DE102020120933A1

DE102020120933A1 - Verfahren zum herstellen von cz-siliziumwafern

Info

Publication number: DE102020120933A1
Application number: DE102020120933.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Schulze; Helmut Öfner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-10
Also published as: CN114059149A; US20220042204A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern (130). Das Verfahren umfasst ein Ziehen eines CZ-Siliziumingots (112) über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze (110), die Dotierstoffe aufweist, die vorwiegend vom n-Typ sind. Ferner umfasst das Verfahren ein Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot (112) über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze (110) durch eine Borquelle gesteuert wird. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines spezifischen Widerstands, einer Borkonzentration und einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse (x) des CZ-Siliziumingots (112). Weiter umfasst das Verfahren ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots (112) oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots (112) in CZ-Siliziumwafer (130). Das Verfahren umfasst weiter ein Bestimmen von zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) in Abhängigkeit von zumindest zwei Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von CZ-, Czochralski-, Halbleiterwafern insbesondere durch Gruppieren der CZ-Siliziumwafer.
HINTERGRUND
In Siliziumvorrichtungen, z.B. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Dioden, Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFETs) wie etwa Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), müssen mehrere Anforderungen erfüllt sein. Derartige Anforderungen hängen typischerweise von spezifischen Anwendungsbedingungen ab. Typischerweise müssen Kompromisse zwischen zusammenhängenden Eigenschaften, z.B. einer hohen elektrischen Durchbruchspannung und einem niedrigen Einschaltwiderstand, gefunden werden.
Als ein typisches Basismaterial zum Herstellen einer Vielzahl von derartigen Halbleitervorrichtungen werden durch das Czochralski-(CZ-)Verfahren, z. B. durch das Standard-CZ-Verfahren oder durch das magnetische CZ-(MCZ-)Verfahren oder durch das kontinuierliche CZ-(CCZ-)Verfahren, gewachsene Siliziumwafer verwendet. In dem Czochralski-Verfahren wird Silizium in einem Tiegel auf den Schmelzpunkt von Silizium bei ungefähr 1416°C erwärmt, um eine Siliziumschmelze zu erzeugen. Ein kleiner Siliziumkeimkristall wird mit der Schmelze in Kontakt gebracht. Geschmolzenes Silizium erstarrt auf dem Siliziumkeimkristall. Durch langsames Wegziehen des Siliziumkeimkristalls von der Schmelze wird ein kristalliner Siliziumblock bzw. -ingot mit einem Durchmesser im Bereich von einem oder einigen 100 mm und einer Länge im Bereich von einem Meter oder mehr aufgewachsen. In dem MCZ-Verfahren wird zusätzlich ein externes Magnetfeld angelegt, um einen Sauerstoffverunreinigungspegel zu reduzieren.
Das Aufwachsen von Silizium mit einer definierten Dotierung durch das Czochralski-Verfahren wird durch Segregations- bzw. Ausscheidungseffekte verkompliziert. Der Segregationskoeffizient eines Dotierstoffmaterials charakterisiert die Beziehung zwischen der Konzentration des Dotierstoffmaterials im wachsenden Kristall und derjenigen der Schmelze. Typischerweise haben Dotierstoffmaterialien Segregationskoeffizienten niedriger als Eins, was bedeutet, dass die Löslichkeit des Dotierstoffmaterials in der Schmelze größer ist als im Festkörper. Dies führt mit zunehmender Entfernung vom Keimkristall typischerweise zu einer Erhöhung der Dotierungskonzentration im Ingot.
Da in Czochralski-gewachsenen Siliziumingots je nach Anwendung des gewachsenen Siliziums ein Toleranzbereich einer Dotierungskonzentration oder eines spezifischen Widerstands entlang der axialen Richtung zwischen entgegengesetzten Enden des Siliziumingots kleiner sein kann als die Variabilität einer Dotierungskonzentration oder eines spezifischen Widerstands, die durch Segregationseffekte während eines CZ-Wachstums verursacht wird, ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern bereitzustellen, die basierend auf den CZ-Halbleiterwafern eine verbesserte Ausbeute von Halbleitervorrichtungen einer Ziel-Vorrichtungsspezifikation erlauben.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern. Das Verfahren umfasst ein Ziehen eines CZ-Siliziumingots über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze, die Dotierstoffe aufweist, die vorwiegend vom n-Typ sind. Ferner umfasst das Verfahren ein Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze durch eine Borquelle gesteuert wird. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines spezifischen Widerstands, einer Borkonzentration und einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse des CZ-Siliziumingots. Ferner umfasst das Verfahren ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bestimmen von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer in Abhängigkeit von zumindest zwei Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration.
Ein weiteres Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein weiteres Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern. Das Verfahren umfasst ein Ziehen eines CZ-Siliziumingots über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze, die Dotierstoffe aufweist, die vorwiegend vom n-Typ sind. Ferner umfasst das Verfahren ein Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze durch eine Borquelle gesteuert wird. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse des CZ-Siliziumingots. Das Verfahren umfasst weiter ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer in Abhängigkeit von zumindest der Kohlenstoffkonzentration.
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen zu geben, und sie sind in dieser Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen Erfindung beschreiben.
1 bis 4 sind schematische Ansichten, um ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern zu veranschaulichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen dargestellt sind, in denen die CZ-Siliziumwafer hergestellt werden können. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Beispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Beispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Beispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Ein Parameter y mit einem Wert von zumindest c liest sich als c ≤ y, und ein Parameter mit einem Wert von höchstens d liest sich als y ≤ d.
Der Begriff „auf“ ist nicht dahingehend aufzufassen, dass er nur „direkt auf“ bedeutet. Vielmehr kann, falls ein Element „auf“ einem anderen Element positioniert ist (z. B. eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder „auf“ einem Substrat ist), eine weitere Komponente (z. B. eine weitere Schicht) zwischen den zwei Elementen positioniert sein (z. B. kann eine weitere Schicht zwischen einer Schicht und einem Substrat, falls die Schicht „auf“ dem Substrat ist, positioniert sein).
Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe „Wafer“, „Substrat“, „Halbleiterkörper“ oder „Halbleitersubstrat“ können jede beliebige Struktur auf Halbleiterbasis einschließen, die eine Halbleiteroberfläche aufweist.
Beispielsweise kann ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern ein Ziehen eines CZ-Siliziumingots über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze mit Dotierstoffen, die vorwiegend vom n-Typ sind, einschließen. Ferner kann das Verfahren ein Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer einschließen, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze durch eine Borquelle gesteuert wird. Das Verfahren kann weiter ein Bestimmen eines spezifischen Widerstands, einer Borkonzentration und einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse des CZ-Siliziumingots einschließen. Weiter kann das Verfahren ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer in Abhängigkeit von zumindest zwei, z. B. zwei oder allen drei, Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration umfassen.
