專利名稱：退火晶片及退火晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兼?zhèn)渚哂袃?yōu)良的氧化膜耐壓特性的晶片表層和具有優(yōu)良的吸收能力(gettering capablity)的體層(bulk layer)的退火晶片(annealedwafer)及退火晶片的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著由半導(dǎo)體電路的高集成化帶來(lái)的元件的微細(xì)化，提高了對(duì)成為其基板的、用切克勞斯基法(以下，縮寫為CZ法)生長(zhǎng)的硅單晶的質(zhì)量要求。特別是存在惡化稱之為FPD、LSTD、COP等的生長(zhǎng)過(guò)程(Grown-in)缺陷的氧化膜耐壓特性或器件特性的、單晶生長(zhǎng)起因的缺陷，從而更重視著其密度和尺寸的降低。
如果說(shuō)明這些缺陷，首先關(guān)于決定以下濃度的因子，一般都清楚，其中，這里的濃度是指稱之為進(jìn)入硅單晶的空隙(Vacancy，以下有時(shí)縮寫為V)的空穴型點(diǎn)缺陷，和稱之為格子間式硅(Interstitial-Si，以下有時(shí)縮寫為I)的格子間型硅點(diǎn)缺陷的各自的進(jìn)入的濃度。
在硅單晶中，所謂V區(qū)域，是指Vacancy，即因硅原子的不足而產(chǎn)生的如凹部、穴這樣的空隙多的區(qū)域，所謂I區(qū)域，是指因多余存在硅原子而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)位或多余的硅原子的塊多的區(qū)域，另外在V區(qū)域和I區(qū)域的之間，存在硅原子不多不少的中性(Neutral，以下有時(shí)縮寫為N)區(qū)域。另外，所謂所述生長(zhǎng)過(guò)程缺陷(FPD、LSTD、COP等)，始終是在V和I過(guò)飽和的狀態(tài)下產(chǎn)生的缺陷，即使原子多少偏離，只要是飽和以下，就能判斷為作為缺陷不存在。
該兩點(diǎn)缺陷的濃度，由CZ法中的晶體的拉晶速度(生長(zhǎng)速度)和晶體中的固液界面附近的溫度梯度G的關(guān)系決定，在V區(qū)域和I區(qū)域的邊界附近，在從與晶體生長(zhǎng)軸垂直的方向的斷面看時(shí)，確認(rèn)環(huán)狀分布(以下，有時(shí)稱為OSF環(huán))稱之為OSF(氧化引起的疊層缺陷，Oxidation InducedStacking Fault)的缺陷。
這些晶體生長(zhǎng)起因的缺陷，在用采用通常的晶體中固液界面附近的溫度梯度G大的爐內(nèi)結(jié)構(gòu)(熱區(qū)有時(shí)稱為HZ)的CZ拉晶機(jī)，使在晶體軸向的生長(zhǎng)速度從高速到低速變化的情況下，能以圖9所示的缺陷分布圖得到。
另外，如果分類這些起因于晶體生長(zhǎng)的缺陷，則例如在生長(zhǎng)速度達(dá)到0.6mm/min左右以上的比較高速的情況下，在晶體徑向的整個(gè)區(qū)域，高密度存在空穴式的點(diǎn)缺陷集中的、空隙起因的FPD、LSTD、COP等生長(zhǎng)過(guò)程缺陷，這些缺陷存在的區(qū)域稱為V區(qū)域(圖9的線(A))。
此外，生長(zhǎng)速度達(dá)到0.6mm/min以下時(shí)，隨著生長(zhǎng)速度的降低，OSF環(huán)從晶體的周邊產(chǎn)生，在該環(huán)的外側(cè)，低密度存在認(rèn)為起因轉(zhuǎn)位環(huán)(loop)的L/D(Large Dislocation格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的縮寫、LSEPD、LFPD等)的缺陷，且存在這些缺陷的區(qū)域稱為I區(qū)域(有時(shí)稱為L(zhǎng)/D區(qū)域)。此外，如果使生長(zhǎng)速度降到0.4mm/min左右以下的低速，則OSF環(huán)就凝集在晶片的中心、并消除，整個(gè)面都成為I區(qū)域(圖9的線(C))。
此外，近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)在V區(qū)域和I區(qū)域的中間，在OSF環(huán)的外側(cè)，存在稱為N區(qū)域的，既不存在起因空穴的FPD、LSTD、COP，也不存在起因轉(zhuǎn)位環(huán)的LSEPD、LFPD的區(qū)域。對(duì)該區(qū)域已報(bào)告如下，即位于OSF環(huán)的外側(cè)，另外，在實(shí)施氧析出熱處理，用X-ray觀察等而確認(rèn)析出的對(duì)比的情況下，是幾乎沒(méi)有氧析出，并且不是能形成LSEPD、LFPD那樣富集的、I區(qū)域側(cè)。
這些N區(qū)域，在普通的方法中，由于在降低生長(zhǎng)速度時(shí)，與生長(zhǎng)軸向傾斜地存在，因此在晶片面內(nèi)只部分存在(圖9的線(B))。關(guān)于該N區(qū)域，在Voronkov理論(V.V.Voronkov；Journal of Crystal Growth，59(1982)625～643)中，提出由拉晶速度(F)和晶體固液界面軸向溫度梯度(G)的比F/G的參數(shù)來(lái)決定點(diǎn)缺陷的總濃度的方法。如果從此方面考慮，因?yàn)樵诿鎯?nèi)拉晶速度理應(yīng)一定，所以為了在面內(nèi)G具有分布，例如，在某一拉晶速度下，只能得到在中心用V區(qū)域夾持N區(qū)域的、在周邊成為I區(qū)域的晶體。
因此最近，通過(guò)改進(jìn)面內(nèi)的G的分布，例如在一邊慢慢降低拉晶速度一邊拉晶只以該斜度存在的N區(qū)域時(shí)，能夠以某一拉晶速度制造N區(qū)域向橫向全面擴(kuò)展的晶體。此外，如要向長(zhǎng)度方向擴(kuò)大該整個(gè)N區(qū)域的結(jié)晶，則如果維持該N區(qū)域橫向擴(kuò)展時(shí)的拉晶速度進(jìn)行拉晶，就能夠在某種程度上實(shí)現(xiàn)上述目的。此外，考慮到G隨著晶體生長(zhǎng)而變化，如果以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行修正，使F/G始終保持固定的方式，調(diào)節(jié)拉晶速度，也能夠相應(yīng)地在生長(zhǎng)方向擴(kuò)大全面成為N區(qū)域的晶體(例如，特開(kāi)平8-330316號(hào)公報(bào))。
如果再進(jìn)一步分類該N區(qū)域，有與OSF環(huán)的外側(cè)鄰接的Nv區(qū)域(空穴多的區(qū)域)和與I區(qū)域鄰接的Ni區(qū)域(格子間硅多的區(qū)域)，得知在Nv區(qū)域，在熱氧化處理時(shí)氧析出量大，在Ni區(qū)域幾乎不析出氧(例如，特開(kāi)2001-139396號(hào)公報(bào))。
可是，如上所述，得知盡管是整個(gè)面為N區(qū)域，在進(jìn)行熱氧化處理時(shí)不產(chǎn)生OSF環(huán)，并且在整個(gè)面不存在FPD、L/D的單晶，但有時(shí)也明顯產(chǎn)生氧化膜缺陷。另外，這也成為使氧化膜耐壓特性劣化原因，就因?yàn)橐酝恼麄€(gè)面是N區(qū)域，所以還不充分，希望進(jìn)一步改進(jìn)。
為此，本發(fā)明者們中部分人，利用Cu沉積法，更加詳細(xì)地研究了N區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域，在析出熱處理后容易產(chǎn)生氧析出的Nv區(qū)域的局部上，存在明顯產(chǎn)生能用Cu沉積法處理檢測(cè)的缺陷的區(qū)域Dn(圖10)，另外，關(guān)于弄清這成為使氧化膜耐壓特性這樣的電特性劣化的原因，研究結(jié)果已經(jīng)公開(kāi)(特開(kāi)2002-201093號(hào)公報(bào))。
因此，如果在該OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，將用Cu沉積法檢測(cè)時(shí)沒(méi)有缺陷區(qū)域Dn的區(qū)域擴(kuò)展在晶片整個(gè)面上，則能夠得到無(wú)所述種種生長(zhǎng)過(guò)程缺陷，同時(shí)能夠確實(shí)提高氧化膜耐壓特性等的晶片。
Cu沉積法，是能正確測(cè)定半導(dǎo)體晶片的缺陷的位置，提高對(duì)半導(dǎo)體晶片的缺陷的檢測(cè)限度，對(duì)更微細(xì)的缺陷也能夠正確測(cè)定、分析的晶片評(píng)價(jià)方法。
