硅晶片及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种抑制半导体器件形成工序中的热处理时的滑移位错的产生，且减少器件形成区域的COP、氧析出核等晶体缺陷，并且主体部的氧析出核在面内径向被均匀控制的硅晶片及其制造方法。对从利用切克劳斯基法培养的硅单晶锭切片得到的晶片实施在含氧气氛中、最高到达温度1300～1380℃的范围内保持3～60秒的迅速升降温热处理后，将晶片的器件形成面(1)除去利用下述式(1)～(3)算出的X的值以上。X[μm]＝a[μm]+b[μm]…(1)；a[μm]＝(0.0031×最高到达温度[℃]-3.1)×6.4×降温速度-0.4[℃/秒]…(2)；b[μm]＝a/(氧固溶限[atoms/cm3]/基板氧浓度[atoms/cm3])…(3)。
【专利说明】娃晶片及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适合作为半导体器件形成用基板的硅晶片（以下，也简称为晶 片）及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 要求作为半导体器件形成用基板而使用的硅晶片在成为器件活性区域的晶片的 表层减少COP(晶体原生粒子，CrystalOriginatedParticle)、LSTD(激光散射层析缺陷， LasterScatteringTomographyDefects)等而成为无缺陷。
[0003] 近年来，作为这种硅晶片的生产率高的制造方法，已知有对至少形成半导体器件 的表面经镜面研磨的娃晶片实施迅速升降温热处理（RapidThermalProcess;以下，简称 为RTP)的技术。
[0004] 例如，专利文献1中公开了将晶片在含氧的氩或氦气氛中、低于5000ppma的氧分 压下、高于1175°C的温度加热少于60秒的热处理方法。
[0005] 上述专利文献1中记载的热处理方法由于在以氩或氦为主的非活性气体气氛中 进行RTP，所以能够大幅度减少晶片表层的C0P。
[0006] 然而，对于非活性气体气氛中的RTP，由于氧从晶片表层向外扩散，该表层的氧浓 度降低，所以在后续的半导体器件形成工序中的热处理中，氧的钉扎力降低，具有上述热处 理温度越高越容易发生滑移位错的课题。
[0007] 针对这样的课题，例如在专利文献2中记载了，通过在氧化性气体的炉内气氛中 进行KKKTC?熔点的热处理，在半导体晶片的表层使氧向内扩散而导入氧后，取出到炉外， 从而在晶片表层固定高的氧固溶度，表层成为高氧浓度区域部，能够实现表层的高强度化。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特表2001-509319号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2010-129918号公报
【发明内容】
[0012] 然而，在如上述专利文献2所记载的氧化性气体气氛中进行RTP时，特别是热处理 温度低于1300°C时，存在如下的2个课题。其中一个课题在于，由于氧的内侧扩散而晶片表 层的氧浓度变高时，COP的内壁氧化膜不易被溶解而难以使COP消失。另一个课题在于，由 于无法溶解晶体培养时产生的氧析出核，所以该核在面内径向具有不均匀的密度和尺寸分 布时，在后续的热处理工序中生长为密度和尺寸不均匀的氧析出物，有可能导致晶片的强 度降低。
[0013] 另一方面，如果热处理温度为1300°C以上，则能够溶解COP的内壁氧化膜而使COP 消失，另外，能够溶解晶体培养时产生的氧析出核。然而，在这种情况下，产生在成为器件活 性区域的晶片的表层高密度地产生氧析出核的课题。
[0014] 本发明是为了解决上述技术课题而完成的，目的是提供一种抑制半导体器件形成 工序中的热处理时的滑移位错的产生且减少器件形成区域的C0P、氧析出核等结晶缺陷，并 且主体部的氧析出核在面内径向被均匀控制的硅晶片及其制造方法。
