使用连续柴可斯基方法生长氮掺杂单晶硅锭的方法以及通过此方法生长的单晶硅锭技术

本申请涉及使用连续柴可斯基方法生长氮掺杂单晶硅锭的方法以及通过此方法生长的单晶硅锭。熔体深度及热条件在生长期间是恒定的，因为硅熔体随着其被消耗而被连续补充，且坩埚位置是固定的。临界v/G是由热区配置确定，且在生长期间对熔体连续补充硅使锭能够在锭的主体的实质部分的生长期间依与临界v/G一致的恒定拉晶速率生长。硅的连续补充伴随着对熔体的周期性或连续氮添加以导致氮掺杂锭。体的周期性或连续氮添加以导致氮掺杂锭。体的周期性或连续氮添加以导致氮掺杂锭。

【技术实现步骤摘要】
使用连续柴可斯基方法生长氮掺杂单晶硅锭的方法以及通过此方法生长的单晶硅锭
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2020年08月04日、申请号为202080070468.1、专利技术名称为“使用连续柴可斯基方法生长氮掺杂单晶硅锭的方法以及通过此方法生长的单晶硅锭”的专利技术专利申请案。
[0003]相关申请案的交叉参考
[0004]本申请案主张两者在2019年9月13日申请的第16/569,949号及第16/570,010号美国非临时专利申请案的优先权，且所述申请案的全部公开内容特此以其全文引用的方式并入。


