專利名稱：退火晶片的制造方法以及退火晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種退火晶片的制造方法以及退火晶片，特別涉及一種即使是大口徑晶片，也可降低滑動位錯產(chǎn)生的退火晶片的制造方法以及退火晶片。
背景技術(shù)：
近年來，推動器件工藝的高積體化、微細化，對硅晶片而言，謀求提升捕獲表層的器件活性區(qū)域的完全性與內(nèi)部(bulk)中的氧析出物構(gòu)成的內(nèi)部微小缺陷(BMD)的增加等引起的金屬等雜質(zhì)的吸附能力。
對上述要求而嘗試各種方法。例如，為了消除晶片表面的缺陷(主要是生長(Grown in)缺陷)，對于用切克勞斯基法(CZ法)而獲得的晶片而言，在氬氣、氫氣或上述氣體的混合氣體環(huán)境中，以1100至1350℃進行10至600分鐘左右的高溫?zé)崽幚?退火)。在該高溫退火中，將高溫退火溫度設(shè)為1100℃以上的原因是為了有效消除缺陷，又通過設(shè)為1350℃以下，可防止晶片的變形與金屬污染等問題。
然而，對直徑不小于200mm的硅晶片進行上述高溫退火時，明顯產(chǎn)生從晶片背面貫通表面的滑動位錯(スリツプ転位)，可以目測檢查或微粒計數(shù)器檢測出來。
這種滑動位錯已知主要是因自身重量引起而產(chǎn)生的，這種滑動位錯是晶片的口徑愈大有愈容易產(chǎn)生的傾向。即，與對直徑200mm的晶片施加高溫退火時相比，對直徑不小于300mm的大口徑硅晶片施加高溫退火時，使滑動位錯明顯增加，以致要防止該滑動位錯的產(chǎn)生極為困難。這種滑動位錯在器件工序進一步生長，而導(dǎo)致成為器件工序不良的原因，也成為產(chǎn)率降低的要因。
另外，一般在進行高溫退火時，為了支持晶片而使用晶片支持機構(gòu)(晶舟)，通常使用3點支持或4點支持的支持機構(gòu)。然而，以4點支持的晶舟支持晶片時，理論上施加在1點的應(yīng)力應(yīng)小于3點支持，但是實際上在觀看退火晶片的滑動位錯產(chǎn)生的傾向時，是從4點中的3點產(chǎn)生滑動位錯。因此，晶片的支持不是將應(yīng)力平均施加于4點，主要是以4點中的3點予以支持，可知應(yīng)力為不均勻地施加于晶片。此外，使用3點支持的晶舟支持晶片時，由于對3點施加均勻的應(yīng)力，故與4點支持的晶舟相比應(yīng)力分散，使進行高溫退火的退火晶片產(chǎn)生滑動位錯。
控制這種滑動位錯的方法，一般已知有最適化升溫速度的方法等。然而，通過最適化升溫速度，使升溫速度變慢，實質(zhì)上與高溫的退火時間變長相等，不是根本的滑動位錯控制策略。再者，由于拖延退火工序所花費的時間，結(jié)果將導(dǎo)致生產(chǎn)性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是有鑒于上述問題點而研創(chuàng)的，目的在于提供一種退火晶片的制造方法以及退火晶片，即使為不小于300mm的大口徑單晶硅晶片，也可抑制在進行高溫退火時產(chǎn)生的滑動位錯。
為達成上述目的，本發(fā)明提供一種退火晶片的制造方法，在氬氣、氫氣、或上述氣體的混合氣體環(huán)境下，以1100至1350℃的溫度對用切克勞斯基法(CZ)法制作出的單晶硅晶片，進行10至600分鐘的高溫退火，其特征在于在進行退火時通過支持機構(gòu)對上述單晶硅晶片僅支持距離晶片外周端不小于5mm晶片中心側(cè)的區(qū)域，且在進行上述高溫退火之前，以未滿上述高溫退火的溫度進行預(yù)退火，使氧析出物生長。
如此，通過在進行上述高溫退火時，通過支持機構(gòu)對上述單晶硅晶片僅支持距離晶片外周端不小于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域，可防止從氧析出量低的晶片外周端至5mm以內(nèi)的晶片周邊區(qū)域的滑動位錯的產(chǎn)生。另外，由于通過增大氧析出物的尺寸而可抑制滑動位錯，故在進行高溫退火之前，以未滿高溫退火的溫度進行預(yù)退火，由此以使晶片中的氧析出物大幅生長，由此，可控制晶片中心側(cè)的區(qū)域的晶片與支持機構(gòu)的接觸部的滑動位錯的產(chǎn)生。
