[发明专利]生产包括硅的半导体晶圆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产包括硅的半导体晶圆的方法，包括：从在坩埚中加热的熔融物拉出籽晶的单晶体；向坩埚底部的中心供应热量；以及从拉出的单晶体切片半导体晶圆。

背景技术

坩埚通常包括含有二氧化硅(例如，石英)的材料。其通常填充有由多晶硅构成的块体和/或微粒，所述多晶硅借助于围绕坩埚设置的侧面加热器而熔化。在熔融物(melt)的热稳定阶段之后，多晶硅籽晶浸入到熔融物中并且升高。在该情形中，硅在籽晶被熔融物湿化的那端结晶。结晶率大致受籽晶升高的速度(晶体提升速度)以及熔融硅结晶的界面处的温度影响。通过合适控制这些参数，首先称为细颈部的区段被拉出，以便消除变位，接着是单晶体的圆锥形区段，且最后是单晶体的圆柱体状区段，半导体晶圆从该圆柱体状区段大致切片。

坩埚材料中的释放气态内含物、围绕块体和/或微粒的气体、在熔融物中出现的二氧化硅以及扩散到熔融物中的气体被认为是在单晶体中出现空隙(称为针孔缺陷)的可能原因。在小气泡传送到生长的单晶体与熔融物之间的界面时以及在单晶体围绕气泡结晶时可能出现空隙。如果在切片半导体晶圆的工艺期间分离平面与针孔缺陷相交，那么得到的半导体晶圆具有圆形凹陷或孔，该圆形凹陷或孔的直径通常在从数个微米至高达数个毫米。在其中出现这种针孔缺陷的半导体晶圆不能被用作用于生产电子部件的基底晶圆。

因此，已经公布了针对可能抑制这种针孔缺陷形成的许多建议。这些建议中的许多聚焦于改进坩埚材料的属性。然而，在该方面改进的坩埚是更为昂贵的或者带来其它缺陷，例如坩埚释放物质，该物质导致在单晶体中形成变位。

其它建议集中在块体和/或微粒熔融阶段期间抑制或消除小气泡。例如，因而US 2008/0011222 A1提出将侧面加热器的加热功率首先集中在坩埚的侧表面、并随后集中到坩埚的底表面上。这些措施的缺点在于，它们不再影响小气泡的出现并且小气泡到界面的运动只要生长单晶体就开始。

发明内容

本发明的目的在于提出一种方法，所述方法包括应对在单晶体中形成针孔缺陷的至少一种措施，所述方法在拉出单晶体的工艺期间是有效的。

该目的是通过一种用于生产包括硅的半导体晶圆的方法来实现的，所述方法包括：

从在坩埚中加热的熔融物拉出籽晶的单晶体；

向坩埚底部的中心供应热量，其中加热功率在被拉出的单晶体的圆柱体状区段的进程中增加至少一次达到不小于2kW并接着再次下降；以及

从拉出的单晶体切条半导体晶圆。

发明人确定，当在拉出单晶体的圆柱体状区段的工艺期间在坩埚底部的区域中的温度场变化至少一次时，由硅构成的半导体晶圆的针孔缺陷的频率明显降低，所述温度场变化使得坩埚底部中的最高温度从在坩埚底部的边缘处的位置迁移远至坩埚底部的中心。被认为的是在该进程中，附连到坩埚底部内壁的小气泡由对流驱动的熔融物流遣走，所述熔融物流将其运输远至熔融物的自由表面，所述自由表面不被坩埚和生长单晶体覆盖。由此，小气泡可离开熔融物而不会传送到生长单晶体和熔融物之间的界面。

温度场的变化优选地受加热装置(坩埚底部加热器)影响，所述加热装置邻近于坩埚底部并且可与坩埚被提升和下降。为此目的，坩埚底部加热器的加热功率增加至少一次至不小于2kW、优选地在2-5kW，并接着再次下降。加热功率优选地从0kW增加至少一次至2-5kW，并接着再次下降至0kW。加热功率小于2kW的增加对于避免针孔缺陷具有小量影响，且增加至大于5kW使得坩埚经受热应力到不恰当的程度，并且可触发在单晶体中形成变位。

坩埚底部加热器的加热功率优选地在一定时间段内以斜坡的方式增加，所述一定时间段不短于90分钟且不长于900分钟。在该情形中，单晶体从熔融物被拉离的速率优选地在0.3至0.8mm/分、尤其优选地在0.45-0.65mm/分。斜坡包括具有优选线性升高坩埚底部加热器的加热功率的区段；合适的话，具有坩埚底部加热器的恒定加热功率的区段；以及具有坩埚底部加热器的下降加热功率的区段。具有恒定加热功率的区段优选地在0-90分的时间段内延伸。包括1-10个这种斜坡的加热功率曲线是尤其优选的。