TWI772863B - 用於生產單晶矽半導體晶圓的方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於生產單晶矽半導體晶圓的方法，其係包含： 從坩堝中包含的熔體中提拉矽單晶（single silicon crystal）的圓柱段； 使該熔體經受橫向磁場（horizontal magnetic field）； 在提拉該單晶的圓柱段期間，使該坩堝在旋轉方向上以旋轉速度旋轉；以及 從該單晶的圓柱段切下單晶矽半導體晶圓，其中， 隨時間平均之旋轉速度小於1 rpm，並且該旋轉方向係連續地變化，並且該旋轉方向變化前後該旋轉速度的幅度不小於0.5 rpm且不大於3.0 rpm。

Description

用於生產單晶矽半導體晶圓的方法
本發明的主題是一種用於生產單晶矽半導體晶圓的方法。
單晶矽半導體晶圓係以工業規模進行生產。大量此類半導體晶圓來自於將半導體晶圓從單晶的圓柱段切下，該單晶的圓柱段係從坩堝中包含的熔體中提拉者。這種生產單晶的方法也稱為CZ法。所生產的半導體晶圓通常被進一步加工成電子元件。
先前技術／問題
某些應用，尤其是在電力電子領域中，要求具有相對較大直徑的半導體晶圓，該半導體晶圓在相對窄的範圍內包含相對較低濃度的間隙氧（interstitial oxygen，以下簡稱為氧）。在本說明書中，如果由新ASTM所確定的氧濃度值不大於5×1017 原子／立方公分，則該氧濃度應理解為相對較低。
DE 10 2010 028 924 A1描述了如何通過將熔體暴露於橫向磁場（horizontal magnetic field）、並通過降低坩堝的旋轉速度來降低單晶中的氧濃度。
此外，在JP 9 175 895 A2中的建議包括：從基本旋轉速度開始，週期性地增加坩堝的旋轉速度，以及根據單晶生長的長度提高基礎旋轉速度和增加幅度。
現已確定，儘管此類教導（如果觀察到的話）的確允許將單晶中的氧濃度降低至相對較低的值，然而該氧濃度在單晶的長度上仍存在相對急劇的變化。
因此，本發明的目的是減少氧濃度的軸向波動。
本發明的目的是借由一種用於生產單晶矽半導體晶圓的方法來實現，該方法包含： 從坩堝中包含的熔體中提拉矽單晶（single silicon crystal）的圓柱段； 使熔體經受橫向磁場； 在提拉單晶的圓柱段期間，使坩堝在旋轉方向上以旋轉速度旋轉；以及 從單晶的圓柱段切下單晶矽半導體晶圓，其中， 隨時間平均之旋轉速度小於1 rpm，並且旋轉方向係連續地變化，並且旋轉方向變化前後旋轉速度的幅度不小於0.5 rpm且不大於3.0 rpm。
通過採用本發明，能夠將單晶的圓柱段中的氧濃度的軸向波動（該軸向波動以最大濃度和最小濃度之差表示）減少一半以上。
本發明的使用可與單晶的圓柱段的直徑無關。單晶的圓柱段中的氧濃度不大於5×1017 原子／立方公分。本發明方法較佳用於生產直徑為至少200 毫米、更佳為至少300毫米的半導體晶圓。
為了實現該目的，作為時間平均值的坩堝旋轉速度（平均旋轉速度）必須小於1 rpm、較佳不大於0.7 rpm。坩堝之平均旋轉速度的方向可以與單晶的旋轉速度的方向匹配或相反。該等方向較佳係匹配的。此外，坩堝的旋轉方向必須連續地、較佳週期性地變化。週期的長度較佳為10至100秒。在旋轉方向變化前後，旋轉速度的幅度不小於0.5 rpm且不大於3.0 rpm。除非目標在於使單晶中的氧濃度超過5×1017 原子／立方公分，否則不建議讓幅度超過上限。
在生長中的單晶和熔體之間的邊界區域中，橫向磁場的強度較佳不小於0.2 T且不大於0.4 T。
下面參照附圖進一步描述本發明。
根據本發明的實施例的詳細描述
如圖1所示，坩堝在一個週期內在旋轉方向上加速至幅度A1 ，並再次制動，並且隨後直到旋轉方向變化的時刻1，在相反旋轉方向上加速至幅度A2 ，並再次制動。幅度A1 和A2 的量不同，從而導致在其中一個旋轉方向上的平均旋轉速度。
實施例：
通過CZ法提拉直徑為300毫米的兩組矽單晶，並分別從單晶的圓柱段切下半導體晶圓。第一組單晶是根據本發明進行提拉，即，特別是通過在提拉單晶的圓柱段期間改變坩堝的旋轉方向，其中改變週期為40秒且幅度不大於1.1 rpm。與此相反，另一組單晶是在相同的條件下被提拉，只是坩堝的旋轉方向沒有任何變化。對於兩個組，坩堝的平均旋轉速度均為0.6 rpm。
根據單晶的圓柱段中的相對軸向位置P測定氧濃度，產生了圖2所示結果。因此，當採用本發明方法時，能夠期望氧濃度係保持在相對狹窄的範圍（corridor）內。在此情況下，屬於根據本發明所提拉之單晶的所有數據點（實心圓）位於由虛線限定的範圍內，其中氧濃度為4.4×1017 原子／立方公分至大約4.9×1017 原子／立方公分。
以上對說明性實施例的描述應被理解為例示。其中的公開內容一方面使技術人員能夠理解本發明及其相關聯的優點，且另一方面，在技術人員的理解範圍內，還包括對所描述的結構和方法的明顯變更和修改。因此，意圖在於使所有此類變更和修改以及等同物都應被申請專利範圍的保護範圍所覆蓋。
1:旋轉方向變化的時刻
圖1示意性地顯示了一段時間內坩堝之旋轉速度的時間曲線。
圖2顯示根據單晶的圓柱段中的軸向位置，兩組矽單晶中的氧濃度。

Claims (3)

  1. 一種用於生產單晶矽半導體晶圓的方法，其係包含：從包含於坩堝中的熔體提拉矽單晶(single silicon crystal)的圓柱段，其中該圓柱段中的氧濃度不大於5×1017原子/立方公分；使該熔體經受橫向磁場(horizontal magnetic field)；在提拉該單晶的圓柱段期間，使該坩堝在旋轉方向上以旋轉速度旋轉；以及從該單晶的圓柱段切下單晶矽半導體晶圓，其中，隨時間平均之旋轉速度小於1rpm，並且該旋轉方向係連續地變化，並且在該旋轉方向變化前後，該旋轉速度的幅度不小於0.5rpm且不大於3.0rpm。
  2. 如請求項1之方法，其中，該旋轉方向係以10至100秒的週期長度而週期性地變化。
  3. 如請求項1或2之方法，其中，該隨時間平均之旋轉速度不大於0.7rpm。
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