用于高电阻率及超高电阻率单晶硅锭生长的阔颈板的改进型电阻率稳定测量

摘要

本发明揭示具有改进型电阻率控制的用于形成单晶硅锭的方法。所述方法涉及样品棒的生长。所述样品棒可具有小于产品锭的直径的直径。裁切所述样品棒以形成中心板。可例如通过四点探针直接测量所述中心板的电阻率。可在测量所述电阻率之前在热供体消除循环中使所述样品棒或任选地所述中心板退火，且使用光辐射所述经退火棒或板以便增强松弛速率且实现更快速电阻率测量。

说明书

本申请案主张2018年12月27日申请的序列号为62/785,432的美国临时申请案的优先权，所述申请案的揭示内容宛如全文陈述那样以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的领域涉及具有改进型电阻率控制的用于形成单晶硅锭的方法且特定来说，涉及涉及从具有小于产品锭的直径的样品棒裁切的中心板的生长及电阻率测量的方法。

背景技术

单晶硅(其是用于制作半导体电子组件的大多数过程的起始材料)通常通过所谓的丘克拉斯基(Czochralski)(CZ)过程制备，其中将单一晶种浸入到熔融硅中且接着通过缓慢抽出而生长。熔融硅在其容纳在石英坩埚中期间被各种杂质污染，所述杂质当中主要是氧。一些应用(例如先进无线通信应用、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)及低功率、低泄漏装置)需要具有相对高电阻率(例如1500ohm-cm(Ω-cm)或更大)的晶片。

高纯度多晶硅用于高电阻率锭生产。高纯度多晶硅的特征在于杂质轮廓的扩展，此引起未掺杂材料及其类型的本质电阻率范围的广泛扩展。归因于起始材料中的硼及磷(包含多晶硅材料中的表面硼及磷)的可变性且归因于坩埚中的杂质及/或在热供体消除循环之后更改电阻率的氧水平，此高或超高电阻率材料中的晶种端电阻率的标定是困难的。此外，此类高电阻率应用可易受电阻率测量中的增大误差影响。

需要允许在消耗相对小量的硅用于电阻率测量的情况下相对快速且可靠地取样多晶硅起始材料的杂质浓度及/或电阻率的用于制备高电阻率硅锭的方法。

本章节希望向读者介绍可与在下文描述及/或主张的本发明的各种方面相关的所属领域的各种方面。据信，此论述有助于向读者提供背景信息以促进本发明的各种方面的更好理解。因此，应理解，这些陈述应在此意义上阅读且不作为现有技术的认可。

发明内容

本申请案提供一种控制通过丘克拉斯基方法生长的单晶硅锭的电阻率的方法。所述方法包括：使硅晶种与硅熔体接触，其中所述硅熔体容纳在坩埚内且包括熔融硅；从所述硅熔体撤出所述硅晶种以形成包括单晶硅的样品棒，所述样品棒具有大体上圆柱形形状且包括中心轴线、圆周边缘及从所述中心轴线延伸到所述圆周边缘的半径；从所述样品棒切割板，所述板包括包围所述样品棒的所述中心轴线的至少一部分的纵向平面且具有厚度；使所述板退火以消灭热供体；对所述板进行研光；使用红外光辐射所述板；及在板温度下降到小于30℃之后测量所述板的电阻率。

存在对于关于本发明的上文提及的方面阐述的特征的各种改善。同样，进一步特征还可被并入本发明的上文提及的方面中。这些改善及额外特征可个别或以任何组合存在。例如，下文关于本发明的任何所说明实施例论述的各种特征可单独或以任何组合被并入本发明的任何上述方面中。

附图说明

图1是用于形成单晶硅锭的提拉设备的示意性侧视图。

图2是从硅熔体生长的样品棒。

图3是样品棒的示意性透视图，其展示沿着其裁切棒以形成中心板的两个裁切平面。

图4是包含中心板的经裁切样品棒的示意性透视图。

图5是用于测量电阻率的I-V曲线。

图6是在距晶种端的各个位置处的样品棒的电阻率的散布图。

图7是经磨平的样品棒及短锭及产品锭的电阻率的散布图。

图8A是经依序研磨以形成平坦片段(平面)的三个样品棒的示意性俯视图。

图8B是图8A的经依序研磨样品棒及短锭及产品锭的电阻率的散布图。

图9是半切样品棒及从样品棒裁切的中心板以及短锭及产品锭的电阻率的散布图。

图10是经依序研磨样品棒及从样品棒裁切的中心板及短锭及产品锭的电阻率的散布图。

图11是如由双点探针测量及如由四点探针测量的从产品锭裁切的中心板及短锭及产品锭的电阻率的散布图。

图12是描绘依据在热供体消灭退火及研光之后的时间而变化的～5KΩ-cm中心板上的电阻率测量的图表。

图13是描绘阔颈中心板在辐射期间的温度轮廓的图表。时间零是接通IR灯的时。

图14A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～1.5KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。图14B是描绘针对1.5K中心板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的中心板的相对电阻率减小对时间的图表。

图15A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～5KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。图15B是描绘针对5K中心板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的中心板的相对电阻率减小对时间的图表。

