專利名稱：容許工藝條件變動(dòng)而制備無缺陷硅晶體的工藝的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及用于制造電子組件的半導(dǎo)體級(jí)單晶硅的制備。特別具體地說，本發(fā)明涉及一個(gè)生產(chǎn)單晶硅錠的工藝，其中該硅錠的恒定直徑部分的至少一段基本上缺少團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，其V/Go容許隨該段的長度而變動(dòng)，辦法是控制該段冷卻到團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷不會(huì)形成的溫度。
制造半導(dǎo)體電子組件的大多數(shù)工藝所用起始材料單晶硅，普通地是用所謂左克拉斯基(“CZ”)方法制備。在這個(gè)方法中，多晶硅(“polysilicon”)被裝進(jìn)坩鍋里熔化，籽晶拿來跟熔硅接觸，而后通過緩慢淬取來生長單晶。在晶頸的形成完成后，晶體的直徑通過減低拉制速率和/或熔體溫度而增大，直到達(dá)成預(yù)期直徑或目標(biāo)直徑。具有一近似恒定直徑的晶體圓柱形主體而后通過控制拉制速率和熔體溫度以補(bǔ)償漸減的熔體水平面而生長。在生長工藝的末尾但在熔硅在坩鍋里完卻之前，晶體直徑必須漸漸減少而形成一個(gè)尾晶錐。典型地，尾晶錐是通過增大晶體拉制速率和向坩鍋供給熱量而形成。當(dāng)直徑變成足夠小時(shí)，那么，晶體就從熔體分離開來。
在近些年里，我們已經(jīng)認(rèn)定隨著晶體固化后冷卻，在晶體生長艙里，許多缺陷在單晶硅里形成。這樣些缺陷部分地是由于在晶格里存在過量(即高于溶解度極限的濃度)的本征點(diǎn)缺陷，它們是空位和自填隙原子。從熔體生長的硅單晶典型地生長出來過量的這一種或那一種類型的點(diǎn)缺陷，或者是晶格空位(“V”)，或者是硅自填隙原子(“I”)。
空位型缺陷被認(rèn)定為這樣些可以觀察到的晶體缺陷如D-缺陷、流圖缺陷FPDS、柵氧化物整體GOI缺陷、晶體源粒子COP缺陷、晶體源光點(diǎn)缺陷CPDs以及某些等級(jí)和種類的體缺陷，它們是通過紅外光掃描技術(shù)如掃描紅外顯微照相和激光掃描層析而觀察到的。在過量空位區(qū)域還出現(xiàn)有起著環(huán)氧化導(dǎo)致的堆垛層錯(cuò)(OISF)核作用的缺陷。我們認(rèn)定這個(gè)特殊缺陷是由出現(xiàn)過量空位催化而成的一種高溫核化氧團(tuán)聚物。
有關(guān)自填隙原子的缺陷研究較差。它們一般被看成是低密度的填隙型位錯(cuò)環(huán)線或網(wǎng)絡(luò)，這樣些缺陷不是作為晶片性能重要標(biāo)準(zhǔn)的柵氧化物整體失效的緣由，但人們廣泛地認(rèn)為它們是通常跟當(dāng)前漏電問題相關(guān)聯(lián)的其它類型器件失效的原因。
我們相信硅內(nèi)這些點(diǎn)缺陷的類型和初始濃度取決于硅錠從固化溫度，即約1410℃，冷卻到大于約1300℃。那就是，這些缺陷的類型和初始濃度是由V/Go比控制的，這里V是生長速度而Go是在這個(gè)溫度范圍內(nèi)的平均軸向溫度梯度。參見

圖1，在V/Go值增大的時(shí)候，一個(gè)從漸減自填隙原子為主的生長到漸增空位為主的生長的躍遷或過渡在V/Go靠近臨界值的時(shí)候發(fā)生，這個(gè)臨界值，根據(jù)當(dāng)前已有信息，看來是約2.1×10-5cm2/sk，其中Go是在上面界定的溫度范圍之內(nèi)軸向溫度梯度恒定的諸條件下測定的。在這個(gè)臨界值，這些本征點(diǎn)缺陷的諸濃度是平衡的。然而，隨著V/Go值超過這個(gè)臨界值，空位的濃度增加。同樣，隨著V/Go降至這個(gè)臨界值以下，自填隙原子的濃度增加。如果空位或自填隙原子的濃度達(dá)到系統(tǒng)中臨界超飽和程度，且如果點(diǎn)缺陷的遷移率足夠高，一個(gè)反應(yīng)或一個(gè)團(tuán)聚現(xiàn)象就可能將發(fā)生。在傳統(tǒng)左克拉斯基型生長條件下，空位和自填隙原子團(tuán)聚缺陷的密度典型地是在約1×103/cm3到約1×107/cm3范圍之內(nèi)。一方面這些值是相對(duì)地低，一方面，這些團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷對(duì)器件制造廠家的重要性卻迅疾地在增長，且事實(shí)上現(xiàn)在被看成是制造復(fù)雜電路和高度集成電路中限制成品率的因素。
防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成可以通過控制生長速率V和平均軸向溫度梯度Go而達(dá)成，這樣V/Go比被保持在靠近V/Go臨界值的一個(gè)非常狹窄的范圍值之內(nèi)(見如圖1，一般以范圍X表示)，從而保證了自填隙原子或空位的初始濃度不超過在其發(fā)生團(tuán)聚的某臨界濃度。然而，如果單獨(dú)依靠V/Go的控制去防止形成團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，那就必須滿足嚴(yán)格工藝控制要求和晶體拉制器設(shè)計(jì)要求方能保持V/Go值在這個(gè)狹窄范圍之內(nèi)。
保持V/Go值在一個(gè)狹窄范圍之內(nèi)由于許多理由不是防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的商業(yè)性最實(shí)用途徑。例如，為了保持硅錠直徑恒定，我們時(shí)常在生長工藝過程期間變換拉制速率?？墒?，變換拉制速率產(chǎn)生V的種種變化從而影響V/Go使之在硅錠的全長度上軸向變動(dòng)。類似地，Go的變化也可以由于其它工藝參數(shù)方面的變化而發(fā)生。再者，我們應(yīng)該注意到由于熱區(qū)組件的老化或由于熱區(qū)的內(nèi)側(cè)例如變得被二氧化硅所被覆，Go時(shí)常隨著時(shí)間而變化。
V和Go的諸變化同樣引起一除非Go或V分別給予一種相應(yīng)的、補(bǔ)償?shù)母淖円籚/Go在“目標(biāo)”范圍(即限制本征點(diǎn)缺陷初始濃度以不發(fā)生團(tuán)聚的范圍)內(nèi)的種種變化。因此，如果給定的晶體拉制器要使用來生長一系列硅錠，該晶體拉制器的溫度分布必須連續(xù)地監(jiān)控且工藝條件必須反復(fù)地主要依據(jù)V或Go方面的變化而加以修正。這樣一個(gè)途徑是既耗時(shí)又昂貴的。
簡短地，因此，本發(fā)明涉及一種生長單晶硅錠的工藝，該硅錠具有一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾晶錐、一個(gè)在籽晶錐和尾晶錐之間的恒定直徑部分和一個(gè)包含恒定直徑部分的一部分且基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的錠段。該工藝包括(ⅰ)容許V/Go比作為錠段長度的函數(shù)隨著硅錠生長而變化，(V/Go)容許在一個(gè)最小值(V/Go)min和一個(gè)最大值(V/Go)max之間變化，其V是生長速度且Go是固化溫度和中心軸處約1300℃之間的平均軸向溫度梯度，(V/Go)min不大于(V/Go)max的95％；和(ⅱ)將錠段從固化溫度冷卻到約1050℃和約900℃之間的一個(gè)溫度，停留時(shí)間是tdw這足以防止在該段之內(nèi)團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及的是一個(gè)生長單晶硅錠的工藝，該單晶硅錠具有一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾晶錐、一個(gè)籽晶硅和端晶硅之間恒定直徑部分，該恒定直徑部分具有一個(gè)外周邊和一個(gè)從中心軸伸展到外周邊的半徑，該硅錠的特征在于在硅錠按照左克拉斯基方法從硅熔體生長并從固化溫度冷卻后，直徑恒定部分包含一個(gè)基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)。該工藝包括控制(ⅰ)在一個(gè)從固化溫度到約1300℃的溫度范圍內(nèi)生長硅錠恒定直徑部分期間的生長速度V和平均軸向溫度梯度Go和(ⅱ)軸向?qū)ΨQ區(qū)的冷卻速度，該軸向?qū)ΨQ區(qū)從一個(gè)約在1400℃和約1300℃之間的第一溫度T1被冷卻到在約1050℃和約800℃之間的第二溫度T2，其從T1到T2的溫降速率控制得在T1和T2之間的每個(gè)中間溫度Tint上，軸向?qū)ΨQ區(qū)具有的硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷濃度小于團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的臨界濃度；軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度，如從外周邊向中心軸方向測量是硅錠恒定直徑部分的寬度的至少約30％，其長度是硅錠恒定直徑部分長度的至少約20％。
本發(fā)明的其它目的和特征部分將自明、部分將在此之后指出。
附圖的簡短說明圖1表明自填隙原子[I]和空位[V]的初始濃度怎樣隨著V/Go比值的增大而變化，其V是生長速度，Go是平均軸向溫度梯度。
圖2如本文將進(jìn)一步所討論，是舉例說明作為溫度函數(shù)的平衡濃度和臨界濃度(即團(tuán)聚缺陷在其形成的濃度)。
