TW201128004A - Method of manufacturing dislocation-free single-crystal silicon by Czochralski method - Google Patents

Description

201128004 六、發明說明. 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種通過紫可斯基（Czochraiski)法製造不含差 排的單晶矽的方法。 【先前技術】 在矽晶圓的技術領域中’通常廣泛採用以柴可斯基法製邊單曰曰 矽的技術。一般而言，柴可斯基法是以下的方法’其中石英时禍 裝有作為原料的多晶石夕，該多晶石夕被加熱和溶化’及通過使用晶 種和提拉而生長具有預定形狀的單晶。在此，在生長期間保持不 含差排的狀態是單晶生長中的一個重要問題。然而，隨著近來石夕 晶圓直徑的增大，出於各種不同的原因，使大直徑單晶以不含差 排的方式生長變得越來越困難，且此已變成在製造的產量和成本 方面的重要問題。 關於該問題，過去已經研究了以不含差排的方式生長的失敗原 •因和產生差排的原因。例如，已知在石英坩堝的壁表面的溫度上 升以熔化大量多晶矽時會產生差排，以及由於熔體的自然對流變 得更強，而促進石英坩堝中的熔化且不可溶物質的小顆粒（方石 &)會附著在生長介面上（W. Zulehner等人：「Czochralski-Grown

Silicon」’ in: Crystals. Growth, Properties and Applications, Vol. 8, ed.J.Grabmaier，（Springer Verlag，1982) p.1-143)。 【發明内容】 本發明係關於一種通過柴可斯基法製造不含差排的單晶矽的方 法。

S 3 201128004 本毛明的發明人更加詳盡地研究了在上述柴可斯基法中產生差 排的原因。本發明的發明人從而發現，在石制财㈣之前’ 原料單晶㈣包含平均純小於特定㈣精細獅，這是原料多 晶石夕的炫化時間延長及由於附著在生長介面上而產生差排的一個 原因。本發明是基於該發現而實現的。 因此，本發明係關於-種通過柴可斯基法製造不含差排 了的方法，其包含纽化之前，去除包含在原财Μ平均粒: 小於250微米的顆粒的精細顆粒去除步驟。 :發明亦關於一種具有以下特徵的方法，該精細顆粒去除步驟 係用超純水鱗對該原财實施—清域理的步驟。 r本發明㈣於—種具有以下特徵的方法，該精細触去除步驟 糸用虔縮氣體對該原料石夕實施一吹氣處理的步驟。 •… 本發明亦關於-種具有以下特徵的方法， 係對該原料碎實施-筛分處理的步驟。 % 1去除步驟 根據本發明通過柴可斯基法t料含差排 在熔化之前，去降肖人/ a夕的方法包含 絲包含在闕Μ的平均崎切25q 粒的精細顆粒去除步驟。因此，原料石夕的溶化時間可以=的顆 當的時間長度，並且可以削減由於附著在生長 °又疋為適 的原因。因此，變得能夠以提高的產率進行生產。而產生差排 【實施方式】 以下根據實施態樣解釋本發明。 201128004 作為可用於本發明的原料石夕，一般所使用的和商業上可鱗得的 原料夕可以在不改變上述柴可斯基法中的初始裝料的情況下使 用。對於原料石夕的形狀沒有特別的限制，其例子包括塊狀、棒狀、 厚塊狀、顆粒狀、和粉末狀。 "亥原料石夕通常包含各種不同的精細顆粒，特別是具有極小的平 均粒，_精細顆粒。其原因之—是上述原㈣在石英㈣中炼 化之前，因為輸送、運輸、分配/計量等，由於例如原料料塊體 之間或者原料矽與輸送袋、壁等之間的接觸或摩擦，而產生具有 各種不同的平均粒徑的精細顆粒。如此產生的精細顆粒的形狀或 粒桂在-極寬的範圍。然而它們通常是能夠通過公知的方法來定 量測定的（例如，參見 rParticle Techn〇1〇gy Handb〇〇k s咖d