[0015] 本发明涉及的硅晶片的制造方法的特征在于，具备如下工序：对从利用切克劳斯 基法培养的硅单晶锭切片而成的硅晶片，在含氧气氛中，使最高到达温度为1300?1380°C 的范围内的温度，使在上述最高到达温度的保持时间为5?60秒实施RTP的工序；和除去 实施了上述RTP的晶片的表面的工序，使上述除去工序中的晶片的器件形成面的除去量为 利用下述式（1)?（3)算出的X的值以上。
[0016] Χ[ μ m] = a[ μ m]+b[ μ m]…（1)
[0017]a[ym] = (0.0031X最高到达温度[°C]-3·I)X6.4X降温速度_°_4[1： / 秒]… (2)
[0018] b[ μ m]=a/(氧固溶限[atoms/cm3]/基板氧浓度[atoms/cm3])…（3)
[0019] 根据这样的方法，能够得到在半导体器件形成工序中的热处理时抑制滑移位错的 产生，而且减少器件形成区域的晶体缺陷，且主体部的氧析出核在面内径向被均匀控制的 娃晶片。
[0020] 在上述除去工序中，优选使晶片侧周面的除去量为a以下。
[0021] 通过这样除去，氧析出核残留在侧周部，因此晶片强度提高，得到滑移产生的抑制 效果。
[0022] 另外，晶片的倾斜表面优选以露出氧析出核的方式除去。
[0023] 这里，倾斜表面包括晶片边缘经倒角的部分和距器件形成面的周边IOOym以内 的区域。
[0024] 如果是这样的倾斜表面，则面内温度均匀性和滑移抑制效果提高，另外，对内部应 力的释放有效。
[0025] 另外，本发明涉及的硅晶片的特征在于，是利用上述制造方法制造的硅晶片，至少 上述晶片的器件形成面侧的表层为不存在COP和氧析出核的区域，且上述晶片的周边部不 具有氧析出核层。
[0026] 这样的晶片例如不会产生泄漏故障等对器件性能产生不良影响，通过晶片周边部 的氧析出核层，也可实现强度和金属杂质的吸除效果的提高，适合作为半导体器件用基板。
[0027] 对于上述硅晶片，从不影响器件性能的观点出发，距上述晶片的整个表面深度 20μm以上的主体部优选为不存在COP和氧析出核的区域。
[0028] 另外，从有效得到晶片强度的提高和金属杂质的吸除效果的观点出发，优选在主 体部和周边部均匀地具有氧析出核层。
[0029] 此时，作为氧析出核的分布的判断基准，优选将上述晶片在氩气氛中、1000°C下保 持4小时后的上述主体部和上述周边部的氧析出物密度为5. 0XIO8?9. 0XIO9个/cm3，氧 析出物尺寸为30?100nm。
[0030] 上述硅晶片优选在上述晶片的倾斜表面露出氧析出核层。
[0031] 通过在这样的倾斜表面露出的氧析出核层，能够有效抑制后续热处理中的滑移产 生。
[0032] 并且，从得到金属杂质的吸除效果的观点出发，优选在上述晶片的器件形成面背 面的表层具有氧析出核层。
[0033] 根据本发明涉及的硅晶片的制造方法，能够减少硅晶片的器件形成区域的晶体缺 陷，主体部的氧析出核在面内径向被均匀控制。
[0034] 因此，本发明涉及的硅晶片可抑制滑移位错的产生且实现强度的提高，可适合用 作半导体器件用基板。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1是晶片截面中的氧析出核（物）的分布示意图。
[0036] 图2表示实施例的RTP中的温度序列的图。
【具体实施方式】
[0037] 以下，对本发明进行详细说明。
[0038] 本发明涉及的硅晶片的制造方法是对从利用切克劳斯基法培养的硅单晶锭切片 得到的硅晶片实施规定的RTP，其后实施规定的除去。
[0039] S卩，本发明涉及的制造方法通过在规定的RTP工序后经由规定的除去工序，能够 得到减少器件形成区域的晶体缺陷、且主体部的氧析出核在面内径向被均匀控制的硅晶 片。
[0040] 首先，上述RTP通过在含氧气氛中、最高到达温度1300?1380°C的范围内的温度 保持5?60秒来进行。
[0041] 通过进行这样的RTP，能够有效地使硅单晶锭培养时在面内径向以不均匀的密度 和尺寸产生的C0P、氧析出核消失。