具體的晶片評(píng)價(jià)方法是在晶片表面上形成規(guī)定厚度的絕緣膜，破壞形成在所述晶片表面附近的缺陷部位上的絕緣膜，而在缺陷位置上析出(沉積)Cu等電解物質(zhì)。即，Cu沉積法是利用如果在溶解有Cu離子的液體中，對(duì)形成在晶片表面上的氧化膜外加電位，則電流就在氧化膜劣化的部位上流動(dòng)，Cu離子變成Cu析出的評(píng)價(jià)方法。已知在氧化膜容易劣化的部分上存在COP等缺陷。
Cu沉積的晶片的缺陷部位，能夠通過(guò)在聚光燈下或直接肉眼分析評(píng)價(jià)其分布或密度，另外也可以用顯微鏡觀察、透射電子顯微鏡(TEM)或掃描電子顯微鏡(SEM)等確認(rèn)。
以下，解說(shuō)各用語(yǔ)。
1)FPD(Flow Pattern Defect)，從生長(zhǎng)后的硅單晶棒切下晶片，用氟酸和硝酸的混合液刻蝕去除表面的應(yīng)變層后，通過(guò)用K2Cr2O7、氟酸和水的混合液刻蝕(Secco刻蝕)，產(chǎn)生陷坑及波紋模樣(流動(dòng)模樣FlowPattern)。該流動(dòng)模樣稱為FPD，晶片面內(nèi)的FPD密度越高，氧化膜耐壓的不良越增加(參照，特開(kāi)平4-192345號(hào)公報(bào))。
2)SEPD(Secco Etch Pit Defect)，在實(shí)施與FPD同樣的Secco刻蝕時(shí)，伴隨流動(dòng)模樣的稱為FPD，不伴隨流動(dòng)模樣的稱為SEPD。其中，認(rèn)為10μm以上的大的SEPD(LSEPD)起因于轉(zhuǎn)位偏聚(cluster)，在器件中存在轉(zhuǎn)位偏聚的情況下，由該轉(zhuǎn)位而使電流漏泄，起不到作為P-N結(jié)的作用。
3)LSTD(Laser Scattering Tomography Defect)，從生長(zhǎng)后的硅單晶棒切下晶片，用氟酸和硝酸的混合液刻蝕去除表面的應(yīng)變層后，劈開(kāi)晶片。利用該劈開(kāi)面(或晶片表面)射入紅外光，通過(guò)檢測(cè)從晶片表面(或劈開(kāi)面)出射的光，能夠檢測(cè)出基于晶片內(nèi)的缺陷的散射光。關(guān)于此處觀察的散射體，在學(xué)會(huì)等中已有報(bào)告，被看作氧析出物(參照，Japanese Journal ofApplied Physics Vol.32，p.3679，1993)。此外，在最近的研究中，還報(bào)告了是八面體的空隙(空穴)的研究結(jié)果。
4)COP(Crystal Originated Particle)是指，按成為使晶片的中心部的氧化膜耐壓劣化的原因的缺陷，在Secco刻蝕中成為FPD的缺陷，在SC-1清洗(利用NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶1∶10的混合液清洗)中，以選擇刻蝕液工作，成為COP。該陷坑的直徑在1μm以下，用光散射法進(jìn)行研究。
5)在L/D(Large Dislocation格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的縮寫)中，有LSEPD、LFPD等，是認(rèn)為起因轉(zhuǎn)位環(huán)的缺陷。如上所述，LSEPD即使在SEPD中也是10μm以上的大的缺陷。此外，LFPD即使在上述的FPD中也是前端陷坑的尺寸在10μm以上的大的缺陷。認(rèn)為這些缺陷也起因于轉(zhuǎn)位環(huán)。
另外，在利用CZ法生長(zhǎng)的硅單晶中，作為雜質(zhì)主要以1018atoms/cm3的濃度含有格子間氧。該格子間氧，在從晶體生長(zhǎng)工序中的固化到室溫冷卻的熱過(guò)程(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為結(jié)晶熱過(guò)程。)或半導(dǎo)體元件的制作工序中的熱處理工序中，因達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而析出，形成硅氧化物的析出物(以下，有時(shí)稱為氧析出物或單稱為析出物。)。
該氧析出物，作為捕獲在器件工序中混入的重金屬雜質(zhì)的位置，有效地工作(Internal GetteringIG)，能夠提高器件特性或成品率。因此，作為硅晶片的質(zhì)量之一，非常重視IG能力。
氧析出的過(guò)程，由析出核形成和其生長(zhǎng)過(guò)程構(gòu)成。在通常的As-grown晶片的情況下，在晶體熱過(guò)程中進(jìn)行核形成，通過(guò)其后的器件工序等的熱處理增大生長(zhǎng)，能夠作為氧析出物檢測(cè)。從而，在投入器件工序前的階段存在的氧析出物極少，不具有IG能力。然而，通過(guò)經(jīng)過(guò)器件工序，生長(zhǎng)成大的氧析出物，從而能夠具有IG能力。
另外，隨著近年來(lái)的器件工序使用的晶片的大口徑化，推進(jìn)低溫化短時(shí)間化，例如，能夠頻繁采用一系列的器件工序全部在1000℃以下進(jìn)行，或者只需要幾十秒左右的熱處理時(shí)間的RTP(Rapid Thermal Processing)。如此的器件工序，由于即使全部的熱處理加在一起，有時(shí)也只相當(dāng)1000℃、2小時(shí)左右的熱處理，因此如以往，不能期待在器件工序中的氧析出物的生長(zhǎng)。因此，對(duì)于低溫化短時(shí)間化的器件工序，需要在投入器件工序前的階段具有優(yōu)良的IG能力。即，最好高密度形成可在投入器件工序前的階段檢測(cè)的大的氧析出物。
另一方面，如果氧析出物存在于晶片表面附近的器件制作區(qū)，就會(huì)使器件特性劣化。因此，最好在晶片表面附近不存在氧析出物。
此外，在一般的CZ晶片中，存在利用晶體拉晶時(shí)的熱過(guò)程導(dǎo)入的，也就是作為Grown-in缺陷的、因除Grown-in氧析出核之外、原子空穴的凝集而形成的空隙(空洞)缺陷。在該空隙在鏡面研磨的晶片的表面露出時(shí)，成為稱之為COP的表面陷坑。已知，如果在器件制作區(qū)也存在該COP及空隙，會(huì)劣化器件特性，特別是劣化重要的特性即氧化膜耐壓特性。因此，在晶片表層的器件制作區(qū)(通常從表面往里幾μm左右)，與氧析出物同樣，最好也不存在COP及空隙。
為使晶片表層的COP及空隙消除，有時(shí)在氫氣或氬氣等惰性氣體氣體氛圍下實(shí)施1200℃左右的高溫處理。此外，在此種情況下，也優(yōu)選附加IG能力。因此，作為同時(shí)實(shí)現(xiàn)使COP及表層附近的空隙消除和在內(nèi)部形成氧析出物的方法，有在晶體生長(zhǎng)時(shí)添加氮的方法(例如，特開(kāi)平11-322490號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-322491號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2000-211995號(hào)公報(bào)等)。
在添加氮的晶片中，通過(guò)減小空隙的尺寸，容易在晶片表面附近通過(guò)高溫?zé)崽幚硎瓜g隙，此外，通過(guò)增大用晶體熱過(guò)程形成的Grown-in析出核，在體(bulk)中，形成即使在高溫?zé)崽幚碇幸膊幌?，反而生長(zhǎng)的氧析出物，從而能夠附加IG能力。
然而，即使采用添加氮的晶片，要使表層的空隙消除，也需要1200℃左右的高溫?zé)崽幚?，因情況的不同，會(huì)有殘存不能檢測(cè)程度的小的空隙的顧慮。此外，大的Grown-in析出核，因熱穩(wěn)定，有在晶片表層也難消除，殘留在表層的顧慮。如果這些缺陷殘留在表層內(nèi)，存在器件特性劣化的問(wèn)題。
另外，在晶體生長(zhǎng)時(shí)添加氮，使晶體制造工序復(fù)雜，同時(shí)氮濃度的管理等也麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上的事實(shí)而提出的，其目的在于，提供一種作為器件制作區(qū)的晶片表層的、氧化膜耐壓特性優(yōu)良，并且在體層中當(dāng)在投入器件工序前的階段能高密度存在氧析出物，使其具有優(yōu)良的IG能力的退火晶片及退火晶片的制造方法。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的退火晶片，是對(duì)由用切克勞斯基法生長(zhǎng)的硅單晶制作的硅晶片實(shí)施了熱處理的退火晶片，其特征是從晶片表面到至少深5μm的區(qū)域的氧化膜耐壓特性的良品率在95％以上，并且在投入器件工序前的階段，能在晶片內(nèi)部檢測(cè)出的、具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的密度為1×109/cm3以上。
