用于生长晶锭的装置和方法
【专利摘要】一种根据本发明的一个实施例的用于生长晶锭的装置包括：用于容纳硅熔化物的坩埚；提升装置，所述提升装置位于所述坩埚的上侧，以沿竖直方向被移动；以及掺杂物提供单元，所述掺杂物提供单元被连接到所述提升装置并且将掺杂物提供给所述硅熔化物。所述掺杂物提供单元包括底表面和侧表面，所述底表面具有至少一个孔。
【专利说明】用于生长晶锭的装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于生长晶锭的装置和生长晶锭的方法。
【背景技术】
[0002]通常，制造用于制造半导体器件的晶片的过程可包括:用于对单晶硅晶锭进行切片(slicing)的切割过程；用于对通过对单晶硅晶锭进行切片而形成的晶片的边缘倒圆的边缘磨削过程；用于使由于切割过程而导致的晶片的粗糙表面平整的研磨过程；用于从所述晶片去除在所述边缘磨削过程或所述研磨过程期间产生的包括颗粒的各种杂质的清洁过程；用于使所述晶片具有适合于随后的过程的形状和表面质量的表面磨削过程；以及用于抛光所述晶片的边缘的边缘抛光过程。
[0003]单晶娃晶锭可以通过使用提拉(czochralski,CZ)法或区熔(floating zone,FZ)法进行生长。所述提拉法通常被用于生长单晶硅晶锭，因为较大直径的单晶硅晶锭可以通过使用所述提拉法而制造并且所述提拉法是经济的。
[0004]所述提拉法可以通过将籽晶(seed crystal)浸入硅熔化物中并且然后在低速下牵拉所述籽晶而被执行。
[0005]单晶硅晶锭根据晶片的使用而掺杂。关于这点，掺杂物滴落到硅熔化物的表面上并且被熔融。在这种情况下，滴落的掺杂物在硅熔化物中没有被完全熔融并且掺杂物的一部分被挥发，这会不必要地增大掺杂物的使用量和晶锭生长装置的内部污染程度。这可减小晶锭的产出率。
[0006]具体地，因为锑(Sb)具有低的熔点，所以锑的相变快速发生。因此，当晶锭掺杂有锑时，由于硅熔化物的表面上的蒸气压差而可发生爆炸。因此，例如反复地再处理掺杂物和在硅熔化物中熔融所述掺杂物的过程的附加过程被需要，从而增加过程时间和过程成本。
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]根据实施例，掺杂物更有效地被提供给硅熔化物，以便生长高质量的硅晶锭。
[0009]技术方案
[0010]在一个实施例中，晶锭生长装置包括:容纳硅熔化物的坩埚；牵拉机构，所述牵拉机构被布置在所述坩埚的上方以向上和向下移动；以及掺杂物供应部件，所述掺杂物供应部件被连接到所述牵拉机构以将掺杂物提供给所述硅熔化物，其中，所述掺杂物供应部件包括底表面和侧表面，所述底表面和侧表面设置有一个或多个孔。
[0011]在另一实施例中，晶锭生长方法包括:制备硅熔化物；将容纳有掺杂物的掺杂物供应部件浸入到所述硅熔化物中，以将所述掺杂物提供给所述硅熔化物；通过穿过布置在所述掺杂物供应部件的底表面和侧表面中的多个孔将所述硅熔化物引入到所述掺杂物供应部件中来将所述掺杂物提供给所述硅熔化物；牵拉所述掺杂物供应部件；以及从所述硅熔化物生长晶锭。[0012]有益效果
[0013]根据所述实施例，当掺杂物通过掺杂物供应部件接触硅熔化物时，防止了晶锭生长装置的内部受到掺杂物的挥发的污染。另外，可防止例如因在所述硅熔化物的表面上的掺杂物的蒸气压差而引起的爆炸的危险事故。因此，可以增加从所述硅熔化物生长的晶锭的产出率。另外，可以减小昂贵的掺杂物的使用量，并且可以使所述硅熔化物被重掺杂。
[0014]所述掺杂物供应部件包括位于其底表面中的第一孔和位于其侧表面中的第二孔。所述掺杂物供应部件的内部可通过所述第一孔和第二孔与其外部连通，由此所述硅熔化物可以被引入到所述掺杂物供应部件中并且通过第一孔和第二孔从所述掺杂物供应部件排出。即，所述掺杂物可以接触所述硅熔化物。具体地，可以防止从所述掺杂物供应部件处损失所述掺杂物，而无需用于封闭所述第一孔和第二孔的附加设备。
