制造硅單晶的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及制造硅單晶的方法，該方法包括：感應(yīng)加熱硅板；使所述硅板上的顆粒狀硅熔化；將熔化的硅經(jīng)由位于所述板的中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結(jié)晶；在感應(yīng)加熱所述板之前感應(yīng)加熱硅環(huán)，其中所述環(huán)位于所述板上，并且所述環(huán)的電阻率低于所述板；及使所述環(huán)熔化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】制造硅單晶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造硅單晶的方法，其包括如下步驟:感應(yīng)加熱硅板；使硅板上的顆粒狀硅熔化；將熔化的硅經(jīng)由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結(jié)晶。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在DE102009051010A1中描述了此類(lèi)方法，下面縮寫(xiě)為GFZ法。其是改變的區(qū)域提拉法(浮區(qū)法，F(xiàn)Z法)，與區(qū)域提拉法相比具有一些特別的區(qū)別。在GFZ法中熔化并結(jié)晶成為硅單晶的材料是顆粒狀多晶硅，因此稱(chēng)為顆粒，而在FZ法中使用多晶硅料棒。為了熔化顆粒狀硅并調(diào)節(jié)單晶的結(jié)晶，分別使用單獨(dú)的感應(yīng)加熱線圈，而在FZ法中針對(duì)這兩個(gè)目的使用一個(gè)共同的感應(yīng)加熱線圈。只有在GFZ法中通常使用板，在其上使顆粒熔化，并以熔化狀態(tài)經(jīng)由位于板中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結(jié)晶。
[0003]在GFZ法的初始階段，仍舊阻塞的流出管部分地從下方熔化，從而使小體積的熔化的硅形成熔體液滴。熔化阻塞的流出管所需的能量由設(shè)置在板下方的感應(yīng)加熱線圈，提拉線圈，以感應(yīng)方式輸送。種晶從下方接觸熔體液滴，又降低。在種晶與熔體液滴接觸時(shí)形成的相界面處，在消除位錯(cuò)的階段之后使硅單晶結(jié)晶。生長(zhǎng)單晶所需的硅最初僅通過(guò)熔化流出管的阻塞部分進(jìn)行供應(yīng)，隨后基本上通過(guò)熔化板上的顆粒及通過(guò)將所產(chǎn)生的熔體經(jīng)由現(xiàn)在暢通的流出管送至相界面進(jìn)行供應(yīng)。熔化顆粒所需的能量由設(shè)置在板上方的感應(yīng)加熱線圈，熔融線圈，以感應(yīng)方式輸送至板和位于其上的顆粒。
[0004]硅是一種半導(dǎo)體，其在室溫下幾乎不導(dǎo)電。因此，只有在比較高的溫度下才能有效地以感應(yīng)方式加熱硅。在DE4416543A1中與FZ法相關(guān)地建議，利用基座(感應(yīng)元件)將硅預(yù)先加熱至使硅的導(dǎo)電性明顯大于室溫下的導(dǎo)電性的溫度，從而促進(jìn)硅與感應(yīng)加熱線圈的感應(yīng)耦合。
[0005]對(duì)于GFZ法無(wú)法使用此類(lèi)感應(yīng)元件，這是因?yàn)樵摳袘?yīng)元件的存在將會(huì)干擾單晶的結(jié)晶。
[0006]可以通過(guò)用p型或n型的電活性摻雜劑對(duì)硅進(jìn)行摻雜，提高硅在室溫下的導(dǎo)電性。合適的摻雜劑的例子特別是硼(P型)和磷(n型)。
[0007]因此，所述板即使在室溫下也可以通過(guò)感應(yīng)方式進(jìn)行加熱，條件是其具有相應(yīng)的高濃度的摻雜劑。
[0008]其缺點(diǎn)在于，板中所含的摻雜劑在單晶生長(zhǎng)期間會(huì)不受控制地由板進(jìn)入單晶中。然而，通常期望單晶和由此制造的半導(dǎo)體晶片具有符合預(yù)定的規(guī)范并且不會(huì)由于不受控制的影響而改變的摻雜劑濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種克服所述缺點(diǎn)的GFZ法。
[0010]本發(fā)明涉及制造硅單晶的方法，其包括:
[0011]感應(yīng)加熱硅板；[0012]使硅板上的顆粒狀硅熔化；及
[0013]將熔化的娃經(jīng)由位于所述板的中心的流出管(Ablaufrohr)送至相界面,在該相界面處使硅單晶結(jié)晶，其特征在于
[0014]在感應(yīng)加熱所述板之前感應(yīng)加熱硅環(huán)，其中所述環(huán)位于所述板上，并且所述環(huán)的電阻率低于所述板 '及
[0015]使所述環(huán)熔化。
