硅晶片以及用于制造硅晶片的方法技术

一种用于制造高质量已退火晶片的方法，其中所述晶片在被置于前和后无杂区（ＤＺ）之间的体区内具有均匀且高密度的体微缺陷（ＢＭＤ），所述方法增加了吸取金属杂质Ｆｅ、Ｃｕ等的效应，并且其在器件的有源区提供了无缺陷区。

【技术实现步骤摘要】

一种硅晶片以及制造硅晶片的方法得到公开。所公开的硅晶片在被置于前和后无杂区(denuded zone，DZ)之间的晶片体(bulk)区域中具有高密度且均匀的体微缺陷(BMD)浓度。
技术介绍
随着半导体器件变得只具有0.1μm以下大小如此超微小并且变得更加高度集成，制成这些器件的硅晶片已经变得更大，超出了300mm。虽然大晶片的研制提供了众多的优点，但是必须避免在大晶片中的缺陷。具体地，制造商被要求在晶片或最后所得到的半导体器件的有源区中提供“无缺陷”层。用户还一直要求制造商有效地去除在制造过程期间可以产生的杂质如金属粒子。此外，制造商一直被要求增加体微缺陷“BMD”密度，所述密度主要由最后所得到器件的有源区底下的体区中的体或氧化堆积缺陷(stacking fault)以及氧沉淀组成。为了实现这些目标，众多缺陷必须被消除、处理或控制。在可产生的众多缺陷当中，晶体起源坑(COP)、流型缺陷(FPD)、激光散射断层摄影缺陷(LSTD)以及滑移的发生是主要所关心的。COP出现在晶片的表面层上，大小在0.09-0.12μm范围内并且可以利用SP1-TBI扫描器以及通过使用标准洗涤(SC1)液进行再处理而得以观察。COP以晶片上的坑而显现。COP是在晶体生长过程期间所引发的晶体缺陷。FPD涉及到氧化膜，它是具有波纹形状的缺陷，并且检测到通过使用氢氟酸(HF)、重铬酸钾(bichromic-acid)的蚀刻溶液被选择性地加以蚀刻。FPD可以利用显微镜得到确认。通过激光散射断层摄影而被检测的缺陷LSTD已经被公知为在晶体生长过程期间所产生的微缺陷。在热处理过程中当在晶片内存在显著的温度梯度时则出现“滑移”并且其因硅晶片与在晶片热处理期间所使用的碳化硅舟的热膨胀系数差而出现。COP是最具有影响的缺陷组分并且FPD密度和LSTD可被用来直接地或间接地确认COP。如果用户建议从晶片表面直至10μm深度的无COP区，则SP1-TBI或蚀刻工艺方法可被用来检测在晶片表面上的缺陷，并且LSTD可以监视到直至5μm深度。结果是，间接地利用SP1-TBI和具有直至10μm深度的附加抛光的LSTD的组合，晶片制造商对COP缺陷，或缺少所述缺陷加以确认。在通过处理单晶硅而产生的，通过Czochralski CZ方法被拉伸且得到生长的硅晶片中，发现存在许多氧杂质。所述氧杂质变成产生位错或缺陷的氧沉淀。当氧沉淀位于晶片表面上时，它们增加了漏电流并且使氧化膜内部压力退化，这是半导体器件的两个不利特征。此外，硅晶片必须包括从晶片表面或边缘到预定深度的无杂区(DZ)，其中不存在位错、堆积缺陷或氧沉淀。典型地在晶片的前及后面需要有DZ。为了取得这些目的，提供了用于制造硅晶片的几种方法。首先，通过在生产用于制作硅晶片的硅结晶块时制造无缺陷的纯单晶硅，一直努力在器件的有源区中生成无缺陷区。然而，在这种情况下，在体区中氧沉淀得到降低，并且因此BMD密度也低。同样制造纯的单晶硅是昂贵的。其次，为了在半导体器件的有源区中提供无缺陷区，存在制作外延(epitaxial)类型的晶片的方法，所述外延类型的晶片是通过在硅晶片上使用化学气相沉积(CVD)方法而为外延层来生长的。虽然这个方法就上述讨论的纯单晶硅制造方法以及下面将讨论的已退火的晶片制造方法等技术已经加以改进，但是它非常昂贵。第三，退火方法被用于在半导体器件的有源区中生成无缺陷区。在这个方法中，借助于热处理工艺通过去除在晶体生长期间所产生的晶体起源坑，COP被从半导体器件的有源区中消除。同样，借助于氧在表面区域中的向外扩散，可以提供直至预定深度的无氧沉淀的DZ区。此外，通过增加BMD密度，在体区中的氧沉淀，退火可以有效地消除杂质如金属。然而，目前的退火技术要求对气体气氛、温度坡升/降速率(rampup/down)以及热处理温度/时间的众多调节，其所有均使对工艺的控制变得非常困难、昂贵且不可靠。因而，目前的退火工艺在高温过程中产生诸如滑移的缺陷，或者不能够制造出具有均匀且充足的无缺陷区以及高BMD密度的已退火晶片。因此，急迫地需要经改善的退火类型的工艺。
技术实现思路
一种硅晶片被公开，其在晶片的有源区中具有均匀且充足的前和后无杂区(DZ)以及无COP区。所公开的晶片还在被置于所述前和后DZ之间的晶片体区内具有高的BMD密度。用于制造处于300mm数量级的硅晶片的方法在晶片的有源区内提供了均匀且充足的DZ和无COP区，并且在体区提供了高的BMD密度，所述方法控制因用来去除晶片中缺陷所使用的高温过程所导致的滑移。一种所公开的晶片包括在距离晶片前侧表面一预定深度上所形成的第一无杂区(DZ)，没有晶体起源坑(COP)缺陷；在距离晶片后侧表面一预定深度上所形成的第二无杂区(DZ)，没有晶体起源坑(COP)缺陷；以及在所述第一和第二无杂区之间所形成的体区，其中体微缺陷(BMD)的浓度分布从晶片的前侧向后侧是均匀的；并且其中硅晶片被掺杂有从约1×1012个原子/cm3至约1×1014个原子/cm3浓度范围的氮。优选地，在第一和第二无杂区之间的体区中，BMD的浓度处于从约1.0×108至1.0×1010ea/cm3或缺陷/cm3的范围。优选地，第一和第二无杂区的深度或宽度处于分别距离晶片的前和后侧约5μm至约40μm的范围内。此外，一种制造硅晶片的方法被公开，其包括(a)制备具有前侧、后侧以及被置于所述前和后侧之间的区的硅晶片；(b)将硅晶片装载到被加热到第一温度的热处理装置上；(c)将硅晶片预加热一预定时间到第一温度；(d)以第一温度坡升速率将热处理装置的温度升高到第二更高温度；(e)以第二温度坡升速率将热处理装置的温度升高到第三更高温度；(f)以第三温度坡升速率将热处理装置的温度升高到第四更高温度；(g)通过将第四温度维持一预定时间在第四温度下加热硅晶片；以及(h)将热处理装置的温度向第一温度降低；其中第二温度坡升速率小于第一温度坡升速率；部分(c)以及(f)到(h)在惰性气体气氛下被执行；以及部分(d)和(e)在氢气氛下被执行。优选地，制备硅晶片包括下述步骤将籽晶浸渍在硅熔体中并且通过拉伸籽晶同时沿着固和液相边界处的生长轴调节温度梯度以及晶体生长速度使单晶硅得到生长；将得到生长的单晶硅切成晶片的形状；并且去除因切片而产生的切片损伤以及将经切片的晶片侧修圆或对经切片的晶片表面进行蚀刻；其中单晶硅随着被掺杂的浓度范围从约1×1012个原子/cm3至约1×1014个原子/cm3的氮而得到生长以便增加所沉淀的氧。在部分(h)之后，所公开的方法优选地进一步包括下述之一或更多个将硅晶片的表面抛光；使硅晶片的表面成镜面；以及清洁硅晶片。优选地，第一温度为约500℃，第二温度为约950℃，第三温度为约1100℃以及第四温度为约1200℃。优选地，第一温度坡升速率为约10℃/min，以及第二温度坡升速率为约5℃/min。优选地，第三温度坡升速率的范围为从约0.1至约5℃/min。部分(g)优选地在第四温度下被执行从约1至约120分钟的时间周期。优选地，部分(h)包括以第一温度坡降速率将温度降低到约第三温度；以第二温度坡降速率将温度下降到约第二温度；以第三温度坡降速率将温度下降到约第一温度。优选地，第三温度坡降速率大于第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有前侧、后侧和被置于所述前侧和后侧之间的区的硅晶片，所述硅晶片包括：从所述前侧延伸到距离前侧预定深度的第一无杂区，所述第一无杂区基本上没有晶体起源坑；从所述后侧延伸到距离后侧预定深度的第二无杂区，所述第二无杂区基本上没 有晶体起源坑；以及被形成在所述第一无杂区和所述第二无杂区之间的体区，其中体微缺陷的浓度分布在体区内基本上是常数；其中硅晶片凝聚有１×１０↑［１２］个原子／ｃｍ↑［３］至１×１０↑［１４］个原子／ｃｍ↑［３］的氮。