Der CZ-Siliziumingot kann beispielsweise mittels eines Wachstumssystems ausgezogen werden. Das Wachstumssystem kann beispielsweise einen Tiegel, z. B. einen Quarztiegel, auf einem Tiegellager, z. B. einem Graphitsuszeptor, enthalten. Das Wachstumssystem kann beispielsweise ferner eine Heizeinrichtung enthalten; z. B. kann eine Hochfrequenz-(HF-)Spule den Tiegel umgeben. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise an lateralen Seiten und/oder einer Bodenseite des Tiegels angeordnet sein. Der Tiegel kann zum Beispiel durch eine Lagerwelle gedreht werden.
Die Siliziumschmelze mit n-Typ-Dotierstoffen kann gebildet werden, indem eine Mischung eines Siliziummaterials, z. B. eines nicht-kristallinen Rohmaterials wie etwa Polysilizium, und von n-Typ-Dotierstoffen wie etwa Phosphor (P), Antimon (Sb), Arsen (As) oder irgendeine Kombination hiervon im Tiegel durch Erwärmen mittels der Heizeinrichtung geschmolzen wird. Die n-Typ-Dotierstoffe können bereits die anfängliche Dotierung des zu schmelzenden Siliziummaterials bilden oder ein Teil davon sein und/oder können als festes bzw. Feststoff- oder gasförmiges Dotierstoffquellenmaterial hinzugegeben werden. Beispielsweise ist das Feststoff-Dotierstoffquellenmaterial ein Dotierstoffquellenteilchen wie etwa eine Dotierstoffquellenpille bzw. -tablette. Das Dotierstoffquellenmaterial kann eine vorbestimmte Form wie etwa eine Scheibenform, eine sphärische Form oder eine kubische Form haben. Beispielsweise kann die Form des Dotierstoffquellenmaterials an eine Zufuhrvorrichtung wie etwa einen Verteiler bzw. Spender angepasst sein, der dafür konfiguriert ist, das Dotierstoffquellenmaterial einer Siliziumschmelze im Tiegel zuzuführen.
Beispielsweise kann das Dotierstoffquellenmaterial zusätzlich zu dem Dotierstoffmaterial ein Trägermaterial oder ein Bindemittelmaterial enthalten. Das Dotierstoffquellenmaterial kann beispielsweise Quarz oder Siliziumcarbid (SiC), dotiert mit dem Dotierstoffmaterial, sein. Zum Beispiel kann das Dotierstoffquellenmaterial ein hochdotiertes Siliziummaterial wie etwa ein hochdotiertes Polysiliziummaterial sein, das in einem größeren Maße als das Siliziumrohmaterial dotiert ist.
Ein CZ-Siliziumingot kann aus dem Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält, gezogen werden, indem ein Keimkristall in die Siliziumschmelze getaucht wird, der anschließend langsam bei einer Oberflächentemperatur der Schmelze gerade oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium zurückgezogen wird. Der Keimkristall ist ein einkristalliner Siliziumkeim, der auf einem durch eine Ziehwelle gedrehten Keimlager befestigt ist. Eine Ziehrate, die typischerweise in einem Bereich von einigen mm/Min. liegt, und ein Temperaturprofil beeinflussen einen Durchmesser des CZ-gewachsenen Siliziumingots.
Bor kann in den CZ-Siliziumingot über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer eingebracht werden, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze während der Ziehzeitdauer zumindest einmal ein- und/oder ausgeschaltet wird. Ein Profil der Borzufuhr gegen die Zeit kann auch zum Beispiel impulsförmige Einschaltzyklen einschließen. Beispielsweise kann die Borzufuhr am Beginn der Ziehperiode, z. B. während der ersten Ziehperiode, aus sein. Nur eine unbeabsichtigte Bordotierung, falls überhaupt, z. B. eine Bordotierung durch Verunreinigungen in den Rohmaterialien, kann somit vorkommen. Während der zweiten Ziehperiode, z. B. einer Ziehzeitdauer nach der Periode, zu der die Borzufuhr aus sein kann, kann die Borzufuhr beispielsweise zumindest einmal eingeschaltet werden. Das Einschalten einer Borzufuhr kann zum Beispiel ausgelöst werden, wenn der spezifische Widerstand unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.
Beispielsweise kann durch Zugabe von Bor in das geschmolzene Silizium mit einer konstanten Rate Bor in den CZ-Siliziumingot eingebracht werden. Das Bor kann der Siliziumschmelze von einem mit Bor dotierten Quarzmaterial zugegeben werden, wie etwa von einem mit Bor dotierten Quarzmaterial, das der Siliziumschmelze durch die Zufuhrvorrichtung zugeführt wird. Zusätzlich dazu oder als eine Alternative kann das Bor der Siliziumschmelze von einem Borcarbid- oder von einem Bornitrid-Quellenmaterial, das durch die Zufuhrvorrichtung der Siliziumschmelze ebenfalls zugeführt werden kann, hinzugegeben werden.
Beispielsweise wird das Bor der Siliziumschmelze von einem mit Bor dotierten Tiegel hinzugefügt. Der mit Bor dotierte Tiegel kann beispielsweise durch Implantieren von Bor in den Tiegel gebildet werden. Das Bor kann durch eine oder mehrere geneigte Implantationen und/oder durch nicht-geneigte Implantation in den Tiegel implantiert werden. Eine Verteilung eines Neigungswinkels bzw. von Neigungswinkeln kann genutzt werden, um die Menge an Bor einzustellen, die der Siliziumschmelze zugeführt wird, indem ein Material des Tiegels in der Siliziumschmelze z. B. mit einer Rate im Bereich von annähernd 10 µm/Stunde im Fall eines aus Quarz hergestellten Tiegels aufgelöst wird. Das Bor kann bei verschiedenen Energien und/oder in verschiedenen Dosen in den Tiegel implantiert werden. Das Anwenden eines thermischen Budgets bzw. einer Wärmebilanz auf den Tiegel durch Erwärmen kann ein Einstellen eines retrograden bzw. rückläufigen Profils des Bors im Tiegel erlauben. Mehrfache Implantationen bei verschiedenen Energien und/oder Dosen können ferner ermöglichen, ein Profil des Bors in eine Tiefe des Tiegels einzustellen. Somit kann eine Rate der Zugabe von Bor in die Siliziumschmelze eingestellt werden, d.h. durch Auswahl von Implantationsparametern kann die Rate der Zugabe von Bor in einer wohldefinierten Art und Weise geändert und gesteuert werden. Beispielsweise kann das Profil von Bor im Tiegel ein retrogrades Profil sein. Als Alternative oder zusätzlich zum Implantieren von Bor in den Tiegel kann Bor auch durch einen anderen Prozess, z. B. durch Diffusion aus einer Diffusionsquelle, wie z.B. einer Feststoff-Diffusionsquelle von Bor, in den Tiegel eingebracht werden. Als eine weitere Alternative oder zusätzlich zu den obigen Prozessen zum Einbringen von Bor in den Tiegel kann Bor auch in-situ, d.h. während einer Ausbildung des Tiegels, in den Tiegel eingebracht werden.
