硅晶圆及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种制造单晶硅晶圆的方法，该方法包括下列步骤：通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制造一薄层，或在该硅晶圆的正面上制造一薄层，其电阻与该硅晶圆其余部分的电阻不同，或在该硅晶圆的背面上制造一外杂质吸收剂层，及在选定满足上列不等式的温度下将该硅晶圆施以热处理，其中，［Ｏｉ］是硅晶圆内的氧浓度，［Ｏｉ］↑［ｅｑ］（Ｔ）是在Ｔ温度下硅内氧的溶解度极限，δ↓［ＳｉＯ２］是二氧化硅的表面能，Ω是沉积氧原子的体积，ｒ是平均ＣＯＰ半径，及ｋ是波兹曼常数，在实施热处理期间，至少该硅晶圆有时是曝露于含氧气体中。本发明专利技术还涉及一硅晶圆，该晶圆的正面或背面上载有上述的一种层且实质上无空位集块（ＣＯＰ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硅晶圆及制造该硅晶圆的方法，该方法包括对硅晶圆的热处理。
技术介绍
现有技术已公开多种硅晶圆，因用途不同，在其正面或背面上均设制若干薄层。举例来说，为形成一垂直电阻分布，在硅晶圆的正面上设置外延层，至少就掺质而言，该外延层的浓度与该硅晶圆的其余部分不同。例如，在氢气中，由于热处理作用，晶圆内所含掺质向外扩散，也可达到同样目的。尤其是作为各种杂质(例如金属，在制作电子元件过程中，这种杂质污染硅晶圆)的外杂质吸收剂的多个层设置在晶圆背面。通过晶格失配，由(例如)氧化硅、氮化硅或多晶硅组成的薄层可产生一作为杂质吸收剂中心(即黏合杂质(bindsimpurities))的结构性扰动区。硅晶圆是由硅单晶体制得，这种硅单晶体是经切割成晶圆并施以许多加工步骤，以(例如)获得预期的表面性质。通常利用左科拉斯基(Czochralski)坩埚拉晶法或利用无坩埚浮游区域法制得的硅单晶体具有许多缺陷。若不采取预防措施缺陷仍存在于晶圆表面上，这种缺陷对制作在晶圆表面上的电子元件的功能具有不良影响。其中一种重大缺陷是公知的COPs(结晶起始微粒(crystaloriginated particle))，和结合起来可形成大小通常为50至150nm小空洞的空位群。这种缺陷可用许多方法量测。通过一种SCl溶液(NH3/H2O2/H2O)在约85℃温度下将该缺陷部分蚀刻20分钟，继之以光散射量测是测试晶圆表面COPs的一种可能选择。通过赛科蚀刻液(Secco etch)对缺陷实施30分钟的部分蚀刻，去掉约30μm的硅，然后计数，也可显示这种缺陷。若所计数的缺陷具有公知的标识，这种缺陷称之为FPDs(流型缺陷(flow pattern defect))。所得结果是每单位面积的FPD密度，将预蚀刻期间去掉的材料考虑在内，可将该单位面积的FPD密度转换成单位体积密度。这种同类缺陷也可通过IR-LST(红外光散射层析法)加以量测，其中Nd-YAG激光束在硅晶圆的缺陷处散射，经散射的光在与激光束成90°的方向被探测。依据其量测方法这种缺陷称为LSTD缺陷。在半导体晶圆上制作元件时，许多元件参数受到结晶起始微粒的不良影响。所以，需要至少将对元件有源的硅晶圆层内的这种缺陷予以去掉。欧洲专利EP 973190 A2中曾公开，在1150至1350℃温度下，在一个含氢的气体内，将背面载有多晶硅外杂质吸收剂层的单晶硅晶圆施以热处理，以去掉硅晶圆表面上的COP。美国专利US 6,423,615中曾公开在含氢气体内通过热处理作用改变近表面薄层内的掺质浓度，从而产生垂直电阻的分布。许多元件加工要求硅晶圆正面上具有一个此类掺质浓度改变的薄层。另一已经公开的技术是通过硅晶圆正面上的外延沉积作用，可产生一薄层，该薄层一方面具有不同掺质浓度，另一方面无COP。所以，现有技术曾揭示若干硅晶圆，其正面或背面载有至少一个上述的薄层，而且其表面上，至少正面上基本上没有COP。但是，硅晶圆的其余部分(一般称为表体(bulk))并非没有结晶起始微粒COP。如果在该硅晶圆上制作要求表面上具有特别深无COP薄层的元件(例如需要采用所谓深沟技术的元件)，这种情形特别不利。迄今，元件的最大深度限制在无COP薄层的厚度。