提供了制造退火晶片的方法，所述方法能在退火之后避免残留的空洞以及在退火晶片上形成的氧化物膜的TDDB特性的劣化，并且可以扩大硅单晶中能够含有的氮浓度的范围。在制造退火晶片的方法中，控制拉晶条件，使得拉晶速度V与晶体生长的轴方向上的平均温度梯度G之间的比例V/G不小于0.9×(V/G)crit且不大于2.5×(V/G)crit，并且将拉晶炉内的氢气分压设定为不小于3帕且小于40帕。硅单晶的氮浓度大于5×1014个原子/cm3且不大于6×1015个原子/cm3，碳浓度不小于1×1015个原子/cm3且不大于9×1015个原子/cm3，并且热处理在杂质浓度不大于5ppma的稀有气体气氛中进行，或在非氧化气氛中进行。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及通过对硅单晶晶片施加高温热处理而得到退火晶片的制造方法。对硅单晶晶片在高温下施加热处理而得到的退火晶片已被广泛用作制造半导体器件的高质量衬底(substrate)。通常，硅单晶晶片具有被称为空洞(Viod)缺陷的缺陷。本文中，“空洞缺陷”是指在晶体生长过程中因引入的原子水平的空位(vacancy)在硅熔体与晶体之间的界面聚集所造成的缺陷。在“空洞缺陷”中，暴露在硅单晶晶片表面中的被称为C0P(晶体原生颗粒)。通过对硅单晶晶片在高温，例如不小于1100°C下施加热处理可以缩小或消除上述“空洞缺陷”，并且可以减少晶片表面的缺陷。此外，通过向硅单晶晶片添加氮，可以减小“空洞缺陷”的尺寸，并可以通过热处理容易地缩小或消除“空洞缺陷”。另一方面，硅单晶晶片还具有氧沉淀物。当氧混入来自石英坩埚共混物的硅熔体中时，“氧沉淀物”以大于饱和浓度的浓度产生于晶体中，并且通过上述的热处理聚集。通过上述的热处理可以减少晶片表面的“氧沉淀物”。向娃单晶晶片添加氣可以在晶片内部广生“氧沉淀物”。如上所述地通过向硅单晶晶片添加氮，并对硅单晶晶片在高温下施加热处理，可以在晶片表面形成厚度约 几微米的基本上洁净的(denuded)区域，并且可以在晶片内部留下适当的“空洞缺陷”和“氧沉淀物”。也就是说，可以得到高质量的硅单晶晶片。作为通过卓克拉尔斯基法拉制硅晶体时的一个控制参数，“V/G”是公知的。本文中，“V(mm/min) ”代表娃晶体的拉晶速率,而“G(°C /mm) ”代表娃晶体生长时轴方向上的温度梯度。日本专利公开2007-176732描述了一项专利技术，该专利技术关注上述的“V/G”与氮浓度之间的关系，并且试图得到一种退火晶片，其中退火后的氧沉淀足够高，并且氧沉淀物在晶片表面具有均匀的密度。此外，日本专利公开2010-155748描述了一种，其向炉中添加氮和氢用于拉制硅单晶以控制“V/G”，以便在含有高浓度氮(不小于5E14个原子/cm3)的情况下，在硅单晶晶片表面得到厚度不小于10 μ m的洁净区。相比之下，日本专利公开2006-312576描述了一种制造硅单晶的方法，该方法不关注“V/G”，但是在生长装置内向气氛气体添加含氢原子的物质的气体，并且进一步将氮或/和碳掺杂入晶体中。此外，日本专利公开2000-281491描述了一种制造硅单晶的方法，其通过以3体积％向气氛中连续引入氢气至0.lppm，通过卓克拉尔斯基法生长硅单晶。已经发现，如果将从包含一定范围的氮的晶体切出的衬底用作退火晶片的衬底，就会出现退火晶片质量上的问题。具体地，如果氮浓度小于1E15个原子/cm3(即小于IX 1015个原子/cm3)，退火之后留在晶片表面的空洞数量会增多。还发现，如果氮浓度大于4E15个原子/cm3,在退火晶片上形成的氧化物膜的经时介电击穿(Time DependentDielectric Breakdown) (TDDB)特性会劣化。当氮浓度小于1E15个原子/cm3时，退火后留在晶片表面的空洞数量增多的原因被认为是因为氮浓度小于1E15个原子/cm3的晶体具有比常规所知的大小约0.2 μ m的空洞大得多的空洞(不小于0.5 μ m)，并且具有低的密度(不大于lE4/cm3)，并且通过退火不能完全将其消除。另一方面，当氮浓度大于4E15个原子/cm3时，在退火后的晶片上形成的氧化物膜的TDDB特性劣化的原因被认为是因为在存在高范围的氮的条件下拉制的晶体具有原生(grown-1n)缺陷，这尚未为人所知且不同于空洞，并且通过退火不能将其消除。因此,氮浓度的范围限定在不小于1E15个原子/cm3且不大于4E15个原子/cm3。如果氮浓度的范围窄，则氮浓度低的晶体上侧和氮浓度高的晶体下侧不能被用作产品晶片，因此晶体收率降低，使得难以以低成本制造退火晶片。根据日本专利公开2007-176732、日本专利公开2010-155748和日本专利公开2000-281491的方法，使用从氮浓度小于1E15个原子/cm3的晶体切出的衬底的退火晶片具有许多残留空洞，而使用从氮浓度大于4E15个原子/cm3的晶体切出的衬底的退火晶片具有劣化的TDDB特性。因此，氮浓度的范围限定在不小于1E15个原子/cm3且不大于4E15个原子/cm3。由于氮浓度的范围限定在窄范围，所以晶体收率降低，使得难以以低成本制造退火晶片。相比之下，在日本专利公开2006-312576中，必须在不存在原生缺陷的条件下生长晶体，这要求应在作为后述的晶体生长参数的V/G限定在非常窄的范围下使晶体生长。为了在如此窄的范围内生长晶体，必须向晶体生长装置加入特别的精巧设计(例如，日本专利公开2006-312576公开了在晶体生长过程中使晶体外围部分的温度梯度小于晶体中央部分的温度梯度)。然而，这类精巧设计会导致晶体生长速率降低(例如，根据日本专利公开2006-312576，拉晶速率为约0.3-0.6mm/min)。其结果是，虽然不需要退火，晶体的生产率降低，并且硅晶片的总体制造成本增加。此外，如果V/G的范围限定在窄范围，由于晶体生长的变化，这会导致晶体面积增大，超出V/G范围，从而导致晶体收率降低。进行本专利技术是为了解决如上所述的问题，本专利技术的一个目的是提供，其能在退火之后避免残留的空洞，和在退火晶片上形成的氧化物膜的TDDB特性的劣化，并且可以扩大硅单晶中可含有的氮浓度的范围。根据本专利技术包括以下步骤:通过卓克拉尔斯基法使其中加入氣、碳和氧的娃单晶生长；从娃单晶切出衬底；以及对切出的衬底进行热处理。对于在生长硅单晶的步骤中通过卓克拉尔斯基法制造硅单晶的生长条件，如果将拉晶速率V(mm/min)与晶体生长的轴方向上的平均温度梯度G(°C/mm)之间的比率定义为V/G，并将不向硅单晶加入氮、氢和碳的情况下的V/G定义为(V/G)crit，则控制拉晶条件，使得V/G不小于0.9 X (V/G) crit且不大于2.5 X (V/G) crit (其中V代表拉晶速率，G代表在晶体生长的轴方向上从熔点至1350°C的平均温度梯度，并且(V/G) crit是对应于未向其加入氮、氢和碳的硅单晶中的I区域和V区域之间边界的部分的V/G值，V区域是晶体生长过程中从固-液界面引入过量空位的区域，而I区域是晶体生长过程中从固-液界面引入过量间隙(interstitial)的区域)。此外，拉晶炉内的氢分压设定为不小于3帕且小于40帕。在生长硅单晶步骤中生长的硅单晶是向其中加入了氮、碳和氢的以下的硅单晶，其氮浓度大于5 X 1014个原子/cm3且不大于6 X 1015个原子/cm3，并且碳浓度不小于I X 1015个原子/cm3且不大于9X 1015个原子/cm3。在热处理步骤中，热处理在杂质浓度不大于5ppma的稀有气体气氛中进行,或者在非氧化气氛中进行，其中在不小于1150°C且不大于1250°C的加热温度下，经过 不少于10分钟且不多于2小时的热处理之后，将在衬底表面上形成的氧化物膜的膜厚度抑制(suppress)为不大于2nm。使用该方法，使在如上所述的生长硅单晶的步骤中加入硅单晶的碳浓度和气氛中的氢气分压受到控制，从而可以在范围比常规范围更宽的氮浓度范围下抑制硅单晶中缺陷的发生。也就是说，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】...
【专利技术属性】
技术研发人员：中居克彦，大久保正道，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：
国别省市：
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