CN103650124B - 评估晶片或单晶锭的质量的方法及使用其控制单晶锭的质量的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和一种通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法。根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法可以包括：对单晶锭的切片或晶片进行Cu（铜）雾度评估和相对于Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分。

Description

评估晶片或单晶锭的质量的方法及使用其控制单晶锭的质量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于评估晶片或单晶锭的质量的方法及一种通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法。

背景技术

一般而言，Czochralski（在下文中，称为“CZ”）方法已被广泛用作制造硅晶片的方法。在CZ方法中，将多晶硅装入石英坩埚中，并通过石墨加热元件进行加热和熔融。然后，将晶种浸入通过熔融而形成的硅熔体中，并且允许在界面处发生结晶。通过拉伸以及旋转该晶种来生长单晶硅锭。其后，通过切片、蚀刻和抛光该硅锭来制备晶片形式。

通过使用前述方法所制备的单晶硅锭或硅晶片具有晶体缺陷，例如晶体原生颗粒（COP）、流动图形缺陷（FPD）、氧化诱导堆垛层错（OISF），和块体微缺陷（BMD）。需要减小这些内生（grown-in）缺陷的密度和尺寸，并且已证实晶体缺陷影响器件产量和质量。因此，去除晶体缺陷以及简单且快速地评估这些缺陷的技术是重要的。

而且，根据晶体生长的条件，单晶硅锭或硅晶片包括：具有通过附聚饱和的空位（由于占优势的空位型点缺陷而饱和）而形成的缺陷的V富集（V-rich）区域、具有占优势的空位型点缺陷但没有附聚的缺陷的Pv区域、空位/间隙（V/I）边界、具有占优势的间隙点缺陷但没有附聚的缺陷的Pi区域和具有通过附聚饱和的间隙硅（由于占优势的间隙点缺陷而饱和）而形成的缺陷的I富集（I-rich）区域。

在评估晶体质量的水平方面，确定产生这些缺陷区域的位置和这些缺陷区域如何随单晶锭的晶体长度而变化是很重要的。

根据相关技术，在通过CZ方法所制备的单晶锭中，根据被称为“V/G”的Voronkov理论，当在V/G临界值或更大值（高速生长）下生长该锭时，产生具有空洞缺陷的V富集区域；当在V/G临界值或更小值（低速生长）下生长该锭时，在边缘或中心区域处的环形中产生氧化诱导堆垛层错（OISF）缺陷；并且当在较低速度下生长该锭时，通过缠结的位错环（具有间隙硅聚集在其中）而产生I富集区域，一种环占优势的点缺陷（LDP）区。

既不是V富集也不是I富集的无缺陷的区域存在于V富集区域和I富集区域之间的边界处。该无缺陷的区域也被分类为Pv区域（一种无空位占优势的点缺陷（VDP）区）和Pi区域（一种无间隙占优势的点缺陷（IDP）区），并且该无缺陷的区域被认为是为了制造无缺陷的晶片而制备的空白（margin）。

图1是示出根据相关技术的控制拉伸速度的示意图，并且示出在单晶生长过程中用于设置目标拉伸速度的实验实施例（实例1和实例2）。

为了降低根据摩尔定律（Moore’s law）的高度集成的回路线宽，控制在单晶生长过程中所引入的晶体缺陷是重要的。制备无缺陷的单晶晶片的通常方法通过在确定无缺陷区域的拉伸速度之后设置目标来进行，无缺陷区域的拉伸速度通过V测试和N测试对相应的区域进行纵向分析来确定，其中，如图1所示，人工调整拉伸速度以确定无缺陷的空白。

而且，根据相关技术，为了制造无缺陷的单晶，已经尝试了设计上部热区（HZ），例如，通过上部绝缘体的各种形状来调整晶体的G值和ΔG（径向方向上的温度梯度）从而使得对应于形成缺陷的温度范围；通过调整从熔体表面到上部HZ的间隔来使热积累空间的效率最大化；以及通过从加热器的最大热产生部分到熔体表面的相对位置来控制Si熔体对流或热传递路径。或者，已经尝试了使工艺参数优化，例如控制氩气（Ar）流速、控制晶种旋转速度与坩埚旋转速度的比例（SR/CR）或应用多种类型的磁场。

然而，相对于相关技术，难以在制造无缺陷的单晶中使无缺陷的空白优化。

例如，V测试或N测试可以确定一个批次中主体部分的一些区域，并且因为通过使用CZ方法来制造Si单晶一般是连续的生长工艺，所以即使在使用相同的HZ和工艺参数的情况下，也产生根据锭长度的晶体冷却中的热历史的差异。而且，由于根据晶体生长的Si熔体体积的变化，根据晶体长度的增加可以影响无缺陷的目标拉伸速度。

