CN115194566A - 单晶硅晶棒等径零位的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单晶硅晶棒等径零位的定位方法，属于半导体硅单晶棒加工技术领域，在晶棒与晶冠之间预设零位面，以零位面为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离建立参考面并进行标记，参考面标记后对晶棒进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离下确定辊磨加工后的零位面，在辊磨加工后，以零位面为基准线对晶棒进行切割，使得晶冠与晶棒等径的部分不被误认为是晶棒的长度而被切割，使得产品的良率不被降低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体硅单晶棒加工技术领域，具体涉及一种单晶硅晶棒等径零位的定位方法。
背景技术
硅晶圆作为集成电路基底材料，具有电阻率、氧碳含量可控的特点。首先将多晶硅和掺杂剂放入单晶炉内的石英坩埚中，将温度升高至1420℃以上，得到熔融状态的多晶硅。待多晶硅溶液温度稳定之后，通过引晶、放肩、转肩、等径及收尾等操作，得到目标直径和长度的单晶棒成品，待温度冷却后取出。晶棒再经过辊磨、截断、切片等工序的作用，得到具有特定厚度和几何参数的薄晶片。晶棒辊磨是将单晶棒的直径磨削到一定的大小。
如图1及图2所示，在晶棒未辊磨前，晶棒等径部分为L，在晶棒辊磨后，晶棒的晶冠部分也会被磨削，晶冠被磨削后，晶冠的部分直径与晶棒直径相等，导致晶冠的部分长度a也被误认为是晶棒的长度，导致晶棒的长度变为L+a，在晶棒切割时，会将晶冠的长度a也作为晶棒的长度切割进来，但是晶冠部位的氧含量及晶体原生凹坑(COP)值高，不符合产品规格，使得产品的良率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种单晶硅晶棒等径零位的定位方法，以解决现有技术中晶冠被磨削后，晶冠的部分直径与晶棒直径相等，导致晶冠的部分长度也被误认为是晶棒的长度，使得产品的良率降低的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种单晶硅晶棒等径零位的定位方法，晶棒辊磨前，在晶棒与晶冠之间预设零位面，以零位面为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离建立参考面并进行标记，参考面标记后对晶棒进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离下确定辊磨加工后的零位面。
优选地，所述零位面的通过以下方法确定：{111}面上，在晶线起始位置确定为晶棒的零位面。
优选地，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒与晶冠之间凸起的位置确定为晶棒的零位面。
优选地，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒与晶冠之间凹陷的位置确定为晶棒的零位面。
优选地，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒的直径及放肩晶冠夹角，得到放肩高度，以放肩高度确定为晶棒的零位面。
优选地，所述第一预定方向为指向晶冠的方向。
优选地，所述第一预定方向、第二预定方向为相反的两个方向。
优选地，所述零位面与所述晶棒的轴线垂直。
优选地，所述预定距离为30mm-50mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过晶棒辊磨前，在晶棒与晶冠之间预设零位面，以零位面为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离建立参考面并进行标记，参考面标记后对晶棒进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离下确定辊磨加工后的零位面，在辊磨加工后，以零位面为基准线对晶棒进行切割，使得晶冠与晶棒等径的部分不被误认为是晶棒的长度而被切割，使得产品的良率不被降低。
附图说明
图1为现有技术中晶棒滚磨加工前示意图。
图2为现有技术中晶棒滚磨加工后示意图。
图3为本发明晶棒滚磨加工前示意图。
图4为本发明晶棒滚磨加工后示意图。
图5为本发明晶棒滚磨加工前零位面的确定示意图1。
图6为本发明晶棒滚磨加工前零位面的确定示意图2。
图7为本发明晶棒滚磨加工前零位面的确定示意图3。
图8为本发明晶棒滚磨加工前零位面的确定示意图4。