此處，所謂的本發(fā)明的氧化膜耐壓特性，是TZDB(Time Zero DielectricBreakdown)特性，所謂的良品率，是將判定電流設(shè)定為1mA/cm2時(shí)絕緣破壞電場(chǎng)達(dá)到8MV/cm以上的特性的比例。
如此，不僅是晶片表面，而且是從晶片表面到至少深5μm的區(qū)域，都形成氧化膜耐壓特性優(yōu)良的無(wú)缺陷層，所以即使在直到深的區(qū)域使用的器件中，也不會(huì)使其特性劣化。
作為檢測(cè)晶片表層的缺陷的簡(jiǎn)便方法，有離子計(jì)數(shù)器或選擇刻蝕法。但是，即使在利用這些方法不能檢測(cè)出的情況下，也存在檢測(cè)下限以下的小尺寸的缺陷，有時(shí)也使氧化膜耐壓特性劣化。因此，具有氧化膜耐壓特性優(yōu)良的特征，極為重要。作為良品率，當(dāng)然優(yōu)選是100％。
此外，在投入器件工序前的階段，如果可在去除上述無(wú)缺陷層的晶片內(nèi)部檢測(cè)出的氧析出物的密度在1×109/cm3以上，則即使在近年來(lái)的低溫化短時(shí)間化的器件工序中，氧析出物也從器件工序的初期階段開(kāi)始就作為吸收部位工作，能夠發(fā)揮足夠的吸收能力。如果考慮到晶片的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)選氧析出物的密度設(shè)定在1×1013/cm3以下。
此處，具有IG能力的氧析出物的尺寸，以能夠?qū)嶒?yàn)檢測(cè)的氧析出物的尺寸(直徑30～40nm的范圍)為基準(zhǔn)。一般，由于認(rèn)為實(shí)驗(yàn)不能檢測(cè)的尺寸的氧析出物，也具有IG能力，因此只要是實(shí)驗(yàn)?zāi)軝z測(cè)的尺寸，就能夠判斷具有足夠的IG能力。因此，作為具有吸收能力的尺寸，優(yōu)選直徑大約在40nm以上。如此的氧析出物，例如，能夠用光散射法之一的紅外散射X射線斷層照相法檢測(cè)。
另外，作為本發(fā)明的退火晶片的原料實(shí)施熱處理的硅晶片，優(yōu)選是，所述硅晶片是由硅單晶制造，其中，所述硅單晶是在滿足以下情況的條件下生長(zhǎng)而成的，所述情況是在生長(zhǎng)所述硅單晶時(shí)，在對(duì)晶片整個(gè)面實(shí)施了熱氧化處理時(shí)以環(huán)狀產(chǎn)生的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在能用Cu沉積法檢測(cè)出的缺陷區(qū)域。
在Cu沉積法中，能夠高靈敏度檢測(cè)COP及空隙(Void)。因此，可以判斷在不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的硅晶片中，不存在空隙。在對(duì)如此的不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的硅晶片實(shí)施了熱處理的退火晶片中，除不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷外，由于實(shí)施了退火，因此晶片表層的氧化膜耐壓特性更優(yōu)良。
另外，作為本發(fā)明的退火晶片的原料實(shí)施熱處理的硅晶片，優(yōu)選是，所述硅晶片，是由在生長(zhǎng)用于制造硅晶片的硅單晶時(shí)以不添加氮的情況下生長(zhǎng)的硅單晶而制造。
由于不添加氮，不存在熱穩(wěn)定好的Grown-in析出核(例如，直徑40nm以上)，因此不用擔(dān)心在熱處理(退火)后在表層會(huì)殘留該Grown-in析出核。此外，由于不需要添加氮，因此具有晶體生長(zhǎng)工序不復(fù)雜且管理等也容易等優(yōu)點(diǎn)。
此外，作為成為本發(fā)明的退火晶片的原料實(shí)施熱處理的硅晶片，也能夠采用由在硅單晶的生長(zhǎng)時(shí)在抑制空隙缺陷的發(fā)生的條件下拉晶成的硅單晶而制造的、幾乎不存在COP及空隙的低缺陷晶片。
此處，上述低缺陷晶片，例如，如特開(kāi)平11-147786號(hào)公報(bào)及特開(kāi)平11-157996號(hào)公報(bào)等所記載，是能夠采用通過(guò)控制晶體的拉晶速度F和拉晶晶體中的固液界面附近的溫度梯度G的比F/G來(lái)進(jìn)行拉晶的公知技術(shù)的、整個(gè)面由N區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。
本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，其特征是在用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度，進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)，將由此得到的硅單晶加工成硅晶片，對(duì)具有在該硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核的硅晶片，在500℃～700℃范圍內(nèi)的溫度T4℃下保溫規(guī)定時(shí)間t1，然后以5℃/分鐘以下的升溫速度，升溫到1000℃～1230℃范圍內(nèi)的溫度T5℃，并在該溫度T5℃下保溫規(guī)定時(shí)間t2，由此，將所述Grown-in析出核生長(zhǎng)為具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的同時(shí)，使所述硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散。
如此，通過(guò)從低溫(T4℃)到高溫(T5℃)，以5℃/分鐘以下的升溫速度緩慢升溫，在高溫下保溫規(guī)定時(shí)間，能夠在不使體中的Grown-in析出核消除的情況下，有效地使其生長(zhǎng)到具有吸收能力的尺寸以上。此外，與此同時(shí)，通過(guò)使硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散，由于能夠使氧析出核消除，因此能夠在晶片表面附近形成無(wú)氧析出物的DZ層。而且，形成不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷的高質(zhì)量的DZ層。即，如果采用本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，只用簡(jiǎn)便的1個(gè)工序的熱處理，就能夠形成高質(zhì)量的DZ-IG結(jié)構(gòu)。
此處，如上所述，具有IG能力的氧析出物的尺寸，以能夠?qū)嶒?yàn)檢測(cè)的氧析出物的尺寸(直徑30～40nm的范圍)為基準(zhǔn)。因此，作為具有IG能力的尺寸，優(yōu)選直徑大約在40nm以上。此外，氧析出物尺寸的上限不限定，但由于要增大生長(zhǎng)需要長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，因此優(yōu)選設(shè)定在直徑100nm以下。
如果所述高溫T5℃大約低于1000℃，就延長(zhǎng)生長(zhǎng)成大的氧析出物所用的時(shí)間，延長(zhǎng)整體的工序時(shí)間。T5℃越高，越縮短生長(zhǎng)成大的氧析出物所用的時(shí)間，能夠縮短整體的工序時(shí)間，但是由于在超過(guò)大約1230℃的高溫下，來(lái)自熱處理爐的金屬污染顯著，所以優(yōu)選設(shè)定在1230℃以下。
所述溫度T4℃越低析出物密度越高，但由于工序時(shí)間延長(zhǎng)，因此優(yōu)選設(shè)定在大約500℃以上。此外，如果是超過(guò)大約700℃的溫度，有時(shí)就不能充分得到析出物密度。同樣，升溫速度R℃/分鐘越低析出物密度越高，但如果過(guò)低，由于工序時(shí)間延長(zhǎng)，因此優(yōu)選大約1℃/分鐘以上。如果升溫速度R℃/分鐘達(dá)到超過(guò)大約5℃/分鐘，則不能生長(zhǎng)Grown-in析出核而被消除的比例增大，有時(shí)不能充分得到析出物密度。