Zum Beispiel kann Bor aus der Gasphase, z. B. durch Zufuhr von Diboran (B₂H₆), über die bzw. mittels der Zufuhrvorrichtung in die Siliziumschmelze eingebracht werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Zufuhr von Bor in der Gasphase über eine Zufuhr eines Inertgases in das CZ-Wachstumssystem erfolgen. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Zufuhr von Bor in der Gasphase über eine oder mehrere Röhren, z. B. ein sich in die Siliziumschmelze erstreckendes Quarzrohr, geschehen. Gemäß noch einem anderen Beispiel kann die Zufuhr von Bor in der Gasphase über eine oder mehrere Röhren auftreten, die in einem kurzen Abstand zur Siliziumschmelze enden. Die Rohre bzw. Röhren können eine oder mehrere Öffnungen an einem Auslass z. B. in der Form eines Duschkopfes umfassen.
Beispielsweise kann eine Auskleidungsschicht auf dem Tiegel ausgebildet sein, um eine Diffusion von Bor aus dem Tiegel in die Siliziumschmelze zu steuern. Als ein Beispiel kann die Auskleidungsschicht aus Quarz und/oder Siliziumcarbid gebildet sein. Gemäß einem Beispiel kann die Auskleidungsschicht in der Siliziumschmelze aufgelöst werden, bevor im Tiegel enthaltenes Bor in der Siliziumschmelze gelöst wird und während des Wachstumsprozesses des Siliziumingots als Dotierstoff dient. Dies erlaubt ein Einstellen eines Zeitpunkts, zu dem Bor in der Siliziumschmelze als Dotierstoff zur Verfügung steht, um in den Siliziumingot eingebracht zu werden. Die Auskleidungsschicht kann auch eine Einbringung von Bor in die Siliziumschmelze um eine Zeitdauer, die für eine Diffusion von Bor aus dem Tiegel durch die Auskleidungsschicht und in die Siliziumschmelze erforderlich ist, verzögern.
Beispielsweise kann die Borzufuhr so gesteuert werden, dass eine Rate der Zugabe des Bors zur Siliziumschmelze geändert wird. Gemäß einem Beispiel umfasst ein Ändern der Rate der Zugabe des Bors zur Siliziumschmelze ein Ändern zumindest eines Parameters der Abmessung, Geometrie und Abgaberate von Bor enthaltenden Teilchen. Beispielsweise kann die Rate durch Vergrößern eines Durchmessers der mit dem Dotierstoffmaterial dotierten Teilchen gesteigert werden. Als eine zusätzliche oder alternative Maßnahme kann die Rate der Zugabe des Bors zur Siliziumschmelze durch Steigern der Zufuhrgeschwindigkeit des Dotierstoffquellenmaterials in die Siliziumschmelze durch die Zufuhrvorrichtung erhöht werden. Gemäß einem anderen Beispiel kann ein Ändern der Rate der Zugabe des Bors zur Siliziumschmelze ein Ändern einer Tiefe eines Dotierstoffquellenmaterials, das in die Siliziumschmelze getaucht ist, umfassen. Gemäß einem anderen Beispiel umfasst ein Ändern der Rate der Zugabe des Bors zur Siliziumschmelze ein Ändern einer Temperatur des Dotierstoffquellenmaterials. Beispielsweise kann durch Erhöhen einer Temperatur des Dotierstoffquellenmaterials, z.B. durch Erwärmen, die Menge an aus dem Dotierstoffquellenmaterial in die Siliziumschmelze eingebrachtem Bor erhöht werden. Das Dotierstoffquellenmaterial kann mit dem Bor dotiert sein. Gemäß einem Beispiel wird das Dotieren des Dotierstoffquellenmaterials durch eine Maßnahme einer in-situ-Dotierung, durch einen Plasmaabscheidungsprozess durch eine Oberfläche des Dotierstoffquellenmaterials, durch eine Ionenimplantation durch die Oberfläche des Dotierstoffquellenmaterials und durch einen Diffusionsprozess durch die Oberfläche des Dotierstoffquellenmaterials ausgeführt. Das Dotierstoffquellenmaterial kann beispielsweise als Stab, Zylinder, Konus bzw. Kegel oder Pyramide geformt sein. Das Dotierstoffquellenmaterial kann auch aus einer Vielzahl von separaten Dotierstoffquellenstücken gebildet sein, die eine Form oder eine Kombination von verschiedenen Formen aufweisen. Die Tiefe eines Teils des Dotierstoffquellenmaterials, der in die Siliziumschmelze getaucht ist, kann durch einen Ziehmechanismus verändert werden. Der Ziehmechanismus hält das Dotierstoffquellenmaterial, taucht das Dotierstoffquellenmaterial in die Siliziumschmelze und zieht das Dotierstoffquellenmaterial auch aus der Siliziumschmelze. Ein Steuerungsmechanismus ist dafür konfiguriert, den Ziehmechanismus zu steuern. Der Steuerungsmechanismus kann den Ziehmechanismus beispielsweise mittels einer verdrahteten oder drahtlosen Steuersignalübertragung steuern bzw. regeln.
Beispielsweise kann ein Ändern der Zufuhrrate des Bors zur Siliziumschmelze ein Ändern eines Stroms oder Partialdrucks des Borträgergases, z. B. Diboran (B₂H₆), umfassen, wenn die Siliziumschmelze und/oder der CZ-Siliziumingot mit Bor aus der Gasphase dotiert wird.
Beispielsweise kann die Rate der Zugabe von Bor zu der Siliziumschmelze und/oder dem CZ-Siliziumwafer in Abhängigkeit von der Länge des Siliziumingots vom Keimkristall bis zur Siliziumschmelze während des Wachstums gesteuert werden.
Gemäß einem Beispiel kann Bor vor und/oder während des CZ-Wachstums durch ein p-Dotierstoffquellenmaterial wie etwa eine p-Dotierstoffquellenpille hinzugegeben werden. Das p-Dotierstoffquellenmaterial kann eine vorbestimmte Form wie etwa eine Scheibenform, eine sphärische Form oder eine kubische Form aufweisen. Beispielsweise kann die Form des p-Dotierstoffquellenmaterials an die Zufuhrvorrichtung wie etwa einen Spender angepasst werden, der dafür konfiguriert ist, das p-Dotierstoffquellenmaterial einer Siliziumschmelze im Tiegel zuzuführen. Eine zeitabhängige Zufuhr eines p-Dotierstoffes in die Siliziumschmelze kann durch Einstellen eines Profils einer p-Typ-Dotierstoffkonzentration in eine Tiefe des p-Dotierstoffquellenmaterials erzielt werden, beispielsweise durch mehrfache Ionenimplantationen bei verschiedenen Energien und/oder durch Bilden einer das p-Dotierstoffquellenmaterial umgebenden Auskleidungsschicht zum Steuern des Lösens des p-Dotierstoffes aus dem p-Dotierstoffquellenmaterial in die Siliziumschmelze oder zum Steuern der Diffusion des p-Dotierstoffes aus dem p-Dotierstoffquellenmaterial in die Siliziumschmelze.
