本發(fā)明涉及外延硅晶片，特別涉及通過氮摻雜而吸雜能力提高的外延硅晶片。

背景技術：

作為半導體裝置的基板材料，外延硅晶片得到廣泛應用。外延硅晶片是在硅晶片上形成硅外延膜而成的產(chǎn)品，具有晶體完整性高的特點。

另一方面，半導體裝置中使用的外延硅晶片中如果存在重金屬雜質，則會導致產(chǎn)生半導體裝置的特性不良，因此必須盡量減少重金屬雜質。降低該重金屬雜質的技術之一有吸雜技術，作為該吸雜技術之一，已知在硅晶片內形成氧沉淀物(BMD: Bulk Micro Defect，體微缺陷)，使重金屬雜質捕獲于其中的、稱為內吸雜(IG: intrinsic gettering)的方法。近年來，人們希望提供形成于晶片內部的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上的外延硅晶片。

但是，在外延膜的成膜過程中，硅晶片在1000-1200℃的高溫下加熱，但此時晶片中的微小的氧沉淀核由于高溫熱處理而縮小或消失，在之后的裝置工藝中無法充分誘發(fā)BMD。另外，隨著半導體裝置的精細化，裝置工藝不斷低溫化，而由于裝置工藝的低溫化使得裝置工藝過程的氧沉淀核的生長困難，BMD密度顯著降低。因此有外延硅晶片的吸雜能力低的問題。

另一方面，為了進一步提高外延硅晶片的吸雜能力，已知有使用摻雜氮的硅晶片的方法。摻雜氮的硅晶片中，即使受到外延工序中的高溫熱處理也難以消失的、熱穩(wěn)定的BMD在單晶錠的晶體培育階段形成，因此可實現(xiàn)吸雜能力的提高。

例如專利文獻1中記載：在使用摻雜氮的硅晶片進行外延生長處理之前，在700-900℃的溫度下實施15分鐘-4小時的熱處理(預退火)，由此，不拘于從單晶錠上切割的晶片位置、可以制造BMD密度為3×10⁴個/cm²以上的外延硅晶片。另外專利文獻2中，記載了為了抑制與立式舟的C環(huán)接觸的晶片外周部的滑移位錯的生長、而將硅晶片的外周部作為OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化誘生層錯)區(qū)域的方法。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第3760889號公報

專利文獻2：日本特許第4061906號公報。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

為了提高吸雜能力，提高形成于硅晶片中的BMD密度是有效的，但是另一方面，硅晶片中的氧由于BMD的形成而被消耗，晶片中的殘留氧濃度降低。晶片中的殘留氧濃度降低導致晶片的強度降低，特別是晶片外周部的氧濃度低時，則由于熱處理時與熱處理舟的接觸導致外周部容易產(chǎn)生傷痕，在晶片外周部，有產(chǎn)生以傷痕為起點的滑移位錯的問題。

根據(jù)專利文獻1所述的方法，通過在外延生長處理之前進行的熱處理，晶片內部的BMD密度提高，可獲得吸雜能力優(yōu)異的外延硅晶片。但是對于晶片面內的BMD密度分布則并未考慮，晶片外周部的BMD密度過高，因此該外周部區(qū)域的殘留氧濃度降低，有晶片外周部容易產(chǎn)生滑移位錯的問題。

專利文獻2所述的方法中，通過由環(huán)狀的OSF區(qū)域(以下稱為“R-OSF區(qū)域”)構成晶片外周部來抑制滑移位錯的產(chǎn)生，但是在R-OSF區(qū)域上生長外延膜，則有外延膜上產(chǎn)生缺陷(外延缺陷)的問題。并且在氮濃度高時，在晶體培育階段形成的R-OSF區(qū)域的寬度變寬，因此產(chǎn)生外延缺陷的區(qū)域會擴大。

為了防止晶片外周部的滑移位錯的產(chǎn)生，本發(fā)明人進行了深入的研究，結果發(fā)現(xiàn)：對氮濃度低的硅晶片實施預退火時，在與R-OSF區(qū)域相接觸的一側的COP區(qū)域形成BMD密度降低的區(qū)域，從而想到將該BMD密度低的晶體區(qū)域有意地置于外周部，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供可確保必須的吸雜能力、同時提高晶片外周部的強度、防止滑移位錯產(chǎn)生的外延硅晶片。