而且，适于深沟技术的厚外延层的生长非常耗时，所以价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的基本目标包括提供一种正面或背面上具有若干已知薄层的硅晶圆，不仅其近表面的薄层而且在晶圆大部分厚度上均无COP。通过一种制造单晶硅晶圆的方法可以实现此目标，该方法包括下列步骤通过外延沉积法，在硅晶圆的正面上制造一层薄层，或在该硅晶圆的正面上制造一薄层，其电阻与该硅晶圆其余部分的电阻不同，或在该硅晶圆的背面上制造一层外杂质吸收剂层，及选择在满足下列不等式的温度下将该硅晶圆施以热处理[Oi]<[Oi]eq(T)exp(2σSiO2ΩrkT)----(1)]]>在实施热处理期间，至少部分时间该硅晶圆是曝露于含氧气体中。在该不等式内，代表硅晶圆中的氧浓度(更精确地说是间隙溶解氧浓度)，通常是由FTIR光谱法测定。[Oi]eq(T)是在给定温度T下氧的极限溶解度。举例来说，在Hull，R.所编“Properties ofCrystalline Silicon”(结晶硅的特性)，The Institution of ElectricalEngineer，London，1999，page 489ff(电机工程师学会出版，伦敦，1999，第489等页)，曾揭示一种这类函数。δsio2是二氧化硅(SiO2)的表面能，在Huff，H.R.，Fabry，L.，Kishino，S.所编的《Semiconductor Silicon2002》(《半导体硅2002》)的第二卷(The Electrochemical Society，Pennington，2002(电化学学会、本宁顿，2002))第545页上该值给定为310erg/cm2。Ω是沉积氧原子的体积，是利用Ω＝MSiO2/(2ρSiO2NA)的关系式，由二氧化硅的莫耳质量MSiO2及密度ρSiO2，及阿佛加德罗常数NA计算得来。r代表平均COP半径，k是波兹曼常数及T是绝对温度。硅晶圆正面(即拟在上面制作元件的晶圆表面)上的该层通过本领域技术人员熟悉的若干方法中的一种方法制得。举例来说，通过化学蒸气沉积法可将由硅组成的外延层沉积在表面上。在这种情况下，将一种合适的掺杂气体与一种加工气体混合，该掺杂气体可使搀杂剂以预期的浓度注入沉积硅晶格子内。这样，将电阻设定在预期值。外延层的电阻可与硅晶圆其余部分的电阻不同或相同。另外，通常外延沉积层的机械性质与该硅晶圆其余部分不同。由于外延层适宜的机械性质，可提高元件的制造率。其他若干层(例如硅—锗层或硅及硅锗的结合层，例如，应变硅)也可以外延沉积。同样地，通常这种薄层的电阻或机械性能与该硅晶圆其余部分(也称作基片)不相同。作为外延层沉积的替换方法，可以在适当气体内通过热处理，在该硅晶圆的正面上，形成其电阻与待制硅晶圆其余部分不同的层，该热处理可导致该硅晶圆内所含掺杂物从表面向外扩散。若该硅晶圆是掺以硼、磷、砷、镓、铝或锑，所述方法可在例如含氢气体中通过热处理作用予以实施。但是，也可使用任何其他希望的方法，这种方法可用预期的方式使晶圆正面的表层所获电阻的值与该晶圆的其余部分不同。最好使用现有技术的适当化学蒸气沉积法在硅晶圆背面上形成一个外杂质吸收剂层，例如含有氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅的薄层。在氧化硅的情况下，也可使用表面的热氧化或湿化学氧化。这里，外杂质吸收剂层一词是指所述晶圆背面上的一层，与正常硅晶体结构比较，该层显示出受到结构性干扰。晶圆背面所受机械损伤或离子植入背面表层(例如氦离子植入及随后的植入退火)也可产生此类结构性干扰。硅晶圆正面或背面上前述诸层的制造可在本专利技术的对应于不等式(1)的热处理作用之前或之后实施。本专利技术方法的一项关键性因素是热处理期间所选温度足够高，以使与COP表面氧化物表层达到平衡的氧浓度(也即不等式(1)的右方)超过间隙溶解氧原子的浓度[Oi]。因此，间隙氧的浓度低于饱和浓度，结果COP的氧化物表层可通过氧原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造单晶硅晶圆的方法，该方法包括下列步骤：通过外延沉积法，在硅晶圆的正面上制造一薄层，或在该硅晶圆的正面上制造一薄层，其电阻与该硅晶圆其余部分的电阴不同，或于该硅晶圆的背面上制造一外杂质吸收剂层，及在所选满足下列不等式的 温度下将该晶圆施以热处理［Ｏｉ］＜［Ｏｉ］↑［ｅｑ］（Ｔ）ｅｘｐ（２σ↓［ＳｉＯ２］Ω／ｒｋＴ）（１）其中，［Ｏｉ］是硅晶圆内的氧浓度，［Ｏｉ］↑［ｅｑ］（Ｔ）是在Ｔ温度下硅内氧的溶解度极限，δ↓［ＳｉＯ２］是二氧化硅的 表面能，Ω是沉积氧原子的体积，ｒ是平均ＣＯＰ半径及ｋ是波兹曼常数，在实施热处理期间，至少部分时间该硅晶圆是曝露于含氧气体中。

