具有(110)晶体取向的经外延涂布的硅晶片及其制造方法技术

经外延涂布的硅晶片，其包括相对于｛１１０｝晶面取向错误的面作为晶片表面，其特征在于，将＜１１０＞方向从晶片表面的法向倾斜角度θ，倾斜的＜１１０＞方向的投影与所述晶片平面内的方向＜－１１０＞形成角度φ，而θ通过０≤θ≤３°且４５°≤φ≤９０°（以及所有对称等价的方向）给出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制造具有<110>晶体取向的硅晶片的方法以及由此制得的硅晶片。
技术介绍
利用所谓的Czochralski (CZ)法生长单晶硅，尤其是在大直径 (2 300 mm)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10 mm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 Al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 Al，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。即使应当尝试在CZ拉伸之后通过适当的措施(例如通过按取向的 钢丝锯切)再次完全减少取向错误，0。的取向错误(倾斜角)实际上仍 然是无法实现的。在钢丝锯切期间，半导体棒(不包括起始锥和结束锥) 的取向错误通常通过粘结在安装臂(Sageldste)上的棒块(Stabstiick) 相对于钢丝锯的由线锯钢丝(Sagedraht)形成的钢丝排(Drahtgatter)适 当取向而减少。因为安装臂根本无法完全精确地进行取向，并且无法避 免更小的误差，所以仅在很少的情况下实现恰好0。的取向错误。因此若 在本专利技术的范畴内提及取向错误为0。的晶体或晶片，则应当考虑最多约 为10分钟或0.2° (也参见JP63-123893)的更小的偏差。在钢丝锯切过程中单个棒块的取向错误的校正导致所锯的硅晶片具 有椭圆形的晶片形状，因为钢丝锯排(Drahtsagegatter)与棒块的圆柱形 外表面形成的夹角不等于90。。此外，在生产工艺上主要产生两个方面的 问题首先通过在棒块的两个末端处倾斜地切割而产生所谓的"半月形 晶片"，这导致晶片无法与通常使用的碳质安装臂(Kohldeiste)自动分 离；其次在边缘圆化时的复杂性明显增加，因为必须提供特殊的技术用 于椭圆形晶片的圆化。此外，在可商购的盒中运输未圆化的椭圆形晶片 会导致发生边缘断裂(Kantenausbriichen)的可能性增大，这还会导致晶 片废弃。此外，由于刀一样锋利的边缘，手工操作"半月形晶片"涉及对操 作人员而言提高的安全性风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过用于制造经外延涂布的硅晶片的方法实现的，其包括以下步骤a) 根据Czochralski法使用具有<110>取向的晶种拉伸具有<110>取 向的硅单晶，其几何轴相对于其真实的<110>晶轴倾斜特定的角度，从而 使所拉伸的<110>取向的硅单晶的几何轴相对于其真实的<110〉晶轴也 具有轻微的取向错误；b) 以如下方式对该硅单晶按取向实施圆柱形磨削，确定拉伸之后产 生的硅单晶的取向错误，适当校准在磨削机中的压块之间夹紧的单晶以 及磨光单晶的外表面，直至其具有均一的特定直径，并由此改变拉伸单 晶之后产生的取向错误；c) 从经圆柱形磨削的单晶切下晶片；d) 利用机械、化学或化学-机械法进一步加工如此切割的晶片，但 是通过这些方法基本上不变地保持表面的取向错误；e) 优选在如此进一步加工的晶片上施加外延层，其特征在于，<110>方向由晶片表面的法向倾斜角度e，而倾斜的<110>方向的投影与晶片平面中的方向<-110>形成角度(p，而e通过oses3。且45° Sep$90° (以及所有对称等价的方向)给出。优选采用轻微取向错误的晶种。其优选安装在晶种固定器上。 所用晶种的取向错误优选为5。或更小，更优选为3。或更小，特别优选为2。或更小。通过以不含位错的方式进行拉伸的要求以及通过因此所需的颈部长度限定下限。取向错误优选定位于最近的<100>面或<111>面的方向(参见关于晶向和晶面的定义的图1)。因此，以此方式拉伸的单晶也具有相应的取向错误。 对于所期望的最终直径150mm、 200 mm、 300 mm或450 mm，单晶的直径优选稍微增加(几个mm)。在随后对硅晶片实施边缘加工步骤(边缘磨削、边缘抛光)时才达到所期本文档来自技高网...

【技术保护点】
经外延涂布的硅晶片，其包括相对于（１１０）晶面取向错误的面作为晶片表面，其特征在于，将＜１１０＞方向从晶片表面的法向倾斜角度θ，倾斜的＜１１０＞方向的投影与所述晶片平面内的方向＜－１１０＞形成角度φ而θ通过０≤θ≤３°且４５°≤θ≤９０°（以及所有对称等价的方向）给出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E道布，H厄尔克鲁格，O施梅尔默，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]