解決問題的方案

為解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片是在氮濃度調節(jié)為1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的范圍內、且由COP區(qū)域構成的硅晶片表面上形成外延硅膜的外延硅晶片，其特征在于：在實施氧沉淀物評價熱處理時，形成于所述硅晶片內部的氧沉淀物密度在所述硅晶片的徑向整個范圍為1×10⁸個/cm³以上且3×10⁹個/cm³以下，且在自所述硅晶片的最外周向內1mm至10mm的外周部區(qū)域內形成的氧沉淀物的平均密度比在所述外周部區(qū)域以外的中心部區(qū)域內形成的氧沉淀物的平均密度低，且所述外周部區(qū)域的所述氧沉淀物密度的最大值與最小值之差(最大值-最小值)為3以下，且所述外周部區(qū)域的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³(Old-ASTM_F121，1979)以上。

根據(jù)本發(fā)明，可在晶片的中心部區(qū)域確保所需的BMD密度，同時可抑制晶片外周部區(qū)域的殘留氧濃度的降低。因此，可確保所需的吸雜能力，同時防止外周部區(qū)域的滑移位錯的產(chǎn)生，可提供高品質、可靠性高的外延硅晶片。

根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片中，優(yōu)選所述氧沉淀物密度的最大值位于所述外周部區(qū)域中的自所述最外周向內6mm至10mm的范圍內，所述氧沉淀物密度的最小值位于所述外周部區(qū)域中的自所述最外周向內小于6mm的范圍內。這種情況下，優(yōu)選所述外周部區(qū)域的所述氧沉淀物密度朝向所述硅晶片最外周遞減。通過該構成，可提高晶片中心部區(qū)域的BMD密度，同時提高外周部區(qū)域的殘留氧濃度，可使吸雜能力和晶片強度并存。

根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片，在實施氧化誘生層錯評價熱處理時，優(yōu)選在所述外延硅晶片的背面觀察到的氧化誘生層錯的密度為100個/cm²以下。通過該構成，晶片的整個面成為COP區(qū)域，幾乎不存在氧化誘生層錯，因此可抑制外延缺陷的產(chǎn)生。另外在晶片的外周部區(qū)域也幾乎不存在氧化誘生層錯，因此可防止外周部區(qū)域中的BMD密度升高以及殘留氧濃度降低。由此可防止晶片外周部的滑移位錯的產(chǎn)生。

本發(fā)明中，優(yōu)選所述硅晶片是由氧濃度調節(jié)為8×10¹⁷原子/cm³以上且14×10¹⁷原子/cm³以下(Old-ASTM_F121，1979)的范圍內的硅單晶錠切割的硅晶片。使硅晶片中的氧濃度范圍為該范圍，則在晶片的中心部區(qū)域中可確保所需的BMD密度，同時防止外周部區(qū)域的殘留氧濃度的降低。

優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片的直徑為300mm以上。這種情況下，優(yōu)選所述硅晶片從具有目標直徑的1.02-1.07倍的直徑的所述硅單晶錠的直筒部切割，并加工成所述目標直徑。進一步優(yōu)選在所述硅單晶錠的所述直筒部中，比所述目標直徑更外側的外周磨削區(qū)域由R-OSF區(qū)域構成。這樣，通過使硅單晶錠的直筒部的直徑為硅晶片的目標直徑的1.02-1.07倍，使硅單晶中的R-OSF區(qū)域位于外周磨削區(qū)域并除去，由此可以使硅晶片中不含R-OSF區(qū)域，同時可以使存在于與R-OSF區(qū)域的邊界附近的、BMD密度下降的區(qū)域位于晶片的外周部區(qū)域。從而可使隨著BMD密度的降低、殘留氧濃度升高的區(qū)域位于外周部區(qū)域，可以提高晶片外周部的強度。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可提供可確保必要的吸雜能力、同時提高晶片外周部的強度、防止滑移位錯產(chǎn)生的外延硅晶片。

