用于生产低氧含量硅的系统及方法与流程

本申请案主张2015年12月04日申请的第62/263,355号美国专利申请案的优先权，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。本发明大体上涉及硅锭的生产，且更明确来说，本发明涉及用于生产具有低氧浓度的硅锭的方法及系统。
背景技术：
：单晶硅是用于制造半导体电子组件及太阳能材料的许多过程中的起始材料。举例来说，从硅锭生产的半导体晶片通常用于集成电路芯片的生产中。在太阳能产业中，归因于无晶界及位错，可使用单晶硅代替多晶硅。将单晶硅锭加工成所要形状，例如硅晶片，可从所述硅晶片生产半导体或太阳能晶片。生产高纯度单晶硅锭的现存方法包含浮区法(floatzonemethod)及磁场施加丘克拉斯基(mcz)过程。浮区法包含熔化超纯多晶硅棒的窄区域且沿着棒缓慢平移熔化区域以生产高纯度的单晶硅锭。mcz过程通过在坩埚中熔化多晶硅、将晶种浸入熔化硅中且以足以达成锭所要的直径的方式抽出晶种而生产单晶硅锭。水平及/或垂直磁场可施加于熔化硅以抑制杂质(例如氧)并入到生长单晶硅锭中。尽管浮区硅锭通常含有相对低浓度的杂质(例如氧)，但归因于通过表面张力所强加的限制，使用浮区法生长的锭的直径通常不大于约150mm。与浮区锭相比，可以更高锭直径生产mcz硅锭，但mcz硅锭通常含有更高浓度的杂质。在使用mcz方法生产单晶硅锭的过程期间，通过熔体-固体或熔体晶体界面将氧引进到硅晶锭中。氧可引起从锭生产的晶片中的各种缺陷，从而降低使用锭制造的半导体装置的产量。举例来说，绝缘栅双极晶体管(igbt)、高质量射频(rf)、高电阻率绝缘体上硅(hr-soi)及电荷陷阱层soi(ctl-soi)应用通常要求低氧浓度(oi)以便达成高电阻率。使用浮区硅材料制造至少一些已知半导体装置以达成低oi及高电阻率。然而，浮区材料相对昂贵且限用于生产具有小于近似200mm的直径的锭。因此，浮区硅材料昂贵且无法生产具有相对低氧浓度的较高直径硅晶锭。本
背景技术：
部分旨在向读者介绍可与下文所描述及/或所主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。据信本论述有助于向读者提供背景信息以促进更好地理解本发明的各个方面。因此，应了解，这些陈述应从这个角度进行阅读，且并非作为对现有技术的认可。技术实现要素：在一个方面中，一种用于生产硅锭的方法包含从包含坩埚中的熔化硅的熔体抽出晶种。将坩埚围封在含有尖点磁场的真空室中。所述方法进一步包含在至少两个阶段中调节至少一个过程参数。至少一个过程参数包含晶体旋转速率、坩埚旋转速率及磁场强度中的一者。至少两个阶段包含对应于形成硅锭直到中间锭长度的第一阶段，及对应于硅锭从中间锭长度形成到总锭长度的第二阶段。根据这个实施例中的方法，在第二阶段期间调节至少一个过程参数包含相对于第一阶段期间的晶体旋转速率降低晶体旋转速率、相对于第一阶段期间的坩埚旋转速率降低坩埚旋转速率及相对于第一阶段期间的磁场强度增大磁场强度中的至少一者。另一方面涉及一种从使用上文所描述的方法生成的硅锭生产的晶片。又一方面涉及一种用于生产硅锭的晶体生长系统。所述系统包括真空室及安置在真空室内的坩埚。坩埚可绕对称轴旋转，且经配置以固持包含熔化硅的熔体。拉杆可沿着对称轴移动、可绕对称轴旋转，且经配置以固持晶种。至少一个磁体可在坩埚内生成可控制尖点磁场。控制单元包括处理器及存储器，存储器存储在通过处理器执行时引起处理器从坩埚中的熔体抽出晶种以形成硅锭的指令。所述单元还调节至少一个过程参数，其中在至少两个阶段中调节至少一个过程参数。至少两个阶段包括对应于形成硅锭直到中间锭长度的第一阶段，及对应于硅锭从中间锭长度形成到总锭长度的第二阶段。指令在由处理器执行时引起处理器通过以下至少一者调节至少一个过程参数：相对于第一阶段期间的晶体旋转速率降低晶体旋转速率；相对于第一阶段期间的坩埚旋转速率降低坩埚旋转速率；及相对于第一阶段期间由至少一个磁体产生的磁场强度增大由至少一个磁体产生的磁场强度。存在相对于上述方面所述的特征的各种改进。进一步特征同样也可并入上述方面中。这些改进及额外特征可分别或以任何组合存在。举例来说，下文相对于任何所说明实施例论述的各种特征可单独或以任何组合并入上述方面中。附图说明图1是一个实施例的坩埚的俯视图。图2是图1中所展示的坩埚的侧视图。图3是说明在晶体生长设备中施加于含有熔体的坩埚的尖点磁场的示意图。图4是与图1相同的实施例的晶体生长系统的框图。图5a是坩埚的部分的横截面图，其展示在以给定晶体旋转速率的中间体生长时接近坩埚壁的流线及氧浓度。图5b是实例性坩埚的部分的横截面图，其绘制在以晶体旋转速率的后期体生长时接近坩埚壁的流线及氧浓度。图5c是坩埚的部分的横截面图，其绘制在以不同晶体旋转速率的后期体生长时接近坩埚壁的流线及氧浓度。图6是绘制随着后期体生长时的晶体旋转速率而变的模拟氧浓度(oi)相对于沿着晶体的位置(bl)的图表。图7a是绘制针对6rpm的晶体旋转速率的后期体生长时的氧浓度相对于坩埚旋转速率的图表。