[0005]本公开的领域涉及一种使用连续柴可斯基方法生长单晶硅锭的方法及一种通过此方法生长的单晶硅锭。

技术介绍

[0006]单晶硅(其是用于制造半导体电子组件的大多数工艺的起始材料)通常由柴可斯基(“Cz”)方法制备。在此方法中，将多晶硅装料到坩埚中且熔融多晶硅，使一种晶与熔融硅接触，且通过缓慢提取来生长单晶体。在完成颈部的形成之后，通过(例如)降低拉晶速率及/或熔体温度来扩大晶体的直径，直到达到所要或目标直径。接着，通过控制拉晶速率及熔体温度同时补偿降低熔体液位来生长具有大致恒定直径的晶体的圆柱形主体。在生长工艺将近结束时但在坩埚清空熔融硅之前，晶体直径通常经逐渐减小以形成呈端锥的形式的尾端。端锥通常通过提高拉晶速率及供应到坩埚的热来形成。当直径变得足够小时，晶体与熔体分离。
[0007]柴可斯基生长技术包含分批柴可斯基方法及连续柴可斯基方法。在分批CZ中，将单个多晶装料装载到坩埚中，单一装料足以生长单晶硅锭，此后坩埚基本上耗尽硅熔体。在连续柴可斯基(CCZ)生长中，可将多晶硅连续或周期性添加到熔融硅以在生长工艺期间补充熔体，因此，可在生长工艺期间可从单个坩埚拉制多个锭。
[0008]为实施CCZ工艺，传统分批柴可斯基生长室及设备经修改以包含用于在不负面影响生长锭的性质的情况下依连续或半连续方式进给额外多晶硅到熔体的构件。随着种晶从熔体连续生长，将固体多晶硅(例如粒状多晶硅)添加到熔体以补充熔体。添加到熔体的额外固体多晶硅的进给速率通常经控制以维持工艺参数。为减少此补充活动对同时晶体生长的负面影响，传统石英坩埚通常经修改以提供其中补给添加材料的外或环形熔融区及从其拉制硅锭的内生长区。这些区彼此流体流动连通。
[0009]现代微电子装置的不断缩减大小给基本上由原生微缺陷的大小及分布确定的硅衬底的质量带来挑战性限制。形成于由柴可斯基(CZ)工艺及浮区(FZ)工艺生长的硅晶体中的大多数微缺陷是硅的本质点缺陷的聚结物——空位及自身间隙(或简称间隙)。
[0010]一系列研究已证实间隙聚结物以两种形式存在：球状间隙丛集，称为B漩涡缺陷(或B缺陷)；及错位环，称为A漩涡缺陷(或A缺陷)。后来发现的空位聚结物(称为D缺陷)已被识别为八面体空隙。沃罗科夫(Voronkov)基于晶体生长条件来提供硅晶体中观察到的微缺陷分布的被广泛接受解释。根据沃罗科夫模型或理论，熔体/晶体界面附近的温度场驱动点缺陷的重组以提供其从熔体/晶体界面(其中点缺陷以其相应平衡浓度存在)扩散到晶体块中的驱动力。通过扩散及对流两者的点缺陷的运输与其重组之间的相互作用确定超出远离界面的短距离(称为重组长度)的点缺陷浓度。通常，空位浓度与超出重组长度的间隙浓度(称为过量点缺陷浓度)之间的差保持基本上远离晶体的横向表面固定。在快速拉晶中，除靠近充当点缺陷的槽或源的晶体的横向表面的区域之外，由其超出重组长度扩散所致的点缺陷的空间再分布一般不重要。因此，如果超出重组长度的过量点缺陷浓度是正的，那么空位保持过量，且聚结以在较低温度形成D缺陷。如果过量点缺陷浓度是负的，那么间隙保持主要点缺陷，且聚结以形成A缺陷及B缺陷。如果过量点缺陷浓度低于某一检测阈值，那么不形成可检测微缺陷。因此，通常，原生微缺陷的类型仅由超出重组长度确定的过量点缺陷浓度确定。确定过量点缺陷浓度的工艺称为初始结合且主要点缺陷种类称为结合主要点缺陷。结合点缺陷的类型由拉晶速率(v)与界面附近的轴向温度梯度的量值(G)的比率确定。在较高v/G处，点缺陷的对流主导其扩散，且空位保持结合主要点缺陷，因为界面处的空位浓度高于间隙浓度。在较低v/G处，扩散主导对流以允许快速扩散间隙随着主要点指向结合。在接近其临界值的v/G处，两个点缺陷以非常低及相当的浓度结合以彼此相互消除且因此抑制任何微缺陷在较低温度的潜在形成。所观察的空间微缺陷分布通常可由G的径向非均匀性及v的轴向变动引起的v/G变动解释。径向微缺陷分布的显著特征是通过氧与相对较低结合空位浓度的区域中的空位的相互作用形成的氧化物微粒(在略高于临界v/G的小v/G范围内)。这些微粒形成可由热氧化显露为OSF(氧化诱发迭差)环的窄空间带。通常，OSF环标记空位主导及间隙主导的相邻晶体区域之间的边界，称为V/I边界。
[0011]然而，在许多现代工艺中，依较低速率生长的CZ晶体中的微缺陷分布受晶体块中的点缺陷的扩散(包含由晶体的横向表面诱发的扩散)影响。因此，CZ晶体中的微缺陷分布的准确量化优选地结合轴向及径向的2维点缺陷扩散。仅量化点缺陷浓度场可定性地捕获CZ晶体中的微缺陷分布，因为所形成的微缺陷的类型由其直接确定。然而，为更准确量化微缺陷分布，需要捕获点缺陷的聚结。通常，通过解耦合点缺陷的初始结合与微缺陷的后续形成来量化微缺陷分布。此方法忽略成核区域附近的主要点缺陷从较高温度的区域(其中微缺陷密度可忽略)到较低温度的区域(其中微缺陷以较高密度存在且消耗点缺陷)的扩散。替代地，基于预测晶体中的每个位置处的微缺陷群体的大小分布的严格数值模拟从数值上看很昂贵。
[0012]空位与间隙主导材料之间的转变发生于v/G的临界值(其当前约为2.5
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‑5cm2/sK)处。如果v/G的值超过临界值，那么空位是主要本质点缺陷，且其浓度随v/G增大而增大。如果v/G的值小于临界值，那么硅自身间隙是主要本质点缺陷，且其浓度随v/G减小而增大。因此，工艺条件(例如生长速率(其影响v)及热区配置(其影响G))可经控制以确定单晶硅内的本质点缺陷是否将主要为空位(其中v/G一般大于临界值)或自身间隙(其中v/G一般小于临界值)。
[0013]聚结缺陷形成一般发生于两个步骤中。首先，发生缺陷“成核”，其是本质点缺陷在
