[发明专利]一种用于制造单晶硅棒的拉晶炉、方法及单晶硅棒

说明书

本发明实施例公开了一种用于制造单晶硅棒的拉晶炉、方法及单晶硅棒，所述拉晶炉包括：提拉机构，所述提拉机构构造成利用掺氮硅熔体通过直拉法拉制单晶硅棒；第一热处理器，所述第一热处理器用于在使所述单晶硅棒中的BMD消融的第一热处理温度下对所述单晶硅棒进行热处理；设置在所述第一热处理器上方的第二热处理器，所述第二热处理器用于在促使所述单晶硅棒中形成BMD的第二热处理温度下对所述单晶硅棒进行热处理；其中，所述提拉机构还构造成使所述单晶硅棒沿着拉晶方向移动而处于尾部节段被所述第一热处理器并且头部节段被所述第二热处理器热处理的位置处。

技术领域

本发明涉及半导体硅片生产领域，尤其涉及一种用于制造单晶硅棒的拉晶炉、方法及单晶硅棒。

背景技术

众所周知，现代集成电路主要制备在硅片表面5微米以内的近表层。因此，要经过内吸杂或外吸杂等技术，以在硅片的体内或背面引入缺陷区，在近表面引入10-20微米的无缺陷、无杂质的洁净区。近年来，除了常规的内、外吸杂技术外，还有新型的氧气退火技术、快速热处理技术和掺氮技术被开发和应用。

在上述集成电路中，提供这样的一种硅片是非常有利的：该硅片具有从正面开始向体内延伸的无晶体缺陷区域(Denuded Zone，DZ)以及与DZ邻接并且进一步向体内延伸的含有体微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD)的区域，这里的正面指的是硅片的需要形成电子元器件的表面。上述的DZ是重要的，因为为了在硅片上形成电子元器件，要求在电子元器件的形成区域内不存在晶体缺陷，否则会导致电路断路等故障的产生，使电子元器件形成在DZ中便可以避免晶体缺陷的影响；而上述的BMD的作用在于，能够对金属杂质产生内在吸杂(Intrinsic Getter，IG)作用，使硅片中的金属杂质保持远离DZ，从而避免金属杂质导致的漏电电流增加、栅极氧化膜的膜质下降等不利影响。

而在生产上述的具有BMD区域的硅片的过程中，对硅片进行掺氮是非常有利的。举例而言，在硅片中掺杂有氮的情况下，高温下氮原子首先互相结合形成双原子氮，并促进氧沉淀消耗了大量的空位，使得空位的浓度减少。因为VOID缺陷是由空位组成的，空位浓度的降低导致了VOID缺陷的尺寸减少，使得在相对较低温度下形成了VOID缺陷尺寸减小的硅片。在集成电路制备工艺的高温热处理中，掺氮硅单晶的VOID缺陷很容易被消除，从而提高了集成电路的成品率。同时，掺氮能够促进以氮作为核心的BMD的形成，从而使BMD达到一定的密度，使BMD作为金属吸杂源有效地发挥作用，而且还能够对BMD的密度分布产生有利影响，比如使BMD的密度在硅片的径向上的分布更为均匀，比如使BMD的密度在临近DZ的区域更高而朝向硅片的体内逐渐降低等。

在现有技术中，用于生产上述用于集成电路等半导体电子元器件的硅片，主要通过将直拉(Czochralski)法拉制的单晶硅棒切片而制造出。直拉法包括使由石英制成的坩埚中的多晶硅熔化以获得硅熔体，将单晶晶种浸入硅熔体中，以及连续地提升晶种移动离开硅熔体表面，由此在移动过程中在相界面处生长出单晶硅棒。直拉(Czochralski)法拉制单晶硅棒一般在拉晶炉内进行，由于掺杂元素与硅元素晶格不匹配，在单晶硅生长过程中存在分凝现象，即掺杂元素结晶于单晶硅晶锭中的浓度小于熔体(原料)中的浓度，使得掺杂元素在坩埚中的浓度不断升高，单晶硅晶锭中掺杂元素的浓度也不断升高。由于氮在硅单晶中的分凝系数小，仅为7×10^-4，这使得在拉制单晶硅棒的过程中，氮浓度的分布是从晶棒头部到晶棒尾部逐渐增加，如图1所示，其示出了氮浓度在掺氮单晶中沿晶体生长方向的理论分布，其中掺氮单晶中头部与尾部的氮浓度相差较大，相应地，导致掺氮单晶头部与尾部BMD浓度相差较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于制造单晶硅棒的拉晶炉、方法及单晶硅棒，在拉制晶棒的过程中，解决因晶棒头部到尾部氮含量差异过大导致单晶硅棒头部与尾部BMD含量差异大的问题，以获得一种整体BMD浓度均一的单晶硅棒。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于制造单晶硅棒的拉晶炉，所述拉晶炉包括：