[0015]容纳在所述掺杂物供应部件中的掺杂物可具有棍(stick)形状。因此，在没有掺杂物穿过所述第一孔和第二孔而损失的情况下，所述硅熔化物可以被掺杂。另外，因为和典型的颗粒(granule)掺杂物不同，附加过程是没有必要的，所以过程时间和过程成本可以被减少。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为示出了根据一实施例的晶锭生长装置的剖视图；
[0017]图2为示出了图1的晶锭生长装置中包含的掺杂物供应部件的分解透视图；
[0018]图3为示出了图1的晶锭生长装置中包含的掺杂物供应部件的仰视图； [0019]图4为示出了图1的晶锭生长装置中使用的掺杂物的透视图；
[0020]图5和图6为示出了根据另一实施例晶锭生长方法的剖视图；
[0021]图7为示出了实施例的电阻率与比较示例的电阻率之间的比较的图表。
【具体实施方式】
[0022]在实施例的说明中，应当明白，当层(或薄膜)、区域、图案或结构被称为在另一层(或薄膜)、区域、图案或结构的“上方(on)”或“下方(under)”时，术语“上方(on)”或“下方(under)”均包括“直接(directly) ”和“间接”的含义。进一步，有关“上方”或“下方”的参考，每个层将在附图的基础上制造。
[0023]在附图中，每个层(或薄膜)、区域、图案或结构的尺寸或大小可以被放大、被忽略或示意性地示出，以便于描述和简化。
[0024]在下文中，将参考附图详细地描述实施例。
[0025]将参考附图详细地描述根据当前实施例的晶锭生长装置。
[0026]图1为根据一实施例的晶锭生长装置的剖视图。图2为示出了根据当前实施例的晶锭生长装置中包含的掺杂物供应部件的分解透视图。图3为示出了根据当前实施例的晶锭生长装置中包含的掺杂物供应部件的仰视图。图4为示出了根据当前实施例的晶锭生长装置中使用的掺杂物的透视图。
[0027]参考图1，根据当前实施例的单晶硅晶锭制造装置可以在制造硅片的方法之中的提拉(czochralski, CZ)法中使用。
[0028]所述单晶硅晶锭制造装置包括腔室10、包含硅熔化物(silicon melt)SM的石英坩埚20、坩埚支撑体22、坩埚旋转轴24、掺杂物供应部件50、牵拉所述掺杂物供应部件50的牵拉机构30、阻挡热量的防热罩40、电阻加热器70、绝热体80和磁场发生器设备90。
[0029]现在将更详细的描述单晶硅晶锭制造装置。
[0030]所述石英坩埚20可以安装到所述腔室10中，并且所述坩埚支撑体22可以支撑所述石英坩埚20。硅熔化物SM被容纳在所述石英坩埚20中。所述石英坩埚20可包括石英，并且所述坩埚支撑体22可包括石墨。
[0031]所述石英坩埚20可以通过所述坩埚旋转轴24而顺时针或逆时针旋转。
[0032]所述掺杂物供应部件50是用于稳定地供应具有高挥发性的掺杂物并且可邻近于所述石英坩埚20的部件。作为用于向上和向下移动所述掺杂物供应部件50的结构的牵拉机构30可以被连接到所述掺杂物供应部件50的上表面上。
[0033]根据所述牵拉机构30的向上运动和向下运动，连接到所述牵拉机构30上的掺杂物供应部件50被向上和向下移动。
[0034]将参考图2和图3更详细地描述所述掺杂物供应部件50。所述掺杂物供应部件50可具有柱体形状以容纳掺杂物55，但是所述掺杂物供应部件50的形状不被具体限定。
[0035]所述掺杂物供应部件50可以由例如石英的二氧化娃(silicon oxide, SiO2)形成。
[0036]所述掺杂物供应部件50可具有多个孔。具体地，所述掺杂物供应部件50可具有底表面和包围所述底表面的侧表面，并且所述孔可以布置在所述底表面和所述侧表面中。多个第一孔hi可以被布置在所述底表面中。多个第二孔h2可以被布置在所述侧表面中。
[0037]所述掺杂物供应部件50的内部可通过所述第一孔hi和第二孔h2与其外部连通，并且所述硅熔化物SM可以被引入到所述掺杂物供应部件50中并且通过第一孔hi和第二孔h2从所述掺杂物供应部件50排出。即，所述掺杂物55可以接触所述硅熔化物SM。
