晶錠生長設(shè)備和制造晶錠的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種晶錠生長設(shè)備，所述晶錠生長裝置包括：含有硅熔體的坩堝；提拉裝置，所述提拉裝置提拉從所述硅熔體生長的硅單晶晶錠；以及摻雜劑供給單元，所述摻雜劑供給單元與所述提拉裝置相鄰布置，并且用于在所述晶錠的生長期間供給摻雜劑?？梢酝ㄟ^所述摻雜劑供給單元以高于晶錠的濃度的濃度摻雜頸部。因此，可以降低位錯(cuò)的傳播速度，并且可以縮短傳播長度。
【專利說明】晶錠生長設(shè)備和制造晶錠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶錠生長設(shè)備和一種制造晶錠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，用于裝配半導(dǎo)體裝置的晶片的制造工藝可以包括:切開硅單晶晶錠的切割工藝；使已切開的晶片倒圓的磨邊工藝；使由于切割工藝而產(chǎn)生的晶片的粗糙表面平面化的研磨工藝；除去各種污染物(包括在磨邊工藝或研磨工藝期間附著至晶片的表面的顆粒)的清潔工藝；用于確定適用于后處理的形狀和表面的磨面工藝；以及用于晶片邊緣的邊拋光工藝。
[0003]可以通過丘克拉斯基(CZ)法或者浮區(qū)(FZ)法來生長硅單晶晶錠。通常，通過使用丘克拉斯基法來生長硅單晶晶錠，該方法可以制造大直徑的硅單晶晶錠，并具有低加工成本。 [0004]丘克拉斯基法可通過將晶種浸潰在硅熔體中并且以較低的速度提拉該晶種來進(jìn)行。
[0005]低溫下的晶種與高溫硅熔體相接觸以由此產(chǎn)生熱沖擊。由于該熱沖擊因此在硅單晶晶錠中可能產(chǎn)生剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)力在硅單晶晶錠中產(chǎn)生位錯(cuò)。通過頸部形成工藝可以移除由于熱沖擊產(chǎn)生的位錯(cuò)。
[0006]典型的頸部形成工藝是通過減小該頸部的直徑以及增加高于位錯(cuò)的傳播速度的晶體生長速率來降低剪應(yīng)力以除去位錯(cuò)的技術(shù)，該技術(shù)是Dash在20世紀(jì)50年代提出的。迄今為止，公開的頸部形成工藝技術(shù)是這樣的進(jìn)行的:使得頸部的直徑頸部為5_或少于5mm,以及晶體生長速率為3mm/min或大于3mm/min。然而，由于隨著頸部的直徑的增大，產(chǎn)生的剪應(yīng)力增大，因此位錯(cuò)的傳播速度更加增大，并且因此，難以通過簡單地增加該頸部的晶體生長速率而除去在直徑為5_或大于5_的頸部中的位錯(cuò)。通過一般的頸部形成工藝能夠控制位錯(cuò)的直徑的極限已知為5mm或小于5mm。
[0007]但是，據(jù)估計(jì)，450_晶體的重量在將來可達(dá)到約I噸，而利用形成直徑約為5_的頸部的現(xiàn)有工藝不可能支撐450_晶體的較重重量(>500千克)。
[0008]也就是說，由于預(yù)期到在將來當(dāng)生長較大直徑的單晶時(shí)，重量可能會接近I噸，因此需要一種用于形成具有直徑能夠支撐較重重量的頸部的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]【技術(shù)問題】
[0010]實(shí)施例提供了一種生廣聞質(zhì)量娃晶淀的方法。
[0011]【技術(shù)方案】
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，一種晶錠生長設(shè)備包括:含有硅熔體的坩堝；提拉裝置，所述提拉裝置提拉從所述硅熔體生長的硅單晶晶錠；以及摻雜劑供給單元，所述摻雜劑供給單元與所述提拉裝置相鄰布置，并且用于在所述晶錠的生長期間供給摻雜劑。[0013]在另一實(shí)施例中，一種制造晶錠的方法包括:制備硅熔體；從所述硅熔體形成頸部；以及從所述硅熔體生長晶錠，其中，在所述頸部的形成中提供摻雜劑。
[0014]【有益效果】