圖3A如實(shí)例中所說明，表示作為晶體長度函數(shù)的規(guī)范化生長速率。
圖3B如實(shí)例中所說明，表示硅錠段軸向切割的一系列照片，從晶肩到尾晶錐生長開始處，這些照片是在銅染色和缺陷輪廓腐蝕之后獲得。
圖3C如實(shí)例中所說明表示硅錠段軸向切割的一系列照片，從籽晶錐到尾晶錐，這些照片是在銅染色和缺陷輪廓腐蝕之后獲得。
圖4是舉例說明自填隙原子本征點(diǎn)缺陷規(guī)范化濃度和規(guī)范化生長速度之間的關(guān)系。
圖5是舉例說明不同停留長度規(guī)范化生長速度和自填隙原子本征點(diǎn)缺陷的規(guī)范化濃度之間的關(guān)系。
圖6是舉例說明200mm晶體直徑對(duì)于不同臨界生長速度，生長速度的變化(與臨界生長速度相比)和為了避免團(tuán)聚缺陷形成所需的停留長度二者之間的關(guān)系。
圖7是舉例說明150mm晶體直徑對(duì)于不同臨界生長速度，生長速度的變化(與臨界生長速度相比)和為了避免團(tuán)聚缺陷形成所需的停留長度二者之間的關(guān)系。
圖8是舉例說明300mm晶體直徑對(duì)于不同臨界生長速度，生長速度的變化(與臨界生長速度相比)和為了避免團(tuán)聚缺陷形成所需停留長度二者之間的關(guān)系。
圖9是舉例說明不同直徑硅錠臨界停留長度和臨界生長速度之間的關(guān)系。
圖10是舉例說明在臨界溫度硅自填隙原子規(guī)范化濃度和Go實(shí)際值與Go臨界值比例二者之間的關(guān)系以及改變停留長度對(duì)它的影響，這是對(duì)150mm直徑單晶硅錠而言。
圖11是舉例說明在臨界溫度硅自填隙原子的規(guī)范化濃度和Go實(shí)際值與Go臨界值的比例二者之間的關(guān)系以及改變停留長度對(duì)它的影響，這是對(duì)200mm直徑單晶硅錠而言。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明按照本發(fā)明，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可在制備基本無缺陷的硅時(shí)使用控制的冷卻，以提供足夠的工藝控制靈活性或彈性，從而使得V/Go能在狹窄的目標(biāo)值范圍外側(cè)變換或“游移”，它們是現(xiàn)有技術(shù)為了避免團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成不得不加以運(yùn)用的。生長條件的控制之前，人們已經(jīng)報(bào)導(dǎo)在按照左克拉斯基方法制備單晶硅錠的生長期間，工藝條件能夠加以控制以使硅錠的恒定直徑部分包含一個(gè)區(qū)域或一段基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷(見例如PCT/US98/07356和PCT/US98/07304)如那里邊所公開揭示，生長條件，包括生長速度V、固化溫度和大于約1300℃的溫度之間平均軸向溫度梯度Go和從固化到約1050℃的冷卻速率被加以控制以促使形成一個(gè)基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)。
這些生長條件最好是控制得使這個(gè)軸向?qū)ΨQ區(qū)的體積相對(duì)于硅錠恒定直徑部分的體積為最大。當(dāng)硅自填隙原子是壓倒性主導(dǎo)型本征點(diǎn)缺陷時(shí)，軸向?qū)ΨQ區(qū)典型地具有一個(gè)等于硅錠半徑至少約30％的寬度，優(yōu)選的是至少約40％、60％、80％、90％和95％。類似地，當(dāng)空位是壓倒性主導(dǎo)型本征點(diǎn)缺陷時(shí)，軸向?qū)ΨQ區(qū)具有一個(gè)至少約15mm的寬度。然而，較優(yōu)選地是，這個(gè)區(qū)域具有一個(gè)等于硅錠半徑至少約7.5％的寬度，更優(yōu)選的是至少約15％、25％和50％。不管哪種本征點(diǎn)缺陷是壓倒性主導(dǎo)，最優(yōu)選的是該區(qū)的寬度是約等于該硅錠的半徑。再者。此軸向?qū)ΨQ區(qū)典型地伸展過該硅錠恒定直徑部分至少約20％的一個(gè)長度，更優(yōu)選地是至少約40％、60％、80％、90％和直至約100％。
如別處所描述(見例如PCT/US98/07356和PCT/US98/07304)，人們一般相信這樣一個(gè)軸向?qū)ΨQ區(qū)的形成是通過抑制硅自填隙原子或晶格空位本征點(diǎn)缺陷互相作用而產(chǎn)生團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的種種反應(yīng)去達(dá)成的。這種抑制的達(dá)成是通過在該硅錠的生長和冷卻期間控制此軸向?qū)ΨQ區(qū)的這些本征點(diǎn)缺陷濃度以保證此區(qū)域絕不變成臨界超飽和。建立一個(gè)由V/Go(r)控制-其Go是半徑的函數(shù)-的初始濃度并使之足夠低而臨界超飽和絕不產(chǎn)生，能夠防止臨界超飽和或本征點(diǎn)缺陷的團(tuán)聚。然而，這樣一個(gè)途徑或方案需要的是V/Go的實(shí)際值保持在一個(gè)非常接近V/Go臨界值的狹窄的目標(biāo)值范圍之內(nèi)。
如果V/Go(r)要保持在此目標(biāo)值范圍之內(nèi)，那就必須連續(xù)地滿足嚴(yán)格工藝控制要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樯踔罺或Go的小小變化就可以促使V/Go的實(shí)際值移動(dòng)到此范圍之外。以另一方式來加以敘述，那就是，如果沒有控制性冷卻來提供在發(fā)生團(tuán)聚的溫度以上的溫度的充分的停留時(shí)間以容許空位或填隙原子擴(kuò)散到熱沉而湮滅，V/Go就必須在從大約中心軸伸展到離該硅錠外周邊少許幾厘米，即約1-2cm，之內(nèi)的半徑上面保持在如此狹窄的“窗口”之內(nèi)。這樣些工藝條件可以用方程(1)加以表示[(V/Go)cr+δ]＞V/Go(r)＞[(V/Go)cr-Δ](1)其中[(V/Go)cr+δ]是V/Go臨界值加某個(gè)δ的和，基于至今為止的實(shí)驗(yàn)證明，人們相信它小于臨界值的約5％就可以產(chǎn)生一個(gè)基本上無團(tuán)聚缺陷的空位主導(dǎo)材料的區(qū)域；V/Go(r)是在一個(gè)從中心軸伸展到離該硅錠外周邊少許幾厘米之內(nèi)的一個(gè)給定徑向位置上V/Go的實(shí)際值；且[(V/Go)cr-Δ]是V/Go的臨界值減去某個(gè)戴爾他Δ的差，基于迄今為止的實(shí)驗(yàn)證明，人們相信它小于臨界值的約5％，就可以產(chǎn)生一個(gè)基本上無-團(tuán)聚缺陷的自填隙原子主導(dǎo)材料的區(qū)域。
實(shí)踐上，要滿足這樣些嚴(yán)格工藝控制條件是難以達(dá)成的，它被以下事實(shí)所復(fù)雜化，即V/Go可接受值的這個(gè)窗口在一給定晶體拉制器內(nèi)可能隨時(shí)間而變化。因此，最好是，系統(tǒng)變成臨界地超飽和的防止以及由而團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的防止，是通過抑制繼晶體固化之后的硅自填隙原子或空位的初始濃度而達(dá)成，即繼建立由V/Go(r)測定的初始濃度之后。如PCT/US98/07356和PCT/US/98/07304所提到，人們發(fā)現(xiàn)由于自填隙原子相對(duì)大的遷移率，有可能有效地在相對(duì)大的距離上面，即約5cm到約10cm或更大的距離上面，通過自填隙原子擴(kuò)散到位于晶體表面的熱沉或到位于晶體之內(nèi)的空位主導(dǎo)區(qū)域抑制自填隙原子的濃度。擴(kuò)散能夠有效地用來抑制自填隙原子的濃度，只要容許有充分的時(shí)間。一般地說，擴(kuò)散時(shí)間將依賴于自填隙原子初始濃度的徑向變化，較為小些的徑向變化需要的擴(kuò)散時(shí)間較短。
自填隙原子擴(kuò)散的總量是為了商業(yè)實(shí)用目的由控制該硅錠從固化溫度冷卻到硅自填隙原子變成不遷移的溫度所需時(shí)間來控制的。硅自填隙原子看來在靠近硅的固化溫度即約1410℃的溫度是極其移動(dòng)的。然而，這個(gè)遷移率隨著單晶硅錠的溫度減小而減小。一般地，自填隙原子擴(kuò)散速率減慢的巨大程度是要在商業(yè)實(shí)用時(shí)間段落里在小于900℃的溫度使它們實(shí)質(zhì)上不動(dòng)?？墒?，一方面自填隙原子團(tuán)聚反應(yīng)發(fā)生的溫度在理論上是可以在一個(gè)寬的溫度范圍里變化，一方面在實(shí)際上卻由于按照左克拉斯基方法生長的硅典型地所獲得的初始自填隙原子濃度范圍相對(duì)地窄，上述范圍看起來是相對(duì)地狹窄。一般地，因此，一個(gè)自填隙原子團(tuán)聚反應(yīng)籠統(tǒng)地說可以發(fā)生在約1050℃到約900℃的溫度范圍之內(nèi)，典型具體地說是在一個(gè)約925℃或約950℃的溫度。擴(kuò)散的效果在自填隙原子呈現(xiàn)為移動(dòng)的溫度范圍之內(nèi)時(shí)，視熱區(qū)內(nèi)溫度而定，冷卻時(shí)間典型地將控制得在此溫度范圍之內(nèi)硅錠停留的時(shí)間要足以容許足夠自填隙原子擴(kuò)散而臨界超飽和不致發(fā)生。通過控制此持續(xù)或停留時(shí)間tdw，沒有該控制時(shí)的嚴(yán)格V/Go要求就放松了，一個(gè)相對(duì)于臨界值的較大范圍的V/Go諸值就可以得到用來防止諸團(tuán)聚缺陷的形成了。這樣一個(gè)關(guān)系可以用方程(2)來表示[(V/Go)cr+δ]＞V/Go(ro)＞[(V/Go)cr-Δ(t)cr](2)其中[(V/Go)cr+δ]跟上面方程(1)里的相同；[(V/Go)cr-Δ(t)cr]是V/Go的臨界值減去某個(gè)戴爾他Δ的差，Δ是一個(gè)因子表示硅錠之內(nèi)一個(gè)給定軸向位置容許持續(xù)或停在臨界溫度以上(即團(tuán)聚不會(huì)發(fā)生的溫度)多少時(shí)間。
