專利名稱：退火單晶片的制造方法及退火單晶片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要是涉及將具有直徑300mm以上的大直徑硅單晶片(以下簡稱為單晶片)進行熱處理的退火單晶片的制造方法及以該制造方法所得的退火單晶片。
順便一提，人們已知以CZ法制作的硅單晶片中，會挾帶稱為COP(Crystal Originated Particle)等內生長(Grown-in)缺陷的結晶缺陷，這種缺陷若存在于單晶片表面附近的元件制作領域內則會使氧化膜耐壓等元件特性劣化。
將這種內生缺陷自單晶片表層部除去的方法之一，已知現(xiàn)有技術為將CZ硅單晶片W置于氫氣或氬氣的氣氛中，進行例如在1200℃、一小時的高溫處理的方法。通過該高溫熱處理可消除CZ硅單晶片表面附近的內生缺陷，且可獲得在單晶片表層部有高品質的DZ(Denuded Zone，剝離層)層的硅單晶片(以下稱為退火單晶片)。
然而，人們得知若對硅單晶片進行高溫熱處理，則如圖2(a)(b)所示，單晶片周圍部或和單晶片支持冶具(單晶片架)接觸部分，容易發(fā)生滑動轉位。如上所述，雖在進行消除內生缺陷的高溫熱處理的情況下也會發(fā)生滑動轉位，但在直徑200mm以下的已往的單晶片上，因不會發(fā)生太大的滑動轉位，故只需改變單晶片架的形狀、調整升降溫速度等熱處理條件，就可以將問題回避到不足以影響到實用上的程度。
但是，針對直徑300mm的單晶片，為了消除內生缺陷而進行1200℃、一小時的高溫處理的情況下，大滑動轉位(長度很長的滑動轉位)的發(fā)生變得顯著，人們了解到現(xiàn)有技術的改變單晶片架的形狀，或調整升降溫速度等熱處理條件都無法回避這種大滑動轉位。
其理由是，把直徑由200mm放大為300mm而使得單晶片自重大幅增大，所以和單晶片架接觸部所承受的應力變大，盡管直徑變?yōu)?.5倍的單晶片厚度，則與之不顧，仍將對1.1倍以下(例如相對于200mm的725μm厚，300mm為775μm厚)的作為標準來使用，因此對滑動轉位的耐性低，直徑大型化導致熱處理的升降溫中的單晶片內面的溫差變大。
一般而言，對含有氧析出物的硅單晶片施加熱應力時，則氧析出物本身會發(fā)生滑動轉位的事已廣為人知，例如特開平10-150048號公報中，記載了當氧析出物為多面體析出物及板狀析出物時，其大小分別為200nm、230nm以上時則容易發(fā)生滑動轉位的見解。
但是，這里所說的滑動轉位是氧析出物本身所產(chǎn)生的，而上述問題點所提及的由單晶片架接觸部發(fā)生的滑動轉位的情況，如圖2(b)所示，是從單晶片W的背面(單晶片架接觸部10)向表面貫通地滑動轉位12，所以想到單晶片基質中若存在有氧析出物這類障礙物，則或許反而可抑制滑動轉位的成長。即，本發(fā)明的發(fā)明者們，不是要產(chǎn)生會導致氧析出物本身形成滑動轉位的大氧析出物，而是著眼于在基質中產(chǎn)生尺寸較小、密度較高的氧析出物時，則可抑制單晶片架接觸部所產(chǎn)生的滑動轉位的觀點，從而達到本發(fā)明的目的。
本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的，其主要目的在于提供一種可抑制直徑300mm以上的柴氏硅單晶片在進行高溫熱處理時的滑動轉位的發(fā)生，且能充分地消除表面附近的內生缺陷的熱處理方法，并提供在單晶片表層部具有DZ層，而且基體中可獲得具有高除氣效果的高密度的氧析出物的退火單晶片。
為了解決上述課題，本發(fā)明的退火單晶片制造方法，其特征在于針對以柴可勞斯基(Czochralski)法制作的硅單晶片，以600-1100℃的溫度范圍進行第一熱處理以使基質中形成氧析出物后，再以1150-1300℃的溫度范圍進行第二熱處理。
上述硅單晶片，其直徑可為300mm以上。
上述硅單晶片的氮濃度，以適用于1×1012-5×1015/cm3為理想。
上述基質中的氧析出物密度，理想的為5×108-5×1012/cm3。
上述第一熱處理，以600-900℃的溫度范圍下進行的析出核形成熱處理，及接于其后以950-1100℃的溫度范圍所進行的析出物成長熱處理的兩階段熱處理為理想。
上述第二熱處理，以在氫氣或氬氣的氣氛，或兩者的混合氣體氣氛中進行為理想。
本發(fā)明的退火單晶片，是以上述本發(fā)明方法所制造，其特征在于具有形成在單晶片表層部的DZ層，及氧析出物密度在5×108-5×1012/cm3的基質部。
