0.005 Hz，其對(duì)應(yīng)于大約 0.3 rpm的坩堝旋轉(zhuǎn)速度。因此，當(dāng)坩堝旋轉(zhuǎn)速度大約是0.3 rpm時(shí)， 具有低氧熔體的諧振現(xiàn)象發(fā)生，其使得生長(zhǎng)高氧晶體變得困難。
發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計(jì)本發(fā)明以解決上述問題。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供 一種半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其建議在生長(zhǎng)大-直徑單晶(例如，12
英寸直徑)期間能夠控制氧濃度的坩堝旋轉(zhuǎn)條件以降低氧濃度在主 長(zhǎng)度(prime length )上的偏差。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其改進(jìn)在 生長(zhǎng)大-直徑(例如，12英寸直徑)單晶期間提拉速度上改變的幅 度，從而確保工藝的穩(wěn)定性。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方 法，其使用通過將晶種浸入容納在石英坩堝中的半導(dǎo)體熔體中并在 旋轉(zhuǎn)石英坩堝并施加強(qiáng)水平磁場(chǎng)的同時(shí)提升晶種而通過固-液界面
生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶的Czochralski工藝，其中，當(dāng)以0.6 rpm和1.5 rpm
之間的速度旋轉(zhuǎn)石英坩堝的同時(shí)提升晶種。
優(yōu)選地，在半導(dǎo)體單晶的主體的初始階革殳處以0.6 rpm和0.8 rpm之間的速度S走壽爭(zhēng)石英i計(jì)堝。
優(yōu)選地，根據(jù)單晶生長(zhǎng)長(zhǎng)度逐漸增加石英坩堝的旋轉(zhuǎn)速度以使 氧濃度中改變的幅度最小化。
可以施加強(qiáng)度為2000 G以上的強(qiáng)水平》茲場(chǎng)。
可以施加強(qiáng)度為2500 G和3500 G之間的強(qiáng)水平》茲場(chǎng)。
結(jié)合附圖，將在下面詳細(xì)描述中更加充分地描述本發(fā)明，j旦本 文中所4是出的描述僅是出于示例目的的優(yōu)選實(shí)例，并不旨在限制本 發(fā)明的范圍。
圖1和圖2是由傳統(tǒng)硅單晶生長(zhǎng)方法所提供的根據(jù)錠長(zhǎng)度的氧 濃度分布的曲線圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)設(shè)備的配置原理圖。圖4是根據(jù)坩堝旋轉(zhuǎn)速度的氧濃度分布變量的曲線圖。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和傳統(tǒng)技術(shù)的施加坩堝 旋轉(zhuǎn)速度的結(jié)果的曲線圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的通過施加坩堝旋轉(zhuǎn)速度的提 拉速度分布的曲線圖。
圖7是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的通過施加坩堝旋轉(zhuǎn)速度的提拉速度分布 的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在描 述之前，應(yīng)該理解，在說明書中和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)不 應(yīng)被理解為限于通用的以及和字典含義，而應(yīng)該以發(fā)明人允許定義 適于最好解釋的術(shù)語(yǔ)的原則為基礎(chǔ)，基于對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的技術(shù)方面 的含義和概念加以解釋。所以本文中做出的描述只是用于說明目的 的優(yōu)選實(shí)例，而不用于限制本發(fā)明的范圍，因此應(yīng)當(dāng)理解，在不背 離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以做出其它等同替換和修改。
