，如果BMD尺寸超過95nm，則測定達到飽和狀態(tài)，因為該 尺寸被評價為95nm，所以實際上大量存在尺寸大于95nm的BMD。這樣如果BMD尺寸變大， 則對晶片作用熱應(yīng)力等外部應(yīng)力時，該BMD本身成為位錯源，產(chǎn)生晶片變形、套刻等問題的 可能性尚。
[0108] (4)第一熱處理后的空孔和間隙硅原子的晶片深度方向分布
[0109] 第一熱處理，對導(dǎo)入到晶片的空孔V和間隙硅原子I的晶片深度方向分布 進行模擬。該模擬中，使用考慮到空孔V和間隙硅原子I的擴散和偶湮沒的以下數(shù)1所示 的數(shù)學(xué)式（K.Nakamura，Ph.D.Thesis,TohokuUniversity，Sendai，（2001))。右邊第 1 項 相當(dāng)于空孔V或者間隙硅原子I的通量（擴散），右邊第2項相當(dāng)于空孔V和間隙硅原子I 的偶湮沒。
[0110] [數(shù) 1]
[0111]
[0112] 數(shù)1中的C表示空孔V或者間隙硅原子I的濃度，t表示時間，J表示空孔V或者 間隙硅原子I的通量，K表示偶湮沒的反應(yīng)常數(shù)，關(guān)于各后綴，V表示空孔，I表示間隙硅原 子，eq表示熱平衡濃度。JIiV以數(shù)2表示，K以數(shù)3表示。
[0113][數(shù) 2]
[0114]
[0115]
[0116]
[0117] 數(shù)2、數(shù)3中的D為擴散常數(shù)，ac為偶湮沒反應(yīng)的臨界距離，AG為偶湮沒反應(yīng)的 能皇，kb為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度。
[0118] 另外，在硅氧化界面的間隙硅原子的過飽和度按以下的數(shù)4所示的數(shù)學(xué)式求出 (S.Dunham,J.Appl.Phys. , 71,685 (1992)).
[0119][數(shù) 4]
[0120]
[0121] 數(shù)4中ApA2為由氧化的物性值決定的參數(shù)。
[0122] 另外，數(shù)4中的dX/dt為硅表面的氧化速度，可以用數(shù)5表示（B.E.Deal，A. S.Grove,J.Appl.Phys. , 36, 3770 (1955)) 〇
[0123][數(shù) 5]
[0124]
[0125] 數(shù)5中的X為氧化膜厚度，&為線性速率常數(shù)，kp為拋物線速率常數(shù)。
[0126] 使用上述的各數(shù)學(xué)式對進行第一熱處理的空孔V和間隙硅原子I的晶片深 度方向分布進行模擬。將保持溫度1\為1350°C、冷卻速度1?2為120°C/秒（實施例1)時 的結(jié)果示于圖15,將保持溫度1\為1350°C、冷卻速度R2S5°C/秒（比較例1)時的結(jié)果 示于圖16,將保持溫度T1為1250°C、冷卻速度馬為120°C/秒（比較例2)時的結(jié)果示于 圖17。任意熱處理都在氧化氣氛中進行，保持時間0:為30秒。
[0127] 各圖中，在中央表示第一熱處理1^的順序，進而，將熱處理的升溫中、在保持溫度 1\的保持中、冷卻后的各階段（A~E或者A~D)的空孔V(虛線）和間隙硅原子1(實線） 的晶片深度方向分布用曲線表示。
[0128] 如圖15所示，升溫過程中，從晶片表面向晶片內(nèi)注入空孔V和間隙硅原子I，兩者 的濃度逐漸上升（參照該圖中的A~C)。如果在保持溫度1\(1350°〇保持30秒，則在整 個晶片的厚度方向，空孔V和間隙硅原子I幾乎達到保持溫度1\下的熱平衡濃度。就該保 持溫度下的熱平衡濃度而言，空孔V的濃度比間隙硅原子I更高一些。如果從該保持溫 度開始對晶片進行冷卻（120°C/秒），則空孔V、間隙硅原子I都因擴散和偶湮沒而濃度 降低，但是關(guān)于其降低的程度，間隙硅原子I更顯著。因此，在晶片的冷卻后，空孔V更占優(yōu) 勢地殘存在晶片內(nèi)。
[0129] 可知進行第一熱處理^^后的空孔V的濃度為1. 0X10 13/cm3以上時，促進進行第 二熱處理HT2時的BMD的形成，預(yù)測圖15所示的第一熱處理HT:的條件下，在距空孔濃度為 1.OX1013/cm3以上的晶片表面40ym以上的深度區(qū)域形成BMD。該預(yù)測與例如在圖8等中 確認(rèn)的DZ層的寬度幾乎一致。
[0130] 與此相對，如圖16所示，減小從保持溫度!\(13501：)開始的冷卻速度馬時（5°C/ 秒），保持溫度下的保持結(jié)束時刻的空孔V和間隙硅原子I的深度方向分布與圖15所示 的情況相同，但是因為冷卻速度馬小，所以空孔V和間隙硅原子I的擴散和偶湮沒與冷卻速 度R2大的情況相比，其濃度進一步降低。特別是著眼于空孔V時，其濃度大大低于作為BMD 形成的目標(biāo)的l.〇X1013/cm3,預(yù)測未形成BMD。該預(yù)測與圖11中所示的BMD密度的測定結(jié) 果（參照該圖中的比較例1) 一致。