进一步，根据相关技术，在制造无缺陷的单晶中，可能产生由于质量损失而引起的成本。

例如，因为目标拉伸速度的设置不准确，由于在基本范围内的质量废品率增加而可能产生损失，并且为了针对长度确定无缺陷的目标拉伸速度而可能进行多次如图1中的测试。

然而，因为根据如图1中的拉伸速度的快速变化，目标拉伸速度不引起晶体冷却中热历史的变化，由于在V测试或N测试中确定的质量空白与目标拉伸速度的设置值之间的真实热历史的差异，所以目标值是变化的。

而且，如图1所示，为了在直径为300mm或更大的大直径重单晶的生长过程中，根据相关技术来生长无缺陷的单晶生长，设置准确的目标拉伸速度是最重要的。然而，如上所述，通常的无缺陷的区域随锭长度而变化。因此，因为在设置目标拉伸率（target pulling rate）过程中不可避免地产生的晶体热历史差异的产生而可能发生错误，所以可能产生质量、成本和时间方面的损失，上述设置目标拉伸速度在可能连续地重复用于确定针对长度的空白的V测试或N测试或另外的测试之后。

发明内容

【技术问题】

实施方式提供了一种用于评估晶片或单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的硅（Si）单晶中建立使用铜（Cu）雾度评估（copper haze evaluation）方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准来相对于整个基本范围（entire prime range）进行评分，所述方法能够进行质量预测和精度控制，上述实施方式还提供了一种通过使用前述方法来控制单晶锭的质量的方法。

【技术方案】

在一个实施方式中，用于评估晶片或单晶锭的质量的方法包括：对单晶锭的切片或晶片进行Cu（铜）雾度评估；和相对于所述Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分。

在另一个实施方式中，用于控制单晶锭的质量的方法包括：对单晶锭的切片或晶片进行Cu雾度评估；相对于所述Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分；以及基于Cu雾度评分评估的结果的值，对目标拉伸速度进行调节。

【有益效果】

根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和根据通过使用该方法来控制单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的硅（Si）单晶中建立使用铜（Cu）雾度评估方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准，可以进行通过相对于整个基本范围进行评分的质量预测和精度控制。

例如，根据上述实施方式，因为通过Cu雾度建模在生长无缺陷的单晶的过程中可以通过Cu雾度评估方法来进行评分，所以通过Cu雾度图（该Cu雾度图在为每个晶体区域提供分数的质量评估的过程中产生）可以区分相应的区域，因此，通过对相对于由基本区域（prime region）的图所区分的区域已被评分的拉伸速度进行调整，可以设置下一批次中准确的目标拉伸速度。

而且，根据上述实施方式，可以确定在单晶的中心和边缘部分处的晶体区域，因此，在工艺参数的精细调节过程中可以成为应用标准。

根据上述实施方式，在设置用于生长高质量的Si单晶的目标拉伸速度中，可以设置准确的目标拉伸速度而不重复V测试和N测试，并且准确的目标拉伸速度可以立即应用到单晶生长工艺中。

根据上述实施方式，通过在分数范围和质量空白内的调整值，针对整个基本范围，可以确保相对于真实无缺陷的空白区域的准确数据，因此，可以使由于质量劣化而引起的成本最小化，并且除了提高生产率外，还可以在最短的时间内制造均匀的高质量的Si单晶。

而且，上述实施方式可以完全地应用于小直径至大直径。

进一步，根据上述实施方式，通过划分晶体区域，例如，分别评定Pv和Pi的分数，可以获得更准确的判断和质量成果。

附图说明

图1是示出根据相关技术的控制拉伸速度的示意图。

图2是示出根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法的示意图。

图3是示出在根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法中，用于计算样品的Cu雾度分数的方法的示意图。

具体实施方式

在实施方式的描述中，将理解的是，当晶片、器件、卡盘（chuck）、元件、部件、区域或表面被称为在另一晶片、器件、卡盘、元件、部件、区域或表面“上”或者“下”时，术语“上”和“下”包括“直接”和“间接”两种含义。进一步，基于附图将做出关于在每个元件“上”和“下”的参考。在附图中，为了方便描述，每个元件的尺寸被放大，而每个元件的尺寸并不完全反映实际尺寸。

