具有均匀的径向氧变化的硅晶片制造技术

本发明专利技术涉及在硅晶片的整个半径上测得的氧浓度的径向变化小于7％的硅晶片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有均匀的径向氧变化的硅晶片
本专利技术涉及具有均匀的径向氧变化的硅晶片。
技术介绍
硅晶片由于其性质特别适合作为基材晶片，在其上侧面(正面)上沉积外延层。具有沉积的外延层的硅晶片还称作外延硅晶片。硅晶片的其中设置电子元件的区域必须加以保护而不被痕量金属污染。在外延硅晶片的情况下，该区域通常位于外延层中。针对金属杂质的特别有效的保护是由BMD(块体微缺陷)形成，氧在基材晶片中的析出物，因为其构成所谓的内部吸杂剂，金属杂质优选在此累积。通常在生产电子元件所需的一次或多次热处理的过程中，BMD由核心长大。因此，外延硅晶片在供应至电子元件的制造厂时需要在基材晶片中具有足够的BMD核心，从而可以获得高的BMD密度。在大于1000℃的温度下在基材晶片上沉积外延层。在此温度下，较小的BMD核心被消除，这也使得更加难以在重度掺杂的基材晶片中提供足够数量的BMD核心。若根据Czochralski(CZ)法由保持在石英坩埚中的熔体提拉单晶，由单晶获得硅晶片，则坩埚材料形成被引入单晶及由此获得的硅晶片中的氧的来源。控制提拉速率V与在结晶边界处的轴向温度梯度G的比例V/G在根据CZ法提拉硅单晶期间是特别重要的。提拉速率V是生长的单晶由熔体向上升高的速率，轴向温度梯度G是指在晶体前进的方向上在结晶边界处的温度变化。特别是在其中空位的数量超过间隙硅原子的数量并且其中因此空位占主导的区域中，BMD可以发展。在单晶的生长前沿处形成的点缺陷包括间隙硅原子(硅自填隙)和空位。其非常显著地决定后来在单晶中产生的径向和轴向缺陷分布，还影响产生的杂质分布。空位例如有助于氧的析出。若比例V/G高于临界值k1，则主要出现空位缺陷，其可以聚集，于是例如可以被认为是COP(晶体原生颗粒)。取决于检测方法，其有时还称作LPD(光点缺陷)或LLS(局部光散射)。若比例V/G低于临界值k2，k2小于k1，则点缺陷主要以间隙原子(硅自填隙)的形式出现，其同样可以形成聚集体，并且在宏观上表现为位错环。间隙原子的聚集体形成局部晶体位错，其由于所用的检测方法也称作LPIT(大蚀坑)。在最宽泛的意义上，其中空位和间隙原子均不会发生聚集即其中V/G在k1与k2之间的区域称作中性区域或完美区域。其中晶体由空位过量改变成间隙过量的V/G的值自然地在k1与k2之间。然而，在较窄的意义上，在其中具有仍然自由的未聚集的空位的区域与被认为是自由间隙原子区域的区域之间进一步加以区分。空位区域，也称作v区域(空位)，特征在于，在单晶具有足够高的氧含量的情况下，在此产生氧化诱生堆垛层错，而i区域(间隙)则保持完全不含缺陷。在此较窄的意义上，因此只有i区域是真正完美的晶体区域。空位有助于氧的析出。若其超过约70nm的尺寸，则氧析出物形成氧化诱生堆垛层错(OSF)。因此，主要在v区域中出现OSF。通过由和向结晶边界实施热传输，测定在结晶边界处的轴向温度梯度G及其径向变化走向。又通过生长的单晶的环境的热性质、所谓的热区及通过一个或多个加热装置供应热量，显著地影响热传输。若决定在特定的热区中提拉单晶，则可以借助考虑了热平衡的模拟计算来测定在结晶边界处的轴向温度梯度G的轴向和径向变化走向。为了将比例V/G在轴向上也保持在预设的范围内，需要通过提拉速率V的相应的变化来补偿轴向温度梯度G随时间的变化。因此，也可以通过控制提拉速率V来控制比例V/G。WO98/45508A1是描述了可以如何通过实验测定提拉速率V随时间的变化走向的许多出版物之一，从而可以通过控制提拉速率V，使比例V/G在单晶生长期间保持几乎不变，并且在预设的区域中生长单晶。此外，描述了在Pv区域和Pi区域之间加以表征和区分的检测方法。US5,968,264A公开了一种方法根据Czochralski法生产硅单晶，其中，在由硅熔体生长硅单晶期间，实施提拉使得晶体中的固液界面在固液界面的平均垂直位置为+/–5mm的区域中，其中排除了宽度为5mm的边缘区域。在一个实施方案中，在v区域或i区域中提拉晶体。其公开了向硅熔体施加强度不小于2000Gs(高斯)的水平磁场。向熔体施加磁场导致较小的温度梯度G并使固液界面变平坦。v区域或i区域扩展。此外，可以利用磁场控制氧浓度的轴向变化走向。US6,159,438A是基于与US5,968,264A相同的优先权申请，请求保护借助Czochralski法提拉的硅单晶，其中在垂直于生长方向的方向上的氧浓度的变化不大于5％。