硅晶片及其制备方法技术

该硅晶片的制备方法具有：在氧化性气氛中对硅晶片进行RTP处理的第1热处理工序，在硅晶片中除去在第1热处理工序中氧浓度增加的区域的工序，在实施该除去工序后在氮化性气氛中或在Ar气氛中对硅晶片进行RTP处理的第2热处理工序，在实施第2热处理工序后在硅晶片中除去氧浓度因第2热处理工序而减少的区域的工序。通过该方法，可制备在消除或减少OSF核或在PV区域存在的氧析出核那样的潜在性的缺陷的同时具有吸杂位点的硅晶片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过提拉法(Czochralskimethod)培养、且适合用于半导体器件的基板等的硅晶片及其制备方法。
技术介绍
用作半导体器件的基板的硅晶片通常是从通过提拉法(以下也称为“CZ法”)培养的单晶硅锭切割，经过研磨等工序制备。CZ法为使晶种浸渍在石英坩埚内熔融的硅中并提拉而培养单晶的方法。在通过该方法培养的晶体中通常含有称为原生缺陷(grown-indefect)的晶体缺陷。若将单晶硅的提拉速度计为V，将提拉之后的单晶内的生长方向的温度梯度计为G，则硅晶体中引入的原生缺陷的种类取决于V/G。图1为经提拉的单晶的纵截面图，是示意性地表示缺陷分布与V/G的关系的一个实例的图。由于所述温度梯度G因CZ炉的热区结构的热特性而可视为大致恒定，所以可通过调整提拉速度V来控制V/G。需说明的是，该图为示意性地表示如下得到的结果的图：将一边使V/G缓慢降低一边生长的单晶沿晶体的中轴切断，在该截面附着Cu，在热处理后通过X射线形貌法进行观察(后面示出的图2也通过相同的方法制作)。图1所示的缺陷分布为以特定的条件培养单晶时的结果，缺陷分布(各缺陷区域的边界)因热区的形状、磁场的有无等而变化。在图1中，COP (Crystal Originated Particle)区域是作为培养单晶时应构成晶格的原子缺失的空穴的聚集体(微小空隙)的COP存在的区域，位错簇区域是作为在晶格间过剩地吸收的填隙硅的聚集体的位错簇存在的区域。在COP区域中越接近OSF区域，COP的大小越小。原生缺陷会对半导体器件的特性造成不良影响。例如，在硅晶片上形成MOS-FET的情况下，为了形成栅极氧化膜，将晶片表面热氧化。此时，若将在表面附近存在的COP吸收至氧化膜中，则使半导体元件的GOI (栅氧化层完整性(Gate Oxide Integrity))特性劣化。另外，位错簇也会导致器件的特性不良。因此，开展了用于得到不含这些原生缺陷的硅晶片的研究开发。如图1所示，在V/G大(提拉速度大)的情况下，空穴过剩而将COP引入单晶内，在V/G小(提拉速度小)的情况下，填隙硅过剩而变得容易产生位错簇。在单晶硅的培养中，为了提高生产能力，通常增大提拉速度，从而增大V/G，因此使得在由经提拉的单晶得到的晶片中含有COP。不含COP和位错簇、且整体由无缺陷区域构成的单晶可通过适当地控制单晶硅的提拉速度V与提拉之后的单晶内的生长方向的温度梯度G的比值(V/G)进行晶体提拉来制备。即，在图1中，通过控制提拉装置使得V/G进入相当于A的位置的值与相当于B的位置的值之间，可排除COP和位错簇向晶体内的引入。图2是示意性地示例经提拉的单晶硅的横截面的图。示出从将V/G控制为相当于图1所记载的C的位置的值培养得到的单晶切割的晶片。如图2所示，在晶片的中心部有OSF区域，在其外侧依次存在PV区域和PI区域。这些区域插入形成有作为空穴的聚集体的COP的区域与形成有作为填隙硅的聚集体的位错簇的区域之间，被认为是空穴的数量与填隙硅的数量平衡而容易合并消除的无缺陷区域。PV区域是接近产生COP的区域、且空穴型点缺陷占优势的无缺陷区域，PI区域是与产生位错簇的区域毗邻、且填隙硅型点缺陷占优势的无缺陷区域。但是，即使是这样由不含COP和位错簇的无缺陷区域构成的晶片，也并不能称为完全的无缺陷晶片。虽然OSF区域是无缺陷区域，但与产生COP的区域毗邻，在生长状态下含有板状氧析出物(OSF核)。在高温(通常为1000℃~1200℃)下热氧化处理晶片的情况下，OSF核会作为OSF (氧化诱生层错(Oxidation InducedStacking Fault))而显现。另外，PV区域在生长状态下含有氧析出核，在实施低温和高温(例如800℃和1000℃)的2阶段的热处理的情况下，在PV区域容易产生氧析出物。需说明的是，PI区域是在生长状态下几乎不含氧析出核，即使实施热处理也难以产生氧析出物的区域。在所述OSF区域和PV区域存在的缺陷是在特定的条件下接受热处理等的情况下显现的缺陷。但是，渐渐无法忽视极微小的COP以及在生长状态下不显现的在OSF区域和PV区域存在的缺陷对器件的成品率造成的影响。例如，众所周知，在所述高温下进行热氧化的情况下产生的OSF在晶片的表面生成并生长的情况下，会导致漏电流而使器件特性劣化。另外，PV区域所含有的氧析出核在器件的制备方法中的热处理过程生成氧析出物，若残留在构成器件的元件的活性层中，则器件有产生漏电流之虞。因此，在硅晶片中，减少形成器件的表层部的原生缺陷(含有氧化硅)是重要的。专利文献1中公开了一种单晶硅晶片的制备方法，其中，在氧化性气氛下将直径方向的表面为N区域(空穴型点缺陷和填隙硅型点缺陷的过量或不足少的区域)的单晶硅晶片快速热处理，在除去因该氧化性气氛下的快速热处理而形成的氧化膜后，在氮化性气氛、Ar气氛或它们的混合气氛下进行快速热处理。由此，认为可制备无COP、OSF密度低且主体部具有BMD (体微缺陷(Bulk Micro Defect))的硅晶片。BMD是半导体基板中含有的氧析出核生长而成，作为吸收重金属的吸杂位点起作用。在半导体器件的制备工序中，通过将重金属捕捉至BMD中，在硅晶片中，可避免器件形成区域被重金属污染而器件的特性劣化。本专利技术人通过实验验证了通过专利文献1所记载的制备方法在晶片上产生何种缺陷。该制备方法中的“氧化性气氛下的快速热处理”的条件设为1250℃×10秒。可确认通过该制备方法能够使OSF缺陷失活。但是，若对实施过这样的处理的晶片实施反应性离子蚀刻(Reactive IonEtching：RIE)，则作为OSF区域的板状氧析出物(OSF核)和PV区域的氧析出核且具有9nm以上的大小的缺陷(以下称为“含有氧化硅的原生缺陷”)可作为蚀刻面上的突起被观察到。即，明确了，通过1250℃×10秒的氧化热处理，无法消除含有氧化硅的原生缺陷。因此，就这样的晶片而言，因器件工序(器件制备方法)中的热处理过程等而显现缺陷，有对器件的特性造成不良影响之虞，无法应对今后的器件的精细化。若进一步提高氧化热处理的温度，则可消除直到晶片内部的OSF核和PV区域的氧析出核，但在晶片的表面附近残留含有氧化硅的原生缺陷(参照专利文献2)。另外，通过引入氧，因器件工序中的低温(例如400~500℃)下的热处理而产生作为氧浓度增加的区域且容易产生氧供体的区域，有使该区域的电阻率变化之虞。若电阻变化，则有器件的工作电压改变而产生工作缺陷之虞。特别是在近年来的器件制备工序中热处理的低温短时间化因精细化的发展而发展，初期的氧浓度分布因器件工序中的热处理而变得难以变化，表层氧浓度变化的影响显现的可能性变得更高。此外，在专利文献1的制备方法中，通过在“氧化性气氛下的快速热处理”之后实施的“氮化性气氛、Ar气氛或它们的混合气氛下的快速热处理”，氧向外扩散，从而晶片最表层的氧浓度降低。若氧浓度降低，则该部分的机械强度降低(参照专利文献3)。如上所述，在专利文献1所记载的制备方法中，能够产生由产生氧浓度增加和减少的区域所导致的各种问题。专利文献2中公开了“硅晶片的制备方法，其包括：在氧化性气氛中于1250℃以上对硅晶片进行10秒以上的RTA (本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅晶片，其中：在深度方向氧浓度的变化率的绝对值低于10%；在距表面至少2μm为止的深度区域的表层部中，含有氧化硅的原生缺陷的密度为1×106/cm3以下；主体部的氧析出物密度为1×108/cm3以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 硅晶片，其中：在深度方向氧浓度的变化率的绝对值低于10%；在距表面至少2μm为止的深度区域的表层部中，含有氧化硅的原生缺陷的密度为1×106/cm3以下；主体部的氧析出物密度为1×108/cm3以上。2. 权利要求1的硅晶片，其中，在深度方向氧浓度的变化率低于5%。3. 权利要求1的硅晶片，其中，氧浓度为8×1017~14×1017/cm3。4. 硅晶片的制备方法，其具有：通过提拉法培养不含COP和位错簇的单晶硅锭的培养工序；从所述单晶硅锭切割硅晶片的切割工序；对所述硅晶片进行在氧化性气氛中在超过1250℃的温度下保持1秒以上的RTP处理的第1热处理工序；除去在所述第1热处理工序中在所述硅晶片的表面形成的氧化膜的氧化膜除去工序；在实施所述氧化膜除去工序后，对所述硅晶片进行在氮化性气氛中或在Ar气氛中于1100℃以上保持1秒以上的RTP处理的第2热处理工序；和在实施所述第2热处理工序后，在所述硅晶片中除去氧浓度因所述第1和第2热处理工序而变化的区域的氧浓度变化区域除去工序...

【专利技术属性】
技术研发人员：中山孝，加藤健夫，田边一美，梅野繁，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP