专利名称：一种具有内部吸杂的外延硅晶片及其制备方法
背景技术：
本发明一般涉及半导体材料衬底的制备，特别是涉及用于制造电子器件的硅晶片。更具体地，本发明涉单晶硅晶片及其制备方法。这种晶片包括其上淀积有外延硅层的表面，在基本上任何电子器件制造工艺的热处理期间过程中，形成一种理想的、不均匀的氧析出物的深度分布。
作为制造半导体电子器件的大多数工艺所用的原材料，单晶硅通常是使用丘克拉斯基(“Cz”)工艺制备的。使用这种方法，多晶硅被装入坩埚并且熔化，籽晶与熔融的硅接触，通过缓慢提拉生长单晶。在提拉工艺过程中形成的第一部分结晶是薄颈。完全形成该颈之后，通过降低拉晶速率和/或熔融温度，扩大结晶的直径，直至达到要求的靶直径。然后通过控制拉晶速度和熔融温度，同时补偿降低的熔体水平，生长具有大致恒定直径的结晶圆柱形体。接近生长过程的结尾，但是在坩埚中的熔融硅空了之前，晶体直径逐渐地缩小形成端锥。一般地，通过提高结晶提拉速度和提供给坩埚的加热，形成尾锥。当直径变得足够小时，则结晶与熔体分离。
当凝固之后结晶冷却时，在晶体生长室中，单晶硅中形成许多缺陷。这种缺陷部分是由于存在过量的内部点缺陷(即溶解度限制之上的浓度)已知这些点缺陷是晶格空位和硅自身空隙。由熔体生长的硅结晶体一般生长带有过量的一种或其它类型的内部点缺陷。已经建议，硅中的这些点缺陷的种类和初始浓度决定于凝固之时，如果这些浓度达到系统中的临界过饱和的程度并且点缺陷的迁移率是足够地高，则容易发生反应(或者聚集现象)。Cz硅中聚集的内部点缺陷通常在约1×103/cm3-1×107/cm3。虽然这些值相对较低，但是聚集的内部点缺陷对于器件制造者来说具有快速增大的重要性，事实上，在器件制造工艺方面目前被视为成品率的限制因素，并且可以严重地影响复杂和高集成度电路制造中的材料的生产量潜力。
一个特别成问题的缺陷是存在晶体原生凹点(“COP”)。这类缺陷的来源是硅晶格空位的聚集。更具体地说，当在硅锭内聚集硅晶格空位时，它们形成空隙。一般地，这些空隙具有八面体的形状和至少约0.01μm的特征尺寸。当该锭被切成为晶片时，这些空隙暴露在晶片表面上并且表现为凹点。这些凹点称为COP。
迄今为止，处理这种聚集的内部点缺陷的问题一般有三种主要方法。第一种方法包括关注拉单晶技术从而减少晶锭中聚集的内部点缺陷的数量密度的方法。这种方法可以进一步再分成具有导致形成空位支配材料的单晶拉制条件的方法，和具有导致形成自身间隙支配材料的单晶拉制条件的方法。例如，已经建议，通过以下方式可以减少聚集缺陷的数量密度，(i)控制v/G0(其中v是生长速度，G0是平均轴向温度梯度)，生长其中晶格空位是主要内部点缺陷的结晶，(ii)在单晶拉制工艺过程中，把硅晶锭的冷却速率从约1100℃改变到约1050℃(一般是缓慢降低)，从而影响聚集缺陷的成核速度。虽然这种方法降低了聚集缺陷的数量密度，但是不能防止它们的形成。随着器件制造者提出的要求变得越来越严格，这种缺陷的存在将继续成为更多的问题。
建议的其它方法还有把结晶体生长过程中的提拉速度降低到小于约0.4mm/分钟的值。然而这种建议也是不能令人满意的，因为这种缓慢的提拉速度导致每一拉晶机的生产量降低。更重要地，这种提拉速度导致形成具有高浓度自身间隙的单晶硅。这种高浓度又导致形成聚集的自身间隙缺陷以及所有与这种缺陷有关的问题。
处理聚集的内部点缺陷问题的第二种方法，包括在聚集的内部点缺陷形成之后关注其溶解或消除的方法。通常，这是通过利用晶片形式的硅的高温热处理来实现的。例如，Fusegawa等人的欧洲专利申请No.503,816 A1提出，以超过0.8mm/分钟的生长率生长硅晶锭，在1150℃-1280℃的温度范围内对从该晶锭切割的晶片进行热处理，减少靠近晶片表面的薄区域内的缺陷密度。需要的特殊处理将改变晶片中聚集的内部点缺陷的浓度和位置。从这种缺陷的轴向浓度不均匀的结晶中分割的不同晶片，可能需要不同的后续生长工艺条件。而且，这种晶片热处理是相当昂贵的，存在把金属杂质引入硅晶片的可能性，并不是对所有类型的结晶相关的缺陷都是有效的。
处理聚集的内部点缺陷问题的第三种方法，是在单晶硅晶片表面上外延淀积结晶硅薄层。这种工艺提供的单晶硅晶片表面上基本没有聚集的内部点缺陷。然而，使用这种传统的外延淀积技术实质上增加了晶片的成本。
除了包含上述聚集的点缺陷之外，通过Cz方法制备的单晶硅一般还包含各种杂质，其中主要是氧。这种沾污例如发生在石英坩埚中含有熔融硅的同时。在硅熔体的温度下，氧进入晶格直至达到一定的浓度，这种浓度是由在熔体温度的硅中的氧的溶解度以及凝固硅中的氧的实际偏析系数所决定的。这种浓度大于在制造电子器件的工艺中一般的温度下固体硅中氧的溶解度。这样，随着由熔体生长结晶并且冷却，其中的氧溶解度快速地下降。最终导致晶片含有过饱和浓度的氧。
制造电子器件一般所用的热处理循环可以引起其中氧过饱和的硅晶片中的氧被析出。取决于它们在晶片中的位置，这种析出物可以是有害的或有益的。位于晶片有源器件区域(即一般靠近表面)的氧析出物可以损害器件的工作。但是，位于晶片体的氧析出物能够俘获可能与晶片接触的不希望的金属杂质。使用位于晶片体的氧析出物俘获金属通常称为内部或本征吸杂(“IG”)。
历史上，电子器件制造工艺包括一系列工序用来制造硅，该硅具有靠近晶片表面的区域，其中没有氧析出物(通常称为“剥蚀区”或“无析出物区”)，晶片的其余部分(即晶片体)含有足够数量的氧析出物用于IG目的。例如在高-低-高加热顺序中形成剥蚀区，例如(a)在惰性气体中高温下(＞1100℃)进行至少约4小时周期的氧外扩散热处理，(b)在低温(600-750℃)形成氧析出物核，(c)在高温(1000-1150℃)生长氧析出物(SiO2)。例如可见F.Shimura，Semiconductor Silicon CrystalTechnology，pp.361-367(Academic Press，Inc.，San Diego CA，1989)(在此引证为参考文献)。
但是，近年来，高级电子器件制造工艺例如DRAM制造工艺已经开始使高温处理工序最小化。虽然一些工艺保留足够高温的处理工序来制造剥蚀区和足够密度的体析出物，但是对材料方面的容限要求过于严厉，以致不能获得商业上可行的产品。其它现行的高度先进的电子器件制造工艺根本不包含外扩散工序。因此，由于与有源器件区域中的氧析出物有关的问题，这些电子器件制造者使用的硅晶片必须是在其工艺操作条件下任何地方都不能形成氧析出物。结果，IG潜力被丢失了。