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的晶錠生長設(shè)備包括將摻雜劑供給至頸部的摻雜劑供給單元?？梢酝ㄟ^該摻雜劑供給單元以高于晶錠的濃度的濃度摻雜該頸部。因此，可以降低位錯(cuò)的傳播速度，并且可以縮短傳播長度。也就是說，由于可以快速地控制缺陷并且可以控制位錯(cuò)的傳播，因此可以確保具有較大直徑的頸部。由于頸部的直徑變大，可以增加通過頸部能夠支撐的晶錠的重量。也就是說，可以支撐較重重量的晶錠。因此，可以制造高質(zhì)量較大直徑的晶片。[0016]同樣，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的晶錠的制造方法通過增加頸部的直徑而可以支撐較大尺寸的較重重量的晶錠。也就是說，該方法可以防止工藝的失敗，并且可以改進(jìn)工藝出品率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的晶錠制造設(shè)備的剖面圖；
[0018]圖2為示出了根據(jù)該實(shí)施例的被包括在晶錠制造設(shè)備中的摻雜劑供給單元的立體圖；
[0019]圖3為示出了根據(jù)該實(shí)施例的通過晶錠制造設(shè)備制造的晶錠的立體圖；
[0020]圖4為根據(jù)摻雜濃度分析位錯(cuò)的傳播長度的結(jié)果；
[0021]圖5為根據(jù)摻雜濃度不出頸部的長度的圖不；
[0022]圖6為示出了當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，根據(jù)晶錠的尺寸的頸部的長度的圖示；
[0023]圖7為示出了當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，根據(jù)晶錠的尺寸的頸部的長度的圖示；
[0024]圖8為用于說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造晶錠的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在實(shí)施例的描述中，將要理解的是，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在另一個(gè)層(或膜)、區(qū)域、墊或圖案的“上面/上方”或“下面/下方”時(shí)，其可能是直接在另一個(gè)層或基板上，或也可能存在中間層。另外，關(guān)于各個(gè)層的“上面/上方”或“下面/下方”的參照將在附圖的基礎(chǔ)上作出。
[0026]在附圖中，為了便于描述和清晰性，可能對各個(gè)層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)的厚度或尺寸進(jìn)行了修改，其并沒有完全反映真實(shí)尺寸。
[0027]以下，將參照附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0028]圖1至圖7中詳細(xì)地描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的硅單晶晶錠的制造設(shè)備。圖1為示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的晶錠制造設(shè)備的剖面圖。圖2為示出了根據(jù)該實(shí)施例的被包括在晶錠制造設(shè)備中的摻雜劑供給單元的立體圖。圖3為示出了根據(jù)該實(shí)施例的通過晶錠制造設(shè)備制造的晶錠的立體圖。圖4為根據(jù)摻雜濃度分析位錯(cuò)的傳播長度的結(jié)果。圖5為根據(jù)摻雜濃度示出頸部的長度的圖示。圖6為示出了當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，根據(jù)晶錠的尺寸頸部的長度的圖示。圖7為示出了當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，根據(jù)晶錠的尺寸頸部的長度的圖示。
[0029]參照圖1，根據(jù)該實(shí)施例的硅單晶晶錠的制造設(shè)備可以是用于在制造硅晶片的方法中的丘克拉斯基(CZ)法的制造設(shè)備。[0030]根據(jù)該實(shí)施例的硅單晶晶錠的制造設(shè)備包括腔室10、能夠含有硅熔體SM的石英坩堝20、坩堝支架22、坩堝轉(zhuǎn)動軸24、提拉晶錠的提拉裝置30、夾持晶種S的晶種夾具32、摻雜劑供給單元50、屏蔽熱的熱屏蔽件40、電阻加熱器70、絕緣體(insulator) 80以及磁場發(fā)生設(shè)備90。
[0031]以下將更加詳細(xì)地描述前述特征。
[0032]如圖1所示，石英坩堝20被安裝在腔室10內(nèi)，并且可安裝支撐石英坩堝20的坩堝支架22。所述石英坩堝20中含有硅熔體SM。石英坩堝20可包括石英，坩堝支架22可包括石墨。
[0033]石英坩堝20通過坩堝轉(zhuǎn)動軸24可以順時(shí)針方向或反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。使晶種S附著至其上并且用于提拉晶種S的提拉裝置30被定位于石英坩堝20的上部，并且提拉裝置30可以以與坩堝轉(zhuǎn)動軸24的轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動。
[0034]提拉裝置30可包括晶種夾具32。晶種夾具32可以夾持晶種S。
[0035]附著至晶種夾具32上的晶種S被浸潰在硅熔體SM中，并且隨后提拉裝置30被提拉并且被轉(zhuǎn)動以使硅單晶生長。因此，可以制造硅單晶晶錠。
[0036]具體地講，晶錠生長工藝可包括:頸部N形成操作，生長具有細(xì)長形狀的單晶(即頸部N);放肩形成操作，使該頸部N的直徑增大直至目標(biāo)直徑；體生長操作，使硅單晶晶錠I在軸向方向生長同時(shí)維持目標(biāo)直徑；以及收尾操作，使硅單晶晶錠I與硅熔體SM分離。通過切開由前述生產(chǎn)工藝得到的硅單晶晶錠I可制造該晶片。
[0037]在該晶錠生長設(shè)備中可提供有將摻雜劑供給至硅熔體SM的摻雜劑供給單元50。在晶錠I的生長期間，通過摻雜劑供應(yīng)單元50可將摻雜劑引入到晶錠I。因此，可以調(diào)整由晶錠I制造的晶片的電性能。摻雜劑可以根據(jù)制造的晶片的類型而變動。例如，當(dāng)晶片為N型時(shí)，摻雜劑可為磷(P)。對于另一個(gè)實(shí)例，當(dāng)晶片為P型時(shí)，摻雜劑可為硼(B)。
[0038]摻雜劑供給單元50可將摻`雜劑D供給至首先從晶種S生長的頸部N。也就是說，通過摻雜劑供給單元50進(jìn)行的摻雜劑的供給可被用在頸部形成操作中。
[0039]摻雜劑供給單元50可與提拉裝置30相鄰定位。具體地講，摻雜劑供給單元50可與晶種夾具32相鄰定位。更特別地講，摻雜劑供給單元50可環(huán)繞晶種S定位。
[0040]參照圖1和圖2，摻雜劑供給單元50可以包括外壁52和容納部54。外壁52可圍繞晶種S。容納部54可以以預(yù)定的角度從外壁52延伸內(nèi)部。此外，容納部54可容納有摻雜劑D。也就是說，摻雜劑D可以直接裝載在容納部54上。容納部54可以相對外壁52傾斜。因此，容納部54可以通過使熔融摻雜劑D的擴(kuò)散最小而將摻雜劑D提供到頸部N。
[0041]容納部54包括通孔53，并且頸部N可穿透通孔53。由于，頸部N的直徑通過其可以被增大，因此可以支撐較大尺寸較重重量的晶錠。
[0042]然而，本實(shí)施例不限于此，并且摻雜劑供給單元50可具有晶片形狀。也就是說，摻雜劑供給單元50可以是摻雜劑晶片。
[0043]摻雜劑供給單元50可被固定到提拉裝置30。具體地講，摻雜劑供給單元50可以被固定到晶種夾具32。因此，提拉裝置30被提升，并且因此摻雜劑供給單元50可被一起提升。也就是說，這可以防止摻雜劑供給單元50在晶錠的生長期間提供摻雜劑D。
[0044]摻雜劑供給單元50可提供具有濃度高于在硅熔體SM中的摻雜劑的濃度的摻雜劑D。具體地，摻雜劑供給單元50可以提供濃度為I X IO16原子/cm3至I X IO19原子/cm3的摻雜劑D。更具體地，摻雜劑供給單元50可以提供具有I X IO17原子/cm3至I X IO18原子/cm3的濃度范圍中的摻雜劑D。當(dāng)摻雜劑供給單元50提供濃度大于I X IO19原子/cm3的摻雜劑時(shí)，由于晶格失配可能產(chǎn)生在晶體生長方向中的傳播的位錯(cuò)。
[0045]通過摻雜劑供給單元50可以以高于晶錠I的濃度的濃度摻雜頸部N。因此，可以降低位錯(cuò)的傳播速度，并且可以縮短傳播長度。因此，可以確保具有較大直徑d的頸部N。具體地，參考圖3，可以提供直徑為5mm或大于5mm的頸部。由于頸部N的直徑d增加，因此通過頸部N支撐的晶錠I的重量可以增加。也就是說，可以支撐較重重量的晶錠。