图16A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～20KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。图16B是描绘针对20K中心板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的中心板的相对电阻率减小对时间的图表。

贯穿图式，对应元件符号指示对应零件。

具体实施方式

本发明的布建涉及用于通过丘克拉斯基方法生产单晶硅锭的方法，其中生长样品棒以确定熔体的电阻率。样品棒具有小于产品锭的直径。样品棒经厚切且例如通过四点探针测量板的电阻率。在一些实施例中，在辐射(例如，以红外光的辐射)之后测量板的电阻率。辐射具有促进电阻率松弛的效果，此借此允许更快速电阻率测量。

根据本发明的实施例且参考图1，通过所谓的丘克拉斯基过程生长产品锭，其中从固持于拉锭器23的坩埚22内的硅熔体44撤出锭。拉锭器23包含外壳26，所述外壳26界定晶体生长腔室16及具有小于生长腔室的横向尺寸的提拉腔室20。生长腔室16具有从生长腔室16过渡到变窄的提拉腔室20的大体上圆顶形状的上壁45。拉锭器23包含入口端口7及出口端口12，其可用于在晶体生长期间将过程气体引入到外壳26及从外壳26移除过程气体。

拉锭器23内的坩埚22容纳从其撤出硅锭的硅熔体44。通过加热被装填到坩埚22的多晶硅以引起其熔化而获得硅熔体44。坩埚22安装于转盘31上，转盘31用于绕拉锭器23的中心纵向轴线X旋转坩埚22。

加热系统39(例如，电阻率加热器)包围坩埚22用于熔化硅装料以生产熔体44。加热系统39还可在坩埚下方延伸，如第8,317,919号美国专利中展示。加热系统39由控制系统(未展示)控制，使得在整个提拉过程中精确地控制熔体44的温度。包围加热系统39的绝热体(未展示)可减少通过外壳26损失的热的量。拉锭器23还可包含在熔体表面上方的用于对锭屏蔽坩埚22的热以增大固体-熔体接口处的轴向温度梯度的热屏蔽总成(未展示)。

提拉机构(未展示)附接到从所述机构向下延伸的提拉线24。机构能够将提拉线24升高及降低。取决于提拉器的类型，拉锭器23可具有提拉轴件而非线。提拉线24在提拉总成58中终止，所述提拉总成58包含固持用于生长硅锭的晶种6的晶种卡盘32。在生长锭时，提拉机构将晶种6降低，直到其接触硅熔体44的表面。一旦晶种6开始融化，提拉机构便将晶种向上缓慢升高通过生长腔室16及提拉腔室20以生长单晶硅锭。提拉机构旋转晶种6的速度及提拉机构将晶种升高的速度(即，提拉速率v)由控制系统控制。

通过入口端口7将过程气体引入到外壳26中且从出口端口12撤出所述过程气体。过程气体在外壳26内产生氛围且熔体及氛围形成熔体-气体界面。出口端口12与拉锭器的排放系统(未展示)流体连通。

在此方面，图1中展示且本文中描述的拉锭器23是示范性的且可使用其它拉晶器配置及布置以从熔体提拉单晶硅锭，除非另外陈述。

根据本发明的实施例，在将多晶硅添加到坩埚22且操作加热系统39以熔掉多晶硅之后，从熔体提拉样品锭或棒。在图2中展示示范性样品棒5。棒5包含其中棒从晶种向外过渡并渐缩以达到目标直径的冠部部分21。棒5包含中心轴线A及通过提高提拉速率而生长的晶体的恒定直径部分25或圆柱形主体或简称“本体”。样品棒5的主体25具有相对恒定直径。棒5包含其中棒在主体25之后在直径上渐缩的尾部或端锥29。当直径变得足够小时，棒5接着与熔体分开。棒5具有延伸通过锭的冠部21及末端33的中心纵向轴线A。

样品棒5的生长条件可通常选自熟习所属领域者可用的任何适合生长条件。样品棒5可为具有具备零差排的样品棒的本体的单晶体。样品棒5可使用锁定晶种提升(即，固定提拉速度，其中直径变化例如+/-约5mm)或主动晶种提升(变化提拉速度以维持目标直径)生长。

样品棒5具有小于在样品棒之后生长的产品锭的直径。例如，样品棒的直径可为小于产品锭的直径的0.75倍、小于0.50倍、小于约0.25倍或小于0.1倍。在一些实施例中，样品棒的直径是小于约150mm或小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm或小于约20mm(例如，从约5mm到约150mm、从约5mm到约100mm、从约5mm到约50mm、从约5mm到约25mm或从约10mm到约25mm)。一般来说，通过沿着若干轴向位置(例如，如果棒具有冠部及/或渐缩端，那么在棒的恒定直径部分内)测量棒且对经测量直径求平均值(例如，沿长度测量2、4、6、10或更多个直径且求平均值)而测量棒5的直径。在一些实施例中，样品棒的最大直径小于约150mm或小于约100mm、小于约50mm、小于约25mm或小于约20mm(例如，从约5mm到约150mm、从约5mm到约100mm、从约5mm到约50mm、从约5mm到约25mm或从约10mm到约25mm)。