在日本专利申请No.8-24796中，Asayama等公开了一种工艺，在晶片用于电子器件制造工艺之前，把内在吸杂给予晶片内。具体地，Asayama等公开了(a)在H2气氛中1150℃下烘焙硅晶片；(b)在1100、1150、和1200℃的温度在晶片表面上淀积外延层；和(c)以5、10、和15℃/秒的速率冷却晶片。Asayama等分析晶片具有不大于0.5Ω-cm的电阻率和11×1017原子/cm3的氧浓度(换言之，约22ppm(即在晶片中每1,000,000总量原子有22个氧原子))。Asayama等推断，如果以1150-1250℃的温度和10-100℃/秒的冷却速率使用该工艺，根据整个期间在700-1000℃的温度下加热，这种晶片形成所希望的氧析出物分布。
发明概述本发明的目的在于提供一种单晶硅晶片，(a)具有基本上没有晶体原生凹点的外延表面；(b)在实质上任何电子器件制造工艺的热处理循环过程中，形成理想的不均匀的氧析出物深度分布。
因此，简要地说，本发明旨在提供一种单晶硅晶片包括(a)两个通常平行的主表面(即前表面和背面表面)；(b)在前表面和背面表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸至少约10μm的距离D1的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域。这种晶片的特征在于，晶片具有不均匀分布的晶格空位，其中(a)体层中的晶格空位浓度大于前表面层中的晶格空位浓度，(b)晶格空位具有的浓度分布中，晶格空位的峰值密度在中央平面或其附近，(c)从峰值密度的位置向晶片的前表面，晶格空位浓度通常降低。此外，晶片前表面上淀积有外延层。这种外延层的厚度是约0.1-约2.0μm。
另一实施例旨在提供一种单晶硅晶片，该晶片包括(a)两个通常为平行的主表面(即前表面和后表面)；(b)位于前表面和背面表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸至少约10μm的距离D1的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域。在此实施例中，这种晶片具有不均匀分布的晶格空位，其中(a)体层中的晶格空位浓度大于前表面层中的晶格空位浓度，(b)晶格空位具有的浓度分布中，晶格空位的峰值密度在中央平面或其附，(c)从峰值密度的位置向晶片的前表面，晶格空位浓度通常降低。此外，晶片前表面上淀积有外延层。此外延层包括平均光散射现象浓度不大于0.06/cm2左右的表面，这是通过激光自动检验工具测量的，该工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。并且在此实施例中，体层包括其最大尺寸至少是0.01μm左右的空隙。
另一实施例旨在提供一种单晶硅晶片，该晶片包括(a)两个通常为平行的主表面(即前表面和后表面)，(b)位于前表面和背面表面之间并且与其平行的中央平面，(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸不大于约100μm的距离的晶片区域，(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域。在此实施例中，体层具有基本上均匀的氧浓度和晶格空位浓度，以便使晶片进行氧析出热处理，这种热处理的构成基本是，晶片在800℃进行4小时左右的退火，然后在1000℃进行16小时的退火，从而该晶片将含有浓度分布如下的氧析出物，即体层中的析出物峰值浓度位于中央平面或其附近，体层中的析出物浓度在前表面层的方向通常降低。此外，晶片前表面上淀积有外延层。这种外延层的厚度是约0.1-约2.0μm。
又一实施例旨在提供一种单晶硅晶片，该晶片包括(a)两个通常为平行的主表面(即前表面和后表面)；(b)位于前表面和背面表面之间并且与其平行的中央平面，(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸不大于约100μm距离的晶片区域，(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域。在本实施例中，体层具有基本均匀的氧浓度和晶格空位浓度，以使晶片经过基本上由在800℃晶片退火4小时、然后在1000℃退火16小时组成的氧析出热处理，晶片将含有的氧析出物的浓度分布中，体层中的析出物峰值密度在中央平面或其附近，体层中的析出物浓度通常朝向前表面层而降低。体层还包括其最大尺寸至少是约0.01μm的空隙。晶片前表面上淀积有外延层。外延层包括具有平均光散射现象浓度不大于0.06/cm2左右的表面，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。
本发明还旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括淀积其上的外延层。在一个实施例中，该工艺包括在无氧化剂气氛中第一次加热晶片原材料表面，从该表面去除氧化硅层。在从该表面去除氧化硅层之后的约30秒之内，该表面暴露于包含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片。然后在该外延层暴露在包含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
在另一实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在无氧化剂的气氛中把晶片原材料表面第一次加热到至少约1100℃的温度，从该表面去除氧化硅层。在该表面达到1100℃后的约30秒之内，该表面暴露于包含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片。然后在该外延层暴露在包含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