[0016]電導(dǎo)性環(huán)即使在室溫下也可以與感應(yīng)加熱線圈耦合。一部分在所述環(huán)中產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)輸送至所述板，從而使所述板迅速達(dá)到能夠與感應(yīng)加熱線圈有效地耦合的溫度。所述環(huán)最后完全熔化，并以熔化狀態(tài)連同其中所含的摻雜劑經(jīng)由流出管送至生長(zhǎng)的單晶，最后作為單晶的比較小的成分結(jié)晶。在所述環(huán)中所含的摻雜劑與此相關(guān)，無(wú)法進(jìn)入單晶的主要部分，該部分是通過(guò)使顆粒熔化并在相界面處使熔化的顆粒結(jié)晶形成的。 [0017]所述板不包含任何電活性摻雜劑，或者比較少地進(jìn)行摻雜。所述環(huán)的電阻率優(yōu)選比所述板的電阻率小至少(不少于)90%。特別優(yōu)選地，所述環(huán)的電阻率不大于80mQ cm，所述板的電阻率不小于I Q cm。
[0018]所述環(huán)的尺寸小于所述板。所述環(huán)的外徑長(zhǎng)度優(yōu)選比所述板的外徑長(zhǎng)度小至少(不少于)40%。所述環(huán)的內(nèi)徑長(zhǎng)度優(yōu)選對(duì)應(yīng)于所述板的流出管的內(nèi)徑長(zhǎng)度。所述環(huán)的厚度優(yōu)選比所述板的厚度小至少(不少于)80%。
[0019]所述環(huán)優(yōu)選切割自根據(jù)GFZ法或FZ法制造的單晶。所述板同樣優(yōu)選切割自根據(jù)GFZ法或FZ法制造的單晶。
[0020]下面依照附圖闡述本發(fā)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1和2所示為適合于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置特征的布置方式。
【具體實(shí)施方式】
[0022]除了例如由DE102009051010A1所公開(kāi)的內(nèi)容，還顯示了位于板I上的環(huán)5，其借助設(shè)置在板I上方的上部感應(yīng)加熱線圈2進(jìn)行感應(yīng)加熱。還顯示了在板I的流出管4的下端借助下部感應(yīng)加熱線圈3產(chǎn)生熔體液滴之前的時(shí)刻。
[0023]實(shí)施例和比較例
[0024]根據(jù)本發(fā)明使用具有圖1中所示的特征的裝置制造硅單晶。
[0025]娃環(huán)位于外徑為150mm且厚度為7mm的娃板上。所述環(huán)的外徑為75mm,內(nèi)徑為35mm,環(huán)的厚度為0.7mm。所述環(huán)摻雜有電活性摻雜劑，電阻率為20mQ cm。所述板的電阻率為60 Q cm。
[0026]首先借助上部感應(yīng)加熱線圈加熱高度摻雜的環(huán)，熱量從加熱的環(huán)傳導(dǎo)至位于其下的板。在所述板達(dá)到約600°C的溫度之后，所述板可以在幾分鐘內(nèi)直接感應(yīng)加熱至硅的熔化溫度范圍內(nèi)的溫度，并實(shí)施GFZ法。
[0027]為了比較，在不使用所述環(huán)的情況下利用電阻率為30m Q cm的高度摻雜的板實(shí)施GFZ 法。
[0028]所制的單晶的電阻率的軸向分布的研究表明，根據(jù)本發(fā)明制造的單晶顯示出明顯更均勻的分布， 其更接近指定的電阻。
【權(quán)利要求】
1.制造硅單晶的方法，該方法包括: 感應(yīng)加熱硅板； 使所述硅板上的顆粒狀硅熔化；及 將熔化的硅經(jīng)由位于所述板的中心的流出管送至相界面，在此使硅單晶結(jié)晶，其特征在于 在感應(yīng)加熱所述板之前感應(yīng)加熱硅環(huán)，其中所述環(huán)位于所述板上，并且所述環(huán)的電阻率低于所述板 '及使所述環(huán)熔化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述環(huán)的電阻率不大于80mQ cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述板的電阻率不小于IQ cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，所述環(huán)的外徑小于所述板的外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述環(huán)的內(nèi)徑與所述流出管的內(nèi)徑相坐寸o
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法`，其特征在于，所述環(huán)的厚度小于所述板的厚度。
【文檔編號(hào)】C30B13/20GK103668435SQ201310398585
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月4日
【發(fā)明者】J·洛布邁爾, G·布倫寧格, W·施泰因 申請(qǐng)人:硅電子股份公司