在切开的晶体上在生长方向上测定氧浓度，其中在晶体中心处及在相对于边缘的距离为10mm的边缘区域中进行测量。然而，参见图11A和11B，实施例和对比例彼此的区别仅在于，在对比例中去除了在实施例中存在的固液界面绝热材料以及在其上设置的环形绝热材料。因此，在晶体中心处及在相对于边缘的距离为10mm的边缘区域中，在轴向氧变化的均匀化方面的作用仅可归因于存在这些绝热材料。然而发现，特别是在此情况下没有考虑的边缘区域(相对于边缘的距离为10mm)中，氧浓度显著减小。在如根据US6,159,438A的直径为200mm的晶体的情况下及在直径为300mm的硅晶体的情况下在相对于中心的距离为140至150mm的区域中均可以看到这一现象。在边缘处氧浓度减小的这一现象对于硅晶片的机械稳定性具有负面影响。此外，在外延硅晶片的情况下，这导致在边缘区域中低的BMD密度。这对于客户会导致晶格缺陷及重叠问题。产生重叠缺陷的原因是由于低的BMD密度在晶体晶格中的应力，因为在此情况下，BMD阻挡晶体晶格中的位错的作用，所谓的钉扎作用，过于微弱。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于该问题。本专利技术的目的是通过在硅晶片的整个半径上测得的氧浓度的径向变化小于7％的硅晶片实现的。以如下方式测定氧浓度的径向变化：(Omax–Omin/Omin)×100％，其中，Omax表示在硅晶片的整个半径上的最大氧浓度，Omin表示在硅晶片的整个半径上的最小氧浓度。根据SEMIMF951借助FTIR测量氧浓度。例如，BrukerEquinox55s光谱仪适合于此。利用此仪器可以测量直径为100、125、150、200和300mm的标准SEMI晶片。但是也适合于研究锭材。为了测定在边缘区域中的氧浓度，研究锭材和非标准晶片是有利的。以此方式，还可以研究在直径为450mm的晶体的边缘区域中的氧浓度。在考虑硅晶片的整个半径的情况下，硅晶片的氧浓度的径向变化小于7％。在一个实施方案中，硅晶片的氧浓度的径向变化小于5％。硅晶片的氧浓度的径向变化优选小于2％。硅晶片的直径为150mm、200mm、300mm或450mm。在一个实施方案中，硅晶片是外延涂覆的。在一个实施方案中，硅晶片在外延涂覆之前进行热处理，以稳定化BMD核心。在另一个实施方案中，硅晶片是用氮掺杂的，并且具有不小于5×1012个原子/cm3且不大于3.5×1013个原子/cm3的氮浓度。优选，硅晶片中的氧浓度为由5×1017个原子/cm3至6×1017个原子/cm3。在一个实施方案中，硅晶片是用硼掺杂的。硼浓度在由3.10×1018个原子/cm3至8.43×1018个原子/cm3的范围内。在另一个实施方案中，硅晶片是用氮和氢掺杂的。氮浓度不小于5×1012个原子/cm3且不大于3.5×1013个原子/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.硅晶片，其在硅晶片的整个半径上测得的氧浓度的径向变化小于7％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 DE 102015226399.11.硅晶片，其在硅晶片的整个半径上测得的氧浓度的径向变化小于7％。2.根据权利要求1的硅晶片，其中氧浓度的径向变化小于5％。3.根据权利要求2的硅晶片，其中氧浓度的径向变化小于2％。4.根据权利要求1至3之一的硅晶片，其中所述硅晶片是用氮掺杂的，并且具有不小于5×1012个原子/cm3且不大于3.5×1013个原子/cm3的氮浓度。5.根据权利要求1至4之一的硅晶片，其中所述硅晶片中的氧浓度为5×1017个原子/cm3至6×1017个原子/cm3。6.根据权利要求5的硅晶片，其中所述硅晶片是用氢掺杂的，并且具有不小于3×1013个原子/cm3且不大于8×1013个原子/cm3的氢浓度。7.p/p+掺杂的外延硅晶片，其包含根据权利要求1至6之一的硅晶片作为基材，其中所述外延硅晶片包含BMD核心，BMD核心在硅晶片的半径上求平均的密度不小于1×105cm-3且不大于1×107cm-3，BMD核心的密度由外延硅晶片的中心至边缘相对于平均值偏差不大于20％。8.根据权利要求7的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·曼格尔贝格尔，W·霍维泽尔，M·什克罗鲍奈克，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE