硅单晶基底及其制造方法技术

本发明专利技术是硅晶体基底及其制造方法。提供硅单晶基底，所述硅单晶基底在基底中有均匀的阻抗，在基底表面层有较少的BMD，并且在基底厚度的中心有适中的BMD。硅单晶基底通过切割用佐克拉斯基方法生长的硅单晶所形成，所述基底具有以下特征。硅单晶基底第一主表面中心的电阻率不低于50Ω·cm，并且第一主表面的电阻率变化率不大于3%。位于第一主表面与50μm深的平面之间的区域中的氧沉淀物块体微缺陷的平均密度低于1×108/cm3。位于离第一主表面300μm深的平面与400μm深的平面之间的区域中的氧沉淀物块体微缺陷的平均密度不低于1×108/cm3且不大于1×109/cm3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是涉及由佐克拉斯基方法生长的硅单晶切片形成的娃单晶基底及其制造方法。
技术介绍
安装在汽车、家用电器或类似物上的功率器件应该有高的击穿电压，以及影响其特性的基底电阻。因此，要求用作基底的硅晶片电阻率高而其变化却少。用于功率器件的基底的硅单晶主要用佐克拉斯基方法(CZ方法)制造。使用CZ方法，由于如硼和磷的掺杂物相对硅单晶的偏析系数小于I，硅熔体中的掺杂物浓度会随着硅单晶生长而变高。因此，长成的硅单晶中的掺杂物浓度在生长轴方向有变化，结果是，硅单晶的电阻率在生长轴方向有变化。因此，电阻率难以控制。日本专利公开号N0.2003-137687描述了抑制晶体生长方向电阻率变化的方法，该方法包括对应于25-30%的硼浓度向初始硅熔体加入磷并用佐克拉斯基方法生长晶体。日本专利公开号N0.2007-191350描述了制造用于IGBT(绝缘栅双极晶体管)的硅单晶晶片的方法，其中晶片径向的电阻率变化不大于5 %。本专利技术要解决的问题最近，用BCD (双极晶体管，CMOS (互补金属氧化物半导体)、和DMOS (扩散金属氧化物半导体))方法形成的功率半导体已经广泛用于击穿电压为中压(即至多200V)的应用。BCD方法是指一种方法技术，在该方法技术中整合了用于模拟控制的双极晶体管、能快速运行并适用于数字控制电路的CMOS、及适用于控制功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的DMOS的方法控制。在BCD方法中制造的用于功率器件的硅基底要求在基底上有均匀的阻抗，在基底表面层有较少的氧沉淀物块体微缺陷(BMD)，并且在基底厚度的中心有适中的BMD。使用日本专利公开号2003-137687中所述的方法，至多90 %固化分率(solidified fraction)时的电阻率在生长轴方向的变化率高并且不能满足对B⑶器件的质量要求。此外，使用日本专利公开号2007-191350中所述的方法，晶片的径向变化大并且不能满足对B⑶器件的质量要求。而且，日本专利公开号2007-191350中所述的器件为IGBT，IGBT是电流沿垂直于基底表面的方向流动的那种类型。因此，BMD应该在跨越基底厚度方向上较少。然而，降低BMD导致吸除重金属而导致功能更低。本专利技术因考虑到上述问题而产生，其中一个目标是提供硅单晶基底，所述硅单晶基底在基底上有均匀的阻抗，在基底表面层有较少的BMD，并且在基底厚度的中心有适中的BMD,并且提供制造娃单晶基底的方法。解决问题的方法根据本专利技术的硅单晶基底是由佐克拉斯基方法生长的硅单晶切片形成的硅单晶基底，并且具有以下特征。硅单晶基底具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面。硅单晶基底第一主表面中心的电阻率不低于50 Ω.cm，并且第一主表面的电阻率变化率不大于3%。器件形成区中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度低于I XlOVcm3，所述器件形成区为位于第一主表面与第一主表面朝第二主表面深入50 μ m处的平面之间的区域。一个区域中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度不低于IXlOVcm3且不大于lX109/cm3，所述区域为位于第一主表面朝第二主表面深入300 μ m处的平面与深入400 μ m处的平面之间的区域。优选地，以上硅单晶基底的氧浓度不低于5.0X IO17原子/cm3且不大于7.0X IO17原子/cm3，并且氮浓度不低于2.0X IO13原子/cm3且不大于4.0X IO14原子/cm3。根据本专利技术的BCD器件具有以上硅单晶基底，以及形成在器件形成区中的CMOS、DMOS、和双极晶体管。制造根据本发 明的硅单晶基底的方法有以下步骤。制备初始硅熔体，该硅熔体的硼浓度不大于4 X IO14原子/cm3并且磷浓度与硼浓度的比例不低于0.42且不大于0.50。硅单晶用佐克拉斯基方法从初始硅熔体生长。硅单晶切片形成硅单晶基底。在生长硅单晶的步骤中，硅单晶应在这样的条件下生长:硅单晶从硅熔点到1350°C的边缘部分冷却速率与中央部分冷却速率的比例不低于1.4且不大于2.0，并且中央部分从1200°C到1100°C的冷却速率不低于6°C /分钟。硅单晶的氧浓度不低于5.0X IO17原子/cm3且不大于7.0X IO17原子/cm3，并且氮浓度不低于2.0X IO13原子/cm3且不大于4.0X IO14原子/cm3。优选地，本专利技术要保护的方法进一步包括从硅单晶切片的硅单晶基底的退火步骤。