在另一实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在无氧化剂的气氛中把晶片原材料表面第一次加热到至少约1150℃的温度，从该表面去除氧化硅层。在该表面达到1150℃后的约30秒之内，该表面暴露于包含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片。然后在该外延层暴露在包含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
在另一实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在晶片表面上第一次淀积外延层形成外延晶片。然后在该外延层暴露在包含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。在本实施例中，在外延片加热到均热温度之前，外延层不与后续外延淀积清洗液接触。
在另一实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在外延层暴露于包括氧化剂的氧化气氛中的同时，把包含其上淀积有外延层的表面的晶片第一次加热到至少约1175℃的均热温度。之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。在本实施例中，外延层的厚度至少约是0.1μm并且小于2.0μm。
在另一实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在晶片原材料表面上第一次淀积外延层，形成外延晶片。然后在该外延层暴露在包含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。之后，以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。在本实施例中，晶片原材料表面(外延层淀积在该表面上之前)具有至少0.5/cm2左右的平均光散射现象浓度，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。
在又一个实施例中，旨在提供一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包含其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在基本上由H2组成的气氛中把晶片原材料表面第一次加热到至少约1150℃的温度，从该表面去除氧化硅层。在该表面达到1150℃后的约10秒之内，该表面暴露于包含SiHCl3的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成一种外延晶片。然后在该外延层暴露在包含O2的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。之后，外延晶片以至少20℃/秒左右的速度被从均热温度冷却到低于均热温度约250℃的温度。在本实施例中，外延层具有约0.65-1.0μm的厚度，氧化气氛中的O2浓度是约300-约500ppm。
本发明还旨在提供一种在反应器中加热并且快速地冷却单晶硅晶片的工艺，该反应器构造为用于在晶片表面上淀积硅外延层。本工艺包括把晶片加热到至少约1175℃的均热温度，和以至少约10℃/秒的速度冷却该加热的晶片。在本实施例中，在加热工序期间晶片被支撑在衬托器上，在冷却工序期间移动晶片脱离该衬托器。
本发明的其它特征部分是明显的，部分将在以下指出。
附图的简要说明
图1展示了可以用作根据本发明的原材料的单晶硅晶片的优选结构。
图2展示了根据本发明优选实施例制备的晶片的氧析出物分布。
图3是用于在反应器之内定位晶片的EPI CENTURA反应器中所用的机构示意图。在本图中，衬托器支撑轴105和晶片提升轴107处于交换位置。
图4是用于在反应器之内定位晶片的EPI CENTURA反应器所用机构的示意图，其中衬托器支撑轴105和晶片提升轴107处于原始位置。
图5是用于在反应器之内定位晶片的EPI CENTURA反应器所用的机构示意图。在本图中，衬托器支撑轴105和晶片提升轴107处于工艺位置。
图6是用于在反应器之内定位晶片的EPI CENTURA反应器所用的机构示意图。本图展示了当根据本发明快速地冷却晶片以便影响晶片中晶格空位分布时，衬托器支撑轴105和晶片提升轴107的优选位置。
图7是用于在反应器之内定位晶片的EPI CENTURA反应器所用的机构剖视图。此图是从图3中的线7--7剖取的。
图8展示了根据本发明优选实施例制备的晶片的氧析出物分布，其中原材料是富空隙的单晶硅晶片。
优选实施例的详细说明根据本发明，开发了一种新型和实用的单晶硅晶片，该晶片包括其上淀积有外延硅层的表面。该晶片的外延表面一般具有不大于约0.06/cm2的平均光散射现象浓度，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。此外，该晶片含有决定(或“印刷”)电子器件制造工艺期间加热晶片时氧析出的方式的“模板”。这样，在基本上任何电子器件制造工艺的加热工序期间，晶片将形成(a)足够深度的剥蚀区，和(b)含有用于IG目的的足够浓度的氧析出物的晶片体。并且根据本发明，开发了一种用于制备这种单晶硅晶片的新型方法。使用在硅半导体制造工业中通用的设备即可完成本方法。
A.原材料用于本发明的理想析出晶片的原材料最好是从单晶锭切割的单晶硅晶片，这种单晶锭是根据任何传统的各种Cz晶体生长方法生长的。这种方法，以及标准的硅切割、搭接、腐蚀和抛光技术公知于已有技术，并且例如公开在F.Shimura，半导体硅晶体技术(Academic Press，1989)；和硅化学浸蚀，(J.Grabmaier，ed.，Springer-Verlag，New York，1982)。
参见图1，晶片1最好具有前表面3，后表面5，位于前后表面之间的假想中央平面7，和接合前表面3和后表面5的圆周边缘2。术语“前”和“后”在上下文中是用来区别通常为平面的晶片1的两个主要表面。应该注意，前表面3不一定必然是随后在其上制造电子器件的表面，后表面5也不一定必然是与制造电子器件的那个表面相反的晶片主表面。此外，因为硅晶片一般具有某些总厚度变化(TTV)、翘曲和扭曲，前表面上的每个点与后表面上的每个点之间的中点可能不精确地处于一个平面。但是，实际上，TTV、翘曲和扭曲一般是如此轻微的，以致可以近似地认为中点处于前后表面之间约等距离的假想中央平面内。
