硅晶片的制造方法技术

一种硅晶片的制造方法，其特征在于，包括：　　　　硅结晶制造工序，以进入无外延缺陷区域（α２）内的方式，对硅结晶中的硼浓度和生长条件Ｖ／Ｇ进行控制，制造硅结晶，其中Ｖ表示生长速度、Ｇ表示结晶的轴方向温度梯度，所述无外延缺陷区域（α２），是在硅晶片基板中无缺陷且在外延生长层中无缺陷的无缺陷区域，并且将硅结晶中的硼浓度为１×１０↑［１８］ａｔｏｍｓ／ｃｍ↑［３］以上且随着硼浓度的上升而使生长速度Ｖ渐渐降低的线作为下限线（ＬＮ１）；　　　　硅晶片基板获取工序，从所述硅结晶获取硅晶片基板；　　　　外延生长工序，在所述硅晶片基板上形成外延生长层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其涉及在制造形成有外延生长层的硅晶片的时候，能使外延生长层无缺陷的制造方法。
技术介绍
硅晶片是由CZ法(切克劳斯基单晶生长法)通过拉晶生长制造。经拉晶生长的硅晶片的锭块(ingot)被切片为硅晶片。半导体器件是经在硅晶片的表面形成器件层的器件工序而制成。但是在生长结晶的过程中会产生称为原生(Grow-in)缺陷(结晶生长时的导入缺陷)的结晶缺陷。近年来，随着半导体电路的高集成化、微细化的进展，已经不能允许在硅晶片当中的制作器件的表面附近存在这样的原生缺陷。为此很多人正在探讨无缺陷结晶的制造可能性。让器件特性劣化的结晶缺陷有以下三种缺陷。A)称为COP(Crystal Originated Particle)的由空穴凝聚产生的空穴缺陷(空洞)。B)OSF(氧化诱生层错缺陷，Oxidation Induced Stacking Fault)C)由晶格间硅凝聚而产生的位错环团簇(晶格间硅型位错缺陷，I-defect)。无缺陷的硅单晶可以认为或者定义为不含有或者实质上不含有以上3种缺陷中的任何一个的结晶。作为在制作器件电路的表层附近获得不包含原生缺陷的硅晶片的方法之一，可以举出称为“通过外延生长，在晶片表面生长无缺陷层”的方法。即，外延生长硅晶片是在硅晶片基板(外延衬底)上通过气相生长形成结晶完整性高的外延生长层(外延层)的高附加值硅晶片。外延生长层由于结晶完整性高因此认是为实质上无缺陷层，进而如果在外延生长层制作器件，则与在硅晶片基板的表层制作器件时相比，可以显著提高器件特性。另外，由于一般认为外延生长层的结晶完整性不受到外延衬底的结晶质量的很大影响，因此至今没有特别对硅晶片基板自身的质量引起足够重视。(现有技术1)但是近年来随着检查缺陷度装置越来越高敏感化以及缺陷评价的基准越来越严格，硅晶片基板中的缺陷传播到外延生长层并成为外延生长层的缺陷(称为外延缺陷)的事实己被人们清楚地认识到。该内容在非专利文献1(佐藤2000应用物理学会分科会硅技术No.16 24thApril(2000)p.35)中有记载。从而器件制造商开始要求通过在不存在成为外延缺陷的原因的结晶缺陷的硅晶片基板上形成外延生长层，而制造使外延生长层无缺陷的无外延缺陷外延硅晶片。在硅晶片基板中的原生缺陷中有容易传播到外延生长层的缺陷和不容易传播的缺陷。尤其是像OSF或者位错环团簇这样的缺陷由于容易传播到外延生长层并很可能成为外延缺陷，因此有必要从硅晶片基板去除。当假定在结晶铅垂(轴)方向的温度梯度G一定的情况下，硅单晶中的缺陷随着硅单晶的拉晶速度V变化。即，已知随着拉晶速度V从高速变低的过程中，在硅单晶中依次产生空洞缺陷(COP)、OSF(Ring-OSF(Ring like-OSF)；在氧化性气氛下进行热处理后，能在晶片中心和同心环上观察的层错缺陷)、无缺陷区域、位错环团簇。在P型的硅结晶中作为掺杂材料在硅结晶中添加硼(B)。对于以高浓度添加有硼的p/p+、p/p++外延硅晶片，在硅结晶中添加有1×1018atoms/cm3～1×1019atoms/cm3程度的硼。(现有技术2)在非专利文献2(E.Domverger，E.Graff，D.suhren，M.Lambert，U.Wagner，W.von.Ammon，Journal of Crystal Growth，180(1997)343)中，讨论了硼给结晶缺陷的举动带去的影响。根据该非专利文献2的记载可知，通过在硅结晶中添加高浓度的硼，能以更高的拉晶速度V产生R-OSF。对于目前的p+、p++硅结晶的制造条件，下面参照本专利技术的附图进行说明。图2(a)表示外延缺陷区域和无外延缺陷区域的分布，其中，纵轴表示当假定在结晶铅垂(轴)方向的温度梯度G一定的情况下的被归一化的拉晶速度V/Vcri、横轴表示在硅结晶中添加的硼的浓度atoms/cm3。在此，所谓被归一化的拉晶速度V/Vcri是指采用在添加硼浓度1×1017atoms/cm3时的临界速度Vcri进行归一化的拉晶速度，且其中的临界速度Vcri是指在将拉晶速度V渐渐降低时在硅结晶中心消除R-OSF时的拉晶速度。在图2(a)中的无外延缺陷区域α1，是在硅晶片基板出现空洞缺陷、而在外延生长层中成为无缺陷的无外延缺陷区域。