硅锭以及制造硅锭的方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及硅锭以及制造硅锭的方法。
【背景技术】
[0002] 通过切克劳斯基（CZ)方法（例如标准CZ方法或磁CZ(MCZ)方法或连续CZ(CCZ) 方法）生长的硅晶片用作用于制造诸如功率半导体器件和太阳能电池等的多种半导体器 件和集成电路的基材。在切克劳斯基方法中，将硅在坩埚中加热至大约1416°c的硅的熔点 以生产出硅的熔体。使小的硅籽晶与熔体接触。熔融的硅在硅籽晶上凝固。通过将硅籽晶 缓慢地拉离熔体，生长出具有在一百或几百毫米的范围内的直径以及在米以上的范围内的 长度的晶态硅锭。在MCZ方法中，附加地施用外磁场以减小氧污染水平。
[0003] 通过切克劳斯基方法进行的具有限定掺杂的硅生长由于偏析效应而复杂。掺杂剂 材料的偏析系数表征了生长晶体中的掺杂剂材料的浓度与熔体的浓度之间的关系。通常， 掺杂剂材料具有低于1的偏析系数，意味着掺杂剂材料在熔体中的溶解度大于在固体中的 溶解度。这通常导致随着增加了与籽晶相距的距离而在锭中的掺杂浓度的增加。
[0004] 由于在切克劳斯基成长的硅锭中，取决于成长的硅的应用，沿着硅锭的相对端部 之间的轴向方向的掺杂浓度或者比电阻（specificresistance)的公差范围可能小于由 CZ生长期间的偏析效应引起的掺杂浓度或比电阻的变化性，所以期望提供一种通过允许提 高了的比电阻的轴向同质性的切克劳斯基方法生长来制造硅锭的方法。
【发明内容】
[0005] 实施例涉及硅锭的切克劳斯基生长的方法。方法包括使硅材料和n型掺杂剂材料 的混合物在坩埚中熔化。方法进一步包括在提取时间段内从熔融硅中提取硅锭。方法进一 步包括在提取时间段的至少一部分内将硼添加至熔融硅。
[0006] 另一实施例涉及n掺杂的硅锭。n掺杂的硅锭沿着硅锭的相对端部之间的轴线包 括其中供体在数量上超过硼并且供体的至少一个n型掺杂剂物种的偏析系数小于硼的偏 析系数的局部补偿。
[0007] 本领域技术人员将在阅读下面的详细描述时以及观看附图时认识到附加的特征 和优点。
【附图说明】
[0008] 附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入并构成了该说明书的一部 分。附图图示了本公开的实施例，并且与描述一起用于说明公开的原理。其他实施例以及 预期的优点将随着他们通过参照下面的详细描述变得更好理解而容易体会。
[0009] 图1是用于图示制造n型硅锭的方法的示意性流程图。
[0010] 图2是用于执行图1中图示的方法的CZ生长系统的示意性截面图。
[0011]图3是用于图示用掺杂剂材料掺杂坩埚的方法的坩埚的示意性截面图。
[0012] 图4是用于图示将掺杂剂添加至坩埚中的硅熔体的方法的CZ生长系统的一部分 的示意性截面图。
[0013] 图5是图示了相对于添加至硅熔体的硼和磷的不同比率非补偿磷的沿着CZ生长 硅锭的轴向位置的模拟浓度的图表。
[0014] 图6是图示了相对于添加至硅熔体的硼和磷的不同比率沿着CZ生长硅锭的轴向 位置的模拟比电阻的图表。
【具体实施方式】
[0015] 在下面的详细描述中，参照了形成其一部分的附图，并且在附图中借助于可以实 践公开的说明性特定实施例示出。应该理解的是，可以利用其他实施例并且可以在不脱离 本发明的范围的情况下进行结构性或逻辑性的改变。例如，为了一个实施例而图示或描述 的特征可以用在其他实施例上或与其他实施例结合使用，以产生又一实施例。意在本公开 包括这样的变型和变化。示例是利用不应该被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言 来描述的。绘图并不按比例并且仅用于说明的目的。为了清楚起见，如果没有另外陈述，则 在不同绘图中用相应的附图标记指定了相同的元件。
[0016] 术语"具有"、"含有"、"包括"、"包含"等是开放性的，并且术语表明了陈述的结构、 元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征的存在。冠词"一"、"一个"以及"该"意在 包括复数以及单数，除非上下文另外明确表明。
[0017] 术语"电连接"描述了电连接元件之间的永久性低欧姆连接，例如有关的元件之间 的直接接触或者经由金属和/或高掺杂的半导体的低欧姆连接。术语"电耦合"包括可以 在电耦合元件之间存在有适于信号传输的一个或多个中间元件，例如暂时提供处于第一状 态的低欧姆连接和处于第二状态的高欧姆电解耦的元件。