[0038]所述第一孔hi的直径Dl (除了所述第一孔hi具有圆形形状之外，所述第一孔hi的水平长度或竖直长度)和所述第二孔h2的直径D2 (除了所述第二孔h2具有圆形形状之外，所述第二孔h2的水平长度或竖直长度)小于掺杂物55的直径D3 (参考图4)，以便防止所述掺杂物55穿过所述第一孔hi和第二孔h2从所述掺杂物供应部件50损失。
[0039]另外，可以防止从所述掺杂物供应部件50处损失所述掺杂物55，而无需用于封闭所述第一孔hi和第二孔h2的附加设备。即，因为所述掺杂物55被防止穿过所述第一孔hi和第二孔h2损失，所以封闭所述第一孔hi和第二孔h2是没有必要的。具体地，所述第一孔hi的直径Dl可在大约5毫米到大约13毫米的范围内。当所述第一孔hi的直径Dl大约为10毫米时，所述第一孔hi的数量可以大约为32个。所述第二孔h2的直径D2可以与所述第一孔hi的直径Dl相同，并且所述第二孔h2的数量可以大约为16个。
[0040]如图3所示，所述第一孔hi在所述掺杂物供应部件50的底表面中占据的面积可以在所述底表面的面积的大约40%到大约80%的范围内。当所述第一孔hi占据的面积小于所述底表面的面积的40%时，在所述硅熔化物SM中熔融所述掺杂物55以便掺杂可花费很长时间。当所述第一孔hi占据的面积大约所述底表面的面积的80%时，所述掺杂物供应部件50的物理强度可被减小。
[0041]所述第二孔h2占据的面积小于所述第一孔hi占据的面积。这是因为，如果布置在所述侧表面中的第二孔h2占据的面积太大的话，气体可通过所述掺杂物55的挥发而被排出。[0042]参考图4，所述掺杂物55可具有圆柱体形状，并且所述圆柱体形状的外圆周表面可以不均匀。所述掺杂物55的直径D3(除了所述掺杂物55的上表面或下表面具有圆形形状之外，D3可表示所述掺杂物55的水平宽度或竖直宽度)可在大约15毫米到20毫米的范围内，并且所述掺杂物55的高度H可在大约40毫米到大约50毫米的范围内。
[0043]即，因为所述掺杂物55具有棍(stick)形状，防止了所述掺杂物55在掺杂过程期间从所述第一孔hi和第二孔h2处损失。另外，因为和典型的颗粒(granule)掺杂物55不同，附加过程是没有必要的，所以过程时间和过程成本可以被减少。
[0044]所述硅熔化物SM可以掺杂有所述掺杂物55。因此，由晶锭制造的晶片的电特性可以被调节。所述掺杂物55的类型取决于待制造的晶片的类型。例如，当N型晶片被制造时，所述掺杂物55可以含磷(Phosphorous)。例如另一示例，当P型晶片被制造时，所述掺杂物55可以含硼(Boron)。
[0045]所述掺杂物供应部件50可包括容纳部件52和密封部件54。所述容纳部件52可容纳所述掺杂物55，并且所述密封部件54可被拆卸地连接到所述容纳部件52的上表面上。因此，所述容纳部件52的上表面可以根据所述密封部件54的移除或接合而被密封或打开。
[0046]所述容纳部件52可包括突出部件52a，以接合到所述密封部件54上。所述密封部件54可包括接合凹槽54a，以接合到所述突出部件52a上。所述密封部件54可利用所述突出部件52a和所述接合凹槽54a密封所述容纳部件52。然而，实施例并不限于此，并且可以提供用于将所述容纳部件52和所述密封部件54接合的各种结构。所述容纳部件52和所述密封部件54可以形成为整体。
[0047]当所述掺杂物55穿过所述掺杂物供应部件50接触所述硅熔化物SM时，防止了所述晶锭生长装置的内部 被所述掺杂物55的挥发而污染。另外，可防止例如因在所述硅熔化物SM的表面上的掺杂物55的蒸气压差而引起的爆炸的危险事故。
[0048]即，掺杂物被容纳在由石英形成的掺杂物供应部件50中，并且所述掺杂物供应部件50被放置在所述硅熔化物中。在这种情况下，上表面被密封的掺杂物供应部件50防止所述晶锭生长装置的内部受到由于所述掺杂物和所述硅熔化物之间的接触而引起的挥发的污染。另外，所述掺杂物供应部件50的外表面抑制所述掺杂物的喷溅。
[0049]所述电阻加热器70可以邻近于所述坩埚支撑体22，以对所述石英坩埚20进行加热。所述绝热体80可以被布置在所述电阻加热器70的外部。所述电阻加热器70供应将多晶硅熔化成硅熔化物SM所需的热量，并且所述电阻加热器70在制造过程期间连续地将热量供应给所述娃熔化物SM。
[0050]所述石英坩埚20中包含的硅熔化物SM具有高温并且从所述硅熔化物SM的表面发射热量。当大量的热量从所述硅熔化物SM的表面放射时，难以将所述硅熔化物SM保持在针对生长单晶硅晶锭所需的适当的温度下。因此，需要使从所述硅熔化物SM的表面放射的热量最小化并且防止所发射的热量被转移到单晶硅晶锭的上侧。为此，防热罩40被设置，以将所述硅熔化物SM和所述硅熔化物SM的表面保持在高温环境中。
[0051]所述防热罩40可具有各种形状中的一种形状，以保持针对稳定的晶体生长所需的热环境。例如，所述防热罩40可具有中空的圆柱形状，以包围单晶娃晶淀。例如，所述防热罩40可包括石墨、石墨毡或钥。
[0052]磁场发生器设备90可被布置在所述腔室10的外部，以将磁场应用到所述硅熔化物SM上，从而控制所述硅熔化物SM的对流。所述磁场发生器设备90可产生沿垂直于单晶娃晶锭的晶体生长轴线的方向的磁场(magnetic field, MF),即沿水平方向。
[0053]在下文中，将参考图5和图6描述根据当前实施例的晶锭生长方法。为了清晰和简明起见，省略了与以上说明相同或相似的详细说明。
[0054]图5和图6为示出了根据当前实施例的晶锭生长方法的剖视图。
[0055]根据当前实施例的晶锭生长方法包括:制备所述硅熔化物SM ;浸入所述掺杂物供应部件50 ;提供所述掺杂物55 ;牵拉所述掺杂物供应部件50 ;以及生长晶锭。
[0056]在所述硅熔化物SM的制备中，所述硅熔化物SM可在安装在腔室中的石英坩埚中制备。
[0057]在所述掺杂物供应部件50的浸入中，所述掺杂物供应部件50可被侵入所述硅熔化物SM中。当所述掺杂物供应部件50容纳所述掺杂物55，并且所述掺杂物供应部件50被浸入所述硅熔化物SM中时，所述掺杂物55接触所述硅熔化物SM，以对所述硅熔化物SM进行掺杂。参考图5，所述掺杂物供应部件50可完全浸入所述硅熔化物SM中。
[0058]在所述掺杂物供应部件50的浸入中，所述掺杂物供应部件50的下降速度可在大约900毫米/分钟到大约1100毫米/分钟的范围内。当所述掺杂物供应部件50的下降速度低于大约900毫米/分钟时，所述掺杂物55可穿过布置在所述掺杂物供应部件50的侧表面中的第二孔h2而挥发。当所述掺杂物供应部件50的下降速度高于大约1100毫米/分钟时，过程会不稳定并且所述掺杂物供应部件50会不完全地浸入所述硅熔化物SM中。
[0059]在所述掺杂物 55的提供中，所述掺杂物55可以被熔融到所述硅熔化物SM中，因为所述掺杂物55被布置在所述掺杂物供应部件50中，所以可以防止由于所述掺杂物55的挥发或蒸气压差而引起的爆炸。另外，防止了所述晶锭生长装置的内部受到污染，从而提高了晶锭的产出率。
[0060]在所述掺杂物供应部件50的牵拉中，所述掺杂物供应部件50可从所述硅熔化物SM被提升。
[0061]参考图6，在晶锭的生长中，所述晶锭可从所述硅熔化物SM处生长。
[0062]关于这点，牵拉机构30可以被布置在所述石英坩埚20的上方以牵拉籽晶(seedcrystal) S,并且所述牵拉机构30可沿与所述i甘祸旋转轴24的旋转方向相对的方向旋转，籽晶S被附接到所述牵拉机构30上。因此，生长了所述晶锭。
[0063]以上的实施例中描述的特征、结构和效果被包含在本公开的至少一个实施例中并且不限于仅一个实施例。进一步，所述实施例所属的领域中的技术人员可以在其它的实施例中对每个所述实施例中描述的特征、结构和效果进行组合或修改。因此，与这种组合和修改有关的内容应当被解释为包含在本公开的范围内。
