单晶硅晶片制造技术

本发明专利技术是一种单晶硅晶片，其由利用直拉法培育而成的单晶硅晶棒切割而成，其特征在于，该单晶硅晶片是由氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的单晶硅晶棒切割而成，并且，包含利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法检测出LSTD的缺陷区域。由此，提供一种低成本、低氧浓度的晶片，所述晶片在制作器件时不会引起耐压不良或漏电不良。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请人为信越半导体股份有限公司、申请日为2012年02月15日、申请号为201280012318.0、专利技术名称为“单晶硅晶片”的申请的分案申请。
本专利技术涉及一种尤其是最尖端领域中所使用的缺陷得以被控制的低氧浓度的单晶硅晶片。
技术介绍
近年来，关于节能，功率器件受到注目。这些器件与存储器等其他器件不同，在晶片内有较大的电流流通。电流流通的区域也并非像以往那样仅仅是最表层，而是距离表层为几十、几百微米的厚度的范围内，或者由于器件的不同也可能是在厚度方向上流通。在这种电流流通的区域中，如果存在结晶缺陷或析出氧的体微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD，以下也称作氧析出物)，就可能会产生耐压或漏电的问题。因此，使用结晶缺陷少且不含氧的晶片，例如在作为基板的晶片上堆积外延层而成的外延晶片、或利用悬浮区熔法(Floating Zone Method，FZ法)制造而成的晶片(wafer)。但是，都有各自的问题，外延晶片价格较高、FZ结晶难以进一步大口径化等。因而使用以下晶片，所述晶片成本较低，并且是由利用大口径化比较容易的直拉法(Czochralski Method，CZ法)培育而成的结晶来制作。CZ结晶通常是在石英坩埚内由熔融的硅原料(硅熔体)培育而成。此时，氧从石英坩埚中熔出。熔出的大部分氧会蒸发，但由于极少一部分会透过硅熔体内而到达结晶生长界面的正下方，因此培育而成的单晶硅含有氧。单晶硅中所含有的氧，由于制作器件等所进行的热处理而移动凝集，而形成BMD。如前所述，如果形成BMD，就可能会产生漏电或耐压的问题。由于如果降低氧浓度就可以抑制BMD的产生，因此作为质量，还要求氧浓度较低。作为结晶的低氧浓度化技术，在专利文献1中公开出以下技术：利用外加磁场直拉法(magnetic field applied Czochralski Method，MCZ法)降低结晶旋转或坩埚旋转的速度，由此可以达成像2×1017原子/cm3(atoms/cm3)这种非常低的氧浓度。并且，已知在CZ结晶中，存在结晶生长中所形成的结晶缺陷。通常，在单晶硅中，有本征点缺陷即空位(Vacancy)与间隙硅(Interstitial Si)。此本征点缺陷的饱和浓度是温度的函数，随着结晶培育中的急剧的温度降低，将会产生点缺陷的过饱和状态。过饱和的点缺陷通过对消或外部扩散、上坡扩散(Uphill Diffusion)等，向使过饱和状态缓和的方向发展。但是，一般来说，无法完全消除此过饱和状态，最终将会以空位(Vacancy)或间隙硅(Interstitial Si)中的一者占优势的过饱和的点缺陷的形式残留。已知如果结晶生长速度较快，就容易成为空位(Vacancy)过量的状态，相反地，如果结晶生长速度较慢，就容易成为间隙硅(Interstitial Si)过量的状态。如果此过量的浓度达到一定以上，这些点缺陷将会凝集，在结晶生长中形成结晶缺陷。作为在空位(Vacancy)占优势的区域(V区域)中所形成的结晶缺陷，已知有OSF(oxidation induced stacking faults，氧化诱生层错)核和孔洞(Void)。OSF核为以下缺陷：当在湿氧环境中以1100℃～1150℃左右的高温对结晶的样本进行热处理后，从表面注入Si，在OSF核的周围使积层缺陷(SF)生长，一边在选择蚀刻液内摇动样本，一边进行选择蚀刻，此时以积层缺陷的状态观察到的缺陷。已知孔洞(Void)是由空位(Vacancy)聚集而成的空洞状缺陷，在内部的壁上形成有称作内壁氧化膜的氧化膜。此缺陷根据检测的方法的不同而存在几个名称。将激光束照射到晶片表面上，利用检测晶片表面的反射光、散射光等的粒子计数器(particle counter)来观察，此时称作结晶起因之微粒(Crystal Originated Particle，COP)。将样本在不摇动的状态下，在选择蚀刻液内放置较长的时间后，观察到流动图案，此时称作流体图案缺陷(Flow Pattern Defect，FPD)。从晶片的表面入射红外激光束，利用检测晶片表面的散射光的红外散射层析术(Laser Scattering Tomography，LST)来观察，此时称作激光散射层析缺陷(Laser Scattering Tomography Defect，LSTD)。