從方程(2)可以觀察出隨著持續(xù)或停留時(shí)間增加，V/Go實(shí)際值在基本上無缺陷的錠段之內(nèi)軸向變化的機(jī)會(huì)就愈多；也就是，隨著持續(xù)時(shí)間增加，V/Go的實(shí)際值就可以從如果沒有應(yīng)用擴(kuò)散否則會(huì)形成硅錠基本上沒有缺陷錠段的目標(biāo)值范圍進(jìn)一步偏離。再者，人們可以觀察出焦點(diǎn)是在靠近中心軸的V/Go上，因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)上擴(kuò)散距離典型地為最長。
有鑒于前述并如在PCT/US98/07356和PCT/US98/07304內(nèi)所提及，典型地軸向?qū)ΨQ區(qū)將被容許在固化溫度和約1050℃到約900℃一較好地約1025℃到約925℃-間的一個(gè)溫度之間的一個(gè)溫度上持續(xù)或停留一段時(shí)間(ⅰ)至少約5小時(shí)，較好地至少約10小時(shí)，更較好地至少約15小時(shí)，這是對(duì)于150mm標(biāo)稱直徑硅晶而言；(ⅱ)至少約5小時(shí)，較好地至少約10小時(shí)，更較好地至少約20小時(shí)，再較好地至少約25小時(shí)，最較好地至少約30小時(shí)，這是對(duì)200mm標(biāo)稱直徑硅晶而言；(ⅲ)至少約20小時(shí)，較好地至少約40小時(shí)，更較好地至少約60小時(shí)，最較好地至少約75小時(shí)，這是對(duì)標(biāo)稱直徑大于200mm的硅晶而言。然而，要提到的是硅錠冷卻的精確時(shí)間和溫度至少部分地是本征點(diǎn)缺陷濃度、為了防止超飽和和團(tuán)聚發(fā)生必須擴(kuò)散的點(diǎn)缺陷數(shù)目、給定本征點(diǎn)缺陷擴(kuò)散的速率(即本征點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散率)的函數(shù)。
持續(xù)或停留時(shí)間或硅錠冷卻的方式至少部分地是生長速度和晶體拉制器熱區(qū)設(shè)計(jì)的函數(shù)；也就是，硅錠冷卻可能受到拉制速率變化以及熱區(qū)構(gòu)造變化的影響。造成熱區(qū)構(gòu)造的變化可以使用已有技術(shù)中現(xiàn)知的把熱區(qū)熱量傳輸減至最小的任何手段，包括反射器、輻射屏、清洗管、光管道、絕緣器、加熱器和磁場。工藝可變性為了本征點(diǎn)缺陷可以擴(kuò)散到熱沉把它們加以消滅由而防止在那里形成團(tuán)聚缺陷，我們控制硅錠恒定直徑部分給定錠段的持續(xù)或停留時(shí)間來容許V/Go比進(jìn)行軸向的變化；也就是，經(jīng)由控制這個(gè)錠段冷卻的方式，V/Go比可以作為軸向?qū)ΨQ區(qū)長度的函數(shù)變動(dòng)。因此，按照本工藝，V/Go比的實(shí)際值可以被容許隨著硅錠在一個(gè)最小值(V/Go)min和一個(gè)最大值(V/Go)max之間生長時(shí)作為軸向?qū)ΨQ區(qū)長度的一個(gè)函數(shù)而變化。在本工藝的一個(gè)實(shí)施例中，(V/Go)min不大于(V/Go)max的約95％，而在其它實(shí)施例中(V/Go)min不大于(V/Go)max的約90％、85％或甚至80％。用另一種方式來敘述，在一個(gè)實(shí)施例中，V/Go的實(shí)際值可以在(V/Go)min和(V/Go)max之間變化至少約5％，而在其它實(shí)施例中V/Go可以在(V/Go)min和(V/Go)max之間變化至少約10％、15％、20％或更多。
如我們這里所使用過的并如上面方程(2)所描述的，(V/Go)max意圖是指(V/Go)cr加上某個(gè)戴爾他△以造成所述基本上沒有團(tuán)聚缺陷的空位主導(dǎo)材料的區(qū)域。再者，如果生長條件要求使得硅錠包含基本上沒有團(tuán)聚缺陷的空位和填隙原子二者主導(dǎo)的材料，那么，(V/Go)max意圖是指[(V/Go)cr+δ(t)cr]，如以下將參考方程3進(jìn)一步討論的，它代表V/Go的臨界值加上某個(gè)戴爾他的和，戴爾他因子是硅錠之內(nèi)一個(gè)給定軸向位置被容許持續(xù)或停留在臨界溫度以上(即團(tuán)聚否則會(huì)在其發(fā)生的溫度)的時(shí)間。
我們要提到的是V/Go比軸向變化的上述范圍是指在基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷硅錠軸向?qū)ΨQ區(qū)之內(nèi)V/Go的值。再者，V/Go也可以徑向變化，即(V/Go(r))。因此，大家要理解的是(V/Go)min和(V/Go)max一般地分別參考軸向?qū)ΨQ區(qū)之內(nèi)V/Go(r)的最小值和最大值?？墒牵?dāng)生長條件控制得使軸向?qū)ΨQ區(qū)從中心軸伸展到硅錠的外周邊時(shí)，V/Go的變化典型地是根據(jù)中心軸處V/Go的值而測定的，因?yàn)榧偃鐩]有或少有從軸向擴(kuò)散來的貢獻(xiàn)，在這個(gè)位置上擴(kuò)散距離最大。
還要提到的是如下面參考圖4和圖5所進(jìn)一步詳細(xì)描述的，當(dāng)V/Go的變化是由于V的變化時(shí)(即Go是恒定的)，V/Go的軸向變化可能顯著地增大；也就是，當(dāng)填隙原子為壓倒性主導(dǎo)且當(dāng)V/Go的變化是由于V變化時(shí)，(V/Go)min可能不大于(V/Go)max的約60％、40％、20％、10％或直至5％。換言之，假如持續(xù)或停留時(shí)間足夠，V/Go可接受值的“窗口”實(shí)質(zhì)上可以是小于V/Go臨界值的任何值。迄今為止的經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)我們?nèi)鐖D5中所例解，一旦持續(xù)或停留時(shí)間足夠使V/Go變化約20％(即當(dāng)(V/Go)min不大于(V/Go)max的約80％時(shí))，(V/Go)min實(shí)質(zhì)上可能是小于(V/Go)max的任何值。
如果當(dāng)Go恒定且V容許變化時(shí)V/Go可以如上所描述變化，我們要提到的是當(dāng)V恒定且Go容許變化時(shí)，V/Go也可以變化。更具體地說，如下面參考圖10和圖11進(jìn)一步所詳細(xì)描述的，由Go的變化所引起的V/Go變化的可接受程度隨著持續(xù)或停留時(shí)間的增加而增加?？墒?，如圖10和圖11所述，在V恒定且Go容許變化時(shí)V/Go可接受值的“窗口”沒有一個(gè)持續(xù)或停留時(shí)間高臺(tái)，在該高臺(tái)處窗口值變得實(shí)質(zhì)上很開放而容許任何小于V/Go臨界值的值。相反，可接受變化的程度(即不形成團(tuán)聚缺陷可以發(fā)生的V/Go變化)隨著持續(xù)或停留時(shí)間的增加而繼續(xù)增加。
如上面所討論，通過延長軸向?qū)ΨQ區(qū)持續(xù)或停留在約900℃以上一段時(shí)間，就可放松要不然會(huì)嚴(yán)格的V/Go要求；為了防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成和生長我們這里所述的單晶硅錠，相對(duì)于臨界值的一個(gè)較大范圍的V/Go值就可以被接受。例如，如果填隙原子為壓倒性主導(dǎo)本征點(diǎn)缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)寬度是要等于硅錠的半徑，那么生長速度V和平均軸向溫度梯度Go(如前所定義)就可以控制得使V/Go是在約0.75到1倍于V/Go的臨界值(即約1.6×10-5cm2/sk到約2.1×10-5cm2/sk，根據(jù)目前V/Go臨界值可獲信息)?？墒?，典型地，從本工藝所提供的伸縮性看，V/Go比值的范圍可以是從約0.6到約1倍于V/Go臨界值(即約1.3×10-5cm3/sk到約2.1×10-5cm2/sk，根據(jù)V/Go臨界值目前可獲信息)，較好地是從約0.5到約1.05倍于V/Go的臨界值(即約1×10-5cm2/sk到約2.2×10-5cm2/sk，根據(jù)目前V/Go臨界值可獲信息)。然而，最比較好的是，持續(xù)或停留時(shí)間將控制得使V/Go比可以具有小于V/Go臨界值約1.05倍的任何值。
我們應(yīng)該提到的是V/Go值可接受的精確范圍至少部分地依賴于所要得到軸向?qū)ΨQ區(qū)的希望或預(yù)期寬度?？墒牵谏鲜瞿切┓秶?dāng)此區(qū)寬度約等于該錠恒定直徑部分寬度而表現(xiàn)出本工藝的伸縮性時(shí)，對(duì)于此區(qū)寬度小于硅錠半徑可接受的情況，這個(gè)伸縮性甚至可以更大。在這樣些場合中，生長速度V和平均軸向溫度梯度Go可以控制得使V/Go比值的范圍是從約0.6到約1.5倍于V/Go臨界值(即約1.3×10-5cm2/sk到約3×10-5cm2/sk，根據(jù)目前V/Go臨界值可獲信息)，較好地是從約0.5到約2.5倍于V/Go臨界值(即約1×10-5cm2/sk到約5×10-5cm2/sk，根據(jù)目前V/Go臨界值可獲信息)。嚴(yán)格地說，可是，如果唯一的目標(biāo)是形成某個(gè)最小徑向?qū)挾鹊奶钕对又鲗?dǎo)材料軸向?qū)ΨQ區(qū)(即恒定直徑部分的至少約30％、40％、80％或更大)，那么V/Go可以實(shí)質(zhì)地是大于臨界值的任何值，假如在沿半徑某個(gè)位置該值下降到形成這個(gè)希望寬度的軸向?qū)ΨQ區(qū)所需的那個(gè)值以下。