给定温度过饱和的结果；如果高于此“成核阈值”温度，那么本质点缺陷保持可溶于硅晶格中。聚结本质点缺陷的成核温度大于约1000℃。
[0014]一旦达到此“成核阈值”温度，那么本质点缺陷聚结，即，发生这些点缺陷从硅晶格的“固溶体”析出。只要其中存在本质点缺陷的锭的部分的温度保持高于第二阈值温度(即，“扩散率阈值”)，那么本质点缺陷将继续通过硅晶格扩散。如果低于此“扩散率阈值”温度，那么本质点缺陷无法再在商业上可行的时段内移动。
[0015]当锭保持高于“扩散率阈值”温度时，空位或间隙本质点缺陷通过硅晶格扩散到其中已分别存在聚结空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅锭，其具有主体部分，其中所述主体部分具有圆周边缘、平行于所述圆周边缘具有轴向长度的中心轴线及从所述中心轴线延伸到所述圆周边缘的半径，其中所述单晶硅锭的所述主体至少约1000毫米长且所述单晶硅锭的所述主体具有至少约150毫米的直径，且其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以通过射哥蚀刻(Secco
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etching)技术的不可检测FPD(通过射哥蚀刻技术的流动图案缺陷)及DSOD(电击穿之后的直接表面氧化物缺陷微粒计数)及零I缺陷(A缺陷)为特征，以及其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以不超过0.026um大小处小于20个COP为特征。2.根据权利要求1所述的单晶硅锭，其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少80％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以不超过0.026um大小处小于20个COP为特征。3.根据权利要求1所述的单晶硅锭，其进一步包括具有在约10PPMA到约35PPMA之间的主体氧浓度的间隙氧，且其中所述主体间隙氧浓度在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体氧浓度以上20％且不小于所述平均主体氧浓度以下20％。4.根据权利要求1所述的单晶硅锭，其进一步包括具有至少约1
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个原子/cm3的主体氮浓度的氮，且其中所述主体氮浓度在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体氮浓度以上20％且不小于所述平均主体氮浓度以下20％。5.根据权利要求1所述的单晶硅锭，其中所述主体部分具有在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体电阻率以上20％且不小于所述平均主体电阻率以下20％的电阻率。6.一种单晶硅锭，其具有主体部分，其中所述主体部分具有圆周边缘、平行于所述圆周边缘具有轴向长度的中心轴线及从所述中心轴线延伸到所述圆周边缘的半径，其中所述单晶硅锭的所述主体至少约1000毫米长且所述单晶硅锭的所述主体具有至少约150毫米的直径，且其中所述主体部分包括：间隙氧，其具有在约10PPMA到约35PPMA之间的主体氧浓度，且其中所述主体间隙氧浓度在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体氧浓度以上20％且不小于所述平均主体氧浓度以下20％，以及其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以不超过0.026um大小处小于20个COP为特征。7.根据权利要求6所述的单晶硅锭，其进一步包括具有至少约1
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个原子/cm3的主体氮浓度的氮，且其中所述主体氮浓度在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体氮浓度以上20％且不小于所述平均主体氮浓度以下20％。8.根据权利要求6所述的单晶硅锭，其中所述主体部分具有在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少60％上变动不超过平均主体电阻率以上20％且不小于所述平均主体电阻率以下20％的电阻率。9.根据权利要求6所述的单晶硅锭，其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少70％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以通过射哥蚀刻技术的不可检测FPD(通过
射哥蚀刻技术的流动图案缺陷)及DSOD(电击穿之后的直接表面氧化物缺陷微粒计数)及零I缺陷(A缺陷)为特征。10.根据权利要求6所述的单晶硅锭，其中在所述单晶硅锭的所述主体的轴向长度的至少70％上，从所述主体的任何部分切割的晶片是以不超过0.026um大小处小于20个COP为特征。11.一种单晶硅锭，其具有主体部分，其中所述主体部分具有圆周边...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡瑞喜玛，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：