【技术特征摘要】
KR 2004-5-10 10-2004-00326331.一种具有前侧、后侧和被置于所述前侧和后侧之间的区的硅晶片，所述硅晶片包括从所述前侧延伸到距离前侧预定深度的第一无杂区，所述第一无杂区基本上没有晶体起源坑；从所述后侧延伸到距离后侧预定深度的第二无杂区，所述第二无杂区基本上没有晶体起源坑；以及被形成在所述第一无杂区和所述第二无杂区之间的体区，其中体微缺陷的浓度分布在体区内基本上是常数；其中硅晶片凝聚有1×1012个原子/cm3至1×1014个原子/cm3的氮。2.根据权利要求1的硅晶片，其中在体区内的体微缺陷浓度处于从约1.0×108至约1.0×1010ea/cm3的范围。3.根据权利要求1的硅晶片，其中所述第一无杂区和所述第二无杂区的深度处在分别距离所述前侧和后侧大约5μm至大约40μm的范围内。4.一种制造硅晶片的方法，包括(a)制备具有前侧、后侧和被置于所述前侧和后侧之间的区的硅晶片；(b)将所述硅晶片装载入具有第一温度的热处理装置内；(c)在第一温度下对所述硅晶片预热一预定时间；(d)以第一温度坡升速率将热处理装置加热到高于第一温度的第二温度；(e)以第二温度坡升速率将热处理装置加热到高于所述第二温度的第三温度；(f)以第三温度坡升速率将热处理装置加热到高于所述第三温度的第四温度；(g)通过将第四温度维持一预定时间将硅晶片在第四温度下进行加热；以及(h)将热处理装置冷却到大约第一温度；其中第二温度坡升速率小于第一温度坡升速率；部分(c)、以及(f)至(h)在惰性气体气氛下被执行；以及部分(d)和(e)在氢气氛下被执行。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹晟豪，裵昭益，文英熙，
申请(专利权)人：希特隆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]