（实施方式）

图2是示出根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法的示意图。

上述实施方式尝试提供用于评估晶片或单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的硅（Si）单晶中建立使用铜（Cu）雾度评估方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准来相对于整个基本范围进行评分，所述方法能够进行质量预测和精度控制，上述实施方式还提供一种通过使用前述方法来控制单晶锭的质量的方法。

为此目的，根据上述实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法可以包括：对单晶锭的切片或晶片进行Cu雾度评估，和相对于Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分。

根据上述实施方式，因为通过Cu雾度建模在生长无缺陷的单晶的过程中可以通过Cu雾度评估方法来进行评分，所以通过Cu雾度图（该Cu雾度图在为每个晶体区域提供分数的质量评估的过程中产生）可以区分相应的区域，因此，通过对相对于由基本区域的图所区分的区域已被评分的拉伸速度进行调整，可以设置下一批次中准确的目标拉伸速度。

而且，根据上述实施方式，可以确定在单晶的中心和边缘部分处的晶体区域，因此，在工艺参数的精细调节过程中可以成为应用标准。

根据上述实施方式，进行Cu雾度评估可以包括：对单晶锭的切片或晶片的一些区域进行第一热处理BP和对单晶锭的切片或晶片的其他区域进行第二热处理BSW。

例如，上述第一热处理可以包括进行O带（O-band）热处理以及上述第二热处理可以包括进行Pv、Pi热处理。

在上述实施方式中，Cu雾度评分方法可以通过划分锭的切片或晶片的缺陷区域来进行Cu雾度评分。

例如，在Cu雾度评分方法中，可以通过评定锭的切片的Pv区域和Pi区域的分数来进行Cu雾度评分。

根据上述实施方式，通过划分晶体区域，例如，分别评定Pv和Pi的分数，可以获得更准确的判断和质量成果。

而且，在上述实施方式中的Cu雾度评分可以包括：通过Cu雾度评估来建立Cu雾度评分图。

根据上述实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的Si单晶中建立使用Cu雾度评估方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准，可以进行通过相对于整个基本范围来进行评分的质量预测和精度控制。

根据上述实施方式的用于控制单晶锭的质量的方法可以包括：对单晶锭的切片或晶片进行Cu雾度评估，相对于Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分，以及基于Cu雾度评分评估的结果的值，对目标拉伸速度进行调节。

进行Cu雾度评估和相对于Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分的内容可以采用用于评估晶片或单晶锭的质量的方法的前述内容的技术特征。

在上述实施方式中调节目标拉伸速度可以包括：在通过Cu雾度评估而建立Cu雾度评分图之后，基于Cu雾度评分图来制定用于设置目标拉伸速度的定量调节标准。

结果，根据上述实施方式，在调节目标拉伸速度中，通过对已被评分的拉伸速度进行调整可以设置下一批次中的目标拉伸速度，上述调整根据基于Cu雾度评分图的用于单晶锭的每个晶体区域的调节标准来进行。

根据上述实施方式的用于控制单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的Si单晶中建立使用Cu雾度评估方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准，可以进行通过相对于整个基本范围进行评分的质量预测和精度控制。

而且，根据上述实施方式，在设置用于生长高质量的Si单晶的目标拉伸速度中，可以设置准确的目标拉伸速度而不重复V测试和N测试，并且准确的目标拉伸速度可以立即应用到单晶生长工艺中。

根据上述实施方式，通过在分数范围和质量空白内的调整值，针对整个基本范围，可以确保相对于真实无缺陷的空白区域的准确数据，因此，可以使由于质量劣化而引起的成本最小化，并且除了提高生产率外，还可以在最短的时间内制造均匀的高质量的Si单晶。

而且，上述实施方式可以完全地应用于小直径至大直径。

下文中，参照图2，对用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法进行更详细地描述。

图2是示出在无缺陷的单晶的生长过程中，根据拉伸速度的变化，晶体中缺陷的分布的实施方式的示意图。

例如，通过Cu雾度评估方法，通过第一热处理BP和第二热处理BSW可以区分O带区域、Pv区域、Pi区域和LDP区域。

在该实施方式中采用的Cu雾度评估方法可以是这样的评估方法：其中，通过使用Cu污染的溶液（即缓冲氧化蚀刻剂（BOE）溶液和Cu的混合溶液），用高浓度的Cu污染Si单晶的切片或晶片的一个表面，并且进行快速扩散热处理，然后通过在聚光灯下视觉观察受污染的表面或其相反表面来区分晶体缺陷区域。然而，该实施方式并不限于此。