圖中10單晶片架接觸部12滑動轉位14氧析出物16DZ層
W單晶片本發(fā)明中優(yōu)選適用的直徑300mm以上的柴氏單晶片，可使用一般以CZ法、或在邊施加磁場下慢慢提拉的MCZ法所提拉的硅單晶片錠所制作。在使用CZ法時，可無可避免地、或刻意地令其含有10-25ppma(JEIDA(日本電子工業(yè)振興協(xié)會)規(guī)格)左右的晶格間氧。另外，在采用施加磁場提拉、也稱MCZ法則雖可降低晶格間氧濃度，但在此情況下也要導入數(shù)ppma晶格間氧。
另外，若使用的柴氏硅單晶片中有摻雜氮時，則會促進由之后的第一熱處理的氧析出，可得到高密度的氧析出物。為了制作摻雜氮的硅單晶片，例如，在提拉硅單晶片錠之際就在原料硅溶液中，通過投入附有氮化膜的硅單晶片即可輕易摻雜。又，提拉結晶中所撮取的氮濃度，可以從附有氮化膜的硅單晶片投入量及原料硅溶液量，根據(jù)氮的偏析系數(shù)而算出。
為了促進氧析出、以得高密度的氧析出物，理想的氮濃度范圍為1×1012-5×1015/cm3。比該范圍低的濃度則氧析出促進效果不夠明顯，而高濃度的情況則恐怕會妨礙單晶化。另外，摻雜氮可使內生缺陷的尺寸變小，所以在之后的第二熱處理中可輕易消除。
用

圖1說明關于采用如上述制作的摻雜氮的直徑300mm的硅單晶片進行本發(fā)明的熱處理的情況。
圖1(a)，是屬于欲進行熱處理的摻雜氮的直徑為300mm的硅單晶片的準備工序，通過上述方法制備含有所望氮濃度與初始晶格間氧濃度的硅單晶片W。理想的氮濃度如上所述為1×1012-5×1015/cm3，更理想的為1×1013-5×1014/cm3。初始晶格間氧濃度若為12-20ppma，則可在獲得足夠密度氧析出物的同時，也能輕易控制在結晶提拉中的氧濃度。
圖1(b)是對上述單晶片W進行第一熱處理的工序。第一熱處理的目的，是在基質中形成即使進行第二高溫熱處理也不會溶解的高密度且微小的氧析出物14。在此，首先，以比較低溫的熱處理充分地形成析出核后，再以較其高溫的熱處理使該析出核成長。為此，以析出核形成熱處理的溫度范圍為600-900℃、析出物成長熱處理的溫度范圍為950-1100℃下進行的兩階段熱處理為理想。
兩階段熱處理的第一階段的溫度似于600℃，則核形成所需時間為很長時間，而另一方面若超過900℃則很難形成析出核。另外，第二階段的熱處理溫度若未滿950℃，則要讓核成長變大至即使進行高溫熱處理也不會消除的程度需要極長的時間，另一方面若溫度超過1100℃則第一階段好不容易形成的析出核會再度溶解，導致此熱處理階段中會有發(fā)生滑動轉位的危險性。
又，在摻雜氮的直徑300mm的硅單晶片的情況，由于氮的摻雜效果使得即使進行1100℃的熱處理也不會溶解的穩(wěn)定析出核在結晶成長時就是先形成，所以上述兩階段的第一階段的核形成熱處理(600-900℃)雖并非必要，但有則更有效果。
通過進行這樣的第一熱處理，可以得到基質中的氧析出物14的密度為5×108-5×1012/cm3的單晶片W，并通過這些氧析出物14的存在，可抑制第二熱處理中滑動轉位的成長，結果可降低滑動轉位。
圖1(c)表示第二熱處理工序。通過第一熱處理所形成的基質中含有高密度、尺寸的氧析出物14的單晶片W，因在將來會成為元件制作領域的表面附近也有氧析出物14，所以若就此不顧則會使元件特性顯著下降。在此，為了使表面附近的氧析出物14向外擴散以形成DZ層16，所以在1150-1300℃進行第二熱處理。
作為熱處理的氣氛，理想的是，以氮氣或氬氣，或者兩者的混合氣體為氣氛。由此，不僅氧析出物，也可消除COP等內生缺陷。熱處理時間，考慮表層部充分DZ化及生產(chǎn)性，則以1-5小時為合適。
通過第二熱處理雖可使表面附近的氧析出物14因往外擴散的效果而消除，但無法獲得向外擴散效果的內部(基質部)中，經(jīng)由第一熱處理形成的氧析出物14不會再次溶解而成長，雖然密度幾乎沒有變化但氧析出物14的尺寸增大而提高除氣效果。為了降低基質部的氧析出物14被再次溶解的比率以使其能確實地成長，第二熱處理的溫度范圍以1150-1250℃為理想，1150-1230℃則更為理想。第二熱處理的1150-1230℃的溫度范圍中，為了使表層部以外的基質中的氧析出物14不會再度溶解而成長的臨界尺寸，大約為1-10nm左右。
