制造单晶锭的方法、单晶锭和由该单晶锭制造的晶片的制作方法
【专利摘要】本发明提供制造单晶锭的方法，以及单晶锭和由该单晶锭制造的晶片。根据实施方式制造单晶锭的方法包括：在腔室内的坩埚中形成硅熔融物；在所述硅熔融物上制备晶种；以及由所述硅熔融物生长单晶锭；并且将所述腔室的压力控制在90托至500托的范围内。
【专利说明】制造单晶锭的方法、单晶锭和由该单晶锭制造的晶片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造单晶锭的方法、一种单晶锭以及一种由该单晶锭制造的晶片。
【背景技术】
[0002]为了制造半导体，必须制造晶片；而为了制造晶片，单晶硅必须首先以晶锭的形式生长。为此,可米用Czochralski (CZ)方法。
[0003]根据现有技术，在N-型重掺杂的单晶锭中，由于引入的用来调节电阻率的掺杂物具有的挥发特性(熔点低于硅的熔点)，所以通过重掺杂的晶体生长可能是尤其困难的。
[0004]由于这种特性，平面径向电阻率梯度(RRG)可能是高的；并且由于位于与晶锭的外表面接触的边缘处的掺杂物的挥发高于掺杂物的中心部的掺杂物的挥发，所以平面径向电阻率梯度(RRG)是可能发生的。因此，边缘处的电阻率(RES)会高于中心部的电阻率，因此与在相同条件下生长的P-型重掺杂的单晶锭相比，N-型重掺杂的单晶锭可能具有较差的RRG特性。
[0005]因此，根据现有技术，尽管可以满足制造标准，但是由于RRG可能整体较高而RRG的分布可能是不均匀的，所以均匀性可能是较差的。
[0006]具体地，目前 ，相对于具有增长的市场需求的功率器件，可能忽视了 RRG特性(也即，平面径向电阻率梯度)的重要性，或者甚至在已经意识到RRG的均匀性的重要性的情况下，也不能得到RRG的均匀性。
【发明内容】
[0007]【技术问题】
[0008]实施方式提供了一种制造单晶锭的方法，一种单晶锭以及由该单晶锭制造的晶片，所述单晶锭具有均匀的径向电阻率梯度(RRG)特性，也即，晶片的平面电阻(RES)值。
[0009]实施方式还提供了一种制造高质量N-型重掺杂的单晶锭的方法，一种单晶锭以及由上述单晶锭制造的晶片，所述N-型重掺杂的单晶锭通过将RRG控制在5%以内而改善产率。
[0010]【技术方案】
[0011]在一个实施方式中，制造单晶锭的方法包括:在腔室内的坩埚中形成硅熔融物；在所述硅熔融物上制备晶种；以及由所述硅熔融物生长单晶锭，其中可将所述腔室的压力控制在90托至500托的范围内。
[0012]在另一个实施方式中，硅晶片可具有被控制在5%以内的RRG (径向电阻率梯度)。
[0013]在又一个实施方式中，单晶锭可具有被控制在5%以内的RRG (径向电阻率梯度)。
[0014]在附图和下文中对一个或多个实施方式进行了详细描述。从说明书和附图以及权利要求中，其他特征将变得明显。
[0015]【有益效果】[0016]实施方式提供了一种制造N-型重掺杂的单晶锭的方法，一种单晶锭以及由上述单晶锭制造的晶片，所述N-型重掺杂的单晶锭具有被控制在3%以内的晶片的平面RES值的均匀性。
[0017]同样，根据实施方式，可生长一种高质量N-型重掺杂的单晶锭以及一种晶片，所述高质量N-型重掺杂的单晶锭通过将RRG控制在5%以内而改善产率。
[0018]例如，相对于N-型晶体生长(在该N-型晶体生长中，引入的用来调节电阻率的熔点低于硅的熔点的掺杂物具有挥发特性)，根据实施方式可提供一种N-型重掺杂的单晶锭和晶片以及制造N-型重掺杂的单晶锭和晶片的方法，而在本实施方式中，将尤其是以5E17原子/cc或更高的浓度重掺杂的产品的RRG和均匀性分别控制在5%以内和3%以内。因此，可提供具有改善的产率的高质量N-型重掺杂的晶体和晶片。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为示出了单晶锭生长器的示意图，该单晶锭生长器用于根据实施方式的制造单晶锭的方法；
[0020]图2为示出 了根据实施方式的晶片的平面电阻率(RES)分布的示意图；
[0021]图3为示出了比较例的晶片的平面RES分布的示意图；
[0022]图4为示出了根据实施方式的晶片的平面RES分布图解的示意图；
[0023]图5为示出了比较例的晶片的平面RES分布图解的示意图；
[0024]图6为示出了根据实施方式的硅熔融物和晶锭之间的弯曲界面L的示意图。
【具体实施方式】
[0025]在实施方式的描述中，应当理解的是:当晶片、装置、卡盘、构件、部件、区域或平面被称为在另一个晶片、装置、卡盘、构件、部件、区域或平面“上”和“下”时，术语“上”和“下”包括“直接”和“间接”两种含义。此外，在附图的基础上来描述在每个元件“上”和“下”。
[0026]为了便于说明和清楚性，附图中的每个元件的厚度或大小经过改变，每个元件的大小并不完全反映实际大小。
[0027](实施方式)
[0028]图1为示出了单晶锭生长器的示意图，该单晶锭生长器用于根据实施方式的制造单晶锭的方法。
[0029]根据实施方式的硅单晶锭生长器100可包括腔室111、石英坩埚112、加热器121、和提拉构件128。
[0030]例如，根据实施方式的硅单晶锭生长器100可包括:含有硅熔融物SM的石英坩埚112 ;通过覆盖石英坩埚112的外下部的一部分而支撑该石英坩埚112的石墨坩埚114，石英坩埚112的外下部的一部分作为腔室111内的热区结构；以及用于支撑负载的支撑结构116被布置在石墨坩埚114的下方，其中，支撑结构116可与连接至转动驱动器件(未示出)的基架118相结合以转动且上下移动。
[0031]腔室111提供空间，在该空间里，进行用于硅晶片的单晶锭的生长的预定过程，该硅晶片用作电子元件(例如半导体)的材料。
[0032]石墨坩埚114的外部被加热器121围起，该加热器121为以辐射热来供应用于单晶锭IG的生长所需的热能的热源，侧辐射挡板环绕加热器121的外部用于屏蔽热以使得加热器121的热不会释放至腔室111的侧边。
[0033]可安装有底部辐射挡板(未示出)以使得加热器121的热不会从加热器121的下部释放至腔室111的下部。
[0034]在侧辐射挡板的上方可安装顶部辐射挡板(未示出)以使得加热器121的热不会释放至腔室111的上部。
[0035]在顶部辐射挡板中，可安装热挡板122，通过将该热挡板122布置在单晶锭IG和石英坩埚112之间以环绕单晶锭IG来屏蔽来自硅熔融物SM释放的热；并且通过屏蔽来自硅熔融物SM释放的且转移至硅晶锭IG的辐射热，该热挡板被配置为增加用于冷却的驱动力以冷却生长的娃晶淀。
[0036]在腔室111的上部，安装驱动器件，该驱动器件用于提拉、浸溃在硅熔融物SM中连接至提拉构件128的晶种，并且在以预定的速度旋转的同时，通过提拉使晶锭生长；并且可形成在腔室111中供应惰性气体(例如氩(Ar)或氖(Ne))的气体供应管(未示出)。
[0037]在腔室111的下部可形成真空排出管(未示出)，该真空排出管连接至真空排出管系统(未示出)以通过抽吸至真空而排出由气体供应管供应的惰性气体。
[0038]在本申请中，惰性气体可向下流动(down flow)，其通过真空排出管的真空抽吸力而由气体供应管供应至腔室111的内部。
[0039]实施方式可采用Czochralski (CZ)方法，其中，根据生长硅单晶锭的制造方法，将单晶晶种浸溃在硅熔融物SM中，且然后通过从硅熔融物SM中缓慢地提拉单晶晶种而使晶体生长。
[0040]根据前述方法， 首先进行用于由晶种来生长薄且长的晶体的缩颈阶段(neckingprocess)，且随后进行以径向方向生长晶体以得到目标直径的放肩阶段。此后，进行用于使晶体生长为具有预定直径的晶体的主体生长阶段，并且在主体生长至预定长度后晶体的直径逐渐减小。最终，通过用于使单晶锭与熔融的硅分离的拖尾阶段而完成单晶生长。
[0041]实施方式可提供一种制造单晶锭的方法，一种单晶锭以及由该单晶锭制造的晶片，该单晶锭具有均匀的径向电阻率梯度(RRG)特性，也即，晶片的平面电阻(RES)值。
[0042]实施方式还提供了一种制造高质量N-型重掺杂的单晶锭的方法，一种单晶锭以及由上述单晶锭制造的晶片，所述高质量N-型重掺杂的单晶锭通过将RRG控制在5%以内而改善产率。
[0043]图2为示出了根据实施方式的晶片的平面RES分布的示意图，图3为示出了比较例的晶片的平面RES分布的示意图。
[0044]例如，图2和图3为实施例，在这些实施例中，通过4-点探针来测量平面RES值，然而实施方式不限于此。
[0045]如图2所示，当检测根据实施方式的单晶锭和晶片的平面RES分布时，可以确定的是，圆Iio的尺寸大于图3中圆10的尺寸。
[0046]这就意味着，根据实施方式的晶片在其中心部具有更大面积的均匀的RES值。同样，可以确定的是，在边缘部，相同区域(相同RES)的间隙是均匀的。这就意味着平面RES的分布也是均匀的。
[0047]实施方式可提供一种制造N-型重掺杂的单晶锭的方法，一种单晶锭以及由上述单晶锭制造的晶片，所述N-型重掺杂的单晶锭具有被控制在3%以内的晶片的平面RES值的均匀性。
[0048]同样，根据实施方式，可生长一种高质量N-型重掺杂的单晶锭以及一种晶片，所述高质量N-型重掺杂的单晶锭通过将RRG控制在5%以内而改善产率。
[0049]例如，相对于N-型晶体生长，(在该N-型晶体生长中，引入的用来调节电阻率的熔点低于硅(Si)的熔点的掺杂物具有挥发特性)，根据实施方式可提供一种N-型重掺杂的单晶锭和晶片以及一种制造该N-型重掺杂的单晶锭和晶片的方法，而在本实施方式中，将以5E17原子/cc或更高的浓度重掺杂的产品的RRG和均匀性分别控制在5%以内和3%以内。因此，可提供具有改善的产率的高质量N-型重掺杂的晶体和晶片。
[0050]图4为示出了根据实施方式的晶片的平面RES分布图解的示意图，图5为示出了比较例的晶片的平面RES分布图解的示意图。
[0051]垂直于根据本实施方式的单晶锭和晶片的生长轴方向的横截面可包括:具有中心部且RES值在0.0001 Ω -cm以内的第一区域110 ；RES值为0.0001 Ω -cm的第二区域120，第二区域120的RES值高于所述第一区域110的RES值；以及RES值为0.0001 Ω-cm的第三区域130，第三区域130的RES值高于所述第二区域120的RES值。此外，在实施方式中，可包括第四区域140，第四区域140的RES值高于所述第三区域的RES值。
[0052]在实施方式中，第一区域110的晶片表面积约为横截面的总面积的31%，然而在比较例中，第一区域10的晶片表面积仅约为横截面的总面积的22%。比较例可包括:第二区域20、第三区域30、第四区 域40，其中第二区域20的RES值高于第一区域10的RES值，第三区域30的RES值高于第二区域20的RES值，第四区域40的RES值高于第三区域30的RES 值。
[0053]同样，在实施方式中，第一区域110、第二区域120和第三区域130的面积和约为横截面的总面积的76%或更多，然而，在比较例中，第一区域10、第二区域20和第三区域30的面积和仅约为横截面的总面积的71%。
[0054]将实施方式和比较例的样品用于功率供应器件(PSD)以测量产率。两个样品均满足制造标准，然而实施方式的样品的产率约为99.4%，而比较例的样片的产率约为98.9%，因此产生约0.5%的产率差异。更具体地，在第四区域140中产生较大的产率差异。
[0055]实施方式可提供一种制造N-型重掺杂的单晶锭的方法，一种单晶锭以及由上述单晶锭制造的晶片，所述N-型重掺杂的单晶锭具有被控制在3%以内的晶片的平面RES值的均匀性。
[0056]同样，根据实施方式，可生长一种高质量N-型重掺杂的单晶锭以及一种晶片，所述高质量N-型重掺杂的单晶锭通过将RRG控制在5%以内而改善产率。