Echtlon，由 The s〇ciety 〇f p〇wder Techn〇㈣編輯由几e 職k时

Kogyo Shimbun，Ltd 出版，1998」）。 這些精細顆粒不僅與原料矽分離地存在，例如作為自由的粉 末。其還可附著或吸附在更大尺寸的顆粒或原财的表面或賴 上0 依精細顆粒的來源而定，這些精細顆粒的材質可以是各種不同 的物質。若來自多晶石夕’除了碎以外’其表面的—部分是經氧化 的石夕’或者其表面主要是經氧化的二氧切，或者其表面及其内 ，均為經氧化的二氧化矽。產生這些氧化物的一個可想到的原因 是’在出於上述原因而形成補細顆粒的情況下，精細顆粒的粒 徑越小，則其比表面積越大，從而更加容易被空氣中的氧氣氧化。 、此外，可想到的是，當精細顆粒出於上述原因而由單晶矽形成時， 201128004 其斷裂表面處於極具活性的狀態，並且容易被'空氣氧化。 &些具有减物塗層㈣精細顆粒或幾乎完全氧化的二氣 精細顆粒的溶化溫度高於㈣溶化溫度，而且它們在石英坤^ 通常加熱溫度下無法充分㈣，或者f要㈣加熱時間。若自 粒無法充分溶化，則會以顆粒存在於熔體中，並㈣著在生長八 面上。在此情况下，其會導致在提拉單晶料在單晶⑦中產= 排。 對於在本發明中待去除的精細顆粒的尺寸沒有特別的限制而 該尺寸意味著顆粒在石英㈣的通t加熱溫度下無法充分炫化， 因此在單晶提拉處理中以顆粒存在於《中，然後附著在生長介 面上，並導致在提拉單晶♦時在單晶秒中產生差排的尺寸。對於 具有不會產生上述差排的尺寸的顆粒，可以與上述顆粒混合。若 s亥尺寸被具體地定義為平均粒徑，則待去除的上述精細顆粒是平 均粒徑小於250微米的顆粒。 因此’根據本發明的方法的特徵在於，去除源自原料矽的上述 精細顆粒’特別是平均粒徑小於25〇微米的精細顆粒。對於該去 除方法沒有特別的限制。可以採用分離/去除精細顆粒的習知的公 知方法和裝置（例如，參見「partjcie Techn〇i〇gy Handbook Second Edition, edited by The Society of Powder Technology, published by