我們還應(yīng)提到設(shè)使持續(xù)或停留時(shí)間長得足以容許充分的空位擴(kuò)散，一個(gè)空位主導(dǎo)材料的軸向?qū)ΨQ區(qū)也可以形成。如果此區(qū)的寬度是要約等于硅錠恒定直徑部分的半徑，V/Go的范圍可以是從約0.95到約1.1倍于V/Go臨界值。然而，如上面參考填隙原子主導(dǎo)區(qū)所指說，如果此空位主導(dǎo)區(qū)的寬度是小于硅錠的半徑，V/Go較大的變動(dòng)是可以接受的。
上面所提到的V/Go比可以通過獨(dú)立地控制生長速度V和平均軸向溫度梯度Go(r)的徑向變化而達(dá)成。
雖通過對(duì)生長速度的籽細(xì)控制和晶體拉制器熱區(qū)的設(shè)計(jì)在生長工藝過程期間可以獲得該范圍之內(nèi)V/Go的一個(gè)單一值，但最好V/Go被容許在生長軸向?qū)ΨQ區(qū)期間所指出的范圍之內(nèi)變化，這樣的變化可來自(ⅰ)容許生長速度在其設(shè)計(jì)得Go在該對(duì)稱區(qū)的半徑和長度范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上恒定的晶體拉制器熱區(qū)產(chǎn)生變化(ⅱ)在Go容許變化時(shí)，保持恒定的生長速度，或(ⅲ)容許V和Go二者都變化。
在本發(fā)明之前，在防止團(tuán)聚缺陷形成的V/Go控制和為了保持硅錠主體的直徑恒定或生長尾晶錐等傳統(tǒng)生長目的的控制工藝條件之間一直存在著沖突。這個(gè)沖突意味著的是如果要防止團(tuán)聚缺陷，這種防止必須付出某種代價(jià)方可達(dá)成。然而，按照本發(fā)明工藝，V/Go被容許變化，這意味著為了例如保持對(duì)直徑的控制，在一個(gè)實(shí)施辦法中，拉制速度也可以變化。依此，作為一個(gè)例子，拉制速度在約一個(gè)晶體長度的直徑以后，其范圍可以是從約0.3mm/分到約0.5mm/分，從約0.25mm/分到約0.6mm/分或從約0.2mm/分到約0.8mm/分，可接受拉制速率的范圍隨工藝伸縮性的增加而增加。
要提到的是拉制速度依賴于晶體直徑和晶體拉制器設(shè)計(jì)二者。所述諸范圍是對(duì)200mm直徑的典型的范圍。一般地，拉制速率將隨晶體直徑的增加而減小。可是，晶體拉制器可以設(shè)計(jì)得容許拉制速率超過上面所述。所以，最好地是，晶體拉制器的設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)得使拉制速率盡可能快，由而容許V/Go盡可能多的變化，但仍然要防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成。
除了容許拉制速度變化或更一般地容許V變化，本工藝的伸縮性也容許Go變化或飄移。更具體地說，因?yàn)閂/Go被容許變化，本工藝是更有利的，以是不管什么緣由，都容許這些變化發(fā)生；那就是，本工藝的有利性質(zhì)容許V/Go當(dāng)Go恒定而V變化時(shí)、當(dāng)V恒定而Go變化時(shí)、或當(dāng)二者都變化時(shí)發(fā)生種種變化。例如，本工藝提供了手段和方法來在給定的晶體拉制器制備一系列防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的單晶硅錠，其中拉制速率和Go在它們的制備期間都可以飄移。結(jié)果是，恒定拉制速率的需要(代價(jià)是直徑控制)以及對(duì)給定晶體拉制器熱區(qū)溫度分布不斷監(jiān)控并隨著熱區(qū)各部件老化一這樣引起G0飄移一對(duì)工藝條件進(jìn)行調(diào)整的需要就都排除了。
通過控制持續(xù)或停留時(shí)間而取得自填隙原子或空位擴(kuò)散，本工藝有效地創(chuàng)造了V/Go值的一個(gè)較大的“窗口”，它能應(yīng)用來獲得一個(gè)基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷硅錠的恒定直徑部分軸對(duì)稱區(qū)?？墒?，還要提到的是增加窗口尺寸(或者說無缺陷生長V或Go可容許的變化)基本限于V和Go產(chǎn)生V/Go比小于臨界V/Go值的那些值。用另一個(gè)方式來敘述，因?yàn)楣枳蕴钕对颖瓤瘴粩U(kuò)散得較快，填隙原子主導(dǎo)材料的效果最佳。結(jié)果是，窗口向V/Go較低值開放得更快。舉例來說，增加拉制速率可容許的變化所用窗口尺寸大大地限于較慢地拉制速率，因?yàn)榇翱谟捎谔钕对拥臄U(kuò)散率向這些較低拉制速率開放得較快。
然而，原則上，隨著硅錠在大于約900℃的溫度花費(fèi)的時(shí)間增加，由于大于V/Go臨界值加某個(gè)小戴爾他(來于例如較快拉制速率的變化)的V/Go值的可容許V/Go變化窗口也增大；那就是，隨著持續(xù)或停留時(shí)間增加，原則上空位主導(dǎo)材料可接受V/Go值窗口也增大，因?yàn)橛休^多的時(shí)間容許空位擴(kuò)散。這樣一個(gè)關(guān)系可用方程(3)加以表示[(V/Go+δ(t)cr]＞V/Go(ro))＞[(V/Go)cr-Δ(t)cr](3)其中[(V/Go)cr+δ(t)cr]是V/Go臨界值加某個(gè)戴爾它Δ的和，戴爾它因子是硅錠之內(nèi)一個(gè)給定軸向位置容許持續(xù)或停留在臨界溫度(即團(tuán)聚否則會(huì)產(chǎn)生的溫度)以上的多少時(shí)間；V/Go(ro)跟上面方程(2)里的相同；且[(V/Go)cr-Δ(t)cr]跟上面方程(2)里的相同。從表達(dá)式[(V/Go)cr+δ(t)cr]可以看出隨著持續(xù)或停留時(shí)間增加，臨界值以上V/Go值的范圍也增大。可是，由于空位的擴(kuò)散速率較慢，基本沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的空位主導(dǎo)材料軸向?qū)ΨQ區(qū)的形成會(huì)要求明顯較長的擴(kuò)散時(shí)間，特別在設(shè)定此區(qū)是從中心軸伸展到硅錠恒定直徑部分外周邊的時(shí)候?！熬钟颉崩鋮s速率除了控制硅錠持續(xù)或停留在所指范圍的時(shí)間過程外，較好地是還要控制硅錠在此范圍內(nèi)在此時(shí)間段落上面冷卻的速率。用另一個(gè)方式敘述，一方面較好地是把硅錠保持在一段時(shí)間內(nèi)團(tuán)聚缺陷將形成的溫度以上，一方面比較好地還要控制“局域”(以時(shí)間計(jì))冷卻速率；也就是在此時(shí)間之內(nèi)和此溫度范圍之內(nèi)硅錠冷卻的速率。舉例來說，現(xiàn)參考圖2，我們可以觀察出對(duì)于每個(gè)下列范圍之內(nèi)的局域溫度一界于固化溫度，較具體地說是本征點(diǎn)缺陷初始濃度建立的溫度，即約1400℃和約1300℃間的某個(gè)溫度，和本征點(diǎn)缺陷不再是那么充分遷移去容許團(tuán)聚產(chǎn)生的溫度(即大于約900℃的某個(gè)溫度)之間的范圍-存在有一個(gè)平衡濃度Ceq和一個(gè)在其發(fā)生反應(yīng)或團(tuán)聚的臨界或核化濃度Cn。因此對(duì)于在平衡濃度以上但在臨界濃度以下的給定濃度(以點(diǎn)A表明)，如果在團(tuán)聚溫度以上的一個(gè)單一溫度花費(fèi)了足夠的時(shí)間，最后將有足夠的填隙原子擴(kuò)散出去由而達(dá)到平衡濃度(以點(diǎn)B表明)。然而，如果那時(shí)溫度迅疾地減小，團(tuán)聚仍可能發(fā)生(以點(diǎn)D表明)。于是，為了保證有充分時(shí)間來擴(kuò)散出去，較好地是在生長中硅錠中的一給定軸向位置(以點(diǎn)A表明)保留在團(tuán)聚溫度以上一個(gè)必要時(shí)間，但還要把它以一個(gè)防止超過臨界濃度的速率加以冷卻(見例如E表明的路線)。
從圖2還要提到的是迄今為止的經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)我們，在其反應(yīng)或核化溫度和平衡溫度之間的一個(gè)給定溫度，即C(T)，填隙原子濃度比相應(yīng)的平衡濃度，即Ceq(T)，減小得慢得多；也就是，迄今為止的經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)我們，C(T)比Ceq減小得慢得多。結(jié)果是，隨著溫度增加，C從Ceq移動(dòng)開并走向核化濃度Cn，這意味著如果硅錠冷卻得太快，最后曲線C(T)將橫割Cn(T)，這樣團(tuán)聚現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，依此，我們應(yīng)該提到一方面在較高硅錠溫度一個(gè)高冷卻速率里可以接受的，一方面隨著硅錠冷卻，速率較好地是減少以保證不會(huì)發(fā)生核化和團(tuán)聚。可是，還應(yīng)該提到C(T)橫割Cn(T)的溫度至少部分地是初始缺陷濃度和缺陷通過硅錠晶格擴(kuò)散速率的函數(shù)。