另外，外延缺陷区域β1，是在硅晶片基板中出现OSF、而在外延生长层中出现缺陷的外延缺陷区域。另外，无外延缺陷区域α2，是在硅晶片基板中无缺陷且在外延生长层中成无缺陷的无外延缺陷区域。另外，外延缺陷区域β2，是在硅晶片基板中出现位错环团簇、且在外延生长层中出现缺陷的外延缺陷区域。在以往，P+硅结晶是在由图2(a)中的J表示的区域(这称为制造条件区域)制造，而在制造条件区域J中包含有外延缺陷区域β1。因此有人尝试着将为抑制外延缺陷的制造条件区域向低V侧、即图2(b)所示的制造条件区域K移动，并在无外延缺陷区域α2内制造硅结晶。(现有技术3)在非专利文献3(浅山等，1999秋应物学会3p-ZY-4)中报告了以下内容。即，在低硼浓度p-硅结晶(硼浓度小于1×1018atoms/cm3)的情况下，如果降低拉晶速度V，则会由位错环团簇而使外延生长层产生缺陷，但是在高硼浓度p+、p++硅结晶中，即使在相同的低拉晶速度V条件下，也能抑制位错环团簇的产生。从而以往认为，当制造高硼浓度p+、p++硅结晶时如果降低拉晶速度V，则能比较简单地制造不产生外延缺陷的高质量的硅结晶。即预测，无外延缺陷区域α2的下限在低硼浓度(硼浓度小于1×1018atoms/cm3)时存在，但在高硼浓度(硼浓度为1×1018atoms/cm3～1×1019atoms/cm3)时不存在。
技术实现思路
本专利技术人等发现如果降低拉晶速度V，则即使是高硼浓度p+、p++硅结晶，也产生能成为外延缺陷的原因的位错环团簇，进而由此得出了与上述预测不同的见解。本专利技术鉴于以上事实，其第一解决课题是通过明确无外延缺陷区域α2的下限LN1，以更高的成品率制造无外延缺陷的高质量的外延生长晶片。另外，以往一般认为由于外延缺陷区域β1在硅晶片基板中产生的OSF传播到外延生长层而作为缺陷出现，因此应在避开该区域的制造条件区域中制造硅结晶。但是，尽管在包含外延缺陷区域β1的区域中制造硅结晶，本专利技术人等也发现了根据不同工序条件，外延生长层不出现缺陷的情况。本专利技术鉴于以上事实，其第二解决课题是在包含外延缺陷区域β1的制造条件区域中以更高的成品率制造无外延缺陷的高质量的外延生长晶片。另外，一直认为在无外延缺陷区域α1中即使在硅晶片基板上产生空洞缺陷，也不会在外延生长层中出现缺陷。但是近年来器件制造商们要求将外延生长层形成为2μm以下的极薄的膜。而在这样以极薄的膜形成外延生长层的情况下，在通常膜厚(5μm左右)的外延生长层中认为不曾显现化的由空洞缺陷引起的缺陷，在外延生长层中作为外延缺陷出现了。本专利技术鉴于以上事实，其第三解决课题是即使在将外延生长层形成为极薄的膜的情况下，也能在无外延缺陷区域α1内以高成品率制造无外延缺陷的高质量的外延生长晶片。本专利技术之一，提供一种，其特征在于，包括硅结晶制造工序，以进入无外延缺陷区域(α2)内的方式，对硅结晶中的硼浓度和生长条件V/G进行控制，制造硅结晶，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种硅晶片的制造方法，其特征在于，包括硅结晶制造工序，以进入无外延缺陷区域(α2)内的方式，对硅结晶中的硼浓度和生长条件V/G进行控制，制造硅结晶，其中V表示生长速度、G表示结晶的轴方向温度梯度，所述无外延缺陷区域(α2)，是在硅晶片基板中无缺陷且在外延生长层中无缺陷的无缺陷区域，并且将硅结晶中的硼浓度为1×1018atoms/cm3以上且随着硼浓度的上升而使生长速度V渐渐降低的线作为下限线(LN1)；硅晶片基板获取工序，从所述硅结晶获取硅晶片基板；外延生长工序，在所述硅晶片基板上形成外延生长层。2.如权利要求1所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，在所述硅结晶制造工序中，硅结晶的轴方向温度梯度G从结晶中心到结晶端之间在规定水平以下均匀化。3.如权利要求2所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，在所述硅结晶制造工序中，通过向拉晶硅结晶的硅熔液施加磁场，使硅结晶的轴方向温度梯度G从结晶中心到结晶端之间在规定水平以下均匀化。4.如权利要求2所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，在所述硅结晶制造工序中，通过使拉晶硅结晶的硅熔液处于无磁场状态的同时控制硅结晶的转速，使硅结晶的轴方向温度梯度G从结晶中心到结晶端之间在规定水平以下均匀化。5.如权利要求2所述的硅晶片的制造方法，其特征在于，在所述硅结晶制造工序中，通过使拉晶硅结晶的硅熔液处于无磁场状态的同时控制收纳硅熔液的石英坩锅...

【专利技术属性】
技术研发人员：前田进，稻垣宏，川岛茂树，黑坂升荣，中村浩三，
申请(专利权)人：小松电子金属股份有限公司，
类型：发明
国别省市：