图9是实施例一目标拉速的上限曲线及目标拉速的下限曲线图。
图10是实施例一目标拉速曲线。
图11是实施例一放肩肩型图。
图12是对比例一放肩肩型图。
图13实施例一与对比例一平均DIP对比图。
图中：晶棒1、晶冠2、零位面3、参考面4。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图3、4，一种单晶硅晶棒1等径零位的定位方法，晶棒1辊磨前，在晶棒1与晶冠2之间预设零位面3，以零位面3为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离M建立参考面4并进行标记，参考面4标记后对晶棒1进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面4作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离M下确定辊磨加工后的零位面3。
具体的，所述晶冠2就是俗称的肩型。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过晶棒1辊磨前，在晶棒1与晶冠2之间预设零位面3，以零位面3为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离建立参考面4并进行标记，参考面4标记后对晶棒1进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面4作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离下确定辊磨加工后的零位面3，在辊磨加工后，以零位面3为基准线对晶棒1进行切割，使得晶冠2与晶棒1等径的部分a不被误认为是晶棒1的长度而被切割，使得产品的良率不被降低。
具体的，由于晶冠2的形状各不相同，所述零位面3通过以下实施例确定。
请参看图5，进一步的，所述零位面3的通过以下方法确定：{111}面上，在晶线起始位置确定为晶棒1的零位面3；＜100＞硅单晶外观可以见到4条等距对称的晶线，在转肩时，{111}面在＜110＞方向生长速度最慢，Facets面会形成隆起脊带，进入等径阶段；＜111＞硅单晶外观可以见到6条等距对称的晶线，在转肩时，{111}面在＜211＞方向生长速度最慢，Facets面会形成隆起脊带，进入等径阶段。在{111}面上，晶线起始位置确定为晶棒1的零位面3，进行标记，通过确定零位面3，使得在切割时不会误将晶冠2部分切割进行，并且{111}面上，晶线起始位置确定为晶棒1的零位面3，此零位面3位置也标识晶棒1进入等径阶段，能够减少材料的浪费。
请参看图6，进一步的，所述零位面3的通过以下方法确定：以晶棒1与晶冠2之间凸起的位置确定为晶棒1的零位面3，进行标记；在转肩时，由于温度或者拉速的降低，晶棒1与晶冠2之间会形成凸起，通过在凸起部位确定零位面3，使得在切割时不会误将晶冠2部分切割进行，并且凸起表示进入晶棒1进入等径阶段，能够减少材料的浪费。
请参看图7，进一步的，所述零位面3的通过以下方法确定：以晶棒1与晶冠2之间凹陷的位置确定为晶棒1的零位面3，进行标记；在转肩时，由于温度或者拉速的降低，晶棒1与晶冠2之间会形成凹陷，通过在凹陷部位确定零位面3，使得在切割时不会误将晶冠2部分切割进行，并且凹陷表示进入晶棒1进入等径阶段，能够减少材料的浪费。
请参看图8，进一步的，所述零位面3的通过以下方法确定：以晶棒1的直径及放肩晶冠2夹角，得到放肩高度，以放肩高度确定为晶棒1的零位面3，以使晶棒1的长度不会被切短。
具体的，根据预定拉速曲线进行晶棒1拉制，以得到放肩晶冠2为等腰三角型的目标英寸晶棒1。通过预定拉速曲线进行晶棒1拉制，使得放肩的晶冠2统一，且在放肩的过程中等腰三角型的晶冠2能够避免晶冠2中出现四条隆起脊带的概率，从而降低放肩的NG率。
具体的，所述预定拉速曲线通过以下步骤得到，具体步骤如下：
步骤一：根据目标英寸单晶的直径D及放肩晶冠2夹角α，得到放肩高度H；
步骤二：根据目标英寸单晶的直径D及放肩的高度H进行放肩，调整放肩晶冠2，以使放肩晶冠2为等腰三角形，得到实验拉速曲线，以得到校正后的放肩高度H’；因在放肩的过程中，根据目标英寸单晶的直径D，预设的放肩过程中放肩直径的变化值D’，使得最终D’＝D，然后求取放肩直径的变化值D’所对应的放肩高度h，使得最终h＝H，放肩高度若不经过校正，仅通过理论计算则在放肩过程中无法得到等腰三角型的晶冠2，进而无法避免隆起脊带的产生；
步骤三：根据目标英寸单晶的直径D及校正后的放肩高度H’进行放肩，得到预定拉速曲线。
