專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制備具有改善的柵氧化層完整性的單晶硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及按照直拉法制備單晶硅錠。尤其是，本發(fā)明涉及一種用于制備具有改善柵氧化層(柵氧化物)完整性的單晶硅晶片的高生產(chǎn)量方法，其中對(duì)單晶硅錠的生長(zhǎng)條件進(jìn)行控制，晶片從上述單晶硅錠得到。更具體地說(shuō)，控制單晶硅錠的生長(zhǎng)條件，其中包括生長(zhǎng)速度、平均軸向溫度梯度及冷卻速率，以便限制由單晶硅錠得到的單晶硅晶片中與空位有關(guān)的附聚缺陷尺寸，和在某些情況下與空位有關(guān)的附聚缺陷的密度，及任選的殘留空位濃度。此外，本發(fā)明涉及一種評(píng)價(jià)這些晶片柵氧化層完整性的更準(zhǔn)確而可靠的方法。
背景技術(shù)：
單晶硅是用于制造半導(dǎo)體電子元件的大多數(shù)方法中的原材料，所述單晶硅通常用所謂的直拉(“Cz”)法制備。在這種方法中，將多晶硅(“聚硅”)裝入一個(gè)坩堝并熔化，使一個(gè)籽晶與熔融硅接觸，和然后通過(guò)緩慢提取生長(zhǎng)單晶。在晶頸的形成完成之后，通過(guò)例如降低拉速和/或熔體溫度使晶體的直徑擴(kuò)大直至達(dá)到所希望的或目標(biāo)直徑為止。然后通過(guò)控制拉速和熔體溫度生長(zhǎng)具有近似恒定直徑的圓柱形晶體主體，而同時(shí)補(bǔ)充下降的熔體液位。在生長(zhǎng)過(guò)程接近結(jié)束但在坩堝排空熔融硅之前，通常是逐漸縮小晶體直徑，以便形成一個(gè)端錐形式的尾端(尾錐)。所述端錐通常是通過(guò)增加晶體拉速和供給坩堝的熱量形成。當(dāng)直徑變得足夠小時(shí)，則使晶體與熔體分離。
近年來(lái)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，隨著晶錠從固化溫度開(kāi)始冷卻，單晶硅中的許多缺陷在生長(zhǎng)室中形成。更具體地說(shuō)，隨著晶錠冷卻，在達(dá)到某個(gè)閾值(極限)溫度之前，一些本征點(diǎn)缺陷如晶格空位或硅自填隙仍然可溶于硅晶格中，低于上述閾值溫度則規(guī)定的本征點(diǎn)缺陷濃度將變成臨界過(guò)飽和。在冷卻到低于這個(gè)閾值溫度時(shí)，則產(chǎn)生一種反應(yīng)或附聚事件，導(dǎo)致形成附聚的本征點(diǎn)缺陷。
當(dāng)晶錠從固化溫度(亦即約1410℃)冷卻到一個(gè)高于約1300℃(亦即約1325℃、1350℃或更高)的溫度時(shí)，測(cè)定硅中這些本征點(diǎn)缺陷的類(lèi)型和初始濃度；也就是說(shuō)，這些缺陷的類(lèi)型和初始濃度用比值v/Go控制，此處v是生長(zhǎng)速度，及Go是在這個(gè)溫度范圍內(nèi)的平均軸向溫度梯度。一般地，從自填隙為主的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變成空位為主的生長(zhǎng)在v/Go的臨界值附近發(fā)生，根據(jù)目前可資利用的信息，v/Go的臨界值似乎是約為2.1×10-5cm2/sK，此處Go是在上述溫度范圍內(nèi)軸向溫度梯度恒定不變的條件下測(cè)定。因此，可以控制生產(chǎn)(工藝)條件如生長(zhǎng)速率(影響v)以及熱區(qū)配置(影響Go)，以便確定在硅單晶內(nèi)本征點(diǎn)缺陷主要是空位(此處v/Go一般大于該臨界值)還是自填隙(此處v/Go一般小于該臨界值)。
與晶格空位附聚有關(guān)的缺陷或空位本征點(diǎn)缺陷包括這樣一些可觀察的晶體缺陷，象D缺陷，流動(dòng)圖形缺陷(FPDs)，柵氧化層完整性(GOI)缺陷，晶體原生粒子(COP)缺陷，和晶體原生輕微點(diǎn)缺陷(LPDs)，以及某些種類(lèi)的用紅外光線散射技術(shù)(如掃描紅外顯微鏡和激光掃描層析X射線攝像術(shù))觀察的體缺陷。另外在過(guò)量空位的區(qū)域中存在的是起用于形成氧化誘生堆垛層錯(cuò)(OISF)的核作用的缺陷?？梢酝茰y(cè)，這種特定的缺陷是一種由存在過(guò)量空位而催化的高溫成核氧析出物。
附聚缺陷的形成一般在兩個(gè)步驟中發(fā)生首先，缺陷“成核作用”發(fā)生，它是本征點(diǎn)缺陷如空位在一規(guī)定溫度下過(guò)飽和的結(jié)果。一旦達(dá)到這個(gè)“成核閾值”溫度，本征點(diǎn)缺陷如空位就開(kāi)始附聚(亦即空隙形成開(kāi)始)。只要在其中存在本征點(diǎn)缺陷的這部分晶錠的溫度保持高于一第二閾值溫度(亦即“擴(kuò)散率閾值”)，上述本征點(diǎn)缺陷就繼續(xù)擴(kuò)散穿過(guò)硅晶格，低于上述第二閾值溫度則在大批實(shí)際時(shí)間段內(nèi)不再移動(dòng)。當(dāng)晶錠保持高于這個(gè)溫度時(shí)，空位本征點(diǎn)缺陷例如穿過(guò)晶格擴(kuò)散到附聚的空位缺陷或空隙已經(jīng)存在的那些位置，有效地使一規(guī)定的附聚缺陷在尺寸上生長(zhǎng)。這是由于這些附聚缺陷的位置基本上起“凹坑(壑，sink)”作用，同時(shí)由于附聚作用的更有利能態(tài)而吸引和收集空位本征點(diǎn)缺陷。因此，這些附聚的本征點(diǎn)缺陷的形成和尺寸依賴(lài)于生長(zhǎng)條件，所述生長(zhǎng)條件包括v/Go(它影響這些點(diǎn)缺陷的初始濃度)和冷卻速率或晶錠主體在一溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間，上述溫度范圍通過(guò)在上端處的“成核閾值”和在下端處的“擴(kuò)散率閾值”(它影響這些缺陷的尺寸和密度)二者限定。
最大化生產(chǎn)量是單晶硅晶片成本效益生產(chǎn)所主要考慮的問(wèn)題。結(jié)果，以最高的可能生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)單晶硅錠是所有硅制造廠家的目標(biāo)。然而，直到目前，一般還沒(méi)有明確的方法來(lái)利用這些生長(zhǎng)條件生產(chǎn)合格質(zhì)量的單晶硅。例如，高拉速/冷卻速率通常意味著高空位濃度，而所述高空位濃度導(dǎo)致高濃度的小附聚缺陷。這些條件例如對(duì)于輕微點(diǎn)缺陷(LPDs)是有利的，因?yàn)榧呻娐分圃鞆S家通常要求對(duì)一種200mm直徑的晶片尺寸超過(guò)大約0.2微米的這些缺陷數(shù)不超過(guò)大約20。然而，這些條件也是不利的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上認(rèn)為它們生產(chǎn)出具有很差柵氧化層完整性的晶片。相反，當(dāng)應(yīng)用較慢的拉速/冷卻速率作為由其改善GOI(緩慢冷卻通常造成少量很大附聚的空位缺陷形成)的手段時(shí)，LPDs的最終尺寸不合格。
對(duì)于高拉速/冷卻速率，另外的考慮范圍是殘留的空位濃度。更具體地說(shuō)，高拉速通常導(dǎo)致在形成的硅中的高空位濃度，以及高冷卻速率。高冷卻速率本身又通常導(dǎo)致高殘留空位濃度(亦即一旦硅冷卻到其中空位基本上不再移動(dòng)的溫度，硅中存在的硅晶格空位的濃度)。高殘留空位濃度是有問(wèn)題的，因?yàn)樵陔S后加熱時(shí)，它們可能導(dǎo)致無(wú)控制的氧析出作用。
因此，一直需要有一種方法，利用該方法可以在一些條件下用直拉法生長(zhǎng)單晶硅錠，在上述條件下不僅使生產(chǎn)量達(dá)到最大，而且還使由其得到的硅晶片成品率最大。這種方法這樣優(yōu)化生長(zhǎng)條件，以便可以根據(jù)限定附聚的空位缺陷尺寸和在某些情況下限定附聚的空位缺陷密度以及殘留的空位濃度的需要，應(yīng)用一規(guī)定拉晶機(jī)最快可能的拉速。

發(fā)明內(nèi)容
因此在本發(fā)明的一些特點(diǎn)中，是提供一種單晶硅錠及一種用于制備所述單晶硅錠的方法，從上述單晶硅錠可以得到具有改善的柵氧化層完整性的單晶硅晶片；提供這樣一種方法，其中對(duì)一規(guī)定的拉晶機(jī)，可以應(yīng)用最高可能的拉速，因此使生產(chǎn)量和成品率都最大；提供這樣一種方法，其中控制生長(zhǎng)條件以便限制所形成的附聚空位缺陷的尺寸；提供這樣一種方法，其中控制附聚空位缺陷的密度；及提供這樣一種方法，其中限制殘留的空位濃度以避免無(wú)控制的氧析出作用。
因此，簡(jiǎn)要地說(shuō)，本發(fā)明針對(duì)一種用于生長(zhǎng)單晶硅錠的方法，其中晶錠包括一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾端及一個(gè)恒定直徑部分，所述恒定直徑部分在籽晶錐和尾端之間，它具有一個(gè)側(cè)表面和一個(gè)從中心軸延伸到側(cè)表面的半徑，晶錠按照直拉法從硅熔體生長(zhǎng)和然后從固化溫度冷卻。該方法包括(i)在生長(zhǎng)晶體的恒定直徑部分期間控制生長(zhǎng)速度v和平均軸向溫度梯度Go，以便形成一個(gè)繞中心軸在軸向上對(duì)稱(chēng)的晶段，其中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，所述晶段具有一至少約為半徑的25％的徑向?qū)挾?；?ii)使晶錠冷卻，以便在軸向上對(duì)稱(chēng)的晶段中形成附聚的空位缺陷和一個(gè)晶格空位本征點(diǎn)缺陷的殘留濃度，其中附聚(聚集)的空位缺陷具有一小于約70nm的平均半徑，并且殘留的晶格空位本征點(diǎn)缺陷的濃度小于在冷卻的晶段經(jīng)受氧析出熱處理時(shí)產(chǎn)生無(wú)控制(不受控制)的氧析出的閾值濃度。
本發(fā)明還針對(duì)一種單晶硅晶片，所述單晶硅晶片包括一個(gè)前表面、一個(gè)后表面、一個(gè)連接前表面和后表面的側(cè)表面、一個(gè)垂直于前表面和后表面的中心軸和一個(gè)繞中心軸軸向?qū)ΨQ(chēng)的晶段，所述晶段基本上從前表面延伸到后表面，其中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，晶段具有一至少約為半徑的25％的徑向?qū)挾?，并含有附聚的空位缺陷和一晶格空位殘留濃度，其?i)附聚的空位缺陷具有一小于約70nm的平均半徑，和(ii)晶格空位本征點(diǎn)缺陷的殘留濃度低于一在晶段經(jīng)受氧析出熱處理時(shí)產(chǎn)生無(wú)控制的氧析出的閾值濃度。
本發(fā)明另外還針對(duì)一種單晶硅晶片，所述單晶硅晶片包括一個(gè)前表面、一個(gè)后表面、一個(gè)連接前表面和后表面的側(cè)表面一個(gè)垂直于前表面和后表面的中心軸及一個(gè)晶段，所述晶段繞中心軸在軸向上對(duì)稱(chēng)，它基本上從前表面延伸到后表面，其中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，晶段具有一至少約為半徑的25％的徑向?qū)挾?，并含有附聚的空位缺陷和一晶格空位殘留濃度，其?i)附聚的空位缺陷具有一小于約70nm的平均半徑，和(ii)通過(guò)經(jīng)受一快速熱退火時(shí)一其中晶片在基本上沒(méi)有氧存在的情況下快速加熱到約1200℃溫度并然后冷卻，及然后經(jīng)受一氧析出熱處理一包括主要是將晶片在800℃下進(jìn)行約4小時(shí)和然后在1000℃下進(jìn)行約16小時(shí)退火，使形成的氧析出物濃度將低于約1×108cm-3。
本發(fā)明還針對(duì)一種評(píng)價(jià)一群?jiǎn)尉Ч杈臇叛趸瘜油暾缘姆椒āＫ龇椒ò?i)測(cè)定(確定)上述晶片群的第一分組隨施加到所述第一分組上的應(yīng)力量而變化的介電擊穿特性，其中應(yīng)力量以一第一速率從一個(gè)初始值增加到一個(gè)最終值；(ii)測(cè)定上述晶片群的第二分組隨施加到所述第二分組上的應(yīng)力量而變化的介電擊穿特性，其中應(yīng)力量以一第二速率從一個(gè)初始值增加到一個(gè)最終值，并且第二速率與第一速率不同，及(iii)利用在步驟(i)和(ii)中所測(cè)定的介電擊穿特性來(lái)預(yù)報(bào)在一規(guī)定電場(chǎng)下晶片群的柵氧化層故障率。
本發(fā)明的另一些目的和特點(diǎn)一部分是顯而易見(jiàn)的，一部分在下面指出。


圖1是一段單晶硅晶片的示意剖視圖，所述單晶硅晶片具有一淀積于其表面上的氧化物層，圖1以放大細(xì)部示出氧化物層中在產(chǎn)生易破點(diǎn)(用“B”表示)的表面處的空隙(用“A”表示)。
圖2是示出一斜坡電場(chǎng)測(cè)試中含有空隙和沒(méi)有空隙的硅二者之中典型電介擊穿分布的示意曲線圖。
圖3是將一“正常的”(或高密度)含空位硅晶片的介電擊穿分布與一“改善的”緩慢冷卻(或低密度)硅晶片的介電擊穿分布進(jìn)行比較的示意曲線圖；對(duì)一緩慢冷卻的晶體(含有較低的空隙數(shù)量密度)達(dá)到任意限定的測(cè)試電場(chǎng)8MV/cm的擊穿事件的總累計(jì)數(shù)較低。
圖4是示出在一恒定場(chǎng)(或電流)測(cè)試中介電擊穿故障Weibull表示的示意曲線圖。
圖5是示出介電擊穿故障的Weibull表示的示意曲線圖，其中應(yīng)力水平(應(yīng)力級(jí))被改變(改變電場(chǎng)或電流)。
圖6是示出在5MV/cm時(shí)典型的與空隙有關(guān)的故障機(jī)制的恒定場(chǎng)介電擊穿分布的曲線圖(標(biāo)準(zhǔn)空隙分布；0.1cm2；21nm氧化物，測(cè)試166個(gè)器件；10V應(yīng)力，供擊穿用的最多時(shí)間2000秒；時(shí)間參數(shù)，a＝0.15)。
圖7是斜坡電場(chǎng)(ramped field)數(shù)據(jù)的Weibull分析示意圖。
圖8是示出在含空隙的硅上可變斜坡測(cè)試結(jié)果的曲線圖。
圖9是示出Weibull圖的曲線，所述Weibull圖比較了典型的“正常的”(用“SR-STD”表示)材料和“緩慢冷卻的”(用“SR-SAC”表示)材料(無(wú)缺陷的外延材料，用“SR-EPI”表示，供作參考)的斜坡電場(chǎng)擊穿分布。
圖10是示出在“正常的”(或高密度)材料和“緩慢冷卻的”(或低密度)材料中如果二者的不同只是缺陷密度減小時(shí)的擊穿分布示意曲線圖。
圖11是示出在“正常的”(或高密度)材料和“緩慢冷卻的”(或低密度)材料中如果二者的不同只是缺陷密度減小時(shí)的擊穿分布示意曲線圖(以Weibull形式繪圖)。
圖12是一種Weibull分析示意圖，該圖詳細(xì)示出作為空隙尺寸的結(jié)果而產(chǎn)生的移動(dòng)；也就是說(shuō)，圖12示出空隙對(duì)介電擊穿分布(對(duì)正常的或高密度材料和緩慢冷卻的或低密度材料)尺寸影響的Weibull視圖。
