[go: up one dir, main page]

TWI888219B - 單晶矽半導體晶圓 - Google Patents

單晶矽半導體晶圓 Download PDF

Info

Publication number
TWI888219B
TWI888219B TW113126312A TW113126312A TWI888219B TW I888219 B TWI888219 B TW I888219B TW 113126312 A TW113126312 A TW 113126312A TW 113126312 A TW113126312 A TW 113126312A TW I888219 B TWI888219 B TW I888219B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
single crystal
melt
less
semiconductor wafer
boron
Prior art date
Application number
TW113126312A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202442947A (zh
Inventor
沃特 賀偉瑟
卡爾 曼哲柏格
Original Assignee
德商世創電子材料公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商世創電子材料公司 filed Critical 德商世創電子材料公司
Publication of TW202442947A publication Critical patent/TW202442947A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI888219B publication Critical patent/TWI888219B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305—Stirring of the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
    • C30B30/04—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions using magnetic fields

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一種單晶矽半導體晶圓和一種藉由從熔體提拉單晶來生產矽單晶的方法，該熔體存在於坩堝中並且包括比率不大於0.41的磷和硼作為摻雜劑，其中該熔體包括濃度不小於5.0×10 14個原子／立方公分且不大於2.2×10 15個原子／立方公分的硼，並且該單晶具有直徑至少為300毫米且具有一長度的圓柱段，並且在從該熔體提拉的過程中被隔熱罩包圍，並且其中該隔熱罩的下邊緣與該熔體的表面的距離不小於18毫米，該方法包括：以不小於8 rpm且不大於13 rpm的速度提拉單晶；以及對該熔體施加水平磁場，該水平磁場的磁通量密度不小於2000高斯（G）且不大於3000高斯。