图7b是绘制针对8rpm的晶体旋转速率的后期体生长时的氧浓度相对于坩埚旋转速率的图表。图8a是实例性坩埚的横截面图，其绘制在对应于50％平衡的磁场强度下的后期体生长时接近坩埚壁的流线及速度量值。图8b是实例性坩埚的横截面图，其绘制在对应于95％平衡的磁场强度下的后期体生长时接近坩埚壁的流线及速度量值。图8c是实例性坩埚的横截面图，其绘制在对应于150％平衡的磁场强度下的后期体生长时接近坩埚壁的流线及速度量值。图9是绘制针对两个不同晶体旋转速率轮廓的随着晶体长度而变的氧浓度的图表。图10是实例性服务器系统的框图。图11是实例性计算装置的框图。各个图中的相同参考符号指示相同元件。具体实施方式首先参考图1及2，通常以10指示一个实施例的坩埚。用于坩埚10的圆柱坐标系统包含径向方向r12、角方向θ14及轴向方向z16。本文中使用坐标r12、θ14及z16来描述用于生产低氧硅锭的方法及系统。坩埚10含有具有熔体表面36的熔体25。从熔体25生长晶体27。熔体25可含有通过加热坩埚10及在角方向θ14上旋转坩埚10及/或晶体27而引发的一或多个对流流动基元(flowcell)17、18。如下文详细描述，经由调节一或多个过程参数而调制这些一或多个对流流动基元17、18的结构及相互作用以减少氧包含在形成晶体27内。图3是说明在晶体生长设备中施加于含有熔体25的坩埚10的尖点磁场的框图。如所展示，坩埚10含有硅熔体25，从硅熔体25生长晶体27。尖点磁场配置经设计以克服轴向及水平磁场配置的缺陷。将一对线圈31及33(例如，赫姆霍尔兹线圈)同轴地放置在熔体表面36上方及下方。线圈31及33以相对电流模式操作以生成具有接近熔体表面36的纯径向场分量(即，沿着r12)及接近晶体27的对称轴38的纯轴向场分量(即，沿着z16)的磁场。分别由线圈31及33生产的上部磁场40及下部磁场42的组合导致轴向及径向尖点磁场分量。图4是晶体生长系统100的框图。在pct公开申请案2014/190165中额外详细地描述晶体生长系统100、晶体生长系统100的元件及晶体生长系统100的各种操作参数，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。再次参考图4，系统100采用丘克拉斯基晶体生长方法来生产半导体锭。在这个实施例中，系统100经配置以生产具有大于一百五十毫米(150mm)、更明确来说在从近似150mm到460mm的范围内的锭直径，且甚至更明确来说近似三百毫米(300mm)的直径的圆柱形半导体锭。在其它实施例中，系统100经配置以生产具有二百毫米(200mm)锭直径或四百五十毫米(450mm)锭直径的半导体锭。另外，在一个实施例中，系统100经配置以生产具有至少九百毫米(900mm)的总锭长度的半导体锭。在其它实施例中，系统100经配置以生产具有从近似九百毫米(900mm)到一千二百毫米(1200mm)的范围的总锭长度的半导体锭。再次参考图4，晶体生长系统100包含围封坩埚10的真空室101。侧加热器105(举例来说，电阻加热器)环绕坩埚10。将底部加热器106(举例来说，电阻加热器)定位在坩埚10下方。在加热及拉晶期间，坩埚驱动单元107(例如，马达)举例来说使坩埚10在如通过箭头108指示的顺时针方向上旋转。坩埚驱动单元107还可在生长过程期间视需要升高及/或降低坩埚10。具有熔体水平或熔体表面36的硅熔体25在坩埚10内。在操作中，系统100从熔体25拉出单晶27(从附接到拉杆或缆线117的晶种115开始)。拉杆或缆线117的一个末端通过滑轮(未展示)连接到绞盘(未展示)或任何其它适合类型的提升机构(举例来说，轴杆)，且另一末端连接到固持晶种115及从晶种115生长的晶体27的卡盘(未展示)。坩埚10及单晶27具有共同对称轴38。坩埚驱动单元107可在耗尽熔体25时使坩埚10沿着轴38升高，以将熔体水平36维持在所要高度。类似地，晶体驱动单元121使拉杆或缆线117在与坩埚驱动单元107旋转坩埚10的方向相反的方向110上旋转(例如，反向旋转)。在使用等旋转的实施例中，晶体驱动单元121可在坩埚驱动单元107旋转坩埚10的相同方向上旋转拉杆或缆线117(例如，在顺时针方向上)。等旋转也可称为共转。另外，晶体驱动单元121在生长过程期间视需要使晶体27相对于熔体水平36升高及降低。根据丘克拉斯基单晶生长过程，将一定数量的多晶硅(polycrystallinesilicon或polysilicon)装载到坩埚10。加热器电力供应器123供能给电阻加热器105及106，且绝缘体125加内衬在真空室101的内壁。当真空泵131从真空室101去除气体时，气体供应器127(例如，瓶)经由气流控制器129将氩气馈送到真空室101。从贮器135馈入冷却水的外室133环绕真空室101。接着，将冷却水排放到冷却水返回歧管137。通常，温度传感器(例如光电池139(或高温计))测量熔体25在其表面处的温度，且直径换能器141测量单晶27的直径。在这个实施例中，系统100不包含上部加热器。存在上部加热器或缺少上部加热器更改晶体27的冷却特性。