實施例下面例舉實施例更具體地說明本發(fā)明，不過本發(fā)明并非限于該實施例而解釋。(實施例1)(使用單晶片)直徑300mm、p型、結晶方位(100)，電阻率10Ωm氮濃度5×1013/cm3、初始晶格間氧濃度14ppma(JEIDA規(guī)格)JEIDA日本電子工業(yè)振興會(第一熱處理)800℃、4小時+1000℃、16小時氬氣100％氣氛(第二熱處理)1200℃，1小時氬氣100％氣氛(測定)滑動轉位觀察X光局部解剖圖形法DZ層、氧析出物密度根據(jù)角度研磨后以日本工業(yè)規(guī)格(JIS H06091999)所規(guī)定的選擇蝕刻法的結晶缺陷試驗方法，通過不含六價鉻的選擇蝕刻液蝕刻后以光學顯微鏡觀察對上述單晶片以上述條件施以第一熱處理及第二熱處理，再通過上述方法測定DZ層及氧析出物密度。結果如表1所示。如表1所示，在實施例1中，未發(fā)生滑動轉位，表層部形成了足夠寬度的DZ層，且基質中的氧析出物密度也充足。(比較例1)和實施例1使用同一規(guī)格的單晶片，省略實施例1的第一熱處理，僅實施第2熱處理，其結果如表1所示。如表1所示，產(chǎn)生了大的滑動轉位，表層部存在DZ層的基質中氧析出物的密度為少量。(實施例2)直徑300mm、p型、結晶方位(100)，電阻率10Ωm，無氮摻雜，氧16ppma。(第一熱處理)700℃、4小時+1000℃、8小時含有30％氧的氬氣氣氛(第二熱處理)1150℃、4小時氬氣100％氣氛對上述單晶片以上述條件施以第一熱處理及第二熱處理，再通過和實施例1同樣方法測定DZ層及氧析出物密度。結果如表1所示。如表1所示，在實施例2中，未發(fā)生滑動轉位，表層部形成了足夠寬度的DZ層，且基質中的氧析出物密度也充足。(比較例2)使用和實施例2相同規(guī)格的單晶片，省略實施例2的第一熱處理，僅實施第2熱處理，其結果如表1所示。如表1所示，產(chǎn)生了大的滑動轉位，表層部存在DZ層的基質中氧析出物的密度為少量。表一(測定結果)

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可抑制主要直徑在300mm以上的柴氏硅單晶片在進行高溫熱處理時的滑動轉位的發(fā)生，且能充分地消除表面附近的內生缺陷。本發(fā)明的退火單晶片，在單晶片表層部具有DZ層，且具有在投入元件制造工序前基質中就可獲得高除氣效果的高密度氧析出物。
權利要求
1.一種退火單晶片的制造方法，其特征在于對以柴可勞斯基法制作的硅單晶片，以600-1100℃的溫度范圍進行第一熱處理，以在基質中形成氧析出物后，再以1150-1300℃的溫度范圍進行第二熱處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的退火單晶片的制造方法，其中所述硅單晶片的直徑在300mm以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的退火單晶片的制造方法，其中所述硅單晶片的氮濃度為1×1012-5×1015/cm3。
4.根據(jù)權利要求1-3的任意1項所述的退火單晶片的制造方法，其中所述氧析出物的密度為5×108-5×1012/cm3。
5.根據(jù)權利要求1-4的任意1項所述的退火單晶片的制造方法，其中所述第一熱處理，是指以600-900℃的溫度范圍所進行的析出核形成熱處理，以及在其后以950-1100℃的溫度范圍所進行的析出物成長熱處理的兩階段熱處理。
6.根據(jù)權利要求1-5的任意1項所述的退火單晶片的制造方法，其中所述第二熱處理，是在氫氣或氬氣氣氛，或其混合氣體的氣氛下進行。
7.一種退火單晶片，是屬于根據(jù)權利要求1至6的任何1項中所述的退火單晶片，其特征在于具有形成于單晶片的DZ層，及氧析出物的密度為5×108-5×1012/cm3的基質部。
全文摘要
提供可抑制主要是直徑300mm以上的柴氏硅單晶片在進行高溫熱處理時的滑動轉位的發(fā)生，且能充分地消除表面附近的內生(Grown－in)缺陷，并提供在單晶片表層部具有DZ層，且基體中可獲得具有高除氣效果的高密度的氧析出物的退火單晶片。針對以柴可勞斯基(Czochralski)法制作的硅單晶片，以600－1100℃的溫度范圍進行第一熱處理以使基質中形成氧析出物后，再以1150－1300℃的溫度范圍進行第二熱處理。
文檔編號H01L21/02GK1395744SQ01803971
公開日2003年2月5日 申請日期2001年12月11日 優(yōu)先權日2000年12月13日
發(fā)明者速水善范, 戶部敏視, 小林德弘 申請人:信越半導體株式會社