硅晶片的热处理方法和硅晶片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从通过提拉法生长的硅锭切出的硅晶片的热处理方法及其硅晶片。
【背景技术】
[0002] 近年来，伴随着半导体器件的高集成化，对于被用作其基板的硅晶片（以下，称为 晶片），晶片表层的器件活性区域（从表面至7ym左右的深度区域）的晶体完整性的提高、 晶片表层和晶片内部（指除了晶片表层以外的部分，以下，称为主体）的充分的机械强度的 确保、在晶片面内整体的品质均匀性等品质要求变得更加严格。
[0003] 为了提高晶体完整性，例如如专利文献1所示，进行保持在高温下的间歇式热处 理炉内的热处理。该热处理例如在含有氢的气氛中，在低于1300°C的保持温度时保持1分 钟~48小时的条件下进行。如果进行该热处理，则晶片表层的间隙氧向外侧扩散而低氧 浓度化。于是，在该晶片表层附近（从表面至lOum左右的深度区域），晶体生长时导入 的作为空孔凝聚体的空洞缺陷（晶体原生粒子，CrystalOriginatedParticle，以下，称 为COP)的内壁氧化膜溶解，进而在该COP内部注入间隙硅原子而填埋空洞，能够使COP湮 没（消滅），并且，能够将作为间隙氧和间隙硅原子的结合体的氧析出物（体微缺陷，Bulk MicroDefect，以下，称为BMD)溶解。由此，能够在晶片表层形成没有C0P、BMD的无缺陷区 域（DenudedZone，以下，称为DZ层）。
[0004] 另外，在器件制造工序中，依次使用多个掩模进行曝光，但这时有时产生曝光位置 偏离的套刻（overlay)、因制造工序中的热应力而引起的晶片弯曲等问题。已知这些问题与 导入到晶片内部的位错的举动有密切的关系。如果通过上述热处理预先在主体中形成规定 以上的密度的BMD，则滑移等位错在该主体内移动时，该位错卡在BMD中，有时抑制其移动。 这样，通过抑制位错的移动，能够实现晶片强度的提高，能够避免在器件制造工序中的套刻 等的问题。
[0005] 此外，主体中形成的BMD在器件制造工序中也作为捕获附着在晶片表面的重金属 的吸气源起作用。这样，通过在主体中预先形成作为吸气源的BMD，从而能够将器件的寿命 等电气特性保持在良好的状态，并且能够实现白色伤痕的问题的减少。
[0006] 应予说明，如果BMD尺寸变得过大，则可知如非专利文献1所示，BMD本身成为位 错的产生源，为了发挥上述抑制的效果而必须使BMD密度为规定密度以上，在考虑该点的 基础上，调整用于形成BMD的热处理的条件。
[0007] 作为在晶片面内产生不均匀性的主要因素，可以举出在晶片的径向包含氧化感生 堆垛层错（Oxidation-inducedStackingFault，以下，称为0SF)区域。该0SF区域在晶 体生长时，在从硅熔液被获取到晶体中的空孔和间隙硅原子的浓度刚好达到平衡的区域附 近，以拉晶轴为中心而呈现环状（以下，称为0SF环）。该0SF环区域附近，在晶体生长时导 入到晶体内的BMD核非常少。因此，即便对从该晶体切出的晶片进行热处理，也几乎不形成 BMD，产生如下问题：在0SF环区域附近和除其以外的区域之间，BMD密度产生差异，无法确 保晶片的面内均匀性。
[0008] 因此，还有如下尝试：对于存在0SF环区域的晶片，使用间歇式热处理炉，如上述 那样以低于1300°C的温度进行热处理，从而在晶片表层形成高品质的DZ层，并且在主体中 形成对强度提高有效的BMD，重置0SF环区域存在于面内的晶片的晶体生长历程，提高晶片 品质的面内均匀性。
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开平6-295912号公报
[0011] 非专利文献
[0012] 非专利文献 1 :T.Ono,etal:ECSTrans. 2(2006)N〇. 2,109
【发明内容】
[0013] 在使用了专利文献1所示的间歇式热处理的热处理，只能够一定程度地改善面内 的不均匀，难以得到完全的面内均匀性。认为这是因为该热处理温度低于1300°C，所以BMD 的溶解残余（或者BMD核）残存，对于重置晶体生长历程是不充分的。也考虑延长该热处 理的时间而防止BMD的溶解残余，但伴随着热处理的长时间化，有滑移等晶体缺陷多发、或 者制造的生产量降低而制造成本上升的问题，因此不现实。
[0014] 另外，也有如下方法：并非通过热处理而得到面内均匀性，而是通过降低晶体生长 速度而使得在晶片面内不形成0SF环的方法。然而，因为晶体生长速度的降低直接导致制 造成本的上升，所以在对成本减少要求高的状况下，现状是难以采用。