在这个实施例中，上部磁体(例如螺线管线圈31)及下部磁体(例如螺线管线圈33)分别定位在熔体水平36上方及下方。横截面图中展示的线圈31及33环绕真空室(未展示)且与对称轴38共享轴线。在一个实施例中，上部线圈31及下部线圈33具有单独电力供应器，包含但不限于上部线圈电力供应器149及下部线圈电力供应器151，其中的每一者连接到控制单元143且受控于控制单元143。在这个实施例中，电流在两个螺线管线圈31及33中在相反方向上流动以生产磁场(如图3中所展示)。贮器153在排放之前经由冷却水返回歧管137提供冷却水到上部线圈31及下部线圈33。铁罩155环绕线圈31及33以减少杂散磁场且提高所生产场的强度。使用控制单元143来调节多个过程参数，包含但不限于晶体旋转速率、坩埚旋转速率及磁场强度中的至少一者。在各种实施例中，控制单元143可包含处理器144，处理器144处理从系统100的各种传感器(包含但不限于光电池139及直径换能器141)接收的信号，并且控制系统100的一或多个装置，包含但不限于坩埚驱动单元107、晶体驱动单元121、加热器电力供应器123、真空泵131、气流控制器129(例如，氩气流控制器)、上部线圈电力供应器149、下部线圈电力供应器151及其任何组合。控制单元143可为计算机系统。如本文中所描述，计算机系统是指任何已知计算装置及计算机系统。如本文中所描述，所有此些计算机系统包含处理器及存储器。然而，本文中所提及的计算机系统中的任何处理器还可指一或多个处理器，其中处理器可在一个计算装置或并行工作的多个计算装置中。另外，本文中所提及的计算机装置中的任何存储器还可指一或多个存储器，其中存储器可在一个计算装置或并行工作的多个计算装置中。如本文中所使用的术语处理器是指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(risc)、专用集成电路(asic)、逻辑电路、及能够执行本文中所描述的功能的任何其它电路或处理器。上述内容仅是实例，且因此并非旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义及/或含义。如本文中所使用，术语“数据库”可指数据主体、关系数据库管理系统(rdbms)或两者。如本文中所使用，数据库可包含任何数据集合，包含阶层数据库、关系数据库、平面文件(flatfile)数据库、对象关系数据库、面向对象式数据库、及存储在计算机系统中的任何其它结构化记录或数据集合。上述实例仅是实例，且因此并非旨在以任何方式限制术语数据库的定义及/或含义。rdbms的实例包含(但不限于包含)数据库、mysql、db2、sql服务器、及postgresql。然而，可使用实现本文中所描述的系统及方法的任何数据库。(oracle是加利福尼亚州redwoodshores的oracle公司的注册商标；ibm是纽约州armonk的internationalbusinessmachines公司的注册商标；microsoft是华盛顿州redmond的microsoft公司的注册商标；及sybase是加利福尼亚州dublin的sybase的注册商标。)在一个实施例中，提供计算机程序以启用控制单元143，且在计算机可读媒体上体现这个程序。在实例性实施例中，在单个计算机系统上执行计算机系统，而不要求连接到服务器计算机。在进一步实施例中，计算机系统是在环境中运行(windows是华盛顿州redmond的microsoft公司的注册商标)。在又一实施例中，计算机系统是在主机环境及服务器环境上运行(unix是位于英国伯克郡雷丁镇的x/open有限公司的注册商标)。替代地，计算机系统是在任何适合操作系统环境中运行。计算机程序是灵活的且经设计以在各种不同环境中运行而不损及任何主要功能。在一些实施例中，计算机系统包含分布在多个计算装置中的多个组件。一或多个组件可呈在计算机可读媒体中体现的计算机可执行指令的形式。计算机系统及过程不限于本文中所描述的特定实施例。另外，每一计算机系统的组件及每一过程可独立且与本文中所描述的其它组件及过程分开实践。每一组件及过程还可组合其它组合件封装及过程来使用。在一个实施例中，计算机系统可经配置为服务器系统。图10说明服务器系统301的实例性配置，服务器系统301用来从一或多个传感器(包含但不限于温度传感器139、直径换能器141及其任何组合)接收测量，并且控制系统100的一或多个装置，包含但不限于坩埚驱动单元107、晶体驱动单元121、加热器电力供应器123、真空泵131、气流控制器129(例如，氩气流控制器)、上部线圈电力供应器149、下部线圈电力供应器151、及如本文中所描述且在一个实施例中在图4中所说明的其任何组合。再次参考图10，服务器系统301还可包含但不限于数据库服务器。在这个实例性实施例中，服务器系统301执行用来控制如本文中所描述的系统100的一或多个装置的所有步骤。服务器系统301包含用于执行指令的处理器305。举例来说，可将指令存储在存储器区域310中。处理器305可包含用于执行指令的一或多个处理单元(例如，呈多核心配置)。