此時，在950至1050℃的溫度范圍內(nèi)進行1至16小時使上述氧析出物生長的預(yù)退火。
如此，通過將進行使氧析出物生長的預(yù)退火的溫度范圍設(shè)為不低于950℃以上，不致花費時間而可有效地使氧析出物生長，另外，通過設(shè)為1050℃以下，滑動位錯將不會產(chǎn)生，而可使氧析出物生長。而且，通過進行預(yù)退火1小時以上，為了抑制滑動位錯以使氧析出物生長至所需的尺寸。然而，此外，當(dāng)進行預(yù)退火超過16小時使氧析出物生長時，由于容易因氧析出效果引起晶片變形，故預(yù)退火時間以在16小時以內(nèi)為佳。
再者，將通過支持機構(gòu)支持上述單晶硅晶片的區(qū)域，設(shè)在距離晶片中心不小于晶片半徑的60％的外側(cè)為佳。
如此，通過將通過支持機構(gòu)支持上述單晶硅晶片的區(qū)域，設(shè)于距離晶片中心不小于晶片半徑的60％的外側(cè)，可使施加于晶片的應(yīng)力均勻分散。
再者，此時，使進行上述預(yù)退火的單晶硅晶片為，以1×1013至5×1015atoms/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧設(shè)為含有10至25ppma(JEIDA日本電子工業(yè)振興協(xié)會規(guī)格)的單晶硅晶片。
如此，通過晶片的氮濃度在1×1013cm3以上，可容易獲得用以抑制滑動位錯的有效氧析出物密度(例如1×109cm3以上)，另外，通過氮濃度為5×1015atoms/cm3以下，也不致妨礙在拉制CZ單結(jié)晶時的單結(jié)晶化。而且，通過晶片的氧濃度為10至25ppma(JEIDA日本電子工業(yè)振興協(xié)會規(guī)格)，不致因氧析出物引起滑動位錯，可因氮摻雜效果獲得足夠的氧析出密度。
然后，根據(jù)本發(fā)明，即使進行上述預(yù)退火的單晶硅晶片為直徑不小于300mm的大口徑晶片，也可抑制因高溫退火所產(chǎn)生的滑動位錯的產(chǎn)生。
再者，根據(jù)本發(fā)明，提供一種進行高溫退火的高品質(zhì)晶片，可抑制滑動位錯的產(chǎn)生。
如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明，提供一種在進行1100℃以上的高溫退火時，通過支持機構(gòu)僅支持單晶硅晶片距離晶片外周端不低于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域，且在進行高溫退火之前，通過以未滿高溫退火的溫度進行預(yù)退火，可以提供一種直徑不小于300mm的大口徑單晶硅晶片也無滑動位錯的退火晶片。


圖1是通過支持機構(gòu)支持硅晶片時的晶片與支持機構(gòu)的接觸部分的圖。
具體實施例方式
以下，說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不定于此。
已知，在使用氬氣或氫氣等進行高溫(1100至1350℃)熱處理的高溫退火中，對直徑不小于200mm或300mm的大口徑晶片進行熱處理時，有晶片背面貫通于表面的滑動位錯明顯產(chǎn)生的問題。
因此，本發(fā)明人等，因這種退火晶片所產(chǎn)生的滑動位錯是從晶片與晶片的支持機構(gòu)的接觸部分產(chǎn)生，故在單晶硅晶片進行高溫退火時，若可在硅晶片與支持機構(gòu)的接觸部上有效控制滑動位錯的產(chǎn)生，則推測可降低在晶片產(chǎn)生的滑動位錯，根據(jù)重復(fù)的精辟檢討，而完成本發(fā)明。
即，對于切割用CZ法育成的單結(jié)晶晶錠并經(jīng)研磨的鏡面晶片而言，在氬氣、氫氣或上述氣體的混合氣體環(huán)境中，以1100至1350℃進行10至600分鐘左右的高溫?zé)崽幚?退火)時，在高溫?zé)崽幚頎t投入單結(jié)晶晶片，通過支持機構(gòu)僅支持距離單晶的外周端不低于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域，且在進行高溫退火之前，以未滿高溫退火的溫度進行預(yù)退火，使氧析出物生長，由此制作出可降低產(chǎn)生滑動位錯的退火晶片。