具体的，采用ADC1(拉速控制直径)控制，根据放肩直径的变化值D’及放肩高度h，设定好每个阶段的直径拉速和温度，相机读取放肩直径反馈给系统，系统对比相机测量直径和设定直径的差异，自动调整拉速进行直径调节，以得到实验拉速曲线。
具体的，通过固定放肩晶冠2夹角α，使得放肩的高度随着放肩直径均匀变化，从而得到实验拉速曲线及校正后的放肩高度H’，然后根据目标英寸单晶的直径D及校正后的放肩高度H’进行放肩，得到预定拉速曲线，然后通过预定拉速曲线进行放肩，使得放肩的晶冠2统一，且由于{111}面与晶体外围表面相交而形成隆起脊带，而{111}面上的<110>方向为原子最密堆积，是位错最容易滑移的平面，易产生NG，通过固定放肩晶冠2夹角α，使得校正后放肩的高度H随着放肩直径均匀变化，避免{111}面的出现进而减少晶冠2中出现4条隆起脊带的概率，从而降低放肩的NG率。
具体的，所述步骤三还包括以下步骤：
S1：根据目标英寸单晶的直径D及校正后的放肩高度H’进行放肩，得到预定拉速的上限曲线及预定拉速的下限曲线；
S2：根据预定拉速的上限曲线及预定拉速的下限曲线，拟合得到预定拉速曲线。
具体的，因为在根据放肩直径的变化值D’及校正后的放肩高度H’放肩时，相机读取放肩直径反馈给系统，系统对比相机测量直径和设定直径的差异，自动调整拉速进行直径调节，拉速会出现轻微波动，通过多次实验得到预定拉速的上限曲线及预定拉速的下限曲线，然后拟合，进而使得放肩过程中的直径与预设直径相同，拉速曲线不再波动。如果不通过直径去控制放肩高度，仅通过拉速去控制很容易导致在获取预定拉速曲线过程中放肩的晶冠2为方形或者平肩，导致NG率无法控制。
具体的，所述步骤一中，放肩晶冠2夹角α≦72.32°。
具体的，所述步骤二中，在放肩前引晶时不进行掺杂，更好的让多晶变为单晶，减少产生NG的概率。
具体的，所述步骤三中，在放肩前引晶时正常掺杂。
具体的，所述步骤二：所述放肩高度H通过以下式子得到：
H＝D/2tan(α/2)。
具体的，α/2为<100>晶向生长方向与放肩晶冠2母线的夹角，通过控制<100>晶向生长方向与放肩晶冠2母线的夹角，从而控制晶棒1的直径来控制放肩，使得放肩晶冠2统一且NG率低。
通过上述方法获得目标英寸晶棒1的预定拉速曲线后，同等条件下在日后生产该目标英寸晶棒1时，直接使用该目标英寸晶棒1的预定拉速曲线进行晶棒1拉制，所得晶棒1的晶冠2一致，且NG率低。
现有技术在放肩的过程中不会设定直径，通过拉速调节，晶冠2通常为平肩，对于电阻率在0.003以上、掺砷浓度为750g的简单产品适用，但是当拉制电阻率在0.002以下、掺砷浓度为900g-1000g的产品时，采用现有技术的方法NG率及高，在100h以上，晶棒1还无法拉制出来，因为当掺杂浓度很高时，里面容易出现组分过冷等各种情况使得单晶又变为多晶，从而影响良率，且长时间下，炉内温度在1400℃以上高温，石英坩埚容易发生漏硅导致热场报废，更严重可能爆炸，根据预定拉速曲线进行晶棒1拉制，放肩后的晶冠2为等腰三角形的陡肩，但是NG率低，从而原料浪费低。
具体的，通过以下实施例、对比例说明等腰三角型晶冠的形成。
以下实施例、对比例以拉制8英寸的单晶为例。
实施例一：
在系统(FT-CZ2408S2-3212SE-PCE-Ver4.209)中修改为ADC1控制放肩；在ADC1中，根据H＝D/2tanα(α/2)，设定8英寸单晶的直径梯度，D’直径为0-210mm，及对应放肩高度梯度，h为0-240mm，然后进行放肩，得到ADC2中校正后的放肩高度H’，再根据目标英寸单晶的直径D及校正后的放肩高度H’进行多次放肩，在系统ADCLMT中进行设置，得到如图9所示预定拉速的上限曲线及预定拉速的下限曲线，根据预定拉速的上限曲线及预定拉速的下限曲线，拟合得到如图10所示的预定拉速曲线。根据预定拉速曲线在ADC2中设置然后进行放肩，放肩肩型如图11所示，数据设置如表1所示。
其中，图11中标注出的位置最易出现隆起脊带，因为这是{111}面容易出现滑移线，容易出现NG，等腰三角形能够避开{111}面生长，从而不出现脊带，减少NG的发生概率。
表1
注：ADC1 INI-ABSmm为放肩高度h，ADC1 INI-ABSmm为目标英寸单晶的直径D’，ADC2 INI-ABSmm为校正后的放肩高度H’，ADC2 INI-ABSmm/min为直径所对应的拉速，ADCLMTACT-ABSmm/min为直径所对应的拉速的上限值，ADCLMTACT-ABSmm/min为直径所对应的拉速的下限值，TEMP INI-ABSmin为温度所对应的时间，TEMP INI-ABS deg为温度。
在不同炉台按上述实施例进行放肩，放肩结果DIP数如表2所示。
表2(陡肩)
对比例一：