图2右侧的第一样品至第七样品（S1～S7）的实施例示出了在以预定的目标拉伸速度生长单晶之后可以呈现为Cu雾度评分图的多种类型。

例如，由于高的无缺陷的目标拉伸速度，在顶部具有完全黑色的表面的第一样品S1呈现倾向于O带区域，并且示出了根据拉伸速度（PS）的减小，例如减小0.01mm/min，该O带区域就消失了。

而且，关于从底部数位于第三的第五样品S5，整个晶片表面的左半侧的颜色显示为白色，并且为该目标所生长的单晶示出O带已被控制，并且该整个晶片表面的右半侧显示为黑色和白色，其中，黑色部分呈现Pv区域以及白色区域呈现Pi区域。因此，关于第五样品S5，可以理解为形成了晶片中无缺陷的区域，例如Pv-Pi-Pv。

进一步，关于在底部的第七样品S7，可以理解为当左侧和右侧的颜色均显示为白色时制造了仅具有Pi区域的晶片。

在该实施方式中，例如，在图2的左侧可以提供0～300的分数，并且可以调整分数的划分。

当制造其中O带已经被控制的由Pv区域和Pi区域组成的产品（作为目标质量）时，目标分数可以确定为220。

例如，目标分数可以确定为在图2中的150～180的范围内。在本文中，确定了自由空白并且通过分数将自由空白分开，因此，可以确定针对每个分数的拉伸速度的控制率（control rate）。

例如，关于图2，将目标分数220假定为不具有拉伸速度的控制率的0，并且通过用对应于在相应的Cu雾度评分图中的分数的调整值来调整目标拉伸率可以获得在整个基本范围内的均匀质量。

图3是示出在根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法中用于计算第五样品S5的Cu雾度分数的方法的示意图。

图3是剖视图，其中，通过Cu雾度评估方法分析了根据实施方式所生长的300mm的单晶中纵向（vertical）方向上的缺陷的分布，并且分派分数的方法如下，但是实施方式并不限于此。

首先，测量根据Cu雾度评估方法的第一热处理BP区域的白色部分（图3中晶片的左侧）的面积。然后，测量第二热处理BSW区域的白色部分（图3中晶片的右侧）的面积，并且将通过对第一热处理区域中白色部分和第二热处理区域中白色部分的面积进行相加所获得的值确定为分数值。

如另一个实施例，关于图2的右侧的第二样品S2的图，根据BP评估方法，白色部分和黑色部分都存在于图中，并且在此情况下，对白色部分的区域进行相加，并且将相同的方法应用于BSW评估方法。

在上述实施方式中，分数300对应于300mm晶片的横截面，并且因为分数是根据每个直径的，所以可以使用相应的直径，并且通过对相应的直径进行用于划分的成比例地调整而可以使用相应的直径。

作为根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法中调整目标拉伸速度的实施例，表1是基于Cu雾度评分图的用于设置目标拉伸速度的定量调节标准的实施例。然而，实施方式并不限于此。

表1

而且，根据实施方式，通过Cu雾度评估方法的图定量地进行在基本范围内确定晶体缺陷区域，以在优化参数的过程中成为标准。例如，当通过彼此多样化地混合而呈现在基本范围内的图2的右侧的图时，通过精细调节用于每个范围的参数的水平可以获得目标质量。

表2

表2是通过应用根据实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法，通过用锭的位置的拉伸速度（PS）和目标拉伸速度的调节值对拉伸速度进行调整来计算待用于下一批次的目标拉伸速度的实施例，其中，上述目标拉伸速度的调节值对应于根据锭的位置的Cu雾度分数的分数。然而，实施方式并不限于此。

在实施方式中，目标拉伸速度可以是空白对比度%（margin contrast%）加上相应的拉伸速度（PS）的值。在此时，空白可以是约0.1mm/min至约0.5mm/min，但是实施方式并不限于此。

表1和表2是使用上述实施方式的实施例，但是本发明并不限于此。

基于根据实施方式的用于评估晶片和单晶锭的质量的方法和通过使用上述方法来控制单晶锭的质量的方法，在生长真实Si单晶中，根据在使用通过Cu雾度评分图的评分方法之后所获得的结果，可以获得相对于整个基本区域的均匀质量。

根据上述实施方式，革新性地降低了为了确定空白（通过通常的V测试或N测试来确定空白）或针对晶体长度的无缺陷的空白的变化而进行的无数次的重复测试的数量。因为在基于最小数量的V测试或N测试的结果来计算分数之后可以定量化，所以通过建立用于设置目标拉伸速度的清楚的模型不仅可以进行准确的质量预测，而且可以降低质量成本和提高生产率。