Description

單晶矽半導體晶圓
本發明提供了一種藉由從熔體提拉單晶來生產矽單晶的方法，該熔體存在於坩堝中並且包括磷和硼作為摻雜劑，其中該單晶主要是p摻雜的並且具有圓柱段，該圓柱段具有一直徑和一長度。本發明還提供一種單晶矽半導體晶圓。
現有技術／問題
藉由切克勞斯基方法（Czochralski method）從熔體提拉矽單晶包括提拉直徑均勻的圓柱段。一般而言，單晶矽半導體晶圓是從其中分離出來的。
為了避免由於硼隨單晶長度凝析（segregation）而導致摻雜硼的矽單晶的比電阻降低，可以用磷進行反摻雜。
US20050252442A1描述了一種生產矽單晶的方法，其中從熔體提拉該單晶，該熔體存在於坩堝中並且含有比率為0.31的磷和硼作為摻雜劑，並且其中該單晶主要是p摻雜的並且具有直徑約為200毫米的圓柱段。
與觀察單晶圓柱段之長度上的目標電阻同樣重要的是，在圓柱段上任何長度位置處從單晶的中心到邊緣的電阻與目標電阻的差異程度被最小化。
EP2607526A1描述了一種生產矽單晶的方法，其中從熔體提拉該單晶，該熔體存在於坩堝中並且含有比率為0.42的磷和硼作為摻雜劑，並且其中該單晶主要是p摻雜的並且具有直徑約為200毫米的圓柱段。基於所測量的最大電阻，電阻的徑向變化為1.5%。
本發明的目的是，對於相對大和相對長的矽單晶，在軸向和徑向方向上在圓柱段中實現使其比電阻變化最小化。
本發明的目的是藉由從熔體提拉單晶來生產矽單晶的方法實現的，該熔體存在於坩堝中並且包括比率不大於0.41的磷和硼作為摻雜劑，其中該熔體包括濃度不小於5.0×10 14個原子／立方公分且不大於2.2×10 15個原子／立方公分的硼，並且該單晶具有直徑至少為300毫米且具有一長度的圓柱段，並且在從該熔體提拉的過程中被隔熱罩包圍，並且其中該隔熱罩的下邊緣與該熔體的表面的距離不小於18毫米，該方法包括： 以不小於8 rpm且不大於13 rpm的速度提拉該單晶；以及 對該熔體施加水平磁場，該水平磁場的磁通量密度（magnetic flux density）不小於2000高斯（G）且不大於3000高斯。
本發明人已經確定了實現該目標所需的特徵。
熔體必須包括濃度不小於5.0×10 14個原子／立方公分且不大於2.2×10 15個原子／立方公分的硼並且用磷進行了反摻雜，使得磷與硼的比率不大於0.41。該比率較佳不大於0.35且不小於0.1。
單晶在圓柱段的直徑至少為300毫米並且藉由切克勞斯基方法從熔體提拉，同時被隔熱罩包圍。該隔熱罩的下邊緣與該熔體的距離不得小於18毫米。該距離較佳為19至25毫米。
當生長中的晶體從熔體中提拉出來時，其以不小於8 rpm且不大於13 rpm的速度旋轉。
在單晶的提拉過程中，對熔體施加水平磁場，該水平磁場的磁通量密度不小於2000高斯且不大於3000高斯。
如果滿足上述特徵，則可以將半導體晶圓從所提拉的單晶分離，其中基於最小電阻，在所提拉的單晶中從中心到邊緣的比電阻變化不大於1%。在測量從圓柱段劃分的半導體晶圓的電阻的情況下，維持不考慮6毫米的邊緣排除。基於從圓柱段開始處劃分的第一半導體晶圓所具有的平均電阻，電阻在單晶圓柱段軸向長度上的變化不大於18%。
單晶的圓柱段具有至少300毫米的直徑且較佳至少1500毫米的長度。
因此，本發明還提供一種直徑至少300毫米的單晶矽半導體晶圓，該半導體晶圓主要是p摻雜的並且包括磷和硼作為摻雜劑，並且基於最小電阻，該半導體晶圓從半導體晶圓之中心到邊緣的比電阻變化不大於1%。
半導體晶圓的比電阻較佳不小於6歐姆‧公分（ Ohm．cm）且不大於30歐姆‧公分。
半導體晶圓較佳用於生產具有NAND邏輯（NAND logic）的電子部件。
本發明的進一步描述係參考圖式。
本發明的運作實施例的詳細說明
根據圖1的裝置包括容納坩堝2的反應器室1。坩堝2支撐在軸3上並且可以藉由驅動器4進行提升、降低和旋轉。坩堝2含有熔體5並且藉由圍繞其的加熱設備6進行加熱。熔體包括比率不大於0.41的磷和硼作為摻雜劑，並且硼的濃度不小於5.0×10 14個原子／立方公分且不大於2.2×10 15個原子／立方公分。反應器室1的外部設置有磁線圈7，這些磁線圈產生熔體所經受的水平磁場。水平磁場的磁通量密度不小於2000高斯且不大於3000高斯。藉由提拉設備9從熔體5提拉矽單晶8，在此期間，該矽單晶以不小於8 rpm且不大於13 rpm的速度繞其縱軸旋轉。這形成了長度增加且直徑實質上均勻的圓柱段，在後期從該圓柱段切割單晶矽半導體晶圓。為了防止來自加熱設備6的熱輻射，單晶8被隔熱罩10包圍。隔熱罩10的下邊緣與熔體5的表面的距離11不小於18毫米。
以實施例對本發明進行了測試，並且與比較例進行了比較。
在具有根據圖1之特徵的裝置中提拉二個標稱直徑為300毫米的矽單晶。在實施例的情況下，熔體中存在的摻雜劑是濃度為4.8×10 14個原子／立方公分的磷和濃度為1.29×10 15個原子／立方公分的硼，而在比較例的情況下，只有濃度為1.2×10 15個原子／立方公分的硼。
在這二種情況下，對熔體施加磁通量密度為2400高斯的水平磁場，隔熱罩的下邊緣與熔體的表面的距離為20毫米，並且單晶旋轉的速度為10 rpm。
圖2示出了在實施例和比較例的情況下，根據矽的結晶量（FS），比電阻（R rel）相對於圓柱段開始處的平均電阻的發展。
在實施例的情況下，結晶量高達80%時，電阻下降量僅略微高於圓柱段開始處的值的10%。
圖3示出了在實施例和比較例的情況下，比電阻的徑向變化（RV）作為矽的結晶量（SF）的函數。電阻是根據ASTMC測量的，並且留下6毫米的邊緣排除未考慮。
RV由以下式計算： RV=((R max-R min)/R min) ×100% 其中R max和R min分別表示最大電阻和最小電阻。
在實施例的情況下，基於最小電阻，從圓柱段開始處到結晶量80%處的徑向變化仍然小於1%。
從實施例的單晶的圓柱段切割的單晶矽半導體晶圓具有14歐姆‧公分至17歐姆‧公分的平均比電阻。
1:反應器室 2:坩堝 3:軸 4:驅動器 5:熔體 6:加熱設備 7:磁線圈 8:單晶 9:提拉設備 10:隔熱罩 11:距離
圖1示出了適合執行根據本發明的方法的裝置，該表示僅限於用於理解本發明的特徵。 圖2示出了在實施例和比較例的情況下，根據矽的結晶量（FS），比電阻相對於圓柱段開始處的平均電阻的發展。 圖3示出了在實施例和比較例的情況下，比電阻的徑向變化作為矽的結晶量的函數。

Claims (2)

  1. 一種具有至少300毫米之直徑的單晶矽半導體晶圓，該半導體晶圓主要是p摻雜的並且包括磷和硼作為摻雜劑，並且基於最小電阻和考慮6毫米的邊緣排除，該半導體晶圓從其中心到邊緣的比電阻變化係不大於1%。
  2. 如請求項1所述的半導體晶圓，其具有不小於6歐姆‧公分（Ohm．cm）且不大於30歐姆‧公分的比電阻。
TW113126312A 2022-10-06 2023-09-25 單晶矽半導體晶圓 TWI888219B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22199997.2 2022-10-06
EP22199997.2A EP4350055A1 (de) 2022-10-06 2022-10-06 Verfahren zur herstellung eines einkristalls aus silizium und halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202442947A TW202442947A (zh) 2024-11-01
TWI888219B true TWI888219B (zh) 2025-06-21