附圖說明

圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案的外延硅晶片的制造方法的流程圖。

圖2是用于將硅單晶的截面形狀(直徑)與硅晶片對比進行說明的平面圖。

圖3是表示V/G與缺陷的種類和分布的一般關系的圖。

圖4是表示氮的摻雜量與OSF區(qū)域的關系的圖表，橫軸表示距硅單晶的中心的距離，縱軸表示V/G。

圖5是表示晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離，縱軸表示BMD密度。

圖6是表示實施例4、比較例2和比較例4的晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度。

具體實施方式

以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細說明。

圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案的外延硅晶片的制造方法的流程圖。

如圖1所示，在外延硅晶片的制造中，首先進行利用直拉法(Czochralski法，CZ法)的硅單晶的培育工序(步驟S11)。在CZ法中，將籽晶浸漬于容納在石英坩堝內的硅熔融液的液面，一邊使籽晶旋轉一邊向上方提拉，由此培育具有與籽晶相同晶體取向的硅單晶。具體來說，是依次實施：使籽晶與硅融熔融液接觸的接液工序；通過所謂的縮頸(Dash Necking)法將晶體直徑拉細的縮頸工序；將單晶直徑緩慢增粗至達到所需直徑的肩部培育工序；將晶體直徑大致保持恒定，同時持續(xù)進行單晶的培育的體部培育工序；將單晶直徑緩慢減細，從硅熔融液中脫離的尾部培育工序。

圖2是用于將硅單晶的截面形狀(直徑)與硅晶片對比進行說明的平面圖。

如圖2所示，在利用CZ法的硅單晶的培育中，提拉出硅單晶10，其具有硅晶片20的規(guī)定直徑R₂(例如300mm)的1.02-1.07倍的直徑R₁。此時，控制提拉條件，使硅單晶10中的氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³以上且為14×10¹⁷原子/cm³以下。進一步控制提拉條件，使R-OSF區(qū)域位于比規(guī)定的晶片直徑R₂更外側的外周磨削區(qū)域11。硅晶片20的外周部區(qū)域21是通過立式爐對晶片進行熱處理時支撐于立式舟的區(qū)域，是自最外周起10mm為止的區(qū)域。

利用CZ法培育硅單晶10時，該單晶所含的缺陷的種類、分布取決于單晶的提拉速度V和單晶內的生長方向的溫度梯度G之比V/G。

圖3是表示V/G與缺陷的種類和分布的一般關系的圖。

如圖3所示，V/G大時，空位過量，產(chǎn)生為空位的聚集體的微小空洞(通常稱為COP(Crystal Originated Particle，晶體原生顆粒)的缺陷)。而V/G小時，晶格間的硅原子過量，產(chǎn)生為晶格間硅的聚集體的位錯團。并且，在產(chǎn)生COP的區(qū)域和產(chǎn)生位錯團的區(qū)域之間，自V/G大的一側起，依次存在OSF區(qū)域、Pv區(qū)域、Pi區(qū)域這三個區(qū)域。OSF區(qū)域是在高溫(通常為1000-1200℃)下熱氧化時產(chǎn)生OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化誘生層錯)的區(qū)域。Pv區(qū)域是在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))下含有氧沉淀核，在實施低溫和高溫(例如800℃和1000℃)的兩步熱處理時容易產(chǎn)生氧沉淀物的區(qū)域。Pi區(qū)域是指在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))下幾乎不含有氧沉淀核，即使實施熱處理也難以產(chǎn)生氧沉淀物的區(qū)域。

V/G大時，通常OSF在硅單晶的中心軸周圍呈環(huán)狀產(chǎn)生，因此也稱為R-OSF區(qū)域。出現(xiàn)R-OSF區(qū)域的V/G的范圍非常狹窄，因此為了制造含有R-OSF區(qū)域的硅單晶10，需要提拉速度V的嚴格管理，必須進行控制，使V/G在晶體的徑向和長度方向進入適當?shù)姆秶?。首先，關于單晶的徑向，在任何位置提拉速度V均恒定，因此必須設計CZ爐內的高溫部分(熱區(qū))的結構，使溫度梯度G進入規(guī)定的范圍。接著，關于晶體的長度方向，溫度梯度G取決于晶體的提拉長度，因此為了將V/G保持在規(guī)定范圍，必須使V在晶體的長度方向上變化。