在一些实施例中，棒5具有通常对应于在拉晶器中生长的产品锭的颈部部分的直径的直径。例如，棒可具有小于50mm、小于25mm或小于20mm(例如约17mm)的直径。

样品棒5可具有任何适合长度。在一些实施例中，棒(例如，在裁切之后)具有在长度上在约100毫米到约500毫米之间(例如在长度上在约150毫米到约300毫米之间，例如在长度上为约200毫米)的长度。在一些实施例中，棒(例如，在裁切之后)具有小于约300mm、小于约200mm或小于约100mm(例如，从约25mm到约300mm，例如约200mm)的长度。

在生长样品棒5之后，处理(例如，切割)样品棒以形成中心板40(图4)。从样品棒5切割中心板40实现改进型电阻率测量可信度。必须尽可能接近其中电阻率径向变化最小的轴对称中心测量阔颈。为了实现此，随后沿中心向下(或如接近阔颈的最宽直径)将阔颈切割成薄板。可例如通过凭借使用线锯进行切割而移除样品棒5的冠部及尾部。如图4中展示，接着裁切样品棒5以形成板40。样品棒5可通过桌上型切割机(例如，可购自Streuers(俄亥俄州韦斯特莱克(Westlake,Ohio))的Minitom)或通过使用金刚石线锯(例如，DTW线锯)而裁切。沿着第一裁切平面42(图3)裁切且沿着第二裁切平面46裁切样品棒5以形成第一裁切部分49及第二裁切部分52(图4)以及板40。第一裁切平面42及第二裁切平面46彼此平行且平行于样品棒5的中心纵向轴线A。板40可具有用于电阻率测量的任何适合厚度，例如(例如)约5mm到约0.1mm之间、约3mm到约0.5mm之间、约3mm到约1mm之间、2mm到1mm之间或约1.1mm的厚度。板40的横截面可为大致正方形或矩形。归因于样品棒5的轮廓，板40的第一侧62及第二侧64可稍微修圆或可进一步裁切板40以形成平坦侧62、64。

一般来说，中心板40包含未裁切样品棒5的中心轴线A的至少部分。在一些实施例中，裁切方法可为可变的以考虑样品棒直径的轴向非均匀性以允许中心板40撷取棒5的尽可能多的轴对称中心线。例如，中心板40可包含样品棒5(即，紧接在切割以形成中心板之前的样品棒)的中心轴线A的至少约10％，或样品棒5的中心轴线A的至少约25％、至少约50％、至少约75％或至少约90％。在一些实施例中，在裁切之后，经裁切样品棒5的中心轴线A延伸通过中心板40的整个长度(例如，从中心板40的第一端54到第二端56)。

在一些实施例中，研磨棒5或中心板40的经裁切端以修平端。可蚀刻(例如，混合酸蚀刻)棒端。中心板40可经修改以在其第一端54及第二端56处包含奥姆接触件。例如，中心板40的第一端54及第二端56可使用胶体银涂料涂抹且干燥。

在一些实施例中，在测量电阻率之前，样品棒5或从样品棒5切割的中心板40(见图4)经受热供体消灭退火。热供体消灭退火可通过解离填隙氧团簇而用作热供体消除循环(即，热供体的消灭)。在一些实施例中，用于消灭热供体的退火在约500℃或更高、或大于约600℃、约650℃或更高或约800℃或更高(例如，500℃到约1000℃、从约500℃到约900℃或从约650℃到约1100℃)的温度下执行达不多于60分钟或30分钟且达至少约5秒、至少约30秒、至少约1分钟或至少约3分钟或更多(例如，从约5秒到15分钟、从约5秒到约5分钟或从约5秒到约3分钟)。在一些实施例中，用于消灭热供体的退火包括使样品棒5或从样品棒5切割的板40退火到大于约600℃的温度达不多于60分钟或30分钟。在一些实施例中，用于消灭热供体的退火包括使样品棒5或从样品棒5切割的板40退火到约720℃的温度达约2分钟。

可研磨中心板40的第一经裁切平坦表面57及第二经裁切平坦表面59以修平表面。在一些实施例中，在电阻率测量之前对中心板40研光以形成具有经减小表面形态的经研光表面(例如，在热供体消除循环之前或之后)。研光的目的包含移除经切割中心板40中的次表面损害，使中心板40变薄到目标厚度及实现中心板40的表面的高程度的平行度及平坦度。可使用单侧及双侧研光过程两者以对中心板40进行研光。在双侧研光(DSL)中，松散研磨粒子悬浮在胶体浆料中以从中心板40的表面磨除材料。将中心板40固持于以行星运动驱动的齿轮载体中。将一批中心板40手动地装载到载体的孔中，上板将由特定压力(或重量)(例如，从约1kg到约30kg，或从约5kg到约20kg，例如约10kg)压迫向下。两个板开始在相同方向或相反方向上旋转。在双侧研光期间，同时对中心板40的两个侧进行研光。将胶体浆料连续填充到研光机器中，且浆料的薄膜通常存在于中心板40与两个板之间。浆料在其于晶片表面与两个板之间滑动或滚动时通过磨砂执行材料移除。研光可发生达至少1分钟、至少5分钟、至少10分钟、至少15分钟、至少20分钟、至少25分钟，例如约10分钟。包含研光压力、板旋转速度、板材料、研磨材料及粒径、浆料浓度、浆料流速及载体设计的研光参数可根据习知技术。例如，研光浆料中的粒子大小可在从约1到约250微米(例如在约1到约50微米之间，例如在约5到约20微米之间)的范围内。旋转速率可在从约10到约150rpm，或约25到约150rpm的范围内，例如约50rpm、约75rpm或约100rpm。在一些实施例中，中心板40可与氧化铝(Al