[0042] 认为C0P、氧析出核的具体的消失机制如下。
[0043] 首先，通过RTP使COP的内壁氧化膜（SiO2)溶解，成为空孔而扩散。然后，在含氧 气氛中，注入到晶片内的大量填隙硅填补于上述空孔而消失。但是，在最表层，由于通过RTP 使氧浓度达到过饱和状态，所以COP的内壁氧化膜难以溶解，存在COP容易残留的区域。
[0044] 应予说明，在单晶块培养时产生的氧析出核在RTP中溶解于晶片内而消失。
[0045] 而且，在RTP的降温过程中，除了C0P、氧析出核的消失以外，根据降温速度，在晶 片的主体部整体上被控制为不存在氧析出核或在面内径向均匀存在的状态。如果降温速度 快，则氧析出核容易重新产生，如果降温速度慢，则空孔和填隙硅相互消失而浓度降低，因 此氧析出核不易产生。另一方面，在比COP容易残留的区域更深的表层区域，RTP中生成的 空孔主要通过因RTP形成成为高浓度的氧和复合体而产生新的氧析出核。
[0046] 应予说明，最表层的COP的深度位置和表层的氧析出核的密度、深度位置取决于 RTP条件、RTP前的晶片中的氧浓度。
[0047] 上述含氧气氛中的氧气的分压优选为20?100%，更优选为100%。
[0048] 低于20%时，无法向晶片内注入大量的填隙娃，难以使COP可靠地减少。
[0049] 另外,此时的气体流量优选为20slm以上。
[0050] 如果低于20slm，则进入腔室内的空气的置换效率变差，COP的消失效果降低。
[0051] 应予说明，除氧气以外的气体优选为氩气。如果为氩气，则在RTP中不产生氮化膜 等其他膜的形成、化学反应等。
[0052] 上述RTP中的最高到达温度为1300°C以上且1380°C以下。如果低于1300°C，则氧 的固溶限低，因此COP的内壁氧化膜难以溶解，另外，填隙硅的生成量少，因此无法充分得 到COP的消失效果。并且，使硅单晶锭培养时在面内不均匀地产生的氧析出核消失的效果 也不充分。另一方面，如果高于1380°C则温度过高，容易发生滑移位错等，因此不优选。
[0053] 从使COP和氧析出核更有效地消失的观点出发，上述最高到达温度优选为1350°C 以上且1380°C以下。
[0054] 另外，从使C0P、氧析出核有效地消失和高效处理的观点出发，在上述最高到达温 度的保持时间优选为5?60秒。
[0055] 另外，在上述降温过程中，在晶片主体部控制为整体上不存在氧析出核的状态时， 降温速度优选为KTC/秒以下，更优选为3?5°C/秒。
[0056] 如果小于3°C/秒，则不仅生产率降低，而且在高温区域的热处理时间变得非常 长，因此有可能装置构成部件成为高温而破损。
[0057] 另外，在晶片主体部控制为氧析出核在晶片面内径向均匀存在的状态时，降温速 度优选为50°C/秒以上，更优选为120?180°C/秒。
[0058] 如果大于180°C/秒，则有可能在晶片中产生滑移。
[0059] 在上述RTP工序后除去上述晶片的表层。
[0060] 图1中示出了RTP工序后的晶片截面中的氧析出核（或氧析出物）的分布图。
[0061] 如图1所示，在晶片的器件形成面1中，从表面到除去位置P的深度，即除去量设 为利用上述式（1)?（3)算出的X的值以上。
[0062] 上述式（2)表示从晶片表面到最大氧浓度区域的距离。这里，最大氧浓度是指通 过上述RTP而在晶片表层产生的氧的浓度的峰值。
[0063] 另外，在上述式（2)中，最高到达温度、降温速度是指上述RTP的温度序列中的值。
[0064] 上述式（3)表示从上述最大氧浓度区域向晶片的主体部方向存在氧析出核的范 围。
[0065] 上述式（3)中的氧固溶限是指最高到达温度下能够在硅单晶中溶解而稳定存在 的氧的极限浓度。另外，基板氧浓度是指硅晶片的主体中的氧浓度，是导入到利用切克劳斯 基法培养的硅单晶锭的氧的浓度。应予说明，各氧浓度为old-ASTM规格换算值。
[0066] 由上述计算式求出除去量，通过除去直到比最大氧浓度区域更深的位置，即使在RTP条件、晶片中的氧浓度改变的情况下，也能够可靠且生产率良好地除去晶片表层的氧析 出核。