[0064]尽管参考一些示例性实施例描述了实施例，但是应当明白，本领域技术人员可以设计落在本公开的原理的精神和范围内的许多其它的修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可对主题组合布置的组成部件和/或布置进行许多变形和修改。除了对组成部件和/或部件进行变形和修改以外，替代性的使用对本领域技术人员来说也将是显而易见的。
[0065]实施例
[0066]硅熔化物在坩埚中制备，并且大约690克的掺杂物在包括石英的掺杂物供应部件中制备。之后，所述掺杂物供应部件被浸入到所述硅熔化物中，以对所述硅熔化物进行掺杂。
[0067]比较示例
[0068]大约860克的掺杂物被附接到具有长方体形状的籽晶上。之后，掺杂物被放置在所述硅熔化物中，以对所述硅熔化物进行掺杂。
[0069]表1示出了根据所述实施例和比较示例而生长的晶锭的电阻率的值。
[0070]【表1】
[0071]
【权利要求】
1.一种晶锭生长装置，包括: 容纳硅熔化物的坩埚； 牵拉机构，所述牵拉机构被布置在所述坩埚的上方以向上和向下移动；以及 掺杂物供应部件，所述掺杂物供应部件被连接到所述牵拉机构以将掺杂物提供给所述硅熔化物， 其中，所述掺杂物供应部件包括底表面和侧表面，所述底表面和侧表面设置有一个或多个孔。
2.根据权利要求 1所述的晶锭生长装置，其中，所述掺杂物供应部件包括: 容纳部件，所述容纳部件包括所述底表面和所述侧表面；以及 密封部件，所述密封部件选择性地封闭所述容纳部件的上部。
3.根据权利要求2所述的晶锭生长装置，其中，容纳在所述掺杂物供应部件中的掺杂物比布置在所述容纳部件的底表面中的第一孔大并且比布置在所述容纳部件的侧表面中的第二孔大。
4.根据权利要求3所述的晶锭生长装置，其中，所述掺杂物具有圆柱体形状或弯曲的形状，并且 所述掺杂物的下表面或上表面比所述第一孔和所述第二孔大。
5.根据权利要求4所述的晶锭生长装置，其中，所述掺杂物的下表面或上表面的直径或宽度在大约15毫米到大约20毫米的范围内，并且所述掺杂物的高度在大约40毫米到大约50毫米的范围内。
6.根据权利要求2所述的晶锭生长装置，其中，布置在所述容纳部件的底表面中的第一孔占据的面积在所述底表面的面积的大约40%到大约80%的范围内。
7.根据权利要求6所述的晶锭生长装置，其中，所述第二孔占据的面积小于所述第一孔占据的面积。
8.根据权利要求6所述的晶锭生长装置，其中，所述第一孔的直径或长度小于所述第二孔的直径或长度。
9.根据权利要求6所述的晶锭生长装置，其中，所述第一孔的直径或长度在大约5毫米到大约13毫米的范围内。
10.根据权利要求2所述的晶锭生长装置，其中，作为用于选择性地将所述密封部件接合到所述容纳部件的上表面的结构，至少一个突出部件被布置在所述容纳部件的侧表面，并且接合凹槽被布置在所述密封部件的侧表面以与所述突出部件接合。
11.根据权利要求1所述的晶锭生长装置，其中，所述掺杂物供应部件由二氧化硅形成。
12.一种晶锭生长方法，包括: 制备硅熔化物； 将容纳有掺杂物的掺杂物供应部件浸入到所述硅熔化物中，以将所述掺杂物提供给所述硅熔化物； 通过穿过布置在所述掺杂物供应部件的底表面和侧表面中的多个孔将所述硅熔化物引入到所述掺杂物供应部件中来将所述掺杂物提供给所述硅熔化物； 牵拉所述掺杂物供应部件；以及从所述硅熔化物生长晶锭。
13.根据权利要求12所述的晶锭生 长方法，其中，在将所述掺杂物提供给所述硅熔化物时，所述掺杂物的直径或大小大于布置在所述掺杂物供应部件中的孔的大小，使得所述掺杂物在所述掺杂物供应部件中被提供给所述硅熔化物。
14.根据权利要求12所述的晶锭生长方法，其中，在将所述掺杂物供应部件浸入到所述硅熔化物中时，所述掺杂物供应部件以在大约900毫米/分钟到大约1100毫米/分钟的范围内的速度下降。
【文档编号】C30B15/04GK103958745SQ201280058583
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月28日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】姜仁求, 金尚熹 申请人:Lg矽得荣株式会社