專利名稱：用于制造高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶錠的裝置及使用該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置以及使用該裝 置的方法，更具體地，涉及一種用于制造在通過提拉法(下文中簡
稱cz)方法制造半導(dǎo)體單晶錠過程中提供在徑向上大而一致的固
液分界面溫度梯度的裝置，以及〗吏用該裝置的方法。
背景技術(shù)：
CZ ( Czochralski)方法廣泛應(yīng)用于制造半導(dǎo)體單晶錠，以及從 石英坩堝的硅熔化物中生成半導(dǎo)體單晶錠。CZ方法使用安裝在石 英坩堝側(cè)壁周圍的加熱器來加熱石圭熔化物，因此，在^圭熔化物中產(chǎn) 生了自然對(duì)流。并且，CZ方法通過控制單晶或石英坩堝的^走轉(zhuǎn)速 率來制造沒有空白或自空隙(self-interstitial)中產(chǎn)生的生成過禾呈缺 陷的高質(zhì)量硅單晶，因而由于控制旋轉(zhuǎn)速率還在硅中產(chǎn)生了被迫的 對(duì)流。7>知的是，自然和#:迫對(duì)流可以通過水平》茲場來控制。
一種用于將水平磁場施加至硅熔化物的方法被稱作HMCZ(水 平f茲場提^立法)方法。典型的HMCZ方法形成石茲場，以使MGP (最 大高斯面)位于硅熔化物表面旁。MGP是磁場垂直分量基本為"0" 而水平方向的》茲通密度變?yōu)樽畲蟮拿妗?jC平》茲場具有》茲場垂直分量 在硅單晶錠中軸處為"o"的特性。使用了水平磁場的HMCZ方法 可以抑制硅熔化物的垂直對(duì)流，并提供了容易生成硅單晶的優(yōu)越 性。
5同時(shí)，以多種方式^吏用石圭晶片中的空隙氧(interstitial oxygen ) 來制造高集成度的半導(dǎo)體器件。例如，空隙氧提升了硅晶片的機(jī)械 強(qiáng)度，以使硅晶片不受在器件的制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力的影響， 并引起了 一些小在夾陷(micro-defect)，所述在夾陷用作吸取位(gettering site),用于移除器件制作過程中的金屬雜質(zhì)。
典型的HMCZ方法具有容易生成單晶4定的優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)引起錠 的軸向和徑向上空隙氧集中的改變，乂人而導(dǎo)致4定的生產(chǎn)率減少。這 是因?yàn)?圭熔化物表面的高溫區(qū)域和低溫區(qū)域的位置由于硅熔化物 的不均勻?qū)α鞣植级淖?，?dǎo)致并未統(tǒng)一地保持固液分界面的氧集 中分布。這里，高溫區(qū)域是具有相對(duì)高溫的硅的表面區(qū)域，而低溫 區(qū)域是具有相對(duì)低溫的硅的表面區(qū)域。
為解決上述問題，韓國特許(Laid-open )專利公開第2001-34851 號(hào)才皮露了一種用于制造硅單晶的方法，將水平》茲場施加至石圭熔化 物，以使水平磁場的垂直/水平分量比率在固液分界面中部為0.3至 0.5 ，從而在固液分界面處持久地保持具有統(tǒng)一氧集中的低溫區(qū)域或 高溫區(qū)域，以提升單晶軸向和徑向上的氧集中的一致性。
然而，由于在生成石圭單晶過程中通過旋轉(zhuǎn)單晶和石英坩堝來產(chǎn) 生非線性被迫對(duì)流，故很難僅通過控制水平磁場的垂直/水平分量比 率來固定整個(gè)單晶生成過程中石圭熔化物表面上的高溫區(qū)域和4氐溫 區(qū)域的位置。即，簡單地控制水平石茲場的垂直/水平分量比率并不能 夠從根本上避免混淆高溫區(qū)域和低溫區(qū)域，或者改變高溫區(qū)域和低 溫區(qū)i或的^f立置。
此外，韓國特許(Laid-open)專利公開第2001-34851號(hào)還指 出了一種用于減小硅單晶軸向和徑向上氧集中的偏離的方法，但沒 有提到快速生成沒有生成過程中晶體缺陷的高質(zhì)量硅單晶的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)用來解決上述問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一 種控制水平磁場分布和強(qiáng)度以制造高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶的裝置，以及 一種使用該裝置的方法。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種控制水平磁場分布和強(qiáng)度以將 從加熱器流至固液分界面的熱量最大化的裝置，以及使用該裝置的 方法，從而增大了固液分界面中部的溫度梯度，以提升無缺陷單晶
的牽々立速度(pulling speed )。
本發(fā)明的又一 目的是提供一種控制水平磁場的分布和強(qiáng)度以 擴(kuò)展無缺陷牽拉速度處理邊界的裝置。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體 單晶錠的裝置，包括石英坩堝，用于容納半導(dǎo)體熔化物；加熱器， 安裝在石英坩堝的側(cè)壁周圍；單晶牽拉裝置，用于從容納在石英坩 堝中的半導(dǎo)體溶化物中牽拉出單晶；以及磁場施加裝置，用于在基 于熔化物表面的熔化等級(jí)(ML )的ML-100mm至ML-350mm位置 處形成最大高斯面(MGP)，并將3000至5500高斯的強(qiáng)》茲場施加 至MGP和石英坩堝的側(cè)壁之間的交叉處，以及將1500至3000高 斯的弱》茲場施加至固液分界面下方。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體 單晶錠的方法，半導(dǎo)體單晶錠通過提拉法處理而將半導(dǎo)體單晶從容 納于石英坩堝的半導(dǎo)體熔化物中牽4立出來，所述方法包括以下步 艱朵通過在基于熔化物表面的熔化等級(jí)(ML)的ML-100mm至 ML-350mm位置處形成最大高斯面(MGP )，并將3000至5500高 斯的強(qiáng)》茲場施加至MGP和石英蚶堝的側(cè)壁之間的交叉處，以及將
71500至3000高斯的弱/磁場施加至固液分界面下方，而在生成半導(dǎo) 體單晶錠的過程中將水平磁場施加至半導(dǎo)體熔化物。
》茲場施加裝置包括至少一個(gè)線圈對(duì)，安裝在石英坩堝的相對(duì)兩 側(cè)。施力。至石茲場施力o裝置的每個(gè)線圈的電流方向由電》茲定^聿確定， 以符合上述i茲場形成條件。
可以通過控制^ 茲場施加裝置的每個(gè)線圏的半徑、位置或形狀、 或者施加至每個(gè)線圈的電流的方向和大小來形成7jc平》茲場。
MGP交叉與石英坩堝的側(cè)壁區(qū)域近似一致，該坩堝通過從加 熱器發(fā)出的熱量而#:加熱至最高溫度。因此，在MGP交叉處形成 強(qiáng)》茲場的情況下，i殳置在固液分界面下方的熱通量增加。并且，在 固液分界面下方形成弱石茲場的情況下，有加熱器纟是供的熱通量有效 地傳輸至固液分界面，以增加固液分界面的溫度梯度，具體地，增 加固液分界面中部的溫度梯度。
通過結(jié)合附圖對(duì)下文進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明來更為描述地本發(fā)明，然 而，本文提出的描述僅是以示出為目的的優(yōu)選實(shí)例，并非為了限制 本發(fā)明的范圍。
圖1是示意性地示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體 單晶錠(single crystal ingot)的裝置的截面圖。
圖2a和2b是示出了》茲場施加裝置線圈布置結(jié)構(gòu)的4見圖。
