CN114302981A - 由单晶硅制备半导体晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由单晶硅制备半导体晶片的方法，包括从坩埚中包含的熔体拉制单晶硅的圆柱形部分；对所述熔体施加水平磁场；在所述单晶的圆柱形部分的拉制期间，以旋转速度和旋转方向旋转所述坩埚；并且从所述单晶的所述圆柱形部分中分离单晶硅的所述半导体晶片。所述方法的特征在于旋转速度随时间平均的值小于1rpm，并且持续地改变所述旋转方向，并且改变所述旋转方向之前和之后的所述旋转速度的幅度不小于0.5rpm且不大于3.0rpm。

Description

由单晶硅制备半导体晶片的方法
本发明的主题是一种用于制备单晶硅的半导体晶片的方法。
单晶硅半导体晶片以工业规模地制备。从单晶的圆柱形部分取出半导体晶片，从而制备大量这样的半导体晶片，该单晶是从坩埚中的熔体中拉制的单晶。这种制造单晶的方法也称为CZ法。制备的半导体晶片通常进一步加工成电子元件。
现有技术/问题
特定的应用，尤其是在电力电子领域，需要具有相对较大直径的半导体晶片，在相对较窄的范围内以相对较低的浓度包含间隙氧(以下简称为氧)。在本说明书中，如果由新ASTM确定的氧的浓度不超过5x1017原子/cm3，则氧浓度被认为是相对较低的。
DE 10 2010 028 924 A1描述了如何通过将熔体暴露于水平磁场，并且通过降低坩埚的旋转速度来降低单晶中的氧浓度。
此外，JP 9 175 895 A2中的建议包括：从基本旋转速度开始周期性地增加坩埚的旋转速度，并且基本旋转速度和增加的幅度作为生长的单晶的长度的函数而增大。
现在已经确定，这样的教导，如果观察到的话，确实能够将单晶中的氧浓度降低到相对低的值，但是在单晶的长度上，浓度存在相对急剧的变化。
因此，本发明的目的是减少氧浓度的轴向波动。
本发明的目的通过一种用于制备单晶硅的半导体晶片的方法来实现，包括
从坩埚中的熔体拉制单晶硅的圆柱形部分；
对熔体施加水平磁场；
在单晶的圆柱形部分的拉制期间，以旋转速度和旋转方向旋转坩埚；以及
从单晶的圆柱形部分中移除单晶硅的半导体晶片，其中
随时间平均的旋转速度的量小于1rpm，并且持续地改变旋转方向，并且改变旋转方向之前和之后的旋转速度的幅度不小于0.5rpm且不大于3.0rpm。
通过采用本发明，能够将单晶的圆柱形部分中氧浓度的轴向波动减小一半以上，该波动表示为最大浓度和最小浓度之间的差。
本发明可以独立于单晶的圆柱形部分的直径来使用。单晶的圆柱形部分内的氧浓度不超过5×1017原子/cm3。本发明的方法优选用于制备直径至少为200mm的半导体晶片，更优选直径至少为300mm的半导体晶片。
对于要达到的目的，作为时间平均值的坩埚的旋转速度(平均旋转速度)必须小于1rpm，优选地不大于0.7rpm。坩埚的平均旋转速度的方向可以与单晶的旋转速度的方向一致或相反。方向优选为一致。此外，坩埚的旋转方向必须持续地改变，优选周期性地改变。周期的长度优选为10至100秒。旋转方向改变之前和之后，旋转速度的幅度不小于0.5rpm且不大于3.0rpm。不建议允许这个幅度超过上限，除非目标是单晶中的氧浓度超过5x1017原子/cm3。
在生长的单晶和熔体的相界区域，水平磁场的强度优选为不低于0.2T，并且不高于0.4T。
下面参照附图进一步描述本发明。
附图说明
图1示意性地示出了坩埚在一个周期的旋转速度的时间分布。
图2示出了两组单晶硅中的氧浓度与单晶的圆柱形部分中的轴向位置的函数关系。
所使用的附图标记列表
1旋转方向改变的时刻
具体实施方式
如图1所示，在一个周期内，坩埚沿旋转方向加速至幅度A1并再次制动，随后，直至旋转方向改变的时刻1，沿相反的旋转方向加速至幅度A2并再次制动。幅度A1和A2的大小不同，因此导致平均旋转速度在其中一个旋转方向。
示例：
通过CZ法拉制两组直径为300mm的单晶硅，并且从单晶的相应圆柱形部分取出半导体晶片。根据本发明拉制第一组单晶——即，具体地，在单晶的圆柱形部分的拉制过程中，通过改变坩埚的旋转方向，周期持续时间为40秒，并且幅度不超过1.1rpm。与此相反，另一组单晶在其他相同的条件下被拉制，坩埚的旋转方向没有任何改变。对于这两组，坩埚的平均旋转速度为0.6rpm。
将氧浓度确定为单晶的圆柱形部分中相对轴向位置P的函数，产生了图2所示的结果。因此，当采用本发明的方法时，能够预期氧浓度保持在相对狭窄的范围内。在本例中，赋值给根据本发明拉制的单晶的所有数据点(实心圆圈)位于由虚线划定的狭长范围内，氧浓度为4.4x1017原子/cm3至大约4.9x1017原子/cm3。
上述说明性实施例的描述应理解为示例。其中的公开内容一方面使本领域技术人员能够理解本发明及其相关优点，另一方面，在本领域技术人员的理解范围内，还包括对所描述的结构和方法的明显改变和修改。因此，意图是所有这样的改变和修改，以及等同物，都应该被权利要求的保护范围所覆盖。

Claims (3)

1.用于制备单晶硅的半导体晶片的方法，包括
从坩埚中包含的熔体拉制单晶硅的圆柱形部分；
对所述熔体施加水平磁场；
在所述拉制单晶的圆柱形部分的期间，以旋转速度和旋转方向旋转所述坩埚；并且
从所述单晶的所述圆柱形部分中移除单晶硅的所述半导体晶片，其特征在于
旋转速度随时间平均的量小于1rpm，并且持续地改变所述旋转方向，并且改变所述旋转方向之前和之后的所述旋转速度的幅度不小于0.5rpm且不大于3.0rpm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转方向以10到100秒的周期长度周期性地改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转速度随时间平均的量不超过0.7rpm。
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