[0015] 另外，因为使用了间歇式热处理炉的热处理一般进行至少1小时，所以在该热处 理期间晶片表层的间隙氧向晶片表面的外侧扩散而逸散，在晶片表层形成间隙氧浓度低的 区域。已知该间隙氧具有提高晶体强度的作用，由于晶片表层成为低氧浓度，导致容易在表 层导入缺陷，诱发器件的泄漏故障的可能性高。
[0016] 因此，本发明的课题在于确保硅晶片的表层和主体的强度，并且提高晶体品质的 面内均匀性。
[0017] 为了解决上述课题，本发明中构成硅晶片的热处理方法，该硅晶片的热处理方法 具有如下工序：对于从通过提拉法生长的硅锭切出的硅晶片，在氧化气氛中以1300 °C~ 1400°C的保持温度进行热处理的第1工序；将在上述第1工序中热处理的硅晶片在氧化气 氛中以10°C/秒~150°C/秒的冷却速度进行冷却的第2工序；以及将在上述第2工序中 冷却的硅晶片在氧化气氛中以800°C~1250°C的保持温度热处理1小时~100小时的第3 工序。
[0018] 这样，通过使晶片的热处理温度为1300°C~1400°C的保持温度，能够防止晶体生 长中导入的氧析出物（BMD)的溶解残余，并且能够使空洞缺陷（C0P)迅速湮没，制造重置了 晶体生长历程的面内均匀性高的晶片。而且，通过使热处理温度如上述保持温度那样超高 温化，能够缩短保持时间，能够减少滑移等晶体缺陷，或者提高制造的生产量而实现低成本 化。另外，通过在氧化气氛中进行该热处理，从而在晶片表面形成氧化膜（硅氧化膜），从该 氧化膜向晶片内注入间隙硅原子。通过注入间隙硅原子，从而更迅速地进行C0P的湮没。
[0019] 另外，从该氧化膜向晶片中注入间隙氧，能够防止在晶片表层形成低氧浓度区域。 因此，能够防止晶片表层的强度降低而产生器件泄漏故障等问题。该1300°c以上的高温热 处理可以通过使用灯退火炉代替一直以来通常使用的间歇式热处理炉来实现。
[0020] 另外，通过将在第1工序中进行了热处理的晶片在上述冷却速度的范围进行冷 却，能够在主体中残存适当浓度的空孔。通过使空孔残存，从而在继续进行的热处理中，能 够形成为了确保主体的强度所需的充分的尺寸和密度的BMD。如果该冷却速度小于10°C/ 秒，则高温下导入的空孔在冷却中与间隙硅原子偶湮没（対消滅），或者扩散而逸失，因此 需要以至少l〇°C/秒以上的冷却速度进行冷却。另一方面，如果该冷却速度大于150°C/ 秒，则大的热应力作用于晶片而容易导入滑移等晶体缺陷，因此需要以150°C/秒以下的冷 却速度进行冷却。
[0021] 此外，通过将在第2工序中冷却的晶片以上述保持温度进行上述时间的热处理， 能够在主体中形成充分的尺寸和密度的BMD。此时，在氧化氛围中进行该热处理，从而在晶 片表面形成氧化膜，从该氧化膜向晶片中注入间隙硅原子。该间隙硅原子发挥使在第2工 序中在晶片表层形成的氧析出核湮没的作用。因此，能够防止在晶片表层形成氧析出物，能 够确保该晶片表层的DZ层的完整性。
[0022] 如上所述，通过在氧化气氛中进行从第1工序到第3工序的各处理，在晶片表面形 成氧化膜，从而即便在热处理部件（基座等）、气氛气体中含有掺杂物、碳、金属等杂质，也 能够利用该氧化膜遮挡这些杂质向晶片内扩散。
[0023] 上述构成中，优选为进一步具有将在上述第3工序中热处理的硅晶片在非氧化气 氛中以800°C~1250°C的保持温度热处理1小时~100小时的第4工序的构成。
[0024] 如上所述，BMD出于实现晶片的强度提高、并赋予吸杂能力的目的而形成，但如果 以氧化气氛中进行的第3工序结束热处理，则有时BMD的尺寸和密度对于发挥吸杂能力而 言是不充分的。这是因为在氧化气氛中，从晶片表面注入间隙硅原子，该间隙硅原子发挥抑 制BMD的成核和生长的作用。因此，在第3工序之后，设置在非氧化气氛中进行的第4工序， 在该第4工序中抑制间隙硅原子的注入，从而能够促进BMD的成核和生长。由此，能够对晶 片赋予充分的吸杂能力。
[0025] 上述各构成中，优选为在上述第1工序前的阶段，上述硅晶片中存在的空洞缺陷 的平均尺寸以同体积的球状换算值计，为直径80nm以下，并且上述空洞缺陷的密度为100 个/cm3以上的构成。
[0026] 晶体生长时导入晶片（硅锭）中的C0P的尺寸和密度与晶体的生长条件（特别是 v/G值。这里v表示晶体生长速度（mm/分钟），G表示熔点附近（熔点~1350°C)的晶体 内的轴向温度梯度（°C/mm))、向硅熔液中的添加物的浓度（特别是氮）密切相关。如果使 该v/G为适当的值，则从硅熔液向锭中导入的空孔和间隙硅原子的浓度达到平衡，能够得 到C0P为非常低的密度的完整晶体。然而，此时的v值一般小，从制造生产量的观点来看，是 不利的。与此相