TW202430736A

TW202430736A - 晶片

Info

Publication number: TW202430736A
Application number: TW113114492A
Authority: TW
Inventors: 林欽山; 王業鈞; 劉建成
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2022-07-08
Filing date: 2023-06-30
Publication date: 2024-08-01
Also published as: JP2025011278A; JP2024008874A; CN117364250A; US20240011186A1; US12123105B2; TWI878945B; TW202403134A

Abstract

一種晶片，包括一晶片本體，晶片本體的直徑大於等於150公厘，晶片本體的基面差排(Basal Plane Dislocation, BPD)小於等於1000 ea/cm ²，晶片本體的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於100 ea/wf。

Description

晶片

本發明是有關於一種晶片，且特別是有關於一種具有良好品質的晶片。

在習知的長晶方法的晶體的形成過程中，晶體在長晶爐熱場中的溫度容易因為晶體的位置而產生差異，例如晶體最上與最下方的兩端面的溫度差可高達100度左右。晶體的兩端面之間存在溫度不均的問題，造成晶體的兩端面之間的應力差較大，進而影響晶體的厚度、大小以及品質。

由習知的長晶方法所形成晶體經加工後得到的晶碇，其厚度較薄，大尺寸不易製作且品質較差。由晶碇經加工製程例如切割、研磨及拋光後得到的晶片，同樣地品質較差。

本發明提供一種晶片，其具有良好的品質。

本發明的一種晶片，包括一晶片本體，晶片本體的直徑大於等於150公厘，晶片本體的基面差排(Basel Plane Dislocation, BPD)小於等於1000 ea/cm ²，晶片本體的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於100 ea/wf。

在本發明的一實施例中，上述的晶片本體的基面差排(Basel Plane Dislocation, BPD)小於等於500 ea/cm ²、300 ea/cm ²或200 ea/cm ²。

在本發明的一實施例中，上述的晶片本體的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於50 ea/wf、30 ea/wf或10 ea/wf。

在本發明的一實施例中，上述的晶片本體的彎曲度(BOW)介於正負15微米、正負30微米或是正負50微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的晶片本體的翹曲度(WARP)小於等於50微米、小於等於30微米或是小於等於10微米。

基於上述，本發明的晶片的晶片本體的基面差排小於等於1000 ea/cm ²且柱狀疊差小於等於100 ea/wf，而具有良好的品質。

圖1是一種長晶爐系統的示意圖。請參閱圖1，長晶爐系統100包括一外部加熱模組110、一爐體120、一第一驅動裝置130、一第二驅動裝置140以及一控制裝置150。外部加熱模組110電性連接於電源供應器10。爐體120可運動地設置於外部加熱模組110之內，並與氣瓶50以氣管相接。第一驅動裝置130驅動爐體120沿軸線A1移動。第二驅動裝置140驅動爐體120沿軸線A1轉動。控制裝置150電性連接於第一驅動裝置130、第二驅動裝置140、外部加熱模組110、電源供應器10以及溫度計40。

控制裝置150控制第一驅動裝置130與第二驅動裝置140同時或不同時運作，以使爐體120在外部加熱模組110內移動或/且轉動。舉例來說，爐體120可以先上下移動，進而於同一高度轉動，最後在上下移動的過程中同時轉動。

因此，相較於習知的移動式長晶爐的外部加熱模組僅能相對於爐體上下移動，長晶爐系統100的爐體120除了可相對於外部加熱模組110上下移動，更可相對於外部加熱模組110做轉動，且長晶爐系統100可控制移動與轉動同時或不同時運作，這樣的設計可使爐體120加熱更均勻，進而使晶體200受熱更均勻，以獲得較厚且品質較佳的晶體200。

此外，外部加熱模組110為一加熱線圈組，且加熱線圈組涵蓋爐體120沿著軸線A1移動的移動範圍。

另一方面，第一驅動裝置130驅動爐體120沿著軸線A1移動的最大移動距離小於等於200公厘、最小可移動距離大於等於0.1微米以及移動的速率介於0.05公厘/小時至100公厘/分鐘之間。另外，第二驅動裝置140驅動爐體120沿著軸線A1轉動的最大轉速小於20rpm，且最小可調整轉速大於等於0.01rpm。

如圖1所示，長晶爐系統100更包括一隔熱層160包覆爐體120，且連動於爐體120，以保持爐體120的溫度，避免爐體120的溫度差異太大。另一方面，長晶爐系統100更包括一秤重器170，位於爐體120的下方，以秤量爐體120、隔熱層160、晶體200以及碳化矽原料20的總重量。這樣的設計可以偵測被抽掉的氣化的碳化矽原料20的重量損失。秤重器170可承受的最大負荷重大於等於3公斤，例如為5公斤或10公斤，而秤重器170可解析的重量損失速度最小大於等於0.1克/小時。

