4、硅晶体中氧掺入的控制生长技术解析

硅晶体中氧掺入的控制生长技术解析

在半导体领域，硅晶体的质量对于集成电路等应用至关重要，而氧在硅晶体中的掺入情况会显著影响晶体的性能。本文将深入探讨硅晶体生长过程中氧掺入的控制方法，包括正常切克劳斯基（Czochralski，CZ）生长、磁场应用切克劳斯基生长（MCZ）以及连续切克劳斯基硅生长等技术。

1. 正常切克劳斯基生长（Normal Czochralski Growth）

为了便于讨论，用于集成电路应用的硅晶体中的氧浓度可方便地分为高、中、低三个浓度范围。若将 14 - 17 ppma 定义为中等范围，那么高于和低于该范围的浓度分别称为高浓度和低浓度。

1.1 强制对流控制氧掺入

强制对流是控制氧掺入的有效工具。为了在硅晶体中实现所需的轴向均匀氧水平，可以采取以下步骤：
1. 建立氧掺入曲线 ：对于给定的生长系统，通过参数研究（如改变晶体和坩埚的旋转速率）建立氧掺入曲线，如图 12 所示。
2. 选择旋转参数 ：在晶体生长的不同阶段选择合适的旋转参数，以开发和定制生长过程，从而生长出具有显著轴向和径向均匀性的所需氧浓度的晶体。
3. 调整坩埚旋转速率 ：使用可变坩埚旋转速率可以改变生长过程中的氧掺入水平。例如，将坩埚旋转速率提高可以有效提高氧水平并改变氧浓度分布。此外，交替提高和降低坩埚旋转速率（中高速）可以进一步增强氧掺入，这可能是因为这种操作会导致坩埚和熔体之间的边界层局部“扰动”和变薄，从而增加坩埚的溶解。

通过适当使用强制对流，包括交替调整坩埚旋转速率，可以实现高和中等氧浓度范围