[0067] 从生产率的观点出发，上述除去量最大优选为20μm。
[0068] 应予说明，除去的方法没有特别限定，通常采用对晶片两面或单面用研磨布经由 浆料进行滑动加工的方法来进行。另外，有时也将利用砂轮、平台研磨的研削加工和化学蚀 刻并用。
[0069] 在上述除去工序中，晶片侧周面2的除去量优选为上述a的值以下。
[0070] 通过这样除去晶片侧周面，能够使氧析出核可靠地残留在侧周部，可实现滑移产 生的抑制和晶片强度的提商。
[0071] 更优选上述除去量为a。由此，晶片侧周面的氧浓度成为最大，因此可实现晶片强 度的进一步提1?。
[0072] 另外，在上述除去工序中，晶片的倾斜表面3优选以露出氧析出核的方式除去。
[0073] 在保持晶片边缘的热处理中，如果在边缘露出或存在氧析出物，则该边缘部分的 热吸收量增加，能够弥补从边缘保持部散失的热，面内温度均匀性和滑移抑制效果提高。另 夕卜，即使承受大的应力而氧析出物成为位错的传播位点时，位错也因露出的氧析出核而消 失，可有效释放内部应力。
[0074] 由上述的本发明涉及的制造方法得到的硅晶片至少上述晶片的器件形成区域 (距表面深度15?20μm)为不存在COP和氧析出核的区域，并且在上述晶片的周边部具有 氧析出核层。
[0075] 这样的晶片不对器件性能产生不良影响，通过晶片周边部的氧析出核层，能够提 1?晶片强度。
[0076] 上述硅晶片的距上述晶片的整个表面深度20μm以上的主体部优选为不存在COP 和氧析出核的区域。
[0077] 如果是这样的晶片，则能够进一步提高器件性能。
[0078] 更优选不存在COP和氧析出核的区域为距表面深度15μm以上。
[0079] 另外，在主体部存在氧析出核时，优选在主体部和周边部均匀具有氧析出核层。
[0080] 不仅在周边部，通过在主体部也均匀存在氧析出核层，能够更有效地得到晶片强 度的提高和金属杂质的吸除效果。
[0081] 此时，优选将上述晶片在氩气氛中、KKKTC下保持4小时后的上述主体部和上述 周边部的氧析出物密度为5. 0XIO8?9. 0XIO9个/cm3，氧析出物尺寸为30?100nm。
[0082] 氧析出核的分布状态难以根据其自身进行分析，但可以利用由这样的热处理生成 的氧析出物的分布来判断。
[0083] 上述氧析出物的密度小于5.OXIO8个/cm3或氧析出物尺寸小于30nm时，有可能 无法充分得到金属杂质的吸除效果。另一方面，氧析出物的密度大于9. 0XIO9个/cm3或氧 析出物尺寸大于IOOnm时，容易发生由氧析出物引起的滑移。
[0084] 从更有效地得到吸除效果和滑移的抑制效果的观点出发，上述氧析出物密度更优 选为2. 0XIO9?7. 0XIO9个/cm3,上述氧析出物尺寸更优选为30?60nm。
[0085] 上述硅晶片优选在上述晶片的倾斜表面露出氧析出核层。
[0086] 通过使氧析出核层在晶片的倾斜表面露出，能够有效地抑制后续热处理中的滑移 产生。
[0087] 并且，优选在上述晶片的器件形成面的背面表层具有氧析出核层。
[0088] 这样具有氧析出核层的晶片不仅在得到强度、滑移产生抑制效果的提高方面优 选，在得到金属杂质的吸除效果方面也优选。
[0089] 实施例
[0090] 以下，基于实施例进一步具体说明本发明，但本发明并不限制于下述实施例。
[0091] 采用切克劳斯基法，控制提拉速度V与硅熔点?1300°C的温度范围内的提拉轴向 的晶体内温度梯度的平均值G之比V/G值，由此培养在获取了大量空孔的面内的一部分包 含OSF区域的富V(V-rich)区域所构成的娃单晶锭。
[0092] 从该区域进行切片，对两面经镜面研磨的硅晶片（直径300mm、厚度775μm)在氧 100%气体（流量20slm)气氛中，以如图2所示的温度序列进行RTP。在图2中，设为初始 温度TO:600°C、升温速度ΛTul:10°C/秒、最高到达温度Tl下的保持时间tl:30秒，使最 高到达温度Tl、降温速度ΛTdl和基板氧浓度为如下述表1所示的各条件。
