(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811636347.X
(22)申请日 2018.12.29
(71)申请人 徐州鑫晶半导体科技有限公司
地址 221004 江苏省徐州市徐州经济开发
区杨山路66号
(72)发明人 黄末
(74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事
务所(普通合伙) 11201
代理人 赵天月
(51)Int.Cl.
C30B 29/06(2006.01)
C30B 15/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了调节单晶硅生长过程中氧含
量的方法，该方法包括：当晶棒生长至总长度的
以间歇性地改变坩埚相对硅溶汤的旋转速度或
者旋转方向，进而增加硅溶汤与石英坩埚的摩
擦，加快石英坩埚中氧溶解到硅溶汤中，从而有
效弥补了由于硅熔汤量减少导致的石英坩埚中
氧溶解减少的量，有效缩小单晶硅整体长度的氧
浓度的范围。权利要求书1页 说明书7页 附图4页CN 109576785 A 2019.04.05
C N 109576785
A
1.一种调节单晶硅生长过程中氧含量的方法，其特征在于，当晶棒生长至总长度的50-70％后，使得坩埚以第一转速和第二转速交替进行旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一转速为匀速，第二转速为匀速，第二转速的速率小于第一转速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一转速为4-8rpm，第二转速为0-4rpm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每次以所述第一转速旋转的时间为5-40秒，以所述第二转速旋转的时间为5-40秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一转速包括不断增大的转速，第二转速包括不断减小的转速，第一转速增长速率和第二转速减少速率分别表征所述第一转速增长和所述第二转速减少的快慢。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一转速包括使所述坩埚以第一固定增长速率从0rpm
提高至第一预定转速，所述第二转速包括使所述坩埚以第二固定减小速率从所述第一预定转速降至0rpm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一固定增长速率为1.5-96rpm/min；所述第二固定减小速率为1.5-96rpm/min。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一转速增长速率和所述第二转速减少速率相同。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一转速和第二转速为周期性函数y ＝A+f(T，t)，其中，f是时间t的周期函数，A是常数，T是函数的周期，所述f(T，t)的函数为：
或f(T ,t)＝A 2sin(2πt/T)
其中，A 1、A 2为常数，n＝1,2,3,4…………。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，A＝0～8rpm，T＝10～80秒，A≥A 1/4，A≥A 2。
权 利 要 求 书1/1页CN 109576785 A
调节单晶硅生长过程中氧含量的方法
技术领域
[0001]本发明属于单晶硅领域，具体而言，本发明涉及调节单晶硅生长过程中氧含量的方法。
背景技术
[0002]石英在高温情况下会与硅熔汤反应(SiO2+Si→2SiO)，给晶棒提供了一定浓度的氧。拉晶开始时，熔汤与石英坩埚接触面积大，氧进入晶棒多，晶棒头部氧含量高，反之，晶棒尾部氧含量低。过高的氧含量会引入过多的二次缺陷，但具有一定的氧含量，能使硅片结合器件工艺，形成内吸杂，吸除金属杂质；氧杂质还能钉扎位错，提高硅片机械强度。因此降低晶棒头部氧含量，提高尾部氧含量，使得整根晶棒氧含量处在一定范围内是行业普遍追求的。一般情况下，通过添加磁场，阻止氧进入晶棒达到降低头部氧含量的目的，然后采用增加坩埚转速，增加了熔汤和坩埚的剪应力(shear stress)，使得石英坩埚释出较多的氧，进而增加尾部的氧含量。但是该方法会严重影响硅熔汤温度分布、且使得氧沿着晶棒径向的均匀性(radial uniformity)变差，对单晶的稳定生长产生不利影响。
[0003]因此，增加单晶尾部氧含量的工艺有待进一步研究改进。
发明内容
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提
出一种调节单晶硅生长过程中氧含量的方法，采用该方法在熔汤减少后，使得石英坩埚中的氧在熔汤中的溶解量增加，从而达到增加晶棒尾部氧含量的目的。[0005]根据本发明的一个方面，本发明提出了调节单晶硅生长过程中氧含量的方法，根据本发明的实施例，当晶棒生长至总长度的50-70％后，使得坩埚以第一转速和第二转速交替进行旋转。由此通过间隔切换坩埚的转速，可以间歇性地改变坩埚相对硅溶汤的旋转速度或者旋转方向，进而增加硅溶汤与石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中氧溶解到硅溶汤中，从而增加硅晶棒尾部的氧含量。
[0006]另外，根据本发明上述实施例的调节单晶硅生长过程中氧含量的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0007]在本发明的一些实施例中，所述第一转速为匀速，第二转速为匀速，第二转速的速率小于第一转速。
[0008]在本发明的一些实施例中，所述第一转速为4-8rpm，第二转速为0-4rpm。[0009]在本发明的一些实施例中，每次以所述第一转速旋转的时间为5-40秒，以所述第二转速旋转的时间为5-40秒。
[0010]在本发明的一些实施例中，所述第一转速包括不断增大的转速，第二转速包括不断减小的转速。第一转速增长速率和第二转速减少速率分别表征所述第一转速增长和所述第二转速减少的快慢。
[0011]在本发明的一些实施例中，所述第一转速包括使所述坩埚以第一固定增长速率从
0rpm提高至第一预定转速，所述第二转速包括使所述坩埚以第二固定减小速率从所述第一预定转速降至0rpm。
[0012]在本发明的一些实施例中，所述第一固定增长速率为1.5-96rpm/min；所述第二固定减小速率为1.5-96rpm/min。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述第一转速增长速率和所述第二转速减少速率相同。
[0014]在本发明的一些实施例中，所述第一转速和第二转速为周期性函数y＝A+f(T，t)，其中，f是时间t的周期函数，A是常数，T是函数的周期，y是转速，所述f(T，t)的函数为：
[0015]或f(T,t)＝A2sin(2πt/T)
[0016]其中，A1、A2为常数，n＝1,2,3,4…………。
[0017]在本发明的一些实施例中，其中，A＝0～8rpm，T＝10～80秒，A≥A1/4，A≥A2。[0018]在本发明的一些实施例中，所述第一转速包括使所述坩埚以具有第一函数的增长速率从0rpm提高至第二预定转速，所述第二转速包括使所述坩埚以具有第二函数的减小速率从所述第二预定转速降至0rpm。
[0019]在本发明的一些实施例中，所述第一和第二函数为正弦波函数y＝A∣sinωx∣；其中：A＝1-8，ω＝π/5-π/40。
附图说明
[0020]图1显示了坩埚与硅溶汤相对运动方向示意图。
[0021]图2是根据本发明一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0022]图3是根据本发明另一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0023]图4是根据本发明另一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0024]图5是根据本发明另一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0025]图6是根据本发明另一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0026]图7是根据本发明另一个实施例的坩埚旋转速的变化图。
[0027]图8是根据本发明实施例的硅晶棒中氧含量测试结果对比图。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标
号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0029]根据本发明的一个方面，本发明提出了调节单晶硅生长过程中氧含量的方法，根据本发明的实施例，当晶棒生长至总长度的50-70％后，使得坩埚以第一转速和第二转速交替进行旋转。