以使硅單晶中含有R-OSF區(qū)域的方式設定提拉速度分布曲線，對從提拉出的硅單晶中切割的晶片樣品進行用于Cu(銅)裝飾或OSF評價的熱處理，評價OSF區(qū)域的寬度、位置，基于該寬度、位置調整后續(xù)的提拉速度分布曲線。即，如果R-OSF區(qū)域寬，則V/G過大(V過大)，因此在后續(xù)的提拉中要將V設定得較低，相反，如果R-OSF區(qū)域狹窄，則V/G過小(V過小)，因此在后續(xù)的提拉中要將V設定得較高。

如以上所述，通過以R-OSF區(qū)域的寬度、位置作為指標來調整后續(xù)的提拉速度分布曲線，可以將在外周磨削區(qū)域11含有R-OSF區(qū)域的硅單晶10穩(wěn)定地提拉。作為此時的晶體熱歷程，優(yōu)選使1080℃-1150℃的溫度區(qū)域為40分鐘以下，使980℃-1020℃的溫度區(qū)域為30分鐘以下，使650℃-750℃的溫度區(qū)域為150分鐘以下。

在硅單晶10中摻雜1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的氮。通過摻雜氮可以提高晶片面內的BMD密度，由此可以提高外延硅晶片的吸雜能力。

氮的摻雜量優(yōu)選為1×10¹³原子/cm³以下。通過增加氮的摻雜量，可以提高晶片整個面的BMD密度，可容易地確保必要的吸雜能力，但在圖1所示的晶片的外周部區(qū)域21中，BMD密度進一步提高，晶片中的殘留氧濃度相反降低，由于殘留氧濃度的降低，晶片的強度降低，容易產(chǎn)生滑移位錯。另外，氮的摻雜量越多則R-OSF區(qū)域的寬度越寬，因此難以控制提拉條件以使硅晶片不含R-OSF區(qū)域。

圖4(a)和(b)是表示氮的摻雜量與R-OSF區(qū)域的關系的圖表，圖4(a)表示氮的摻雜量多時的R-OSF區(qū)域，圖4(b)表示氮的摻雜量少時的R-OSF區(qū)域。另外，圖4(a)和(b)的圖表的橫軸表示距硅單晶的中心的距離，縱軸表示V/G。

如圖4(a)和(b)所示，氮的摻雜量多時的R-OSF區(qū)域的寬度Wa比氮的摻雜量少時的R-OSF區(qū)域的寬度Wb寬。因此，氮的摻雜量多時，難以將R-OSF區(qū)域配置在硅晶片20的外側。R-OSF區(qū)域是即使在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))也含有OSF的核、即板狀的氧沉淀物的區(qū)域，因此在晶片外周部區(qū)域21含有R-OSF區(qū)域時，晶片外周部區(qū)域21的BMD密度高，且殘留氧濃度降低，晶片的外周部區(qū)域21的強度降低。

這里，在本實施方案中，盡可能地減少氮的摻雜量，將晶片外周部區(qū)域21的BMD密度抑制為較低，同時盡可能地縮窄R-OSF區(qū)域的寬度，使R-OSF區(qū)域被限制在硅晶片20的外側的外周磨削區(qū)域11內。進一步如后所述，通過使R-OSF區(qū)域的邊界附近處于外周部區(qū)域21的位置，由此可以降低外周部區(qū)域21的BMD密度，可以提高外周部區(qū)域21的強度，抑制滑移位錯的產(chǎn)生。

接著加工硅單晶，制作硅晶片(拋光晶片)(圖1的步驟S12)。硅晶片是將硅單晶錠切割成一定的塊大小，進行用于使直徑一致的修圓加工(外周磨削)，然后經(jīng)過切片工序、倒角(beveling)工序、研磨工序、蝕刻工序、拋光工序、清洗工序等，由此進行制作。修圓加工中，除去比晶片的目標直徑R₂更外側的外周磨削區(qū)域11，由此除去R-OSF區(qū)域。這樣加工的硅晶片的整個面由COP區(qū)域構成。

