В неустанном стремлении к закону Мура полупроводниковая промышленность предъявляет всё большие требования к качеству исходного материала — кремниевой пластины. Для производителей устройств с ультрамасштабной интеграцией (ULSI) минимизация дефектов имеет первостепенное значение для достижения высокой выходности и надёжности устройства. Среди различных кристаллических дефектов кристаллические частицы (COP) выделяются как критическая проблема, отличающая стандартную пластину от высокопроизводительной.

1. Что такое дефекты COP и почему они важны?

Дефекты COP — это нанометровые дефекты пустот, в частности, октаэдрические вакансии, которые образуются внутри кремниевого кристалла в процессе роста Чохральского (CZ). Они не являются поверхностными загрязнителями; скорее, они являются врождённой кристаллографической особенностью, встроенной в основную часть материала.

Эти пустоты обычно имеют размер от 100 до 200 нм и становятся видимыми на поверхности пластины в виде ямок для травления после определённых процессов очистки, таких как раствор Standard Clean 1 (SC-1).

Важным выводом отрасли является то, что эти дефекты исторически были ошибочно идентифицированы. Из-за их морфологии они впервые были обнаружены как LPD (дефекты световой точки) счётчиками частиц и долгое время ошибочно принимались за поверхностные загрязнители, появляющиеся при обработке пластин. Только в 1990 году исследования выявили их истинное происхождение: это кристаллографические дефекты, образовавшиеся в процессе роста кристаллов, что привело к их классификации как COP.

2. Почему стандартная очистка не устраняет COP?

Критической особенностью дефектов COP является то, что они не удаляются стандартными методами очистки пластин. На самом деле, как показали многочисленные исследования, повторные циклы очистки SC-1 могут увеличить наблюдаемую плотность COP. Это происходит потому, что: существующие поверхностные COP не растворяются; Травление проникает и расширяет подповерхностные микропустоты, вызывая появление новых COP на поверхности.

Это явление подчёркивает тот факт, что контроль COP должен осуществляться на стадии роста кристаллов, а не последующей обработкой пластин. Это фундаментальная проблема качества материалов.

3. Как мы с самого начала создаём кристаллы кремния с низким уровнем COP?

Более 30 лет сообщество материаловедения в области полупроводников использует фундаментальные исследования Воронкова, Фальстера и других для понимания и в конечном итоге контроля образования этих дефектов. Ключевым фактором является отношение скорости вытягивания кристалла (V) к осевому температурному градиенту на границе твёрдо-жидкость (G).

Согласно модели Воронкова, тип и плотность точечных дефектов, встроенных в растущий кристалл, определяются соотношением V/G:

Высокий V/G (Vacancy-Rich): способствует агломерации вакансий, что приводит к образованию COP-пустот.

Низкая V/G (интерстициально-богатая): приводит к образованию дефектов интерстициального типа.

4. Доказано: технология магнитного поля резко снижает плотность COP

Недавние достижения, подробно описанные в исследованиях роста CZ на 12 дюймов (300 мм), подчёркивают критическую роль поперечных магнитных полей. Применяя мощное магнитное поле (например, 3000Gs), турбулентная конвекция расплава может быть эффективно ослаблена. Это приводит к следующему:

Более стабильный поток расплава: подавляет колебания температуры и обеспечивает стабильный режим потока вблизи границы роста кристаллов.

Улучшенная однородность температуры: Создаёт более равномерное распределение температур внутри кремниевого расплава.

Более равномерный температурный градиент (G): Как показано в симуляциях процесса, более высокая напряжённость магнитного поля приводит к значительно более стабильному и равномерному радиальному температурному градиенту (G/Gc) на границе твёрдо-жидкость.

4. Пути выбывания COP

Основные технологические пути для устранения COP в последние годы включают:

(1) Генерировать монокристаллы кремния, легированные азотом;

(2) Отжиг водородом или аргоном устраняет поверхностные дефекты COP;

(3) Скорректировать продольный температурный градиент теплового поля для уменьшения плотности и размера дефектов COP.

5. Наше решение: поставка кремниевых пластин с низкими дефектами

Как профессиональный поставщик кремниевых пластин, PWG поставляет кремниевые пластины без COP, детали о пластинах следующие:

Свяжитесь с нашей командой продаж прямо сейчас, чтобы обсудить ваши требования и запросить смету. Давайте работать вместе, чтобы построить будущее электроники.

Ссылки

1. СИМИДЗУ, Х., И ИНОУЭ, Т. (2017). Краткое изложение контроля кристаллических дефектов в кремнии. J. Coll. Eng. Nihon Univ, 59(1).

2. ВАН, З., ЧЖАН, Ю., ЛЮ, Т., НИ, Х., РУЙ, Ю., МА, С., ВАН, Л., ЦАО, К., И ЯН, С. (2025). Влияние силы магнитного поля на однородность дефектов COP в 12-дюймовом монокристаллическом кремнии Cz. Журнал синтетических кристаллов, 54(12), 2101–2111.