[發明專利]用于制備硅晶圓的方法

有效

• 申請號: 202010528927.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN112080791B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: S·巴拉內茨斯凱;M·達尼埃爾
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

本發明涉及用于制備硅晶圓的方法。硅單晶，其氧濃度大于2x10¹⁷at/cm³且直徑大于100μm的針孔濃度小于1.0x10^?51/cm³，碳濃度小于5.5x10¹⁴at/cm³，優選地小于4x10¹⁴at/cm³，鐵濃度小于5.0x10⁹at/cm³，優選地小于1.0x10⁹at/cm³，COP濃度小于1000個缺陷/cm³，LPIT濃度小于1個缺陷/cm²，且晶體直徑大于200mm，優選地大于300mm。

本發明涉及一種用于制備硅晶圓的方法，該方法包括在坩堝中熔化多晶硅、根據切克勞斯基法從坩堝中加熱的熔體中在晶種上提拉單晶，以及從所提拉的單晶上切下晶圓。

坩堝通常由諸如石英的含二氧化硅材料制成。其通常充滿碎片和/或由多晶硅組成的粒狀材料，借助于位于坩堝周圍的側向加熱器和位于坩堝下方的基礎加熱器將其熔化。在熔體的熱穩定階段之后，將單晶晶種浸入熔體中并提升。同時，硅在被熔體潤濕的晶種末端結晶。晶化速率基本上受晶種提升的速率(晶體提拉速率)和熔融硅結晶的界面溫度的影響。通過適當控制這些參數，首先提拉稱為頸的部分，以消除位錯，然后是單晶的錐形部分，最后是單晶的圓柱形部分，隨后從中切割出晶圓。

例如，如US-5954873 A中所述，晶體提拉方法中的相關工藝參數應設置為使得晶體中的缺陷徑向均勻分布。

特別要注意的是，由空位置(空位)組成的團聚體(也稱為COP(源自晶體的顆粒))不形成或僅在檢測極限以下形成。下文中將1000個缺陷/cm³的密度理解為COP的檢測極限。

同時，要注意由間隙硅原子組成的團聚體(稱為LPIT)不出現或僅在檢測極限以下出現。下文中將1個缺陷/cm²的LPIT密度理解為檢測極限。

下文中將半導體材料稱為“無缺陷”。

坩堝材料中釋放出的氣態夾雜物、包圍碎片和/或粒狀材料的氣體、在熔體中形成的氧化硅和擴散到熔體中的氣體被認為可能是導致在單晶中形成空腔(稱為針孔缺陷)的原因(請勿與COP混淆)。當氣泡到達生長的單晶和熔體之間的界面并且熔體和單晶在其周圍結晶時，就會形成針孔缺陷。如果在切下晶圓時分型面與空腔相交，則所形成的晶圓具有圓形凹口或孔，這些凹口或孔的直徑通常可以為幾微米至幾毫米。存在這種空腔的晶圓不能用作生產電子部件的基底片。

可以例如借助于掃描超聲法來測量棒件上形成的針孔的濃度，該方法在例如DE102 006032431 A1中已經進行描述。在這種情況下，可以檢測到直徑約50μm的針孔。利用所述方法，針孔的各個準確尺寸的確定會因較大的測量誤差而失去意義。

US-9665931 A1描述了一種可以確定晶圓上針孔的濃度和各自尺寸的方法。利用所述方法，可以非常精確地確定針孔的尺寸。

為了能夠精確地測量棒件中針孔的尺寸，優選根據DE 102 006 032431 A1對待測棒件進行測量，同時保存所發現的針孔的坐標。

隨后，優選將包含相關針孔的區域切成晶圓，并通過US-9665931 A1中描述的方法進行分析。由此發現的針孔的尺寸可以以幾％的測量誤差來確定。

發明人已經發現，正是具有缺陷的半導體材料，其包含相對高濃度的直徑大于50μm的針孔。因此，主要的問題是避免直徑為50μm或更大的針孔。

關于如何抑制針孔的形成，已經公布了一系列建議。這些建議中有許多集中在改善坩堝材料的性質上。使用合適的坩堝材料時形成的針孔尺寸小于50μm。