圖3是示出了根據(jù)比較實(shí)例1和比較實(shí)例2而形成的水平磁場 的分布禾口方向的—見圖。圖4是示出了根據(jù)實(shí)例1而形成的水平,茲場的分布和方向的禍L圖。
圖5是示出了根據(jù)實(shí)例3而形成的水平磁場的分布和方向的視圖。
圖6是示出了根據(jù)通過根據(jù)比較實(shí)例1生成的錠的垂直抽樣檢 -驗(yàn)而獲耳又的、根據(jù)單位面積的牽^立速度和無缺陷牽4^速度的改變的 缺陷分布的視圖。
圖7是示出了根據(jù)通過根據(jù)比較實(shí)例2生成的錠的垂直抽樣檢 驗(yàn)而獲取的、根據(jù)單位面積的牽拉速度和無缺陷牽拉速度的改變的 缺陷分布的視圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在描述之 前，應(yīng)理解，說明書以及所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語不能理解為局 限于 一般的以及詞典式的意思，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的技術(shù)方 案的意思和相X念來理解，本發(fā)明的4支術(shù)方案基于發(fā)明人^皮允i午確定 適于最佳解釋的術(shù)語的原則。因此，本文提出的描述僅是以示出為 目的的優(yōu)選實(shí)例，不限于本發(fā)明的范圍，所以應(yīng)理解，在不悖離本 發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)4亍其他的等效替換和 修改。
圖1是示意性地示出了用于制造才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體 單晶錠的裝置的截面圖。
參照圖1,該裝置包括石英坩堝(quartz crucible) 10，用于 容納高溫熔化的半導(dǎo)體熔化物(M);坩堝外殼20,圍繞在石英坩
9堝IO的外圍，用于支持相同形狀的石英坩堝10;坩堝《走轉(zhuǎn)裝置30， 安裝在坩堝外殼20下方，用于^:轉(zhuǎn)坩堝外殼20和石英坩堝；加熱 器40,與坩堝外殼20的側(cè)壁相隔預(yù)定距離，用于對(duì)石英坩堝進(jìn)行 加熱；隔離裝置50，安裝在加熱器40周圍，用于防止從加熱器40 發(fā)出的熱量的外泄；單晶牽拉裝置60，用于使用晶種(seed crystal) 從容納在石英坩堝10的半導(dǎo)體溶化物(M)中牽拉出單晶錠；以及 熱量屏蔽裝置70，與由單晶牽拉裝置60牽拉的單晶錠外圍相隔預(yù) 定距離，用于屏蔽從單晶錠發(fā)出的熱量。
上述組件是用于通過CZ方法制造半導(dǎo)體單晶的公知設(shè)備的典 型組件，因而將略去對(duì)每個(gè)組件的詳細(xì)描述。半導(dǎo)體溶化物(M) 可以通過溶化多晶硅來獲取硅溶化物，然而，本發(fā)明并不限于特定 種類的半導(dǎo)體溶4匕物。因此，本發(fā)明可以應(yīng)用在由CZ方法生成的 公知的任意 一種半導(dǎo)體單晶。
用于制造^f艮據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體單晶的裝置還包括用于施加水 平磁場的磁場施加裝置80。這里，水平磁場是穿過單晶錠中軸的磁 場的垂直分量基本為"0"的》茲場。
圖1中，水平,茲場的分布和方向由線和箭頭來表示。/磁場線的 密度越高，》茲場強(qiáng)度越大。并且，水平》茲場具有最大高斯面 (Maximum Gauss Plane ) ( MGP )。 MGP是個(gè)平面，即，具有基本 為"0"的磁場垂直分量以及水平方向上最大磁場線密度的點(diǎn)的集 合。