在现有技术放肩时，根据肩型人工调整拉速、温度，以表3数据进行设置，得到肩型如图12所示。
表3
注：S/L INI-ABS(min)为拉速所对应的时间，S/LACT-ABS(mm/min)为拉速，TEMPINI-ABS(min)为温度所对应的时间，TEMP INI-INC(deg)为温度。
在不同炉台按上述对比例进行放肩，放肩结果DIP数如表4所示。
表4(平肩)
| 炉台号 | LOT NO | DIP数 |
| N55 | N5521022 | 1 |
| N55 | N5521023 | 2 |
| N55 | N5521024 | 10 |
| N55 | N5521025 | 10 |
| N56 | N5621023 | 5 |
| N56 | N5621024 | 2 |
| N56 | N5621025 | 3 |
| N56 | N5621026 | 7 |
| N58 | N5821020 | 13 |
| N58 | N5821021 | 5 |
| N60 | N6021020 | 7 |
| N60 | N6021021 | 2 |
| N60 | N6021022 | 4 |
| N60 | N6021023 | 4 |
| N60 | N6021024 | 3 |
| N63 | N6321023 | 5 |
| N63 | N6321024 | 7 |
| N63 | N6321025 | 3 |
将实施例一中表2的数据及对比例一中表4的数据针对不同炉台求取DIP数平均值，绘制如图13所示图表。
由通过图11、图12及图13可以看出，通过拟合的预定拉速曲线进行放肩相较对比例一，放肩后的肩型统一，不会出现隆起脊带，且在不同炉台上放肩，不同炉台的DIP平均值均小于3，继而单晶成晶率提高了70％以上，大大降低了NG的概率，虽然肩型较高，但是NG率大大降低，继而避免了材料的浪费。
具体的，当晶冠2没有出现隆起脊带，且晶冠2与晶棒1之间没有凸起和凹陷时，现有技术通常是在晶棒1等径部分后确定零位面3，这样虽然能够避免产品的良率降低，但是使晶棒1等径的长度被减少，导致了原料的浪费。
具体的，虽然晶冠2的形状不一样，均能在晶棒1与晶冠2之间确定零位面3，不仅能够将晶冠2与晶棒1等径的部分不被误认为是晶棒1的长度而被切割，而且使得晶棒1等径的长度不被减少，既避免了产品的良率降低，也避免了原料的浪费。
进一步的，所述第一预定方向为指向晶冠2的方向。
进一步的，所述第一预定方向、第二预定方向为相反的两个方向。
进一步的，所述零位面3与所述晶棒1的轴线垂直。
进一步的，所述预定距离M为30mm-50mm，以使在辊磨过程中，不会将参考面4的标记辊磨掉。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，晶棒辊磨前，在晶棒与晶冠之间预设零位面，以零位面为第一基准面，在第一预定方向、平行移动预定距离建立参考面并进行标记，参考面标记后对晶棒进行辊磨加工，加工完毕后，以参考面作为第二基准面，在第二预定方向、平行移动预定距离下确定辊磨加工后的零位面。
2.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述零位面的通过以下方法确定：{111}面上，在晶线起始位置确定为晶棒的零位面。
3.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒与晶冠之间凸起的位置确定为晶棒的零位面。
4.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒与晶冠之间凹陷的位置确定为晶棒的零位面。
5.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述零位面的通过以下方法确定：以晶棒的直径及放肩肩型夹角，得到放肩高度，以放肩高度确定为晶棒的零位面。
6.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述第一预定方向为指向晶冠的方向。
7.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述第一预定方向、第二预定方向为相反的两个方向。
8.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述零位面与所述晶棒的轴线垂直。
9.如权利要求1所述的单晶硅晶棒等径零位的定位方法，其特征在于，所述预定距离为30mm-50mm。
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