Der spezifische Widerstand des Siliziumingots kann entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots z. B. zwischen entgegengesetzten Enden des CZ-Siliziumingots mittels jeder beliebigen geeigneten Charakterisierungstechnik, z. B. der Widerstandsmessung nach van der Pauw oder einer Messung mit einer Vierpunktsonde bestimmt werden. Die Borkonzentration kann entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots z. B. zwischen entgegengesetzten Enden des CZ-Siliziumingots mittels jeder beliebigen geeigneten Charakterisierungstechnik, z. B. FourierTransformation-Infrarotspektroskopie, FTIR, Sekundärionen-Massenspektrometrie, SIMS, Röntgenfluoreszenzspektroskopie, Fotolumineszenzspektroskopie oder nach Erfahrung bestimmt werden. Die Kohlenstoffkonzentration kann entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots z. B. zwischen entgegengesetzten Enden des CZ-Siliziumingots mittels jeder beliebigen geeigneten Charakterisierungstechnik, z. B. FourierTransformation-Infrarotspektroskopie, FTIR, Sekundärionen-Massenspektrometrie, SIMS, Röntgenfluoreszenzspektroskopie, Fotolumineszenzspektroskopie oder nach Erfahrung bestimmt werden.
Beispielsweise kann der CZ-Siliziumingot durch das magnetische CZ-(MCZ-)Verfahren gebildet werden, das in einem starken horizontalen (HMCZ) oder vertikalen (VMCZ) Magnetfeld ausgeführt wird. Dieses dient dazu, den Konvektionsfluidstrom zu steuern, wodurch eine niedrigere Sauerstoffkonzentration und eine homogenere Verunreinigungsverteilung verglichen mit gemäß dem standardmäßigen CZ-Verfahren hergestellten Wafern ermöglicht wird. Ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots in die CZ-Siliziumwafer kann beispielsweise basierend auf einer Drahtsäge und/oder einer Innendurchmesser-(ID-)Säge ausgeführt werden. Der CZ-Siliziumingot ergibt sich aus einem Wachsen des Kristalls gemäß dem CZ-Wachstumsverfahren und einem Entfernen des Keimendes, d. h. der Spitze, und des konischen Endes, d. h. des Bodens, unter Verwendung einer Säge, zum Beispiel einer ID-Säge. Diese Enden können entsorgt oder zur Wiederverwendung in zukünftigen Kristallwachstumsprozessen erneut geschmolzen werden. Nach dem Abschneiden der Enden kann der Ingot in kürzere Abschnitte geschnitten werden, um den Vorgang des Scheibenschneidens zu optimieren. Der Ingot kann auch, ohne in kürzere Abschnitte geschnitten zu werden, in Scheiben geschnitten werden, falls die Anlage zum Scheibenschneiden imstande ist, entsprechende Ingotabmessungen zu bearbeiten.
Indem man die zumindest zwei Gruppen der Siliziumwafer in Abhängigkeit von zumindest zwei, z. B. zwei oder allen drei, Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration bestimmt, unterscheidet sich ein durchschnittlicher Wert eines Parameters der CZ-Siliziumwafer jeder Gruppe unter den ersten und zweiten Gruppen und kann eine Toleranz des Parameters der CZ-Siliziumwafer jeder Gruppe kleiner als eine Toleranz des Parameters der Zielspezifikation sein. Dies kann eine verbesserte Ausbeute des CZ-Siliziumingots ermöglichen. Beispielsweise können die CZ-Siliziumwafer in zwei, drei, vier oder noch mehr Gruppen unterteilt werden. Beispielsweise können, wenn die Gruppe der CZ-Siliziumwafer in zwei Gruppen, d. h. eine erste Untergruppe und eine zweite Untergruppe, geteilt wird, die CZ-Siliziumwafer der ersten Gruppe jene Wafer der CZ-Siliziumwafer umfassen, die eine Bordotierung aufweisen, die geringer als die Bordotierung der Wafer der zweiten Gruppe ist.
Beispielsweise ist eine Borkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer von einer der zumindest zwei Gruppen geringer als 10¹⁴ cm^-3 oder geringer als 6,0 × 10¹³ cm^-3 oder geringer als 3,0 × 10¹³ cm^-3 oder geringer als 1,0 x 10¹³ cm^-3 oder geringer als 5,0 × 10¹² cm^-3, und eine Borkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer einer anderen der zumindest zwei Gruppen ist größer als 10¹⁴ cm^-3 oder größer als 6,0 × 10¹³ cm^-3 oder größer als 3,0 × 10¹³ cm^-3 oder größer als 1,0 × 10¹³ cm^-3 oder größer als 5,0 × 10¹² cm^-3. Zum Beispiel kann die eine der zumindest zwei Gruppen CZ-Siliziumwafer ohne absichtliche Bordotierung enthalten oder daraus bestehen, z. B. Wafer, die von solch einem Teil des CZ-Siliziumingots geschnitten wurden, wo kein Bor wie in den Beispielen oben beschrieben absichtlich in den CZ-Siliziumingot eingebracht wurde. Die andere der zumindest zwei Gruppen kann CZ-Siliziumwafer mit einer absichtlichen Bordotierung enthalten oder daraus bestehen, z. B. Wafer, die von solch einem Teil des CZ-Siliziumingots geschnitten wurden, wo Bor wie in den Beispielen oben beschrieben absichtlich in den CZ-Siliziumingot eingebracht worden ist.
Eine Kohlenstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer von einer der zumindest zwei Gruppen kann beispielsweise geringer als 1 × 10¹⁵ cm^-3 oder geringer als 2,0 × 10¹⁵ cm^-3 oder geringer als 2,5 × 10¹⁵ cm^-3 oder geringer als 5 × 10¹⁵ cm^-3 sein. Eine Kohlenstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer einer anderen der zumindest zwei Gruppen ist größer als 1 × 10¹⁵ cm^-3 oder größer als 2,0 × 10¹⁵ cm^-3 oder größer als 2,5 × 10¹⁵ cm^-3 oder größer als 5 × 10¹⁵ cm^-3. Dies kann beispielsweise ein Gruppieren der CZ-Siliziumwafer in Bezug auf eine Trägerlebensdauer ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Endteil des CZ-Siliziumingots kein Teil der CZ-Siliziumwafer der zumindest zwei Gruppen sein, z. B. da die Kohlenstoffkonzentration in diesem Teil des CZ-Siliziumingots größer als ein bestimmter Schwellenwert sein kann.