[0046]參照圖4，可以理解的是，當(dāng)頸部N的摻雜濃度較低時(shí)，位錯(cuò)的傳播長度非常長，為85mm和95mm。此外，可以理解的是，當(dāng)頸部N的摻雜濃度較低時(shí)，在位錯(cuò)受控的點(diǎn)處的頸N的直徑d較小，分別為4.55mm和4.78mm。與此相反，可以理解的是，當(dāng)頸部N的摻雜濃度較高時(shí)，與低摻雜濃度的位錯(cuò)的傳播長度相比，位錯(cuò)的傳播長度變得非常短，為52mm和45mm。同樣，當(dāng)頸部N的摻雜濃度較高時(shí)，可以理解的是，與低摻雜濃度的頸N的直徑相比，在位錯(cuò)受控的點(diǎn)處的頸N的直徑d變得非常大，分別為6.28mm和7.29mm。在本文中，較高摻雜濃度是指在頸部N中通過摻雜劑供給單元50被提供具有濃度范圍為I X IO17原子/cm3至1X 1O18原子/cm3的摻雜劑D的情況。
[0047]參照圖5，當(dāng)P++硼被摻雜時(shí)，在位錯(cuò)受控的點(diǎn)處的頸部N的長度被測定為50mm或小于50mm。相反，當(dāng)P-硼被摻雜時(shí)，在位錯(cuò)受控的點(diǎn)處的頸部N的長度被測定為60mm或大于60_。也就是說，可以理解的是，摻雜水平越高，可越快控制缺陷。
[0048]參照圖6和圖7中，還可以理解的是，當(dāng)與較低摻雜水平的情況相比，摻雜水平較高時(shí)，根據(jù)晶錠的尺寸，在位錯(cuò)受控的點(diǎn)處的頸部N的長度變短。
[0049]因此，當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，可以快速地控制缺陷并且可以控制位錯(cuò)的傳播，并且因此，可以生長具有增加的直徑d的頸部N，并且通過該頸部N可以支撐較重重量的晶錠。因此，可以制備高質(zhì)量較大直徑的晶片。
[0050]接下來，用于將熱施加至石英坩堝20的電阻加熱器70可與坩堝支架22相鄰定位。絕緣體80可被定位在電阻加熱器70之外。電阻加熱器70供給使多晶硅熔化所需的熱以制成硅熔體SM并且在制造工藝中連續(xù)地向硅熔體SM供給熱。
[0051]同時(shí)，包含在石英坩堝20中硅熔體SM處于較高的溫度，并且因此，熱可從硅熔體SM的界面消散。此時(shí)，當(dāng)大量的熱量消散時(shí)，可能難以維持用于硅單晶晶錠生長所需的硅熔體SM的合適的溫度。因此，必須最小化從界面消散的熱，并且消散的熱必須不能被轉(zhuǎn)移到硅單晶晶錠的上部。為此，安裝熱屏蔽件40，從而硅熔體SM和硅熔體SM的界面都維持在高溫環(huán)境下。
[0052]熱屏蔽件40可具有各種形狀，從而允許在合適狀態(tài)下通過維持熱環(huán)境而進(jìn)行穩(wěn)定的晶體生長。例如，熱屏蔽件40可具有中空筒狀，從而環(huán)繞硅單晶晶錠I。熱屏蔽件40的實(shí)例可為石墨、石墨氈或鑰。
[0053]磁場發(fā)生設(shè)備90通過對硅熔體SM施加磁場能夠控制硅熔體SM的對流，該磁場發(fā)生設(shè)備90被定位在腔室10之外。該磁場發(fā)生設(shè)備90在垂直于硅單晶晶錠的晶體生長軸的方向中產(chǎn)生磁場(MF )，即，水平磁場。
[0054]以下，將參照圖8描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造晶錠的方法。與前述相同或相似的詳細(xì)描述將不再提供。圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的說明制造晶錠的方法的流程圖。[0055]參照圖8，根據(jù)該實(shí)施例的制造硅晶錠的方法包括:硅熔體制備操作ST100，頸形成操作ST200，以及晶錠生長操作ST300。
[0056]在硅熔體制備操作ST100中，可在安裝在腔室中的石英坩堝中制備硅熔體。
[0057]接下來，在頸部形成操作ST200中可從晶種形成具有細(xì)長形狀的單晶頸部。低溫下的該晶種與高溫硅熔體相接觸以由此產(chǎn)生熱沖擊。由于該熱沖擊，因此在單晶晶錠中可能產(chǎn)生剪應(yīng)力，并且該剪應(yīng)力在單晶中產(chǎn)生位錯(cuò)。通過頸部形成操作ST200可能除去由于熱沖擊產(chǎn)生的位錯(cuò)。
[0058]在頸部形成操作ST200中可提供摻雜劑?？商峁舛确秶鸀镮 X IO16原子/cm3至I X IO19原子/Cm3的高濃度的摻雜劑。因此，可提供使位錯(cuò)的傳播在其中被控制的頸部。此外，位錯(cuò)的傳播被控制，并且因此，頸部的直徑被增大。同時(shí)，頸部的直徑可為5mm或大于5mm。頸部的直徑被增大，并且因此，可以支撐大尺寸的較重重量的晶錠。也就是說，可以防止工藝的失敗并且可以改進(jìn)工藝出品率。