因此，按照本工藝，硅錠在自填隙原子或是空位出現(xiàn)遷移的溫度范圍之內(nèi)冷卻的方式是這樣控制的，它要使得硅錠從第一溫度T1冷卻到第二溫度T2的速率是如此控制的以使得在T1和T2之間的每一中間溫度Tint，軸向?qū)ΨQ區(qū)具有的本征點(diǎn)缺陷濃度小于團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷將形成的臨界濃度。第一溫度T1典型地是在約1400℃和約1300℃之間，較好地是在約1350℃和約1310℃之間。第二溫度T2典型地是在約1050℃和約800℃之間，較好地是在約1000℃和約900℃之間，最較好地是在約975℃和約925℃之間。
再參考圖2，要提到的是典型地硅錠軸向?qū)ΨQ區(qū)在T1和T2之間的速度將控制得使在任何給定溫度，自填隙原子或空位的實(shí)際濃度保留在團(tuán)聚將發(fā)生的濃度之下但明顯在平衡濃度之上以保證盡可能最大的擴(kuò)散速率。例如，該速率可以控制得在一給定軸向位置上在軸向?qū)ΨQ區(qū)之內(nèi)本征點(diǎn)缺陷的實(shí)際濃度能夠如方程(4)地加以表示C=Ceq+x(Cn-Cequil)(4)
其中C是在給定軸向位置本征點(diǎn)缺陷的實(shí)際濃度；Ceq是此軸向位置本征點(diǎn)缺陷的平衡濃度；x是一個(gè)常數(shù)，典型地是從約0.4到小于約1，且較好地是從約0.6到約0.9；且Cn是在此軸向位置足以引起團(tuán)聚反應(yīng)發(fā)生的本征點(diǎn)缺陷濃度。
要提到的是一方面一般地比較好的是把晶體生長條件控制得使填隙原子主導(dǎo)區(qū)的寬度為最大，一方面又可能存在著給定晶體拉制器熱區(qū)設(shè)計(jì)的種種限制。隨著V/I邊界移動(dòng)得更靠近中心晶體軸，假如冷卻條件和Go(r)沒有變化，所要求的徑向擴(kuò)散最小總量也增加。在這樣些環(huán)境下，可能存在著以徑向擴(kuò)散抑制團(tuán)聚填隙原子缺陷形成所必要的一個(gè)空位主導(dǎo)區(qū)最小半徑。
還要提到的是為了在硅錠恒定直徑部分可觀長度上取得控制冷卻速率和持續(xù)或停留時(shí)間的種種效果，還必須對(duì)硅錠尾晶錐的生長工藝以及一旦尾晶錐生長完成時(shí)硅錠的處理予以考慮以保證硅錠主體的后一部分一般地具有跟它前面的諸部分相同的熱歷史。在例如PCT/US98/07356和PCT/US98/07304中詳細(xì)地討論了對(duì)待這個(gè)局面的多種途徑或方案。
還要提到的是隨著晶體拉制器和熱區(qū)設(shè)計(jì)變化，上面對(duì)V/Go、拉制速度、冷卻時(shí)間和冷卻速率提出的諸范圍也可以變化。
對(duì)于按照本發(fā)明工藝制備并具有V/I邊界的一個(gè)硅錠，即包含有填隙原子主導(dǎo)材料的一個(gè)硅錠，經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明低含氧量材料，即小于約13PPMA(原子每百萬的份數(shù)，ASTM標(biāo)準(zhǔn)F-121-83)的材料，為較好。更較好地是，單晶硅包含小于約12PPMA的氧再較好地是小于約11PPMA的氧且最比較好地是小于約10PPMA的氧。這是因?yàn)樵谥械妊鹾康礁哐鹾康谋∑?，?4PPMA到18PPMA，正好在V/I邊界的內(nèi)側(cè)氧導(dǎo)致的堆垛層錯(cuò)和富氧團(tuán)簇或叢聚變得更加顯著。這些個(gè)的每一個(gè)都是已給定集成電路制造工藝中諸問題的一個(gè)可能來源。然而，要提到的是當(dāng)軸向?qū)ΨQ區(qū)具有一個(gè)約等于硅錠半徑的寬度時(shí)，氧含量的限制就被消除了；這是因?yàn)樵O(shè)定在不存在空位型材料時(shí)這樣些堆垛層錯(cuò)和叢聚將不會(huì)發(fā)生。工藝/系統(tǒng)設(shè)計(jì)如前面所討論的，在生長中的單晶硅錠之內(nèi)本征點(diǎn)缺陷的類型和初始濃度是V/Go比實(shí)際值相對(duì)于V/Go臨界值的函數(shù)。臨界生長速度Vcr可以表達(dá)如方程(5)Vcr=ζGo(5)其中Go是平均軸向溫度梯度；且ξ表示目前相信是約2.1×10-5cm2/sk的臨界值。如果Go是在硅錠半徑上面恒定，那么這些缺陷的類型和初始濃度原本地是V的函數(shù)；也就是，本征點(diǎn)缺陷的類型和初始濃度可以用V/Vcr比表示。于是，如果生長速度V大于Vcr，那么空位是壓倒性主導(dǎo)，另一方面如果V小于Vcr，則自填隙原子是壓倒性主導(dǎo)。
在硅錠從靠近固化溫度冷卻到團(tuán)聚溫度時(shí)一個(gè)給定軸向位置走過的距離、生長速度和硅錠持續(xù)停留在團(tuán)聚溫度以上的時(shí)間之間存在著一個(gè)關(guān)系使之得以防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成。
這個(gè)距離或“持續(xù)或停留長度”Ldw、生長速度和持續(xù)或停留時(shí)間之間的關(guān)系我們用方程(6)表示如下；t=Ldw/V(6)要提到的是我們相信溫度分布幾乎不受V變化的影響，所以Ldw可以對(duì)一給定熱區(qū)考慮為常數(shù)。
用普遍知道的現(xiàn)有技術(shù)方法解決一個(gè)單晶硅錠硅自填隙原子擴(kuò)散的問題后我們更得出下列結(jié)論當(dāng)Go恒定時(shí)，Ldw、小于或等于臨界速度的給定生長速度和自填隙原子濃度(相對(duì)于熔點(diǎn)平衡濃度Cm；即固化時(shí)間自填隙原子濃度)之間的關(guān)系可以如方程(7)加以表示C/Cm=1.602B(1-V/Vcr)exp(-μlLdw)(7)其中
C/Cm是“規(guī)范化”濃度(即相對(duì)于固化時(shí)間濃度的自填隙原子濃度)；B是一個(gè)依賴于各假定點(diǎn)缺陷參數(shù)的比例尺寸系數(shù)，合理的估計(jì)是約0.5；V/Vcr是相對(duì)于臨界生長速度的實(shí)際生長速度；μ是一個(gè)衰減系數(shù)，對(duì)于軸擴(kuò)散貢獻(xiàn)小的普通左克拉斯基型硅的典型生長參數(shù)可以表示為等于(D/V)(λ1/R)2，其中D是自填隙子的擴(kuò)散率，V是生長速度，λ1是貝塞耳函數(shù)Jo(λγ)=0的第一個(gè)根并等于約2.40,R是半徑?；谄駷橹沟膶?shí)驗(yàn)證明，一般地相信在一個(gè)約900℃到約925℃的溫度，團(tuán)聚缺陷的形成在C/Cm比小于約0.01，較好地是小于0.005時(shí)可以避免。使用這些值和方程(7)，對(duì)于一給定持續(xù)或停留長度可接受的可變性程度(即一給定系統(tǒng)可以具有并仍然生成一個(gè)寬度實(shí)質(zhì)上等于硅錠半徑的基本上沒有缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)的可變性程度)能夠予以測定?；蛘叻催^來，使用一個(gè)給定晶體拉制工藝?yán)锏倪@些值和已知或預(yù)期的可變性，我們能夠測定一個(gè)足以生成寬度實(shí)質(zhì)上等于硅錠半徑、基本沒有缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)的持續(xù)或停留長度。換言之，設(shè)使工藝條件期望有某種變化，方程(7)提供的關(guān)系可以用來提供設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)勁工藝所需的細(xì)節(jié)；也就是，方程(7)可以用來設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，它能夠匹配上所期冀的種種工藝變化而仍然能夠生長基本上沒有缺陷的硅。
現(xiàn)參考圖4，我們可以觀察出對(duì)于一給定持續(xù)或停留長度，規(guī)范化濃度隨著相對(duì)于臨界速度的實(shí)際速度即V/Vcr的減少而增加，直到生長速度變得那么慢以致容許有充分時(shí)間給自填隙原子向外擴(kuò)散而有效地降低總體濃度。迄今為止的實(shí)驗(yàn)證據(jù)啟示我們對(duì)于其所代表的特定工藝條件和系統(tǒng)，即Vcr=0.28mm/分；硅錠半徑=100mm；Ldw=690mm，相對(duì)臨界濃度如果被超過就導(dǎo)致團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成，我們相信這個(gè)相對(duì)臨界濃度是約0.01，但在某些場合，它可以是約0.005或更小。依此，我們可以觀察出如果要防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成，實(shí)際生長速度必須非常接近或非常遠(yuǎn)離臨界速度；也就是，在這個(gè)場合，V/Go有兩個(gè)“窗口”能夠避免團(tuán)聚缺陷的形成，一個(gè)非常靠近臨界值，一個(gè)遠(yuǎn)離臨界值?，F(xiàn)參考圖5，我們可以看到隨著一個(gè)給定生長速度的Ldw增長，硅自填隙原子的相應(yīng)濃度減小(在這里曲線1-7分別相應(yīng)于持續(xù)或停留長度400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm和980mm)。
