具有经改进的机械强度的高电阻率单晶硅锭及晶片的制作方法

本发明大体涉及单晶硅锭及晶片的生产，所述锭及晶片具有低氧浓度、高电阻率及经改进的机械强度。

背景技术：

1、单晶硅是用于制造半导体或电子组件及太阳能材料的许多工艺中的起始材料。例如，由硅锭产生的半导体晶片通常用于集成电路芯片的生产中。在太阳能产业中，归因于没有晶粒边界和错位，可使用单晶硅来替代多晶硅。单晶硅锭经加工成所需要形状(例如硅晶片)，可从其产生半导体或太阳能晶片。

2、产生高纯度单晶硅锭的现有方法包含浮动区方法及磁场施加式丘克拉斯基(czochralski)(mcz)法。浮动区方法包含熔化超纯多晶硅棒的窄区且沿着所述棒缓慢平移经熔化区以产生具有高纯度的单晶硅锭。mcz工艺通过在坩埚中熔化多晶硅，将晶种浸入经熔化硅中且以足以实现锭所需的直径的方式抽出晶种而产生单晶硅锭。水平及/或垂直磁场可施加到经熔化硅以抑制将杂质(例如氧)并入生长中的单晶硅锭中。虽然浮动区硅锭通常含有相对低浓度的杂质(例如氧)，但归因于通过表面张力施加的限制，使用浮动区方法生长的锭的直径通常不大于约200mm。mcz硅锭相较于浮动区锭可以更高的锭直径产生，但mcz硅锭通常含有更高浓度的杂质。

3、在使用mcz方法生产单晶硅锭的过程期间，氧通过熔体固体或熔体晶体界面引入到硅晶锭中。氧会造成由锭生产的晶片中的各种缺陷，从而降低使用锭来制造半导体装置的良率。例如，绝缘栅极双极晶体管(igbt)、高质量射频(rf)、高电阻率绝缘体上覆硅(hr-soi)、电荷诱捕层soi(ctl-so1)及gan外延应用的衬底通常需要低氧浓度(oi)以便实现高电阻率。

4、使用浮动区硅材料来制造至少一些已知半导体装置以实现低oi和高电阻率。但是，浮动区材料是相对昂贵的且限于用于产生具有小于约200mm的直径的锭。因此，浮动区硅材料是昂贵的且不能够产生具有相对低的氧浓度的更高直径硅晶锭。

5、建立于高电阻率绝缘体上覆硅(hr-soi)上的高质量射频(rf)装置需要非常高的电阻率来实现良好的二次谐波性能(hd2)。为在装置制造及封装期间维持晶片的高电阻率，需要非常低的oi以便最小化oi的热施主影响且避免pn结的形成。但是，低oi晶片的机械强度严重降低，且这些晶片易于在soi线、epi反应器及装置制造步骤中的高温工艺步骤期间滑落。这造成soi晶片制造商以及装置制造商两者的高良率损失。

6、此背景技术部分希望向读者介绍可与本发明的各种方面相关的技术的各种方面，所述方面在下文中描述及/或主张。据信，此讨论有助于向读者提供背景信息以促进对本发明的各种方面的更好理解。因此，应理解，应从这个角度阅读这些陈述，而非将其作为现有技术的认可。

技术实现思路

1、在一个实施例中，本发明涉及一种单晶硅晶片，其包括：两个主要平行表面，其一者是所述单晶硅晶片的前表面及其另一者是所述单晶硅晶片的后表面；圆周边缘，其接合所述单晶硅晶片的所述前表面及所述后表面；块体区，其在所述前表面与所述后表面之间；及所述单晶硅晶片的中心平面，其在所述单晶硅晶片的所述前表面与所述后表面之间，其中所述块体区包括杂质，其包括至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮、至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗、或至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮与至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗的组合，及小于约6ppma的浓度的间隙氧(1980到1983年的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1)，且进一步其中所述单晶硅锭的主体具有至少约1000ohm cm的电阻率。

2、在一个实施例中，本发明进一步涉及一种使单晶硅锭生长的方法。所述方法包括：制备硅熔体，其中通过在内衬石英的坩埚中使多晶硅熔化且添加杂质源到所述内衬石英的坩埚而制备所述硅熔体，所述杂质包括锗、氮、或锗及氮的组合；及从所述硅熔体拉出所述单晶硅锭，所述单晶硅锭包括中心轴、冠部、与所述冠部相对的端部及所述冠部与所述相对端部之间的主体，所述主体具有侧向表面及从所述中心轴延伸到所述侧向表面的半径r，其中所述单晶硅锭的所述主体包括至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮、至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗、或至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮与至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗的组合，进一步其中所述拉制条件足以在所述单晶硅锭的所述主体中的产生小于约6ppma的间隙氧的浓度(1980到1983年的新astm：astm f121；1978年的din 50438/1)，且进一步其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约1000ohm cm的电阻率。