》茲場施加裝置80具有2n個(gè)線圏(n是大于O的整數(shù))，這些線 圈相對(duì)于石英坩堝10對(duì)稱布置。線圈近似為環(huán)形，而線圈平面的 正常方向凈皮安排為垂直于隔離裝置50的外壁。例如，如圖2a所示， f茲場施加裝置80可以具有兩個(gè)線圈，它們圍繞石英坩堝IO彼此對(duì) 稱布置。如圖2b所示，》茲場施加裝置80可以四個(gè)線圈，它們圍繞石英坩堝l(X皮此只于稱布置。施加至圖2a和圖2b中每個(gè)線圏的電 流方向如此確定，即，線圏中心處,茲場形成在箭頭方向上。在圖2a 和2b中，電^u方向由才示i己"x，，和"〇，，表示。標(biāo)^己"x，， ^f戈表 ，充入面內(nèi)的電濟(jì)u方向，而木1H己"〇"4戈表乂人面內(nèi)；充出的電力t方向。
優(yōu)選地，》茲場施加裝置80在生成半導(dǎo)體單晶的固液分界面下 方形成弱z磁場，并在MGP和石英坩堝10側(cè)壁之間的交叉 (intersection)處(下文中稱作"MGP交叉")。這里，弱^磁場直接 形成在固液分界面下方。以及，弱石茲場是具有強(qiáng)度約為1500至3000 高斯的f茲場，而強(qiáng)^茲場是具有強(qiáng)度約為3000至5500高斯的》茲場。 選擇磁場強(qiáng)度條件，旨在增加固液分界面中部的溫度梯度。這里， 除非另作說明，溫度梯度均指單晶方向上固液分界面的垂直溫度梯 度。同時(shí)，根據(jù)在固液分界面中心測得的熔化物表面高度的ML (熔 化等級(jí)(Melt Level) )， MGP ^尤選;也位于ML-100mm至ML-350mm。 選擇MGP的位置條件，旨在將從加熱器40提供至固液分界面的熱 通量增加至最大范圍。MGP的位置與石英坩堝10的側(cè)壁區(qū)域基本 一致，其中，由于從加熱器40發(fā)出的熱引起了最大溫度增加的發(fā) 生。在由加熱器40加熱的石英坩堝10的側(cè)壁附近的高溫石圭夂容4b物 區(qū)域中，強(qiáng)i茲場抑制了自然對(duì)流，而高溫石圭、溶化物的流動(dòng)沿水平》茲 力線l是升，從而熱量有效地從固液分界面下方傳輸。在固液分界面 下方傳輸?shù)臒崃靠梢源怪庇诠桃悍纸缑娑谌酢菲潏鰠^(qū)域有效傳輸。
可以通過控制每個(gè)線圈的位置、施加至每個(gè)線圏的電流方向或 /人每個(gè)線圏產(chǎn)生的f茲場強(qiáng)度來形成水平》茲場。伊C選地，通過控制每 個(gè)線圏的半徑，弱》茲場和強(qiáng)/f茲場可以分別形成在固液分界面下方和 MGP交叉處。即，隨著線圏半徑的減小，MGP交叉的^f茲場會(huì)變強(qiáng)， 而固液分界面下方的》茲場會(huì)變?nèi)?。進(jìn)一步作為選擇地，通過 文變環(huán) 形線圈的形狀，弱》茲場和強(qiáng)》茲場可以分別形成在固液分界面下方和 MGP交叉處。例如，當(dāng)通過減小線圏上部(而非線圏下部)的曲
ii率而改變線圏形a犬時(shí)，MGP交叉的,茲場會(huì)變強(qiáng)，而固、液分界面下 方的》茲場會(huì)變?nèi)?。更進(jìn)一步作為選擇地，通過屏蔽^^線圏上部產(chǎn)生 的石茲場，弱》茲場和強(qiáng)i茲場可以分別形成在固液分界面下方和MGP 交叉處。對(duì)本領(lǐng)域才支術(shù)人員顯而易見的是，用于形成i茲場的上述這 些方法可以組合或單獨(dú)4吏用。
當(dāng)水平磁場施加至根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體熔化物時(shí)，從加熱器40 流向固液分界面的熱通量增加。因?yàn)閺?qiáng)z磁場形成在MGP交叉處， 半導(dǎo)體熔化物(M)的對(duì)流在具有最高溫度的石英坩堝10區(qū)域中^皮 抑制，故在固液分界面下方傳輸?shù)臒崃繒?huì)增加。并且，因?yàn)槿鮚磁場 形成在固液分界面下方，故以熱通量形式/人加熱器l命出的熱量有效 的傳輸至固液分界面。因此，固液分界面的溫度梯度，具體i兌是固 液分界面中部的溫度梯度增加，因而提升了無缺陷單晶的牽拉速 度。