圖13示出在含空隙的材料中計(jì)算得的氧化物可靠性測(cè)試的結(jié)果；也就是說(shuō)，圖13示出從對(duì)標(biāo)準(zhǔn)(下面曲線)和緩慢冷卻(上面曲線)的材料(2lnm氧化物；用于5V室溫操作的預(yù)報(bào))的斜坡測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)的可靠性。
圖14示出一規(guī)定的含空隙材料(用“STD”表示)、以及用于比較的“緩慢冷卻”(用“SAC”表示)和“快速冷卻”(用“U97-DDef”表示，由快速冷卻晶錠的尾端部分得到)材料的擊穿分布的曲線圖。
圖15是示出用于圖14的標(biāo)準(zhǔn)材料(上面曲線)和“快速冷卻”(下面曲線)材料的可靠性外推的曲線圖；也就是說(shuō)，圖15示出從比較標(biāo)準(zhǔn)和快速冷卻空隙類(lèi)型(21nm氧化物；由5V室溫操作的預(yù)報(bào))的斜坡測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)的可靠性。
圖16是示出在最典型的冷卻速率下生長(zhǎng)晶體時(shí)產(chǎn)生空隙的曲線圖(表明，在這些條件下，空位對(duì)空隙的消耗足以使它們的濃度降低到一個(gè)低于空位變得結(jié)合氧時(shí)析出增加閾值的值)。
圖17是示出在生長(zhǎng)晶體時(shí)產(chǎn)生空隙的曲線圖，所述生長(zhǎng)晶體與圖16中的晶體相比更迅速地冷卻(表明，通過(guò)更快速地冷卻穿過(guò)空隙生長(zhǎng)狀態(tài)，由于在晶體進(jìn)入結(jié)合狀態(tài)時(shí)的高含量殘留空位，產(chǎn)生異常高的氧析出值)。
圖18、19和20是示出一系列模型用于預(yù)報(bào)在規(guī)定條件下硅材料性能的曲線圖。一般地，這些曲線示出，對(duì)于不同的條件(比如生長(zhǎng)條件，冷卻速率等)，得到一定尺寸的空隙和一定的殘留空位濃度。因此，應(yīng)該注意，盡管這些曲線示出了可以生產(chǎn)一規(guī)定材料的生長(zhǎng)條件的一般范圍，但可以進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以便改進(jìn)在這些范圍內(nèi)或附近的條件。如圖所示X軸(對(duì)數(shù)標(biāo)尺，范圍從約0-100)是冷卻速率(K/min)；Y軸(范圍從約0.01-0.25)是So(當(dāng)根據(jù)比例v/Go形成硅時(shí)的空位濃度)；大體上對(duì)角線的虛線/點(diǎn)劃線表示殘留空位濃度(Crcs)；大體上對(duì)角線的實(shí)線表示空隙半徑(Rv)；及Nv表示空隙密度(每個(gè)Nv值的大體上“L”形的線是空隙密度的等值線，每個(gè)等值線都具有基本上相同的下限，低于該下限則形成“無(wú)缺陷”的材料)。另外，因?yàn)樾枰獙?duì)某些參數(shù)的值作出某些假定，上述這些參數(shù)包括在需要產(chǎn)生這些曲線的計(jì)算中，所以應(yīng)該理解，這些曲線用以證明存在一組工作條件或空間，在這些工作條件或空間中可以制造本發(fā)明的“有用的，功能完善的”硅；因此，這個(gè)空間的邊界不能精確限定其中在所有拉晶機(jī)中可以制造本發(fā)明的“有用的，功能完善的”硅的操作條件的邊界。更具體地說(shuō)圖18是示出空隙尺寸、空隙密度和隨所包括的正?；饺埸c(diǎn)濃度的空位濃度So而變的殘留空位空間與冷卻速率之間關(guān)系的曲線圖(空隙密度N，以1×105cm-3，1×106cm-3，1×107cm-3和1×108cm-3表示；殘留空位濃度Cres以1×1012cm-3，3×1012cm-3和1×1013cm-3表示；及空隙半徑Rv以30nm和15nm表示)。
圖19是示出操作條件示例性“窗口”的曲線圖，在所述操作條件下可以以標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)模型形成“有用的，功能完善的”硅，并假定應(yīng)用一固定不變的冷卻速率(空隙密度Nv以1×105cm-3，1×106cm-3，1×107/cm-3和1×108cm-3表示；殘留空位濃度Cres以1×1012cm-3，3×1012cm-3和1×1013cm-3表示；及空隙半徑Rv以30nm和15nm表示)。
圖20是示出操作條件示例性“窗口”的曲線圖，在所述操作條件下可以以修改的生長(zhǎng)模型形成“有用的，功能完善的”硅，其中應(yīng)用一種兩級(jí)冷卻速率(空隙密度Nv以1×104cm-3，1×105cm-3，1×106cm-3和1×107cm-3和1×108cm-3表示；殘留空位濃度Cres以3×1012cm-3和1×1013cm-3表示；及空隙半徑Rv以30nm和15nm表示)。
具體實(shí)施例方式根據(jù)迄今為止的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，似乎是目前公認(rèn)的用于確定單晶硅晶片中柵氧化層完整性的實(shí)際操作是不準(zhǔn)的，而結(jié)果導(dǎo)致處理掉或報(bào)廢一些原本可以使用的合格的晶片。更具體地說(shuō)，柵氧化層完整性要求通常用在一規(guī)定電場(chǎng)下的故障百分率表示，上述電場(chǎng)顯著大于集成電路工作的電場(chǎng)(比如，工作電場(chǎng)的2倍、3倍、4倍等)。正如下面進(jìn)一步說(shuō)明的，這些測(cè)試可以，并且現(xiàn)在相信，的確造成廢棄可以合格地使用的材料。這種報(bào)廢主要是得出錯(cuò)誤結(jié)論的測(cè)試的結(jié)果，所述錯(cuò)誤結(jié)論為在一規(guī)定晶片中少數(shù)大的附聚缺陷優(yōu)于許多相比較小的缺陷。
因此，本發(fā)明通過(guò)操縱在某些情況下與密度無(wú)關(guān)的空隙尺寸，通過(guò)控制在生長(zhǎng)期間的晶錠生長(zhǎng)條件(包括生長(zhǎng)速率v及平均軸向溫度梯度Go，如本文所限定的)，及在某些溫度范圍內(nèi)的晶錠冷卻速率，以便滿足在電場(chǎng)和時(shí)間二者上明確的故障分布要求(亦即GOI要求)，能從一規(guī)定的單晶硅錠得到更多的晶片。此外，可以控制冷卻速率以避免殘留的空位濃度，上述殘留的空位濃度是如此之高，以致發(fā)生隨后氧附聚反應(yīng)的大量催化作用。優(yōu)選的是避免這些反應(yīng)，因?yàn)檫@種空位催化的氧附聚物可能并且通常的確是在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)得足夠大，以致它們不能用隨后的熱處理(例如像美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761和PCT/US99/19301中所介紹的方法，二者包括在本文中作為參考文獻(xiàn))消除。結(jié)果，這些晶片的氧沉淀性能失去控制，同時(shí)阻止在普通條件下形成潔凈區(qū)(denuded zone)；也就是說(shuō)，如果殘留空位濃度太高，則經(jīng)受美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761和PCT/US99/19301中所介紹的熱過(guò)程的晶片不產(chǎn)生所希望的結(jié)果。
柵氧化層完整性測(cè)定現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，空隙，或附聚的空位缺陷與硅-二氧化硅界面(用“A”表示)相交在柵氧化層中形成“易破點(diǎn)”(用“B”表示)，同時(shí)造成介電擊穿事件，所述介電擊穿事件在通常低于從無(wú)空隙界面所預(yù)期的電場(chǎng)下發(fā)生。在柵氧化層中存在的這些“易破點(diǎn)”是大約過(guò)去10年里涉及硅材料性能的主要問(wèn)題。最近，在理解與空隙有關(guān)的擊穿分布的詳細(xì)性質(zhì)在電場(chǎng)和應(yīng)力-時(shí)間方面作為空隙尺寸分布和氧化物厚度的函數(shù)已取得了進(jìn)步。這種進(jìn)步已導(dǎo)致各種重要的結(jié)論，這些重要結(jié)論在本文中進(jìn)一步說(shuō)明并用作本發(fā)明的基礎(chǔ)。
介電擊穿及材料可靠性-與空隙有關(guān)的介電擊穿現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，圖2示出在含空隙的硅和無(wú)空隙的硅(比如，外延，基本上沒(méi)有缺陷或填隙式硅)典型擊穿事件分布的示意曲線。這個(gè)曲線圖示出用一比較大的電容取樣面積(約0.1cm2)情況下在一具有20nm柵氧化層系統(tǒng)中的示例性結(jié)果。介電擊穿測(cè)試為任何規(guī)定系統(tǒng)中層錯(cuò)分布提供了活動(dòng)的“窗口”?！按翱凇毕鄬?duì)于研究中缺陷的相對(duì)位置由這個(gè)缺陷的密度與電容面積的乘積確定。如果乘積太大或太小，則基本上不能觀察到什么。因此，在圖2所示的示意圖中，假定選擇到了最佳情況。
在介電擊穿測(cè)試中空隙的作用是在中等電場(chǎng)范圍內(nèi)形成一個(gè)擊穿事件的峰值。此外，在與空隙有關(guān)的故障峰之外，有一種第二類(lèi)缺陷，所述第二類(lèi)缺陷用一第二峰表示，第二類(lèi)缺陷是在較高電場(chǎng)下?lián)舸┦录植嫉脑?。正是這種第二類(lèi)擊穿或擊穿方式完成所有器件的擊穿過(guò)程。已發(fā)現(xiàn)這種方式對(duì)基本上是其中包括無(wú)缺陷材料(比如外延硅)的所有類(lèi)型的材料都是共同的，并且是由于一種與空隙無(wú)關(guān)的效應(yīng)。因而，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，這一般不是本發(fā)明實(shí)際上重要的材料特性，因此不再作進(jìn)一步討論；也就是說(shuō)，對(duì)于本發(fā)明的場(chǎng)合，我們僅涉及第一峰。
這種第一峰的存在意味著與空隙有關(guān)的擊穿是一種有限的作用。這種情況的簡(jiǎn)單原因是在任何規(guī)定的樣品中都有有限數(shù)量的可計(jì)數(shù)的空隙。當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到高于第二峰末端的值時(shí)，系統(tǒng)中的所有空隙都“接通(turn on)”；也就是說(shuō)，所有的空隙都從實(shí)際的物理“缺陷”(亦即空隙)轉(zhuǎn)變成可觀察的電缺陷(亦即擊穿部位)。在所述峰下電檢測(cè)的缺陷積分等于與界面相交的物理空隙總數(shù)。
在由空隙產(chǎn)生的電層錯(cuò)場(chǎng)(亦即峰的寬度)中這種分布的原因可以認(rèn)為是一種實(shí)際空隙大小中的散布，而更重要的是在由空隙大小和空間分布而產(chǎn)生的空隙界面交點(diǎn)剖面中散布的結(jié)合?？梢钥闯觯景l(fā)明材料峰的形狀(除了簡(jiǎn)單平均值之外)是材料可靠性方面一個(gè)重要的參數(shù)。
擊穿要求和材料篩選半導(dǎo)體器件制造廠家一般關(guān)心兩個(gè)問(wèn)題(i)器件的成品率怎樣，和(ii)器件的時(shí)間可靠性怎樣；換句話說(shuō)，器件制造廠家關(guān)心在一些短期操作測(cè)試中發(fā)現(xiàn)有多少件有缺陷的器件(亦即“成品率”)及有多少件有缺陷的器件后來(lái)在器件的使用期內(nèi)產(chǎn)生(亦即“可靠性”)。這些問(wèn)題要求進(jìn)一步說(shuō)明；例如，人們必須考慮器件的工作條件是什么及允許缺陷隨時(shí)間變化的范圍是什么。起初，如果對(duì)這些問(wèn)題假定某些一般是標(biāo)準(zhǔn)的答案，則工作電場(chǎng)是約為2.5MV/cm(對(duì)20nm氧化物和5V Vdd)，并且單比特失效會(huì)造成一種有缺陷的芯片。在成品率篩選之后，可靠性要求很重要。例如，在嚴(yán)格的汽車(chē)應(yīng)用中，通常要求10年內(nèi)故障率少于1ppm故障。
然而，如圖2所示的數(shù)據(jù)實(shí)際上對(duì)得出有關(guān)這些問(wèn)題其中任一個(gè)的結(jié)論都沒(méi)有多大幫助；圖2未示出在工作電場(chǎng)(2.5MV/cm)下的擊穿事件。這意味著，當(dāng)在這個(gè)工作電場(chǎng)下評(píng)價(jià)時(shí)，由含空隙的材料和沒(méi)有空隙的材料二者所得到的工作器件成品率實(shí)際上約為100％。更嚴(yán)格地說(shuō)，這個(gè)數(shù)值必須在一個(gè)限定的統(tǒng)計(jì)“置信界限”的范圍內(nèi)考慮，但即使考慮了這點(diǎn)，該數(shù)值也不應(yīng)與考慮到這些數(shù)據(jù)的約100％有顯著不同。
然而，實(shí)際上，100％的含空隙和無(wú)空隙的材料都不是沒(méi)有缺陷。因此在試圖處理成品率和可靠性時(shí)，半導(dǎo)體器件制造廠家都使制成的半導(dǎo)體器件比如電容器經(jīng)受比工作電場(chǎng)大得多的電場(chǎng)作用。這種方法有時(shí)叫做“老化”測(cè)試，該方法是集成電路測(cè)試的一種標(biāo)準(zhǔn)方法。只有在這些測(cè)試之下，由于空隙所產(chǎn)生的故障才能被看到并變得重要。再參見(jiàn)圖2，可以看出，施加10V而不是施加5V電壓直接將一個(gè)測(cè)試移到空隙故障分布的中部。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)操作背后的主要理由是相信通過(guò)在比工作電場(chǎng)高的電場(chǎng)下消除有缺陷的部分，在消除易破點(diǎn)上將是成功的，而在預(yù)期的工作壽命期間在工作電場(chǎng)下消除易破點(diǎn)可能會(huì)失敗。
老化測(cè)試的其中一個(gè)限制是測(cè)試是在成品半導(dǎo)體器件上進(jìn)行。因此，它不能用來(lái)識(shí)別具有高幾率易受影響半導(dǎo)體器件的硅晶片，上述硅晶片如果在半導(dǎo)體器件制造工藝中使用，則會(huì)產(chǎn)生具有大范圍老化故障的半導(dǎo)體器件。在努力預(yù)先篩選硅晶片用于這個(gè)目的時(shí)，半導(dǎo)體器件制造廠家使這些硅晶片經(jīng)受了各種柵氧化層完整性測(cè)試如斜坡電場(chǎng)測(cè)試(比如“BVOX”，其中通過(guò)百分率可以是20％，70％等直到一規(guī)定的電場(chǎng)如8mV)或“QBD”測(cè)試。然而，原則上，這些測(cè)試在晶片經(jīng)受一任意選定的電場(chǎng)作用的意義上與“老化(burn in)”測(cè)試等效。