3、在一个实施例中，本发明进一步涉及一种单晶硅锭，其包括：中心轴、冠部、与所述冠部相对的端部及所述冠部与所述相对端部之间的主体，所述主体具有侧向表面及从所述中心轴延伸到所述侧向表面的半径r，其中所述单晶硅锭的所述主体包括杂质，其包括至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮、至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗、或至少约1x1014个原子/cm3的浓度的氮与至少约1x1019个原子/cm3的浓度的锗的组合，及小于约6ppma的浓度的间隙氧(1980到1983年的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1)，且进一步其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约1000ohm cm的电阻率。

4、存在关于上述的方面所提及的特征的各种改进。进一步特征也可并入上述方面中。这些改进及额外特征可个别或以任何组合存在。例如，下文关于所说明实施例的任一者所讨论的各种特征可单独或以任何组合并入上文描述的方面的任一者中。

技术特征：

1.一种单晶硅晶片，其包括：

2.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中间隙氧的所述浓度为小于约5ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

3.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中间隙氧的所述浓度为小于约4ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

4.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中间隙氧的所述浓度为小于约3ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

5.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述电阻率为至少约3000ohm cm。

6.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述电阻率为至少约10000ohm cm。

7.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述电阻率为至少约15000ohm cm。

8.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述电阻率为至少约20000ohm cm。

9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的单晶硅晶片，其中所述锗浓度为至少约1x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3。

10.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的单晶硅晶片，其中所述锗浓度为至少约5x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3。

11.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的单晶硅晶片，其中所述氮的浓度为至少约5x1014个原子/cm3且小于约1x1016个原子/cm3。

12.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的单晶硅晶片，其中所述氮的浓度为至少约1x1015个原子/cm3且小于约1x1016个原子/cm3。

13.一种生长单晶硅锭的方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述拉制条件足以在所述单晶硅锭的所述主体中产生小于约5ppma的间隙氧浓度，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f121；1978年的din 50438/1。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述拉制条件足以在所述单晶硅锭的所述主体中产生小于约4ppma的间隙氧浓度，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f121；1978年的din 50438/1。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述拉制条件足以在所述单晶硅锭的所述主体中产生小于约3ppma的间隙氧浓度，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f121；1978年的din 50438/1。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约3000ohmcm的电阻率。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约10000ohmcm的电阻率。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约15000ohmcm的电阻率。

20.根据权利要求13所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体具有至少约20000ohmcm的电阻率。

21.根据权利要求13到20中任一权利要求所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体包括至少约1x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3的浓度的锗。

22.根据权利要求13到20中任一权利要求所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体包括至少约5x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3的浓度的锗。

23.根据权利要求13到20中任一权利要求所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体包括至少约2x1014个原子/cm3且小于约2x1015个原子/cm3的浓度的氮。

24.根据权利要求13到20中任一权利要求所述的方法，其中所述单晶硅锭的所述主体包括至少约1x1015个原子/cm3且小于约1x1016个原子/cm3的浓度的氮。

25.一种单晶硅锭，其包括：

26.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中间隙氧的所述浓度为小于约5ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

27.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中间隙氧的所述浓度为小于约4ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

28.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中间隙氧的所述浓度为小于约3ppma，其中所述间隙氧浓度根据1980到1983的新astm：astm f 121；1978年的din 50438/1。

29.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中所述电阻率为至少约5000ohm cm。

30.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中所述电阻率为至少约10000ohm cm。

31.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中所述电阻率为至少约15000ohm cm。

32.根据权利要求25所述的单晶硅锭，其中所述电阻率为至少约20000ohm cm。

33.根据权利要求25到32中任一权利要求所述的单晶硅锭，其中所述锗浓度为至少约1x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3。

34.根据权利要求25到32中任一权利要求所述的单晶硅锭，其中所述锗浓度为至少约5x1019个原子/cm3且小于约1x1022个原子/cm3。

35.根据权利要求25到32中任一权利要求所述的单晶硅锭，其中所述氮的浓度为至少约2x1014个原子/cm3且小于约2x1015个原子/cm3。

36.根据权利要求25到32中任一权利要求所述的单晶硅锭，其中所述氮的浓度为至少约1x1015个原子/cm3且小于约1x1016个原子/cm3。

技术总结
本申请涉及具有经改进的机械强度的高电阻率单晶硅锭及晶片。本发明提供一种用于制备单晶硅锭的方法及从其切割的晶片。所述锭和晶片包括至少约1x10<supgt;14</supgt;个原子/cm<supgt;3</supgt;的浓度的氮及/或至少约1x10<supgt;19</supgt;个原子/cm<supgt;3</supgt;的浓度的锗、小于约6ppma的浓度的间隙氧及至少约1000ohm cm的电阻率。

技术研发人员：舒柏·巴萨克,伊格·佩杜斯,卡瑞喜玛·玛丽·哈德森,李衡敏,金昞天,罗伯特·J·法斯特
受保护的技术使用者：环球晶圆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13