【技术特征摘要】
DE 2003-8-7 10336271.11.一种制造单晶硅晶圆的方法，该方法包括下列步骤通过外延沉积法，在硅晶圆的正面上制造一薄层，或在该硅晶圆的正面上制造一薄层，其电阻与该硅晶圆其余部分的电阴不同，或于该硅晶圆的背面上制造一外杂质吸收剂层，及在所选满足下列不等式的温度下将该晶圆施以热处理[Oi]<[Oi]eq(T)exp(2σSiO2ΩrkT)---(1)]]>其中，[Oi]是硅晶圆内的氧浓度，[Oi]eq(T)是在T温度下硅内氧的溶解度极限，δsio2是二氧化硅的表面能，Ω是沉积氧原子的体积，r是平均COP半径及k是波兹曼常数，在实施热处理期间，至少部分时间该硅晶圆是曝露于含氧气体中。2.如权利要求1所述的方法，其中该方法所用的起始材料是氧浓度[Oi]＜7×1017at/cm3的硅晶圆。3.如权利要求1或2所述的方法，其中该方法所用的起始材料是其中平均COP直径小于160nm的硅晶圆。4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中是以预定加热速率将该硅晶圆加热直至温度达到可满足不等式(1)的范围，之后将温度保持在该范围内经过预定的时间，然后以预定的冷却速率将该晶圆加以冷却。5.如权利要求4所述的方法，其中温度保持在可满足不等式(1)范围内的时间为10秒种至15分钟。6.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中通过外延沉积一层含硅层在该硅晶圆正面制得所述层。7.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中是通过在一种气体中实施热处理而在该硅晶圆正面上制得所述层，所述热处理可导致至少一种掺质向外扩散。8.如权利要求1至7中的任意一项所述的方法，其中通过沉积氧化硅，氮化硅或多晶硅而在该硅晶圆背面上制得所述层。9.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中按下列给定顺序实施各步骤依照如权利要求8，将一外杂质吸收剂层施加在该硅晶圆的正面及背面上；在一含氧气体中，将该硅晶圆加以热处理，以可满足不等式(1)，将该硅晶圆正面上的外杂质吸收剂层去掉，及在该硅晶圆的正面上外延沉积如权利要求6所述的层。10.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中按下列给定顺序实施各步骤在一含氧气体中，将该硅晶圆加以热处理，以满足不等式(1)，在该硅晶圆的正面及背面上施加如权利要求8所述外杂质吸收剂层，将该硅晶圆正面上的外杂质吸收层去掉，及在该硅晶圆的正面上外延沉积如权利要求6所述的层。11.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中按下列给定顺序实施各步骤将如权利要求8所述的外杂质吸收剂层施加在该硅晶圆的正面及背面上，在一含氧气体中，将该硅晶圆加以热处理，以满足不等式(1)，在一含氢气体中，将该硅晶圆加以热处理，以去掉该硅晶圆正面上的外杂质吸收剂层并溶解正面上的COP，及在该硅晶圆的正面上外延沉积如权利要求6所述的层。12.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中按下列给定顺序实施各步骤将如权利要求8项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫佐伊林，罗伯特赫茨尔，赖因霍尔德瓦利希，维尔弗里德冯阿蒙，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]