請再參閱圖1，當利用長晶爐系統100實施形成晶體200的長晶方法時，長晶爐系統100的爐體120內填充碳化矽原料20且於爐體120的內頂壁設有一晶種30，在經過一定時間後，可於晶種30下方形成晶體200。

圖2是依照本發明的一實施例所形成的晶體的示意圖。請參閱圖2，晶種30上沿一第一方向F1歷經多個時間，而形成一晶體200。晶體200包括沿第一方向F1堆疊的多個子晶體210a~210l。在這些時間中的每一個形成對應的子晶體210a~210l。在本實施例中，子晶體210a~210l的數量為12個，且這些時間的間隔為10小時，但數量以及間隔皆不以此為限，子晶體的數量可以為20個，且時間間隔為10小時，在其他實施例中，子晶體數量可以為10個，且時間間隔為5小時，可依據製設計而調整，本發明不以此為限。這些子晶體210a~210l包括遠離晶種30的多個端面220a~220l，仔細來說，端面220a~220l為固體也就是晶體200和昇華製程中之氣體的交界面。這些端面220a~220l的每一者的圓心O1分別位於第一方向F1對應這些端面220a~220l的相交處；值得注意的是，圖2僅是其中一種實施例，在其他實施例中，子晶體210a~210l之每一者從圓心O1到最大晶體半徑位置O2的大小可以一樣或不一樣，本發明不以此為限。

圖3是圖2的晶體200於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。如圖3所示，每一條線代表沿第一方向F1堆疊的多個子晶體210a~210l，並在這些子晶體端面220a~220l每一者測得的溫度，其中橫軸的晶體半徑位置0mm處代表這些端面220a~220l每一者的圓心O1，其餘晶體半徑位置則為從這些端面220a~220l每一者的圓心O1沿半徑方向R1相對於每一者的圓心O1的距離，值得注意的是，晶種30歷經多個時間，而形成一晶體200的過程，可包含了沿第一方向F1以及沿半徑方向R1生長，本發明不以此為限。

在這些端面220a~220l的溫度曲線中，當比較這些端面220a~220l每一者本身的溫度差異時，即每一端面220a~220l每一者本身從圓心O1到最大晶體半徑位置O2，端面220a具有最小的溫度差異，其溫度差約為3至5度。端面220l則具有最大的溫度差異，其溫度差約為10至15度。另一方面，當比較這些端面220a~220l於相同晶體半徑位置之間的溫度差異時，這些端面220a~220l的圓心O1具有較小的溫度差異，其溫度差約為0至3度。這些端面220a~220l的最大晶體半徑位置O2則具有較大的溫度差異，其溫度差則約為10至20度。也就是說，這些端面220a~220l中，無論是在相同半徑處或是不同半徑處，任兩者的溫度的差值約小於等於20度，例如為15度、10度、5度或2度，換句話說，不論晶體200沿著F1方向堆疊到第幾個子晶體210a~210l，在任何時間量測任何位置，其任兩者溫度差約小於等於20度，本實施例在晶體200生長製程中，利用縮小熱場之溫度梯度變異來生長應力小之高品質、大尺寸、厚度大的晶體200及晶片400 (圖6)。

圖4A是習知的固定式長晶爐形成的晶體於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。請參閱圖4A，在這些端面220a~220l的溫度曲線中，當比較這些端面220a~220l每一者本身的溫度差異時，端面220a具有最小的溫度差異，其溫度差約為5度。端面220l則具有最大的溫度差異，其溫度差約為15度。另一方面，當比較這些端面220a~220l於相同晶體半徑位置之間的溫度差異時，這些端面220a~220l的圓心的溫度差最大約為70度，這些端面220a~220l的最大晶體半徑位置O2的最大溫度差約為80度。

圖4B是習知的移動式長晶爐形成的晶體於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。請參閱圖4B，在這些端面220a~220l的溫度曲線中，當比較這些端面220a~220l每一者本身的溫度差異時，端面220a的具有最小的溫度差異，其溫度差約為5度。端面220l則具有最大的溫度差異，其溫度差約為15度。另一方面，當比較這些端面220a~220l於相同晶體半徑位置之間的溫度差異時，這些端面220a~220l的圓心的溫度差最大約為12度，這些端面220a~220l的最大晶體半徑位置O2的最大溫度差約大於20度。