需說明的是，COP區(qū)域是指通過以下說明的觀察評價檢出COP的區(qū)域。首先對硅晶片進行SC-1清洗(即，用將氨水和雙氧水和超純水以1:1:15混合而成的混合液進行的清洗)，將清洗后的硅晶片表面用表面缺陷檢查裝置(例如KLA-Tencor公司制造，Surfscan SP-2)進行觀察評價，確定被推測為表面凹坑的亮點缺陷(LPD)。此時，將觀察模式設為傾斜(Oblique)模式(傾斜入射模式)，表面凹坑的推測是根據(jù)Wide Narrow頻道的檢出尺寸比進行的。使用原子力顯微鏡(AFM)，對這樣確定的LPD評價是否為COP。通過該觀察評價，將觀察到COP的區(qū)域定義為COP區(qū)域。

所制作的硅晶片的整個面是否是COP區(qū)域，這可通過對晶片樣品進行使OSF顯現(xiàn)的評價熱處理(氧化誘生層錯評價熱處理)來確認(圖1的步驟S13)。具體來說，作為評價熱處理，是在濕氧氣氛下對晶片樣品實施例如1140℃×2小時的氧化熱處理，然后對晶片表面用賴特(Wright)蝕刻液進行2μm蝕刻的處理，然后通過光學顯微鏡測定在晶片表面觀察到的蝕刻凹坑，由此計數(shù)OSF密度。氧化熱處理的溫度可以是1000-1200℃，熱處理時間可以是1-16小時。所觀察的硅晶片的OSF密度為100個/cm²以下時，可以認為硅晶片的整個面為COP區(qū)域。如果OSF密度為100個/cm²以下，則可抑制外延缺陷的產(chǎn)生。

接著，進行使BMD核生長的退火處理(預退火)(圖1的步驟S14)。預退火是以低于900℃的溫度進行的10-60分鐘的熱處理。如上所述，如果減少硅晶片中的氮摻雜量，則晶片整個面的BMD密度降低，無法在晶片的中心部區(qū)域獲得所需的BMD密度(例如1×10⁸個/cm³以上)。特別是，如果不進行預退火就實施外延工序，則非常小的氧沉淀核在外延工序中消失，因此無法獲得所需的BMD密度。但是在進行外延工序之前進行預退火的情況下，即使氮的摻雜量少時也可以確保所需的BMD密度。

進而，本實施方案中，通過將R-OSF區(qū)域配置在外周磨削區(qū)域11，可以減小晶片外周部區(qū)域21的BMD密度。

圖5是表示晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度(個/cm³)。硅晶片的直徑為300mm，最外周的位置距晶片的中心150mm。從而，距最外周1mm的位置是距晶片的中心149mm，距最外周10mm的位置是距晶片的中心140mm。硅晶片20的外周部區(qū)域21定義為距最外周1至10mm的范圍。比硅晶片20的最外周更外側的是硅單晶的外周磨削區(qū)域11。

如圖5所示，硅晶片20的整個面是COP區(qū)域，R-OSF區(qū)域位于外周磨削區(qū)域11。晶片半徑方向的BMD密度在中心部區(qū)域22內大致恒定，但可見在與R-OSF區(qū)域的邊界附近的外周部區(qū)域21中一度降低，而在R-OSF區(qū)域再次升高的傾向。

本實施方案著眼于這樣的BMD密度降低的現(xiàn)象，通過使R-OSF區(qū)域位于硅單晶的外周磨削區(qū)域11，同時使R-OSF區(qū)域和COP區(qū)域的邊界附近的BMD密度降低的區(qū)域位于晶片外周部區(qū)域21，由此使晶片外周部區(qū)域21的BMD密度減小。

接著，進行在硅晶片的表面形成硅的外延膜的外延工序(圖1的步驟S15)。該外延方法沒有特別限定，就直徑300mm以上的大口徑硅晶片而言，優(yōu)選使用單片式的氣相生長裝置。硅晶片設置于氣相生長裝置的室內，三氯硅烷(SiHCl₃)等原料氣體與H₂氣等載氣和摻雜劑氣體一起導入室內，使通過原料氣體的熱分解或還原生成的硅以反應速度0.5-0.6μm/分鐘在加熱至1000-1200℃高溫的硅晶片上生長。然后進行硅晶片的清洗，由此完成外延硅晶片。