该晶片可以含有一种或多种掺杂剂，使晶片具有各种期望的特性。例如，该晶片可以是P-型晶片(即用元素周期表3族中的元素掺杂的晶片，一般大多数是用硼)，或者是N-型晶片(即用元素周期表5族中的元素掺杂的晶片，一般大多数是用砷)。该晶片最好是具有约0.004-约50Ω-cm的电阻率的P-型晶片。在特别优选的实施例中，晶片是具有约1-20Ω-cm电阻率的P-型晶片。在另一特别优选的实施例中，晶片是具有约0.01-1.0Ω-cm电阻率的P-型晶片。
使用Cz法制备的晶片无论何处一般具有约5×1017-约9×1017原子/cm3的氧浓度(换言之，约10-约18ppm(即晶片中每1,000,000个原子总数有约10-约18个氧原子))(ASTM标准F-121-80)，大多数一般是约6×1017-约8.5×1017原子/cm3(即约12-约17ppm)。晶片的氧析出特性基本上脱离了理想析出晶片中的氧浓度；这样，晶片原材料具有的氧浓度可以处于通过Cz法可得到的范围中的任何地方或者甚至在该范围以外。此外，取决于单晶硅晶锭从硅熔点(即约1410℃)直达约750℃-约350℃范围的冷却速率，可以形成氧析出物成核中心。原材料中存在或者不存在这种成核中心对于本发明一般并不是关键性的，只要通过在不超过约1250℃的温度热处理硅能够溶化这些中心即可。
当使用富空隙的晶片原材料时本发明特别有用。术语“富空隙晶片”是指含有相当大量的晶格空位聚集的晶片。这些聚集一般具有八面体结构，其最大尺寸至少是约0.01μm。在晶片体中，这些聚集是空隙形式，而在晶片表面它们呈现凹点形式(即COP)。可以通过激光自动检验工具(有时称为“激光表面检查设备”或“晶片表面颗粒计数器”)来检测晶片表面上的凹点，当采用设备的激光扫描表面时检测由凹点发射的光散射现象。适合的市售自动检验工具例如包括来自KLATencor(Mountain View，CA)的Surfscan 6220；和来自ADE光学系统有限公司的CR80、CR81和CR82(Charlotte，NC)。特别优选用于本发明的富空隙晶片原材料，具有至少约0.5/cm2的平均光散射现象浓度，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。更优选地，这种平均光散射现象浓度是约0.5-约10/cm2，是约0.5-约3.5/cm2更好，是约0.6-约1.6/cm2最好。富空隙晶片是特别优选的原材料，因为它们可以是从相当廉价的工艺、例如传统的开放结构Cz工艺形成的硅晶锭切割的。
B.外延淀积根据本发明制备的单晶硅晶片包括其上淀积有外延硅层的表面。外延层可以淀积在整个晶片上，或者仅淀积在晶片的一部分上。参见图1，外延层优选地淀积在晶片的前表面3上。在特别优选实施例中，是淀积在晶片的整个前表面3上。晶片的任何其它部分上是否淀积外延层更好取决于晶片的预定用途。对于大多数的应用，晶片的任何其它部分上存在或者不存在外延层不是关键性的。
如前所述，从通过Cz法制备的晶锭切割的单晶硅晶片其表面上常常具有COP。但是用于集成电路制造的晶片通常要求具有基本上没有COP的表面。表面上基本无COP的晶片可以是通过在晶片表面上淀积外延硅层来制备的。这种外延层填充该COP并且最终产生平滑的晶片表面。这已经成为近来的科学研究的主题。可见Schmolke等，TheElectrochem.Soc.Proc.，vol.PV98-1，p.855(1998)；Hirofumi等，Jpn.J.APPi.Phys.，vol.36，p.2565(1997)。根据本发明申请人已经发现，使用厚度至少约是0.1μm的外延硅层可以消除晶片表面上的COP。优选地，外延层的厚度至少约是0.1μm并且小于约2μm。更优选地，外延层的厚度是约0.25-约1μm，最优选地，是约0.65-约1μm。
应该注意，如果除了消除COP之外，外延层还用来对晶片表面赋予电特性，则可以改变外延层的优选厚度。例如，精确地控制晶片表面附近的掺杂剂浓度分布，可以利用外延层来实现。外延层用于除消除COP之外的目的时，这种目的可能要求外延层厚度大于用于消除COP的优选厚度。在这种情况，优选采用实现其他期望效果的最小厚度。在晶片上淀积更厚的层在商业上通常是不希望的，因为形成更厚的层需要更多的淀积时间和更频繁地清洗反应容器。
如果晶片表面上具有氧化硅层(例如自然氧化硅层，即在室温下暴露于空气时形成在硅表面上的，通常具有约10-约15的厚度)，最好在该表面上淀积外延层之前从晶片表面去除该氧化硅层。在这里使用的术语“氧化硅层”是指与氧原子化学键合的硅原子层。一般这种氧化硅层中每一硅原子含有约2.0个氧原子。
在本发明的优选实施例中，最好通过在基本上没有氧化剂的气氛中(气氛中无氧化剂最好)加热晶片表面，直至从该表面去除氧化硅层，由此实现氧化硅层的去除。在特别优选实施例中，晶片表面加热到至少约1100℃的温度，到至少约1150℃的温度更好。最好在晶片表面暴露于包含惰性气体(例如He、Ne或Ar)、H2、HF气体或者其组合的气氛的同时进行这种加热。更优选地，气氛包含HF气体、H2或其组合；气氛包含惰性气体倾向于引起在晶片表面形成凹点。最优选地，气氛基本上由H2组成。应该注意，虽然可以使用含有N2的气氛，但是这种气氛并不是优选的，因为它们倾向于在表面上形成氮化物，妨碍后续在表面上的外延淀积。
传统上，外延淀积拟定通过在存在H2的条件下加热晶片去除氧化硅层，要求把晶片加热到高温(例如约1000-约1250℃)，然后在该温度烘焙一段时间(即一般约10-约90秒)。然而根据本发明已经发现，如果在包含H2的气氛中把晶片表面加热到约1100℃(更优选地是约1150℃)，则去除氧化硅层而不必后续烘焙工序，从而使得烘焙工序不再必要。去除该烘焙工序缩短了制备晶片所需要的时间，因此是商业上所希望的。
在本发明的优选实施例中，加热晶片表面去除氧化硅层，然后使该表面暴露于含有硅的气氛中，在该表面上淀积外延层。优选地，在去除氧化硅之后的30秒以内，表面暴露于含有硅的气氛，更优选地在去除氧化硅层之后的约20秒以内，最优选地在去除氧化硅层之后的约10秒以内。在特别优选实施例中，晶片表面加热到至少约1100℃的温度(更优选地至少约1150℃)，然后在晶片表面达到该温度之后的30秒以内暴露于含有硅的气氛中。更优选地，在晶片表面达到该温度之后的20秒以内，使表面暴露于含有硅的气氛中，最优选地在晶片表面达到该温度之后的10秒以内暴露于含有硅的气氛中。在去除氧化硅层之后等待约10秒开始淀积硅，可使晶片温度稳定并且成为均匀。