Eine Länge des CZ-Siliziumingots kann zum Beispiel zumindest 0,3 m betragen.
Ein Durchmesser des CZ-Siliziumingots kann beispielsweise zumindest 200 mm betragen oder gleich 300 mm oder größer sein.
Die Borzufuhr kann zum Beispiel nach einem Ausziehen zumindest eines Teils des CZ-Siliziumingots zumindest einmal eingeschaltet werden. Dadurch kann zumindest ein erster Abschnitt des CZ-Siliziumingots ohne eine absichtliche Bordotierung gebildet werden. Die aus dem ersten Abschnitt geschnittenen CZ-Siliziumwafer können eine der zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer bilden. Die Wafer der ersten Gruppe können sich von den CZ-Siliziumwafern einer zweiten Gruppe oder anderer Gruppen durch die Borkonzentration unterscheiden, die geringer als ein zum Unterscheiden zwischen einer absichtlichen und unabsichtlichen Bordotierung identifizierter Schwellenwert ist. Als eine Alternative oder zusätzlich dazu können sich die Wafer der ersten Gruppe von den CZ-Siliziumwafern einer zweiten oder anderer Gruppen durch die Kohlenstoffkonzentration unterscheiden, die geringer als ein zum Unterscheiden zwischen Wafern mit unterschiedlicher Trägerlebensdauer identifizierter Schwellenwert ist.
Beispielsweise kann das Verfahren ferner ein Präparieren einer Etikettierung umfassen, die dafür konfiguriert ist, zwischen den zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer zu unterscheiden. Weiter kann das Verfahren ein Verpacken der CZ-Siliziumwafer der zumindest zwei Gruppen beinhalten.
Die CZ-Siliziumwafer von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer werden zum Beispiel in demselben Versandgehäuse verpackt. Beispielsweise kann die Etikettierung zwischen den zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer durch zumindest eine einer Position im Versandgehäuse oder eine Markierung auf den CZ-Siliziumwafern unterscheiden. Positionen im Versandgehäuse, die Wafer der ersten Gruppe aufnehmen, können von anderen Positionen im Versandgehäuse, die Wafer der zweiten Gruppe oder anderer Gruppen aufnehmen, durch eine Markierung auf dem Gehäuse, zum Beispiel unterschiedliche Markierungen für die an den verschiedenen Positionen im Versandgehäuse platzierten Gruppen oder ein Klebeetikett auf dem Versandgehäuse, das die Versandgehäusepositionen Wafern der ersten oder der zweiten Gruppe zuordnet, unterschieden werden. In einigen anderen Beispielen unterscheidet die Etikettierung zwischen den CZ-Siliziumwafern verschiedener Gruppen durch eine Markierung auf den CZ-Siliziumwafern. In einigen Beispielen wird die Markierung unter Verwendung einer Lasertechnologie gebildet, um beispielsweise eine permanente und gut lesbare Markierung auf einer Oberfläche der Wafer zu platzieren, um die Nachverfolgbarkeit der Wafer zumindest bis zu Halbleiterherstellungsprozessen zu ermöglichen, die basierend auf verschiedenen Prozessparametern für die Halbleiterwafer der zumindest zwei Gruppen jeweils ausgeführt werden. Beispielsweise können basierend auf den durch Analysieren der Etikettierung gewonnenen Informationen die Halbleiterwafer einer ersten Gruppe der zumindest zwei Gruppen auf eine andere Dicke als die Halbleiterwafer einer zweiten Gruppe der zumindest zwei Gruppen abgedünnt werden.
Zum Beispiel können die CZ-Siliziumwafer von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer in separate Versandgehäuse gepackt werden.
Ein Steuern der Borzufuhr durch die Borquelle umfasst zum Beispiel zumindest einen Schritt zum i) Steuern zumindest eines Parameters einer Größe, Geometrie und Rate einer Abgabe von Bor enthaltenden Teilchen, ii) Steuern eines Stroms oder Partialdrucks eines Borträgergases, iii) Steuern einer Menge eines Quellenmaterials, das mit der Siliziumschmelze in Kontakt gebracht wird, z. B. indem es in die Siliziumschmelze getaucht wird, und Ändern einer Temperatur des Quellenmaterials, wobei das Quellenmaterial mit Bor dotiert ist. Weitere Details über eine Borzufuhr werden mit Verweis auf die Beispiele oben und unten beschrieben.
Beispielsweise kann das Verfahren ferner ein Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots umfassen. Das Verfahren kann weiter beispielsweise ein Bestimmen der zumindest zwei Gruppen in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots einschließen. Teile des CZ-Siliziumingots an entgegengesetzten Enden des CZ-Siliziumingots können beispielsweise nicht Teil der CZ-Siliziumwafer der zumindest zwei Gruppen sein, z. B. da die Sauerstoffkonzentration in diesen Teilen des CZ-Siliziumingots größer als ein Schwellenwert sein kann. Beispielsweise kann eine Sauerstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer von einer der zumindest zwei Gruppen geringer als 2,2 × 10¹⁷ cm^-3 oder geringer als 3,0 × 10¹⁷ cm^-3 oder geringer als 3,5 × 10¹⁷ cm^-3 sein. Eine Sauerstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer einer anderen der zumindest zwei Gruppen kann größer als 2,2 × 10¹⁷ cm^-3 oder größer als 3,0 × 10¹⁷ cm^-3 oder größer als 3,5 × 10¹⁷ cm^-3 sein.
Ferner kann das Verfahren zum Beispiel ein Bestimmen einer Kohlenstoffkonzentration entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots umfassen. Das Verfahren kann beispielsweise ferner ein Bestimmen der zumindest zwei Gruppen in Abhängigkeit von der Kohlenstoffkonzentration einschließen. Ein Endteil des CZ-Siliziumingots kann beispielsweise nicht Teil der CZ-Siliziumwafer der zumindest zwei Gruppen sein, z. B. da die Kohlenstoffkonzentration in diesem Teil des CZ-Siliziumingots größer als ein Schwellenwert sein kann.
Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf ein weiteres Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern. Das Verfahren kann ein Ziehen eines CZ-Siliziumingots über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze mit Dotierstoffen, die vorwiegend vom n-Typ sind, einschließen. Das Verfahren kann ferner ein Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer umfassen, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze durch eine Borquelle gesteuert wird. Das Verfahren kann weiter ein Bestimmen einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse des CZ-Siliziumingots umfassen. Weiter kann das Verfahren ein Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer umfassen. Ferner kann das Verfahren ein Bestimmen von zumindest zwei Gruppen der CZ-Siliziumwafer in Abhängigkeit von zumindest der Kohlenstoffkonzentration beinhalten. Das Bestimmen der Kohlenstoffkonzentration kann ein Messen der Kohlenstoffkonzentration, z. B. wie in Bezug auf die Beispiele oben beschrieben, beinhalten.