通過(guò)將從所述T4℃到T5℃的升溫速度R℃/分鐘設(shè)定在5℃/分鐘以下，能夠在盡量不消除Grown-in析出核的情況下，使其有效地生長(zhǎng)。即，由于使在晶體生長(zhǎng)工序形成的已有的Grown-in析出核生長(zhǎng)，因此即使去掉重新形成氧析出核的熱處理工序，也能夠充分提高析出物密度，而且，能夠縮短整體的工序時(shí)間。
此外，在本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式中，在從所述T4℃升溫到T8℃之前，在T4℃的保溫時(shí)間t1也可以是0分鐘，但更優(yōu)選設(shè)定在15分鐘以上。由此，更難消除Grown-in析出核，而且除Grown-in析出核外，還能夠生成新的氧析出核，能夠形成更高密度的氧析出核。此外，由于如果延長(zhǎng)保溫時(shí)間t1，就會(huì)延長(zhǎng)工序時(shí)間，因此優(yōu)選設(shè)定在大約60分鐘以下。
此外，所述溫度T4℃越低，另外在T4℃的保溫時(shí)間t1越長(zhǎng)，另外升溫速度越慢，越在升溫工序中形成新的析出核，析出物的密度越高。
在所述溫度T5℃的保溫時(shí)間t2，為了確實(shí)使Grown-in析出核生長(zhǎng)到具有吸收能力的尺寸，此外，為了形成具有足夠?qū)挾鹊腄Z層，優(yōu)選大約在30分鐘以上。保溫時(shí)間t2越長(zhǎng)，體中的氧析出物的尺寸越增大，從而能夠擴(kuò)大表面附近的DZ寬度，但由于工序時(shí)間延長(zhǎng)，因此優(yōu)選設(shè)定在大約4小時(shí)以下，更優(yōu)選設(shè)定在大約2小時(shí)以下。另一方面，如果保溫時(shí)間t2小于大約30分鐘，因時(shí)間的微小偏差，就有可能得不到所要求尺寸的氧析出物或DZ寬度。
為充分得到本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式的效果，熱處理的硅晶片的氧濃度最好在大約14ppma以上。如果氧濃度高，能夠提高析出物密度，能夠附加更優(yōu)良的IG能力。此外，由于氧濃度越高，析出物的生長(zhǎng)速度越快，所以縮短整體的工序時(shí)間。但是，即使在氧濃度低的情況下，例如通過(guò)降低升溫工序的升溫開(kāi)始溫度T4℃，或延長(zhǎng)T5℃的保溫時(shí)間，也能夠得到本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式的效果。因此，在本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式中，不限定氧濃度的上限，但如果考慮到硅單晶制造的容易性，優(yōu)選設(shè)定在大約23ppma以下。更優(yōu)選的氧濃度的范圍是14～17ppma。
此外，如果采用本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，能夠得到抑制由器件工序中的熱應(yīng)力形成的滑移(slip)轉(zhuǎn)位的發(fā)生的效果。已知構(gòu)成滑移的轉(zhuǎn)位被氧析出物阻塞。因此，如果利用本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，高密度形成具有某種程度的大尺寸的氧析出物，就能夠提高阻塞轉(zhuǎn)位的概率，抑制滑移轉(zhuǎn)位的發(fā)生。即，本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，能夠特別適合用于因熱處理容易產(chǎn)生滑移轉(zhuǎn)位的直徑300mm以上的大口徑的晶片。為了抑制滑移轉(zhuǎn)位的發(fā)生，優(yōu)選將所述溫度T5℃設(shè)定在1200℃以下，更優(yōu)選設(shè)定在大約1150℃以下。
此外，如果利用本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第1方式，能夠在不實(shí)施1200℃左右的高溫?zé)崽幚淼那闆r下，不僅是氧析出物，還幾乎不存在COP及空隙的極高質(zhì)量的DZ-IG結(jié)構(gòu)。此點(diǎn)，從抑制滑移的發(fā)生的觀點(diǎn)看，對(duì)于成為今后主流的300mm晶片特別有效。
本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式，一種退火晶片的制造方法，在用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)移環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度，進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)，將由此得到的硅單晶加工成硅晶片，且為對(duì)具有在該硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核的硅晶片附加吸收能力，對(duì)該硅晶片實(shí)施熱處理的退火晶片的制造方法，其特征是具有使所述Grown-in析出核生長(zhǎng)的升溫工序A1、升溫到更高的保溫溫度的升溫工序B1、使所述Grown-in析出核生長(zhǎng)成具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的同時(shí)，使所述硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散的等溫保溫工序C1等至少3個(gè)工序。其中，更優(yōu)選的方式是連續(xù)進(jìn)行所述升溫工序A1、升溫工序B1及等溫保溫工序C1。
在本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式中，上述升溫工序A1是從T6℃到T7℃以R3℃/分鐘的速度升溫的工序，優(yōu)選T6℃為700℃以下，T7℃為800℃～1000℃，R3℃/分鐘在3℃/分鐘以下。
T6℃越低，越能夠通過(guò)提高Grown-in析出核的密度來(lái)提高析出物密度，但由于生長(zhǎng)Grown-in析出核所需的必要工序時(shí)間延長(zhǎng)，因此優(yōu)選設(shè)定在大約500℃以上。此外，如果是超過(guò)大約700℃的溫度，則有時(shí)就不能充分得到析出物密度。
如果T7℃低于800℃，則不能在所述升溫工序A1充分生長(zhǎng)Grown-in析出核，在其后的升溫工序B1中消除的比例增大，有時(shí)不能充分得到析出物密度。如果是T7℃超過(guò)1000℃的溫度，則表面附近的Grown-in析出核也增大生長(zhǎng)，即使經(jīng)過(guò)其后的升溫工序B1及等溫保溫工序C1，也殘存在表面附近，有時(shí)DZ層中的析出物密度增加。
此外，由于R3℃/分鐘的速度越低，越能夠通過(guò)提高不消除Grown-in析出核地生長(zhǎng)的比例來(lái)提高析出物密度，因此為得到足夠的析出物密度，優(yōu)選3℃/分鐘以下，但如果速度過(guò)低，由于工序時(shí)間延長(zhǎng)，效率低，因此優(yōu)選設(shè)定0.5℃/分鐘以上。
通過(guò)該升溫工序A1，能夠在盡量不消除Grown-in析出核的情況下，使其有效地生長(zhǎng)。即，由于使在晶體生長(zhǎng)工序形成的已有的Grown-in析出核生長(zhǎng)，因此即使去掉重新形成氧析出核的熱處理工序，也能夠充分提高析出物密度，而且，能夠縮短整體的工序時(shí)間。
此外，在從所述升溫工序A1的T6℃升溫到T7℃之前，在T6℃的保溫時(shí)間t3也可以是0分鐘，但更優(yōu)選設(shè)定在30分鐘以上。由此，更難消除Grown-in析出核，而且除Grown-in析出核外，還能夠生成新的氧析出核，能夠形成更高密度的氧析出核。此外，由于如果延長(zhǎng)保溫時(shí)間t3，就會(huì)延長(zhǎng)工序時(shí)間，因此優(yōu)選設(shè)定在大約4小時(shí)以下。
上述升溫工序B1是從T7℃到T8℃以R4℃/分鐘的速度升溫的工序，優(yōu)選T7℃為800℃～1000℃，T8℃為1050℃～1230℃，R4℃/分鐘在5℃/分鐘以上。在該升溫工序B1中，通過(guò)以單一時(shí)間升溫到高溫，能夠抑制表面附近的氧析出物的生長(zhǎng)，在其后的等溫保溫工序C1中，能夠容易消除表面附近的氧析出物。
