[发明专利]单晶硅半导体晶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及由硅制成的含氟的半导体晶片，其特别适用于制造电子 元件，这是因为其不具有被分级为干扰的团聚的本征点缺陷。本发明还 涉及用于制造该半导体晶片的方法。

背景技术

从微电子学的早期，硅半导体晶片的制造者就已经格外致力于至少 在其中提供了电子元件的结构的半导体晶片的区域中避免被分级为干扰 的缺陷。被归为本征点缺陷(间隙硅原子和空穴)的缺陷当在一个方向 上的最大空间尺寸可与最小元件结构的尺寸相比较或者更大时，一般被 分级为干扰。被位错环的网络围绕且具有微米范围内的尺寸的团聚的间 隙硅原子的缺陷被称为A缺陷或Lpit缺陷(“大尺寸腐蚀坑缺陷”)。这 些缺陷通常是不能接受的。由团聚的空穴形成的缺陷仅在它们小于最小 元件结构时才是容许的，该缺陷例如可通过红外激光散射光层析X射线 摄影法检测，称为COP缺陷(“晶体原生颗粒”)。

根据其正确性得到实验结果的支持的Voronkov理论，单晶中的点缺 陷浓度基本上通过熔体结晶期间的V/G比值确定，其中V代表结晶速率， G代表熔体和生长中的单晶之间的界面处的轴向温度梯度。根据该理论， 存在一个特定的V/G比值，在该V/G比值下间隙硅原子和空穴的浓度相 等。低于该比值时，存在过量的间隙原子，而高于该比值时，存在过量 的空穴。若主要的点缺陷类型在冷却期间处于过饱和状态，则可出现此 类点缺陷的附聚物。空穴(“voids”)的附聚物变得越大，则在所述附聚 物的形成温度的温度范围内的冷却期间的停留时间越长。因此，用于避 免干扰的空穴附聚物的一种策略在于，在冷却期间提供在形成温度即约 1100℃的范围内的尽可能短的停留时间。然而，直径为200mm或更大 的单晶无法任意地快速冷却，从而对该单晶而言，通过限制停留时间控 制缺陷尺寸是受限制的。另一种策略的目的在于尽可能控制V/G比值， 从而才实际上不出现明显过量的点缺陷类型。该控制在方法技术上是非 常复杂的，并且不够经济，因为在此情况下必须采用相对较低的速率V。 此外，可以采用的加工窗，即V/G比值必须控制在其内的数值范围，被 限制得窄。对于预定的G，拉伸速率V通常仅允许变化+/-0.01mm/min。 这最终通常导致部分单晶由于具有不被容许的缺陷而无法使用。

US 2003/0008479 A1描述了根据Czochralski法制造硅单晶的方法， 其中熔体中存在“卤素吸杂剂”导致熔体的净化，致使金属诱发的缺陷、 COP缺陷和其他缺陷减弱。在优选的实施方案中，该熔体含有至少0.01 重量％或至少4×10¹⁸个原子/cm³的“卤素吸杂剂”。

发明内容

本发明的目的在于以可靠和简单的方式避免在由硅制成的半导体晶 片中团聚的本征点缺陷的被分级为干扰的缺陷，并揭露了获得该半导体 晶片的特别经济的途径。

本发明涉及含氟的单晶硅半导体晶片，其中氟浓度为1×10¹⁰至 1×10¹⁶个原子/cm³，并且不含有直径大于或等于临界直径的团聚的本征 点缺陷。

本发明还涉及用于制造含有单晶硅的半导体晶片的方法，该方法包 括：提供用氟掺杂的硅熔体，并以一定的速率使该熔体结晶形成含有 1×10¹⁰至1×10¹⁶个原子/cm³的氟的单晶，在该速率下若省略作为掺杂剂 的氟则产生具有临界直径或更大直径的团聚的本征点缺陷，以及由该单 晶分离出半导体晶片。

本发明还涉及用于制造含有单晶硅的半导体晶片的方法，该方法包 括：提供硅熔体，其掺杂有最小浓度或超过所述最小浓度的氟，并以一 定的速率使该熔体结晶形成含有1×10¹⁰至1×10¹⁶个原子/cm³的氟的单 晶，在该速率下在该熔体中不存在氟时该单晶中会形成具有临界直径或 更大直径的团聚的本征点缺陷，以及由该单晶分离出半导体晶片，其中 在试验中确定氟的所述最小浓度，在该试验中由具有至少偶尔连续增大 的氟浓度的熔体在其他条件相同的情况下制造试验晶体，将在该试验晶 体中直径大于或等于临界直径的团聚的本征点缺陷消失时所达到的氟浓 度作为所述最小浓度。