[發(fā)明專利]評估晶片或單晶錠的質(zhì)量的方法及使用其控制單晶錠的質(zhì)量的方法

有效

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• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN103650124A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 張允瑄;洪寧皓;鄭要韓;金世勛
• 申請（專利權(quán)）人: LG矽得榮株式會社
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;胡春光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于評估晶片或單晶錠的質(zhì)量的方法及一種通過使用上述方法來控制單晶錠的質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)

一般而言，Czochralski（在下文中，稱為“CZ”）方法已被廣泛用作制造硅晶片的方法。在CZ方法中，將多晶硅裝入石英坩堝中，并通過石墨加熱元件進行加熱和熔融。然后，將晶種浸入通過熔融而形成的硅熔體中，并且允許在界面處發(fā)生結(jié)晶。通過拉伸以及旋轉(zhuǎn)該晶種來生長單晶硅錠。其后，通過切片、蝕刻和拋光該硅錠來制備晶片形式。

通過使用前述方法所制備的單晶硅錠或硅晶片具有晶體缺陷，例如晶體原生顆粒（COP）、流動圖形缺陷（FPD）、氧化誘導堆垛層錯（OISF），和塊體微缺陷（BMD）。需要減小這些內(nèi)生（grown-in）缺陷的密度和尺寸，并且已證實晶體缺陷影響器件產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，去除晶體缺陷以及簡單且快速地評估這些缺陷的技術(shù)是重要的。

而且，根據(jù)晶體生長的條件，單晶硅錠或硅晶片包括：具有通過附聚飽和的空位（由于占優(yōu)勢的空位型點缺陷而飽和）而形成的缺陷的V富集（V-rich）區(qū)域、具有占優(yōu)勢的空位型點缺陷但沒有附聚的缺陷的Pv區(qū)域、空位/間隙（V/I）邊界、具有占優(yōu)勢的間隙點缺陷但沒有附聚的缺陷的Pi區(qū)域和具有通過附聚飽和的間隙硅（由于占優(yōu)勢的間隙點缺陷而飽和）而形成的缺陷的I富集（I-rich）區(qū)域。

在評估晶體質(zhì)量的水平方面，確定產(chǎn)生這些缺陷區(qū)域的位置和這些缺陷區(qū)域如何隨單晶錠的晶體長度而變化是很重要的。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)，在通過CZ方法所制備的單晶錠中，根據(jù)被稱為“V/G”的Voronkov理論，當在V/G臨界值或更大值（高速生長）下生長該錠時，產(chǎn)生具有空洞缺陷的V富集區(qū)域；當在V/G臨界值或更小值（低速生長）下生長該錠時，在邊緣或中心區(qū)域處的環(huán)形中產(chǎn)生氧化誘導堆垛層錯（OISF）缺陷；并且當在較低速度下生長該錠時，通過纏結(jié)的位錯環(huán)（具有間隙硅聚集在其中）而產(chǎn)生I富集區(qū)域，一種環(huán)占優(yōu)勢的點缺陷（LDP）區(qū)。

既不是V富集也不是I富集的無缺陷的區(qū)域存在于V富集區(qū)域和I富集區(qū)域之間的邊界處。該無缺陷的區(qū)域也被分類為Pv區(qū)域（一種無空位占優(yōu)勢的點缺陷（VDP）區(qū)）和Pi區(qū)域（一種無間隙占優(yōu)勢的點缺陷（IDP）區(qū)），并且該無缺陷的區(qū)域被認為是為了制造無缺陷的晶片而制備的空白（margin）。

圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的控制拉伸速度的示意圖，并且示出在單晶生長過程中用于設置目標拉伸速度的實驗實施例（實例1和實例2）。

為了降低根據(jù)摩爾定律（Moore’s?law）的高度集成的回路線寬，控制在單晶生長過程中所引入的晶體缺陷是重要的。制備無缺陷的單晶晶片的通常方法通過在確定無缺陷區(qū)域的拉伸速度之后設置目標來進行，無缺陷區(qū)域的拉伸速度通過V測試和N測試對相應的區(qū)域進行縱向分析來確定，其中，如圖1所示，人工調(diào)整拉伸速度以確定無缺陷的空白。

而且，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，為了制造無缺陷的單晶，已經(jīng)嘗試了設計上部熱區(qū)（HZ），例如，通過上部絕緣體的各種形狀來調(diào)整晶體的G值和ΔG（徑向方向上的溫度梯度）從而使得對應于形成缺陷的溫度范圍；通過調(diào)整從熔體表面到上部HZ的間隔來使熱積累空間的效率最大化；以及通過從加熱器的最大熱產(chǎn)生部分到熔體表面的相對位置來控制Si熔體對流或熱傳遞路徑。或者，已經(jīng)嘗試了使工藝參數(shù)優(yōu)化，例如控制氬氣（Ar）流速、控制晶種旋轉(zhuǎn)速度與坩堝旋轉(zhuǎn)速度的比例（SR/CR）或應用多種類型的磁場。

然而，相對于相關(guān)技術(shù)，難以在制造無缺陷的單晶中使無缺陷的空白優(yōu)化。

例如，V測試或N測試可以確定一個批次中主體部分的一些區(qū)域，并且因為通過使用CZ方法來制造Si單晶一般是連續(xù)的生長工藝，所以即使在使用相同的HZ和工藝參數(shù)的情況下，也產(chǎn)生根據(jù)錠長度的晶體冷卻中的熱歷史的差異。而且，由于根據(jù)晶體生長的Si熔體體積的變化，根據(jù)晶體長度的增加可以影響無缺陷的目標拉伸速度。

進一步，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，在制造無缺陷的單晶中，可能產(chǎn)生由于質(zhì)量損失而引起的成本。

例如，因為目標拉伸速度的設置不準確，由于在基本范圍內(nèi)的質(zhì)量廢品率增加而可能產(chǎn)生損失，并且為了針對長度確定無缺陷的目標拉伸速度而可能進行多次如圖1中的測試。

然而，因為根據(jù)如圖1中的拉伸速度的快速變化，目標拉伸速度不引起晶體冷卻中熱歷史的變化，由于在V測試或N測試中確定的質(zhì)量空白與目標拉伸速度的設置值之間的真實熱歷史的差異，所以目標值是變化的。