[0030]由于随着晶棒拉制时间的增加，硅熔汤和石英坩埚接触面积变小，氧含量降低。为了有效提高单晶硅尾部氧含量。为此，本发明通过在单晶硅开始生长尾部时，使得坩埚以第
一转速和第二转速交替进行旋转，进而通过间隔切换坩埚的转速，可以间歇性地改变坩埚相对硅溶汤的旋转速度或者旋转方向，进而增加硅溶汤与石英坩埚的剪应力，加快石英坩埚中氧溶解到硅溶汤中，从而有效弥补了由于硅熔汤量减少导致的石英坩埚中氧溶解减少的量，使得单晶硅整体长度的氧含量趋于一致。其中，第一转速与第二转速不相同，由此可以达到间隔切换坩埚的转速的目的。
[0031]根据本发明的具体实施例，所述第一转速为匀速，第二转速为匀速，第二转速的速率小于第一转速。如图1所示(图中的箭头分别表示坩埚和硅溶汤的相对运动方向)，在第一转换速度时，熔体和坩埚是相对静止的，都是逆时针转动，当突然变为第二转速，速率下降，甚至为0，此时周围瞬间与坩埚变为相对运动，变为顺时针转动，而中间的熔体依旧在顺时针运动。这样第一和第二转速交叉进行，增加了熔汤和石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中氧溶解到硅溶汤中。
[0032]根据本发明的一个具体实施例，上述第一转速可以为匀速，第二转速为0。即使得当坩埚首先以第一转速匀速旋转预定时间，再停止旋转预定时间，然后继续以第一转速匀速旋转预定时间。该方法可以保持坩埚内整体对流不发生变化，不影响晶体生长状态。而通过在单晶硅生长的后半程阶段性的停顿可以使得在坩埚和硅熔汤接触界面形成小范围的逆向流动，增加硅熔汤和石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中的氧溶解到硅熔汤中，从而增加硅晶棒尾部的氧含量，有效缩小单晶硅整体长度的氧含量的范围。具体地，通过使得坩埚以上述旋转方式进行旋转，在不改变硅熔汤热对流和温度分布的前提下，可以使得单晶硅晶棒的尾部氧含量较常规情况相比提高15％，显著提高了制备单晶硅的成品率。
[0033]根据本发明的具体实施例，上述第一转速具体可以为4-8rpm，第二转速为具体可以为0-4rpm。当第二转速为0rpm时，即为前面实施例描述的情况，即使得当坩埚首先以第一转速匀速旋转预定时间，再停止旋转预定时间，然后继续以第一转速匀速旋转预定时间。根据本发明的具体实施例，第一转速具体可以为4-8rpm，例如可以为4rpm、5rpm、6rpm、7rpm或8rpm。第二转速为具体可以为0-4rpm，例如具体可以为0rpm、1rpm、2rpm、3rpm或4rpm。[0034]根据本发明的具体实施例，如图2所示，优选地，第一转速可以为5rpm，第二转速为0rpm。即首先使坩埚以5rpm的转速旋转预定时间，然后停顿相同时间。由此在停顿的过程中，硅溶汤由于惯性仍在转动，进而与已经停止转动坩埚发生相对逆向运动，可以有效增加硅熔汤和石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中的氧溶解到硅熔汤中，从而增加硅晶棒的氧含量。其次，停顿预定时间的坩埚再次以5rpm的转速开始旋转，此时硅熔汤流动速度已经降至低于5r
pm，由此，二者又会再次发生相对逆向运动，再次增加硅熔汤和石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中的氧溶解到硅熔汤中，从而增加硅晶棒的氧含量。因此，通过使得坩埚以第一转速和第二转速交替进行旋转，可以间歇性地改变坩埚与硅溶汤相对旋转速度和旋转方向，进而有效增加硅溶汤与石英坩埚的摩擦，加快石英坩埚中氧溶解到硅溶汤中，从而有效弥补了由于硅熔汤量减少导致的石英坩埚中氧溶解减少的量。
[0035]根据本发明的具体实施例，每次以所述第一转速旋转的时间为5-40秒。具体地可以为5秒、6秒、7秒、8秒、9秒、10秒、11秒、12秒、13秒、14秒、15秒、16秒、17秒、18秒、19秒、20秒、21秒、22秒、23秒、24秒、25秒、26秒、27秒、28秒、29秒、30秒、31秒、32秒、33秒、34秒、35秒、36秒、37秒、38秒、39秒或40秒。根据本发明的具体实施例，每次以第二转速旋转的时间为5-40秒。具体地可以为5秒、6秒、7秒、8秒、9秒、10秒、11秒、12秒、13秒、14秒、15秒、16秒、
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