本發(fā)明使用通過將晶種浸入容納在石英坩堝中的半導(dǎo)體熔體 中并在4t轉(zhuǎn)石英坩堝和施加2000 G以上強(qiáng)水平f茲場(chǎng)的同時(shí)才是升晶 種而通過固-液界面生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶的Czochralski工藝，并且特別 地，當(dāng)以0.6 rpm和1.5 rpm之間的速度S走轉(zhuǎn)該石英坩堝時(shí)才是升該晶 種。因此，考慮到熔體中最佳溫度分布和來自Q，z玻璃坩堝(Q，z glass crucible)氧分解，優(yōu)選地施加具有強(qiáng)度為2500 G和3500 G
之間的強(qiáng)7^平》茲場(chǎng)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)設(shè)備的配置示意圖。參考圖3，該半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)設(shè)備包括石英坩堝IO,用于容 納由高溫熔化多晶石圭得到的石圭熔體(SM );坩堝支撐物20,環(huán)繞石 英坩堝10的外圍用于支撐處于高層大氣具有預(yù)定形狀的石英坩堝 10;坩堝旋轉(zhuǎn)裝置30,安裝在坩堝支撐物20下方用于將石英坩堝 10與坩堝支撐物20—起旋轉(zhuǎn)；加熱器40，與坩堝支撐物20的壁 分開預(yù)定距離用于對(duì)石英坩堝10進(jìn)^f亍加熱；隔熱裝置50,圍繞加 熱器40安裝用于阻止來自加熱器40所產(chǎn)生的熱向外輻射；單晶提 拉裝置60，用于使用在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)的籽晶將硅單晶1從石英坩 堝IO所容納的硅熔體(SM)中提升；熱屏蔽結(jié)構(gòu)70，與通過單晶 提拉裝置60所提拉的硅單晶1的外圍分開預(yù)定距離，用于對(duì)輻射 自硅單晶i的熱進(jìn)行屏蔽；惰性氣體提供裝置(未示出)，用于沿 硅單晶1的外圍將惰性氣體(例如，氬氣)提供至硅熔體(SM) 的上表面；以及f茲場(chǎng)施加裝置，具有線圏紐—件80用于在石英蚶堝 10中產(chǎn)生強(qiáng)水平》茲場(chǎng)。本4頁(yè)i或已知的，與利用Czochralski工藝的
i殳備的部件以及其詳細(xì)描述在本文中將^皮省略。
本發(fā)明對(duì)生長(zhǎng)設(shè)備的坩堝旋轉(zhuǎn)裝置30進(jìn)行控制以生長(zhǎng)硅單晶 1而同時(shí)以0.6 rpm和1.5 rpm之間的速度力走轉(zhuǎn)石英坩堝10。當(dāng)控制 坩堝旋轉(zhuǎn)裝置30以逐漸在上述范圍中增加石英坩堝10的S走轉(zhuǎn)速度 時(shí)，根據(jù)單晶的生長(zhǎng)長(zhǎng)度可以使氧濃度中改變的幅度最小化。
圖4示出了根據(jù)利用石英坩堝10的旋轉(zhuǎn)速度范圍的兩種類型 在生長(zhǎng)直徑大約為12英寸(300 mm)的硅單晶期間根據(jù)錠長(zhǎng)度的 氧濃度分布的曲線圖。圖4中，第1道顯示了當(dāng)坩堝旋轉(zhuǎn)速度被設(shè) 定在1 rpm和1.2 rpm之間時(shí)氧濃度分布，而第2道顯示了當(dāng)坩堝 旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定在0.7 rpm和1.2 rpm之間時(shí)氧濃度分布。
如上所述，當(dāng)坩堝旋轉(zhuǎn)速度大約為0.3 rpm時(shí)發(fā)生諧振現(xiàn)象， 而當(dāng)坩堝旋轉(zhuǎn)速度大約為0.5 rpm時(shí)發(fā)生少許諧振現(xiàn)象。并且，在坩堝旋轉(zhuǎn)速度非常大的情況下，氧濃度過度增加?？紤]到上述情況，
本發(fā)明將坩堝旋轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)在0.6 rpm和1.5 ipm的范圍之間。特別 地，如果坩堝旋轉(zhuǎn)速度從對(duì)應(yīng)于大約400 mm的錠長(zhǎng)度的主體的初 始階4殳增加1 rpm以上，如第1道所示氧濃度才及度增加。因此，在 錠的主體的初始階段處優(yōu)選地將坩堝旋轉(zhuǎn)速度保持在0.6 rpm和0.8 rpm范圍之間。通過施加上述的坩堝i走轉(zhuǎn)速度，氧濃度在10.6 rpm 和12.8 rpm范圍之間(由圖4中的點(diǎn)鏈線示出)，并且可以制造具 有較小分布的直徑為12英寸以上的高質(zhì)量硅單晶。