這樣制造的外延硅晶片的BMD密度分布，可通過進行模仿裝置工藝的評價熱處理(氧沉淀物評價熱處理)使BMD核生長來確認(步驟S16)。需說明的是，所謂BMD密度，對于外延硅晶片，在氧氣氣氛中進行900-1100℃×16小時的氧沉淀物評價熱處理，然后將外延硅晶片沿厚度方向劈開，使用賴特蝕刻(Wright Etching)液對該劈開截面進行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后用光學顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，將100μm×100μm見方面積內的蝕刻凹坑密度定義為BMD密度。根據(jù)本實施方案的外延硅晶片中，關于BMD密度具有以下特征。

首先，晶片整個面的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上。這樣，晶片整個面的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上，由此可以提高外延硅晶片的吸雜能力。另外晶片整個面的BMD密度優(yōu)選為3×10⁹個/cm³以下。晶片的BMD密度過高，則晶片中的殘留氧濃度降低，由此晶片的強度降低，特別是在晶片的外周部區(qū)域21容易產(chǎn)生滑移位錯。

另外自晶片的最外周(邊緣)向內1mm至10mm的外周部區(qū)域21內的BMD密度，與比外周部區(qū)域21靠內的中心部區(qū)域內的BMD密度相比更低。這樣，晶片的外周部區(qū)域21的BMD密度比中心部區(qū)域內的BMD密度低，由此可提高外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，可抑制滑移位錯的產(chǎn)生。

另外，自晶片的最外周向內1至10mm的外周部區(qū)域21中的BMD密度朝向晶片的最外周遞減，將外周部區(qū)域21中的BMD密度的最大值(Max)和最小值(Min)之差除以外周部區(qū)域21中的BMD密度的平均值(Ave)，所得的值((Max-Min)/Ave:BMD密度的偏差)為3以下。并且BMD密度的最大值存在于自晶片的最外周向內6-10mm的范圍內，BMD密度的最小值存在于距晶片的最外周小于6mm的范圍內。這樣，在外周部區(qū)域21中，BMD密度降低，由此可提高晶片外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，由此可提高晶片外周部區(qū)域21的強度。需說明的是，使晶片外周部區(qū)域21為距晶片的最外周1mm以上的范圍的理由不僅是由于晶片的邊緣被斜切，還由于在最外周(距最外周0mm)的位置處BMD密度的測定本身是不可能的。

另一方面，外周部區(qū)域21的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³以上。外周部區(qū)域21的殘留氧濃度設為8×10¹⁷原子/cm³以上，由此可抑制滑移位錯的產(chǎn)生。BMD密度越低的區(qū)域，晶片中的殘留氧濃度越高，BMD密度越高的區(qū)域則晶片中的殘留氧濃度越低。這可認為是由于晶片中的氧由于BMD形成而被消耗，氧沉淀物越增加則殘留氧越減少。本發(fā)明中，外周部區(qū)域21的BMD密度低，因此可以提高外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，可以提高外周部區(qū)域21的晶片強度。

如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方案的外延硅晶片中，在晶片外周部區(qū)域21的BMD密度低，因此可提高晶片的外周部區(qū)域21的強度，可防止滑移位錯的產(chǎn)生。因此，在通過立式爐對晶片進行熱處理時，可防止容納于立式舟的晶片的支撐位置產(chǎn)生微小傷痕、并以該傷痕為起點產(chǎn)生滑移位錯并延伸的情況。

以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行了說明，本發(fā)明并不限于上述實施方案，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內可進行各種變更，它們當然也包含在本發(fā)明的范圍內。