因此問(wèn)題是使“老化”電場(chǎng)或等效測(cè)試之一與性能技術(shù)要求相關(guān)。換另一種方式說(shuō)，必須確定實(shí)際上和有效地識(shí)別并因此篩選那些器件的電場(chǎng)，上述那些器件在所要求的器件使用期內(nèi)下降到技術(shù)要求(比如1ppm)的水平之下，而不用不必要地拋棄實(shí)際上可用的那些器件。為了確定這點(diǎn)，必需有關(guān)于與故障機(jī)制的時(shí)間相關(guān)性的可靠信息，所述故障機(jī)制由正篩選的特殊種類(lèi)缺陷產(chǎn)生。然后這個(gè)信息必需關(guān)聯(lián)到與所涉及的分布有關(guān)的特定電場(chǎng)上。迄今為止，這是未做到的；說(shuō)得更確切些，直到目前只采用標(biāo)準(zhǔn)的、“經(jīng)驗(yàn)(rule of thumb)”方法。結(jié)果，可以得出結(jié)論(i)老化電場(chǎng)是一種大多任意選定的應(yīng)力水平，希望其將成功地篩選器件，以便將集成電路制造廠家所銷(xiāo)售的器件故障率降到可接受的水平；和(ii)BVOX要求是基于同等任意選定的電場(chǎng)(一個(gè)大于老化電場(chǎng)的電場(chǎng))，其中希望這種篩選將產(chǎn)生一個(gè)通過(guò)老化測(cè)試成功合格的水平(亦即成品率)。當(dāng)這些已經(jīng)是任意的條件然后應(yīng)用到任意不同的環(huán)境如不同氧化物厚度時(shí)，問(wèn)題變得甚至更復(fù)雜。
應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，如果將“正?！焙障兜牟牧系慕Y(jié)果與通常認(rèn)為是一種“改進(jìn)的”材料(亦即，低空隙密度，緩慢冷卻的材料)的結(jié)果相比，則緩慢冷卻的材料似乎是占優(yōu)。例如，圖3以示意圖方式示出實(shí)驗(yàn)確定的兩種類(lèi)型材料與空隙有關(guān)的擊穿分布部分的典型示例。正如由BVOX測(cè)試所確定的(純粹是定義的事，而不是一種絕對(duì)數(shù))，有效氧化物缺陷密度在大多數(shù)BVOX類(lèi)型測(cè)試中都是用硅中的空隙密度近似估算；但它不需要。
在圖3的視圖中，可以看出，緩慢冷卻的材料具有其少于標(biāo)準(zhǔn)材料的與空隙有關(guān)的擊穿事件總數(shù)。這是由于緩慢冷卻產(chǎn)生一種較低的空隙數(shù)量密度，正如通常理解和預(yù)期的。然而，此外應(yīng)當(dāng)注意在兩組之間分布的平均電場(chǎng)有改變。
根據(jù)這樣的假定，即考察中的器件在統(tǒng)計(jì)學(xué)上對(duì)存在問(wèn)題(是一種總柵面積與有效缺陷密度的關(guān)系問(wèn)題，亦即本文所述的“窗口”問(wèn)題)全都很敏感，緩慢冷卻的材料“成品率”一般比標(biāo)準(zhǔn)材料的成品率高。此外，基本上沒(méi)有這種附聚缺陷的材料(比如，外延硅，或可供選擇地“低缺陷密度硅”，如PCT/US 98/07365和PCT/US 98/07304中所述，本文包括其內(nèi)容作為參考文獻(xiàn))一般比上述兩種材料更好。然而，這個(gè)結(jié)論完全是基于測(cè)試所選定的電場(chǎng)以便限定成品率，如上所述，迄今為止電場(chǎng)都是有點(diǎn)任意地選定。例如，在目前情況下，如果電場(chǎng)從8MV/cm改變到4MV/cm，則所有三種類(lèi)型的硅似乎都合格。此外，在一稍大的電場(chǎng)下，緩慢冷卻的材料和標(biāo)準(zhǔn)材料的性能實(shí)際上顛倒過(guò)來(lái)。所有這一切都導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，而該問(wèn)題剛好實(shí)際上是限定材料質(zhì)量最佳方式的問(wèn)題。
擊穿統(tǒng)計(jì)學(xué)為了解決這個(gè)問(wèn)題，并最終確定評(píng)價(jià)硅材料性能的最佳方式，這里應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。這種方法的目的是預(yù)報(bào)在一規(guī)定應(yīng)力水平下系統(tǒng)中器件故障與一規(guī)定缺陷組的時(shí)間相關(guān)，和然后評(píng)價(jià)用一特定老化過(guò)程“篩選”器件分布的效率。所研究的應(yīng)力水平是工作電場(chǎng)(比如2.5MV/cm)，及故障要求是在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)極低的故障率(比如故障為1ppm/10年)。顯然，必需一種相關(guān)方法以外推可用方便而低成本方法采取的數(shù)據(jù)，并且這包括統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用。
第一個(gè)基本假定是缺陷隨機(jī)分布。因此，應(yīng)用Poisson統(tǒng)計(jì)學(xué)?！俺善仿省焙?jiǎn)單地是在一組樣品中未發(fā)現(xiàn)一種缺陷的幾率。這些缺陷具有一密度D并且樣品(亦即電容器)具有一單獨(dú)的面積A。成品率由下面方程(1)規(guī)定Y＝1-F＝exp(-AD)(1)式中Y是成品率，而F是故障數(shù)。
所研究的電缺陷原因是與晶片表面相交的空隙。它們具有一面積密度，所述面積密度近似等于它們的體積密度p乘以它們的平均值d。因?yàn)樗芯康难趸锖穸纫话愫苄?，例如在從幾納米(比如2、4、6等)到幾十納米(比如10、20、30等)范圍內(nèi)，與氧化過(guò)程期間所消耗的硅量相比，可以認(rèn)為此處忽略這種小的校正是合理的。
重要的是注意介電擊穿測(cè)試不檢測(cè)空隙，而是檢測(cè)出氧化物故障。唯一實(shí)際或可能的缺陷密度是pd。這不等于上述公式中的D；更確地說(shuō)，D是與缺陷密度稍有不同的電缺陷密度。當(dāng)實(shí)際缺陷通過(guò)電應(yīng)力“轉(zhuǎn)變”時(shí)，它只變成一種電缺陷；為了說(shuō)明和利用電應(yīng)力測(cè)試的數(shù)據(jù)，需要一種近似數(shù)學(xué)形式用于這種從實(shí)際缺陷到電缺陷的轉(zhuǎn)變。
恒定場(chǎng)或電流應(yīng)力對(duì)于電擊穿的情況有兩種主要的應(yīng)力變量電場(chǎng)(或電流)和時(shí)間。對(duì)于這種統(tǒng)計(jì)問(wèn)題的Weibull法假定一種簡(jiǎn)單的冪定律關(guān)系用于測(cè)試中的任何變量，所述變量通常僅是指時(shí)間。然而，我們的情況比通常情況稍微更復(fù)雜，在于它是一種二參數(shù)分布，并且對(duì)每種變量都是結(jié)合兩個(gè)不同的冪定律。在這方面，應(yīng)該注意，Weibull分布沒(méi)有要求說(shuō)明和模型化任何物理機(jī)制；相反，它僅是一種統(tǒng)計(jì)方法和一種涉及復(fù)雜數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單、有用而強(qiáng)有力的方式。
因此首先，第一個(gè)考慮是最簡(jiǎn)單種類(lèi)的施加應(yīng)力，所述應(yīng)力是恒定場(chǎng)的應(yīng)力E。對(duì)這種情況，有效缺陷密度隨時(shí)間推移而增加的Weibull說(shuō)明在方程(2)和(3)中表明AD＝CtaEb(2)并因此1-F＝exp(-CtaEb)(3)密度和探測(cè)面積都包括在“C”參數(shù)中，電場(chǎng)相關(guān)包括在“b”參數(shù)中及時(shí)間相關(guān)包括在“a”參數(shù)中(式中t＝時(shí)間)。這些參數(shù)很容易通過(guò)取成品率數(shù)據(jù)的雙重對(duì)數(shù)得到，并且用這個(gè)雙重對(duì)數(shù)對(duì)時(shí)間的對(duì)數(shù)繪制曲線。因此“Weibull”曲線用方程(4)表示ln(-ln(1-F))＝aln(t)+bln(E)+lnC(4)這是ln(t)表示的一個(gè)簡(jiǎn)單線性因此有用的方程，并且它在說(shuō)明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)似乎很有效。數(shù)值ln(-ln(1-F))稱(chēng)做Weibull數(shù)。
一旦確定，這些參數(shù)就給出在任意電場(chǎng)和時(shí)間下系統(tǒng)中故障率的完整說(shuō)明。然而，它只對(duì)一種類(lèi)型分布的缺陷有效。如果有一種以上類(lèi)型的缺陷存在，正如幾乎總是這種情況那樣，則對(duì)這種分布的參數(shù)組單獨(dú)確定，并然后加到另一種分布上。除了空隙之外，還有一第二較高的電場(chǎng)類(lèi)缺陷，這類(lèi)缺陷由電應(yīng)力起動(dòng)。幸而，這類(lèi)缺陷可以清楚地與分布的空隙部分分開(kāi)并單獨(dú)分析。
參數(shù)組C，a和b提供一種用于特定缺陷分布的“指紋”。一種典型情況的示例在圖4中示意示出。這些曲線很有用。例如，它們可用于換算到任意電容器面積的結(jié)果；C正比于A，并因此換算(比例)因子簡(jiǎn)單地是ln(A1/A2)。用于每個(gè)擊穿方式的“a”或時(shí)間參數(shù)都是直接脫離圖表閱讀。為了確定“b”或電場(chǎng)參數(shù)，必須在不同的應(yīng)力水平下進(jìn)行多次測(cè)量。這產(chǎn)生了另一個(gè)簡(jiǎn)單的換算因子b(ln E1/E2)，這個(gè)換算因子類(lèi)似于面積因子。這些面積和電場(chǎng)參數(shù)之間的不同是面積換算參數(shù)在所有缺陷類(lèi)型范圍內(nèi)都是常數(shù)(假定隨機(jī)分布)，而電場(chǎng)參數(shù)一般對(duì)每種特定的缺陷分布或擊穿方式都是唯一的。對(duì)于一種雙峰情況電場(chǎng)換算在圖5中示意地示出。
對(duì)一種空隙為主的系統(tǒng)的實(shí)際而相當(dāng)?shù)湫偷呐c時(shí)間相關(guān)的響應(yīng)的一個(gè)實(shí)例在圖6中示出。由空隙所引起的電損壞積累的時(shí)間相關(guān)比較弱。發(fā)現(xiàn)“a”參數(shù)約為0.15。平均而言，它對(duì)一種空隙采取比較長(zhǎng)的時(shí)間，在測(cè)試電場(chǎng)中上述空隙不是已經(jīng)被擊穿以將自身轉(zhuǎn)變成電缺陷。這種弱時(shí)間相關(guān)的另一個(gè)結(jié)果是，在可靠性方面，當(dāng)器件由于這種機(jī)制而失效時(shí)，故障率隨時(shí)間推移而減少。在這方面應(yīng)該注意，老化篩選只是在這些條件下工作。
然而，圖6只示出擊穿圖的一部分。另一種重要的但與空隙無(wú)關(guān)的擊穿機(jī)制未示出，只是由于測(cè)試未持續(xù)足夠長(zhǎng)時(shí)間。根據(jù)另一些測(cè)量，與涉及空隙的機(jī)制對(duì)照，這種方式顯示一不同的時(shí)間相關(guān)。涉及非空隙機(jī)制的“a”參數(shù)大于1(亦即約為3)，因此這種方式在物理學(xué)上及統(tǒng)計(jì)學(xué)上(亦即可靠性方面)二者十分不同。
上述常規(guī)測(cè)試過(guò)程的問(wèn)題是兩方面的。首先，它們極耗時(shí)間，其次是它們提供很窄的電場(chǎng)研究范圍。即使在中等范圍的電場(chǎng)下，這些測(cè)試也可能需要數(shù)星期。因?yàn)橄蛳峦馔频降碗妶?chǎng)是目標(biāo)，所以這不是特別令人滿意的方法。一種更方便和高度補(bǔ)充的測(cè)試是從一個(gè)測(cè)試提取出預(yù)報(bào)可靠性所必需的參數(shù)，上述測(cè)試掃描一個(gè)大范圍的電場(chǎng)。實(shí)際上只利用斜坡電場(chǎng)測(cè)試就可以提取所有的參數(shù)。
斜坡電場(chǎng)應(yīng)力介電擊穿行為的斜坡電場(chǎng)測(cè)試是一種流行的測(cè)試方法。圖1和2的假設(shè)數(shù)據(jù)來(lái)自這種假設(shè)的測(cè)試。關(guān)于這些測(cè)試一般認(rèn)為是它們只提供有關(guān)擊穿分布的電場(chǎng)有關(guān)的信息。然而，實(shí)際上，它們也產(chǎn)生很強(qiáng)的與時(shí)間相關(guān)的信息。重要的是，這些測(cè)試能迅速顯示在很寬電場(chǎng)范圍內(nèi)各個(gè)擊穿方式的時(shí)間相關(guān)。
在斜坡電場(chǎng)測(cè)試中，電場(chǎng)和時(shí)間二者同時(shí)變化，而不像恒定場(chǎng)測(cè)試。為了解決這兩個(gè)參數(shù)，需要一個(gè)如何形成損壞的模型或者當(dāng)形成電場(chǎng)時(shí)對(duì)時(shí)間積分?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一種簡(jiǎn)單的添加損壞形成模型(見(jiàn)比如R.Falster，“在薄二氧化硅膜中的介電擊穿現(xiàn)象”，J.Appl.Phys.66，3355(1989))不能說(shuō)明多晶硅陰極的涉及空隙的擊穿的數(shù)據(jù)，及為了說(shuō)明斜坡電場(chǎng)和恒定場(chǎng)應(yīng)力的數(shù)據(jù)，應(yīng)用一種新的形成損壞(W)模型，如方程(7)所表示的W＝p[∫E(t)ddt]a(7)式中d＝b/a在對(duì)一線性斜坡電場(chǎng)積分方程(7)時(shí)，這個(gè)方程產(chǎn)生用于斜坡電場(chǎng)測(cè)試的介電擊穿的“Weibull”說(shuō)明，根據(jù)恒定場(chǎng)測(cè)試的同樣“a”和“b”參數(shù)，如方程(8)所表明的1-F＝exp{-C[a/(a+b)]a(dE/dt)-aEa+b}(8)采用雙重對(duì)數(shù)，以便產(chǎn)生Weibull斜坡測(cè)試?yán)L制成品率方程(9)ln(-ln(1-F))＝(a+b)ln(E)-aln(dE/dt)+lnC+aln{a/(a+b)}(9)它對(duì)于ln(E)是線性的。直線的斜率等于參數(shù)a+b之和。