增大Ldw有效地?cái)U(kuò)展旨在生長基本沒有團(tuán)聚缺陷的單晶硅錠可以接受的實(shí)際生長速度范圍。隨著Ldw不斷地增大，最后此可接受生長速度的“窗口”擴(kuò)展到整個(gè)范圍上面(見例如圖5曲線7)；那就是，Ldw最后達(dá)到一個(gè)在任何V＜Vcr時(shí)C＜Ccr的臨界值。我們能看出在本實(shí)施例中Ldw的臨界值是約980mm，可比于左克拉斯基型單晶硅錠的典型長度。因此，為了防止晶體整個(gè)可用長度上面團(tuán)聚缺陷的形成，硅錠的拉制必須以相同速率繼續(xù)一直至在生長完成以后一以保證具有充分的持續(xù)或停留時(shí)間(除非硅錠是遵循一種別的生長工藝制備，諸如把硅錠在完成生長以后夾持在拉制艙內(nèi)使用加熱器“以后”的拉制艙使之維持住而后慢慢冷卻)。
現(xiàn)參考圖6-8，進(jìn)一步例解可接受生長速度的這個(gè)“窗口”對(duì)Ldw的依賴性。這些曲線可以用來測定從一給定組工藝條件已知的或希望的可變性著眼為了獲取基本沒有缺陷硅時(shí)所需的持續(xù)或停留長度。用另一個(gè)方式來敘述，設(shè)定每一晶體拉制器熱區(qū)具有一個(gè)固有臨界Go和以此而來的相應(yīng)Vcr，一旦一個(gè)給定工藝可變性的總量被確定或一個(gè)希望的可變性被設(shè)立，這個(gè)V/Vcr比可以用來結(jié)合圖6-8里的圖線去一般地測定防止團(tuán)聚缺陷形成所需的持續(xù)或停留長度。
作為一個(gè)例子，如果要在一個(gè)晶體拉制器里-其熱分布使得Vcr為約0.28mm/分(即曲線3)且希望可變性是約20％-生長200mm直徑錠棒(見例如圖6)，那么可以生長一個(gè)單晶硅錠，其整個(gè)可用長度在Ldw的長度約100cm時(shí)基本沒有團(tuán)聚缺陷。用另一個(gè)方式來敘述，如果通過使用上位加熱器和反射器等，熱區(qū)設(shè)計(jì)得使硅錠恒定直徑部分的每個(gè)軸向位置行走約100cm而同時(shí)從大約的固化溫度冷卻到團(tuán)聚不會(huì)發(fā)生的臨界溫度，則上述這樣的單晶硅錠就可以生長出來。
籽細(xì)參看分別對(duì)應(yīng)于200mm、150mm和300mm硅錠直徑的圖6-8，我們要提到的是我們提供了對(duì)于許多不同Vcr值的持續(xù)或停留長度，每個(gè)圖里的曲線相應(yīng)的Vcr值給出于下列表Ⅰ中。
表Ⅰ
再參照?qǐng)D5，我們可以觀察出如果持續(xù)或停留長度足夠地大，為了生長一個(gè)基本上沒有團(tuán)聚缺陷的填隙原子主導(dǎo)材料的硅錠，實(shí)際生長速度可以是小于大約臨界值的任何值。更具體地說，我們可以從圖7觀察出當(dāng)Ldw接近約970mm即本例中的臨界長度(Lcr)時(shí)，對(duì)于V由而V/Go變化的“窗口”實(shí)質(zhì)上是完全開放的，也就是，如果Ldw是約970mm，那么小于大約Vcr的所有值由而小于V/Go臨界值加上某個(gè)戴爾他而容許通過復(fù)合消滅空位-這里假定Go實(shí)質(zhì)上恒定一的V/Go所有值就能夠生長出基本上沒有缺陷的填隙原子主導(dǎo)單晶硅。
Ldw臨界值對(duì)Vcr的依賴性可以進(jìn)一步以方程(8)加以例解，其中所有單位都是mm和分鐘Lcr=0.35VcrR2(8)其中Lcr是Ldw的臨界值；也就是足以容許V為小于這個(gè)臨界值而仍然防止團(tuán)聚缺陷形成的任何值；Vcr是如上所描述的生長速度(mm/分)的臨界值且R是正在生長中硅錠的半徑。
對(duì)于硅錠直徑為150mm、200mm和300mm的Ldw臨界長度和臨界生長速度Vcr之間的關(guān)系以圖9進(jìn)一步加以例解(分別地見曲線1、2和3)。更具體地說，圖9中所提出的圖線表明可接受變化“窗口”完全開放時(shí)即填隙原子主導(dǎo)生長任何變化可以接受時(shí)的Vcr和為了取得在實(shí)質(zhì)上整個(gè)可用長度上面基本上沒有缺陷的硅錠所需的相應(yīng)Ldw之間的關(guān)系。
要提到的是一方面上述表達(dá)式旨在描述Ldw臨界值、生長速度和當(dāng)軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度約等于硅錠寬度時(shí)的半徑之間的關(guān)系，一方面我們可以給出寬度小于或等于硅錠半徑的類似表達(dá)式。更具體地說，如果軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度小于或等于硅錠半徑，那么方程(8)中表示硅錠半徑的R用(R-RV)予以取代，其中RV代表的是測量從中心軸向外輻射到V/I邊界所得空位主導(dǎo)核的寬度。依此，硅錠的半徑，至少部分地由于擴(kuò)散距離已經(jīng)減小，已經(jīng)被自填隙原子主導(dǎo)區(qū)寬度所取代。當(dāng)焦點(diǎn)是在空位主導(dǎo)區(qū)作為基本沒有缺陷的區(qū)域時(shí)，我們可以提供類似的關(guān)系，其中R被(R-R1)所取代，R1表示填隙原子主導(dǎo)區(qū)的寬度。
進(jìn)一步要提到的是在上面所描述的諸關(guān)系是基于Go在橫過的硅錠半徑上恒定的假設(shè)時(shí)，對(duì)于Go徑向地變化的局面，一般地說，這同樣是真實(shí)的。更具體地說，Go方面的徑向變化是可以接受的，只要諸生長條件控制得可以保證自填隙原子的壓倒主導(dǎo)性(當(dāng)然可以通過跟填隙原子復(fù)合而消滅的空位主導(dǎo)材料的核心除外)，因?yàn)榧俣ㄓ凶銐驎r(shí)間，自填隙原子的向外擴(kuò)散起著補(bǔ)償本征點(diǎn)缺陷初始濃度任何變化的作用。當(dāng)空位壓倒地主導(dǎo)時(shí)，這同樣實(shí)質(zhì)上是真實(shí)的，只是會(huì)要求很長的時(shí)間。
一方面本工藝的強(qiáng)勁性質(zhì)或伸縮性容許Go方面的徑向變化，我們也應(yīng)當(dāng)提到本工藝也容許Go方面的軸向變化。更具體地說，由于Go方面以及V的種種變化在從一個(gè)軸向位置到次一軸向位置時(shí)本征點(diǎn)缺陷的初始濃度(即硅錠已經(jīng)冷卻到約1300℃或甚至約1325℃以后的濃度)方面的變化一般地在靠近中心軸處-在那里擴(kuò)散距離典型地為最大-可以發(fā)生。于是，外擴(kuò)散的效應(yīng)能夠應(yīng)用來抵消不管來自什么原因的缺陷濃度方面的這些變化。
現(xiàn)參考圖10和圖11，我們劃出了閾值填隙原子濃度的規(guī)范值S(即團(tuán)聚否則會(huì)形成的溫度Tcr時(shí)的濃度C跟在固化時(shí)的濃度Cim之比)和Go臨界值跟Go實(shí)際值之比二者之間的關(guān)系。要提到的是迄今為止的經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)我們閾值濃度的這個(gè)規(guī)范值是小于約0.01，可能約0.005；也就是，假定規(guī)范化濃度保持在這個(gè)值以下，我們可以避免團(tuán)聚自填隙原子本征點(diǎn)缺陷的形成。
現(xiàn)參照?qǐng)D10和下面相應(yīng)的表Ⅱ，對(duì)于具有約150mm標(biāo)稱直徑的單晶硅錠，對(duì)于許多的不同持續(xù)或停留長度，(Go)cr/Go方面的變化和規(guī)范化填隙原子濃度之間的關(guān)系可以觀察出來。從這個(gè)圖表方案，我們能夠看出來隨著持續(xù)或停留時(shí)間不斷地增加，即從曲線1到曲線7由右到左移動(dòng)，曲線愈來愈多地處于估計(jì)閾值濃度約0.005以下，由而容許Go方面有較大的可變性。具體地說，如從表Ⅱ可以看出，對(duì)于一個(gè)恒定拉制速率，此處約為0.28mm/分，一個(gè)約30％可變性的“窗口”以在約一個(gè)典型晶體長度之內(nèi)的持續(xù)或停留長度即小于約100cm提供給了Go。
表Ⅱ
(R=7.5cm；V=0.28mm/分；DI=2×10-4cm2/秒)從圖11和下面相應(yīng)的表Ⅲ，可以對(duì)于標(biāo)稱直徑約200mm的一個(gè)單晶硅錠作出類似的觀察。再一次地，我們能夠從該圖表方案看出隨著持續(xù)或停留長度增加，更多的該曲線是在約0.005的估計(jì)閾值濃度以下，由而容許Go有較大的可變性。然而，如表Ⅲ所述，這里在持續(xù)或停留長度方面相同增大的影響被減低了，這是由于有效抑制填隙原子濃度故而防止團(tuán)聚缺陷形成所必需的擴(kuò)散距離增大了。
表Ⅲ
(R=10cm；V=0.28mm/分；D1=2×10-4cm2/秒)我們要提到的是能夠防止團(tuán)聚缺陷形成的Go值“窗口”計(jì)算寬度是至少部分地依賴于S的估計(jì)值以及假設(shè)的填隙原子擴(kuò)散率值D1-它在本處諸例中估計(jì)為約2×10-4cm2/秒。然而，這里所提出的定性結(jié)果我們相信在S和D1的合理范圍值之內(nèi)是相同的。
我們要進(jìn)一步指出的是不像上面所討論的Go保持恒定而V容許變化的情況(見例如圖4和圖5)，從圖10和圖11，我們能夠看出這里所提出的諸曲線達(dá)不到最大值。用另一個(gè)方式來敘述，當(dāng)V容許變化，當(dāng)持續(xù)或停留長度不斷增大時(shí)，最后我們達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，在那里整個(gè)曲線降到臨界濃度以下。與之對(duì)比，當(dāng)Go容許變化時(shí)，就達(dá)不到這樣的點(diǎn)；也就是，可接受值的Go“窗口”不像當(dāng)V容許變化時(shí)那樣地變成完全開放。