同時(shí)，4艮據(jù)關(guān)于半導(dǎo)體單晶生成的Voronkov理論，用于生成 無缺陷半導(dǎo)體單晶錠的牽拉速度的處理邊界(processing margin )與 固液分界面的溫度梯度在徑向上的偏差是密切相關(guān)的。即，隨著固 液分界面的中部和固液分界面的邊》彖部分之間的溫度梯度偏差的 減小，牽^立速度的處理邊界會(huì)增加。本發(fā)明可以通過〗吏用水平^茲場 來增加難以控制的固液分界面中部的溫度梯度，因而通過控制熔化 間隙(melt-gap)(其為熱量屏蔽裝置70和半導(dǎo)體熔化物(M)之 間的間隙)，以減小固液分界面溫度4弟度在徑向方向上的偏差，因 而容易擴(kuò)展?fàn)坷俣鹊奶幚磉吔纭?br>
下文中，將描述用于使用根據(jù)本發(fā)明的政治制造硅單晶錠的方法。
首先，根據(jù)制造硅單晶錠所需的條件將多晶硅充入石英坩堝 10。然后，操作加熱器40將多晶硅熔化。多晶硅熔化后，石英坩堝IO通過坩堝S走轉(zhuǎn)裝置30而在預(yù)定方向上凝:轉(zhuǎn)。經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后， 建立了硅熔化物(M)的對(duì)流，之后，控制單晶牽拉裝置60將晶種 浸入硅熔化物(M)，并在緩慢旋轉(zhuǎn)晶種的同時(shí)拔起晶種。這樣就生 成了硅單晶錠。在生成初期，控制晶種的牽拉速度以使單晶的直徑 增加至需要的直徑，從而形成了4t的側(cè)肩(shoulder )。在形成側(cè)肩 后，在保持錠的主體直徑的同時(shí)，以無缺陷牽拉速度生成錠的主體。 在形成主體后，牽拉速度增加，從而錠的下端在緩慢減小錠的直徑 的同時(shí)從硅熔化物(M)中出來。因而，完成了錠的生成。
在生成4定期間，水平》茲場通過f茲場施加裝置80而^皮施加至石圭 熔化物(M)。水平》茲場在固液分界面下方形成弱》茲場，并在MGP 交叉處形成強(qiáng)磁場。施加根據(jù)上述條件的水平磁場會(huì)增加從加熱器 40到固液分界面的熱通量，因而增加了固液分界面的溫度梯度，具 體說是增加了固液分界面中部的溫度梯度。并且，當(dāng)施加水平》茲場 的同時(shí)，控制熱量屏蔽裝置70和石圭熔化物(M)以增加固液分界面 的邊緣部分的溫度梯度，從而移除固液分界面的中部和固液分界面 的邊緣部分之間的溫度梯度偏差。根據(jù)本發(fā)明施加水平磁場并控制 熔化間隙，從而增加固液分界面整個(gè)區(qū)域上的固液分界面的溫度梯 度，以提升無缺陷牽拉速度，并減小固液分界面中部和邊緣部分之 間的溫度梯度的偏差，以擴(kuò)展無缺陷牽拉速度的處理邊界。
<實(shí)-3全實(shí)例>
下文中，將通過實(shí)-驗(yàn)實(shí)例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明。應(yīng)理解，給 出這些實(shí)例是用來幫助理解本發(fā)明，而本發(fā)明并不限制在這些實(shí)-瞼 實(shí)例的條件。
比壽交實(shí)例1通過優(yōu)化熱區(qū)(hot zone )并將熔4b間隙i殳置在50mm來生成 硅單晶錠，以便在改變牽拉速度的同時(shí)，獲取上限牽拉速度和下限 牽拉速度之間的無缺陷牽拉速度邊界。牽4立速度/人生成初期至末期 逐漸減小。在錠的生成期間，施加水平磁場，以在固液分界面下方 形成3300高斯的f茲場，并在MGP交叉處形成4000高其斤的》茲場。 通過圖2a中所示布置兩個(gè)線圏來形成水平萬茲場。圖3示出了才艮據(jù) 比較實(shí)例1形成的》茲場的分布和方向。通過圖3可以得到，具有高 》茲場強(qiáng)度的強(qiáng)-磁場形成在固液分界面下方以及MGP交叉處。