Die oben und unten beschriebenen Beispiele und Merkmale können kombiniert werden.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder unten beschriebenen Beispielen angeführt. Die Herstellung der CZ-Siliziumwafer kann ein oder mehr optionale zusätzliche Merkmale entsprechend einem oder mehr Aspekten, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept angeführt werden, oder einem oder mehr Beispiele, die oben oder unten beschrieben werden, aufweisen.
Die zusammen mit einem oder mehreren der vorher beschriebenen Beispiele und Zeichnungen angeführten und beschriebenen Aspekte und Merkmale können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzuführen. Beispielsweise gelten beispielhafte Details, die mit Verweis auf die obigen Beispiele beschrieben wurden, z. B. Details über Materialien, Funktionen, Anordnungen oder Abmessungen struktureller Elemente, entsprechend für die unten mit Verweis auf die Zeichnungen weiter beschriebenen Beispiele.
Die Beschreibung und die Zeichnungen veranschaulichen lediglich die Prinzipien der Offenbarung. Darüber hinaus sind alle hierin aufgeführten Beispiele prinzipiell nur zur Veranschaulichung gedacht, um dem Leser das Verständnis der Prinzipien der Offenbarung und der Konzepte erleichtern, die von dem (den) Erfinder(n) zur Weiterentwicklung der Technik beigetragen werden. Alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie deren spezifische Beispiele beschreiben, sollen deren Äquivalente umfassen.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen, Prozesse, Vorgänge, Schritte oder Funktionen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbart sind, nicht dahingehend ausgelegt werden kann, dass sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge erfolgen, es sei denn, dies wird explizit oder implizit angegeben, zum Beispiel aus technischen Gründen. Daher wird die Offenbarung der mehreren Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, sofern solche Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Beispielsweise kann die Kohlenstoffkonzentration oder können die zumindest zwei Parameter des spezifischen Widerstands, oder des spezifischen elektrischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots vor oder nach einem Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer bestimmt werden. In einigen Beispielen kann darüber hinaus eine einzelne Handlung, Funktion, ein einzelner Prozess, Vorgang oder Schritt jeweils mehrere Teilhandlungen, -funktionen, -prozesse, -vorgänge oder -schritte umfassen oder in diese unterteilt sein. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern diese nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
1 bis 4 sind schematische Ansichten, um ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern zu veranschaulichen.
1 ist eine vereinfachte Ansicht eines CZ-Wachstumssystems 100, um ein Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern zu veranschaulichen. Funktionale und/oder strukturelle Details, die mit Verweis auf Merkmale in den oben beschriebenen Beispielen beschrieben wurden, gelten gleichermaßen für die veranschaulichten Beispiele. Das CZ-Wachstumssystem 100 umfasst einen Tiegel 105, z. B. einen Quarztiegel, auf einem Tiegellager 106, z. B. einem Graphitsuszeptor. Eine Heizeinrichtung 107, z. B. eine Hochfrequenz-(HF-)Spule, umgibt dem Tiegel. Die Heizeinrichtung 107 kann an lateralen Seiten und/oder an einer Bodenseite des Tiegels 105 angeordnet sein. Der Tiegel 105 kann durch eine Lagerwelle 108 gedreht werden. Die Mischung eines Siliziummaterials, z. B. eines nicht-kristallinen Rohmaterials wie etwa Polysilizium oder eines n-Typ-Dotierstoffmaterials wie etwa Phosphor (P), Antimon (Sb), Arsen (As) oder eine beliebige Kombination davon, wird im Tiegel durch Erwärmen über die Heizeinrichtung 107 geschmolzen. Das n-Typ-Dotierstoffmaterial kann schon die anfängliche Dotierung des zu schmelzenden Siliziummaterials bilden oder ein Teil davon sein und/oder kann als Feststoff- oder gasförmiges Dotierstoffquellenmaterial hinzugegeben werden. Gemäß einem Beispiel ist das feste Dotierstoffquellenmaterial ein Dotierstoffquellenteilchen wie etwa beispielsweise eine Dotierstoffquellenpille. Das Dotierstoffquellenmaterial kann eine vorbestimmte Form wie etwa eine Scheibenform, sphärische Form oder eine kubische Form aufweisen. Beispielsweise kann die Form des Dotierstoffquellenmaterials an eine Zufuhrvorrichtung 109 wie etwa einen Spender angepasst sein, der dafür konfiguriert ist, das Dotierstoffquellenmaterial einer Siliziumschmelze 110 im Tiegel 105 zuzuführen.
Ein CZ-Siliziumingot 112 wird aus dem die Siliziumschmelze 110 enthaltenden Tiegel 105 gezogen, indem ein Keimkristall 114 in die Siliziumschmelze 110 getaucht wird, welcher anschließend bei einer Oberflächentemperatur der Schmelze knapp oberhalb des Schmelzpunktes von Silizium langsam zurückgezogen wird. Der Keimkristall 114 ist ein einkristalliner Siliziumkeim, der auf einem durch eine Ziehwelle 116 gedrehten Keimlager 115 befestigt ist. Eine Ziehrate, die typischerweise in einem Bereich von einigen mm/Min. liegt, und ein Temperaturprofil beeinflussen einen Durchmesser des CZ-gewachsenen Siliziumingots 112.
Bezugnehmend auf die schematische Ansicht von 2 werden zumindest zwei Parameter des spezifischen Widerstands p(x) oder spezifischen elektrischen Widerstands, einer Borkonzentration N_B(x) und einer Kohlenstoffkonzentration N_c(x) entlang einer Kristallachse x des CZ-Siliziumingots 112 bestimmt. Die zumindest zwei Parameter des spezifischen Widerstands p(x) und der Borkonzentration N_B(x) können entlang der Kristallachse x des CZ-Siliziumingots vor einem Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer bestimmt werden. Beispielsweise können/kann der spezifische Widerstand p(x) oder spezifische elektrische Widerstand und/oder die Borkonzentration N_B(x) und/oder die Kohlenstoffkonzentration N_c(x) an einer Vielzahl von Stellen entlang der Kristallachse x gemessen und bezüglich anderer Stellen entlang der Kristallachse x interpoliert werden. Die zumindest zwei Parameter eines spezifischen Widerstands p(x) oder spezifischen elektrischen Widerstands, einer Borkonzentration N_B(x) und einer Kohlenstoffkonzentration N_c(x) können ebenfalls nach Erfahrung entlang der Kristallachse des CZ-Siliziumingots bestimmt werden. Dies kann beispielsweise die Vermeidung von Messungen ermöglichen. In einigen anderen Beispielen können die zumindest zwei Parameter eines spezifischen Widerstands p(x), oder spezifischen elektrischen Widerstands, einer Borkonzentration N_B(x) und einer Kohlenstoffkonzentration N_c(x) entlang der Kristallachse x des CZ-Siliziumingots nach einem Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots in CZ-Siliziumwafer bestimmt werden.