另外，如從圖10和圖11能夠觀察出的隨著Go增大，諸曲線不斷地攀爬上一個(gè)向上的斜坡。與之對(duì)比，當(dāng)V容許變化時(shí)，諸曲線初始地有一個(gè)向上的斜坡，但而后在達(dá)到一個(gè)高臺(tái)以后改變?yōu)橐粋€(gè)向下的斜坡。V變化諸曲線的形狀是產(chǎn)生于V減小的抵消效應(yīng)。更具體地說，在V的減小引起填隙原子濃度的增加時(shí)，擴(kuò)散時(shí)間也增加。在某個(gè)點(diǎn)上，擴(kuò)散的效果勝似濃度的增加。如圖10和圖11所述，當(dāng)Go是變化源時(shí)，沒有這樣的抵消效果出現(xiàn)。定義根據(jù)此中的應(yīng)用，下列短語或詞匯得具有所給定的意義“團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷”意指(ⅰ)空位相團(tuán)聚而產(chǎn)生D-缺陷、晶體源粒子缺陷、晶體源光點(diǎn)缺陷和其它此等空位相關(guān)的缺陷的反應(yīng)(ⅱ)自填隙原子相團(tuán)聚而產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)線和網(wǎng)絡(luò)和其它此等自填隙原子相關(guān)缺陷的反應(yīng)所引起的缺陷；“團(tuán)聚填隙原子缺陷”意指硅自填隙原子原子團(tuán)聚的反應(yīng)所引起的團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷；“團(tuán)聚空位缺陷”意指晶格空位相團(tuán)聚的反應(yīng)所引起的團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷；“半徑”意指從一個(gè)硅片或硅錠中心軸到外周邊所測到的距離；“基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷”意指一個(gè)小于這些缺陷檢測極限的團(tuán)聚缺陷的濃度-目前是大約103缺陷/cm3；“V/I邊界”意指材料從空位主導(dǎo)變成自填隙原子主導(dǎo)的硅錠或硅片半徑沿線的位置；“空位主導(dǎo)”和“自填隙原子主導(dǎo)”意指其本征點(diǎn)缺陷分別壓倒地是空位或自填隙原子的材料；“(V/Go)cr”意圖是指把硅錠冷卻時(shí)空位或自填隙原子由于復(fù)合而消滅的效果考慮在內(nèi)的V/Go臨界值。
實(shí)例如下面實(shí)例所說明，本發(fā)明提供一個(gè)其中V/Go由于V、Go或二者變動(dòng)可以徑向或軸向變化的制備單晶硅錠的工藝。通過使用控制冷卻效果和本征點(diǎn)缺陷外擴(kuò)散，本工藝由而提供了基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷單晶硅錠制備上的較大伸縮性以致不再需要把V/Go值保持在一個(gè)狹窄的“目標(biāo)”值范圍之內(nèi)。然而，我們應(yīng)該提到的是實(shí)例提出的只是可以用來達(dá)成預(yù)期結(jié)果的方案和一組條件。于是，它不應(yīng)該解譯為只有有限意義。
實(shí)例在一個(gè)晶體拉制器里-它能夠生產(chǎn)其寬度和長度實(shí)質(zhì)上分別等于硅錠恒定直徑部分半徑和長度的填隙原子主導(dǎo)材料的基本沒有缺陷軸向?qū)ΨQ區(qū)-我們生長了兩個(gè)200mm晶錠。這樣一個(gè)軸向?qū)ΨQ區(qū)當(dāng)晶錠是以圖3A中的短橫線所描劃的速率(此后稱之為“無缺陷”生長速率曲線)生長時(shí)，可以在給定晶體拉制器里獲得。
這兩個(gè)晶體是在相同目標(biāo)生長速率生長的，此生長速率在圖3A中描劃為一根連續(xù)線，報(bào)導(dǎo)為一個(gè)規(guī)范化生長速率，即相對(duì)于臨界生長速率的實(shí)際生長速率，典型地表達(dá)為V/Vcr比。如所描劃，這些硅錠是初始地在超過“無缺陷”生長速率曲線的一個(gè)速率生長一段時(shí)間，而后在小于“無缺陷”生長速率曲線的一個(gè)速率生長一段時(shí)間，而后又在超過“無缺陷”生長速率的一個(gè)速率生長一段時(shí)間。
第一個(gè)硅錠(87GEX)被容許在硅錠完成生長以后在晶體生長艙里自然地冷卻?？墒?，第二個(gè)晶錠(87GEW)沒有被容許在晶體生長艙里自然地冷卻；相反地，在硅錠生長完成以后，晶體拉制器熱區(qū)的諸加熱器保留著加熱且硅錠在拉制艙里保溫了30分鐘。
我們要提到的是關(guān)于第二個(gè)晶錠(87GEW)，應(yīng)用的是一個(gè)非-均勻溫度分布，該分布是這樣建立的在此段期間離籽晶之端大于約400mm的硅錠諸區(qū)保持在超過約1,050℃的一個(gè)溫度而離籽晶之端小于約400mm的諸區(qū)保持在小于約1,050℃的一個(gè)溫度。
這里硅錠沿著平行于生長方向的中心軸縱向地加以切條，而后進(jìn)一步分成每個(gè)約2mm厚的小段。使用一種銅染色技術(shù)(如PCT/US98/07356和PCT/US98/07304中所描述)，繼之以一種標(biāo)準(zhǔn)缺陷輪廓腐蝕，對(duì)這些樣品存在的沉淀雜質(zhì)予以視力監(jiān)測；沒有這樣些沉淀雜質(zhì)的諸區(qū)域是對(duì)應(yīng)于沒有團(tuán)聚填隙原子缺陷的那些區(qū)域。而后對(duì)每個(gè)晶體的各個(gè)小段進(jìn)行照相并把它組合起來以顯示每個(gè)晶體從籽晶到尾端的結(jié)果。第一個(gè)自然冷卻硅錠(87GEX)的照相集在圖3B里描劃出，第二個(gè)保溫晶體的照相集在圖3C里描劃出。
現(xiàn)參考圖3A、圖3B和圖3C，我們可以看出自然冷卻硅錠(87GEX)從0mm到約393mm包含有團(tuán)聚空位缺陷，從約393mm到約435mm沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，從約435mm到約513mm包含有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，從約513mm到約557mm沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，從557mm到晶體末尾包含有團(tuán)聚空位缺陷。這些是相對(duì)應(yīng)于這個(gè)熱區(qū)在無缺陷生長條件以上、之內(nèi)和以下的各個(gè)區(qū)域。保溫的硅錠(87GEW)從約0mm到約395mm包含有團(tuán)聚空位缺陷，從約395mm到約584mm沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷，從約584mm到約晶體的末尾包含有團(tuán)聚空位缺陷。因此，這兩個(gè)硅錠之間最顯著的不同發(fā)生在從約435mm到約513mm的區(qū)域，其中自然冷卻的硅錠(87GEX)包含有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷而保溫的硅錠(87GEW)沒有。在保溫期間，在保溫硅錠(87GEW)中自填隙原子硅原子的濃度受到自填隙原子原子增多地?cái)U(kuò)散到硅錠表面和空位主導(dǎo)區(qū)的抑制，由而臨界超飽和和填隙原子原子的團(tuán)聚反應(yīng)緊隨著晶體的固化而避免了?？墒?，在自然冷卻的晶體里，容許給更多地?cái)U(kuò)散到表面和空位主導(dǎo)區(qū)的時(shí)間不充分，結(jié)果是，在硅自填隙原子方面變成臨界地超飽和且團(tuán)聚反應(yīng)發(fā)生。
要提到的是這些硅錠，因此，以實(shí)例闡明了只要有充分?jǐn)?shù)額的時(shí)間和充分高的溫度，實(shí)際上任何數(shù)額的硅自填隙原子原子都能外擴(kuò)散到表面。
我們還要進(jìn)一步提到圖3A描劃的“無缺陷”生長率在這個(gè)晶體拉制器構(gòu)造自然冷卻條件下，曲線落在完全沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷材料的一個(gè)生長速率范圍之內(nèi)?，F(xiàn)參考下面表Ⅳ，我們能夠看出甚至在這個(gè)熱區(qū)的構(gòu)造自然冷卻條件下，在團(tuán)聚空位缺陷形成的生長速率(PV)和團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的生長速率(PI)之間存在一個(gè)晶體生長率的范圍；這個(gè)范圍是至少PV和PI的平均量的±5％。當(dāng)在超過約1,050℃的諸溫度生長出的晶體留駐時(shí)間增多時(shí)，這個(gè)范圍在其例PV和PI平均量的至少±7.5％、至少±10％、或甚至至少±15％進(jìn)一步增大(例如對(duì)于晶體87GEW，留駐是充分地長以致達(dá)不到PI，由而這個(gè)晶體的PI是小于達(dá)成的最低拉制速率)。
表Ⅳ
對(duì)于一個(gè)已給定的晶體拉制器和熱區(qū)的構(gòu)造，我們可以假設(shè)在諸如這里發(fā)生的轉(zhuǎn)變或過渡范圍那種相對(duì)短的距離上面，軸向溫度梯度Go是近似恒定的。其后果是晶體生長速率方面的變化導(dǎo)致V/Go方面的成比例變化，由而空位和硅自填隙原子方面的成比例變化。然而，一般地，在中心錠V/Go的變化因其距表面最遠(yuǎn)而是最臨界的值。因此，本例的結(jié)果宣示在大于約1,000℃的諸溫度通過增大了的持續(xù)或停留時(shí)間所獲得拉制速率變化方面的增大意味著V/Go方面的那些相應(yīng)變化可以在沿著晶體半徑的任何點(diǎn)發(fā)生。換言之，V/Go的徑向變化是不相干的，于是，例如，它可以在任何徑向位置超過錠中心V/Go值的10％、15％或更多。