可在服务器系统301上的各种不同操作系统(例如unix、linux、microsoft等等)内执行指令。还应明白，在起始基于计算机的方法之后，可在初始化期间执行各种指令。可要求一些操作以便执行本文中所描述的一或多个过程，而其它操作可更一般及/或特定于特定编程语言(例如，c、c#、c++、java或任何其它适合编程语言)。处理器305可操作地耦合到通信接口315，使得服务器系统301能够与远程装置(例如用户系统或另一服务器系统301)通信。举例来说，通信接口315可经由因特网从客户端系统接收请求(例如，提供交互用户接口以接收传感器输入且控制系统100的一或多个装置的请求)。处理器305还可以可操作地耦合到存储装置134。存储装置134是适于存储及/或检索数据的任何计算机操作硬件。在一些实施例中，将存储装置134集成在服务器系统301中。举例来说，服务器系统301可包含一或多个硬盘驱动器作为存储装置134。在其它实施例中，存储装置134在服务器系统301外部且可通过多个服务器系统301存取。举例来说，存储装置134可包含多个存储单元，例如呈廉价磁盘冗余阵列(raid)配置的硬盘或固态磁盘。存储装置134可包含存储区域网络(san)及/或网络附接存储(nas)系统。在一些实施例中，处理器305经由存储接口320可操作地耦合到存储装置134。存储接口320是能够向处理器305提供对存储装置134的存取的任何组件。举例来说，存储接口320可包含先进技术附接(ata)适配器、串行ata(sata)适配器、小型计算机系统接口(scsi)适配器、raid控制器、san适配器、网络适配器及/或向处理器305提供对存储装置134的存取的任何组件。存储器区域310可包含但不限于：随机存取存储器(ram)，例如动态ram(dram)或静态ram(sram)；只读存储器(rom)；可擦除可编程只读存储器(eprom)；电可擦除可编程只读存储器(eeprom)；及非易失性ram(nvram)。上述存储器类型仅是实例性的，且因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。在另一实施例中，可呈计算装置(例如计算装置402(图11中所展示))的形式提供计算机系统。计算装置402包含用于执行指令的处理器404。在一些实施例中，将可执行指令存储在存储器区域406中。处理器404可包含一或多个处理单元(例如，呈多核心配置)。存储器区域406是允许存储且检索信息(例如可执行指令及/或其它数据)的任何装置。存储器区域406可包含一或多个计算机可读媒体。在另一实施例中，包含在控制单元143的计算装置中的存储器可包含多个模块。每一模块可包含经配置以使用至少一个处理器执行的指令。多个模块中所含的指令可在由计算装置的一或多个处理器执行时实施用于同时调节如本文中所描述的多个过程参数的方法的至少部分。存储在计算装置的存储器中的模块的非限制性实例包含：第一模块，其用以从一或多个传感器接收测量；及第二模块，其用以控制系统100的一或多个装置。计算装置402还包含用于将信息呈现给用户400的一个媒体输出组件408。媒体输出组件408是能够将信息传达给用户400的任何组件。在一些实施例中，媒体输出组件408包含输出适配器，例如视频适配器及/或音频适配器。输出适配器可操作地耦合到处理器404且进一步经配置以可操作地耦合到输出装置，例如显示装置(例如，液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、阴极射线管(crt)或“电子墨水”显示器)或音频输出装置(例如，扬声器或耳机)。在一些实施例中，客户端计算装置402包含用于从用户400接收输入的输入装置410。举例来说，输入装置410可包含键盘、指针装置、鼠标、触控笔、触敏面板(例如，触垫或触屏)、相机、陀螺仪、加速度计、位置检测器及/或音频输入装置。单个组件(例如触屏)可充当媒体输出组件408的输出装置及输入装置410两者。计算装置402还可包含通信接口412，通信接口412经配置以通信地耦合到远程装置(例如服务器系统302或网页服务器)。举例来说，通信接口412可包含有线或无线网络适配器或无线数据收发器以搭配移动电话网络(例如，全球移动通信系统(gsm)、3g、4g或蓝牙)或其它移动数据网络(例如，微波存取全球互通(wimax))使用。举例来说，用于经由媒体输出组件408提供用户接口给用户400且视需要接收并处理来自输入装置410的输入的计算机可读指令存储在存储器406中。用户接口可尤其包含网页浏览器及应用程序。网页浏览器使用户400能够显示且与媒体及通常嵌入来自网页服务器的网页或网站上的其它信息交互。应用程序允许用户400与服务器应用程序交互。用户接口经由网页浏览器及应用程序中的一者或两者促进与生产具有低氧含量的单晶硅锭的过程相关的信息的显示。在实例性实施例中，系统100生产适用于装置制造的硅晶锭。有利地，系统100可用来生产硅晶体27，硅晶体27的大部分或全部基本不含聚结本征点缺陷。此外，系统100可用来生产基本无直径大于近似一百二十纳米(nm)或更特定来说直径近似90nm的聚结缺陷的晶体27。