因此，應(yīng)該注意，在斜坡陡度(斜率)中的變化在Weibull曲線圖中產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的量為aln[(dE1/dt)/(dE2/dt)]的變動(dòng)。通過(guò)只對(duì)同一缺陷群進(jìn)行可變斜坡陡度測(cè)量，得到一組參數(shù)并在很寬的電場(chǎng)范圍內(nèi)適應(yīng)這些參數(shù)。利用這個(gè)公式，可以在各數(shù)據(jù)、恒定應(yīng)力和斜坡應(yīng)力測(cè)試之間向后和向前進(jìn)，這是很有用的。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7和8，圖7是這種過(guò)程的示意圖，而圖8示出用于含空隙系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)。如果“a”參數(shù)是從斜坡測(cè)試結(jié)果中提取，則用上述來(lái)自圖8(及其它類(lèi)似曲線圖)數(shù)據(jù)的方法，得到與簡(jiǎn)單的恒定場(chǎng)測(cè)試(參見(jiàn)圖5)相同的結(jié)果。然而，斜坡測(cè)試結(jié)果證明在整個(gè)其中擊穿分布主要是空隙的電場(chǎng)范圍內(nèi)這個(gè)值是有效的。換句話說(shuō)，與空隙有關(guān)的擊穿的時(shí)間相關(guān)在它起作用的電場(chǎng)范圍內(nèi)具有相同的形式。迄今為止所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，對(duì)與空隙相關(guān)的擊穿，“a”參數(shù)通常是在約0.15-約0.18范圍內(nèi)。通過(guò)這種信息，能夠用上述統(tǒng)計(jì)形式從簡(jiǎn)單的斜坡測(cè)試結(jié)果得到可靠性性能。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是評(píng)價(jià)一群?jiǎn)尉Ч杈瑬叛趸瘜油暾缘姆椒?。這種方法包括以下幾個(gè)步驟(i)確定上述單晶硅晶片群第一分組隨應(yīng)力(比如電場(chǎng))量而變化的介電擊穿特性，上述應(yīng)力施加到第一分組上，其中應(yīng)力的量以第一速率從一個(gè)起始值增加到一個(gè)最終值，(ii)確定上述單晶硅晶片群第二分組隨施加到第二分組上的應(yīng)力量而變化的介電擊穿特性，其中應(yīng)力的量以第二速率從一個(gè)起始值增加到一個(gè)最終值，并且第二速率與第一速率不同，及(iii)利用在步驟(i)和(ii)所確定的介電擊穿特性來(lái)預(yù)報(bào)對(duì)上述單晶硅晶片群在一限定的條件組下的柵氧化層故障率。優(yōu)選的是，第一和第二速率彼此相差(區(qū)別為)至少5倍，更優(yōu)選的是彼此相差至少10倍，而對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，彼此相差至少100倍。此外，在某些實(shí)施例中，優(yōu)選的是以不同的斜坡率(優(yōu)選的是彼此彼此相差至少10倍)評(píng)價(jià)3、4或更多的晶片分組。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，晶片群4個(gè)分組每個(gè)分組都經(jīng)受一個(gè)外加電場(chǎng)的作用，上述電場(chǎng)分別以0.05，0.5，5和50兆伏(MV)/厘米/秒的比率增加。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在其上進(jìn)行柵氧化層完整性測(cè)試的晶片群可以是由一種特定晶錠(或其一部分)，一種特定的晶體生長(zhǎng)法制得的晶片，或甚至是一盒或多盒晶片。各分組晶片以這群晶片中選定，并因此可以包括該晶片群的一個(gè)或多個(gè)晶片的全部或分?jǐn)?shù)部分。例如，每個(gè)分組都可以包括相同的一個(gè)或多個(gè)晶片的分?jǐn)?shù)部分。可供選擇地，每個(gè)分組都可以包括不同晶片的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分。在另一種可供選擇的情況中，各分組包括一個(gè)局部重疊的晶片組其中一個(gè)分?jǐn)?shù)部分，亦即每組都包括同樣的一個(gè)或多個(gè)晶片的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分及不同晶片的全部或分?jǐn)?shù)部分。
重新訪問(wèn)的與空隙有關(guān)的介電擊穿返回與空隙有關(guān)的擊穿分布問(wèn)題，圖2示出在電場(chǎng)中“正常”和“緩慢冷卻”類(lèi)型晶體與空隙有關(guān)的擊穿的典型分布示意圖?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖9，圖9示出用Weibull格式表示的比較兩種類(lèi)型材料的實(shí)際數(shù)據(jù)(包括無(wú)空隙的外延材料的結(jié)果作為參考，照8MV/cm“標(biāo)準(zhǔn)的”BVOX參考電場(chǎng)的樣子)。照這樣看來(lái)，“緩慢冷卻”材料和標(biāo)準(zhǔn)材料之間的常見(jiàn)差別(BVOX百分率)是不言而喻的。另外，所有三種材料都顯示相同的與材料中空隙的分布無(wú)關(guān)的性能(另外，注意很不同的高電場(chǎng)擊穿分布與空隙無(wú)關(guān))。
對(duì)于圖9，應(yīng)當(dāng)特別注意這些分布的兩個(gè)特點(diǎn)1.對(duì)每種分布在某一百分率下?lián)舸┕收嫌幸粋€(gè)“飽和狀態(tài)”(涉及在分布中有一個(gè)“峰”，如上所述)。這種結(jié)果的簡(jiǎn)單理由是，當(dāng)達(dá)到某個(gè)特征電場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)中的所有空隙已經(jīng)用盡或“接通”。飽和故障百分率的這種不同是通過(guò)“緩慢冷卻”過(guò)程降低空隙數(shù)量密度的結(jié)果。應(yīng)該注意，這種飽和效應(yīng)對(duì)于高電場(chǎng)下其它主要介電擊穿方式不存在(這里，下面的物理缺陷不可計(jì)數(shù))。當(dāng)然，正是這種飽和值，即所有例如BVOX測(cè)試都是實(shí)際測(cè)量。因此它們只是直接測(cè)量空隙的有效面積密度。
2.然而，“緩慢冷卻”過(guò)程的結(jié)果不是簡(jiǎn)單地降低空隙的數(shù)量密度，所述結(jié)果可以用另一種示意曲線圖示出。現(xiàn)在參見(jiàn)圖10和11，圖10和11示出的是當(dāng)兩種故障分布之間的不同只是密度降低的結(jié)果時(shí)這兩種情況的故障分布所要具有的外表特征。這個(gè)未觀察到。而是它們采取與圖2所示相同的形式。這意味著，即使缺陷的總密度由于“緩慢冷卻”處理而降低，但平均起來(lái)，“緩慢冷卻”空隙在較低電場(chǎng)處產(chǎn)生擊穿，也就是說(shuō)，分布產(chǎn)生變動(dòng)。
一般地，由緩慢冷卻式過(guò)程所產(chǎn)生的空隙較大。這種情況僅是由于在緩慢冷卻式過(guò)程中較少量的空隙位置消耗和在“正常的”過(guò)程中較大量空隙所做消耗的相同量的空位。因此可以得出結(jié)論，在圖12中所示出的這種變動(dòng)的理由是由于在緩慢冷卻分布中增加了空隙的平均尺寸。
空隙尺寸與介電擊穿分布關(guān)系的結(jié)果在事物的表面上，應(yīng)用“老化”電壓法則導(dǎo)致直接得出結(jié)論，即緩慢冷卻式材料由于它的較低飽和故障百分率而是更好的材料。當(dāng)然，正如本文所指出的，這種結(jié)果并不奇怪，因?yàn)檎沁@種測(cè)試的應(yīng)用形成預(yù)定結(jié)果。但實(shí)際問(wèn)題是，如果應(yīng)用不同的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)得到什么樣的結(jié)果？例如，假定把一個(gè)測(cè)試應(yīng)用到材料系統(tǒng)，上述測(cè)試只是一個(gè)實(shí)際可靠性標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用；也就是說(shuō)，假定在工作電場(chǎng)下而不是在比工作電場(chǎng)高得多的某種任意電場(chǎng)下施加一個(gè)應(yīng)力，和然后在例如10年之后看哪個(gè)系統(tǒng)具有最多的故障。
計(jì)算外推可靠性為了計(jì)算外推可靠性，利用上述系統(tǒng)并將其從斜坡電場(chǎng)數(shù)據(jù)外推到在一限定的工作電場(chǎng)下的恒定場(chǎng)操作。利用上述方程(4)和(9)，可以用Weibull形式寫(xiě)出簡(jiǎn)單的表達(dá)式(方程10)，所述Weibull形式可用于在基本上任何工作電場(chǎng)下確定器件磨損的解F′(t，Eop)＝aln(t)+F″(Eop，dE/dt)-aln[Eop/(dE/dt)]-aln[a/(a+b)](10)式中1.F′(t，Eop)是待確定的，它是在(工作)電場(chǎng)Eop下與時(shí)間相關(guān)的故障分布的Weibull數(shù){＝ln(-ln(1-F)}；2.F″(Eop，dE/dt)是從在斜坡陡度dE/dt下進(jìn)行的斜坡測(cè)試結(jié)果外推到(工作)電場(chǎng)Eop的Weibull數(shù)；這個(gè)值只是數(shù)據(jù)的一種線性外推，并可以在方程(11)中表示如下F″(Eop，dEdt)＝F″(Esample，dE/dt)-(a+b)ln(Esample/Eop)(11)式中Esample是在斜率a+b有效的范圍內(nèi)某個(gè)電場(chǎng)值，而F″(Esample，dE/dt)是在這點(diǎn)處的Weibull數(shù)；3.a+b是斜坡測(cè)試結(jié)果中擊穿分布與空隙有關(guān)部分的ln E表示的斜率；及4.“a”是從對(duì)相同分布的可變斜坡率測(cè)試或是從樣品恒定場(chǎng)/電流測(cè)試得到的時(shí)間參數(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)材料與“緩慢冷卻”材料的比較再參見(jiàn)圖9，并且由于上述情況，可以在經(jīng)過(guò)幾年的時(shí)間時(shí)在5V的工作電壓下將兩種材料系統(tǒng)的外推可靠性進(jìn)行比較，這是通過(guò)將方程(10)應(yīng)用到圖9中所取的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。圖13示出令人驚奇的結(jié)果，令人驚奇之處在于具有較高總空隙密度及相應(yīng)較差BVOX結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)材料實(shí)際上是更好的材料。
在這方面應(yīng)該注意，盡管圖13所示的結(jié)果令人驚奇，但實(shí)際上在這種情況下它們是懸而未決的問(wèn)題，因?yàn)闆](méi)有一種材料滿足在10年內(nèi)1ppm故障的可靠性要求(此處10年約等于3.15×108秒)。很顯然，由兩種材料制成的器件必需篩選(亦即經(jīng)過(guò)老化)，以便滿足這些要求。然而，此處還應(yīng)注意，應(yīng)用老化測(cè)試收集錯(cuò)誤的答案，并因而會(huì)造成在過(guò)程中合格的硅報(bào)廢。
由于上述情況，可以看出，常規(guī)的篩選過(guò)程通過(guò)在飽和狀態(tài)下測(cè)量時(shí)不正確地將緩慢冷卻的材料識(shí)別為占優(yōu)勢(shì)的。因?yàn)楣收蠑?shù)是如此之小，以致在這種狀態(tài)下的不同決不會(huì)進(jìn)入實(shí)際可靠性問(wèn)題，或者說(shuō)得更確切些直至也許約10,000年或器件工作那么多年也不會(huì)進(jìn)入。因此實(shí)際問(wèn)題在于擊穿分布的開(kāi)始部分；尤其是，它在于用工作電場(chǎng)切斷曲線的升起部分(通過(guò)方程(9)中兩個(gè)常數(shù)調(diào)節(jié))“功能上”無(wú)缺陷的硅按照本發(fā)明的方法，可以發(fā)現(xiàn)，一旦適當(dāng)限定并應(yīng)用用于柵氧化層完整性的分析方法，則與以前已認(rèn)為合格(根據(jù)常規(guī)的GOI分析法)的相比，顯然優(yōu)選的是在生產(chǎn)具有尺寸較小和濃度(或數(shù)量密度)較高的空隙的晶片條件下生長(zhǎng)單晶硅。換另一種方式說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一旦更準(zhǔn)確地限定和測(cè)量柵氧化層完整性，則具有較高濃度的較小空隙的單晶硅晶片比具有較低濃度的較大空隙的材料更好(正如下面進(jìn)一步說(shuō)明的)。迄今為止經(jīng)驗(yàn)表明，從功能觀點(diǎn)來(lái)看，這些晶片在大多數(shù)情況下具有可與基本上無(wú)缺陷的硅相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量。
具體地說(shuō)，本發(fā)明能構(gòu)造或制備“功能上無(wú)缺陷的”硅，所述“功能上無(wú)缺陷的”硅是一種設(shè)計(jì)用以滿足兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)的材料1.材料滿足上述可靠性要求，而不管那種要求可以是用于一規(guī)定的應(yīng)用(比如器件工作10年內(nèi)1ppm故障)；及(任選地)，2.材料在老化電壓下基本上沒(méi)有可檢測(cè)的故障。
對(duì)于第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該注意，這不是一種技術(shù)上的要求；也就是說(shuō)，真正的“功能完善”完全是由第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滿足。然而，老化標(biāo)準(zhǔn)(2)依然重要，因?yàn)椴牧贤ǔＪ潜仨殱M足集成電路制造廠家的老化測(cè)試要求。因而，即使這不一定是用于柵氧化層完整性的合理測(cè)試，但如果不工作的話，它依然是一種功能。另外，除了硅制造廠家的控制之外，對(duì)在特定的老化電壓值進(jìn)行這種特定測(cè)試的使用者來(lái)說(shuō)，可能有其它的原因。結(jié)果，這種要求優(yōu)選的是也應(yīng)由硅材料滿足。
空隙尺寸分布和“功能完善”在上面圖10-12的討論中，已經(jīng)指出，Weibull曲線的起始部分由空隙密度決定較少，而主要是由它們的尺寸分布決定。因而，這是“功能完善”的一個(gè)關(guān)鍵。與所有試圖改善材料的常規(guī)方法相比，它是一種相當(dāng)不同的方法。更具體地說(shuō)，在所有其它提出的材料改進(jìn)方法(比如緩慢冷卻，無(wú)缺陷硅，外延硅)中，理想情況是降低空隙的密度，而在本發(fā)明中，焦點(diǎn)是減小空隙的尺寸(這里空隙密度的控制是任選的，并且至少在某些實(shí)施例中，實(shí)際上要求一最小的空隙密度)。