在生成4t之后，在軸向上切割該4t，并通過垂直^由一羊;險(xiǎn)查進(jìn)^亍 評(píng)估。圖6示出了從垂直抽樣檢驗(yàn)而獲取的、根據(jù)單位面積的牽拉 速度和無缺陷牽拉速度的改變的缺陷分布。圖6中，void (空白點(diǎn)) 是由空白引起的晶體缺陷，OiSF (氧化引起的堆疊缺陷)是由熱氧 化產(chǎn)生堆疊缺陷的區(qū)i或，而LDP (大4立一睹凹陷(Large Dislocation Pit))是有空隙塊產(chǎn)生的晶體缺陷。參照圖6，可以得到，錠的中部 和邊纟彖部分的每個(gè)無在夬陷牽4i速度為0.47mm/min，而無缺陷牽4立速 度的處理邊界為0.02mm/min。
比專支實(shí)例2
除了熔化間隙被設(shè)置為40mm，以與比較實(shí)例1相同的條件生 成石圭單晶4t，并進(jìn)行垂直抽樣4企查。圖7示出了從垂直抽樣才企驗(yàn)而 獲取的、根據(jù)單位面積的牽拉速度和無缺陷牽拉速度的改變的缺陷 分布。參照圖7,可以得到，錠的中部的無缺陷牽拉速度是 0.49mm/min, 4t的邊《彖部分的無在夾陷牽4立速度是0.52mm/min，而 并未獲取無缺陷牽拉速度的處理邊界。
實(shí)例1
14用于比較實(shí)例的線圈半徑減小至70%，而熔化間隙被設(shè)置為 40mm。圖4示出了由用于實(shí)例1中的線圈形成的7JC平^茲場的分布 和方向?？梢缘玫?，隨著線圏半徑的減小，具有高磁場強(qiáng)度的強(qiáng)磁 場形成在臨近線圈的MGP交叉處，而具有^f氐》茲場強(qiáng)度的弱i茲場形 成在遠(yuǎn)離線圏的固態(tài)分界面下方。形成在固液分界面下方的i茲場具 有2300高斯的大小，而形成在MGP處的^茲場具有3700高斯的大 小。根據(jù)按照實(shí)例1制造的硅單晶錠的垂直抽樣檢查的結(jié)果(未示 出)，可以得到，4定的中部和邊緣部分的每個(gè)無缺陷牽拉速度為 0.53mm/min,而無在夾陷牽4立速度的處理邊界為0.025mm/min。
實(shí)例2
通過如圖2a所示布置兩線圈來形成7JC平》茲場，其中每個(gè)線圈 均具有平坦的上部，而熔化間隙祐 沒置為38mm。圖5示出了沖艮據(jù) 實(shí)例2形成的7jc平》茲場的》茲場分布和方向。^茲場線密度在線圈中4由 處禾口線圈下部增力口，因而在MGP交叉處形成強(qiáng)^茲場。相反i也，固 液分界面下方的磁場線密度減小，因而在固液分界面下方形成弱磁 場。施力o7Jc平,茲場，2400高其斤的弱/5"茲場形成在固液分界面下方而 3250高斯的強(qiáng)磁場形成在MGP交叉處。才艮據(jù)按照實(shí)例2制造的硅 單晶錠的垂直抽樣檢查的結(jié)果(未示出)，可以得到，錠的中部和 邊纟彖部分的每個(gè)無缺陷牽4立速度為0.545mm/min，而無缺陷牽^立速 度的處理邊界為0.025mm/min。
實(shí)例3
通過如圖2b所示布置四個(gè)線圏來形成 K平》茲場，且炫4匕間隙 ^皮i殳置為與實(shí)例1相同等級(jí)。施加水平》茲場，2500高斯的弱石茲場形 成在固液分界面下方，而3500高斯的強(qiáng)》茲場形成在MGP交叉處。 根據(jù)按照實(shí)例3制造的硅單晶錠的垂直抽樣檢查的結(jié)果(未示出)， 可以得到，4定的中部的無缺陷牽4立速度為0.535mm/min, 4定的邊緯_
15部分的無缺陷牽拉速度為0.530mm/min，而無缺陷牽4i速度的處理 邊界為0.023mm/min。
下表中示出了從比較實(shí)例1和比較實(shí)例2以及實(shí)例1至實(shí)例3 中獲得的測量結(jié)果。
熔化間隙 (mm)磁場強(qiáng)度 (相對(duì)強(qiáng)/中/弱)中部 V* (mm/min.)邊緣部分 V* (mm/min.)△ V mm/min.)