在晶体生长期间控制熔体-固体或熔体-晶体界面的形状及拉伸速度以限制及/或抑制聚结本征点缺陷的形成。在生产期间，通过熔体-固体或熔体-晶体界面将氧引进到硅晶锭中。然而，氧可引起从锭生产的晶片中的各种缺陷，从而降低半导体装置的产量。因此，期望生产具有低氧浓度的硅晶锭。使用本文中所描述的方法，生产具有小于近似百万分之五原子(ppma)的氧浓度的硅晶锭。在不限于任何特定理论的情况下，通过一系列相互作用事件将氧引进到从熔体出现的生长硅晶锭中，所述事件中的每一者受如下文中所描述的至少一个过程参数影响。经由坩埚壁处的溶解将sio引进到熔体中。可经由由通过接近坩埚壁的熔体的局部化加热创建的浮力引发的流动将坩埚壁处引进的sio移动到熔体中的其它地方。可通过可由熔体-晶体界面处的晶体的旋转速率以及坩埚自身的旋转速率引发的额外流动进一步移动sio。可经由在熔体的曝露表面处从熔体蒸发而降低熔体中的sio的浓度。熔体内的sio的溶解、对流及蒸发的任何组合的相互作用影响位于形成为硅晶锭的晶体-熔体界面附近的熔体中的sio的浓度。在各个方面中，同时调节任何一或多个过程参数以降低位于熔体-晶体界面附近的sio的浓度，且因此降低根据方法形成的硅晶锭内的氧浓度。在各种实施例中，同时调节各种过程参数以促进生产具有低氧浓度的硅晶锭。在一个实施例中，在至少两个阶段中调节各种过程参数，至少两个阶段包含对应于生长硅晶锭直到近似800mm的中间锭长度的中间体生长阶段，及对应于硅晶锭从近似800mm的中间锭长度生长直到总锭长度的后期体生长阶段。在这个实施例中，随着硅晶锭的长度增长，至少两个不同阶段中的各种过程参数的调节导致熔体内的sio的溶解、对流、蒸发、坩埚中的熔体的深度，及坩埚中的熔体内的流动基元的相互作用的性质的变化。特定来说，如下文详细地描述，归因于与硅晶锭的生长相关联的坩埚内的熔体的深度减小，在整个硅晶锭的形成期间修改对流的作用。因此，在后期体生长阶段，相对于这些相同参数在中间体生长阶段的调节而不同地修改至少一个过程参数的调节。在一些实施例中，在后期体生长阶段，相对于这些相同参数在中间体生长阶段的调节而不同地修改至少三个过程参数的调节。如下文中所描述，过程参数的调节调制与在后期体生长阶段熔体内的sio的对流相关的各种因素。在一个实施例中，在后期体生长阶段期间的具有修改调节的过程参数包含但不限于：种子旋转速率、坩埚旋转速率、及磁场强度。再次参考图4，种子旋转速率是指拉杆或缆线117使晶种115绕轴38旋转的速率。种子旋转速率影响sio从坩埚10到晶体27的流动及sio从熔体25蒸发的速率。再次参考图2，sio从坩埚10到晶体27的流动通常受由在通过晶体27在熔体25内以种子旋转速率的旋转所驱动的晶体流动基元18与通过坩埚10内的熔体25的加热所驱动的浮力流动基元17之间的相互作用影响。种子旋转速率对sio从坩埚10到晶体27的流动的影响取决于晶体27的生长阶段而不同。图5a是在对应于晶体27生长直到近似800mm的中间锭长度的中间体生长阶段的熔体25内的模拟流线及氧浓度的横截面图。在中间体生长阶段，坩埚10内的熔体25的深度200足够深，以使由晶体流动基元18与浮力流动基元17引发的流体运动之间的相互作用有效地解耦。高种子旋转速率(即，12rpm)减小熔体线36与熔体25上方的气体之间的边界层厚度以增加sio蒸发。此外，如图5a中所说明，高种子旋转速率通过引发晶体流动基元18抑制浮力流动基元17而减少从坩埚10到晶体27的熔体流动。此外，高种子旋转速率创建使来自坩埚10的sio的向内流动(即，输送)延迟的向外径向流动，从而降低晶体27中的氧浓度。图5b是在对应于晶体27从近似800mm的中间锭长度生长直到总锭长度的后期体生长阶段的熔体25内的模拟流线及氧浓度的横截面图。归因于从与晶体27的形成相关联的坩埚10去除熔体25，后期体生长阶段的深度200相对于如图5a中所说明的中间体生长阶段的深度200更浅。以与用来实行图5a中所说明的模拟类似的高种子旋转速率(即，12rpm)，晶体流动基元18接触坩埚10的内壁，从而引起形成在坩埚10的内壁处的sio对流进入后期体生长阶段形成的晶体27中。图5c是以较低(例如，8rpm)种子旋转速率计算的后期体生长阶段的熔体25内的模拟流线及氧浓度的横截面图。通过较低种子旋转速率引发的晶体流动基元18未延伸到坩埚10的内壁，而是被浮力基元17排除。因此，干扰在坩埚10的内壁处生产的sio到晶体27的流动，由此降低在后期体生长阶段以降低的种子旋转速率形成的晶体27内的氧浓度。如本文中所描述，从中间体生长阶段到后期体生长阶段的转变是软转变。所述转变可取决于过程的各种参数(例如坩埚大小、形状、熔体的深度、建模参数及类似者)而变化。通常，在中间体生长阶段，参数使得在由晶体流动基元18与浮力流动基元17引发的流体运动之间存在有限的相互作用或不存在相互作用；使晶体流动基元18及浮力流动基元17有效地解耦。在后期体生长阶段，参数使得在由晶体流动基元18与浮力流动基元17引发的流体运动之间存在相互作用；使晶体流动基元18及浮力流动基元17有效地耦合。