Family

ID=83688718

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW113126312A TWI888219B (zh) 2022-10-06 2023-09-25 單晶矽半導體晶圓
TW112136530A TWI885495B (zh) 2022-10-06 2023-09-25 生產矽單晶的方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112136530A TWI885495B (zh) 2022-10-06 2023-09-25 生產矽單晶的方法

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4350055A1 (zh)
JP (1) JP2025532384A (zh)
KR (1) KR20250073312A (zh)
CN (1) CN119998499A (zh)
TW (2) TWI888219B (zh)
WO (1) WO2024074431A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050252442A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal and method for growing silicon single crystal
CN109154103A (zh) * 2015-12-04 2019-01-04 环球晶圆股份有限公司 用于生产低氧含量硅的系统及方法
TWI654344B (zh) * 2016-05-24 2019-03-21 世創電子材料公司 製備單晶矽半導體晶圓的方法、製備單晶矽半導體晶圓的裝置以及單晶矽半導體晶圓

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009025339A1 (ja) * 2007-08-21 2009-02-26 Sumco Corporation Ｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハ及びｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法
KR101389058B1 (ko) * 2009-03-25 2014-04-28 가부시키가이샤 사무코 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법
JP2013129564A (ja) 2011-12-21 2013-07-04 Siltronic Ag シリコン単結晶基板およびその製造方法
JP5921498B2 (ja) * 2013-07-12 2016-05-24 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP6808757B2 (ja) * 2016-02-08 2021-01-06 トプシル、グローバルウェハース、アクティーゼルスカブＴｏｐｓｉｌ Ｇｌｏｂａｌｗａｆｅｒｓ Ａ／Ｓ リンドープシリコン単結晶
CN114959878A (zh) * 2022-03-24 2022-08-30 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 一种提高cz法高阻半导体单晶轴向电阻率均一性的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050252442A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal and method for growing silicon single crystal
CN109154103A (zh) * 2015-12-04 2019-01-04 环球晶圆股份有限公司 用于生产低氧含量硅的系统及方法
TWI654344B (zh) * 2016-05-24 2019-03-21 世創電子材料公司 製備單晶矽半導體晶圓的方法、製備單晶矽半導體晶圓的裝置以及單晶矽半導體晶圓

Also Published As

Publication number Publication date
JP2025532384A (ja) 2025-09-29
TW202415815A (zh) 2024-04-16
KR20250073312A (ko) 2025-05-27
CN119998499A (zh) 2025-05-13
WO2024074431A1 (de) 2024-04-11
EP4350055A1 (de) 2024-04-10
TWI885495B (zh) 2025-06-01
TW202442947A (zh) 2024-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100558177B1 (ko) 결정결함을가지지않는실리콘단결정제조방법과장치,및이에의해제조된실리콘단결정과실리콘웨이퍼
JP4095975B2 (ja) シリコン単結晶を製造するための方法及び装置、シリコン単結晶及びこれから切り出された半導体ウェーハ
US6174364B1 (en) Method for producing silicon monocrystal and silicon monocrystal wafer
JP4020987B2 (ja) ウエーハ周辺部に結晶欠陥がないシリコン単結晶およびその製造方法
JPWO2002002852A1 (ja) シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法
CA1336061C (en) High-oxygen-content silicon monocrystal substrate for semiconductor devices and production method therefor
WO2001027362A1 (en) Silicon single-crystal wafer for epitaxial wafer, epitaxial wafer, methods for producing them, and evaluating method
JP5201077B2 (ja) シリコンウェーハの製造方法
JPH11199386A (ja) シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶ウエーハ
JP5601273B2 (ja) 酸化物単結晶の製造方法
JPWO2007013189A1 (ja) シリコンウェーハおよびその製造方法
CN1304647C (zh) 单晶硅晶片及外延片以及单晶硅的制造方法
JP4193610B2 (ja) 単結晶の製造方法
JP2001106594A (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
US20040040491A1 (en) Silicon single crystal wafer for particle monitor
TWI888219B (zh) 單晶矽半導體晶圓
JPH11180800A (ja) 結晶欠陥の少ないシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウエーハ
US20090293801A1 (en) Production method of silicon single crystal
JP5051033B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP4457584B2 (ja) 単結晶の製造方法及び単結晶
WO2004092455A1 (ja) 単結晶の製造方法
JP4218080B2 (ja) シリコン単結晶ウエーハ及びその製造方法
WO2004065666A1 (ja) Ｐドープシリコン単結晶の製造方法及びｐドープｎ型シリコン単結晶ウェーハ
JP4463950B2 (ja) シリコンウエーハの製造方法
TW202309353A (zh) 由單晶矽生產磊晶塗布半導體晶圓的方法