在其中待根据丘克拉斯基方法生长的锭以具有高电阻率为目标的实施例中，已观察到所测量的准确电阻率在热供体消灭退火及研光以制备样品之后需要对于松弛的时间相依性。例如，可通常需要在室温下高达72小时以使电阻率松弛到稳定值。经延迟松弛及稳定的额外原因包含表面处理(通过蚀刻、抛光、研磨或研光的表面形态)可影响瞬时轮廓。这些瞬时效应干扰测量准确地“取样”多晶硅所需的真实掺杂剂浓度确定。需要准确取样电阻率测量以确定在生长以用于HR(高电阻率)或UHR(超高电阻率)应用的主棒为目标的单晶硅锭时硅熔体是否需要额外掺杂剂。因此，允许此瞬时行为以充分松弛以便提取由电阻率测量的真实净熔体掺杂剂浓度是重要的。准确电阻率测量可需要在热供体消灭退火及研光之后等待至少4小时以供电阻率衰变～90％且需要高达12小时以供电阻率衰变>95％。图12展示在中心板上的两个不同处理之后在热供体消灭退火及研光之后在同一板上的松弛曲线。如图12中展示，可耗费超过36小时(空心圆曲线)以供样品板电阻率完全松弛及稳定。图12中的空心菱形曲线描绘在额外热供体消灭退火及研光之后在同一板上的电阻率稳定时间。两个曲线在前数个小时展示稍微不同瞬时行为但在较长时间之后合并，反映在室温下的长时间松弛之后的真实且稳定掺杂剂浓度。允许电阻率稳定所需的时间影响用于“取样”多晶硅熔体以便确定用于生长所要HR或UHR全大小单晶硅锭的适当掺杂剂添加的过程的总循环时间，借此影响过程的处理量。

根据本发明的方法，从样品棒5切割的中心板40经受辐射以加速瞬时松弛过程以借此减少用于获得准确电阻率测量所需的稳定持续时间。在一些实施例中，使用红外光辐射中心板40。在一些实施例中，使用具有在约0.75微米到约1000微米之间的波长的光辐射中心板40。在一些实施例中，使用具有在约400纳米到约4.5微米之间的波长的光辐射中心板40。在一些实施例中，使用具有在约0.75微米到约4.5微米之间的波长的光辐射中心板40。能够产生在这些范围内的辐射的任何市售灯可适用于本发明的方法。在一些实施例中，可辐射中心板40达至少约10分钟(例如在约10分钟到约2小时之间，例如在约10分钟到1小时之间)的持续时间。市售灯可用于辐射中心板40，只要此类灯是根据本发明的方法在所要波长内辐射。在一些实施例中，使用足以将中心板40的温度升高到至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度的强度的光辐射中心板40。在这些实施例中，温度是用于实现更快速电阻率松弛的足够光子通量的近似测量。在一些实施例中，在至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度下辐射中心板40达至少约10分钟。在一些实施例中，在至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度下辐射中心板40达约10分钟到约2小时之间。在一些实施例中，在至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度下辐射中心板40达约10分钟到约1小时之间。在一些实施例中，在至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度下辐射中心板40达约10分钟。在一些实施例中，在至少约40℃、至少约50℃或至少约60℃的温度下辐射中心板40达约1小时。

虽然可通过测量温度而确定辐射的适当持续时间及强度，但在一些实施例中，温度升高不太可能对于增强板的电阻率的松弛及稳定至关重要。也就是说，并不需要温度升高以实现作为辐射的结果的电阻率松弛。在一些实施例中，可在无温度升高的情况下实现所需光子通量。根据本发明的方法，可通过加热完成辐射，但据信，辐射导致松弛，此暗示由光子通量引起的光解离是经增强松弛的主导机制。光解离的机制可涉及光生载子，此将暗示适用于松弛的光的范围可为广泛的，例如，从可见(或甚至近UV)向下到近IR中的约1100nm(对应于带隙能量)，因此，范围将是约250到1100nm。光解离还可涉及带隙中某一较低能量状态(例如振动状态或缺陷电子状态)的光学激发，在所述情况中，光解离可延伸到中红外。在电阻率测量之前，将板冷却到低于30℃(例如室温)，此通常耗费数分钟，例如高达30分钟，或10分钟，或在1分钟到5分钟之间。

可通过测量中心板40的电阻率而确定从其生长产品锭的熔体的电阻率。在一些实施例中，在辐射引起中心板40的温度升高的情况下，在辐射之后测量电阻率，接着为冷却到低于30℃。在本发明的一些实施例中，驱动电流通过中心板40且在沿着中心板40的长度的一或多个位置处接触电阻率探针。可通过端54、56中的一者将电流施加到棒5。

