12寸超低氧晶棒拉制方法及单晶晶棒

技术领域

本发明属于单晶硅拉晶的技术领域，具体涉及一种12寸超低氧晶棒拉制方法及单晶晶棒。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是能源变换与传输的核心器件，作为国家战略性新兴产业，其广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动车、光伏风电等领域。作为IGBT芯片的衬底材料，半导体级单晶硅片的品质对IGBT的性能起着至关重要的作用，单晶硅氧（Oi）含量对IGBT工序退火前后Res影响较大，只有控制好单晶硅Oi含量，才能更好的控制退火前后电阻率，从而满足IGBT对电阻率规格需求。生产IGBT衬底单晶硅材料一般有FZ法和MCZ法，受制于硅材料本身的物理性能，使用FZ法所能获得的单晶尺寸最大为8英寸，其已无法满足晶圆厂制程的尺寸需求。MCZ法则能低成本稳定地制造出300mm的大尺寸硅片，但是MCZ法制造出的大尺寸硅片的Oi含量较高，无法满足IGBT芯片制程的中氧含量为5ppma以下的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种新的12寸超低氧晶棒拉制方法，以满足大尺寸硅片的Oi含量低于5ppma以下的需求。

还有必要提供一种单晶晶棒。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种12寸超低氧晶棒拉制方法，在拉晶过程中，通过调节晶棒转速、坩埚转速、炉压、氩气流量抑制坩埚内熔体的对流，以降低晶棒中的氧含量。

优选地，所述晶棒转速为3rpm-5rpm。

优选地，所述坩埚转速为0.2rpm-0.4rpm。

优选地，所述炉压为3KPa-5KPa。

优选地，所述氩气流量为180slm-220slm。

优选地，所述拉晶过程采用MCZ进行拉晶。

优选地，所述磁场强度为2500GS-3500GS。

一种单晶晶棒，利用如上所述的12寸超低氧晶棒拉制方法进行拉制，得到晶棒。

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12寸超低氧晶棒拉制方法，在拉晶过程中，调节炉压，使得石英坩埚与硅熔体生成的SiO挥发速率加快，再配合氩气流量将挥发的SiO带走，减少单晶炉内的氧含量以降低氧进入晶棒的几率，进一步的调节晶棒、坩埚转速抑制坩埚内熔体的对流，以减少晶棒中的氧含量，使得晶棒中的氧含量降低至5ppma以下。

附图说明

图1为实施例一与对比例一拉制晶棒的氧含量结果图。

图2为实施例一拉制晶棒的氧的面内分布测试示意图。

图3为实施例一拉制晶棒X轴的氧含量分布情况。

图4为实施例一拉制晶棒Y轴的氧含量分布情况。

图5为实施例一、对比例一拉制晶棒RRG检测结果对比图。

图6为实施例一、对比例一拉制晶棒ORG检测结果对比图。

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12寸超低氧晶棒拉制方法，在拉晶过程中，通过调节晶棒转速、坩埚转速、炉压、氩气流量抑制坩埚内熔体的对流，以降低晶棒中的氧含量。

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12寸超低氧晶棒拉制方法，在拉晶过程中，调节炉压，使得石英坩埚与硅熔体生成的SiO挥发速率加快，再配合氩气流量将挥发的SiO带走，减少单晶炉内的氧含量以降低氧进入晶棒的几率，进一步的调节晶棒、坩埚转速抑制坩埚内熔体的对流，以减少晶棒中的氧含量，使得晶棒中的氧含量降低至5ppma以下。

进一步的，所述晶棒转速（SR）为3rpm-5rpm，降低晶棒转速，在不影响晶棒RRG品质的情况下抑制熔体的对流降低氧含量。

进一步的，所述坩埚转速（CR）为0.2rpm-0.4rpm，调节坩埚转速，在不影响晶棒ORG品质的情况下，SR、CR配合抑制坩埚内熔体的对流，降低晶棒的氧含量。

进一步的，所述炉压为3KPa-5KPa。

进一步的，所述氩气流量为180slm-220slm，使得大量的SiO被带走。

进一步的，所述拉晶过程采用MCZ进行拉晶。

进一步的，所述磁场强度为2500GS-3500GS。

一种单晶晶棒，利用如上所述的12寸超低氧晶棒拉制方法进行拉制，得到晶棒。

实施例一：

在单晶炉内，采用MCZ法进行晶棒拉制，拉制12英寸的单晶，在磁场强度为2500GS-3500GS、SR为3rpm-5rpm、CR为0.2rpm-0.4rpm、炉压为3KPa-5KPa、氩气流量为180slm-220slm下进行晶棒拉制，得到晶棒。

对比例一：

在单晶炉内，采用MCZ法进行晶棒拉制，拉制12英寸的单晶，在磁场强度为2500GS-3500GS、SR为5rpm-8rpm、CR为0.4rpm-0.6rpm、炉压为5KPa-9KPa、氩气流量为120slm-160slm下进行晶棒拉制，得到晶棒。

1.将实施例一、对比例一得到晶棒后如检测方法为FTIR法（傅里叶变换红外光谱）设备为傅里叶变换红外光谱仪。晶体硅中的氧为间隙氧，1956年Kasier年使用硅的室温傅立叶变换红外光谱9μm吸收带测量硅中间隙氧浓度。因9μm的远红外区的吸收峰最强，因此采用FTIR 9μm吸收带来测量氧浓度，检测结果如图1所示，其中：优化前工艺为对比例一的工艺，优化后工艺为实施例一的工艺。

由图1可知：实施例一得到的晶棒的氧含量整体低于5ppma，故Oi作为施主杂质，在热处理制程中不会对晶圆的电阻率造成影响，不会造成电阻率降低，能够达到了IGBT芯片制程的需求。

2.同时对实施例一得到的晶棒的氧的面内分布进行了测试，其测试示意图如图2所示，分别沿着X、-X，Y、-Y测试15个点的Oi数据，此时，X轴上共测试30点的Oi，Y轴上共测试30点Oi数据，加上中心点Oi数据，共计测的61点Oi数据此为61点测量示意图。测试结果如图3、4所示。

由图3、图4可知，Oi在晶圆内的分布基本均匀，能够满足晶圆厂制程要求。

3.对实施例一、对比例一得到的晶棒得RRG、ORG等品质进行检测，得到结果如图5、6所示，其中，优化前工艺为对比例一的工艺，优化后工艺为实施例一的工艺。。

由图5、6得知：晶棒的RRG、ORG均在10%以内，符合要求。且实施例一在降低氧含量使其低于5ppma的同时还需保证晶棒的其他品质符合要求，这是相当困难的点，一般来说当晶转、埚转升高时，RRG、ORG会变好（数值更小），但是对应氧含量会升高，达不到IGBT用衬底晶圆的要求。因此对实施例一及对比例一的RRG、ORG进行了对比，发现实施例一的工艺RRG及ORG至整体上仅略高于对比例一，但相差不大，能够满足要求。

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。