一般說(shuō)來(lái)，空隙的尺寸通過(guò)快速冷卻(“快速”冷卻在下面更詳細(xì)地說(shuō)明)減小。這種方法有兩個(gè)組成部分1.通過(guò)動(dòng)力學(xué)限制，快速冷卻降低空位輸送效率，并因此降低空位“成壑”對(duì)空隙的影響。結(jié)果，空隙不變得那樣大。
2.快速冷卻產(chǎn)生較高的空隙密度。結(jié)果，若規(guī)定一固定的空位濃度，則每個(gè)空隙有較少數(shù)量可利用的空位(當(dāng)然，這是本文中“緩慢冷卻”的材料做得很差的地方)。
考慮到這種情況，可以認(rèn)為在常規(guī)CZ硅中最快的冷卻通常在尾端區(qū)中找到，這里通常是拉速急劇增加以便形成尾端。這也具有在比熔體界面更冷的區(qū)域中改變晶體冷卻速率的作用。這里我們?cè)诰w冷卻速率上特別感興趣的是在空隙成核溫度區(qū)和空隙生長(zhǎng)溫度區(qū)，上述空隙成核溫度區(qū)通常是在約1000℃-約1200℃溫度范圍內(nèi)，而空隙生長(zhǎng)區(qū)通常是在約1100℃-約900℃溫度范圍內(nèi)(二者在下面更詳細(xì)地說(shuō)明)。這些溫度相對(duì)于熔體-固體界面的軸向位置由熱區(qū)結(jié)構(gòu)或構(gòu)形確定。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖14，圖14提供一規(guī)定材料或標(biāo)準(zhǔn)材料相對(duì)于由比較“緩慢冷卻”和“快速冷卻”(用“U97”表示)法得到的硅材料的擊穿分布的比較。這些結(jié)果在本討論的范圍內(nèi)相當(dāng)明顯。更具體地說(shuō)，應(yīng)該注意1.快速冷卻的材料的較大空隙密度明顯地處于較大飽和故障百分率(不太明顯)。8MV/cm BVOX測(cè)試結(jié)果對(duì)快速冷卻材料將產(chǎn)生約85％的故障，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)材料將產(chǎn)生約65％的故障和對(duì)緩慢冷卻的材料將產(chǎn)生約45％的故障；簡(jiǎn)短地說(shuō)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，本發(fā)明的材料似乎是劣質(zhì)的。
2.快速冷卻的材料的較小的空隙尺寸造成分布的初始部分朝較高電場(chǎng)方向移動(dòng)。另外，這部分分布的斜率變得更陡峭。大的斜率比分布的平僅僅的行移動(dòng)更強(qiáng)有力得多，因?yàn)樗鼘压ぷ麟妶?chǎng)下的截距推向相當(dāng)?shù)偷闹怠?duì)這種斜率增加(及因此電場(chǎng)中故障分布的拉緊(tightening))的原因可以理解為是由于在硅-氧化物界面處可用的空隙截面積范圍較小。
因此，盡管BVOX測(cè)試的顯著故障，但當(dāng)快速冷卻的材料達(dá)到可靠性性能時(shí)，它特別優(yōu)良?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖15，圖15提供了這種材料的預(yù)計(jì)可靠性與(BVOX進(jìn)行更好的)標(biāo)準(zhǔn)材料的預(yù)計(jì)可靠性的比較。應(yīng)該注意，從這些結(jié)果，可以看出，在10年運(yùn)行中，快速冷卻的材料產(chǎn)生更優(yōu)于約0.001ppm的故障，這種情況大大超過(guò)甚至最嚴(yán)格的要求。還應(yīng)注意，在例如約5MV/cm的老化電場(chǎng)下(它是工作電壓的兩倍)，基本上沒(méi)有可測(cè)量的成品率損失(亦即比約1％故障小得多)。
用于“功能完善的”材料的晶體生長(zhǎng)考慮用于說(shuō)明硅中產(chǎn)生的空隙密度和尺寸隨生長(zhǎng)條件而變化的模型框架在最近幾篇文獻(xiàn)中(見(jiàn)比如，V.V.Voronkov等，J.Cryst.Growth，194，76(1998)；V.V.Voronkov，J.Cryst.Growth，204，462(1999)；及R.Falster等，“關(guān)于硅中本征點(diǎn)缺陷的特性”，Phys.Stat.Sol.，(B)222，219(2000)。另外見(jiàn)PCT專(zhuān)利申請(qǐng)Nos.PCT/US 98/07304,07305和07365，它們?nèi)及ㄔ诒疚闹凶鳛閰⒖嘉墨I(xiàn))已有介紹。然而，一般說(shuō)來(lái)，組成空隙的空位濃度由熔體/固體界面處的參數(shù)v/Go確定，其中v是生長(zhǎng)速度，而Go是在由固化溫度和一大于約1300℃(比如約1325℃，1350℃或甚至1375℃)的溫度所限定的溫度范圍內(nèi)的平均軸向溫度梯度。超過(guò)v/Go臨界值的這個(gè)值越大，則包括在生長(zhǎng)中晶體內(nèi)的空位濃度越大。這些空位在某些“成核”溫度下變得臨界過(guò)飽和(所述“成核”溫度本身取決于空位濃度，因?yàn)榭瘴粷舛仍礁?，這個(gè)溫度就越高)，并因此形成空隙。所產(chǎn)生的空隙密度甚本上正比于下述因子q3/2CV1/2]]>式中q是在成核溫度下的冷卻速率；及，Cv是在成核點(diǎn)處的空位濃度。
用于附聚的本征點(diǎn)缺陷的成核過(guò)程通常是在大于約1000℃(比如，約1050℃，100℃，1125℃，1150℃，1175℃，或甚至1200℃)的溫度下發(fā)生。然而，應(yīng)該注意，發(fā)生本征點(diǎn)缺陷為主的成核的溫度可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)一規(guī)定的拉晶機(jī)和過(guò)程如下確定?？梢韵嘈?，在晶錠的一個(gè)限定區(qū)域中硅自填隙保持作為點(diǎn)缺陷，并且在那個(gè)區(qū)域通過(guò)硅達(dá)到成核溫度的熱區(qū)部分之前不成核形成附聚的缺陷。也就是說(shuō)，在典型的直拉法生長(zhǎng)條件下，上述區(qū)域起初在固體/液體界面處形成并具有一個(gè)接近硅熔體溫度的溫度。當(dāng)上述區(qū)域在晶錠的剩余部分生長(zhǎng)期間拉離熔體時(shí)，隨著該區(qū)域被提拉穿過(guò)拉晶機(jī)的熱區(qū)，該區(qū)域的溫度冷卻。一個(gè)特別拉晶機(jī)的熱區(qū)通常具有一個(gè)特征溫度分布，所述溫度分布一般隨距熔體固體界面的距離增加而下降，因此在時(shí)間的任何規(guī)定點(diǎn)處，所述區(qū)域都是在接近等于該區(qū)域所占熱區(qū)部分溫度的溫度下。因此，上述區(qū)域被提拉穿過(guò)熱區(qū)的速率影響該區(qū)域冷卻的速率。因此，拉速的突然變化會(huì)引起整個(gè)晶錠中冷卻速率的突然變化。重要的是，晶錠的一個(gè)特定區(qū)域通過(guò)成核溫度的速率影響該區(qū)域中形成的附聚缺陷的尺寸和密度二者。因此，晶錠通過(guò)成核溫度的區(qū)域在發(fā)生突然變化時(shí)將顯示附聚的本征點(diǎn)缺陷的尺寸和密度的突然變化，下文稱(chēng)之為成核前峰。由于成核前峰是在拉速改變時(shí)形成，所以可以將成核前峰沿著晶錠的軸線的精確位置與晶錠的位置進(jìn)行比較，及相應(yīng)地在拉速突然變化時(shí)于熱區(qū)內(nèi)形成成核前峰，并與熱區(qū)的溫度進(jìn)行比較，以便確定附聚的本征點(diǎn)缺陷成核作用發(fā)生的溫度，用于成核前峰位置中本征點(diǎn)缺陷的類(lèi)型和濃度。
因此，該技術(shù)的技術(shù)人員可以用直拉法在用來(lái)生產(chǎn)或是富空位或是富硅自填隙的晶錠的工藝條件下生長(zhǎng)一種硅錠，上述晶錠通過(guò)使拉速突然變化和然后通過(guò)(i)注意其中拉速改變的時(shí)間點(diǎn)處晶錠相對(duì)于熱區(qū)中溫度分布的位置，及(ii)觀察成核前峰的軸向位置，可以對(duì)核溫度進(jìn)行近似，以用于沿著成核前峰存在的本征點(diǎn)缺陷濃度。此外，因?yàn)闇囟群捅菊鼽c(diǎn)缺陷濃度沿著成核前峰在徑向上改變，所以可以沿著成核前峰在一些點(diǎn)處測(cè)定溫度和本征點(diǎn)缺陷濃度，并可以用成核溫度相對(duì)于本征點(diǎn)缺陷濃度作圖，以便確定成核溫度隨本征點(diǎn)缺陷濃度而變化的情況。硅沿著成核前峰的溫度可以用該技術(shù)已知的任何熱模擬方法測(cè)定，所述方法能估計(jì)直拉反應(yīng)器內(nèi)任何位置處的溫度，例如像Virzi，“直拉硅單晶生長(zhǎng)中熱傳遞的計(jì)算機(jī)模型化”，Journal of Crystal Growth，Vol.112，P.699(1991)，一文中所介紹的熱模擬。硅自填隙濃度可以用該技術(shù)中已知的任何點(diǎn)缺陷模擬法沿著成核前峰確定，所述方法能估計(jì)晶錠中任何點(diǎn)處的本征點(diǎn)缺陷濃度，例如像在Sinno等，“直拉法生長(zhǎng)硅晶體中點(diǎn)缺陷動(dòng)力學(xué)及氧化誘生堆垛層錯(cuò)環(huán)”，Journal of Electrochemical Society，Vol.145，P.302(1998)，一文中所介紹的點(diǎn)缺陷模擬。最后，通過(guò)在改變的生長(zhǎng)參數(shù)下生長(zhǎng)額外的晶錠，使產(chǎn)生的晶錠具有增加或減少的初始本征點(diǎn)缺陷濃度，并重復(fù)上述冷卻實(shí)驗(yàn)和分析，可以得到成核溫度-本征點(diǎn)缺陷濃度曲線，用于一擴(kuò)大的溫度和濃度范圍。
一旦溫度是在成核溫度的幾Kelvin(比如約2，4，6，8或更多)范圍內(nèi)，成核過(guò)程就迅速停止。一旦達(dá)到這個(gè)溫度，就沒(méi)有新的空隙產(chǎn)生，但現(xiàn)有的空隙尺寸可以繼續(xù)生長(zhǎng)，直至空位擴(kuò)散變得如此緩慢以至于停止生長(zhǎng)過(guò)程為止；也就是說(shuō)，一旦空隙成核停止，只要空位能在大批實(shí)際時(shí)間段內(nèi)擴(kuò)散到空隙位置，空隙生長(zhǎng)就會(huì)繼續(xù)。在含氧的直拉硅中，空位在一約1000℃(比如約1010℃，1015℃，1025℃或甚至1050℃)的特征溫度下結(jié)合到氧上。在結(jié)合狀態(tài)下，空位有效地固定在空隙生長(zhǎng)的時(shí)標(biāo)上。到達(dá)到約900℃(比如約910℃，925℃，950℃或甚至975℃)的溫度時(shí)，基本上所有空隙生長(zhǎng)都停止。
由于上述情況，本發(fā)明的方法集中在兩個(gè)，及任選地三個(gè)明顯不同的溫度范圍內(nèi)的晶體冷卻速率上(任選是由于，參見(jiàn)圖18-20，如果冷卻速率改變，則合格工作條件的“窗口”變大)1.第一溫度范圍是在熔體-固體界面附近，此處v/Go是在約1300℃-約1400℃的溫度范圍內(nèi)(亦即在從固化溫度到約1300℃，1325℃，1350℃，或甚至1375℃的溫度范圍內(nèi))確定。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)的冷卻速率影響特定研究的晶段從晶錠中心軸周?chē)骄уV側(cè)表面周?chē)欠窨瘴皇侵饕谋菊鼽c(diǎn)缺陷。
2.第二個(gè)溫度范圍是發(fā)生空隙成核的溫度范圍?？障冻珊艘话闶窃诩s1000℃-約1200℃，約1025℃-約1175℃，約1050℃-約1150℃，或約1075℃-約1125℃的溫度范圍下發(fā)生?？刂圃谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)的冷卻速率影響空隙密度。
3.第三個(gè)溫度范圍是發(fā)生空隙生長(zhǎng)的溫度范圍，即在發(fā)生成核作用之后，在大批時(shí)間段內(nèi)硅晶格空位仍然可移動(dòng)的溫度范圍內(nèi)。空隙生長(zhǎng)，或空位擴(kuò)散，通常是在約900℃-約1100℃，約925℃-約1075℃，或約950℃約1050℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。
對(duì)于如何可以達(dá)到這些生長(zhǎng)條件的示例性詳細(xì)情，本文在下面進(jìn)一步說(shuō)明。
除了控制空隙成核和生長(zhǎng)之外，在某些情況下，或是單獨(dú)地或是與控制v/Go(它決定初始空位濃度)相結(jié)合來(lái)控制經(jīng)過(guò)空位在其中移動(dòng)的溫度范圍的冷卻速率，以便限制硅分段中殘余空位濃度，也可能很重要。更具體地說(shuō)，目前認(rèn)為，當(dāng)具有空位濃度超過(guò)約3×1012/cm3(如通過(guò)例如本文下面所述的鉑擴(kuò)散法測(cè)定)的硅暴露于集成電路生產(chǎn)工藝中所通常應(yīng)用的溫度(比如約600℃-約800℃的溫度范圍內(nèi))時(shí)，將產(chǎn)生一種催化的氧析出形式。這種氧析出可以是有益的或是有害的，這取決于產(chǎn)生析出的程度。例如，當(dāng)這種析出可以通過(guò)如美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761(結(jié)合于此作為參考)所介紹的那些熱處理進(jìn)行控制，以便形成具有受控的空位分布(空位分布又導(dǎo)致一受控的氧析出分布)的晶片時(shí)，這種析出是有利的。相反，當(dāng)這種析出不能受控制時(shí)，它是有害的，因?yàn)樗茉斐删w中的氧析出失去控制(在隨后的熱處理不能消除或溶解隨著晶體冷卻而形成的氧簇的意義上，所述熱處理如在例如美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761和PCT專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/US99/19301(結(jié)合于此作為參考)中所介紹的那些。其中析出通常失去控制的一種情況的常見(jiàn)實(shí)例可以在其中發(fā)生很快速冷卻的晶體最終尾端中找到。
在正常晶體生長(zhǎng)狀況下，空隙是空位的這樣有效的消費(fèi)者，以致當(dāng)晶體進(jìn)入結(jié)合空位狀態(tài)時(shí)實(shí)際上沒(méi)有，肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于3×1012cm-3界限的空位用于增強(qiáng)析出作用。然而，如果晶體快速冷卻，如本文所述，則有某種在生長(zhǎng)狀態(tài)期間消耗空位不足的危險(xiǎn)。這種情況在圖16和17中示意地示出。更具體地說(shuō)，圖16示出在最典型情況下正生長(zhǎng)的晶體中空隙的產(chǎn)生。在這些條件下，空位對(duì)空隙的消耗足夠有效地在空位變成結(jié)合氧時(shí)將空位濃度降低到低于增強(qiáng)析出界限的值。相反，圖17示出生長(zhǎng)的晶體中空隙的產(chǎn)生，上述生長(zhǎng)的晶體更迅速地冷卻通過(guò)空隙生長(zhǎng)狀態(tài)。更迅速冷卻由于在晶體進(jìn)入結(jié)合狀態(tài)時(shí)高殘留空位含量范圍而產(chǎn)生“異常的”高氧析出值。