在一些实施例中，通过其中全部四个探针尖端接触板40的四点电阻率探针(例如，直列四点探针)测量中心板40的电阻率。在电阻率测量期间，可将板40安装于夹具中。根据一些实施例，电流(例如，直流电)在外部探针接脚之间通过板40且在内部探针接脚之间测量所得电势差。从经测量电流及电势值基于适用于板几何形状的因子计算电阻率。在此方面，根据标题为“用直列四点探针测量硅晶片的电阻率的测试方法(Test Method forMeasuring Resistivity of Silicon Wafers with an In-line Four-Point Probe)”的SEMI MF84-0307及/或标题为“用于半导体材料的电阻率的测试方法(Test Methods forResistivity of Semiconductor Materials)”的SEMI MF43-0705测量电阻率，所述文献为了全部相关及一致目的以引用的方式并入本文中。可在沿着板40的长度的各个点处测量电压。可使用经测量电压及样品长度及平均厚度以例如通过确定电流-电压曲线(例如，下文的实例1)的斜率而计算电阻率。

在一些实施例中，样品棒5及中心板40具有相对低氧含量，例如小于约5.5ppma的氧含量。在其它实施例中，样品棒5及板40的氧含量小于5.2ppma、小于5.0ppma、小于3.5ppma、小于约3ppma或甚至小于约2.5ppma。在一些实施例中，样品棒5及从样品棒5生产的板40无差排。

板40的经测量电阻率提供与坩埚中的多晶硅熔体的电阻率相关的信息(即，起始掺杂剂杂质浓度(即，净供体-受体浓度))。板40的经测量电阻率可用于调整随后生长的锭的制造条件。例如，可将一定量的掺杂剂添加到多晶硅熔体，其中至少部分基于经测量电阻率(例如，通过使用预测产品锭电阻率的模型)调整掺杂剂的量。适合掺杂剂包含p型掺杂剂(例如硼、铝、镓及铟)及n型掺杂剂(例如磷、砷及锑)。

经测量电阻率提供传入多晶硅中的总p型掺杂剂(例如，硼)或n型掺杂剂(例如，磷)的间接测量。取决于所测量的电阻率及类型，添加微量的p型掺杂剂(例如，硼)或n型掺杂剂(例如，磷)以实现用于超高电阻率(>5KΩ-cm且更具体来说，>7.5KΩ-cm)材料的适当晶种端电阻率目标。目标的精确度受短本体或阔颈电阻率结果的准确度极大影响。在操作中，提拉器保持热，从而等待短本体或阔颈的电阻率被确定。此添加整体过程的循环时间且可对氧或其它杂质具有有害影响，这是因为坩埚正在持续溶解。阔颈样品棒可经厚切以移除用于生长“样品”材料的循环时间。通过凭借辐射中心板样品将用于使电阻率松弛到接近饱和所需的等待时间的量从6到12个小时减小到1小时或更少而进一步减少整体过程的循环时间。方法还通过确保在短本体或阔颈上测量的电阻率完全松弛到其最终电阻率状态且非到～95％或更少而提供用于长UHR棒的晶种端标定的此准确度的改进。

在一些实施例中，在生长样品棒且测量棒的电阻率之前将一定量的掺杂剂添加到熔体且在生长样品棒之后添加一定量的掺杂剂(例如，相同掺杂剂或不同掺杂剂)。在其它实施例中，在生长样品棒且测量电阻率之后添加全部掺杂剂(如果有)(例如，硼或磷)。

将掺杂剂添加到其且从其提拉样品锭及产品锭的多晶硅可为半导体级多晶硅。当使用半导体级多晶硅时，在一些实施例中，多晶硅具有大于4,000Ω-cm的电阻率且含有不多于0.02ppba的硼或磷。

在提拉样品棒且任选地，将掺杂剂添加到熔体之后，从熔体撤出产品锭。产品锭具有大于样品棒的直径(即，样品棒的恒定直径部分的直径小于锭的恒定直径部分的直径)。产品锭可具有约150mm或如在其它实施例中，约200mm、约300mm或更大(例如，450mm或更大)的直径。

在一些实施例中，在锭的生长期间不添加多晶硅(例如，如在批量过程中)。在其它实施例中，随着生长产品锭，将多晶硅添加到熔体(例如，如在连续丘克拉斯基方法中)。

可控制(在于样品棒生长之前添加或不添加第一掺杂剂的情况下)添加到熔体的掺杂剂量以实现锭的主体的至少一部分(例如，锭的主部分)中的目标电阻率。在一些实施例中，目标电阻率是最小电阻率。在一些实施例中，锭的整个长度(例如，锭的本体的长度)具有目标电阻率(例如，最小电阻率)。在一些实施例中，产品锭的至少一部分的目标电阻率是至少约500Ω-cm、至少约1,000Ω-cm、至少约1,500Ω-cm、至少约2,000Ω-cm、至少约4,000Ω-cm、至少约6,000Ω-cm、至少约8,000Ω-cm或至少约10,000Ω-cm或从约500Ω-cm到约50,000Ω-cm、从约1,000Ω-cm到约50,000Ω-cm、从约1,500Ω-cm到约50,000Ω-cm或从约8,000Ω-cm到约50,000Ω-cm的最小电阻率。替代地或另外，样品棒(及所得中心板)可具有至少约500Ω-cm、至少约1,000Ω-cm、至少约1,500Ω-cm、至少约2,000Ω-cm、至少约4,000Ω-cm、至少约6,000Ω-cm、至少约8,000Ω-cm或至少约10,000Ω-cm或从约500Ω-cm到约50,000Ω-cm、从约1,000Ω-cm到约50,000Ω-cm、从约1,500Ω-cm到约50,000Ω-cm或从约8,000Ω-cm到约50,000Ω-cm的电阻率。