The Nikkan Kogy〇 Shimbun，Ltd. 1998」）。 以下具體地描述在本發明中較佳的去除方法（精細顆粒去除步 驟）。 6 201128004 ⑴用超純水賴對原㈣實料洗處理的步驟： =制以超純水或醇作為清洗液的通常的清洗裝置可以清洗 夕晶料表面。因此可以去除附著或⑽在表面上或者自由 漂洋的精細祕。較佳財實衫次清洗Hu在清洗液 中的精細顆粒，以確認不再發現平均粒徑小於W微米的精細顆 粒。在祕清洗液或在歸超音波的情況τ進行清洗亦為較佳。 ⑺用壓縮氣體對原料碎實施吹氣處理的步驟： 在本發明中，附著或吸附在原料多晶石夕上的精細顆粒或自由的 精細顆粒較㈣通㈣-高職料其進行錢而絲。高壓氣 體的例子包括空氣、氮氣、氬氣等。高職體較佳為超淨氣體（▲ clean gas)。對於用高職體進行吹氣的方法和裝置沒有特別的限 制；而高壓氣體可以從上方和下方或從側面吹在多晶料聚集體 σ、通過用i§虽的過濾益等收集所去除的精細顆粒並力口以測 定以確認平均粒徑為250微米的精細顆粒被充分去除。 (3)對原料矽實施蝕刻處理的步驟： 了 X通過使用以酸性或驗性液體作為姓刻液的通常姓刻裝置對 原料多晶矽的表面進行蝕刻，從而去除附著或吸附在表面上或者 自由漂浮的精細顆粒。較佳係在蝕刻之後立即用超純水進行清 先此外在實施多次清洗之後，測定留在清洗液中的精細顆粒， 以確認不再發現平均粒徑小於250微米的精細顆粒。較佳係在蝕 亥J %授拌钱刻液或者搖動原料石夕。較佳係對原料石夕實施表面钮刻 至1毫米以下的深度，在該深度處原料矽的品質幾乎根本不改變。 201128004 驟 (4)對原料矽實施篩分處理的步 可以通過使用筛子而從原料多晶石夕去除精細顆粒。較佳 在多次師分處理之後殘留的精細難，以確認不再 疋 小於250 «的精細顆粒。只要篩子的尺寸能夠去:梦^ 粒，則對於篩子的形狀、尺寸和材質沒有特別的限制。顆 ⑸此外’在本發明中，精細顆粒去除步驟包括多個以下步驟 的組合1超純水或醇對原财實施清洗處理的步驟、用壓 體對原㈣實施吹氣處理的步驟或對原㈣實施篩分處理的步 驟。通過將料多個步驟加以組合’可以更加可靠地去除平均粒 徑小於250微米的精細顆粒。 本發明並不限於 以下基於實施例更加詳細地加以解釋。然而 這些貫施例。 實施例1 開封原料多晶石夕的袋子，並將石夕裝入一藍子中。接著，通過使 青先裝置用超純水進彳亍清洗5分鐘。在此情況下，係用溢流 (讀rfl(DW)狀態的超純水進行清洗。此外，搖動原㈣。在清洗 後取出„亥監子，並用超純水進行沖淋清洗。在隨後的乾燥之 後，獲得以下原料矽。 k使用。亥原料石夕製造單晶錠時，再熔化時間可以縮短2丨％。 實施例2 開封原料多晶石夕的袋子，並將石夕襄入一籃子中。然後，通過使 201128004 用壓縮空氣實施空氣吹氣。在空氣吹氣之後，獲得以下原料妙。 當通過使用該原料石夕製造單晶旋時，再炫化時間可以縮短331 實施例3 在將原料多晶矽放在3毫米x3毫 精細顆粒之後，獲如以财。/、 ’科上，《並去除 當通過使用該原㈣製造單㈣時，再熔化時間可以縮短俱。 在實施例3中所收集的精細難的粒徑分佈中，平均 250微米的精細顆粒占所有精 、 性地去除平均粒徑小於25〇微米_ U因此’可以選擇 集__的粒徑分佈圖。在其他實二樣： 化時門Hi為貫〜例1至3以及未去除精細顆粒的情況的再炫 化時間的比較圖。本發 冷 精細顆粒的麵牛驟\ 則去除㈣在原料石夕上的 刻處理、精細_抽吸處Γ等本發明包含能夠獲得同等效果的姓 合通:將上述精細—組 8冑件同等效果。此外，本發明的範圍包含 ==:實?運輪、計量等步驟。此外，本發明的範： 曰 磁％而實施的MCZ法，從而獲得同等效果。 本發月的製造方法可廣泛地應用於通過柴可斯基法製造不含差 201128004 排的單晶矽的方法。 — 【圖式簡單說明】 第1圖所示為在本發明中所收集的精細顆粒的粒徑分佈的結 果；以及 第2圖所示為本發明的實施例的結果。 【主要元件符號說明】 (無）

Claims (1)

1. 201128004 七、申請專利範圍： 丨.-種通過柴可斯基（Cz〇chraisJd) 的方法，^人 忐裟&不含差排的單晶矽 其包含在熔化之前，去除包含 徑小於250鶬止λλ 隹原科矽t的平均粒 2. 0微未的顆粒的精細顆粒去除步驟。 如請求項} & 士、丄 、 的方法’其中該精細顆粒去 醇對該原财t t 雜錢步_用超純水或 十夕霄細—清洗處理的步驟。 3. 如請求項1的方法，复令 體對該原㈣實施齡錯步_帛—塵縮氣 貝她—吹氣處理的步驟。 4.如請求項1的方法 實施—筛分處理的步^精細顆粒去除步驟係對該原· 如明求項1的方法 以下步驟的組合：其中該精細顆粒去除步驟係二個或多個 用超純水或醇對> π 封该原料矽實施一清洗處理的步驟； 用一壓縮氣體斟 或 十該原料矽實施一吹氣處理的步驟 對該原料碎警 也—篩分處理的步驟。