通過(guò)將T8℃設(shè)定在1050℃以上，通過(guò)有效率地使體中的氧析出物生長(zhǎng)到足夠大的尺寸的同時(shí)使表面附近的氧向外擴(kuò)散，能夠使表面附近的氧析出物消除。此外，T8℃越高，體中的析出物越增大，并且DZ寬度越大，但是由于在超過(guò)大約1230℃的高溫下，來(lái)自熱處理爐的金屬污染顯著，所以優(yōu)選設(shè)定在1230℃以下。
如果R4℃/分鐘低于5℃/分鐘，則表面附近的氧析出物的增大生長(zhǎng)，難在其后的等溫保溫工序C1中消除。但是，由于如果R4℃/分鐘的速度過(guò)高，體中的氧析出物消除的比例提高，析出物密度降低，因此最好設(shè)定10℃/分鐘以上。
所述等溫保溫工序C1是在T8℃保溫t4時(shí)間的工序，優(yōu)選T8℃為1050℃～1230℃，t4時(shí)間為30分鐘以上。通過(guò)該等溫保溫工序C1，能夠使在其前面的升溫工序A1及升溫工序B1中生長(zhǎng)的微小氧析出物，在體中生長(zhǎng)成具有IG能力的大的氧析出物，能夠使其在表面附近消除。此外，由于在原料晶片上不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷，因此在熱處理后當(dāng)然不會(huì)存在。從而，能夠形成兼?zhèn)渚哂袩o(wú)缺陷的DZ層和具有優(yōu)良的IG能力的IG層的高質(zhì)量的DZ-IG結(jié)構(gòu)。
在所述T8℃的保溫時(shí)間t4越長(zhǎng)，體中的氧析出物的尺寸越增大，并且DZ寬度越大，但由于工序時(shí)間延長(zhǎng)，因此優(yōu)選設(shè)定在大約4小時(shí)以下。另一方面，如果保溫時(shí)間t4小于大約30分鐘，因時(shí)間的微小偏差，就有可能得不到所要求尺寸的氧析出物或DZ寬度。
此外，通過(guò)變化保溫溫度T8℃或保溫時(shí)間t4，能夠容易變化氧析出物的尺寸或DZ寬度。認(rèn)為越增大氧析出物的尺寸，IG能力越增加，但是工序時(shí)間延長(zhǎng)。因此，對(duì)于有效率地得到所需氧析出物的尺寸或DZ寬度來(lái)說(shuō)，能夠容易變化氧析出物的尺寸或DZ寬度的效果也很重要。
也能夠在升溫工序A1和升溫工序B1的之間及升溫工序B1和等溫保溫工序C1的之間，將晶片取出爐外，但是通過(guò)連續(xù)進(jìn)行上述3工序，能夠縮短整體的工序時(shí)間。
在所述等溫保溫工序C1后，在將晶片取出到熱處理爐外時(shí)的熱處理爐內(nèi)溫度或降到該溫度的降溫速度不限定，但最好以不發(fā)生由熱應(yīng)力形成的滑移的方式?jīng)Q定。例如，在將熱處理爐內(nèi)溫度從T8℃以3℃/分鐘降溫到700℃后，能夠?qū)⒕〕龅綗崽幚頎t外。
為充分得到本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式的效果，熱處理的硅晶片的氧濃度最好在14～17ppma。如果氧濃度高，析出物密度就提高，能夠附加更優(yōu)良的IG能力，但如果氧濃度過(guò)高，難于消除表面附近的析出物。此外，如果氧濃度降低，就降低在硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核的密度，從而降低析出物密度。但是，即使在氧濃度低的情況下，例如通過(guò)降低升溫工序A1的升溫開(kāi)始溫度T6℃，或使R3℃/分鐘低速，也能夠得到本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式的效果。
此外，如果采用本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式，能夠得到抑制由器件工序中的熱應(yīng)力形成的滑移轉(zhuǎn)位的發(fā)生的效果。已知構(gòu)成滑移的轉(zhuǎn)位被氧析出物阻塞。因此，如果利用本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式，高密度形成具有大尺寸的氧析出物，就能夠提高阻塞轉(zhuǎn)位的概率，抑制滑移轉(zhuǎn)位的發(fā)生。即，本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式，能夠特別適合用于因熱處理容易產(chǎn)生滑移轉(zhuǎn)位的直徑300mm以上的大口徑的晶片。
為了抑制滑移轉(zhuǎn)位的發(fā)生，優(yōu)選將所述溫度T8℃設(shè)定在1200℃以下，更優(yōu)選設(shè)定在大約1150℃以下。
此外，如果采用本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式，能夠形成不僅是氧析出物，而且也幾乎不存在COP及空隙的極高質(zhì)量的DZ-IG結(jié)構(gòu)。此點(diǎn)，從抑制滑移的發(fā)生的觀點(diǎn)看，對(duì)于成為今后主流的300mm晶片特別有效。
通過(guò)如此的熱處理，能夠得到足夠深度的無(wú)缺陷層(無(wú)空隙且無(wú)氧析出物)，同時(shí)無(wú)論在Nv區(qū)域，還是在難形成氧析出的Ni區(qū)域，都能夠在上述熱處理后不追加特別的熱處理的情況下(即，在投入器件工序前的階段)，充分得到可在晶片內(nèi)部檢測(cè)到的具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物。
本發(fā)明方法所用的硅晶片，是利用上述的特開(kāi)2002-201093號(hào)公報(bào)公開(kāi)的單晶生長(zhǎng)方法中的1種方法，即在用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度，進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)，通過(guò)將由此得到的硅單晶加工成硅晶片而得到的硅晶片。
從利用該方法生長(zhǎng)的單晶棒切下的晶片，是在對(duì)晶片整個(gè)面進(jìn)行熱氧化處理時(shí)以環(huán)狀產(chǎn)生的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中完全不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的無(wú)缺陷硅單晶晶片。


圖1是表示本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第1方式的一例工序順序的流程圖。
圖2是模式表示圖1的工序順序的主要步驟的說(shuō)明圖。
圖3是表示本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式的1例工序順序的流程圖。
圖4是模式表示圖3的工序順序的主要步驟的說(shuō)明圖。
圖5是表示在本發(fā)明方法的單晶拉晶工序中采用的1例單晶拉晶裝置的概略說(shuō)明圖。
圖6是表示在本發(fā)明方法的單晶拉晶工序中采用的另1例單晶拉晶裝置的概略說(shuō)明圖。
圖7是表示從實(shí)施例1中的退火晶片的表面的深度和TZDB良品率的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示從比較例1中的退火晶片的表面的深度和TZDB良品率的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示單晶生長(zhǎng)速度和結(jié)晶缺陷分布的關(guān)系的1例說(shuō)明圖。
圖10是表示單晶生長(zhǎng)速度和結(jié)晶缺陷分布的關(guān)系的另1例說(shuō)明圖。
具體方式以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的方式，但圖示例是舉例所示的例子，當(dāng)然能夠在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多種變更。
本發(fā)明的退火晶片，是對(duì)從用切克勞斯基法生長(zhǎng)的硅單晶制造的硅晶片，實(shí)施了熱處理的退火晶片，其特征是，從晶片表面到至少深5μm的區(qū)域的氧化膜耐壓特性的良品率在95％以上，并且在投入器件工序前的階段，能在晶片內(nèi)部檢測(cè)出的具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的密度在1×109/cm3以上。