為了生產(chǎn)“功能完善”(亦即“功能上無(wú)缺陷”)的硅，空隙必須尺寸足夠小，以便滿足上述對(duì)可靠性的要求。這需要較高的冷卻速率。另一方面，對(duì)一種有用制品，氧析出也必須是可控制的；也就是說(shuō)，應(yīng)能在硅中產(chǎn)生潔凈區(qū)型(見(jiàn)比如美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761)或非氧析出型(見(jiàn)比如PCT專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/US99/19301)性能。這兩種要求不一定同時(shí)滿足。因此，本發(fā)明的一方面是同時(shí)滿足這兩個(gè)要求和對(duì)可以達(dá)到同時(shí)滿足的條件的說(shuō)明。
此外，應(yīng)該注意，在某些情況下，有可能是空隙如果有足夠數(shù)量，則空隙本身將阻礙或防止形成合格的潔凈區(qū)。在某些情況下，因此，可以?xún)?yōu)選的是空隙密度少于約1×108cm-3。
在滿足所有上述限制的那些情況中，形成一種在本文中稱(chēng)為“有用的，功能完善的”硅的硅材料。
用于“有用的，功能完善”的硅晶體生長(zhǎng)條件的計(jì)算用來(lái)限定這種材料操作條件的計(jì)算是比較復(fù)雜和多元的，其中包括多個(gè)晶體生長(zhǎng)參數(shù)的關(guān)聯(lián)。采用上述參考文獻(xiàn)中所開(kāi)發(fā)的模型元素(本文稱(chēng)之為“標(biāo)準(zhǔn)”模型)，則這些可以估算和然后例如根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)附加的模型化(用本文所說(shuō)明的方法或該技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)的方法)進(jìn)一步精確計(jì)算。結(jié)果綜合在圖18所給的復(fù)雜圖表中。更具體地說(shuō)，圖18是計(jì)算空隙尺寸/空隙密度/殘留空位間距隨被包括的空位濃度(其中So是空位濃度Cv，正?；饺埸c(diǎn)濃度Cvm)和恒定的冷卻速率(比如從約1400℃恒速冷卻到某個(gè)溫度，在該溫度下，對(duì)一規(guī)定的空位濃度，空位在大批實(shí)際時(shí)間段內(nèi)不再是可移動(dòng)的)而變化的示例說(shuō)明。這些計(jì)算提供了對(duì)形成“有用的，功能完善的”硅很重要的參數(shù)值。這些參數(shù)是1.空隙密度Nv(cm-3)
2.空隙尺寸Rv(從空隙中心周?chē)酵膺吘壍钠骄鶑较虺叽?，單位nm)3.殘余空位濃度Cres(cm-3)一般地，這些參數(shù)的間距規(guī)定隨兩個(gè)晶體生長(zhǎng)參數(shù)而變1.所包括的空位濃度(在圖18中用So表示)。So是包括在晶體中的空位正?；娇瘴坏娜埸c(diǎn)溶解度的濃度。這個(gè)數(shù)與晶體生長(zhǎng)的v/Go條件有關(guān)。連接這兩者的簡(jiǎn)單分析表達(dá)式已經(jīng)在前面例如通過(guò)例如V.V.Voronkov等，J.Appl.Phys.，86，5975(1999)討論過(guò)了，本文包括其內(nèi)容作為參考文獻(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，這種關(guān)系可以表示如下So＝Cvo/Cvm～0.23×(v/vc-1)/(v/vc+0.15)式中Cvo是“設(shè)置的”空位濃度，亦就是說(shuō)，當(dāng)由v/Go確定時(shí)的空位濃度；Cvm是在熔點(diǎn)下的空位濃度；也就是說(shuō)，基于空位熔點(diǎn)溶解度的空位濃度；V是生長(zhǎng)速度；及Vc是臨界生長(zhǎng)速度；亦即是說(shuō)，Vc＝Gξcr，此處ξcr是(v/G)critical。
2.晶體的冷卻速率-在這些計(jì)算中，假定冷卻速率在整個(gè)空隙成核和空隙生長(zhǎng)狀態(tài)(如上所述)二者中都固定不變。
在圖表中這些參數(shù)間距的交點(diǎn)代表一種可以達(dá)到理想結(jié)果的條件圖。盡管必需滿足用于形成“有用的，功能完善的”硅的要求的用于晶體生長(zhǎng)參數(shù)的精確值在某些情況下可以改變，但迄今為止實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明近似值是1.Nv少于約1×108cm-3(在某些實(shí)施例中，優(yōu)選的少于約5×107cm-3，1×107cm-3，或甚至約5×106cm-3)；2.Rv少于約70nm(在某些實(shí)施例中，優(yōu)選的是少于約60，50，40，或甚至30nm)；3.Crcs少于約3×1012cm-3(在某些實(shí)施例中，優(yōu)選的是少于約2×1012cm-3，1×1012cm-3，5×1011cm-3，1×1011cm-3，5×1010cm-3，或甚至少于約1×1010cm-3)。
用這些值作為示例性的向?qū)В瑒t圖18中的圖表可用來(lái)標(biāo)出晶體生長(zhǎng)條件，在這些晶體生長(zhǎng)條件下，這些值可以滿足，用于一規(guī)定的拉晶機(jī)和拉晶工藝(如本文中進(jìn)一步說(shuō)明的)。
對(duì)于這些值，應(yīng)該注意，在某些情況下，為了達(dá)到理想的殘留空位濃度和空位尺寸，某種最小的空隙密度可能是必要的。換另一種方式說(shuō)，根據(jù)初始空位濃度和冷卻速率，其中，可以有一個(gè)最小的空隙密度，所述最小的空隙密度是必要的，以便使殘留空位濃度是低于所希望的含量范圍(空隙起“凹坑”作用，空位可以擴(kuò)散到該“凹坑”中并被消耗)，及使空隙尺寸是低于所希望的含量范圍(太少的空隙和太多的空位都造成空隙太大)。在這些情況下，通?？障睹芏葘⑹侵辽偌s5×106cm-3，1×107cm-3，5×107cm-3，1×108cm-3，或更高。
“標(biāo)準(zhǔn)模型”現(xiàn)在參見(jiàn)圖19，圖19示出了一種示例性的工作窗口，用于采用“標(biāo)準(zhǔn)”模型并假定冷卻速率恒定(從固化溫度到一個(gè)溫度，在該溫度下空位在大批實(shí)際時(shí)間段內(nèi)不再是可移動(dòng)的)滿足上述值。在剖面陰影線區(qū)域中所含的值是在比較高的冷卻速率和大的v/Go值下得到；也就是說(shuō)，這些值是在快拉速下和在用來(lái)產(chǎn)生大軸向溫度梯度的熱區(qū)中得到。這里應(yīng)該注意，如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)這些溫度梯度，則對(duì)可以滿足這些條件的拉速基本上沒(méi)有上限。因此，正是由于這個(gè)原因，“有用的，功能完善的”硅基本上可以在一規(guī)定拉晶機(jī)可能最快的拉速下，并因此在迄今為止已知最節(jié)約成本的條件下生產(chǎn)。
此外，應(yīng)該注意，在生長(zhǎng)“有用的，功能完善的”硅時(shí)有一另外的自由度，所述自由度在圖19已經(jīng)很復(fù)雜的示意圖中未示出。更具體地說(shuō)，如果放松通過(guò)空隙成核溫度范圍和空隙生長(zhǎng)溫度范圍二者的恒定冷卻速率的標(biāo)準(zhǔn)，則陰影線區(qū)域尺寸可以增加。例如，如果把圖中X軸的冷卻速率解釋為只是通過(guò)空隙成核范圍(比如從約1080℃到約1150℃)的冷卻速率，和然后允許穿過(guò)生長(zhǎng)狀態(tài)(比如從約950℃到約1050℃)的冷卻速率小于這個(gè)值，則這個(gè)區(qū)域的下面邊界(亦即常數(shù)Cres)將在圖表上垂直下降。根據(jù)迄今為止的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，估計(jì)在第二范圍的冷卻速率變化，在不明顯改變其它限制的情況下，將完全有效地移除這個(gè)下限，上述第二范圍的冷卻速率只比第一范圍的冷卻速率低約10％。在不堅(jiān)持特定理論情況下，一般認(rèn)為，殘留空位能有足夠多的時(shí)間完全被空隙消耗掉，所述空隙的密度由第一范圍冷卻速率確定。在所要求的大v/Go條件下，殘留空位的濃度比初始包括的空位濃度小。因此，空隙的尺寸不會(huì)以有意義的或值得注意的方式改變。
“修改的模型”理在參見(jiàn)圖20，其中考慮了用于空隙/空位消耗現(xiàn)象的第二示例性模型。更具體地說(shuō)，圖20示出在一修改的模型下所產(chǎn)生的結(jié)果，其中在第一或標(biāo)準(zhǔn)模型中只產(chǎn)生一個(gè)輕微但值得注意的變化。這里，“有用的，功能完善的”硅只能在兩級(jí)冷卻速率(與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)型的恒定冷卻速率相反)下生產(chǎn)。工作條件是注意的重點(diǎn)。
在這個(gè)實(shí)例中，在修改的模型下用于生產(chǎn)“有用的，功能完善的”硅的工作條件的工藝空間一般太小，并且是在大多數(shù)情況下不實(shí)用的So值處。因此，為了在這種模型下生產(chǎn)硅，因而我們需要兩級(jí)冷卻以便消除Cres下限。
v/Go和冷卻速率的控制為了在一種單晶硅錠恒定直徑部分的相當(dāng)大長(zhǎng)度上得到空位為主的硅，用于控制v/Go的一般詳細(xì)情況，一般是該技術(shù)的技術(shù)人員公知的，并且在例如PCT申請(qǐng)No.PCT/US98/07304，07305，和07365中作了說(shuō)明。然而，通常，按照本發(fā)明，生長(zhǎng)速率v和平均軸向溫度梯度Go這樣控制，以便對(duì)于晶錠恒定直徑部分的至少其中一段(比如當(dāng)沿著晶錠的中心軸測(cè)量時(shí)10％、20％、40％、60％、80％、90％，95％或更多)，在一軸向上對(duì)稱(chēng)區(qū)域中空位將是主要的本征點(diǎn)缺陷，上述軸向上對(duì)稱(chēng)區(qū)域具有一個(gè)寬度，當(dāng)從晶錠的中心軸周?chē)уV的圓周邊緣或側(cè)表面方向測(cè)量時(shí)，上述寬度為晶錠半徑長(zhǎng)度的至少約25％、50％、75％、85％，95％或更多。然而，在一些實(shí)施例中，這個(gè)區(qū)域?qū)?yōu)選的是從中心軸延伸到晶錠的側(cè)表面；也就是說(shuō)，優(yōu)選的是該區(qū)域的寬度將基本上等于晶錠恒定直徑部分的寬度。然而，在這個(gè)區(qū)域不從中心軸延伸到側(cè)表面的那些情況下，它可以任選地被另一個(gè)軸向上對(duì)稱(chēng)的區(qū)域包圍，其中硅自填隙是主要的本征點(diǎn)缺陷，并且基本上沒(méi)有附聚的本征點(diǎn)缺陷，例如在PCT/US98/07365中所述。
在這方面應(yīng)該注意，在熱處理之前，由按照本發(fā)明所述生長(zhǎng)的單晶硅錠所得到的單晶硅晶片，將具有基本上均勻的氧濃度、空隙濃度和空位濃度(晶片的近表面區(qū)除外)。換另一種方式說(shuō)，本發(fā)明的軸向上對(duì)稱(chēng)的、空位為主的區(qū)域?qū)⒒旧蠌木那氨砻嫜由斓骄暮蟊砻?亦即空位為主區(qū)域?qū)⒕哂幸缓穸龋龊穸戎辽贋榫偤穸鹊?0％、92％、94％、94％、96％、98％，或甚至約100％)，氧、空隙和殘留空位濃度在整個(gè)這個(gè)區(qū)域(亦即從大約頂部到底部)基本上都是均勻的。
倘若本發(fā)明的方法對(duì)一規(guī)定的拉晶機(jī)能應(yīng)用基本上可能最快的生長(zhǎng)速率，則基本上超過(guò)v/G臨界值的任何值都可以應(yīng)用。再參見(jiàn)例如圖18-20，在這方面應(yīng)該注意，So一般代表從v/Go臨界值的向上偏離值。此外，圖18-20提供關(guān)于冷卻速率的示例性數(shù)據(jù)；也就是說(shuō)，對(duì)一規(guī)定的v/G值(亦即So)，可以用這些曲線來(lái)確定為得到本發(fā)明的材料所必需的近似冷卻速率。
控制平均軸向溫度梯度Go可以通過(guò)拉晶機(jī)“熱區(qū)”的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，亦即其中包括石墨(或其它材料)，上述石墨制成加熱器、隔熱層、熱屏蔽和輻射屏蔽。盡管設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可以根據(jù)拉晶機(jī)的構(gòu)造和樣式改變，但一般地，Go可以用該技術(shù)中目前已知的任何用于控制熔體/固體界面處熱傳遞的手段控制，其中包括反射器、輻射屏蔽、排氣管及加熱器(側(cè)面加熱器或底部加熱器)。一般地，Go的徑向變化在大多數(shù)情況下通過(guò)將這一種裝置設(shè)置在熔體/固體界面上方一個(gè)晶體直徑范圍內(nèi)減至最小。Go可以另外通過(guò)調(diào)節(jié)該裝置相對(duì)于熔體和晶體的位置控制。這是通過(guò)該調(diào)節(jié)裝置在熱區(qū)中的位置，或是通過(guò)調(diào)節(jié)熔體表面在熱區(qū)中的位置實(shí)施的。此外，當(dāng)應(yīng)用一個(gè)加熱器時(shí)，Go還可以通過(guò)調(diào)節(jié)供給加熱器的功率進(jìn)行控制。這些方法的任一種或者全部都可以在批量直拉法中使用，在上述批量直拉加工中，熔體的體積在加工期間中用盡。
應(yīng)該注意，按照本發(fā)明，冷卻通過(guò)其中發(fā)生附聚的空位缺陷成核作用的溫度范圍控制。一旦達(dá)到這種情況，正如圖18-20(及有關(guān)它們的討論)所表明的，冷卻速率可以保持(亦即可以保持固定不變)，或者它可以增加。
一般地，單晶硅可以利用至少兩種可供選擇的方法通過(guò)用于附聚的空位缺陷成核溫度及任選地在大批實(shí)際時(shí)間段空位不再可移動(dòng)的溫度冷卻。在第一種方法中，整個(gè)晶錠(或至少希望具有本發(fā)明改進(jìn)的柵氧化層完整性的那些晶錠部分)保持在超過(guò)成核溫度的溫度下，直至晶錠尾端完成時(shí)為止。然后使晶錠與熔體分離，切斷輸入到熱區(qū)的熱量，并將單晶硅從直拉反應(yīng)器的熱區(qū)中取出移到一個(gè)與熱區(qū)分開(kāi)的室如-晶體安放室或其它冷卻室，在這里整個(gè)晶體(或至少上述那些部分)可以按照本發(fā)明冷卻。冷卻室可以用一熱交換裝置裝上外套，所述熱交換裝置設(shè)計(jì)成利用一種冷卻介質(zhì)，例如冷卻水，以便在一個(gè)速率下從冷卻室除去熱量，上述速率在單晶硅不直接與冷卻介質(zhì)接觸的情況下，足夠以一種所希望的速率冷卻單晶硅錠。可供選擇地，或者除了用冷卻水套之外，可以用一種預(yù)冷的氣體例如像氦氣來(lái)連續(xù)吹洗安放晶體的或其它冷卻室，以便有助于更快速的冷卻。用于從加工容器中除去熱量的方法在該技術(shù)中是眾所周知的，因此該技術(shù)的技術(shù)人員可以應(yīng)用各種方法用于從安放晶體的室或其它冷卻室中除去熱量，而不要求過(guò)分的實(shí)驗(yàn)。