[0018]附图通过在掺杂类型"n"或"p"的旁边标出或" + "图示出相对掺杂浓度。例 如，"rT"意味着低于"n"掺杂区域的掺杂浓度的掺杂浓度，而"n+"掺杂区域具有比"n"掺杂 区域高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区域并不一定具有相同的绝对掺杂浓度。 例如，两个不同的"n"掺杂区域可以具有相同或不同的绝对掺杂浓度。
[0019] 图1涉及制造硅锭的方法。
[0020] 方法的过程特征S100包含使硅材料和n型掺杂剂材料的混合物在坩埚中熔化。
[0021] 方法的过程特征S110包含在提取时间段内从熔融硅中提取硅锭。
[0022] 方法的过程特征S120包含在提取时间段的至少一部分内将硼添加至熔融硅。
[0023] 图2是用于执行图1中图示的方法的CZ成长系统100的简化的示意性截面图。
[0024]CZ成长系统100包括在坩埚支撑件106 (例如石墨基座）上的坩埚105 (例如石英 坩埚）。加热器1〇7(例如射频（RF)线圈）包围着坩埚。加热器107可以布置在坩埚105 的横向侧和/或底侧处。坩埚105可以通过支撑轴108而被转动。
[0025]硅材料（例如诸如多晶硅等的非晶态原材料）与n型掺杂剂材料（诸如磷（P)、锑 (Sb)、砷（As)或其任何组合等）的混合物通过经由加热器107的加热而在坩埚中被熔化。 n型掺杂剂材料可以已经构成了或者是待熔化的硅材料的初始掺杂的一部分，和/或可以 作为固体或气体掺杂剂源材料被添加。根据实施例，固体掺杂剂源材料是诸如掺杂剂源丸 (dopantsourcepill)等的掺杂剂源颗粒。掺杂剂源材料可以具有诸如盘形、球形或立方 体形状等的预定形状。以示例的方式，掺杂剂源材料的形状可以适于诸如配置成将掺杂剂 源材料供应至坩埚105中的硅熔体110的分配器等的供应装置109。
[0026] 根据实施例，除了掺杂剂材料之外，掺杂剂源材料可以包括载体材料或结合剂材 料。以示例的方式，掺杂剂源材料可以是掺杂有掺杂剂材料的石英或碳化硅（SiC)。根据另 一实施例，掺杂剂源材料可以是高掺杂的硅材料，诸如被掺杂至比硅原材料更大程度的高 掺杂的多晶硅材料等。根据又一实施例，掺杂剂源材料可以是氮化硼和/或碳化硼。
[0027] 通过将籽晶114浸入到硅熔体110中、随后在熔体的表面温度刚刚高于硅的熔点 时将籽晶缓慢地撤回，从而将硅锭112从含有硅熔体110的坩埚105中拉出。籽晶114是 安装在通过拉动轴116而转动的籽支撑件115上的单晶娃籽。通常在几个mm/min的范围 内的拉动速率以及温度分布影响着CZ生长的硅锭112的直径。
[0028] 当利用根据图1中图示的方法的CZ生长系统100提取硅锭112时，在提取时间段 内将硼添加至硅熔体110。根据实施例，硼被以恒定的速率添加至熔融硅。硼可以从硼掺杂 的石英材料（诸如通过供应装置109被供应至硅熔体110的硼掺杂的石英材料等）被添加 至硅熔体110。另外地或者作为备选方案，硼可以从碳化硼或氮化硼源材料被添加至硅熔体 110,该原材料也可以通过供应装置109被供应至硅熔体110。
[0029] 根据另一实施例，硼被从硼掺杂的坩埚添加至硅熔体100。硼掺杂的坩埚例如可 以通过注入硼到坩埚内来形成（参见图3的示意性截面图）。硼可以通过一个或多个倾斜 的注入（参见图3中的标记1 22和I32)和/或通过非倾斜的注入（参见标记I/)被注入到 坩埚105内。倾斜角度的分布可以用于调节通过例如以在石英制成的坩埚的情况下在近似 10ym/小时的范围内的速率将干锅105的材料溶解在硅熔体110中而被供应至硅熔体110 的硼的量。硼可以以各种能量和/或以各种剂量被注入到坩埚内。通过加热将热预算施加 至谢埚105可以允许设定;t甘埚105中的硼的逆行分布（retrogradeprofile)。以各种能 量和/或剂量进行的多重注入进一步允许将硼的分布设定为坩埚105的深度。因此，可以 调节将硼添加至硅熔体110内的速率，即，通过注入参数的选择，能够使硼的添加的速率变 化并且以良好限定的方式来控制。以示例的方式，坩埚105中的硼的分布可以是逆行分布。 作为备选方案或者除了注入硼到坩埚105内之外，例如，硼也可以通过另一过程（例如通过 来自诸如硼的固体扩散源等的扩散源的扩散）而被引导到坩埚105内。作为进一步的备选 方案或者除了引导硼至坩埚105内的上述过程之外，硼也可以在原位（（即在坩埚105的形