改善单晶硅微缺陷的方法

技术领域

本发明属于晶棒拉制方法的技术领域，具体涉及一种改善单晶硅微缺陷的方法。

背景技术

目前半导体硅片，尤其是硅晶片，通常用于制造微电子元件，在科学技术上迅猛发展的硅技术中，由于微电子元件的最小结构特征尺寸持续缩小，所以对半导体晶片品质的要求越来越高，而晶体生长中的原生缺陷是影响半导体晶片品质的重要因素；原生缺陷主要表现为：COP（crystaloriginated particles），FPD（flow pattern defects），LSTD（light scattering topographydefects），LPD（light scattering defects）等，不论上述缺陷的表现形式如何，实质是一种八面体形的由空位组成的空洞缺陷，空洞的内壁为数纳米厚的二氧化硅沉淀，尺寸在100到200纳米左右，上述缺陷对超大规模集成电路的性能和成品率有重要的影响，其中COP缺陷影响最大，COP缺陷产生机理如下：

在无位错CZ单晶中存在无数的结晶缺陷，主要包括两种类型的点缺陷：一种为空位（Vacancies）；一种为插入型原子（Interstitials）。这两种缺陷在单晶生长的过程中或进一步的热处理作用下，逐渐聚集长大形成微缺陷，如空洞、位错环等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种改善单晶硅微缺陷的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改善单晶硅微缺陷的方法，在晶棒拉制过程中，具有冷却系统的热场包括水冷热屏，所述水冷热屏内开设环形水冷空腔，所述环形水冷空腔与所述水冷热屏的形状相同，在所述水冷热屏内的环形水冷空腔通入预定温度的冷水，增加晶棒在拉制过程中的冷却速率，抑制COP缺陷的生长。

优选地，所述具有冷却系统的热场包括：炉体、连接法兰、水冷套，所述水冷热屏、连接法兰、水冷套位于所述炉体内，所述水冷热屏的上端与所述连接法兰连接，所述连接法兰内部对称开设通孔，所述连接法兰的通孔与所述环形水冷空腔的连通，所述连接法兰与所述炉体侧壁连接，所述水冷套与炉体的内壁连接。

优选地，所述水冷热屏为不锈钢材料制成。

优选地，所述水冷热屏表面设置保护层，所述保护层为Sic材料喷涂制成。

优选地，冷水的预定温度的为18℃-25℃。

优选地，冷水的预定温度的为23℃。

优选地，冷水的流量为45slm-60slm，压力为0.40mpa-0.6mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种改善单晶硅微缺陷的方法，在整个晶棒拉制过程中，在所述水冷热屏内的环形水冷空腔通入预定温度的冷水，增加晶棒在拉制过程中的冷却速率，使得在拉速V相同的情况下，固液界面中心与边缘温度梯度G近似为1，使得单晶横截面不会存在两种不同点缺陷的富积区，进而使得COP缺陷的形成得到了抑制，有效的减少单晶中的粒子缺陷（COP)。

附图说明

图1为具有冷却系统的热场的剖视图。

图2为实施例一的检测结果图。

图3为对比例一的检测结果图。

图中：具有冷却系统的热场10、水冷热屏100、环形水冷空腔110、炉体200、连接法兰300、水冷套400。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

一种改善单晶硅微缺陷的方法，在晶棒拉制过程中，具有冷却系统的热场10包括水冷热屏100，所述水冷热屏100内开设环形水冷空腔110，所述环形水冷空腔110与所述水冷热屏100的形状相同，在所述水冷热屏100内的环形水冷空腔110通入预定温度的冷水，增加晶棒在拉制过程中的冷却速率，抑制COP缺陷的生长。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种改善单晶硅微缺陷的方法，在整个晶棒拉制过程中，在所述水冷热屏100内的环形水冷空腔110通入预定温度的冷水，增加晶棒在拉制的过程中冷却速率加快，使得在拉速V相同的情况下，固液界面中心与边缘温度梯度G近似为1，单晶横截面不会存在两种不同点缺陷的富积区，进而使得COP缺陷的形成得到了抑制，有效的减少单晶中的粒子缺陷（COP)。

进一步的，所述具有冷却系统的热场10包括：炉体200、连接法兰300、水冷套400，所述水冷热屏100、连接法兰300、水冷套400位于所述炉体200内，所述水冷热屏100的上端与所述连接法兰300连接，所述连接法兰300内部对称开设通孔，所述连接法兰300的通孔与所述环形水冷空腔110的连通，所述连接法兰300与所述炉体200侧壁连接，所述水冷套400与炉体200的内壁连接，水通过所述连接法兰300的通孔的端部进入至所述环形水冷空腔110内，再通过所述连接法兰300另一侧的通孔出去，以实现循环换热，并且在水冷热屏100内的环形水冷空腔110上设置单独的冷却水，一方面，预防操作员在操作不慎的时候会将水冷热屏100侵入硅料溶汤（溶汤温度为1420℃左右）中，引起单晶炉爆炸现象；另一方面，水冷热屏100与水冷套400双重降温会快速使晶棒的温度降低至900℃以下。

进一步的，所述水冷套400的温度与所述环形水冷空腔110内的温度相同。

进一步的，所述水冷热屏100的上端的直径与所述连接法兰300的内径相同。

进一步的，所述水冷热屏100为不锈钢材料制成。

进一步的，所述水冷热屏100表面设置保护层，所述保护层为Sic材料喷涂制成，降低不锈钢材质对单晶的晶棒的影响，并保护水冷热屏100的机械性能。

进一步的，冷水的预定温度的为18℃-25℃。

进一步的，冷水的预定温度的为23℃。

进一步的，冷水的流量为45slm-60slm，压力为0.40mpa-0.6mpa。

实施例一：

如图1所示，从晶棒拉制开始至晶棒拉制结束，在水冷热屏100的环形水冷空腔110内持续通入流量为50slm、压力为0.45mpa、温度为23℃的冷水，水冷套400内的温度为23℃，成晶速度为26mm/H，炉压为30托，氩气气氛为100slm，拉制出的晶棒用SP7设备检测26nmCOP颗粒呈现如图2所示。

对比例一：

从晶棒拉制开始至晶棒拉制结束，所述水冷热屏100由内热屏、外热屏、石墨材质的断热材组成，水冷套400内的温度为23℃，成晶速度为26mm/H，炉压为30托，氩气气氛为100slm，其他条件与实施例一相同，拉制出的晶棒用SP7设备检测26nm COP颗粒呈现如图3所示。

由图2与图3可知，大的圆圈为晶棒的截面，大圆圈里面的小黑点为COP缺陷，通过本发明的技术方案，使得晶棒能够迅速降低至800℃-900℃，抑制了COP缺陷的形成。

本领域为了避免COP缺陷的产生，且提高生产率，优选通过提高拉速V去改善缺陷；但是较高的V/G值会导致COP缺陷增加；因为，如果在不改变V/G值的情况下提高提拉速度V，则晶体温度梯度G也必须增大，否则难以确保提拉的硅单晶晶棒的冷却温度处于空位聚集温度范围内；并且，当拉速较大时，会使晶棒中的空位浓度大于晶体温度梯度G引起的自间隙Si的扩散系数，导致空位浓度较高，COP缺陷增多；反之，当拉速减小时，空位的浓度低于温度梯度G引起的间隙Si的扩散系数，导致LDL缺陷增加。因此无法通过提高或降低拉速来改变COP缺陷。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。