例如在上述實施方案中，主要以直徑300mm的晶片為對象進行了說明，也可以是直徑300mm以上的晶片，例如可以以直徑450mm的晶片為對象。

實施例

第一，進行以氮濃度、氧濃度和預退火的有無為參數(shù)的外延硅晶片的特性評價。

該特性評價中，通過CZ法培育摻雜氮的直徑310mm的硅單晶，通過外周磨削將硅單晶的直徑修圓為300mm，然后實施晶片加工。接著，在實施外延工序之前對一部分晶片樣品在890℃下進行20分鐘的熱處理，作為預退火。外延工序中，在1100℃的溫度下將4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的測定中，在氧氣氣氛中進行1000℃×16小時的評價熱處理后，將外延硅晶片沿厚度方向劈開，用賴特蝕刻液對劈開截面進行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后通過光學顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，測定BMD密度。BMD密度的測定是自晶片的中心起沿半徑方向以10mm間距進行的，特別在晶片外周部區(qū)域(距最外周1mm至10mm)是以1mm間距進行的。

外延硅晶片中的殘留氧濃度的測定是自晶片的中心起沿半徑方向以1mm間距進行的，并求出其平均值。

滑移耐性試驗中，通過具有支撐晶片的外周部區(qū)域的舟形狀的立式爐進行追加的熱應力負荷熱處理。熱應力負荷熱處理條件設為：投入溫度700℃，升溫速度8℃/分鐘，在1100℃下保持30分鐘，降溫速度3℃/分鐘，取出溫度700℃。通過X射線形貌學觀察熱處理后的晶片，將滑移位錯長度低于2mm的評價為“○”，2-5mm的評價為“△”，超過5mm的評價為“×”。

在吸雜能力的評價中，在上述評價熱處理后的外延硅晶片的表面以1×10¹²原子/cm²涂布Ni，在900℃的溫度下進行30分鐘的熱處理，然后對晶片的表面進行2μm的賴特蝕刻。用光學顯微鏡觀察賴特蝕刻后的晶片的表面，將未觀察到硅化鎳的凹坑的記為“○”，觀察到凹坑的記為“×”。

在表1中示出上述評價試驗的結果。實施例1-6是本發(fā)明技術，比較例1-5是以往技術。

[表1]

由表1可知，滿足本發(fā)明的條件的實施例1-6可兼顧滑移耐性和吸雜能力。

而比較例1的氮濃度低，未進行預退火，因此得到BMD濃度低，吸雜能力不足的結果。

比較例2也未進行預退火，但氮濃度為5×10¹³原子/cm³，較高，因此確認了可獲得吸雜能力的BMD密度，但晶片的外周部區(qū)域的最低殘留氧濃度為7.8×10¹⁷原子/cm³，為較低的殘留氧濃度。另外晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)為3.8，較大，得到滑移長度變長的結果。這可以認為是，由于晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差過大，導致晶片的支撐位置的傳熱改變而應力增大的結果。

比較例3也與比較例2同樣，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度為7.5×10¹⁷原子/cm³，是8×10¹⁷原子/cm³以下的低殘留氧濃度，BMD密度的偏差((Max-Min)/Ave)為5.7，也較大，得到滑移長度進一步變長的結果。

比較例4和5均是使用了氮濃度比1×10¹³原子/cm³高的晶片，進行了預退火處理時的結果。晶片內可確認超過3×10⁹個/cm³的BMD密度。過度的BMD形成誘發(fā)以BMD為起因的外延缺陷的產(chǎn)生，因此不優(yōu)選。另外，晶片的外周部區(qū)域的BMD密度也高，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度低，因此得到滑移耐性差的結果。

圖6是表示上述實施例4、比較例2和比較例4的晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度。表2表示晶片的外周部區(qū)域的BMD密度分布。

如圖6所示，實施例4和比較例4的BMD密度在晶片的外周部區(qū)域呈遞減的分布，比較例4的BMD密度為1×10⁹個/cm³，為高密度，吸雜能力充分，但晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³，因此可知滑移長度長，滑移耐性低。

關于比較例2，BMD密度呈朝向晶片的最外周升高的分布，外周部區(qū)域的BMD密度為1×10⁹個/cm³以上，為高密度，BMD密度高導致殘留氧濃度降低，由此得到滑移耐性劣化的結果。

由以上結果可知，BMD密度在晶片面內為1×10⁸個/cm³以上(且為1×10⁹個/cm³以下)，優(yōu)選面內分布為在晶片的外周部區(qū)域呈遞減的分布。

表2是對于上述實施例4、比較例2和比較例4的晶片沿徑向以1mm間隔的間距詳細調查BMD密度分布的結果。由表2可知，如果BMD密度的最大值存在于距晶片的中心140-144mm(距最外周6-10mm)的范圍內，BMD密度的最小值存在于距晶片的中心超過144mm(距最外周小于6mm)的范圍內，則可確認是滑移耐性優(yōu)異的晶片。