作為上述硅晶片，從在生長(zhǎng)上述硅單晶時(shí)，優(yōu)選由在滿足以下情況的條件下生長(zhǎng)的硅單晶而制造，其中，要滿足的情況是在對(duì)晶片整個(gè)面進(jìn)行熱氧化處理時(shí)環(huán)狀產(chǎn)生的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域。該硅晶片，可通過(guò)后述的本發(fā)明方法所用的單晶生長(zhǎng)方法制造。
此外，作為上述硅晶片，也能夠采用由在生長(zhǎng)上述硅單晶時(shí)在抑制空隙的發(fā)生的條件下拉出的硅單晶制造的、幾乎不存在COP及空隙(Void)的低缺陷晶片(即，整個(gè)面由N區(qū)域構(gòu)成的晶片)。該低缺陷晶片，例如，如特開(kāi)平11-147786號(hào)公報(bào)及特開(kāi)平11-157996號(hào)公報(bào)等所記載，能夠采用通過(guò)控制結(jié)晶的拉晶速度F和拉晶中的固液界面附近的溫度梯度G的比F/G進(jìn)行拉晶的已知技術(shù)而得到。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的退火晶片的制造方法。圖1是表示本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第1方式的一例工序順序的流程圖，圖2是模式表示圖1的工序順序的主要步驟的說(shuō)明圖。如圖1所示，首先準(zhǔn)備成為實(shí)施熱處理的對(duì)象的具有Grown-in析出核的晶片(工序200)。
所述晶片，優(yōu)選是，在晶片整個(gè)面被進(jìn)行熱氧化處理時(shí)環(huán)狀產(chǎn)生OSF的區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的硅晶片。即，采用以下硅晶片在利用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度之間，生長(zhǎng)晶體，并通過(guò)將由此得到的硅單晶加工成硅晶片而得到的硅晶片。
下面，通過(guò)圖5及圖6說(shuō)明用于拉提上述硅單晶的裝置的構(gòu)成例。如圖5所示，該單晶拉晶裝置30具備以下部分構(gòu)成拉晶室31、設(shè)在拉晶室3 1中的坩堝32、配置在坩堝32周圍的加熱器34、使坩堝32旋轉(zhuǎn)的坩堝保持軸33及其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未圖示)、保持硅的種晶的籽晶夾6、拉提籽晶夾6的絲7、旋轉(zhuǎn)或卷取絲7的卷取機(jī)構(gòu)(未圖示)。關(guān)于坩堝32，在收容其內(nèi)側(cè)的硅熔液2的一側(cè)設(shè)置石英坩堝，在其外側(cè)設(shè)置石墨坩堝。此外，在加熱器34的外側(cè)周圍配設(shè)隔熱材料35。
此外，為了設(shè)定上述單晶生長(zhǎng)方法的生長(zhǎng)條件，設(shè)置環(huán)狀的石墨筒(隔熱板)9。此外，如圖6所示，在晶體的固液界面4的外周設(shè)置環(huán)狀的外側(cè)隔熱材料10。該外側(cè)隔熱材料10，以2～20cm的間隔設(shè)置在其下端和硅熔液2的液面3的之間。另外，也有時(shí)設(shè)置通過(guò)吹入冷氣，或遮擋輻射熱冷卻單晶的筒狀的冷卻裝置。另外在最近也多采用通過(guò)在拉晶室3 1的水平方向的外側(cè)，設(shè)置未圖示的磁鐵，對(duì)硅熔液2外加水平方向或垂直方向等的磁場(chǎng)，來(lái)抑制熔液的對(duì)流，謀求單晶的穩(wěn)定生長(zhǎng)的所謂MCZ法。另外，在圖5及圖6中，4是表示硅單晶和硅熔液的邊界的固液界面。
下面，說(shuō)明利用上述單晶拉晶裝置30的單晶生長(zhǎng)方法。首先，在坩堝32內(nèi)，將硅的高純度多晶原料加熱到熔點(diǎn)(大約1420℃)以上，熔化。然后，通過(guò)卷取絲7使種晶的前端接觸或浸漬在熔液2表面的大致中心部。其后，通過(guò)使坩堝保持軸33向適宜的方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)一邊使絲7旋轉(zhuǎn)一邊卷取，拉提種晶，由此開(kāi)始單晶的生長(zhǎng)。以后，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)拉晶速度和溫度，能夠得到大致圓柱狀的單晶棒1。
在此種情況下，特別重要的是，如圖5或圖6所示，在拉晶室31的液面上的單晶棒1中的液狀部分的外周空間，以能夠控制從液面附近的晶體的熔點(diǎn)到1400℃的溫度區(qū)的方式，設(shè)置環(huán)狀的石墨筒(隔熱板)9或外側(cè)隔熱材料10。
即，為控制爐內(nèi)溫度，例如，如圖6所示，只要在拉晶室31內(nèi)設(shè)置外側(cè)隔熱材料10，以2～20cm設(shè)定該下端和硅熔液的間隔就可以。如果如此，能夠減小晶體中心部分的溫度梯度Gc[℃/cm]和晶體周邊部分的溫度梯度Ge的差，例如也能夠以晶體周邊部分的溫度梯度低于晶體中心的方式，控制爐內(nèi)溫度。該外側(cè)隔熱材料10位于石墨筒12的外側(cè)，還在石墨筒12的內(nèi)側(cè)設(shè)置隔熱筒11。此外，石墨筒12的上面與金屬筒連接，在其上面有冷卻筒14，流動(dòng)冷卻劑，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
將如此得到的硅單晶進(jìn)行切片而得到的硅單晶晶片，是在對(duì)晶片進(jìn)行熱氧化處理時(shí)，在環(huán)狀產(chǎn)生的OSF的區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的無(wú)缺陷晶片。如果是如此的晶片，在熱處理后，晶片表層的氧化膜耐壓特性更好。
此外，所述晶片，優(yōu)選在晶體生長(zhǎng)工序中不添加氮。由此，由于降低熱處理后在晶片表層殘存氧析出物的可能性，此外不需要添加氮，所以晶體制造工序不復(fù)雜，管理等也容易。
將用上述方法制造的晶片插入熱處理爐內(nèi)(工序202)。該熱處理爐維持在T4℃(500℃～700℃)，在進(jìn)行下一升溫工序之前，插入的晶片在T4℃保溫規(guī)定時(shí)間(t1時(shí)間)，優(yōu)選保溫15分鐘以上(升溫前保溫工序工序204)。
然后，如圖2所示，以5℃/分鐘以下的升溫速度R℃/分鐘，將爐內(nèi)溫度從T4℃升溫到1000℃～1230℃的之間規(guī)定溫度T5℃(升溫工序工序206)。在該升溫工序(工序206)中，能夠不使高密度的Grown-in析出核消除地、使其有效地生長(zhǎng)。
在與器件工序的污染程度對(duì)照地變化氧析出物的密度時(shí)，例如，通過(guò)將T5℃設(shè)定為1100℃，升溫速度R℃/分鐘固定在大約3℃/分鐘，變化T4℃，就能夠容易變化密度。
然后，在T5℃保溫規(guī)定時(shí)間(t2時(shí)間)(升溫后保溫工序工序208)。此處，優(yōu)選將保溫時(shí)間設(shè)定在大約30分鐘以上。在該升溫后保溫工序(工序208)中，能夠使在其前面的升溫工序(工序206)中生長(zhǎng)的體中的微小的氧析出物，生長(zhǎng)成具有所要求的尺寸即直徑30nm～40nm的范圍、優(yōu)選大約50nm以上的尺寸的氧析出物，同時(shí)通過(guò)向外擴(kuò)散表面附近的氧，能夠使氧析出物消除，從而能夠形成無(wú)氧析出物的DZ層。
如此，在T5℃的升溫后保溫工序(工序208)，其目的是使在升溫工序(工序206)中生長(zhǎng)的體中的微小的氧析出物進(jìn)一步生長(zhǎng)，以及向外擴(kuò)散表面附近的氧。因此，只要能夠達(dá)到該目的，不局限于只在一定溫度下保溫，也能夠在伴隨若干溫度變化(升溫、降溫)等的工序中變化。另外，通過(guò)變化升溫后保溫工序(工序208)中的T5℃及保溫時(shí)間t2，能夠容易變化氧析出物的尺寸。
在上述熱處理后，例如，在以2℃/分鐘的速度，將熱處理爐內(nèi)溫度從T5℃降溫到700℃(降溫工序工序210)后，將晶片取出到熱處理爐外(工序212)。另外，關(guān)于上述降溫速度及降溫后達(dá)到的溫度，不特別限定。
上述熱處理的氣體氛圍不限定。例如，有氧氣體氛圍、氧和氮的混合氣體氛圍、氬氣體氛圍、氫氣體氛圍等。在是氬氣或氫氣的非氧化氣體氛圍時(shí)，由于不在晶片表面上形成氧化膜，因此與采用氧化性氣體氛圍時(shí)相比，能夠促進(jìn)氧的向外擴(kuò)散，因此更優(yōu)選。