在去除氧化硅层的过程中，最好以不引起滑动的速度加热晶片。更具体地说，如果晶片加热过快，则将形成热梯度，将产生足以导致晶片内不同晶面相互之间移位(即滑动)的内应力。已经发现轻掺杂的晶片(例如掺杂硼的并且具有约1-约10Ω-cm电阻率的晶片)对滑动特别敏感。对于避免这种问题，最好以约20-约35℃/秒的平均速度，从室温加热晶片到氧化硅去除温度。
最好通过化学气相淀积进行外延淀积。一般而言，化学气相淀积包括在外延淀积反应器中使晶片表面暴露于包含硅的气氛，例如EPICENTURA反应器(Applied Materials，Santa Clara，CA)。在本发明的优选实施例中，晶片表面暴露于包含硅的易挥发气体气氛中(例如SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl或SiH4)。该气氛最好还含有载气(最好是H2)。在一个实施例中，外延淀积过程中硅的来源是SiH2Cl2或SiH4。如果使用SiH2Cl2，则淀积期间的反应器压力最好是约500-约760乇。另一方面，如果使用SiH4，则反应器压力最好是约100乇。淀积期间硅的来源最好是SiHCl3。这样倾向于比其它来源便宜许多。此外，可以在大气压力进行使用SiHCl3的外延淀积。这样是有利的，因为不需要真空泵，并且反应器室不必是为了防止破裂而如此坚固的。而且，基本不存在安全危险，并且减轻了空气漏入反应器室的可能性。
在外延淀积期间，晶片表面温度最好保持在足以防止包含硅的气氛在该表面上淀积多晶硅的温度。通常，该表面的温度在这期间最好至少是约900℃。更优选地，该表面温度保持在约1050-约1150℃。最优选地，该表面温度保持在氧化硅去除温度。
在大气压力下进行淀积时，外延淀积的生长速度最好是约3.5-约4.0μm/分钟。这例如可以是这样实现的，通过使用基本上由约2.5摩尔％的SiHCl3和约97.5摩尔％的H2组成的气氛，在约1150℃温度下。
如果晶片的预定用途要求外延层包括掺杂剂，则包含硅的该气氛最好含有该掺杂剂。例如，外延层常常优选包含硼。例如可以通过在淀积期间的气氛中包含B2H6来制备这种层。获得期望的特性(例如电阻率)所需气氛中的B2H6的摩尔份数将取决于几个因素，例如，在外延淀积期间从特定衬底外扩散的硼量，存在于反应器和衬底中作为沾染物的P-型掺杂剂和N-型掺杂剂的量，和反应器的压力和温度。本申请人已经在约1125℃的温度和约1个大气压的压力下，成功地使用含有约0.03ppm的B2H6(即每1,000,000摩尔的总量气体中约有0.03摩尔的B2H6)的气氛，来获得具有约10Ω-cm电阻率的外延层。
一旦形成了具有期望厚度的外延层，则最好采用惰性气体、H2或其组合从该反应室清除包含硅的气氛，最好单独采用H2。然后，晶片最好冷却到不大于约700℃的温度，然后从外延淀积反应器中取出。
传统的外延淀积规程一般包括在外延淀积之后的清洗步骤，以便去除在外延淀积期间形成的副产物。这种工序用来防止与时间有关的薄雾，如果这种副产物与空气反应则会产生这种结果。此外，这种工序一般在外延表面上形成氧化硅层，使该表面钝化(即保护)。传统的后续外延淀积清洗方法例如必然伴有使外延表面浸渍在大量该领域的普通技术人员所熟悉的清洗液的至少一种之中。这种溶液包括例如piranha混合物(即硫酸和过氧化氢的混合物)，SC-1混合物(即H2O、H2O2和NH4OH的混合物，亦称“RCA standard clean 1”)和SC-2混合物(即H2O、H2O2和HCl的混合物，亦称“RCA standard clean 2”)。例如可见W.Kern，“The Evolution of Silieon Wafer Cleaning Technology，”J.Electrochem.Soc.，Vol.137，No.6，1887-92(1990)。许多这种后续外延淀积清洗步骤需要昂贵的温法清洗设备、大量的超高纯化学制剂、常常导致额外的产量损失的其他晶片处理。然而，根据本发明已经发现，在进行下一工序(即以下在C段讨论的热处理工序)之前，后续外延淀积清洗步骤通常不是必需的。目前这是被认为是由于以下事实，即在包含氧化剂、最好是氧气的气氛中进行热处理工序。氧化剂被认为是与淀积之后晶片表面上留下的外延淀积副产物反应。在氧化剂与副产物之间的反应产生从晶片表面解除吸附的挥发物。除了去除外延淀积副产物之外，氧化剂还在外延层上形成氧化层，使外延层钝化。这样，在进行本发明的下一工序之前，不必使用传统的后续外延淀积清洗处理(特别是包括晶片与后续外延淀积清洗液接触的处理)。
C.在后续热处理工序中影响氧在晶片中的析出特性的热处理外延淀积之后，对晶片进行处理在晶片内形成晶格空位的模板，当晶片进行热处理时、例如在基本上任何电子器件制造工艺的热处理循环期间，在晶片之内形成氧析出物的理想、不均匀的深度分布。图2展示了一个这种氧析出物分布，可以是通过对根据本发明制备的晶片进行热处理形成的。在此特定实施例中，晶片1的特点在于没有氧析出物的区域15和15′(“剥蚀区”)。这些区从前表面3和后表面5分别延伸t和t’的深度。t和t′最好都是约10-约100μm，是约50-约100μm更好。在无氧析出物区域15和15′之间，是基本上含有均匀浓度的氧析出物的区域17。对于大多数的应用，区域17中的氧析出物浓度是至少约5×108析出物/cm3，是约1×109析出物/cm3更好。应该认为，图2的目的是通过仅仅图解本发明的一个实施例，帮助本领域的技术人员了解本发明。本发明并不限于这个实施例。例如，本发明还可以用来形成仅有一个剥蚀区15的晶片(代替两个剥蚀区15和15′)。
为了形成晶格空位的模板，晶片通常首先在包含氧化剂的氧化气氛中加热，然后以至少约10℃/秒的速度冷却。加热晶片的目的是(a)在晶格中形成自身间隙和空位对(即弗兰克尔缺陷)，均匀地分配于晶片，(b)溶解存在于晶片的不稳定的氧析出物成核中心。通常，加热到更高的温度导致形成更多的弗兰克尔缺陷。冷却工序的目的是为了产生不均匀分布的晶格空位，在晶片中心或靠近中心的空位浓度最大，朝晶片表面方向下降。这种不均匀分布的晶格空位被认为是由以下事实引起的，在冷却过程中靠近晶片表面的一部分空位向表面扩散，从而被湮灭，导致靠近表面的空位浓度降低。
对于大多数的应用，最好在氧化气氛中晶片被加热到至少约1175℃的均热温度。更优选地，加热到约1200-约1300℃的均热温度，最优选地加热到约1225-约1250℃的均热温度。当晶片温度达到优选的均热温度时，晶片温度最好在该均热温度保持一段时间。优选的时间量通常是约10-约15秒。在目前市售的一般外延淀积反应器中，晶片最好在均热温度保持约12-约15秒。在目前市售的一般RTA炉中，晶片最好在均热温度保持约10秒。
在本发明的一个实施例中，氧化气氛包含H2O和H2。然而，更优选地，氧化气氛中的氧化剂是氧气，其存在于气氛中的浓度至少约是300ppm(即每1,000,000摩尔的总量气体有300摩尔的O2)。更优选地，氧浓度是约300-约2000ppm，最优选地是约300-约500ppm。氧化气氛中的其余最好基本上由不与硅表面或氧化剂反应的气体组成。更优选地，其余气体基本上由惰性气体或N2组成，更好是惰性气体，最好是Ar。加热过程中氧化气氛最好至少暴露于外延表面。更优选地，氧化气氛基本上暴露于晶片的整个表面。最优选地，除了与把晶片支撑在炉中的结构接触的部分之外，氧化气氛暴露于晶片的整个表面。
晶片在氧化气氛中的热处理之后，快速地冷却晶片。这种冷却工序可以在与进行热处理相同的氧化气氛中方便地进行。另外也可以在不会与晶片表面反应的气氛中进行。最好以至少约10℃/秒的速率冷却晶片。更好以至少约15℃/秒的速率冷却晶片。至少约20℃/秒更加优选。至少约50℃/秒最为优选。这种快速冷却速率最好用作在晶格空位通过单晶硅扩散的温度范围内晶片下降的温度。一旦晶片冷却到晶格空位相当活动的温度范围以外，则冷却速率不显著地影响晶片的析出特征，这样就不是严格关键的了。通常，在大于约1000℃的温度晶格空位是相当活动的。
在特别优选实施例中，从均热温度下降到均热温度以下约150℃的温度，晶片的平均冷却速率至少是约10℃/秒(至少是约15℃/秒更好，至少约20℃/秒更加好，至少约50℃/秒最好)。在另一个特别优选实施例中，当其温度从均热温度下降到均热温度以下约250℃的温度，晶片的平均冷却速率至少是约10℃/秒(至少是约15℃/秒更好，至少约20℃/秒更加好，至少约50℃/秒最好)。
可以例如采用许多市售快速热退火(“RTA”)炉中的任何一种来进行加热和快速冷却，在炉中通过成排的大功率灯来加热晶片。RTA炉能够快速地加热硅晶片。例如，能够在几秒内把许多晶片从室温加热到1200℃。市售炉的适当例子包括来自AG Associates(Mountain View，CA)的610型炉和来自Applied Materials(Santa Clara，CA)的CENTURARTP。
另外，可以在外延淀积反应器中进行加热和快速冷却，只要在反应器中可以实现期望的冷却速率即可。申请人已经确定可以在EPICENTURA反应器中进行加热和冷却工序。参见图3和图7，这种反应器包括用于支撑晶片的衬托器101。衬托器101固定地安装在衬托器支撑轴105的臂103上，支撑轴105滑动地安装在晶片提升轴107的镗孔106内。晶片提升轴安装成为可在反应器下圆顶(未示出)的圆柱形开孔内垂直移动。一个气动机构(未示出)可以依照要求共同地或独立地垂直操纵衬托器支撑轴105和晶片提升轴107。该机构还可以操纵衬托器支撑轴105在镗孔106内旋转，以使衬托器101和晶片可以旋转。衬托器包括滑动地安装在衬托器的开孔内的刚性插脚109，在其下端与晶片提升轴的挡块111啮合。插脚109的上端能够支撑晶片。通常，在输送往返于反应器的过程中，插脚109仅用来支撑晶片。
为了使被热处理的晶片在EPI CENTURA反应器中定位，例如通过托板113把晶片输送到反应器，托板的尺寸应适合装配在刚性插脚109之间(参见图7)。衬托器支撑轴105和晶片提升轴107从图3所示交换位置向上移动到图4所示原始位置。衬托器支撑轴105的向上运动使得插脚109(与晶片提升轴107相啮合)与晶片后表面啮合，提升晶片脱离托板113。此后托板从反应器移出。参见图5，衬托器支撑轴105然后再向上移动，同时晶片提升轴107保持固定。这使得插脚109相对于衬托器101向下滑动，直至衬托器101的上表面与晶片接触。此后，衬托器101支撑晶片。同时，支撑轴105继续向上移动，直至衬托器101与环115共面。此时，衬托器处于工艺处理位置。在晶片被衬托器101支撑在工艺处理位置的同时，触发一排大功率灯(未示出)加热晶片。衬托器101和晶片在加热的同时最好旋转，以便更均匀地加热晶片。
已经发现，在晶格空位是相当活动的温度，在EPI CENTURA反应器中晶片的一般平均冷却速率(即约10-15℃/秒)，趋向远小于在RTA炉中可以实现的一般平均冷却速率(即约70-100℃/秒)。这部分地是由于完成加热之后，与晶片接触的衬托器101(参见图5)在一定时间仍旧保持是热的。因此，为了提高冷却速率，晶片最好移到尽可能远离衬托器101的位置。这可以通过在完成加热之后立即把衬托器支撑轴105降低到图6所示交换位置来实现。在交换位置，晶片仅仅由插脚109支撑，以使晶片的所有后表面和所有前表面均不与任何其它的固体热表面接触(除插脚109之外)。而且，晶片位置尽可能远离热的衬托器101。通过把晶片提升脱离衬托器101，晶片的冷却速率可以约加倍(即平均冷却速率从约10-15℃/秒的范围增加到约25-30℃/秒的范围)。
根据本发明制备的不均匀的空位分布是用于随后加热晶片时的氧析出模板。具体地，当加热晶片时(参见图2)，在含有更高空位浓度的晶片区域17氧将快速地集聚，形成析出物52，但是在靠近含有较低空位浓度的晶片表面3和5的区域15和15′将趋向不集聚。一般，氧在约500-800℃的温度形成晶核，在约700-1000℃的温度生长析出物。这样，例如在电子器件制造工艺的热处理循环期间，可以在晶片中形成氧析出物52的不均匀分布，已知这种热处理循环常常是在接近800℃的温度进行的。
如上所述，使用本发明处理富空隙晶片原材料是特别有利的，这种晶片原材料的表面上有相当大量的COP，其体内有大量的空隙。图8展示了晶格空位聚集51分布和氧析出物52分布的例子，这是使用本发明的工艺由富空隙晶片原材料制备的外延晶片，随后进行热处理。外延层50位于晶片1的外表面3、4和6上(在本特定实施例中后表面5上没有外延层)。由于外延层基本上填充了所有COP，所以晶片具有基本上无COP的平滑表面2和8。这种外延表面最好具有不大于约0.06/cm2的平均光散射现象浓度，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。氧析出物52的分布类似于图2中的氧析出物分布，足以满足内在吸杂。空位聚集51的分布完全在晶片1的体内(即该空隙分布在体内)，该分布在本发明的整个工艺中基本上保持相同，由于存在外延层50，所以不会影响晶片1的表面2和8，该外延层在表面2和8与聚集51之间起到阻挡层的作用。这样，本发明在商业上是有用的，部分地是由于能够利用富空隙晶片原材料，形成具有内在吸杂能力和基本上无COP的表面的硅晶片。