[0059]晶錠生長操作ST300可包括:放肩形成操作，使頸部的直徑增大至目標(biāo)直徑；以及體生長操作，使硅單晶晶錠在軸向方向生長同時(shí)維持目標(biāo)直徑。
[0060]前述實(shí)施例中的特征、結(jié)構(gòu)或效果被包括在至少一個(gè)實(shí)施例中，并且不僅限于一個(gè)實(shí)施例。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的改變。
[0061]盡管已參照本發(fā)明的多個(gè)示出的實(shí)施例描述了實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到落入本公開的精神和原理范圍內(nèi)的許多其他修改和實(shí)施例。更特別地，在本公開、本附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)組成部件和/或主體組合裝置的布置的各種變型和修改。除了組成部分和/或布置的變型和修改外，替代的用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯而易見的。
[0062]【工業(yè)應(yīng)用性】
[0063] 本實(shí)施例可被用于晶錠生長設(shè)備，并且因此具有工業(yè)應(yīng)用性。
【權(quán)利要求】
1.一種晶錠生長設(shè)備，包括: 含有硅熔體的坩堝； 提拉裝置，所述提拉裝置提拉從所述硅熔體生長的硅單晶晶錠；以及摻雜劑供給單元，所述摻雜劑供給單元與所述提拉裝置相鄰布置，并且用于在所述晶錠的生長期間供給摻雜劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述提拉裝置包括夾持晶種的晶種夾具，并且所述摻雜劑供給單元與所述晶種夾具組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元環(huán)繞所述晶種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元提供濃度高于所述硅熔體中的摻雜劑的濃度的摻雜劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元提供濃度范圍為I X IO16原子/cm3至I X IO19原子/cm3的摻雜劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元提供濃度范圍為I X IO17原子/cm3至I X IO18原子/cm3的摻雜劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元包括環(huán)繞所述晶種的外壁以及以預(yù)定的角度從所述外壁向內(nèi)部延伸的容納部，并且所述摻雜劑被容納在所述容納部中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述容納部包括通孔，頸部穿透所述通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶錠生長設(shè)備，其中，所述摻雜劑供給單元被固定至所述提拉裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶錠生長設(shè)備，其中，通過所述摻雜劑供給單元在所述晶錠中提供的摻雜劑為磷或硼。
11.一種制造晶錠的方法，所述方法包括: 制備硅熔體； 從所述硅熔體形成頸部；以及 從所述硅熔體生長晶錠， 其中，在所述頸部的形成中提供摻雜劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述摻雜劑的濃度在IXIO16原子/Cm3至I X IO19原子/cm3的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在形成所述頸部中形成的所述頸部的直徑為5mm或大于Smnin
【文檔編號】H01L21/02GK103732807SQ201280039532
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月12日
【發(fā)明者】安鎮(zhèn)佑, 金奉佑, 崔日洙, 金度延 申請人:Lg矽得榮株式會社