為充分得到本發(fā)明的熱處理方法的效果，熱處理的硅晶片的氧濃度最好在14～17ppma。如果氧濃度高，析出物密度就提高，能夠附加更優(yōu)良的IG能力。此外，由于氧濃度越高，析出物的生長(zhǎng)速度越快，因此能夠縮短整體的工序時(shí)間。
圖3是表示本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式的一例工序順序的流程圖，圖4是模式表示圖3的工序順序的主要步驟的說(shuō)明圖。本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第2方式，如圖3及圖4所示，將使在硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核生長(zhǎng)的升溫工序A1(工序304)、更效率地升溫到更高的保溫溫度的升溫工序B1(工序306)、使所述Grown-in析出核生長(zhǎng)成具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物，同時(shí)使所述硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散的等溫保溫工序C1(工序308)等3個(gè)工序作為必需的工序。另外，在圖3及圖4中，作為優(yōu)選的例子，表示連續(xù)進(jìn)行上述升溫工序A1(工序304)、升溫工序B1(工序306)及等溫保溫工序C1(工序308)。
如圖3所示，首先準(zhǔn)備成為實(shí)施熱處理的對(duì)象的具有Grown-in析出核的晶片(工序300)。作為該晶片，同樣采用在前面所述的本發(fā)明的硅晶片的制造方法的第1方式中所用的硅晶片。將該晶片插入保溫在T6℃熱處理爐內(nèi)(工序302)。此處，優(yōu)選將T6℃設(shè)定在700℃以下。
然后，如圖4所示，以R3℃/分鐘的速度，將爐內(nèi)溫度從T6℃升溫到T7℃(升溫工序A1工序304)。此處，優(yōu)選將T7℃設(shè)定為800℃～1000℃，將R3℃/分鐘設(shè)定為3℃/分鐘以下。此外，在從升溫工序A1(工序304)的T6℃升溫到T7℃之前，在T6℃的保溫時(shí)間t3也可以是0分鐘，但優(yōu)選設(shè)定在30分鐘以上。在該升溫工序A1(工序304)中，能夠不使高密度的Grown-in析出核消除地、使其有效率地生長(zhǎng)。
然后，以R4℃/分鐘的速度，將爐內(nèi)溫度從T7℃升溫到T8℃(升溫工序B1工序306)。此處，優(yōu)選將T8℃設(shè)定為1050℃～1230℃，將R4℃/分鐘設(shè)定為5℃/分鐘以下。在升溫工序B1(工序306)中，通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)升溫到更高的保持溫度，能夠避免析出物生長(zhǎng)到所需以上，能夠容易消除表面附近的析出物。
然后，在T8℃保溫t4時(shí)間(等溫保溫工序C1工序308)。此處，優(yōu)選T8℃為1050℃～1230℃，t4時(shí)間為大約30分鐘以上。在該等溫保溫工序C1(工序308)中，通過(guò)使在其前面的升溫工序(工序304及306)中生長(zhǎng)的微小氧析出物，在體中生長(zhǎng)成具有所希望的尺寸即直徑大約40nm以上、優(yōu)選大約50nm以上的尺寸的氧析出物，同時(shí)能夠使表面附近的氧向外擴(kuò)散，從而能夠使氧析出物消除，且能夠形成無(wú)氧析出物的DZ層。
在此種情況下，由于能夠更完全地使表面附近的氧析出物消除，因此能夠有效率地得到極高質(zhì)量的DZ層。
如此，在T8℃的等溫保溫工序C1(工序308)，其目的是使在升溫工序(工序304及306)中生長(zhǎng)的體中的微小的氧析出物進(jìn)一步生長(zhǎng)，以及向外擴(kuò)散表面附近的氧。因此，只要能夠達(dá)到該目的，不局限于只在一定溫度下保溫，也能夠在伴隨若干溫度變化(升溫、降溫)等的工序中變化。另外，通過(guò)變化等溫保溫工序C1(工序308)中的T8℃及保溫時(shí)間t4，能夠容易變化氧析出物的尺寸或DZ寬度。
在上述熱處理后，例如，在以3℃/分鐘的速度，將熱處理爐內(nèi)溫度從T8℃降溫到700℃(降溫工序D1工序310)后，將晶片取出到熱處理爐外(工序312)。另外，關(guān)于上述降溫速度及降溫后達(dá)到的溫度，不特別限定。
上述熱處理的氣體氛圍不限定。例如，有氧氣體氛圍、氧和氮的混合氣體氛圍、氬氣體氛圍、氫氣體氛圍等。在是氬氣或氫氣的非氧化氣體氛圍時(shí)，由于不在晶片表面上形成氧化膜，因此與采用氧化性氣體氛圍時(shí)相比，能夠進(jìn)一步促進(jìn)氧的向外擴(kuò)散，因此更優(yōu)選。
為充分得到本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式的效果，熱處理的硅晶片的氧濃度最好在14～17ppma。如果氧濃度高，析出物密度就增大，能夠附加更優(yōu)良的IG能力，但如果氧濃度過(guò)高，表面附近的析出物就難消除。此外，如果氧濃度降低，則在硅單晶的生長(zhǎng)工序形成的Grown-in析出核的密度就降低，從而降低析出物的密度。但是，即使在氧濃度低的情況下，例如通過(guò)降低升溫工序A1的升溫開(kāi)始溫度T6℃，或降低R3℃/分鐘的速度，也能夠得到本發(fā)明的退火晶片的制造方法的第2方式的效果。
實(shí)施例以下，通過(guò)列舉實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，當(dāng)然不應(yīng)在舉例所示的范圍內(nèi)局限地解釋這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)利用切克勞斯基法，通過(guò)在圖10(特開(kāi)2002-201093號(hào)公報(bào))的(Nv-Dn)+Ni的區(qū)域(在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在，OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域(Dn)被消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界(N區(qū)域和I區(qū)域的邊界)的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度的條件下)拉晶，在抑制空隙發(fā)生的條件下拉出硅單晶，從該硅單晶上制作鏡面研磨的硅晶片，完成準(zhǔn)備。
在晶體生長(zhǎng)時(shí)，不添加氮。直徑為8英寸、結(jié)晶方位為<100>、電阻率為大約10Ω·cm(添加硼)。準(zhǔn)備氧濃度不同的2種晶片，該氧濃度大約在15及17ppma(JEIDA Scale)。其中，JEIDA是日本電子工業(yè)振興協(xié)會(huì)(現(xiàn)在改為JEITA日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)。)的簡(jiǎn)稱。在利用Cu沉積法評(píng)價(jià)該晶片時(shí)，未檢測(cè)出缺陷。
然后，對(duì)該晶片，在氬氣氣氛下實(shí)施熱處理。即，在700℃的熱處理爐內(nèi)插入晶片，在保溫30分鐘后，以3℃/分鐘的速度升溫到900℃，再以5℃/分鐘的速度升溫到1150℃，在1150℃保溫4小時(shí)。在保溫后，以3℃/分鐘的速度降溫到700℃，將晶片取出到熱處理爐外。
在熱處理后的晶片(退火晶片)上，利用機(jī)械式化學(xué)式研磨，從表面研磨加工到大約3～13μm的深度，測(cè)定各深度下的氧化膜耐壓特性[TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)良品率]。在測(cè)定TZDB良品率時(shí)，在晶片表面形成膜厚大約25nm的熱氧化膜，在其上面制作添加磷的多晶硅電極(電極面積8mm2)。另外，判定電流值設(shè)定為1mA/cm2，將絕緣破壞電場(chǎng)在8MV/cm以上的作為良品，通過(guò)測(cè)定晶片面內(nèi)的100個(gè)點(diǎn)，算出了良品率。其結(jié)果示于圖7。
由圖7可以看出，無(wú)論在哪種氧濃度下，至少深度大約5μm為止的良品率大致接近100％，即使在深度大約到6～7μm的區(qū)域也在95％以上。