在第二種方法中，一部分并優(yōu)選的是大部分晶錠在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中冷卻。在這種方法中，將拉晶機(jī)的熱區(qū)設(shè)計(jì)成(i)橫跨整個(gè)生長(zhǎng)中晶體的半徑達(dá)到一所希望的v/Go值(或若干值的范圍內(nèi))，(ii)在固化溫度和附聚的本征點(diǎn)缺陷成核溫度之間的一個(gè)溫度下提供足夠的空位本征點(diǎn)缺陷擴(kuò)散，及(iii)通過(guò)在包括成核溫度的溫度范圍內(nèi)施加一合適的軸向溫度梯度，使晶錠冷卻通過(guò)生長(zhǎng)的晶體中用于附聚的空位缺陷的成核溫度，及任選地通過(guò)其中在大批實(shí)際時(shí)間段內(nèi)空位不再擴(kuò)散的溫度。
對(duì)于一種按照本發(fā)明所述方法制備的晶錠(亦即一種包括空位為主的材料的晶錠)，在一些情況下優(yōu)選的是一種低含氧量的材料(亦即低于約13個(gè)PPMA(百萬(wàn)分之一原子，ASTM標(biāo)準(zhǔn)F-12-83)、低于約12PPMA、低于約11PPMA，或甚至低于約10PPMA的氧)。這是由于，在中到高含氧量的晶片(亦即約14PPMA-約18PPMA)中，形成氧誘生堆垛層錯(cuò)及增加的氧叢聚可能變得更顯著。這些情況當(dāng)中的每一個(gè)都是在一規(guī)定的集成電制造過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題的潛在來(lái)源。
增加的氧簇的影響可以用許多單獨(dú)使用或組合使用的方法來(lái)進(jìn)一步減少。例如，氧析出物成核中心通常是在約350℃-約750℃的溫度范圍內(nèi)退火的硅中形成。因此，對(duì)于某些應(yīng)用，可能優(yōu)選的是，晶體是一種“短”晶體，也就是說(shuō)，一種在直拉法中已生長(zhǎng)至籽晶端從硅的熔點(diǎn)(約1410℃)冷卻至約750℃而此后晶錠快速冷卻的晶體。這樣，使成核中心形成的臨界溫度范圍內(nèi)所花的時(shí)間保持最少，并且氧析出物成核中心沒(méi)有足夠的時(shí)間在拉晶機(jī)中形成。
然而，優(yōu)選的是，在單晶生長(zhǎng)期間所形成的氧析出物成核中心通過(guò)將單晶硅退火而溶解。倘若它們沒(méi)有經(jīng)受穩(wěn)定的熱處理，則氧析出物成核中心可以通過(guò)將硅快速加熱到至少約875℃的溫度，而優(yōu)選的是繼續(xù)使溫度增加到至少1000℃、至少1100℃、1200℃或更高溫度來(lái)退火去掉。在硅達(dá)到1000℃時(shí)，基本上所有(比如＞99％)的這種缺陷都退火去掉了。重要的是晶片快速加熱到上述這些溫度，亦即溫度增加的速率為至少約每分鐘10℃和更優(yōu)選的是至少約每分鐘50℃。另外，某些或全部氧析出物成核中心可以通過(guò)熱處理穩(wěn)定。平衡似乎在比較短的時(shí)間內(nèi)亦即約60秒或更短的數(shù)量級(jí)達(dá)到。因此，單晶硅中的氧析出物成核中心可以通過(guò)使單晶硅在至少約875℃溫度下，優(yōu)選的是在至少約950℃，和更優(yōu)選的是至少約1100℃下退火至少約5秒，和優(yōu)選的是至少約10分鐘來(lái)溶解。
溶解可以在常規(guī)爐子中或是在快速熱退火(RTA)系統(tǒng)中進(jìn)行。硅的快速熱退火可以在許多種市售快速熱退火(“RTA”)爐中進(jìn)行，在上述RTA爐中晶片用數(shù)排大功率燈單個(gè)加熱。RTA爐能快速加熱硅晶片，比如它們能在幾秒鐘之內(nèi)將晶片從室溫加熱到1200℃。一種這樣的市售RTA爐是購(gòu)自AG Associates(Mountain View，CA)的610型爐。此外，溶解可以在硅錠上或在硅晶片上優(yōu)選的是在晶片上進(jìn)行。
在快速熱退火和冷卻步驟期間的氣氛一般是任何非氧化性氣氛；現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在快速熱退火步驟期間硅表面的氧化作用抑制空位濃度。因此，優(yōu)選的是，氣氛全沒(méi)有氧或是氧分壓不足以注入足夠量的抑制空位濃度的形成的硅自填隙原子。盡管使空位濃度不合格地被抑制的氧濃度下限沒(méi)有精確測(cè)定，但一般優(yōu)選的是在快速熱退火步驟期間氣氛具有低于約2000ppm(0.002原子)而更優(yōu)選的是低于約1000ppm(0.001原子)的氧。氣氛可以是例如一種氮化的氣氛如氮?dú)饣虬?，一種非氮化氣氛如氦，氖，一氧化碳或氬，或它們的組合。優(yōu)選的是，它是氬氣。
置換式碳，當(dāng)在單晶硅中作為一種雜質(zhì)存在時(shí)，具有催化形成氧析出物成核中心的能力。因此，由于這個(gè)或另一些原因，優(yōu)選的是單晶硅錠具有低濃度的碳。也就是說(shuō)，單晶硅中碳濃度優(yōu)選的是低于約5×1016原子/cm3，更優(yōu)選的是低于1×1016原子/cm3，及還更優(yōu)選的是低于5×1015原子/cm3。
此外，在至少某些實(shí)施例中，優(yōu)選的是單晶硅晶片基本上沒(méi)有氮；也就是說(shuō)，在某些實(shí)施例中，優(yōu)選的是本發(fā)明的晶片是非摻氮的。正如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“非摻氮的”和“基本上沒(méi)有氮”涉及硅具有氮含量低于約1×1013原子/cm3，5×1012原子/cm3，1×1012原子/cm3，5×1011原子/cm3，或更低。
因此，目前，“非摻氮的”晶片可與“摻氮的”晶片區(qū)別開(kāi)，因?yàn)槿绻呓?jīng)受熱處理(在基本無(wú)氧時(shí)快速加熱到約1200℃)，冷卻，和然后經(jīng)受氧析出熱處理(比如加熱到約800℃保溫約4小時(shí)，然后加熱到約1000℃保溫約16小時(shí))，則在目前的“非摻氮的”晶片中氧析出物的濃度將低于約1×108原子/cm3(比如低于5×107，1×107，5×106，1×106，或更低)，而“摻氮的”晶片的氧濃度將不然。
應(yīng)該注意，如本文下面進(jìn)一步說(shuō)明的，由按照本發(fā)明所述生長(zhǎng)的晶錠切片所得的晶片適合于用作在其上可淀積一層外延層的基底。外延淀積可用該技術(shù)通用的任何方法進(jìn)行。由按照本發(fā)明所述生長(zhǎng)的晶錠切片所得的晶片還適合于用作絕緣體上半導(dǎo)體的基底(比如注氧隔離(SIMOX)或接合應(yīng)用)。絕緣體復(fù)合物上的半導(dǎo)體可以例如如lyer等在美國(guó)專(zhuān)利No.5,494,849中所述形成。本晶片可以應(yīng)用在像基底晶片或器件層這樣的應(yīng)用中。
另外，還應(yīng)注意，按照本發(fā)明制備的晶片適合于與氫或氬退火處理在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No.503,816 A1中所述的處理結(jié)合使用。
外延晶片一般說(shuō)來(lái)，按照本發(fā)明制備的硅晶片適合于用作在其上可以淀積一外延層的基底。同質(zhì)外延淀積可以用該技術(shù)通用的任何方法進(jìn)行。然而，在其中某些實(shí)施例中，空隙尺寸和密度的控制在狹義上不是關(guān)鍵的，因?yàn)橥庋拥矸e過(guò)程將“填滿”晶片表面處存在的空隙，而這些空隙將影響柵氧化層完整性；在這些實(shí)施例中，仍然控制殘留空位濃度，以避免過(guò)多的氧析出(如上面關(guān)于“有用的，功能完善的”硅所詳細(xì)說(shuō)明的)。
附聚缺陷的檢測(cè)附聚的缺陷可以用許多不同的技術(shù)檢測(cè)。例如，流動(dòng)圖形缺陷或D缺陷通常是按下述方法檢測(cè)，即在一種Secco腐蝕液中將單晶硅樣品優(yōu)先腐蝕約30分鐘，然后對(duì)樣品進(jìn)行顯微鏡檢查(見(jiàn)比如H.Yamagishi等，Semicond.Sci.Technol.，7，A 135(1992))。盡管作為標(biāo)準(zhǔn)的用于檢測(cè)附聚的空位缺陷，但該方法也可用于檢測(cè)附聚的填隙缺陷，當(dāng)采用這種技術(shù)時(shí)，這些缺陷當(dāng)存在時(shí)則在樣品表面上顯示成大的凹坑。
附聚缺陷也可以用激光掃描技術(shù)如激光掃描層析X射線攝影術(shù)檢測(cè)，上述技術(shù)具有比其它腐蝕技術(shù)低的缺陷密度檢測(cè)限。
此外，附聚的本征點(diǎn)缺陷可以通過(guò)用一種金屬將這些缺陷染色進(jìn)行目視檢測(cè)，上述金屬能在加熱時(shí)擴(kuò)散到單晶硅基體中。具體地說(shuō)，單晶硅樣品如片、棒或塊可以通過(guò)首先用一種含有能使這些缺陷染色的金屬的合成物，如濃硝酸銅溶液涂裝樣品的表面，目視檢查這些缺陷的存在。然后將涂裝后的樣品加熱到約900℃和約1000℃之間的一個(gè)溫度保溫約5分鐘-約15分鐘，以便使金屬擴(kuò)散到樣品中。然后將熱處理過(guò)的樣品冷卻至室溫，這樣使金屬變成臨界過(guò)飽和并析出在樣品基體內(nèi)存在缺陷的位置處。
冷卻之后，通過(guò)用一種光亮腐蝕液處理樣品約8-約12分鐘，首先使樣品經(jīng)受無(wú)缺陷刻劃腐蝕，以便除去表面殘留物和析出物。一種典型的光亮腐蝕液包括約55％硝酸(按重量計(jì)70％溶液)，約20％氫氟酸(按重量計(jì)49％溶液)，和約25％鹽酸(濃溶液)。
然后樣品用去離子水清洗，并通過(guò)將樣品浸入-Secco或光亮腐蝕液，或用上述Secco或光亮腐蝕液處理樣品約35-約55分鐘而經(jīng)受第二腐蝕步驟。通常，樣品將用一種Secco腐蝕液腐蝕，所述Secco腐蝕液包括1∶2比例的0.15M重鉻酸鉀與氫氟酸(按重量計(jì)49％溶液)。這個(gè)腐蝕步驟起顯露或描繪可能存在的附聚缺陷的作用。
在這種“缺陷染色”法的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，單晶硅樣品在涂布含金屬的合成物之前經(jīng)受熱退火。通常，將樣品加熱到約850℃-約950℃范圍內(nèi)的一個(gè)溫度保溫約3小時(shí)-約5小時(shí)。這個(gè)實(shí)施例特別優(yōu)選用于檢測(cè)B型硅自填陷附聚缺陷的場(chǎng)合。在不堅(jiān)持特定理論的情況下，一般認(rèn)為，這種熱處理起穩(wěn)定和生長(zhǎng)B缺陷的作用，因此它們可以更容易染色和檢測(cè)。
晶格空位的測(cè)量單晶硅中晶格空位的測(cè)量可以通過(guò)鉑擴(kuò)散分析進(jìn)行。一般地，鉑淀積在樣品上并在一水平表面中擴(kuò)散，同時(shí)擴(kuò)散時(shí)間和溫度優(yōu)選地這樣選擇，以使Framk-Turnbull機(jī)制主要是鉑擴(kuò)散，但上述機(jī)制足以通過(guò)鉑原子達(dá)到空位染色的穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于具有本發(fā)明典型的空位濃度的晶片，可以用730℃保溫20分鐘的擴(kuò)散時(shí)間和溫度，盡管更準(zhǔn)確的蹤跡似乎是可在一較低溫度比如約680℃達(dá)到。此外，為了使硅化(silicidation)過(guò)程的可能影響減至最小，鉑淀積法優(yōu)選的是產(chǎn)生一個(gè)低于一個(gè)單層的表面濃度。
鉑擴(kuò)散技術(shù)在別的地方也有介紹，例如，Jacob等，J.Appl.Phys.，vol.82，p.182(1997)；Zimmermann和Ryssel，“在非平衡狀態(tài)下硅中的鉑擴(kuò)散建?！盝.Electrochemical Society，vol.139，p.256(1992)；Zimmermann，Goesele，Seilenthal和Eichiner，“硅中標(biāo)繪的空位濃度晶片”，“Journal ofCrystal Growth”，vol.129，p.582(1993)；Zimmermann和Falster，“直拉法硅中早期階段氧析出物成核作用研究”，Appl.Phys.Lett.，vol.60.p.3250(1992)；及Zimmermann和Ryssel，Appl.Phys.A，vol.55，p.121(1992)；上述論文全都包括在本文中作為參考文獻(xiàn)。
定義如本文所用的，下列詞語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)將具有規(guī)定的意義“附聚的本征點(diǎn)缺陷”意思是指(i)由其中空位附聚產(chǎn)生D缺陷，流動(dòng)圖形缺陷，柵氧化層完整性缺陷，晶體原生粒子缺陷，晶體原生輕微點(diǎn)缺陷，及其它與空位有關(guān)的缺陷的反應(yīng)，或(ii)由其中自填隙附聚產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)和網(wǎng)絡(luò)，及其它與這種自填隙有關(guān)的缺陷的反應(yīng)所引起的缺陷；“附聚的填隙缺陷”意思是指由其中硅自填隙原子附聚的反應(yīng)所引起的附聚本征點(diǎn)缺陷；“附聚的空位缺陷”意思是指由其中晶格空位附聚的反應(yīng)所引起的附聚空位點(diǎn)缺陷；“半徑”在硅晶片或錠的上下文中意思是指從一硅晶片或錠的中心軸到側(cè)表面測(cè)得的距離；“基本上沒(méi)有附聚的本征點(diǎn)缺陷”意思是指附聚缺陷的濃度低于這些缺陷的檢測(cè)限，該檢測(cè)限目前約為103缺陷/cm3；及“空位為主”和“自填隙為主”分別意思是指其中本征點(diǎn)缺陷主要是空位或自填隙的材料。
此外，如本文所用的，下列詞語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)具有規(guī)定的意義“殘留的空位濃度”指的是在晶錠冷卻到低于一個(gè)溫度-在該溫度下空位在商業(yè)實(shí)用時(shí)間段內(nèi)不再移動(dòng)-之后(亦即在空隙生長(zhǎng)和/或空位擴(kuò)散到它們可能消耗或湮滅的地點(diǎn)停止之后)，按所得到的用于按照本發(fā)明生長(zhǎng)的單晶硅錠的硅材料用本發(fā)明所述方法測(cè)定的空位濃度；和“無(wú)控制的氧析出作用”及其改變，涉及到不能用熱處理防止或“消除”的氧析出作用，上述熱處理通常用來(lái)如通過(guò)本文所述或引用的那些方法溶解預(yù)先存在的氧簇或析出物核；更具體地說(shuō)，這涉及到不能通過(guò)熱處理溶解的氧析出作用，其中硅迅速加熱(比如以至少1℃/秒的速率)到一個(gè)不超過(guò)1300℃的溫度(比如1250℃，1225℃，或甚至1200℃的溫度)，如在例如美國(guó)專(zhuān)利No.5,994,761中所述。