这些虽然检测方法不同，但一般认为都是孔洞(Void)。另一方面，在间隙硅(Interstitial Si)占优势的区域(I区域)中，形成由间隙硅(Interstitial Si)凝集而成的结晶缺陷。所述结晶缺陷的原形虽不明确，但一般认为是位错环等，以透射电子显微镜技术(Transmission Electron Microscopy，TEM)观察到位错环群形式的巨大的结晶缺陷。此间隙硅(Interstitial Si)的2次缺陷是通过与FPD相同的蚀刻方法，也就是说，将样本在不摇动的状态下，在选择蚀刻液内放置较长的时间，而观察到的较大的陷斑。这被称作大腐蚀陷斑(Large Etch Pit，LEP)等。如前所述，如果形成如上所述的结晶缺陷，就可能会产生漏电或耐压的问题。作为制造不存在这些结晶缺陷的结晶的技术，专利文献2、3等中已有公开。在无缺陷结晶的制造技术中，为了无限降低过量的点缺陷的浓度，而将由结晶生长速度V与生长界面附近的温度倾斜度G所表示的V/G，控制在非常有限的较小的范围内，而成为所需的缺陷区域。由于结晶生长速度V基本上在结晶的半径方向上不会发生变化，因此为了在晶片面内整个区域中获得无缺陷区域，降低结晶半径方向的G的偏差是非常重要的。这些大多是预先利用计算机进行模拟而求出。其中，计算时需要基本的实验数据。此基本数据是利用实验，通过调查结晶半径方向的G分布而获得。作为掌握结晶半径方向的G分布的实验方法，经常使用以下方法。首先，培育在长度方向(纵向)上故意使生长速度变化的结晶。在与生长轴相同的纵向上，切割培育而成的结晶，准备样本。对此样本施加氧析出热处理，以便掌握缺陷分布。在实际以无缺陷结晶为目标的条件下，使生长速度变化来培育结晶，将培育而成的结晶在纵向上切割，对切割而成的样本作氧析出热处理，利用X射线形貌法观察样本并示于图16中。如图16所示，氧析出的多少会成为浓淡变化，从而可以明确地辨别结晶缺陷区域。结合由模拟所实施的计算并调整结晶培育条件，使此缺陷分布在结晶中心部与周边部为相同分布。利用这种方法，可以获得在晶片面内整个区域中无缺陷的结晶。但是，由于在低氧浓度结晶中本来并不会发生氧析出，因此无法利用如上所述的方法来掌握缺陷分布。由于缺陷分布主要是因所培育的结晶受到的热环境而发生变化，因此可以在热环境相同的条件下仅仅提高氧浓度，来掌握缺陷分布。但是，如果在以高氧浓度形成无缺陷结晶的状态下，仅仅使氧浓度低氧化并培育结晶，那么实际上并不会成为无缺陷结晶。一般认为原因在于，缺陷分布不仅对上述的热环境敏感，对由熔体内的对流等所引起的结晶生长界面的变化也较为敏感。如专利文献1所公开，为了进行低氧浓度化，需要外加磁场，或使结晶旋转或坩埚旋转低速化。一般认为这些行为会使熔体对流发生较大的变化，缺陷分布随着低氧浓度化而发生变化也是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶硅晶片的制造方法，其是通过切割单晶硅晶片而制造的单晶硅晶片的制造方法，其特征在于，在培育所述单晶硅晶棒时，预先求出培育条件与利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3的密度检测出LSTD的缺陷区域的关系，基于该求出的关系，在氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的情况下，在仅由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以1×107/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域构成的培养条件下，或者由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域和利用红外散射法未检测出LSTD的无缺陷区域构成的培养条件下，培养单晶硅晶棒，利用该培育而成的单晶硅晶棒切割制造单晶硅晶片。

【技术特征摘要】
2011.03.08 JP 2011-0503941.一种单晶硅晶片的制造方法，其是通过切割单晶硅晶片而制造的单晶硅晶片的制造方法，其特征在于，在培育所述单晶硅晶棒时，预先求出培育条件与利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以高于1×105/cm3的密度检测出LSTD的缺陷区域的关系，基于该求出的关系，在氧浓度为8×1017原子/cm3(ASTM’79)以下的情况下，在仅由利用选择蚀刻未检测出FPD和LEP且利用红外散射法以1×107/cm3以上的密度检测出LSTD的缺陷区域构成的培养条件下，或者由利用选...

【专利技术属性】
技术研发人员：星亮二，松本克，镰田洋之，菅原孝世，
申请(专利权)人：信越半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP