用于半导体的单晶硅锭和晶片的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实施方式涉及用于半导体的单晶硅锭和晶片。
【背景技术】
[0002]通常，主要采用浮区法(Floating Zone method, FZ)或丘克拉斯基法(CZochralski method, CZ)作为用于制造娃晶片的方法。如果单晶娃锭是采用FZ法生长的，其很难制造具有大直径的硅晶片并且工艺成本很高，因此单晶硅锭通常基于CZ法生长。
[0003]根据CZ法，将多晶硅加入到石英坩锅中，将石墨加热元件加热，随后，通过使用加热的石墨加热元件将加入的多晶硅熔融。随后，将晶种浸没在得到的熔融液体硅(熔融过程的结果)中，在熔融液体硅的界面上进行结晶以将晶种旋转并牵拉，从而生长单晶硅锭。接着，将生长的单晶硅锭切片、蚀刻并抛光，从而生产晶片。
[0004]图1图示说明了当单晶硅锭生长成时，根据V/G的晶体缺陷区域的分布。此处，V表示单晶硅锭的牵拉速度，G表示固-液界面周围的垂直温度梯度。
[0005]根据沃隆科夫(Voronkov)理论，如果将具有指定临界值或更高的V/G的单晶娃锭以高速牵拉，单晶硅锭在一定区域中生长，所述区域富含引起基于空穴的缺陷的空位(下文中用“V区域”表示)。也就是说，V区域是由于硅原子的不足而存在过多的空位的区域。
[0006]此外，如果以低于指定临界值的V/G牵拉单晶硅锭，所述单晶硅锭在包括氧化诱导的堆叠层错(OSFs)的O带区域生长。
[0007]此外，如果以低速牵拉较低V/G的单晶硅锭，所述单晶硅锭在由电势环(在该电势环中晶格间的娃聚集)引起的间隙区域(interstitial reg1n，下文中用“I区域”表示)中生长。也就是说，I区域是由于过量的硅原子而在晶格间存在许多硅的聚集体的区域。
[0008]空位主导的无缺陷区域(在该区域中空位是占优势的，下文中称为“VDP”区域)以及间隙主导的无缺陷区域(在该区域中间隙是占优势的，下文中称为“IDP”区域)存在于V区域和I区域之间。VDP区域和IDP区域同样是硅原子不足或不过量的，但两者之间的区别在于，在VDP区域中过量空位的聚集是占优势的，而在IDP区域中过量间隙的聚集是占优势的。
[0009]可存在属于O带区域的且具有细小的空位缺陷(例如直接表面氧化缺陷(DSODs))的小空穴区域。其中，为了在VDP区域和IDP区域中生长单晶硅锭，相应的V/G需要在单晶硅锭生长过程中保持不变。
[0010]如果重复热处理通过上述方法制备的无缺陷晶片，可出现由于氧沉淀而引起的泄露问题。例如，当无缺陷晶片是用于绝缘体上的硅(SOI)的晶片时，重复进行剧烈的热处理时氧沉淀增加，从而导致产品失效和次泄露。
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]本实施方式的目的是提供用于半导体的单晶硅锭和晶片，其可抑制由于热处理而产生的氧沉淀。
[0013]技术方案
[0014]在本发明的一个实施方式中，用于半导体的单晶硅锭和晶片包含过渡区域，在包含在间隙主导的无缺陷区域中的晶体缺陷中，所述过渡区域主要具有尺寸为10-30纳米的晶体缺陷，其中锭和晶片至少进行了一次热处理前的初始氧浓度和锭和晶片至少进行了一次热处理后的最终氧浓度的差别为0.5ppma或更少。
[0015]所述过渡区域还可包括空位主导的无缺陷区域，以晶片的直径为基准计，在整个过渡区域中所述间隙主导的无缺陷区域可占据70%或更多。
[0016]在包含在过渡区域中的晶体缺陷中，尺寸为10-30纳米的晶体缺陷可大于50%。在包含在过渡区域中的全部晶体缺陷中，尺寸为10-30纳米的晶体缺陷可大于70%。包含在过渡区域中的晶体缺陷的尺寸可为10-19纳米。
[0017]空位主导的无缺陷区域和间隙主导的无缺陷区域可通过Ni雾度方法分割。
[0018]至少一次热处理的进行可包括6次或更多次的重复热处理。
[0019]所述晶片可以是用于SOI的晶片。
[0020]所述最初氧浓度可为1ppma或更低。
[0021]所述过渡区域可包含属于O带区域的晶体缺陷，其含量为30%或更低，或者所述过渡区域可不包含属于O带区域的晶体缺陷。
[0022]有益效果
[0023]根据一个实施方式的用于半导体的单晶硅锭和晶片，在包含在IDP区域中的晶体缺陷中，主要具有尺寸为10-30纳米的晶体缺陷，所述单晶硅锭和晶片的氧浓度差AOi为0.5ppma或更少，因此即使随后进行晶片的热处理，也可抑制氧沉淀的产生，从而可控制产品失效和次泄露的发生。
【附图说明】
[0024]图1图示说明了当单晶硅锭生长时，根据V/G的晶体缺陷区域的分布。
[0025]图2显示了根据一个实施方式的单晶硅锭的生长装置。
[0026]图3显示了根据一个实施方式的用于半导体的单晶硅锭的生长速率和晶体缺陷分布O
[0027]图4是根据一个实施方式的用于半导体的单晶硅晶片的平面图。
[0028]图5是根据另一个实施方式的用于半导体的高质量单晶硅晶片的平面图。
[0029]图6显示了用于制备用于SOI的晶片的常规方法的截面图。
[0030]图7a的曲线图表示了硅晶片的初始氧浓度，图7b的曲线图表示了在1，000°C下I个小时重复了 6次热处理后的硅晶片的最终氧浓度，图7c显示了已经进行了热处理后的GO10
[0031]图8是流程图，其显示了根据一个实施方式用于分割单晶硅晶片缺陷区域的Ni雾度方法。
[0032]图9显示了两段式热处理。
[0033]图10显示了金属沉淀。
[0034]图11显示了由蚀刻形成的凸出部。
[0035]图12显示了根据Ni污染浓度的缺陷雾度(defect haze)。
[0036]图13a显示了如果采用Cu污染时单晶硅晶片的表面状态，图13b显示了如果采用Ni污染时单晶硅晶片的表面状态。
[0037]图14是显示了两段式热处理的最佳条件的测试结果的表格。
[0038]图15a_15c显示了根据基于Cu的氧浓度的缺陷分布。
[0039]图16a_16c显示了根据基于Ni的氧浓度的缺陷分布。
[0040]图17a显示了以通过Cu基缺陷检测的单晶硅晶片所定义的区域的划分，图17b显示了根据一个实施方式，以通过Ni基缺陷检测的单晶硅晶片定义的区域的划分。
[0041]最佳实施方式
[0042]下面将详细叙述本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。不过，所述实施方式可以进行各种改进且不限定本发明的范围。本发明的实施方式仅用于向本领域技术人员更完整地描述本发明。
[0043]图2显示了根据一个实施方式的单晶硅锭的生长装置100。
[0044]图2中所示的单晶硅锭生长装置100包括坩锅10、支撑轴驱动单元16、支撑旋转轴18、熔融液体硅20、锭30、晶种32、线牵拉单元40、牵拉线42、热屏蔽组件50、置于坩锅10周围的加热器60、绝热器70、磁场提供单元80、直径传感器单元90、旋转角速度计算单元92、第一比较单元94、流速控制器96、第二比较单元110以及第一和第二控制器120和130。
[0045]参考图2，根据所述实施方式的单晶硅锭生长装置100，单晶硅锭30采用如下所述的CZ方法。
[0046]首先，通过加热器60将在坩锅10中的高纯度多晶硅材料加热至熔点或更高的温度，从而将其熔融成熔融液体硅20。其中，含有熔融液体硅20的坩锅10具有双层结构，其中坩锅10的内表面由石英12形成，坩锅10的外表面由石墨14形成。
[0047]随后，牵拉单元40展开牵拉线42，从而晶种32的前部末端与熔融液体硅20表面的大约中心位置接触，或者将晶种32的前部末端浸没在熔融液体硅20表面的大约中心位置。其中，所述硅晶种32可用晶种夹头(没有显示)保持在位置上。
[0048]随后，所述支撑轴驱动单元16以所示箭头方向旋转坩锅20的支撑旋转轴18，同时，牵拉单元40通过牵拉线42旋转锭30从而牵拉并生长锭30。其中，通过调节锭30的牵拉速度V和温度梯度G，Δ G，可完成圆柱形的单晶硅锭30。
[0049]将所述热屏蔽组件50置于单晶硅锭30和坩锅10之间，以围绕在锭30周围，用于阻隔由锭30辐射的热。
[0050]图3显示了根据一个实施方式的用于半导体的单晶硅锭的生长速率和晶体缺陷分布O
[0051]在图3中显示的单晶硅锭的缺陷分布与在图2中显示的单晶硅锭的缺陷分布相同，不同之处在于进一步定义了过渡区域。因此，省略了 V区域、小空穴区域、O带区域、VDP区域、IPD区域和I区域的详细描述。其中，将所述过渡区域定义为主要(dominantly)含有尺寸为10-30纳米的晶体缺陷的区域，其在包含在VDP区域中的晶体缺陷中。主要度(dominant degree)平均可为50%或更高。也就是说，在包含在过渡区域中的全部晶体缺陷中，尺寸为10-30纳米的晶体缺陷可占有50%或更多。或者，在包含在过渡区域中的全部晶体缺陷中，尺寸为10-30纳米的晶体缺陷可占有70%或更多。
[0052]例如，主要包含在过渡区域中的晶体缺陷的尺寸可为10-19纳米。这样的过渡区域可不包括包含在环型的有机氧化物层叠的带区域(即O带区域)或I区域的晶体缺陷，但所述实施方式不限于此。
[0053]如果图2所示的装置以选自如图3所示的目标V/G范围(下文中称为“T (VG) ” )内的任意V/G生长锭30，那么根据此实施方式的锭30或硅晶片可主要具有尺寸为10-30纳米的晶体缺陷。
[0054]图4是根据一个实施方式的用于半导体的单晶硅晶片5A的平面图，图5是根据另一个实施方式的用于半导体的高质量单晶硅晶片5B的平面图。
[0055]当锭30以图3所示的T (V/G)中的值为4_4’的V/G生长时，硅晶片5A可具有如图4所示的晶体缺陷分