[发明专利]单晶硅的生长方法及其制备的单晶硅锭

说明书

技术领域

本发明是关于硅晶体的生长方法，尤其是关于单晶硅的生长方法。

背景技术

在柴氏拉晶法(Czochralski method)(以下有时称直拉法)之单晶硅生长过程中，由于石英坩埚的熔解，会使得部分氧进入单晶硅中，这些氧主要存在于硅晶格的间隙位置。当间隙氧的浓度超过氧在硅中的溶解度时即发生沉淀，从而形成单晶硅中常见的氧沉淀缺陷，进而对集成电路装置造成损害。

内质吸除(intrinsic gettering)技术，即，藉由一定程序于硅片内形成高密度氧沉淀，而可在该硅片表面形成一定深度的无缺陷的洁净区，该洁净区则可应用于制造装置。然而，随着超大规模集成电路(ULSI)之发展，特征尺寸越来越小，必须降低单晶硅中的氧浓度以避免在装置的有源区中形成缺陷。另外，由于目前集成电路工艺的热预算显著降低，因此无法充分符合于硅片体内形成氧沉淀的条件，从而影响内质吸除的效果。

可通过在直拉单晶硅中掺氮以解决上述问题。氮能够促进直拉单晶硅中的氧沉淀，进而增强内质吸除效果。掺氮亦可提高硅片机械强度，抑制空洞型缺陷。以红外光散射断层扫描法(IR-LST)及扫描红外显微法(SIRM)研究氧沉淀分布情况，研究结果表示，在掺氮浓度合适的300mm掺氮直拉硅片经过一步高温退火后，可形成高密度的氧沉淀，并于硅片近表面处形成一定宽度的洁净区；此外，随着氮浓度的增加，硅片中的氧沉淀径向分布更为均匀。

业界一般是以固相掺氮，例如采用氮化硅(Si₃N₄)粉末，进行单晶硅掺氮，此法可较精确地控制掺氮浓度，但高纯度氮化硅(Si₃N₄)粉末难以获得，且常因熔解困难而残留Si₃N₄颗粒，而难以达成单晶硅的无位错生长。业界亦采用气相掺氮，是在晶种熔接后导入高纯度氮气或氮/氩混合气体，藉由氮气导入时间以控制硅晶体掺氮浓度。气相掺氮是藉由氮气与硅熔体反应而达成掺氮，纯度 较高，且反应形成的氮化硅较不易颗粒化，然而，由于完全依靠热对流进行反应，工艺不易控制且掺氮浓度较不均匀。

综上述，对于单晶硅的制造方法仍有其需求。

发明内容

本发明是提供一种单晶硅的生长方法，是以柴氏拉晶法进行，是将置于坩埚内的硅原料熔化而形成熔体，并提拉该熔体而使单晶硅生长的方法；在形成熔体时通入包括氩气气体；以及，在提拉步骤中施加磁场。

本发明并提供一种制备晶圆的方法，包括以本发明方法所制得的单晶硅锭为原料制备该晶圆；该晶圆包含浓度为1×10¹³至1×10¹⁶/立方公分的氮原子。

附图说明

图1表示本发明的单晶硅生长方法的流程。

具体实施方式

本发明的单晶硅的生长方法是以柴氏拉晶法(又称直拉法)为基础，以固相掺氮配合磁场直拉单晶法(magnetic field-Czochralski method，MCZ)进行硅单晶的制备。简言之，柴氏拉晶法为将置于坩埚内的硅原料熔化而形成熔体，并提拉该熔体而使单晶硅生长的方法。本发明中，在形成熔体时通入包括氩气气体；以及，在提拉步骤中施加磁场。

在本发明中，该硅原料包括多晶硅碎块、及表面生长氮化硅的硅片。实施例中，该氮化硅可以采用化学气相沉积法(chemical vapor deposition)或等离子体化学气相沉积法(plasma chemical vapor deposition)生长，且该氮化硅之厚度为20-5000nm。

在本发明中，该磁场的强度为1000至5000高斯(Gauss)。

在实施例中，该磁场为超导体倾斜磁场。具体而言，该磁场的磁力线方向与该熔体液面呈一夹角，且角度为0至45度、或45至90度，可依实际需求调整该夹角之角度。在较佳实施例中，该磁场的磁力线方向与该熔体液面呈0至10度夹角、或80至90度夹角。