在退火步骤中，在杂质浓度体积比不大于0.5 %的惰性气体气氛中，或者在非氧化气氛中，在不低于1200°C且不大于1250°C的温度下进行热处理，其时间不少于I小时且不长于8小时。专利技术效果根据本专利技术，可以得到在基底中阻抗均匀、在基底表面层BMD较低、而在基底厚度中心的BMD适中的硅单晶基底。[附图简述]附图说明图1为示意图，显示了根据第一实施方案的硅单晶基底。图2为示意图，显示了制造根据第一实施方案的硅单晶基底的制造装置。图3为流程图，示意性显示了制造根据第一实施方案的硅单晶基底的方法。图4显示模拟(simulation)结果，显示了硅单晶固化分率与硅单晶中杂质浓度之间的关系。图5显示测量结果和模拟结果，显示了硅单晶固化分率与电阻率之间的关系。图6为图表，显示了硅单晶固化分率与电阻率之间的关系对初始硅熔体P/B比的依赖度的模拟结果。图7为图表，显示了硅单晶用佐克拉斯基方法生长期间硅固-液界面的状态。图8为图表，显示了硅单晶电阻率与在生长轴上的位置之间的关系。图9为示意图，显示了根据第二实施方案的B⑶器件。实施本专利技术的方式在下文中参考附图对本专利技术实施方案进行描述。应注意，以下附图中相同或相对应的元件分配了相同的附图标记，并且不再对其重复说明。(第一实施方案)根据本实施方案的硅单晶基底的构造最初参考图1进行说明。根据本实施方案的硅单晶基底由佐克拉斯基方法生长的硅单晶I (参见图2)切片形成。参考图1，娃单晶基底10具有第一主表面101和与第一主表面101相对的第二主表面102。硅单晶基底10的表面层部分用作器件形成区100 (位于第一主表面101与第一主表面101朝第二主表面102深入50 μ m处的平面之间的区域)。在器件形成区100，形成诸如双极晶体管、CMOS、和DMOS等的器件。从降低pn结漏电流的角度来看，器件形成区100优选BMD密度低于基底10的其它区域。器件形成区100中的BMD平均密度低于I X 108/cm3。另一方面，在娃单晶基底10厚度方向的中央区域200(位于第一主表面101朝第二主表面102深入300 μ m处的平面与深入400 μ m处的平面之间的区域)优选存在适中量的BMD。适中量的BMD是指BMD平均密度大约不低于I X 108/cm3且不大于I X 109/cm3。娃单晶基底10第一主表面101的中心的电阻率不低于50 Ω.cm,并且第一主表面101的电阻率变化率不大于3%。优选地，硅单晶基底10的氧浓度不低于5.0X IO17原子/cm3且不大于7.0X IO17原子/cm3，并且氮浓度不低于2.0X IO13原子/cm3且不大于4.0X IO14 原子/cm3。如果中央区域200中沿厚度方向的BMD平均密度低于I X 108/cm3，则吸除重金属的能力会与没有导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过切割用佐克拉斯基方法生长的硅单晶所形成的硅单晶基底，其包括：第一主表面；和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述硅单晶基底的所述第一主表面中心的电阻率不低于50Ω·cm，并且所述第一主表面的电阻率变化率不大于3%，器件形成区中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度低于1×108cm3，所述器件形成区为位于所述第一主表面与所述第一主表面朝向所述第二主表面50μm深度处的平面之间的区域，并且一个区域中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度不低于1×108/cm3且不大于1×109/cm3，所述区域为位于所述第一主表面朝所述第二主表面深入300μm深度处的平面与400μm深度处的平面之间的区域。

【技术特征摘要】
2011.12.21 JP 2011-2799561.通过切割用佐克拉斯基方法生长的硅单晶所形成的硅单晶基底，其包括: 第一主表面；和 与所述第一主表面相对的第二主表面， 所述硅单晶基底的所述第一主表面中心的电阻率不低于50 Ω.Cm，并且所述第一主表面的电阻率变化率不大于3%， 器件形成区中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度低于I X IO8Cm3，所述器件形成区为位于所述第一主表面与所述第一主表面朝向所述第二主表面50 μ m深度处的平面之间的区域，并且 一个区域中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度不低于I X IOVcm3且不大于lX109/cm3，所述区域为位于所述第一主表面朝所述第二主表面深入300 μ m深度处的平面与400 μ m深度处的平面之间的区域。2.权利要求1的硅单晶基底，其中 所述硅单晶基底的氧浓度不低于5.0 X IO17原子/cm3且不大于7.0 X IO17原子/cm3，并且氮浓度不低于2.0X IO13原子/cm3且不大于4.0X IO14原子/cm3。3.一种器件，其包括: 权利要求1或2的硅单晶基底；和 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：中居克彦，大久保正道，坂本光，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：