而且，根据热区（HZ）结构和形状的变化，可以修改上述实施方式。例如，当无缺陷的空白根据HZ结构、磁场和工艺参数的变化而变化时，可以使对应于分数的调整值变化。进一步，如另一个实施例，每个直径可以用作分数值本身，例如150mm、200mm、300mm和450mm，并且为了划分可以以适当比例进行调整。

根据上述实施方式的用于评估晶片或单晶锭的质量的方法和根据通过使用该方法来控制单晶锭的质量的方法，通过在生长高质量的硅（Si）单晶中建立使用铜（Cu）雾度评估方法的模型和制定用于设置目标拉伸速度的定量标准，可以进行通过相对于整个基本范围进行评分的质量预测和精度控制。

例如，根据上述实施方式，因为通过Cu雾度建模在生长无缺陷的单晶的过程中可以通过Cu雾度评估方法来进行评分，所以通过Cu雾度图（该Cu雾度图在为每个晶体区域提供分数的质量评估的过程中产生）可以区分相应的区域，因此，通过对相对于由基本区域的图所区分的区域已被评分的拉伸速度进行调整，可以设置下一批次中准确的目标拉伸速度。

而且，根据上述实施方式，可以确定在单晶的中心和边缘部分处的晶体区域，因此，在工艺参数的精细调节过程中可以成为应用标准。

根据上述实施方式，在设置用于生长高质量的Si单晶的目标拉伸速度中，可以设置准确的目标拉伸速度而不重复V测试和N测试，并且准确的目标拉伸速度可以立即应用到单晶生长工艺中。

根据上述实施方式，通过在分数范围和质量空白内的调整值，针对整个基本范围，可以确保相对于真实无缺陷的空白区域的准确数据；因此，可以使由于质量劣化而引起的成本最小化，并且除了提高生产率外，还可以在最短的时间内制造均匀的高质量的Si单晶。

而且，上述实施方式可以完全应用于小直径至大直径。

进一步，根据上述实施方式，通过划分晶体区域，例如，分别评定Pv和Pi的分数，可以获得更准确的判断和质量成果。

上面所描述的特征、结构和效果包括在至少一个实施方式中并且不限于仅一个实施方式。而且，本领域的普通技术人员将理解，其中可以进行形式和细节的多种变化，而不背离所附权利要求书中所限定的本发明的精神和范围。

虽然已经参照大量示例性实施方式描述了实施方式，但应该理解的是：本领域技术人员可以设计出许多其他的修改和实施方式，这将落入本发明的原理的精神和范围内。更具体地说，在本说明书、附图和所附权利要求书的范围内，主题组合布置的组成部件和/或布置中可以进行多种变化和修改。除了组成部件和/或布置的变型和修改之外，可替代的用途对于本领域技术人员来说也将是显而易见的。

【工业实用性】

因为根据本发明可以进行晶片和单晶锭的质量评估并且通过使用该质量评估可以控制单晶锭的质量，所以本发明具有工业实用性。

Claims (5)

1.一种用于评估晶片或单晶锭的质量的方法，所述方法包括：

对单晶锭的切片或晶片进行Cu(铜)雾度评估；和

相对于所述Cu雾度评估的结果进行Cu雾度评分,

其中，对单晶锭的切片或晶片进行Cu雾度评估包括：通过使用缓冲氧化蚀刻剂溶液和Cu的混合溶液，以高浓度的Cu污染Si单晶体的切片或晶片的一个表面，并且进行快速扩散热处理，然后通过在聚光灯下视觉观察受污染的表面或其相反表面来区分晶体缺陷区域，

其中，进行快速扩散热处理包括：

对所述单晶锭的整个切片或晶片的左半侧进行第一热处理以评估O带区域；和

对所述单晶锭的整个切片或晶片的右半侧进行第二热处理以评估Pi和Pv区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述Cu雾度评分中，所述Cu雾度评分的方法包括：通过划分锭的切片的或所述晶片的缺陷区域来进行Cu雾度评分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述Cu雾度评分的方法包括：通过评定所述锭的切片的或所述晶片的Pv区域和Pi区域的分数来进行Cu雾度评分。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Cu雾度评分包括：

相对于根据所述Cu雾度评估方法的O带热处理区域，测量第一Pi区域的面积；

相对于Pv、Pi热处理区域，测量第二Pi区域的面积；和

对所述第一Pi区域的面积和所述第二Pi区域的面积进行相加以设置为Cu雾度分数值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Cu雾度评分包括：通过所述Cu雾度评估来建立Cu雾度评分图。