[发明专利]具有经改进的机械强度的高电阻率单晶硅锭及晶片

说明书

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1x10supgt;14/supgt;个原子/cmsupgt;3/supgt;的浓度的氮及/或至少约1x10supgt;19/supgt;个原子/cmsupgt;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。

相关申请案的交叉参考

本申请是2017年6月6日申请的第PCT/US2017/036061号国际申请案的中国国家阶段申请案，其全部揭示内容以宛如全文引用的方式并入。第PCT/US2017/036061号国际申请案主张2016年6月8日申请的美国临时专利申请案第62/347143号的权益及2016年6月8日申请的美国临时专利申请案第62/347145号的权益。两个优先权文档的全部揭示内容以宛如全文引用的方式并入本文中。

技术领域

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

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。

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。

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-SOI)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。

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。

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。

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。

发明内容