更優(yōu)選地，本發(fā)明將坩堝旋轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)在0.7 rpm和1.3 rpm范 圍之間，以如圖5的第3道中所示的對(duì)在900 mm和1300 mm之間 的錠長(zhǎng)度上的氧濃度的降低進(jìn)行補(bǔ)償，并制造具有氧濃度在11 ppma和12.4 ppma之間的比傳統(tǒng)才支術(shù)更高質(zhì)量的石圭單晶。
在上述的坩堝旋轉(zhuǎn)速度在0.6 rpm和1.5 rpm范圍之間的情況 下，如圖6所述提拉速度中改變的幅度被顯著減小以確保工藝穩(wěn)定 性(例如)以降低加熱器功率中的改變。
相反，在才艮據(jù)傳統(tǒng)4支術(shù)的坩堝旋轉(zhuǎn)速度在0.1 rpm和0.5 rpm范 圍之間的情況下，低氧熔體和高氧熔體彼此干擾，其導(dǎo)致如圖7所 述的提拉速度中改變的較大幅度。
因此，本發(fā)明避免了在強(qiáng)水平磁場(chǎng)條件下諧振現(xiàn)象，并可以生 長(zhǎng)具有氧濃度在10.6 ppma和12.8 ppma之間并且較小分布的直徑 為12英寸以上的高質(zhì)量硅單晶。本發(fā)明對(duì)于生長(zhǎng)適合于NAND閃 存器件的具有氧濃度大約為11.7 ppma的硅單晶是有優(yōu)勢(shì)的。
并且，本發(fā)明減少了單晶的提拉速度中改變的幅度以穩(wěn)定地并 且容易地執(zhí)行半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)工藝。上文中，已參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。 纟合出了詳細(xì)描述和具體實(shí)例，因此通過這些詳細(xì)描述，在本發(fā)明精 顯而易見。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，所述方法使用通過將晶種浸入容納在石英坩堝中的半導(dǎo)體熔體中并在旋轉(zhuǎn)所述石英坩堝和施加強(qiáng)水平磁場(chǎng)的同時(shí)提升所述晶種而通過固-液界面生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶的Czochralski工藝，其中，當(dāng)以0. 6rpm和1.5rpm之間的速度旋轉(zhuǎn)所述石英坩堝的同時(shí)提升所述晶種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其中，在所述半導(dǎo)體單晶的主體的初始階l殳，以0.6 rpm 和0.8 rpm之間的速度旋轉(zhuǎn)所述石英坩堝。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其中，根據(jù)單晶生長(zhǎng)長(zhǎng)度逐漸增加所述石英坩堝的旋轉(zhuǎn) 速度以使氧濃度中改變的幅度最小化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其中，以2000 G以上的強(qiáng)度施力口所述強(qiáng)水平》茲場(chǎng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，其中，以2500 G和3500 G之間的強(qiáng)度施加所述強(qiáng)水平磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)方法，該方法使用通過將晶種浸入容納在石英坩堝中的半導(dǎo)體熔體中并在旋轉(zhuǎn)石英坩堝和施加強(qiáng)水平磁場(chǎng)的同時(shí)提升晶種而通過固-液界面生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶的Czochralski工藝，其中，當(dāng)以0.6rpm和1.5rpm之間的速度旋轉(zhuǎn)石英坩堝的同時(shí)提升晶種。
文檔編號(hào)C30B15/00GK101423976SQ20081017553
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者文智勛, 李洪雨, 洪寧皓, 申丞鎬, 趙鉉鼎 申請(qǐng)人:斯?fàn)柸鸲鞴?