Der CZ-Siliziumingot 112a ergibt sich aus einem Wachsen des Kristalls 112 gemäß dem CZ-Wachstumsverfahren und einem Entfernen des Keimendes, d. h. der Oberseite, und des konischen Endes, d. h. des Bodens, unter Verwendung einer Säge, beispielsweise einer ID-Säge. Diese Enden werden entsorgt oder für eine erneute Verwendung in zukünftigen Kristallwachstumsprozessen erneut geschmolzen. Nach einem Abschneiden der Enden kann der Ingot in kürzere Abschnitte geschnitten werden, um den Vorgang des Scheibenschneidens zu optimieren. Der Ingot kann auch, ohne in kürzere Abschnitte geschnitten zu werden, in Scheiben geschnitten werden, falls die Anlage zum Scheibenschneiden imstande ist, entsprechende Ingotabmessungen zu verarbeiten.
Bezugnehmend auf die schematische Ansicht von 3 wird der CZ-Siliziumingot 112a oder ein Abschnitt des CZ-Siliziumingots 112a in Scheiben von CZ-Siliziumwafer 130 geschnitten. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel wird der CZ-Siliziumingot unter Verwendung einer Drahtsäge 132 in Scheiben der CZ-Siliziumwafer geschnitten. Jedes beliebige andere geeignete Verfahren zum Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots 112 in die CZ-Siliziumwafer 130, zum Beispiel eine ID-Säge, kann ebenfalls verwendet werden.
Bezug nehmend auf die schematische Ansicht von 4 werden zumindest zwei Gruppen, z. B. eine erste Gruppe 1341 und eine zweite Gruppe 1342, der CZ-Siliziumwafer 130 in Abhängigkeit von zumindest zwei, z. B. zwei oder allen drei, Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration oder der Kohlenstoffkonzentration bestimmt. Beispielsweise können die CZ-Siliziumwafer der ersten Gruppe 1341 keine Bordotierung oder keine absichtliche Bordotierung enthalten, und die CZ-Siliziumwafer der zweiten Gruppe 1342 können CZ-Siliziumwafer mit einer absichtlichen Bordotierung enthalten.
Die CZ-Siliziumwafer 130 können basierend auf Prozessparametern prozessiert werden, die sich zumindest teilweise unter den CZ-Siliziumwafern 130 der verschiedenen Gruppen, z. B. der ersten Gruppe 1341 und der zweiten Gruppe 1342, unterscheiden. Eine Prozessierung kann Front-End-of-line-(FEOL-)Prozesse und Back-End-of-line-(BEOL-)Prozesse umfassen. FEOL-Prozesse sind die ersten Prozesse bei der Herstellung integrierter Schaltungen oder diskreter Halbleiter, die mit der Ausbildung von Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und mehr umfassenden Vorrichtungen direkt im Siliziumwafer verbunden sind. Eine BEOL-Prozessierung ist mit einer Reihe von Prozessen verbunden, die genutzt werden, um integrierte Schaltungen für die Nutzung vorzubereiten. Diese Prozesse umfassen Verbindungen, ein Abdünnen von Wafern, ein Zerteilen von Wafern, eine Inspektion, eine Chip- bzw. Die-Sortierung und eine Endverpackung. Die Vorrichtungen im Siliziumwafer können miteinander verbunden werden, um eine gewünschte Funktionalität einer elektrischen Schaltung bereitzustellen. Drähte wie etwa durch dielektrische Schichten isolierte strukturierte Metallisierungsschichten können genutzt werden, um die einzelnen Vorrichtungen miteinander zu verbinden.
In einigen Beispielen können CZ-Siliziumwafer 130 der verschiedenen Gruppen, z. B. der ersten Gruppe 1341 und der zweiten Gruppe 1342, auf unterschiedliche Zieldicken abgedünnt werden. Das Abdünnen von Wafern ist ein Prozess, bei dem Wafermaterial von einer Rückseite des Wafers entfernt wird, wodurch ein dünnerer Wafer hergestellt wird, was zum Beispiel eine Einstellung eines Einschaltwiderstands und eines Wärmeableitungsverhaltens ermöglicht. Der Prozess des Abdünnens kann beispielsweise durch einen oder mehrere Prozesse wie etwa ein rückseitiges Schleifen in einer automatisierten Maschine zum Rückseitenschleifen basierend auf computergesteuerten Schleifscheiben, chemische und Plasmaätzprozesse ausgeführt werden.
In einigen Beispielen können die CZ-Siliziumwafer 130 der Gruppe, z. B. der ersten Gruppe 1341 oder der zweiten Gruppe 1342, mit dem größeren spezifischen Widerstand auf eine größere Zieldicke als die CZ-Siliziumwafer 130 der Gruppe mit dem kleineren mittleren spezifischen Widerstand abgedünnt werden. Für eine Erhöhung des mittleren spezifischen Widerstands der Wafer in einer sortierten Gruppe um 5 % bis 10 % kann beispielsweise die Dicke z. B. um 2 bis 10 Mikrometer oder um 3 bis 8 Mikrometer erhöht werden. Dadurch kann ein sanftes Schalten von in den Wafern der verschiedenen Untergruppen ausgebildeten Transistoren von einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand aneinander angepasst werden. Desgleichen kann eine Robustheit gegen Lawinendurchbrüche von in den Wafern der unterschiedlichen Untergruppen ausgebildeten Transistoren aneinander angepasst werden.
Einige Beispiele können ein Ausbilden eines IGBT in den CZ-Siliziumwafern 130 einschließen, wobei Dotierstoffe eines rückseitigen Emitters des IGBT mit unterschiedlichen Implantationsdosen für Siliziumwafer unterschiedlicher Gruppen implantiert werden. In einigen Beispielen wird die Implantationsdosis der CZ-Siliziumwafer 130 der Gruppe mit dem größeren mittleren spezifischen Widerstand zum Beispiel um 2 % bis 20 % oder um 4 % bis 8 % größer (oder in einigen Anwendungen kleiner) als die Implantationsdosis der CZ-Siliziumwafer der Gruppe mit dem kleineren mittleren spezifischen Widerstand eingestellt. Dadurch kann eine Sanftheit beim Schalten von in den Wafern der unterschiedlichen Gruppen ausgebildeten IGBTs von einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand aneinander angepasst werden. Es kann nützlich sein, die Anpassung der Waferdicke und der rückseitigen Emitterdotierung zu kombinieren, z. B. indem die Waferdicke um 3 bis 8 Mikrometer kombiniert mit einer Erhöhung der Implantationsdosis des rückseitigen Emitters um mehr als 5 % oder gar mehr als 10 % oder gar mehr als 20 % erhöht wird.