如從上面數(shù)據(jù)可以看出通過控制冷卻率，容許這些缺陷有更多時(shí)間擴(kuò)散到它們可能被消滅的區(qū)域可以抑制本征點(diǎn)缺陷濃度。結(jié)果是，團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的形成在單晶硅錠恒定直徑部分的一個(gè)巨大部分里被防止了。
鑒于以上所述，我們將看到發(fā)明的多個(gè)目的是達(dá)成了。
因在上面的多種組合和工藝中可能作出各種各樣的變化而不離開本發(fā)明的范圍，我們有意指出上面說明書中所包含的所有內(nèi)容得解釋為例解性的且不是有限意義的。
權(quán)利要求
1．一種生長單晶硅錠的工藝，該硅錠具有一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾晶錐、一個(gè)籽晶錐和尾晶錐之間直徑恒定部分和一個(gè)包含直徑恒定部分的一部分并基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的錠段，該工藝包括使隨著硅錠生長，V/Go比作為錠段長度的函數(shù)被容許在一個(gè)最小值(V/Go)min和一個(gè)最大值(V/Go)max之間變動(dòng)，其中V是生長速度，Go是中心軸處約1300℃和固化溫度之間的平均軸向溫度梯度，(V/Go)min不大于(V/Go)max的約95％；且把錠段從固化溫度在一個(gè)足以在該錠段之內(nèi)防止團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成的停留時(shí)間tdw內(nèi)冷卻到約1050℃和約900℃之間的一個(gè)溫度。
2．按照權(quán)利要求1的工藝，其中錠段的長度至少是恒定直徑部分的長度的約40％。
3．按照權(quán)利要求1的工藝，其中錠段的長度至少是恒定直徑部分的長度的約80％。
4．按照權(quán)利要求1的工藝，其中錠段的長度至少是恒定直徑部分的長度的約90％。
5．按照權(quán)利要求1的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑為約150mm且tdw為至少約10小時(shí)。
6．按照權(quán)利要求1的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑為約200mm且tdw為至少約20小時(shí)。
7．按照權(quán)利要求1的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑為約200mm且tdw為至少約40小時(shí)。
8．按照權(quán)利要求1的工藝，其中(V/Go)min不大于(V/Go)max的約90％。
9．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分長度的約40％。
10．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分長度的至少約80％。
11．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分長度的至少約90％。
12．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑大于150mm且tdw為至少約10小時(shí)。
13．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑為約200mm且tdw為至少約20小時(shí)。
14．按照權(quán)利要求8的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑大于約200mm且tdw為至少約40小時(shí)。
15．按照權(quán)利要求1的工藝，其中(V/Go)min不大于(V/Go)max的約80％。
16．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分的長度的至少約40％。
17．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分的長度的至少約80％。
18．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該錠段的長度為恒定直徑部分的長度的至少約90％。
19．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該錠段的標(biāo)稱直徑為約150mm且tdw為至少約10小時(shí)。
20．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑為約200mm且tdw為至少約20小時(shí)。
21．按照權(quán)利要求15的工藝，其中該硅錠的標(biāo)稱直徑大于200mm且tdw為至少約40小時(shí)。
22．一種生長單晶硅錠的工藝，該硅錠具有一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾晶錐、一個(gè)籽晶錐和尾晶錐之間具有一個(gè)外周邊和從中心軸伸展到外周邊的半徑的恒定直徑部分，該單晶硅錠的特征在于在該硅錠按照左克拉斯基方法從硅熔體生長并從固化溫度冷卻之后，直徑恒定部分包含一個(gè)基本上沒有團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)，該工藝包括在從固化到約1300℃的溫度范圍里在生長該錠恒定直徑部分期間，對(duì)生長速度V和平均軸向溫度梯度Go予以控制；且控制軸向?qū)ΨQ區(qū)的冷卻速率，軸向?qū)ΨQ區(qū)從一個(gè)在約1400℃和約1300℃之間的第一溫度T1冷卻到在約1050℃和約900℃之間的一個(gè)第二溫度T2，其從T1到T2的溫降速率被控制得在每一個(gè)T1和T2之間的中間溫度Tint，軸向?qū)ΨQ區(qū)硅自填隙原子本征點(diǎn)缺陷濃度小于團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷形成時(shí)的臨界濃度，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度從外周邊向中心軸測量為該硅錠恒定直徑部分寬度的至少約30％，其長度為該硅錠恒定直徑部分的長度的至少約20％。
23．按照權(quán)利要求22的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度為恒定直徑部分寬度的至少約60％。
24．按照權(quán)利要求22的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度為恒定直徑部分的寬度的至少約95％。
25．按照權(quán)利要求22的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度大約等于恒定直徑部分的寬度。
26．按照權(quán)利要求22的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的長度為恒定直徑部分的長度的至少約40％。
27．按照權(quán)利要求26的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度為恒定直徑部分的寬度的至少約60％。
28．按照權(quán)利要求26的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度為恒定直徑部分的寬度的至少約95％。
29．按照權(quán)利要求26的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的寬度約等于恒定直徑部分的寬度。
30．按照權(quán)利要求22的工藝，其中軸向?qū)ΨQ區(qū)的長度為恒定直徑部分的長度的至少約80％。
31．按照權(quán)利要求22的工藝，其中平均溫降速率是在約0.1℃/分和約3℃/分之間。
32．按照權(quán)利要求22的工藝，其中平均溫降速率是在約0.1℃/分和約1℃/分之間。
33．按照權(quán)利要求22的工藝，其中平均溫降速率是在約0.1℃/分和約0.5℃/分之間。
全文摘要
一種生長具有一個(gè)基本上無團(tuán)聚本征點(diǎn)缺陷的軸向?qū)ΨQ區(qū)單晶硅錠的工藝。單晶硅錠一般是按照左克拉斯基方法生長;可是,該錠從固化溫度冷卻到超過約900℃的一個(gè)溫度被控制得容許有本征點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散以使在此軸向?qū)ΨQ區(qū)內(nèi)無團(tuán)聚缺陷形成。是以,V/Go比由于V或Go的變化被容許在此區(qū)域之內(nèi)軸向地變動(dòng)至少5%于一個(gè)最小值和一個(gè)最大值之間。
文檔編號(hào)C30B29/06GK1304459SQ99807092
公開日2001年7月18日 申請(qǐng)日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月14日
發(fā)明者R·J·法勒斯特, V·沃諾考弗, P·馬逖 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司