在一些实施例中，标定p型单晶硅锭。如果样品板的电阻率低于目标，那么经添加掺杂剂是选自由磷、砷及锑组成的群组且其中添加掺杂剂以增大p型单晶硅锭的电阻率。

在一些实施例中，标定p型单晶硅锭。如果样品板的电阻率高于目标或如果电阻率测量指示板是n型，那么经添加掺杂剂是选自由硼、镓及铝组成的群组且其中添加掺杂剂以减小p型单晶硅锭的电阻率。

在一些实施例中，标定n型单晶硅锭。如果样品板的电阻率低于目标，那么经添加掺杂剂是选自由硼、镓及铝组成的群组且其中添加掺杂剂以增大n型单晶硅锭的电阻率。

在一些实施例中，标定n型单晶硅锭。如果样品板的电阻率高于目标或如果电阻率测量指示板是p型，且经添加掺杂剂是选自由磷、砷及锑组成的群组且其中添加掺杂剂以减小n型单晶硅锭的电阻率。

相较于用于生产单晶硅锭的习知方法，本发明的方法具有若干优点。用于生产相对高电阻率单晶硅的相对高纯度多晶硅具有广泛范围的硼及磷杂质量，此引起广泛范围的本质电阻率。通过生长具有相对小直径(例如，相较于具有与产品锭大体上相同的大小(例如至少200mm)的样品锭，小于产品锭，例如小于100mm、小于50mm、小于25mm或甚至小于10mm)的样品棒且从样品棒形成板，可相对快速且可靠地对熔体的电阻率进行取样。

经测量电阻率可用于掺杂剂的更精确添加以实现高电阻率或超高电阻率产品(例如，至少约3000Ω-cm、5000Ω-cm或至少7000Ω-cm或更大)的更佳标定且特定来说，用于更佳晶种端电阻率标定。相对小直径样品棒消耗相对少量的熔体(例如，相较于可消耗15kg、20kg或50kg或更大的熔体的全直径短锭，少于1kg、少于0.5kg或约0.25kg或更少)且减少归咎于取样过程的杂质积累。可相对快速地(例如，相较于可涉及20小时、30小时、40小时或50小时的生长时间的全大小短锭，约12、10或甚至5小时或更少)生长样品棒。从样品棒裁切的板可具有相对低氧含量(例如，例如小于约5ppma或小于4ppma)，此可改进电阻率测量的准确度(例如，在热供体消除循环之后的准确度)。

来自样品棒的电阻率的测量的可变性可由以下项引起(1)如由双点探针测量的电阻率的直径校正；归因于样品棒上的平坦片段的制备的接触噪声；及/或(3)大表面形态变化。通过从样品棒形成板，可相对接近样品棒的轴对称中心测量电阻率。由于电阻率的径向变化减少或消除，此改进电阻率测量的准确度。在其中对板进行研光以减少由研磨引起的形态且改进厚度均匀性的实施例中，电阻率测量可更准确。在其中使用四点探针以测量电阻率的实施例中，可进一步改进电阻率测量。

经减少样品棒生长时间及经减少电阻率测量时间减少提供电阻率测量的处理时间(例如，将过程时间减少20、30或40小时)，此减少由坩埚溶解引起的杂质积累。减少杂质还改进未来运行的电阻率可预测性。各批(即，产品锭之间)的热小时时间的减少允许坩埚在额外循环中再装填而无零差排的损失的增加。

实例

本发明的过程由以下实例进一步说明。这些实例不应被视为限制性意义。

使用所记录的经施加电流及经测量电压轴向地测量样品棒的电压。图5展示所产生的I-V曲线。使用样品的几何形状及I-V曲线的斜率，针对样品确定电阻率为6139Ω-cm。可针对从样品棒裁切的中心板类似地确定电阻率。

在类似于图1的提拉设备中生长具有约产品锭的大小的直径(例如，200mm提拉设备中的约200mm)的单晶短样品锭(“短锭”)。裁切晶体且使其经受混合酸蚀刻(MAE)。在800℃下使晶体锭块快速热退火达3分钟且进行研光。使锭块与四点探针接触以测量电阻率，其中在三个测量内对电阻率求平均值。

在生长短锭之后在相同提拉设备中在锁定晶种提升模式中生长样品棒(“样品棒”)。棒的直径跨其长度变化且在17到23mm的范围内，其中平均值为20mm。裁切并研磨样品棒以形成从棒的一个端延伸到另一端的扁平片段。在720℃下使棒快速热退火达2分钟。使用双点探针测量锭的电阻率。在下文的表1中展示生长条件之间的差异：

