[发明专利]具有<110>晶体取向的经外延涂布的硅晶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造具有<110>晶体取向的硅晶片的方法以及由此 制得的硅晶片。

背景技术

利用所谓的Czochralski(CZ)法生长单晶硅，尤其是在大直径 (≥300mm)硅棒的情况下。在此，将晶种送至在石英坩埚中熔化的硅 的表面上，并缓慢地向上拉起。在此，首先形成所谓的颈部，随后降低 拉伸速率并形成圆锥形区域，其转变为晶体的圆柱形区域。通常由晶种 的晶体取向预先确定关于晶体拉伸轴的晶格取向。晶体生长方向通常平 行于晶体拉伸方向或者垂直于棒材横截面的对应晶面，该面垂直于晶体 拉伸方向。

在CZ法中生长单晶期间，会产生许多类型的晶体缺陷。值得期待 的是，生长的晶体具有尽可能少的缺陷。特别重要的缺陷是滑移位错。 在晶体拉伸过程的许多位置上会产生这些位错，但是特别是在第一部分 的拉伸过程中会遇到，是通过在熔体表面与晶种之间的温度差而产生的。 位错是动态的，并且倾向于在晶格中最小自由能的方向上传播。

在期望<001>晶体取向的传统晶体生长中，位错通常在相对于拉伸轴 倾斜的方向上传播，因为这些方向是最小能量的路径。这例如在JP 03-080184中公开。通过适当地延长细颈部，这些位错向颈部表面传播， 并在此消失，然后形成圆锥形部分及随后实际的圆柱形晶体段。将颈部 变细至相对更小的直径，即形成所谓的细颈部(在该文献中也称作 Dash-neck)，由此可基本上消除了几乎沿着晶体生长轴但是并不与其平 行地传播的位错。US 5,828,823的教导包括：生长直径约为10mm的长 颈，以减少位错，此外还形成可以承载长的晶体的相应重量的颈。

对于一些应用值得期待的是提供具有除<001>以外的其他晶体取向 的硅晶片。这些可选择的取向之一是<110>。该晶体取向特别是由于其更 高的空穴迁移率而是有利的。

在以<110>取向生长的晶体中，低能量的晶面是{111}面，即垂直于 {110}面。位错因而以平行于<110>晶轴的方向传播。因此，这些位错无 法通过生长传统的颈部而消除，因为这些平行于颈部轴而不是与该轴成 夹角的位错并不向颈部表面传播。从如此拉伸的单晶制得的各个硅晶片 由此均包含位错。

为了避免该问题，JP 03-080184建议使用具有轻微取向错误的晶种， 从而使传播位错的低能量方向相对于生长轴稍微倾斜。通过使低能量方 向相对于生长轴倾斜，位错向颈部表面传播，并在形成圆柱形晶体段之 前加以消除。

US 5,769,941也涉及消除在<110>取向的晶体中轴向传播的位错。这 是通过如下方式实现的：倾斜晶种并由此将<110>方向({110}面的法向) 从晶轴倾斜，这允许位错向颈部表面传播。

在现有技术中已知的所有方法中，形成取向错误的硅单晶，其中取 向错误例如是2-5°(US 5,769,941)，或者为此可以选择<001>与<101> 方向之间的所有角度(JP 03-080184)。JP 63-123893公开了取向错误为 0.2-4°的晶体。

已经表明，取向错误的程度大幅影响由此制得的硅晶片的性能。为 硅晶片提供外延层通常是值得期待的。

EP 1 592 045 A1表明，<110>取向错误的晶片的外延层的表面粗糙度 取决于倾斜角(晶片表面的法向相对于真正的<110>方向的夹角)，并且 低于经抛光的硅晶片的粗糙度(不存在外延层)。在倾斜角为0-8°时可 以观察到该效果。

AFM显微照片显示了外延层上<110>取向的台阶和凸肩。根据EP 1 592 045 A1，可由倾斜角及两个台阶之间的距离直接预测凸肩的宽度。若 倾斜角超过1°，则单原子层台阶之间的凸肩的宽度为10nm或更小。