[0131] 另外，如圖17所示，使保持溫度1\低溫化至1250°C時，在該保持溫度！\保持30 秒后的空孔V和間隙硅原子I的濃度與圖15等的情況相比，均低一些，并且與圖15等的 情況不同，間隙硅原子I的濃度比空孔V更高一些。如果從該保持溫度1\對晶片進行冷卻 (120°C/秒），則與間隙硅原子I相比，空孔V的濃度顯著降低。其濃度低于作為BMD形成 的目標(biāo)的1. 〇X1013/cm3,預(yù)測未形成BMD。該預(yù)測與比較例2的晶片中未形成BMD的結(jié)果 (未圖不）一致。
[0132] (5)總結(jié)
[0133] 如上述那樣，氧化氣氛中，將晶片保持在1300°C~1400°C的保持溫度的范圍 內(nèi)，進一步連續(xù)進行以10°c/秒~150°C/秒的冷卻速度馬進行冷卻的第一熱處理HT:、和 在氧化氣氛中將晶片保持在800°C~1250°C的保持溫度1~2的范圍內(nèi)的第二熱處理HT2，從 而確保晶片表層的DZ層的晶體完整性，并能夠形成用于對主體賦予充分的強度和吸雜能 力的BMD。
[0134] 另外，通過在氧化氣氛中進行第一熱處理，從晶片表面向晶片表層注入間隙 氧，能夠確保該晶片表層的高強度。并且，通過在高溫的氧化氣氛中進行第一熱處理ffl\， 從而使晶體生長時導(dǎo)入的COP和BMD(BMD核）完全湮沒，能夠重置晶體生長歷程。因此，對 于像在晶片面內(nèi)包含0SF環(huán)的晶片那樣晶片本身的制造生產(chǎn)量高而面內(nèi)均勻性差的晶片， 也能夠沒有問題地采用，能夠?qū)崿F(xiàn)包括從晶體生長到晶片熱處理在內(nèi)的總的制造成本的減 少。
[0135] 應(yīng)予說明，上述的第一熱處理和第二熱處理肌2的順序畢竟只是一個例子。只 要在能夠解決確保晶片的表層和主體的強度并提高晶體品質(zhì)的面內(nèi)均勻性的本申請發(fā)明 的課題的情況下，例如，也允許隨時間經(jīng)過在1300°C~1400°C的范圍內(nèi)緩緩改變保持溫度 ，或者也允許在第一熱處理和第二熱處理HT2之間或者在其前后進行追加的熱處理。 另外，也可以設(shè)置在一系列工序的中途剝離在氧化氣氛中形成的氧化膜的工序。
【主權(quán)項】
1. 一種硅晶片的熱處理方法，具有如下工序： 第1工序，對于從通過提拉法生長的硅錠切出的硅晶片，在氧化氣氛中以1300 °C~ 1400°C的保持溫度進行熱處理； 第2工序，將在所述第1工序中熱處理的硅晶片在氧化氣氛中以10°C /秒~150°C / 秒的冷卻速度進行冷卻；以及 第3工序，將在所述第2工序中冷卻的硅晶片在氧化氣氛中以800°C~1250°C的保持 溫度熱處理1小時~100小時。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片的熱處理方法，其中，進一步具有第4工序，即，將在 所述第3工序中熱處理的硅晶片在非氧化氣氛中以800°C~1250°C的保持溫度熱處理1小 時~100小時。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅晶片的熱處理方法，其中，在所述第1工序前的階段， 所述硅晶片中存在的空洞缺陷的平均尺寸按同體積的球狀換算值計，為直徑80nm以下，并 且所述空洞缺陷的密度為100個/cm 3以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅晶片的熱處理方法，其中，通過改變所述第2工序中的 冷卻速度或者改變所述第3工序中的保持時間來改變距硅晶片表面的無缺陷層的深度。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅晶片的熱處理方法，其中，通過改變所述第2工序中的冷卻 速度或者改變所述第3工序中的保持時間來改變距硅晶片表面的無缺陷層的深度。6. -種硅晶片，其特征在于，是利用權(quán)利要求1~5中任1項所述的硅晶片的熱處 理方法進行了熱處理的硅晶片，主體的氧析出物的面內(nèi)平均密度為1.0 XlO9個/cm3~ I. 0X 101°個/cm 3,距表面的各深度位置的所述氧析出物密度的面內(nèi)偏差為1位數(shù)以內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅晶片，其特征在于，主體的全部所述氧析出物中，90%以上 的數(shù)目的氧析出物的尺寸為35~75nm的范圍內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明的課題在于確保硅晶片的表層和主體的強度，并且提高晶體品質(zhì)的面內(nèi)均勻性。解決手段為構(gòu)成硅晶片的熱處理方法，該硅晶片的熱處理方法具有如下工序：第1工序，在氧化氣氛中以1300℃～1400℃的保持溫度進行熱處理；第2工序，將上述第1工序中熱處理的硅晶片以10℃/秒～150℃/秒的冷卻速度進行冷卻；以及第3工序，將上述第2工序中冷卻的硅晶片在氧化氣氛中以800℃～1250℃的保持溫度熱處理1小時～100小時。
【IPC分類】H01L21/324, C30B33/02, H01L21/322, C30B29/06
【公開號】CN104979191
【申請?zhí)枴緾N201510167489
【發(fā)明人】須藤治生, 荒木浩司, 青木龍彥, 前田進
【申請人】環(huán)球晶圓日本股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年4月10日