[表2]

第二，對使用氮濃度和直徑不同的多個硅單晶制造的外延硅晶片進行特性評價。

該特性評價中，通過CZ法培育氮濃度不同的多個硅單晶，通過外周磨削將硅單晶的直徑修圓為300mm，然后實施晶片加工。培育硅單晶時，使晶體直徑變化，使1根硅單晶錠中含有外周磨削區(qū)域變寬的部位和變窄的部位。

接著，求出經(jīng)加工的硅晶片(拋光晶片)的OSF密度的最大值。OSF密度的測定中，在1140℃的溫度下進行2小時的評價熱處理，進行2μm的賴特蝕刻，然后通過光學顯微鏡測定晶片表面的OSF密度。

接著，在實施外延工序之前，作為硅晶片的預退火，在890℃下進行20分鐘的熱處理。然后，在外延工序中，在1100℃的溫度下將4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的測定中，在氧氣氣氛中進行1000℃×16小時的評價熱處理后，將外延硅晶片沿厚度方向劈開，使用賴特蝕刻液對劈開截面進行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后通過光學顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，測定BMD密度。BMD密度的測定是自晶片的中心起沿半徑方向以10mm間距進行的，特別在晶片的外周部區(qū)域(距最外周1mm至10mm)是以1mm間距進行的。

滑移耐性試驗中，通過具有支撐晶片的外周部區(qū)域的舟形狀的立式爐進行追加的熱應力負荷試驗。熱應力負荷試驗的條件設為：投入溫度700℃，升溫速度8℃/分鐘，在1100℃下保持30分鐘，降溫速度3℃/分鐘，取出溫度700℃。通過X射線形貌學觀察試驗后的晶片，將滑移位錯長度低于2mm的評價為“○”，2-5mm的評價為“△”，超過5mm的評價為“×”。

上述評價試驗的結果示于表3，實施例1-9是本發(fā)明技術，比較例1-9是以往技術。需說明的是，實施例1、4、7和比較例1等的氮濃度相同的晶片是指從同一硅單晶錠上切割的晶片。

[表3]

由表1可知，滿足本發(fā)明的條件的實施例1-9中，氮濃度為1.0×10¹²-1.0×10¹³原子/cm³，較低，硅單晶相對于晶片直徑的直徑比為1.02-1.07。這些晶片的OSF密度為100個/cm²以下，是晶片整個面為COP區(qū)域的晶體。另外，外延硅晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)為3以下，滑移耐性也良好。

而在比較例1-3中，硅單晶的直徑比為1.01，較小，另外OSF密度的最大值為109-163個/cm²，較大，由此可知，R-OSF區(qū)域不僅存在于硅單晶的外周磨削區(qū)域，也存在于硅晶片內。由于其影響誘發(fā)外延缺陷，結果使外延品質劣化。

比較例4-6中，氮濃度為1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，較高，OSF環(huán)的寬度較寬，因此，即使將直徑比為1.05的硅單晶進行修圓加工，也無法排除R-OSF區(qū)域，結果是OSF密度非常高。由于該影響，得到誘發(fā)外延缺陷的結果。還可知，晶片外周部區(qū)域的BMD密度也高，偏差為3以上，滑移耐性也劣化。

比較例7-9的氮濃度為1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，為高濃度，但硅單晶的直徑比為1.08，較大，因此可以通過修圓加工將R-OSF區(qū)域排除。但是晶片的外周部區(qū)域的BMD密度也高，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度低，因此得到滑移耐性差的結果。另外，硅單晶的直徑需要為324mm，晶片制造時需要更多的硅原料。因此生產(chǎn)能力差，結果不適合量產(chǎn)。

符號說明

10 硅單晶

11 硅單晶的外周磨削區(qū)域

20 硅晶片

21 硅晶片的外周部區(qū)域

22 硅晶片的中心部區(qū)域

R₁ 硅單晶的直徑

R₂ 硅晶片的直徑。