通过非限制性实例，在包含具有约28英寸的内径的坩埚10中的250kg的初始熔体质量的实施例中，后期体生长阶段在小于约37％的熔体25的初始质量留在坩埚10中时出现。在各种实施例中，监测坩埚10内的熔体25的深度200以识别从中间体生长阶段到后期体生长阶段的转变。在其它实例中，后期体生长阶段在小于约35％、小于约40％、小于约45％或小于约50％的熔体25的初始质量留在坩埚10中时出现。在一些实施例中，基于熔体25的深度或任何其它适合参数确定从中间体生长阶段到后期体生长阶段的转变。在各种实施例中，所述方法包含在至少两个阶段中调节种子旋转速率，包含但不限于中间体生长阶段及后期体生长阶段。在一个实施例中，所述方法包含在中间体生长阶段期间使晶体27以从近似8rpm到14rpm的范围且更明确来说12rpm的种子旋转速率旋转。在这个实施例中，所述方法进一步包含将后期体生长阶段的种子旋转速率降低到从近似6rpm到8rpm的范围且更明确来说8rpm的种子旋转速率。在另一实施例中，可根据中间锭长度降低种子旋转速率。通过非限制性实例，如图9中所说明，种子旋转速率可针对至多近似850mm的中间锭长度而调节到近似12rpm，且可进一步经调节以在近似950mm的中间锭长度处线性降低到近似8rpm，且接着以近似8rpm调节种子旋转速率直到总锭长度。也如图9中所说明，与以近似12rpm的恒定种子旋转速率形成的晶体相比，降低从近似800mm到总锭长度的范围的体长度内的晶体的氧含量。图6是比较根据三个旋转调度以种子旋转速率形成的晶体的模拟氧浓度的图表：a)以12rpm旋转以形成整个晶体；b)以12rpm旋转直到900mm的中间晶体长度，接着以8rpm旋转以形成剩余晶体长度；及c)以12rpm旋转直到900mm的中间晶体长度，接着以6rpm旋转以形成剩余晶体长度。如图6中所说明，较低种子旋转速率降低后期体生长阶段形成的晶体的部分内的氧浓度。坩埚旋转速率可进一步影响根据所述方法的实施例形成的晶体27内的氧浓度。坩埚旋转速率是指使用坩埚驱动单元107使坩埚10绕轴38旋转的速率。坩埚旋转速率影响sio从坩埚10到晶体27的流动及从熔体25蒸发的sio量。高坩埚旋转速率减小坩埚10与熔体25之间的边界层厚度及熔体线36与熔体25上方的气体之间的边界层厚度两者。然而，为最小化晶体27中的氧浓度，期望坩埚10与熔体25之间的边界层较厚以降低sio输送速率，同时期望熔体线36与熔体25上方的气体之间的边界层较薄以增大sio蒸发速率。因此，坩埚旋转速率经选择以平衡由较慢坩埚旋转速率引起的坩埚10与熔体25之间的高边界层厚度及由较高坩埚旋转速率引起的熔体线36与熔体25上方的气体之间的低边界层厚度的利益冲突。上文所描述的中间体生长阶段与后期体生长阶段之间的熔体10的深度200的变化以与前文中所描述的种子旋转速率的影响类似的方式影响坩埚旋转速率的调制对氧浓度的影响。在各种实施例中，所述方法包含在至少两个阶段中调节坩埚旋转速率，包含但不限于中间体生长阶段及后期体生长阶段。在一个实施例中，所述方法包含在中间体生长阶段使坩埚10以从近似1.3rpm到近似2.2rpm的范围且更明确来说1.7rpm的坩埚旋转速率旋转。在这个实施例中，所述方法进一步包含将后期体生长阶段的坩埚旋转速率降低到从近似0.5rpm到近似1.0rpm的范围且更明确来说1rpm的坩埚旋转速率。图7a及7b是展示随着后期体生长阶段的坩埚旋转速率而变的硅锭内的模拟氧浓度的图表。使用所述方法的实施例来形成图7a的硅锭，其中种子旋转速率在后期体生长阶段从12rpm降低到6rpm，且坩埚旋转速率在后期体生长阶段从约1.7rpm降低到1rpm或1.5rpm。使用所述方法的实施例来形成图7b的硅锭，其中种子旋转速率在后期体生长阶段从12rpm降低到8rpm，且坩埚旋转速率在后期体生长阶段从约1.7rpm降低到0.5rpm、1rpm或1.5rpm。在两个模拟中，较低坩埚旋转速率与所得硅锭内的较低氧浓度相关联。所述方法可进一步包含在至少两个阶段(包含但不限于中间体生长阶段及后期体生长阶段)中调节磁体强度。磁体强度是指真空室内的尖点磁场的强度。更明确来说，通过受控以调节磁强度的穿过线圈31及33的电流来特性化磁体强度。磁强度影响sio从坩埚10到晶体27的流动。即，高磁强度通过抑制熔体25内的浮力而最小化sio从坩埚10到晶体27的流动。随着磁场抑制浮力流，其降低石英坩埚的溶解速率，因此降低并入到晶体中的隙间氧。然而，如果磁场强度增大到超过特定水平，则浮力流的进一步延迟可导致降低无熔体表面处的蒸发速率，因此升高隙间氧水平。归因于如前文中所描述的在后期体形成阶段相对于中间体形成阶段的浮力流对晶体的氧含量的相对贡献的差异，对后期体形成阶段的磁体强度的调整实现浮力流的适当调制以减少后期体形成阶段形成的晶体内的氧。在各种实施例中，所述方法包含在至少两个阶段(包含但不限于中间体生长阶段及后期体生长阶段)中调节磁场强度。在一个实施例中，所述方法包含在中间体生长阶段调节磁场强度，使得磁场强度在熔体-固体界面处的晶体27的边缘处近似0.02特斯拉(t)到0.05t且在坩埚10的壁处近似0.05t到0.12t。在另一方面中，所述方法包含在后期体生长阶段调节磁场强度，使得磁场强度是近似中间体生长阶段期间使用的磁场强度的150％，其对应于在熔体-固体界面处的晶体27的边缘处近似0.03t到0.075t且在坩埚10的壁处近似0.075t到0.18t。图8a、8b及8c是在后期体生长阶段熔体25内的模拟流线及总速度的横截面图。使用对应于中间体生长阶段使用的磁场的50％的磁场强度(即，在熔体-固体界面处的晶体27的边缘处近似0.01t到0.025t且在坩埚10的壁处近似0.025t到0.06t)来模拟图8a。使用对应于中间体生长阶段使用的磁场的95％的磁场强度(即，在熔体-固体界面处的晶体27的边缘处近似0.019t到0.0475t且在坩埚10的壁处近似0.0475t到0.114t)来模拟图8b。使用对应于中间体生长阶段使用的磁场的150％的磁场强度(即，在熔体-固体界面处的晶体27的边缘处近似0.03t到0.075t且在坩埚10的壁处近似0.075t到0.18t)来模拟图8c。比较图8a、8b及8c，随着磁场强度增大，从坩埚10的底部到熔体-晶体界面302的流300从低磁场强度下到熔体-晶体界面302的相对高对流(图8a)转变到较高磁场强度下的相对小对流。如下表1中所概述，通过增大的磁场对熔体25内的浮力流的这个抑制导致所得硅锭中的较低氧浓度。在150％磁场强度下，模拟氧浓度在低于百万分之五原子(ppma)的所要范围内。表1：后期体生长阶段磁场强度对硅锭中的氧浓度的影响磁场强度(％中间体生长阶段场强度)模拟氧浓度(ppma)50％9.395％6.4150％4.5可调节一或多个额外过程参数以促进生产具有低氧浓度的硅晶锭。然而，这些额外过程参数的效应对在晶体27的生长期间坩埚10内的熔体25的深度200的变化不敏感。因此，如下文额外详细地描述，本文中所描述的额外过程参数的调节在晶体生长的不同阶段之间保持基本相同。至少在一些实施例中，一个受控额外过程参数是坩埚10的壁温。坩埚10的壁温对应于坩埚10的溶解速率。明确来说，坩埚10的壁温越高，坩埚10的部分将越快地与熔体25反应且溶解到熔体25中，从而生成sio到熔体中且可能经由熔体-晶体界面增大晶体27的氧浓度。因此，如本文中所使用，降低坩埚10的壁温等同于降低坩埚10的溶解速率。通过降低坩埚10的壁温(即，降低坩埚10的溶解速率)，可降低晶体27的氧浓度。可通过控制一或多个额外过程参数(包含但不限于加热器功率及熔体到反射器间隙)而调节壁温。在一些实施例中，加热器功率是可进行控制以调节坩埚10的壁温的另一过程参数。加热器功率是指侧加热器105及底部加热器106的功率。明确来说，相对于典型加热配置，通过增大侧加热器105的功率且减小底部加热器106的功率，坩埚10的壁上的热点经升高而接近熔体线36。由于坩埚10处于或低于熔体线36的壁温较低，所以通过熔体25与坩埚10反应所生成的sio量也较低。加热器功率配置还通过减少sio从坩埚10到单晶27的流动(即，输送)而影响熔体流。在这个实施例中，底部加热器106的功率是近似0千瓦到5千瓦，且更明确来说近似0千瓦，且侧加热器105的功率在从近似100千瓦到125千瓦的范围内。侧加热器105的功率的变动可归因于(举例来说)拉件间的热区年限变动。在一些实施例中，熔体到反射器间隙是受控以调节坩埚10的壁温的额外过程参数。熔体到反射器间隙是指在熔体线36与热反射器(未展示)之间的间隙。熔体到反射器间隙影响坩埚10的壁温。明确来说，较大熔体到反射器间隙降低坩埚10的壁温。在这个实施例中，熔体到反射器间隙在近似60mm与80mm之间，且更明确来说为70mm。种子提升是受控以调节sio从坩埚10到晶体27的流动的额外过程参数。种子提升是指拉杆或缆线117将晶种115提升出熔体25的速率。在一个实施例中，以在近似0.42毫米/分钟(mm/min)到0.55mm/min的范围内的速率且更明确来说针对300mm产品的0.46mm/min提升晶种115。这个拉伸速率比通常用于较小直径(例如，200mm)晶体的拉伸速率更慢。举例来说，针对200mm产品的种子提升可在近似0.55mm/min到0.85mm/min的范围内，且更明确来说为0.7mm/min。拉伸速度是可经调节以控制晶体的缺陷质量的额外过程参数。举例来说，使用sp2激光散射，通过本文中所描述的过程生成的经检测聚结点缺陷可针对小于60nm的缺陷计数小于400，针对60nm与90nm之间的缺陷计数小于100，且针对90nm与120nm之间的较少缺陷计数小于100。在一些实施例中，惰性气流是受控以调节sio从熔体25蒸发的额外过程参数。如本文中所描述，惰性气流是指氩气流过真空室101的速率。增加氩气流率将更多的熔体线36上方的sio气体扫离晶体27，从而最小化sio气体分压，且继而增加sio蒸发。在这个实施例中，氩气流率在从近似100slpm到150slpm的范围内。在一些实施例中，惰性气体压力也是受控以调节sio从熔体27蒸发的额外过程参数。如本文中所描述，惰性气体压力是指流过真空室101的氩气的压力。