如果使用富空隙晶片原材料，根据本发明制造的晶片特征一般是，如果从晶片去除外延层和在外延层下面延伸至少0.2μm的硅层(即具有从外延层向晶片中央平面至少0.2μm厚度的层)，则在晶片上可以制造具有至少约0.5/cm2的平均光散射现象浓度的表面(这是通过激光自动检验工具测量的，该检验工具构成为用于检测对应于直径不小于约0.12μm的聚苯乙烯球面的光散射现象)。在特别优选实施例中，这种平均光散射现象浓度是约0.5-约10/cm2，是约0.5-约3.5/cm2更好，是约0.6-约1.6/cm2最好。从晶片去除外延层和硅的附加层可以采用各种抛光和清洗技术，这通常是技术人员所熟悉的和采用的。最好至少在某些环境下，该抛光和清洗技术能够对电阻率小于约0.02Ω-cm单晶硅晶片表面进行抛光和清洗，形成平均光散射现象浓度不大于约0.2/cm2的表面(同样，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于约0.12μm的聚苯乙烯球面对应的光散射现象)。
优选实施例的上述说明仅仅是使本领域的技术人员了解本发明、其原理和其实际应用，以使本领域技术人员可以按其许多形式采用和应用本发明，使其非常适合于特定使用的要求。因此，本发明并不限于上述实施例，可以做不同地改进。
对于在上述说明和/或以下权利要求中使用的词“包括”，申请人指出除非上下文要求，否则这些词是以其基本和明确的理解来使用的，它们将解释为包含的而不是专有的，而且申请人意欲在解释上述说明和/或以下权利要求时如此解释这些词中的每一个。
权利要求
1.一种单晶硅晶片，包含(a)两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面，另一个是晶片的后表面；(b)在前后表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸至少约10μm的距离D1的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域，该晶片的特征在于该晶片具有不均匀分布的晶格空位，其中(a)体层具有的晶格空位浓度大于前表面层，(b)晶格空位的浓度分布所具有的晶格空位峰值密度在中央平面或其附近，(c)从峰值密度的位置朝向晶片前表面，晶格空位的浓度通常降低；晶片的前表面上淀积有外延层，该外延层具有约0.1-约2.0μm的厚度。
2.根据权利要求1的单晶硅晶片，其中，晶片的电阻率是1.0-约20Ω-cm。
3.根据权利要求1的单晶硅晶片，其中，外延层具有约0.25-约1.0μm的厚度。
4.一种单晶硅晶片，包括(a)两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面，另一个是晶片的后表面；(b)位于前后表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸至少约10μm的距离D2的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域，该晶片的特征在于该晶片具有不均匀分布的晶格空位，其中(a)体层具有的晶格空位浓度大于前表面层，(b)晶格空位的浓度分布所具有的晶格空位峰值密度在中央平面或其附近，(c)从峰值密度的位置朝向晶片前表面，晶格空位的浓度通常降低；晶片的前表面上淀积有外延层，该外延层包括平均光散射现象浓度不大于约0.06/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。体层包括其最大尺寸至少是约0.01μm的空隙。
5.根据权利要求4的单晶硅晶片，其中该晶片的特征还在于，通过采用抛光和清洗技术，去除该外延层和至少0.2μm的前表面层，晶片将具有平均光散射现象浓度至少约为0.5/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具测量的，抛光和清洗技术能够对电阻率小于约0.02Ω-cm的单晶硅晶片表面进行抛光和清洗，形成平均光散射现象浓度不大于约0.2/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具测量的。
6.一种单晶硅晶片，包括(a)两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面，另一个是晶片的后表面；(b)位于前后表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸不大于约100μm的距离的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域，其中，体层具有基本均匀的氧浓度和晶格空位浓度，以使晶片经过基本上由在800℃晶片退火4小时、然后在1000℃退火16小时组成的氧析出热处理，晶片将含有的氧析出物的浓度分布中，体层中的析出物峰值密度在中央平面或其附近，体层中的析出物浓度通常朝向前表面层而降低；晶片的前表面上淀积有外延层，该外延层具有约0.1-约2.0μm的厚度。
7.一种单晶硅晶片，包括(a)两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面，另一个是晶片的后表面；(b)位于前后表面之间并且与其平行的中央平面；(c)前表面层，包括从前表面向该中央平面延伸不大于约100μm的距离的晶片区域；(d)体层，包括从中央平面延伸到前表面层的晶片区域，其中，体层具有基本均匀的氧浓度和晶格空位浓度，以使晶片经过基本上由在800℃晶片退火4小时、然后在1000℃退火16小时组成的氧析出热处理，晶片将含有的氧析出物的浓度分布中，体层中的析出物峰值密度在中央平面或其附近，体层中的析出物浓度通常朝向前表面层而降低；体层包括其最大尺寸至少是约0.01μm的空隙。晶片的前表面上淀积有外延层，该外延层包括平均光散射现象浓度不大于约0.06/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。