另外，對(duì)熱處理后的晶片，在不追加其它熱處理的情況下，利用紅外散射層析X射線照相法(Tomography)測(cè)定晶片內(nèi)部的氧析出物密度。如果利用該紅外散射層析X射線照相法，則能夠檢測(cè)到具有直徑40nm以上的尺寸的氧析出物。結(jié)果表明，在氧濃度在大約15ppma時(shí)為達(dá)到5×109/cm3、且大約17ppma時(shí)為達(dá)到9×109/cm3，即使不經(jīng)器件工序，也能夠檢測(cè)高密度的氧析出物。
(實(shí)施例2)對(duì)按與實(shí)施例1相同的條件制作的硅鏡面晶片，在氬氣氣氛下實(shí)施熱處理。即，在700℃保溫1小時(shí)，然后以3℃/分鐘的速度升溫到900℃，再以5℃/分鐘的速度從900℃升溫到1200℃，在1200℃保溫1小時(shí)。在保溫后，以3℃/分鐘的速度將熱處理爐內(nèi)溫度降溫到700℃，將晶片取出到熱處理爐外。
在熱處理后的晶片(退火晶片)上，按與實(shí)施例1相同的條件，測(cè)定TZDB良品率及氧析出物密度。結(jié)果表明，無(wú)論在哪種氧濃度時(shí)，都與實(shí)施例1同樣，即，至少深度到5μm為止的良品率大致接近100％，即使在深度大約到6～7μm的區(qū)域也是95％以上。此外，關(guān)于氧析出物密度，了解到在氧濃度大約在15ppma時(shí)為大約達(dá)到4×109/cm3，大約在17ppma時(shí)為大約達(dá)到8×109/cm3，且不經(jīng)器件工序也能夠檢測(cè)高密度的氧析出物。
(比較例1)以比實(shí)施例1時(shí)稍快的速度拉晶硅單晶，從該硅單晶上制作鏡面研磨的硅晶片，做好準(zhǔn)備。在晶體生長(zhǎng)時(shí)，不添加氮。直徑為8英寸、面方位為<100>、電阻率為大約10Ω·cm(添加硼)。氧濃度大約在15ppma。在利用Cu沉積法評(píng)價(jià)該晶片時(shí)，檢測(cè)出缺陷。
然后，對(duì)該晶片，按與實(shí)施例1相同的條件，實(shí)施熱處理，進(jìn)行相同的評(píng)價(jià)。圖8表示TZDB良品率。從該結(jié)果得知，深度到大約6μm的良品率大致接近90％，雖是高水平，但如果與實(shí)施例1時(shí)(圖7)相比，還是遜色。晶片內(nèi)部的氧析出物密度大約在5×109/cm3，為與實(shí)施例1相同的水平。
如上所述，在對(duì)不存在能利用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域的硅晶片實(shí)施熱處理的情況下，從表面至少到深5μm的區(qū)域的氧化膜耐壓特性的良品率在95％以上，并且，在投入器件工序前的階段，可在晶片內(nèi)部檢測(cè)的缺陷密度為1×109/cm3以上。即，形成了兼?zhèn)渚哂袃?yōu)良的氧化膜耐壓特性的晶片表層和具有優(yōu)良吸收能力的體層的退火晶片。
如上所述，如果采用本發(fā)明，能夠提供一種退火晶片及其制造方法，其作為器件制作區(qū)的晶片表層的氧化膜耐壓特性優(yōu)良，并且在體層上，在投入器件工序前的階段高密度存在氧析出物，從而具有優(yōu)良的IG能力。
權(quán)利要求
1.一種退火晶片，是對(duì)由用切克勞斯基法生長(zhǎng)的硅單晶制作的硅晶片實(shí)施了熱處理的退火晶片，其特征是從晶片表面到至少深5μm的區(qū)域的氧化膜耐壓特性的良品率在95％以上，并且在投入器件工序前的階段，能在晶片內(nèi)部檢測(cè)出的、具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的密度為1×109/cm3以上。
2.如權(quán)利要求1所述的退火晶片，其特征是所述硅晶片是由硅單晶制造，其中，所述硅單晶是在滿足以下情況的條件下生長(zhǎng)而成的，所述情況是在生長(zhǎng)所述硅單晶時(shí)，在對(duì)晶片整個(gè)面實(shí)施了熱氧化處理時(shí)以環(huán)狀產(chǎn)生的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在能用Cu沉積法檢測(cè)出的缺陷區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的退火晶片，其特征是所述硅晶片，是由在生長(zhǎng)所述硅單晶時(shí)以不添加氮的情況下生長(zhǎng)的硅單晶而制造。
4.一種退火晶片的制造方法，其特征是在用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度，進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)，將由此得到的硅單晶加工成硅晶片，對(duì)具有在該硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核的硅晶片，在500℃～700℃范圍內(nèi)的溫度T4℃下保溫規(guī)定時(shí)間t1，然后以5℃/分鐘以下的升溫速度，升溫到1000℃～1230℃范圍內(nèi)的溫度T5℃，并在該溫度T5℃下保溫規(guī)定時(shí)間t2，由此，將所述Grown-in析出核生長(zhǎng)為具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的同時(shí)，使所述硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散。
5.如權(quán)利要求4所述的退火晶片的制造方法，其特征是在所述T4℃的保溫時(shí)間t1在15分鐘以上。
6.如權(quán)利要求4或5所述的退火晶片的制造方法，其特征是在所述T5℃的保溫時(shí)間t2在30分鐘以上。
7.一種退火晶片的制造方法，在用切克勞斯基法生長(zhǎng)硅單晶的情況下，在逐漸降低拉晶中的硅單晶的生長(zhǎng)速度時(shí)，將生長(zhǎng)速度控制在OSF環(huán)消除后殘存的能用Cu沉積法檢測(cè)的缺陷區(qū)域消除的邊界的生長(zhǎng)速度、和在再次逐漸降低生長(zhǎng)速度時(shí)產(chǎn)生格子間型轉(zhuǎn)位環(huán)的邊界的生長(zhǎng)速度之間的生長(zhǎng)速度，進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)，將由此得到的硅單晶加工成硅晶片，且為對(duì)具有在該硅單晶的生長(zhǎng)工序中形成的Grown-in析出核的硅晶片附加吸收能力，對(duì)該硅晶片實(shí)施熱處理的退火晶片的制造方法，其特征是具有使所述Grown-in析出核生長(zhǎng)的升溫工序A1、升溫到更高的保溫溫度的升溫工序B1、使所述Grown-in析出核生長(zhǎng)成具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的同時(shí)，使所述硅晶片表面附近的氧向外擴(kuò)散的等溫保溫工序C1等至少3個(gè)工序。
8.如權(quán)利要求7所述的退火晶片的制造方法，其特征是連續(xù)進(jìn)行所述升溫工序A1、升溫工序B1及等溫保溫工序C1。
9.如權(quán)利要求7或8所述的退火晶片的制造方法，其特征是所述升溫工序A1，是從T6℃到T7℃以R3℃/分鐘的速度升溫的工序，其中，T6℃為700℃以下，T7℃為800℃～1000℃，R3℃/分鐘為3℃/分鐘以下。
10.如權(quán)利要求7～9中任何一項(xiàng)所述的退火晶片的制造方法，其特征是在從所述升溫工序A1的T6℃升溫到T7℃之前，在T6℃保溫30分鐘以上。
11.如權(quán)利要求7～10中任何一項(xiàng)所述的退火晶片的制造方法，其特征是所述升溫工序B1，是從T7℃到T8℃以R4℃/分鐘的速度升溫的工序，其中，T7℃為800℃～1000℃，T8℃為1050℃～1230℃，R4℃/分鐘為5℃/分鐘以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種退火晶片及其制造方法，涉及一種對(duì)由用切克勞斯基法生長(zhǎng)的硅單晶制作的硅晶片實(shí)施了熱處理的退火晶片，其特征是，從晶片表面到至少深5μm的區(qū)域的氧化膜耐壓特性的良品率在95％以上，并且在投入器件工序前的階段，能在晶片內(nèi)部檢測(cè)出的、具有吸收能力的尺寸以上的氧析出物的密度為1×10
文檔編號(hào)C30B33/00GK1689148SQ0382381
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者竹野博, 櫻田昌弘, 小林武史 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體株式會(huì)社