降低氩气压力增加sio蒸发且因此降低熔体25中的sio浓度。在这个实施例中，氩气压力范围是从近似10托到30托。在适合实施例中，尖点位置是受控以调节坩埚10的壁温及sio从坩埚10到晶体27的流动的额外过程参数。如本文中所描述，尖点位置是指由线圈31及33生成的磁场的尖点的位置。将尖点位置维持在熔体线36下方促进降低氧浓度。在这个实施例中，将尖点位置设置在熔体线36下方的从近似10mm到40mm的范围内，更明确来说，在熔体线36下方的近似25mm到35mm的范围内，且甚至更明确来说，处于近似30mm。通过控制如上文所描述的过程参数(即，加热器功率、坩埚旋转速率、磁体强度、种子提升、熔体到反射器间隙、惰性气流、惰性气体压力、种子旋转速率及尖点位置)，多个过程参数(即，坩埚的壁温、sio从坩埚到单晶的流动及sio从熔体的蒸发)经调节以生产具有低氧浓度的硅锭。在一个实施例中，本文中所描述的方法促进生产具有大于近似150毫米(mm)的锭直径、至少近似900mm的总锭长度，及小于5ppma的氧浓度的硅锭。在另一实施例中，本文中所描述的方法促进生产具有从近似150mm到460mm的范围、明确来说近似300mm的锭直径，及小于5ppma的氧浓度的硅锭。在另一额外实施例中，本文中所描述的方法促进生产具有从近似900mm到1200mm的范围的总锭长度，及小于5ppma的氧浓度的硅锭。使用本文中所描述的系统及方法的具有低氧浓度的晶片可有利于各种应用。举例来说，绝缘栅双极晶体管(igbt)、高质量射频(rf)、高电阻率绝缘体上硅(hr-soi)及电荷陷阱层soi(ctl-soi)应用可能受益于低氧浓度，这是因为其达成高电阻率且无p-n结。使用本文中所描述的方法针对igbt应用所生产的晶片可(举例来说)具有30欧姆-厘米(ohm-cm)到300ohm-cmn型电阻率或大于750ohm-cmn/p型电阻率。此外，使用本文中所描述的方法针对rf、hr-soi及/或ctl-soi应用所生产的晶片可具有(举例来说)大于750ohm-cmp型晶片。通过所描述系统及方法生产的晶片也可用作处置晶片。对于使用本文中所描述的方法生产的p型晶片，硼、铝、锗及/或铟可适合用作多数载子，且红磷、磷、砷及/或锑可用作少数载子。对于使用本文中所描述的方法生产的n型晶片，红磷、磷、砷及/或锑可用作多数载子，且硼、铝、锗及/或铟可用作少数载子。为改善机械强度及滑动性能，归因于晶片的相对低oi，使用本文中所描述的方法生产的晶片可共掺杂(例如，通过掺杂形成锭的单晶)有氮或碳。举例来说，氮浓度可在0到8e15原子/立方厘米之间变化，且碳浓度可在0.0ppma到2.0ppma之间变化。本文中描述从由多晶硅形成的熔体生产具有相对低氧浓度的单晶硅锭的实例性系统及方法。这些方法利用熔体中的流动基元的结构在锭的第一生产阶段与第二生产阶段之间的变化以生产相对低氧硅。在第一阶段期间，硅锭相对小且熔体的深度相对较深。通过归因于硅锭的形成的坩埚内的耗尽熔体深度来特性化第二阶段。在这个第二阶段中，通过熔体内的硅锭的旋转引发的流动基元可接触坩埚的底部，从而引起形成在坩埚底部处的氧化硅非所要地包含到生长晶体锭中。本文中所描述的方法及系统控制锭的生产以限制非所要的氧化硅的包含。通常，至少一个过程参数在第二阶段期间相对于其在第一阶段期间的值变化。过程参数从第一阶段到第二阶段的变化的非限制性实例包含：降低的晶体旋转速率、降低的坩埚旋转速率、增大的磁场强度、及其任何组合。举例来说，在一些实施例中，在第二阶段期间更缓慢地旋转硅锭以减少旋转引发的流动基元与坩埚的底部的接触，且由此减少硅锭中包含的氧量。本文中所描述的系统及方法实现形成具有维持在比使用先前方法达成更长的锭长度内的低氧浓度的单晶硅锭。本文中进一步详细地描述过程参数的这些变化对坩埚内的流动基元的结构及使用关于各种实施例的方法形成的硅锭的氧含量的影响的详细描述。与现有方法及系统相比，本文中所描述的方法的实施例达成优越结果。举例来说，本文中所描述的方法促进生产具有低于至少一些已知方法的氧浓度的硅锭。此外，不同于至少一些已知方法，本文中所描述的方法可用于具有大于150mm的直径的锭的生产。当介绍本发明或其(若干)实施例的元件时，冠词“(a、an)”及“所述(the、said)”旨在意指存在所述元件中的一或多者。术语“包括”、“包含”及“具有”旨在是包含性的且意指可能存在除所列元件以外的额外元件。如本文中贯穿说明书及权利要求书所使用，近似语言可经应用以修饰可能允许改变而不导致其相关基础功能的变化的任何定量表示。因此，通过术语或若干术语(例如“大约”、“近似”及“基本”)修饰的值不应限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。在此处且贯穿说明书及权利要求书，可组合及/或互换范围限制；除非上下文或语言另有指示，否则此些范围被识别且包含其中所含的全部子范围。由于可在不背离本发明的范围的情况下在上文中作出各种变化，所以希望上述描述中所含且附图中所展示的所有事项应被理解为说明性而非限制意义。当前第1页12