鑒于上述情況，可以看出本發(fā)明的幾個(gè)目的都達(dá)到了。
因?yàn)樵诓幻撾x本發(fā)明范圍的情況下在上述材料和方法中可以進(jìn)行各種改變，所述上面說(shuō)明書(shū)所包括的所有內(nèi)容意在解釋為示例性的和沒(méi)有限制的意義。
權(quán)利要求
1.一種用于生長(zhǎng)單晶硅錠的方法，其中晶錠包括一個(gè)中心軸、一個(gè)籽晶錐、一個(gè)尾端及一個(gè)在上述籽晶錐和尾端之間的恒定直徑部分，所述恒定直徑部分具有一個(gè)側(cè)表面和一個(gè)從中心軸延伸到側(cè)表面的半徑，上述晶錠按照直拉法從硅熔體中生長(zhǎng)和然后從固化溫度冷卻，所述方法包括在晶體的恒定直徑部分生長(zhǎng)期間，控制生長(zhǎng)速度v和平均軸向溫度梯度Go，以便形成一個(gè)繞中心軸軸向?qū)ΨQ(chēng)的晶段，在該晶段中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，所述晶段具有一至少約為所述半徑的25％的徑向?qū)挾龋患皩⒕уV冷卻，以便在該軸向?qū)ΨQ(chēng)的晶段中形成附聚的空位缺陷和一個(gè)晶格空位本征點(diǎn)缺陷的殘留濃度，其中，附聚的空位缺陷具有一小于約70nm的平均半徑，并且殘留的晶格空位本征點(diǎn)缺陷的濃度小于在冷卻的晶段經(jīng)受氧析出熱處理時(shí)產(chǎn)生無(wú)控制的氧析出的閾值濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述晶錠具有一至少為200mm的標(biāo)稱(chēng)直徑。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述晶段具有一個(gè)長(zhǎng)度，當(dāng)沿著晶錠的中心軸測(cè)量時(shí)，所述晶段長(zhǎng)度至少是晶錠恒定直徑部分長(zhǎng)度的20％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述晶段具有一個(gè)為晶錠恒定直徑部分半徑的至少75％的徑向?qū)挾取?br> 5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述晶錠具有一為至少200mm的標(biāo)稱(chēng)直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，平均空隙密度小于約1×108cm-3。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，平均空隙密度大于約5×106cm-3。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，平均空隙密度大于約5×106cm-3。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于約50nm的平均半徑。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，殘留的空位濃度低于約3×1012cm-3。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述晶錠具有一為至少200mm的標(biāo)稱(chēng)直徑，所述晶段具有一個(gè)長(zhǎng)度和一個(gè)徑向?qū)挾?，?dāng)沿著晶錠的中心軸測(cè)量時(shí)，所述晶段長(zhǎng)度是晶錠恒定直徑部分長(zhǎng)度的至少20％，而上述晶段的徑向?qū)挾仁蔷уV恒定直徑部分的半徑的至少50％。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征是，平均空隙密度小于約1×108cm-3。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，平均空隙密度大于約5×106cm-3。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征是，平均空隙密度大于約5×106cm-3。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于約60nm的平均半徑。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征是，殘留的空位濃度低于約3×1012cm-3。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述晶錠在第一冷卻速率下冷卻經(jīng)過(guò)一第一溫度范圍一在此第一溫度范圍中附聚的空位缺陷成核，和然后在第二冷卻速率下冷卻經(jīng)過(guò)一第二溫度范圍一在此第二溫度范圍中空位本征點(diǎn)缺陷擴(kuò)散穿過(guò)所述晶段并結(jié)合到成核的附聚的空位缺陷中，其中第一冷卻速率大于第二冷卻速率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征是，所述第一溫度范圍是從約100℃到約1200℃。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征是，所述第二溫度范圍是從約900℃到約1100℃。
20.一種單晶硅晶片，包括一個(gè)前表面、一個(gè)后表面、一個(gè)連接前表面和后表面的側(cè)表面、一個(gè)垂直于前表面和后表面的中心軸及一個(gè)晶段，所述晶段繞該中心軸軸向?qū)ΨQ(chēng)并且基本從前表面延伸到后表面，其中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，所述晶段具有一至少約為半徑的25％的徑向?qū)挾?，并含有附聚的空位缺陷和殘留的晶格空位濃度，其?i)附聚的空位缺陷具有一小于約70nm的半徑，和(ii)晶格空位本征點(diǎn)缺陷的殘留濃度低于當(dāng)晶片經(jīng)受氧析出熱處理時(shí)產(chǎn)生無(wú)控制的氧析出的閾值濃度。
21.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，晶片在經(jīng)受一快速熱退火時(shí)能具有一低于1×108cm-3的氧析出物濃度，所述晶片在該快速熱退火中在基本上沒(méi)有氧的情況下快速加熱到1200℃的溫度并然后冷卻，及然后經(jīng)受氧析出熱處理，所述氧析出熱處理主要包括將晶片在800℃下進(jìn)行4小時(shí)和然后在1000℃下進(jìn)行16小時(shí)的退火。
22.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，所述晶片具有一為至少200mm的標(biāo)稱(chēng)直徑。
23.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，所述晶段具有一至少為晶片半徑的50％的寬度。
24.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，所述晶段具有一至少為晶片半徑的75％的寬度。
25.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，所述晶段具有一至少為晶片半徑的95％的寬度。
26.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于60nm的平均半徑。
27.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于50nm的平均半徑。
28.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于40nm的平均半徑。
29.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，附聚的空位缺陷具有一小于30nm的平均半徑。
30.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度小于1×108cm-3。
31.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度小于5×107cm-3。
32.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度小于1×107cm-3。
33.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度小于5×106cm-3。
34.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度大于5×106cm-3。
35.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度大于1×107cm-3。
36.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度大于5×107cm-3。
37.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，平均空隙密度大于1×108cm-3。
38.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，氧含量低于13PPMA。
39.如權(quán)利要求38所述的晶片，其特征是，碳濃度低于5×1016原子/cm3。
40.如權(quán)利要求39所述的晶片，其特征是，氮含量低于1×1013原子/cm3。
41.如權(quán)利要求38所述的晶片，其特征是，氮含量低于1×1013原子/cm3。
42.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，碳濃度低于5×1016原子/cm3。
43.如權(quán)利要求42所述的晶片，其特征是，氮含量低于1×1013原子/cm3。
44.如權(quán)利要求20所述的晶片，其特征是，氮含量低于1×1013原子/cm3。
45.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于3×1012cm-3。
46.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于2×1012cm-3。
47.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于1×1012cm-3。
48.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于5×1011cm-3。
49.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于1×1011cm-3。
50.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于5×1010cm-3。
51.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，殘留的空位濃度低于1×1010cm-3。
52.如權(quán)利要求20-44中任一項(xiàng)所述的晶片，其特征是，所述晶片具有一淀積在其前表面上的同質(zhì)外延層。
53.一種評(píng)價(jià)單晶硅晶片群柵氧化層完整性的方法，所述方法包括(i)測(cè)定上述晶片群的第一分組隨施加到所述第一分組上的應(yīng)力量變化的介電擊穿特性，其中此應(yīng)力量以一第一速率從一個(gè)初始值增加到一個(gè)最終值，(ii)測(cè)定上述晶片群的第二分組隨施加到所述第二分組上的應(yīng)力量變化的介電擊穿特性，其中此應(yīng)力量以一第二速率從一個(gè)初始值增加到一個(gè)最終值，并且所述第二速率與所述第一速率不同；及(iii)利用在步驟(i)和(ii)所測(cè)定的介電擊穿特性來(lái)預(yù)報(bào)晶片群在一限定的條件組下的柵氧化層故障率。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征是，每個(gè)分組都包括晶片群中一個(gè)或多個(gè)晶片的整體或一個(gè)分?jǐn)?shù)部分。
55.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征是，每個(gè)分組都包括相同晶片的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分。
56.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征是，每個(gè)分組都包括不同晶片的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分。
57.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征是，每個(gè)分組的一部分都包括相同晶片的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分。
58.如權(quán)利要求53-57中每一項(xiàng)所述的方法，其特征是，對(duì)晶片群的4個(gè)分組測(cè)定介電擊穿特性。
59.如權(quán)利要求53和58所述的方法，其特征是，上述分組中每個(gè)分組的增加速率與其它分組的增加速率相差至少10倍。
全文摘要
一種單晶硅晶片，它包括一個(gè)前表面、一個(gè)后表面、一個(gè)連接前表面和后表面的側(cè)表面、一個(gè)垂直于前表面和后表面的中心軸及一個(gè)晶段，上述晶段圍繞中心軸軸向?qū)ΨQ(chēng)，并且基本上是從前表面延伸到后表面，其中晶格空位是主要的本征點(diǎn)缺陷，所述晶段具有至少約為半徑的25％的徑向?qū)挾?，并含有附聚的空位缺陷和殘留的晶格空位濃度，其?i)附聚的空位缺陷具有一小于約70nm的半徑和(ii)殘留的晶格空位本征點(diǎn)缺陷濃度低于當(dāng)晶片經(jīng)受氧析出熱處理時(shí)產(chǎn)生無(wú)控制的氧析出的閾值濃度。
文檔編號(hào)C30B15/00GK1489643SQ02804207
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月2日
發(fā)明者R·J·法爾斯特, V·弗拉迪米爾, P·穆蒂, F·博諾利, R J 法爾斯特, 廈錐, 道 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司