[0057]例如，相对于N-型晶体生长，(在该N-型晶体生长中，引入的用来调节电阻率的熔点低于硅的熔点的掺杂物具有挥发特性)，根据实施方式可提供一种N-型重掺杂的单晶锭和晶片以及制造N-型重掺杂的单晶锭和晶片的方法，而在本实施方式中，将尤其是以5E17原子/cc或更高的浓度重掺杂的产品的RRG和均匀性分别控制在5%以内和3%以内。因此，可提供具有改善的产率的高质量N-型重掺杂的晶体和晶片。
[0058]根据实施方式，由于难以始终得到每个区域的面积，用常规RRG和均匀性值来表示面积，并且所有的样品满足客户公司的制造标准。然而，用于得到较高产率的将RRG和均匀性分别控制在5%以内和3%以内可能会极大地影响功率器件的产率。
[0059]【表I】
[0060]
【权利要求】
1.一种制造单晶锭的方法，所述方法包括: 在腔室内的坩埚中形成硅熔融物； 在所述硅熔融物上制备晶种；以及 由所述硅熔融物生长单晶锭； 其中，将所述腔室的压力控制在约90托至约500托的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶锭的生长包括:控制所述硅熔融物和所述单晶锭之间的界面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述界面的控制中控制所述晶种的旋转速度和所述坩埚的旋转速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述界面的控制中将所述界面控制约3mm至约IOmm的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，将N-型掺杂物以5X 1017原子/cc或更高的浓度掺杂到所述硅熔融物。
6.根据权利要求1所述 的方法，其中，将所述单晶锭的RES(电阻率)控制为约0.001 Ω -cm 或更低 ο
7.一种硅晶片，所述硅晶片具有被控制在约5%以内的RRG (径向电阻率梯度)。
8.根据权利要求7所述的硅晶片，其中，该晶片的均匀性被控制在约3%以内。
9.根据权利要求7所述的硅晶片，其中，所述晶片包括: 具有中心部且RES值在约0.0001 Ω -cm以内的第一区域； RES值约为0.0001 Ω -cm的第二区域，所述第二区域的RES值高于所述第一区域的RES值；以及 RES值为0.0001 Ω -cm的第三区域，所述第三区域的RES值高于所述第二区域的RES值。
10.根据权利要求9所述的硅晶片，其中，所述第一区域的面积约为所述晶片的总面积的31%或更多。
11.根据权利要求9所述的硅晶片，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域的面积总和约为所述晶片的总面积的76%或更多。
12.—种单晶锭，所述单晶锭具有被控制在约5%以内的RRG (径向电阻率梯度)。
13.根据权利要求12所述的单晶锭，其中，垂直于所述单晶锭的生长轴方向的横截面包括: 具有中心部且RES值在约0.0001 Ω -cm以内的第一区域； RES值约为0.0001 Ω -cm的第二区域，所述第二区域的RES值高于所述第一区域的RES值；以及 RES值为0.0001 Ω -cm的第三区域，所述第三区域的RES值高于所述第二区域的RES值。
14.根据权利要求13所述的单晶锭，其中，所述第一区域的面积约为所述横截面的总面积的31%或更多。
15.根据权利要求13所述的单晶锭，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域的面积总和约为所述横截面的总面积的76%或更多。
16.根据权利要求12所述的单晶锭，其中，所述单晶锭的横截面中的均匀性被控制在3%以内。 ·
【文档编号】C30B15/20GK103459682SQ201280016690
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月20日 优先权日:2011年3月28日
【发明者】金尚熹, 黄晸河, 崔荣圭, 沈福哲 申请人:Lg矽得荣株式会社