綜合圖3、圖4A以及圖4B的結果，可以得知，藉由長晶爐系統100實施形成晶體200的長晶方法時，晶體200在這些端面220a~220l每一者本身的溫度差以及這些端面220a~220l之間的溫度差會顯著地降低，這樣的結果使晶體200間的應力差異降低，進而可使晶體200的厚度T1增加且品質及尺寸提升。

要說明的是，晶體200不以在長晶爐系統100中形成為限，在其他實施例中，只要晶體200的這些端面之間的任兩者的最大溫度差可以被控制在小於等於20度，也可達到同樣具有較厚厚度以及良好品質的效果。

圖5是圖2的晶體經滾圓加工後的晶碇。如圖5所示的晶碇300是經過上述的長晶方法所形成的晶體200經滾圓加工後的成品，而晶碇300具有晶體200的良好厚度以及品質的優點。因此，晶碇300的晶碇本體310的直徑D1大於等於150公厘，且厚度T1大於等於15公厘，例如直徑D1為150公厘，且厚度T1大於等於25公厘，或是直徑D1為200公厘，且厚度T1大於等於15公厘。晶碇本體310的厚度T1不以上述為限，在其他實施例中，晶碇本體310的厚度T1也可厚至100公厘。

圖6是圖5的晶碇經切割、研磨以及拋光加工後的晶片。如圖6所示的晶片400的直徑D2與圖5所示的晶碇300的直徑D1接近，因此，晶片400的晶片本體410的直徑D2大於等於150公厘或大於等於200公厘。

此外，經切割、研磨以及拋光加工後的晶片400同樣地具有晶碇300的良好品質。因此，晶片本體410的基面差排(Basal Plane Dislocation, BPD)小於等於1000 ea/cm ²，晶片本體410的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於100 ea/wf。基面差排(Basal Plane Dislocation, BPD) 例如為小於等於500 ea/cm ²、300 ea/cm ²或200 ea/cm ²。柱狀疊差(Bar Stacking Fault) 例如為小於等於50 ea/wf、30 ea/wf或10 ea/wf。

另一方面，晶片本體410的彎曲度(BOW)介於正負15微米、正負30微米或是正負50微米之間。晶片本體410的翹曲度(WARP)小於等於50微米、小於等於30微米或是小於等於10微米。

由本發明的長晶方法形成的晶體經滾圓加工後，可產出具有較厚厚度以及良好品質的晶碇，而此晶碇再經切割後可產出晶片。晶片的晶片本體的基面差排小於等於1000 ea/cm ²且柱狀疊差小於等於100 ea/wf，而具有良好的品質良好的品質。

A1:軸線 F1:第一方向 D1、D2:直徑 O1:圓心 O2:最大晶體半徑位置 R1:半徑方向 T1:厚度 10:電源供應器 20:碳化矽原料 30:晶種 40:溫度計 50:氣瓶 100:長晶爐系統 110:外部加熱模組 120:爐體 130:第一驅動裝置 140:第二驅動裝置 150:控制裝置 160:隔熱層 170:秤重裝置 200:晶體 210a、210b、210c、210d、210e、210f、210g、210h、210i、210j、210k、210l:子晶體 220a、220b、220c、220d、220e、220f、220g、220h、220i、220j、220k、220l:端面 300:晶碇 310:晶碇本體 400:晶片 410:晶片本體

圖1是一種長晶爐系統的示意圖。圖2是依照本發明的一實施例所形成的晶體的示意圖。圖3是圖2的晶體於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。圖4A是習知的固定式長晶爐形成的晶體於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。圖4B是習知的移動式長晶爐形成的晶體於多個時間的端面的溫度與晶體半徑位置的關係示意圖。圖5是圖2的晶體經滾圓加工後的晶碇。圖6是圖5的晶碇經切割、研磨以及拋光加工後的晶片。

D2:直徑

400:晶片

410:晶片本體

Claims

一種晶片，包括：一晶片本體，該晶片本體的直徑大於等於150公厘，該晶片本體的基面差排(Basal Plane Dislocation, BPD)小於等於1000 ea/cm ²，該晶片本體的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於100 ea/wf。
如請求項1所述的晶片，其中該晶片本體的基面差排(Basal Plane Dislocation, BPD)小於等於500 ea/cm ²、300 ea/cm ²或200 ea/cm ²。
如請求項1所述的晶片，其中該晶片本體的柱狀疊差(Bar Stacking Fault)小於等於50 ea/wf、30 ea/wf或10 ea/wf。
如請求項1所述的晶片，其中該晶片本體的彎曲度(BOW)介於正負15微米、正負30微米或是正負50微米之間。
如請求項1所述的晶片，其中該晶片本體的翹曲度(WARP)小於等於50微米、小於等於30微米或是小於等於10微米。