[发明专利]生产单晶硅半导体晶片的方法、生产单晶硅半导体晶片的设备和单晶硅半导体晶片

说明书

本发明涉及用于生产单晶硅半导体晶片的方法、用于进行该方法的设备以及包含氧和至少一种n型掺杂剂的单晶硅半导体晶片。所述方法包括在石英坩埚中提供包含n型掺杂剂的硅熔体，其中所述熔体具有初始高度hM；通过向具有初始高度hm的所述熔体的上部体积选择性地供应热来从侧面加热所述熔体，其中所述高度hm小于所述高度hM；通过CZ法以拉制速度V从所述熔体拉制硅单晶；从所述生长的单晶和所述熔体之间的相界区域的上方加热所述熔体；从所述熔体的表面区域的上方加热所述熔体；使所述熔体经受磁场；用p型掺杂剂反掺杂所述熔体；和从所述单晶分离所述单晶硅半导体晶片。

本发明涉及用于生产包含氧和至少一种n型掺杂剂的单晶硅半导体晶片的方法，其中氧浓度和氧浓度的径向变化相对较低。本发明还涉及适于生产半导体晶片的设备，并且还涉及具有上述性质且具有至少300mm的直径的半导体晶片。

现有技术/问题

具有上述性质的单晶硅半导体晶片是特别用于生产基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电子部件的衬底。衬底的氧浓度必须尽可能低，因为在电子部件的生产过程中，氧有助于热施主(donor)的形成，这可能改变电阻，从而损害部件的操作性能(serviceability)。衬底的氧浓度必须相对较低的要求是一种挑战，特别是当半导体晶片同时预期具有至少300mm的直径时。

在此类情况下，必须通过CZ法生长从中分离半导体晶片的单晶。通过CZ法生长硅单晶包括在石英坩埚中熔化多晶硅，将籽晶浸没在所得熔体中并向上拉制籽晶以起动材料在籽晶下侧上结晶，同时旋转石英坩埚和籽晶。该材料的一部分形成硅单晶，通常从该晶体分离硅单晶半导体晶片。

硅熔体将氧从坩埚材料中溶解出来，并且该氧部分地掺入生长的单晶中，且部分地以气态SiO形式从熔体中逸出。必须采取特殊措施来确保单晶中的氧浓度保持足够低，以使单晶材料适于生产IGBT。

另一方面，晶格中氧的存在通过热或机械引入的应力增强了单晶硅半导体晶片的抗滑移性。当单晶中的氧浓度相对较低时，所面临的问题是，从此类单晶分离的单晶硅半导体晶片展现出边缘区域中的氧浓度下降，并且边缘区域特别易发生滑移。

当用n型掺杂剂(例如用磷光体)掺杂熔体时，掺杂剂随着单晶结晶的增加而在熔体中累积。由于这种偏析效应，单晶中的比电阻在朝向单晶下端的方向上下降。从单晶分离并且适合作为用于生产IGBT的衬底的半导体晶片可在其电学性质方面仅略有不同。为了抵消单晶长度上比电阻的降低，可向熔体中添加p型掺杂剂，例如硼，以补偿电荷载流子的偏析诱导性增加。该措施被称为反掺杂，并且详细描述于例如US2015/0 349 066 A1中。

US2007/0 193 501 A1描述了具有不大于4.33×10¹⁷个原子/cm³的氧浓度的单晶硅半导体晶片的生产，报告值根据新的ASTM被转换。该文献中包含的实施例显示确实生产了转化浓度为2.6×10¹⁷原子/cm³的半导体晶片。该文献中所述的生产方法包括使用反掺杂的CZ法生长单晶硅以增强产率。

EP 0 926 270 A1公开了一种环形加热设备，该设备的使用有助于SiO经由熔体表面逸出。

本发明的目的是说明可如何提供具有甚至更低的氧浓度的单晶硅n型掺杂半导体晶片，特别是氧浓度的径向变化减小的晶片，以及可如何优化此类半导体晶片的产率。

本发明的目的通过用于生产包含氧和至少一种n型掺杂剂的单晶硅半导体晶片的方法来实现，所述方法包括：

在石英坩埚中提供包含n型掺杂剂的硅熔体，其中所述熔体具有初始高度hM；

通过向所述熔体的具有初始高度hm的上部体积选择性地供应热来从侧面加热所述熔体，其中所述高度hm小于所述高度hM；

通过CZ法以拉制速度V从所述熔体拉制硅单晶；

从所述生长的单晶和所述熔体之间的相界区域的上方加热所述熔体；