Einige Beispiele können ein Ausbilden eines Transistors in den CZ-Siliziumwafern 130 einschließen, wobei Dotierstoffe einer Feldstoppzone des Transistors mit unterschiedlichen Implantationsdosen für Siliziumwafer unterschiedlicher Gruppen, z. B. der ersten Gruppe 1341 oder der zweiten Gruppe 1342, implantiert werden. Verwendet man eine Protonenbestrahlung zum Herstellen einer Feldstoppzone, kann die Dosis einer Protonenimplantation oder können deren Dosen (wenn mehrere Implantationsenergien genutzt werden) für eine Erhöhung des mittleren spezifischen Widerstands der Wafer in einer sortierten Gruppe z. B. um 5 % bis 10 % um mehr als 10 % verringert (oder in einigen Anwendungen erhöht) werden. Wenn eine Phosphor- oder Selenimplantation zur Ausbildung der Feldstoppzone genutzt wird, kann eine Dosis der Protonenimplantation oder können deren Dosen (wenn mehrere Implantationsenergien genutzt werden) für eine Erhöhung des mittleren spezifischen Widerstands der Wafer in einer sortierten Gruppe z. B. um 5 % bis 10 % um mehr als 3 % verringert werden. Dadurch können eine Effizienz eines rückseitigen Emitters eines IGBT und ein Transportfaktor eines FET oder IGBT, die in den Wafern der unterschiedlichen Gruppen ausgebildet sind, aneinander angepasst werden.
Einige Beispiele schließen ein Ausbilden eines Transistors in den CZ-Siliziumwafern 130 ein, wobei ein Widerstand eines Gate-Widerstands basierend auf unterschiedlichen Werten für Siliziumwafer unterschiedlicher Gruppen, z. B. der ersten Gruppe 1341 oder der zweiten Gruppe 1342, gebildet wird. Dadurch kann ein Schaltverhalten von in Wafern der unterschiedlichen Untergruppen ausgebildeten Transistoren aneinander angepasst werden.
Ein weiteres Beispiel kann ein Ausbilden eines Transistors in den CZ-Siliziumwafern 130 einschließen, wobei die Schwellenspannung zum Ausbilden des Kanals entsprechend unterschiedlichen Konzentrationen von Bor in einer ersten Gruppe 1341 und einer zweiten Gruppe 1342 durch Einstellen von Dotierstoffimplantationen in die Wafer eingestellt wird.
Die Beschreibung und Zeichnungen veranschaulichen lediglich die Prinzipien der Offenbarung. Darüber hinaus dienen alle hierin angeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur zu Veranschaulichungszwecken, um den Leser beim Verstehen der Prinzipien der Offenbarung und der Konzepte zu unterstützen, die von dem (den) Erfinder (n) zur Weiterentwicklung der Technik beigetragen wurden. Alle Aussagen, die hierin Prinzipien, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie deren spezifische Beispiele beschreiben, sollen deren Äquivalente umfassen.
Obwohl spezifische Beispiele hierin veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Beispiele herangezogen werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hierin diskutierten spezifischen Beispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern (130), wobei das Verfahren aufweist: Ziehen eines CZ-Siliziumingots (112) über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze (110), die Dotierstoffe aufweist, die vorwiegend vom n-Typ sind; Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot (112) über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze (110) durch eine Borquelle gesteuert wird; Bestimmen eines spezifischen Widerstands, einer Borkonzentration und einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse (x) des CZ-Siliziumingots (112); Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots (112) oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots (112) in CZ-Siliziumwafer (130) ; Bestimmen von zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) in Abhängigkeit von zumindest zwei Parametern des spezifischen Widerstands, der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Borkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) von einer der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) geringer als 3,0 × 10¹³ cm^-3 ist und wobei eine Borkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) einer anderen der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) größer als 3,0 × 10¹³ cm^-3 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kohlenstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) von einer der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) geringer als 1,5 × 10¹⁵ cm^-3 ist und wobei eine Kohlenstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) einer anderen der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) größer als 1,5 × 10¹⁵ cm^-3 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge des CZ-Siliziumingots (112) zumindest 0,3 m beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchmesser des CZ-Siliziumingots (112) zumindest 300 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bestimmen der Borkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration entlang der Kristallachse (x) des CZ-Siliziumingots (112) zumindest eine einer Fourier-Transformation-Infrarotspektroskopie, FTIR, einer Sekundärionen-Massenspektrometrie, SIMS, einer Röntgenfluoreszenzspektroskopie, einer Fotolumineszenzspektroskopie einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Borzufuhr nach einem Ausziehen von zumindest einem Teil des CZ-Siliziumingots (112) zumindest einmal eingeschaltet oder erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend Präparieren einer Etikettierung, die dafür konfiguriert ist, zwischen den zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) zu unterscheiden; und Verpacken der CZ-Siliziumwafer (130) der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die CZ-Siliziumwafer (130) von zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) in demselben Versandgehäuse verpackt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Etikettierung zwischen den zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) durch zumindest eine einer Position im Versandgehäuse oder einer Markierung auf den CZ-Siliziumwafern (130) unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die CZ-Siliziumwafer (130) von zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) in separate Versandgehäuse verpackt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Steuern der Borzufuhr durch die Borquelle zumindest einen der Schritte umfasst: i) Steuern zumindest eines Parameters der Größe, Geometrie und Rate einer Abgabe von Bor enthaltenden Teilchen, ii) Steuern eines Stroms oder Partialdrucks eines Borträgergases, iii) Steuern einer Menge eines Quellenmaterials, das mit der Siliziumschmelze in Kontakt gebracht wird, und Ändern einer Temperatur des Quellenmaterials, wobei das Quellenmaterial mit Bor dotiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration entlang der Kristallachse (x) des CZ-Siliziumingots (112).
Verfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend ein Bestimmen der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sauerstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) von einer der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) geringer als 2,2 × 10¹⁷ cm^-3 ist und wobei eine Sauerstoffkonzentration von jedem der CZ-Siliziumwafer (130) einer anderen der zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) größer als 2,2 × 10¹⁷ cm^-3 ist.
Verfahren zum Herstellen von CZ-Siliziumwafern (130), wobei das Verfahren aufweist: Ziehen eines CZ-Siliziumingots (112) über eine Ziehzeitdauer aus einer Siliziumschmelze (110), die Dotierstoffe aufweist, die vorwiegend vom n-Typ sind; Einbringen von Bor in den CZ-Siliziumingot (112) über zumindest einen Teil der Ziehzeitdauer, indem eine Borzufuhr zur Siliziumschmelze (110) durch eine Borquelle gesteuert wird; Bestimmen einer Kohlenstoffkonzentration entlang einer Kristallachse (x) des CZ-Siliziumingots (112); Scheibenschneiden des CZ-Siliziumingots (112) oder eines Abschnitts des CZ-Siliziumingots (112) in CZ-Siliziumwafer (130) ; Bestimmen von zumindest zwei Gruppen (1341, 1342) der CZ-Siliziumwafer (130) in Abhängigkeit von zumindest der Kohlenstoffkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Bestimmen der Kohlenstoffkonzentration ein Messen der Kohlenstoffkonzentration umfasst.