8.根据权利要求7的单晶硅晶片，其中该晶片的特征在于，通过采用抛光和清洗技术，去除该外延层和至少0.2μm的前表面层，晶片将具有平均光散射现象浓度至少约为0.5/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具测量的，抛光和清洗技术能够对电阻率小于约0.02Ω-cm的单晶硅晶片表面进行抛光和清洗，形成平均光散射现象浓度不大于约0.2/cm2的表面，这是通过激光自动检验工具测量的。
9.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在基本上无氧化剂的气氛中，加热晶片原材料的表面，从该表面去除氧化硅层；在从该表面去除氧化硅层之后的约30秒之内，该表面暴露于包含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
10.根据权利要求9的工艺，其中，冷却速率大于约15℃/秒。
11.根据权利要求9的工艺，其中，当晶片从均热温度冷却到均热温度以下约150℃时，晶片的平均冷却速率大于约15℃/秒。
12.根据权利要求9的工艺，其中，在从该表面去除氧化硅层之后的约10秒之内，该表面暴露于含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片。
13.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在基本上无氧化剂的气氛中，加热晶片原材料的表面到至少约1100℃的温度，从该表面去除氧化硅层；在该表面达到1100℃之后的约30秒之内，该表面暴露于含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
14.根据权利要求13的工艺，其中，在反应器中进行外延晶片的加热和冷却，该反应器构造为用于在晶片表面上淀积硅外延层，在加热工序期间外延晶片支撑在衬托器上，在冷却工序期间外延晶片与衬托器脱离接触。
15.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在基本上无氧化剂的气氛中，加热晶片原材料的表面到至少约1150℃的温度，从该表面去除氧化硅层；在该表面达到1150℃之后的约30秒之内，该表面暴露于含硅的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
16.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在晶片表面上淀积外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片，其中，在外延晶片加热到均热温度之前，外延层不与后续外延淀积清洗液接触。
17.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，其中外延层具有至少约0.1μm并且小于2.0μm的厚度，该工艺包括在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，包括其上淀积有外延层的表面的晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
18.根据权利要求17的工艺，其中，外延层具有约0.25-约1.0μm的厚度。
19.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在晶片原材料表面上淀积外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含氧化剂的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片，其中，在其上淀积外延层之前，晶片原材料的表面具有至少约0.5/cm2的平均光散射现象浓度，这是通过激光自动检验工具来测量的，该检验工具构成为用于检测与直径不小于0.12μm左右的聚苯乙烯球面对应的光散射现象。
20.一种硅晶片的制备工艺，该硅晶片包括其上淀积有外延层的表面，该工艺包括在基本上由H2组成的气氛中，把晶片原材料的表面加热到至少约1150℃的温度，从该表面去除氧化硅层；在该表面达到1150℃之后的约10秒之内，该表面暴露于含SiHCl3的气氛中，在该表面上淀积硅外延层，形成外延晶片；在该外延层暴露在含O2的氧化气氛中的同时，外延晶片被加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约20℃/秒的平均速度，使加热的外延晶片从均热温度冷却到均热温度以下250℃；其中，外延层具有约0.65-1.0μm的厚度，氧化气氛中的O2浓度是约300-约500ppm。
21.一种在反应器中加热并且快速地冷却单晶硅晶片的工艺，该反应器构造为用于在晶片表面上淀积硅外延层，该工艺包括以下工序使晶片加热到至少约1175℃的均热温度；以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片，其中，在加热工序期间晶片被支撑在衬托器上，在冷却工序期间移动晶片脱离该衬托器。
22.根据权利要求21的工艺，其中，在冷却工序期间晶片被支撑在插脚上。
全文摘要
本发明涉及一种硅晶片的新型制造工艺,该晶片包括其上淀积有外延层的表面。在一个实施例中,该工艺包括加热晶片原材料表面,从该表面去除氧化硅层。在从表面去除氧化硅层之后的30秒之内,将该表面暴露在含硅气氛中,在表面上淀积硅外延层,形成外延晶片。然后在该外延晶片暴露于含氧化剂的氧化气氛中的同时,把该外延晶片加热到至少约1175℃的渗透温度。之后,以至少约10℃/秒的速率冷却该加热的外延晶片。
文档编号H01L21/322GK1329751SQ99814199
公开日2002年1月2日 申请日期1999年11月18日 优先权日1998年12月9日
发明者格里戈里·M·威尔逊, 乔恩·A·罗西, 查尔斯·C·杨 申请人:Memc电子材料有限公司