固液分界面MGP交叉坩堝底部比較實(shí)例l50強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)0.470.470.02
比專交實(shí)例240強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)0.490.52未得出
實(shí)例l40弱強(qiáng)中0.530.530.025
實(shí)例238弱強(qiáng)強(qiáng)0.5450.5450.025
實(shí)例340弱強(qiáng)弱0.5350,5300.023
表1
參照表1,可以得到，通過cz方法的單晶生成過程中，施加 水平磁場以在固液分界面下方形成弱磁場，并在MGP交叉處形成 強(qiáng)萬茲場，因而增加了無缺陷單晶的牽4立速度并擴(kuò)展了無缺陷牽4立速 度的處理邊界。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明將從加熱器發(fā)出的熱量有效地 傳輸至生成單晶的固液分界面下方的區(qū)域中，從而提升了無缺陷單 晶的牽拉速度。因此，本發(fā)明可以提升無缺陷單晶錠的生產(chǎn)率。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明4是升了固液分界面的溫度梯 度，而與此同時(shí)，控制能夠用于控制單晶邊緣部分溫度梯度的熔化 間隙，從而擴(kuò)展了無缺陷牽拉速度的處理邊界。
才艮據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明將從加熱器發(fā)出的熱量有效地 傳輸至生成單晶的固液分界面下方的區(qū)域中，從而減小了加熱器的 加熱能耗，使操作加熱器所需的能量減少。
16以上，參照附圖和特定實(shí)例詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
具體的描述和特定實(shí)例，因此在不悖離本發(fā)明的精神和范圍的前提 下，多種改變和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，包括石英坩堝，用于容納半導(dǎo)體熔化物；加熱器，安裝在所述石英坩堝的側(cè)壁周圍；單晶牽拉裝置，用于從容納在所述石英坩堝中的所述半導(dǎo)體熔化物中牽拉出單晶；以及磁場施加裝置，用于在基于所述熔化物表面的熔化等級(jí)(ML)的ML-100mm至ML-350mm位置處形成最大高斯面(MGP)，并將3000至5500高斯的強(qiáng)磁場施加至所述MGP和所述石英坩堝的側(cè)壁之間的交叉處，以及將1500至3000高斯的弱磁場施加至固液分界面下方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，其中，所述磁場施加裝置包括線圈對(duì)，相對(duì)地安裝在所 述石英坩堝周圍的兩側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，其中，所述》茲場施加裝置包括多個(gè)線圏對(duì)，相對(duì)地安裝 在所述石英坩堝周圍的多側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，其中，所述線圏對(duì)中的每個(gè)線圏均為具有平坦上部的環(huán)形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，其中，通過控制所述線圏對(duì)中的每個(gè)線圈的尺寸或位置、 或者施加至所述線圈的電流的方向和大小，來形成所述水平f茲 場。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的裝置，其中，所述MGP的交叉處與由所述加熱器發(fā)出的熱量加 熱至最高溫度的所述石英坩堝的4立置相一致。
7. —種用于制造半導(dǎo)體單晶錠的方法，所述半導(dǎo)體單晶錠通過提 拉法處理而將半導(dǎo)體單晶從容納于石英坩竭的半導(dǎo)體熔化物 中牽才立出來，所述方法包4舌以下步驟通過在基于所述熔化物表面的熔化等級(jí)(ML)的 ML-100mm至ML-350mm位置處形成最大高斯面(MGP)， 并將3000至5500高斯的強(qiáng)^茲場施加至MGP和所述石英坩堝 的側(cè)壁之間的交叉處，以及將1500至3000高斯的弱^茲場施加 至固液分界面下方，而在生成所述半導(dǎo)體單晶錠的過程中將水 平》茲場施加至所述半導(dǎo)體炫〗匕物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括在正在生成的半導(dǎo)體單晶 4t周圍配置熱量屏蔽裝置，以屏蔽所述固液分界面的邊緣部分 發(fā)出的熱量，并控制所述熱量屏蔽裝置和所述半導(dǎo)體熔化物之 間的間隙，以控制所述固液分界面的邊緣部分的溫度梯度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的方法，其中，將所述固液分界面的邊緣部分的溫度梯度控制在 與所述固液分界面的中部相同的等級(jí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造半導(dǎo)體單晶錠的方法，其中，通過將線圈對(duì)相對(duì)i也布置在所述石英坩堝周圍的 多側(cè)而形成所述水平石茲場，以及其中，通過控制所述線圏對(duì)的每個(gè)線圏的尺寸、位置或 形狀、或施加至所述線圏的方向和大小來形成所述水平》茲場。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶錠的裝置以及使用該裝置的方法。本發(fā)明的裝置包括石英坩堝；加熱器，安裝在石英坩堝的側(cè)壁周圍；單晶牽拉裝置，用于從容納在石英坩堝中的半導(dǎo)體溶化物中牽拉出單晶；以及磁場施加裝置，用于在基于熔化物表面的熔化等級(jí)(ML)的ML-100mm至ML-350mm位置處形成最大高斯面(MGP)，并將3000至5500高斯的強(qiáng)磁場施加至MGP和石英坩堝的側(cè)壁之間的交叉處，以及將1500至3000高斯的弱磁場施加至固液分界面下方。
文檔編號(hào)C30B15/00GK101498032SQ20091000525
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者姜鐘珉, 李洪雨, 洪寧皓, 趙鉉鼎, 金大淵 申請人:韓國矽得榮株式會(huì)社