表3：针对直径为200mm的样品锭及直径为～17-23mm的样品棒的生长条件

在图6中展示跨样品棒的长度的经测量电阻率及来自样品锭的锭块的电阻率。

短锭的样品制备时间是26小时且涉及裁切、混合酸蚀刻、快速热退火、板切割、研磨(例如，使用金刚石垫)、研光及电阻率测量。样品棒的样品制备时间是6小时且涉及裁切、混合酸蚀刻、快速热退火、磨平(使用金刚石研磨器)、研光及电阻率测量。样品棒过程时间是短锭过程时间的20％(5小时对25小时)且样品棒的总时间是短锭总时间的总时间的22％(11小时对51小时)。在一些实施例中，样品棒过程时间及总时间在从短锭过程时间及总时间的约15％到约25％的范围内。

在实例2的条件下生长单晶短样品锭(“短锭”)及两个样品棒(“样品棒”)。在生长短锭之前生长一个样品棒且在生长短锭之后生长一个样品棒。还生长具有约8,000Ω-cm(p型)的目标晶种端电阻率的产品锭。由于短锭具有约5,000Ω-cm的电阻率，添加一定量的磷掺杂剂以标定产品锭中的至少7,500Ω-cm的电阻率。

样品棒的电阻率由双点探针测量且短锭的锭块的电阻率由四点探针测量，其中在图7中展示结果。在图7中还展示在晶种端附近的产品锭的电阻率。可从图7观察到样品棒的双点测量的变化。在短锭之前生长的样品棒中的电阻率测量的变化将引起过掺杂(例如，如果已使用平均值)。当将样品棒切割成两半(中心切割)时，观察到类似变化(未展示)。

在实例2的条件下生长单晶短样品锭(“短锭”)及样品棒(“样品棒”)。还生长具有约7,500Ω-cm(p型)的目标晶种端电阻率的产品锭。研磨样品棒三次以形成逐渐更接近样品棒的中心轴的样品棒上的平坦片段(图8A)。在形成各平坦片段之后通过双点探针测量沿着棒的电阻率，其中在图8B中展示每一平面的电阻率。在图8B中还展示用于确定产品锭的掺杂剂量的短锭电阻率及产品棒电阻率。

如图8B中展示，随着每一移除，每一平面的轴向测量变得更扁平且更不轴向可变。针对每一平面，样品棒的初始晶种电阻率远低于棒的中到后本体平均值。每一平面平均值将已低于短锭平均值，此将引起额外磷掺杂剂被使用，其将驱动产品锭远离7,500Ω-cm目标。

紧接在短锭的生长之前在实例2的条件下生长样品棒。中心切割一个样品棒且处理一个样品棒以形成约1.1mm厚的中心板。紧接在生长短锭之后在实例2的条件下生长样品棒，其中中心切割一个样品棒且处理另一样品棒以形成约1.1mm厚的中心板。为了制备中心切割样品棒，在热供体消除退火及四小时等待时间之后，移除样品棒顶部及尾部且沿着中心线轴向向下切割棒以制成两个半体件。为了制备中心板，移除样品棒顶部及尾部且裁切棒以形成中心板。在混合酸蚀刻(MAE)之后，中心板经受热供体消除退火。在四小时等待时间之后测量电阻率。使用双点探针测量中心切割样品棒的电阻率且使用四点探针测量中心板的电阻率。还生长产品锭且测量晶种端电阻率。在图9中展示电阻率测量。

如图9中展示，在中心切割样品棒中观察到轴向变化。中心板测量包含轴向测量的某一随机变化但其中平均电阻率相对接近短本体(～6,200Ω-cm)。如果使用中心板电阻率以确定掺杂剂添加(例如，磷的非常小添加)，那么所得掺杂剂添加将是类似的。

根据实例2生长样品棒。依序研磨样品棒，其中在如实例4中的各研磨之后使用双点探针测量电阻率。还生长并处理样品棒以形成约1.1mm厚的中心板。通过四点探针测量中心板的电阻率。在形成样品棒之后还生长短锭及产品锭，其中从锭块测量晶种端电阻率。在图10中展示电阻率。

如图10中展示，每一扁平测量(展示第1、第3及第5研磨)包含从晶种端到相对端的轴向趋势，其中整体平均电阻率低于短锭的电阻率。中心板测量展示较扁平轴向趋势，其中整体平均值非常类似于短本体电阻率，从而导致类似掺杂剂添加。

表1展示相较于如由四点探针(“4PP”)测量的从样品棒裁切的中心板的电阻率及如由双点探针(“2PP”)测量的样品棒(其中平坦片段被研磨成样品棒)的电阻率的短锭的电阻率。在样品棒之前生长短锭。在短锭的相对端(～250mm)处测量短锭电阻率。样品棒数据点是每10mm获取的从晶种端到相对端的轴向电阻率的平均值。生长产品锭，其中在表1中展示晶种端(～150mm本体位置)处的电阻率。根据实例2的条件在八个运行中生长样品棒、短锭及产品锭。