[0093] 然后，采用以下述表1所示的除去量用研磨布经由浆料对各晶片的器件形成面侧 的表面进行滑动加工的方法来进行研磨。应予说明，器件形成面的背面的表面和侧周面的 除去量设为由式（2)算出的a[ym]以下，倾斜表面以露出氧析出核的方式研磨。
[0094] 对得到的晶片实施了规定的热处理后，对有无氧析出核和滑移产生进行评价。以 下示出各评价方法。
[0095](有无氧析出核）
[0096] 采用纵型热处理炉，在氩100%气体（流量30slm)气氛中，使600°C?1000°C的升 温速度为5°C/分钟，在1000°C下保持4小时后，使1000°C?600°C的降温速度为5°C/分 钟，进行热处理。
[0097] 对该晶片，采用LSTD扫描仪（Raytex公司制M0601)评价从器件形成面侧的表面 到深度5μm范围内有无氧析出核。
[0098] (滑移产生）
[0099] 采用纵型热处理炉，在氩100%气体（流量30slm)气氛中，使600°C?1200°C的升 温速度为5°C/分钟，在1200°C下保持1小时后，使1200°C?600°C的降温速度为5°C/分 钟，进行热处理。
[0100] 对该晶片，采用X射线形貌分析仪（Rigaku公司制XRT300)来评价滑移长度。
[0101] 将这些评价结果集中示于表1。
[0102] [表 1]
[0103]
【权利要求】
1. 一种娃晶片的制造方法，其特征在于，具备w下工序：对从利用切克劳斯基法培养 的娃单晶锭切片得到的娃晶片，在含氧气氛中，使最高到达温度为1300?138(TC的范围内 的温度，使所述最高到达温度下的保持时间为5?60砂，实施迅速升降温热处理的工序；和 除去实施了所述热处理的晶片的表面的工序， 使所述除去工序中的晶片的器件形成面的除去量为利用下述式（1)?（3)计算出的X 的值W上， X = a+b …（1) a = 0). 0031X最高到达温度-3. 1) X6. 4X降温速度-°'4…似 b = a/ (氧固溶限/基板氧浓度）…（3)， 其中，X、a、b的单位为ym，最高到达温度的单位为C，降温速度的单位为C /砂，氧固 溶限的单位为atoms/cm3,基板氧浓度的单位为atoms/cm3。
2. 根据权利要求1所述的娃晶片的制造方法，其特征在于， 在所述除去工序中，使晶片侧周面的除去量为a W下。
3. 根据权利要求1或2所述的娃晶片的制造方法，其特征在于， 在所述除去工序中，晶片的倾斜表面W露出氧析出核的方式除去。
4. 一种娃晶片，是利用权利要求1?3中任一项所述的制造方法制造的娃晶片，该娃晶 片的特征在于， 至少所述晶片的器件形成面侧的表层为不存在COP和氧析出核的区域，且在所述晶片 的周边部具有氧析出核层。
5. 根据权利要求4所述的娃晶片，其特征在于， 距所述晶片的整个表面深度20 y m W上的主体部为不存在COP和氧析出核的区域。
6. 根据权利要求4所述的娃晶片，其特征在于， 在距所述晶片的整个表面深度20 y m W上的主体部和周边部均匀地具有氧析出核层。
7. 根据权利要求6所述的娃晶片，其特征在于， 将所述晶片在氮气氛中、l〇〇(TC下保持4小时后的所述主体部和所述周边部的氧析出 物密度为5. 0X 108?9. 0X 109个/cm3,氧析出物尺寸为30?100皿。
8. 根据权利要求4?7中任一项所述的娃晶片，其特征在于， 在所述晶片的倾斜表面露出氧析出核层。
9. 根据权利要求4?7中任一项所述的娃晶片，其特征在于， 在所述晶片的器件形成面背面的表层具有氧析出核层。
10. 根据权利要求8所述的娃晶片，其特征在于， 在所述晶片的器件形成面背面的表层具有氧析出核层。
【文档编号】H01L21/322GK104347395SQ201410381875
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】荒木浩司, 青木龙彦, 须藤治生, 仙田刚士 申请人:环球晶圆日本股份有限公司