[发明专利]在提拉单晶期间确定和调节单晶直径的方法

说明书

本发明涉及在由用于提拉单晶(200)的设备(100)的坩埚(130)中的熔体(230)提拉单晶(200)尤其是单晶(200)的末端圆锥(210)期间确定单晶(200)的直径(d_K)的方法，其中在考虑熔体(230)的表面(235)相对于坩埚(130)的第一下降速率(v_S)、单晶(200)相对于坩埚(130)升高的第一提升速率(v_K)以及质量守恒的情况下确定单晶(200)在与熔体(230)的界面处的直径(d_K)。

技术领域

本发明涉及在由坩埚中的熔体提拉单晶期间确定单晶直径的方法。于是所确定的直径可以用作在提拉单晶期间待调节的变量。

背景技术

在根据所谓的Czochralski法提拉半导体材料单晶期间，必须能够监测即确定和适当地影响单晶直径。单晶直径的改变取决于在结晶边界处单晶的径向生长，例如可以通过以受控制的方式在结晶边界的区域内改变单晶的提升速率和/或熔体的温度而加以影响。

一般而言，可以借助光学探测装置，例如照相机，通过记录例如在结晶边界的区域内包围单晶的亮环上的三个点，并由此计算直径，从而确定单晶直径。该亮环是其中包含熔体的坩埚的灼热发光的壁在液态熔体上的反射，其在结晶边界的区域内形成所谓的弯月面。

在提拉过程接近结束时，一般提拉在单晶上的所谓的末端圆锥，即在长的圆柱体部分之后，单晶成圆锥形逐渐变细至小直径。以此方式避免在单晶由熔体脱离期间在单晶中产生的滑移或位错反过来延伸远远进入单晶中，尤其是进入随后例如用于生产晶片的圆柱体部分中。

因为前述照相机由于在熔体的区域内的高温而一般位于相关的提拉单晶的设备外部，因此通常只能以比较陡的角度从上方观察熔体，所以在末端圆锥的区域内一般不再记录单晶直径。

例如可以提拉非常长的末端圆锥，照相机在此角度恰好仍然可以记录亮环。然而，以此方式消耗非常大量的材料，随后无法使用，可能需要重新熔化。圆柱形区域中单晶直径越大，则因此在末端圆锥中不必要地消耗的材料的量越大。

也可以提拉末端圆锥，其中不对直径加以调节，即受控制地提拉末端圆锥。虽然由此可以实现较短的末端圆锥，但是若角度变得过小，则单晶会过早地由熔体脱离。由于缺少调节，于是在此情况下不再能够以修正的方式采取措施。这一般导致滑移或位错，其返回晶体中，因而无法使用这一部分的单晶。

EP 0 758 690 A1例如公开了一种方法，其中借助照相机在末端圆锥的区域内记录单晶直径，其中在熔体表面上方的区域内布置镜子。因此即使在比较小的角度，照相机也可以通过镜子看到亮环。然而，在此情况下，缺点是该镜子难以安装，此外因为有蒸汽由熔体升起，所以非常容易起雾。

JP 63 021 280 A1公开了一种方法，其中在提拉末端圆锥期间改变照相机的位置，从而能够记录不太陡的角度。然而这是不利的，因为一方面在改变照相机位置时会产生额外的费用，另一方面为了实现可再现的单晶形状需要精确定位照相机，而这在持续地改变照相机位置时不再能够可靠地加以确保。

EP 0 498 653 A2公开了一种方法，其中由从熔体提拉的单晶的重量确定熔体表面的降低量。由降低量例如可以确定必须跟着调节坩埚的高度，或者可以修正光学确定单晶直径的过程，例如通过修正照相机在熔体上方的高度的数值。

DE 42 31 162 A1公开了一种调节坩埚中熔体表面的高度的方法。为此，确定熔体的表面相对于参考标记的距离。

US 6,106,612 A例如公开了一种相对于固定的点确定在坩埚中熔体表面的位置的方法，由该坩埚提拉单晶。

因此值得期待的是，提供在由熔体提拉单晶时确定单晶直径的简单的可能性。

发明公开