表1：样品棒、短锭及产品锭电阻率测量

如表1中展示，短锭电阻率及样品棒中心板(4PP)电阻率相对类似且通过任一结果的掺杂剂添加将在方向上类似。具有平坦片段(2PP)的样品棒包含在方向上与短本体相反的若干结果，此已引起错误掺杂剂(即，P型对N型)被添加。此指示使用四点探针电阻率测量的样品棒中心板以更佳准确度预测产品锭的电阻率。

使用双点探针测量且使用四点探针测量从样品棒切割的若干中心板的电阻率。还测量短锭电阻率(4PP)。如图11中展示，双点测量及四点测量轨迹相对紧密，其中平均轴向电阻率类似于短锭。此指示具有平坦片段的短样品棒与中心板之间的测量的轴向变化由样品的实体体积及所使用的厚度变化补偿的量引起。

生长样品棒且从样品棒切割中心板。中心板在720℃下经受热供体消灭退火达2分钟。此后，在10kg重量压力下在载体中对中心板进行研光。

使用红外(IR)灯辐射经退火且经研光的板。IR灯将样品阔颈板加热到约50℃达长于10分钟。虽然使用温度测量对辐射及光子通量进行测量，但当前认为，加热并非主导松弛机制。辐射伴随着加热，但当前认为，光解离是主导机制。改变灯到样品距离改变板的温度及样品上的光子通量两者，此改变光解离速率。由于两个机制起因于辐射，故分离对电阻率松弛的相应效应可能是不可能的。然而，当前相信，光解离可在任何温度下继续进行。

通过等待约2分钟而允许样品冷却回到室温且接着通过4点探针在室温下测量电阻率。已发现，使用IR灯设备，花费近似10分钟的辐射以使阔颈达到平衡温度。见图13，其是描绘阔颈中心板在辐射期间的温度轮廓的图表。时间零是接通IR灯的时。监测温度的升高以达到约50℃的所要端点，但此温度监测是为了近似表示用于实现足够光解离的足够光子通量。在50℃下固持阔颈中心板达长于10分钟以在2小时内实现电阻率的所要松弛瞬时。可在浸泡温度下固持样品达更长时间，但10分钟是最小时间要求。

生长具有1500Ω-cm的目标电阻率的样品棒，且从样品棒切割中心板。两个中心板在720℃下经受热供体消灭退火达2分钟。此后，在10kg重量压力下在载体中对中心板进行研光。

允许一个中心板松弛且稳定电阻率达32小时。在红外光下辐射第二中心板到至少50℃的温度达60分钟。图14A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～1.5KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。如由空心圆展示，需要约32小时的松弛以使未经辐射样品达到接近完全饱和及电阻率稳定。经重新制备的同一样品上的空心菱形展示稍微不同的初始瞬时衰减(可能归因于当时的RTA及/或研光处理)但在12小时之后，曲线收敛到类似电阻率值。黑色三角形是使用包含研光之后的IR辐射的新方法观察到的衰减曲线。图表清楚地展示，低温退火加速松弛，使得电阻率在退火之后仅1小时达到完全饱和。图14B是描绘针对1.5K阔颈板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的阔颈中心板的相对电阻率减小对时间的图表。结果清楚地展示，1小时低温退火足以将电阻率松弛到接近100％饱和，而关于POR过程，在RTA/研光之后的12小时等待可实现最终电阻率的～95％。

生长具有5,000Ω-cm及20,000Ω-cm的目标电阻率的额外样品棒。中心板是从每一样品棒切割且在720℃下经受热供体消灭退火达2分钟。此后，在10kg重量压力下在载体中对中心板进行研光。允许来自每一样品棒的一个中心板松弛且稳定电阻率达32小时。在红外光下辐射来自每一样品棒的第二中心板到至少50℃的温度达60分钟。图15A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～5KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。图15B是描绘针对5K阔颈板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的阔颈中心板的相对电阻率减小对时间的图表。图16A是比较使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#1及#2)的～20KΩ-cm的阔颈中心板上的电阻率松弛的图表。在热供体消灭退火之后1小时开始IR辐射退火。图16B是描绘针对20K阔颈板，使用IR辐射(新方法)及不使用(POR测试#2)的阔颈中心板的相对电阻率减小对时间的图表。结果清楚地展示，1小时低温退火足以将电阻率松弛到接近100％饱和，而关于POR过程，在RTA/研光之后的12小时等待可实现最终电阻率的～95％。

如本文中使用，当结合尺寸、浓度、温度或其它物理或化学性质或特性的范围使用时，术语“约”、“大体上”、“基本上”及“近似”意味着涵盖可存在于性质或特性的范围的上限及/或下限中的变化，包含(例如)源自舍位、测量方法的变化或其它统计变化。

当介绍本发明或本发明的实施例的元件时，冠词“一”、“所述”及“所述”希望意味着存在一或多个元件。术语“包括”、“包含”、“含有”及“具有”希望为包含性且意味着除了所列举的元件之外，可存在额外元件。指示特定定向的术语(例如，“顶部”、“底部”、“侧”等)的使用是为了方便描述且不需要所描述的项目的任何特定定向。

由于可对上文中的构造及方法做出各种改变而不脱离本发明的范围，因此希望应将上文中的描述中含有及附图中展示的全部事项解读为阐释性且非限制性意义。