利用CZ法育成的硅晶棒所獲得的硅晶片，晶片周邊部為氧濃度較低的部分，因而，該周邊部的氧析出量也為較低的區(qū)域。該氧析出量的較低區(qū)域的大部分，一般是從晶片外周端至5mm以內(nèi)的晶片周邊區(qū)域。氧析出物具有抑制滑動位錯的產(chǎn)生的效果，因此，硅晶片在這種氧析出較低的區(qū)域通過支持機構(gòu)加以支持進行高溫退火時，與氧析出量較多的區(qū)域相比，將降低滑動位錯的抑制效果，且使退火晶片的滑動位錯的產(chǎn)生頻率變高。從而，通過僅在距離其外周端至不小于5mm的晶片中心側(cè)區(qū)域上支持單晶硅晶片，可防止晶片周邊區(qū)域的滑動位錯的產(chǎn)生。
另外，此時為了確實抑制因高溫退火引起滑動位錯產(chǎn)生，在硅晶片與支持機構(gòu)的接觸部上的抑制滑動位錯的生長，必須形成具有足夠大小的氧析出物。因此，在進行高溫退火之前，以未滿高溫退火的溫度進行預(yù)退火，可使氧析出物充分生長，由此確實抑制在硅晶片與支持機構(gòu)的接觸部上所產(chǎn)生的滑動位錯。
從而，即使是直徑不小于300mm的大口徑單晶硅晶片，在進行高溫退火時，僅在距離其外周端不小于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域上支持晶片，且以未滿高溫退火的溫度進行預(yù)退火，可獲得無滑動位錯的大口徑退火晶片。
另外此時，支持晶片的區(qū)域不能太靠近晶片的中心側(cè)，否則施加于晶片的應(yīng)力的平衡將變差(變成僅支持晶片的中央?yún)^(qū)域)。因此，通過支持機構(gòu)支持單晶硅晶片的區(qū)域設(shè)在距離晶片中心不小于晶片半徑的60％的外側(cè)為佳。
另外，在進行預(yù)退火時，預(yù)退火的溫度在未滿950℃時，由于必須花費相當(dāng)?shù)臅r間使氧析出物生長，因此較沒有效率，另外，當(dāng)超過1050℃時，在氧析出物生長的同時也有產(chǎn)生滑動位錯的可能。因此，進行預(yù)退火的溫度范圍以950至1050℃為佳。
而且，通過至少進行預(yù)退火1小時以上，可有效抑制滑動位錯或氧析出物的生長尺寸。然而，若預(yù)退火超過16小時，則其后的熱處理工序容易因氧析出效果引起晶片變形，故預(yù)退火的時間在16小時以內(nèi)較佳。
此時，預(yù)退火與1100℃以上的高溫退火可以將晶片從爐中取出可連續(xù)進行，也可以在進行預(yù)退火之后，暫時降溫并從爐出取出晶片，重新投入熱處理爐中進行高溫退火。
再者，本發(fā)明所使用的晶片以摻雜氮的單晶硅晶片較佳，若為以1×1013/cm3以上的濃度摻雜氮的單晶硅晶片，可獲得能抑制滑動位錯的有效氧析出物密度(例如1×109/cm3以上)。然而，在氮濃度超過5×1015/cm3時，在拉制CZ單結(jié)晶時，有可能妨礙單結(jié)晶化，招致生產(chǎn)性降低。因此，在單結(jié)晶晶片所摻雜的氮濃度以1×1013至5×1015/cm3為佳。
另外，此時，晶片所含有的晶格間氧若為10ppm(JEIDA)以上的濃度，則因摻雜氮可獲得充足的氧析出密度。然而，當(dāng)晶格間氧濃度超過25ppma時氧析出物過多，容易因析出物引起新的滑動位錯。因此，單晶硅晶片所包含的晶格間氧濃度以10至25ppma較佳。
以下，具體說明本發(fā)明的實施例及比較例，但本發(fā)明并不限定于此。
(實施例、比較例)首先，在石英坩鍋放入原料多晶硅，在此投入附氮化膜的硅晶片，并利用CZ法育成摻雜氮的直徑300mm、P型、方位<100>的單晶硅晶錠。此時，所獲得的單晶硅晶錠的氮含有量為5×1015atoms/cm3(計算值)，氧含有量為14ppma(JEIDA)。繼而，將單結(jié)晶晶錠切為薄片并進行磨光、倒角、研磨，來準備鏡面晶片。
此時，使用與上述鏡面晶片相同規(guī)格的晶片，進行1050℃、10小時的熱處理之后，以O(shè)PP(Optical Precipitate Profiler)觀察氧析出物密度。結(jié)果，顯示1×109個/cm3左右的密度。從而，確定在該晶片中存在多數(shù)以1050℃的熱處理無法消滅的氧析出物(氧析出核)。
繼而，以下述的退火條件對所獲得的鏡面晶片進行熱處理。下述的熱處理是使用任一個與300mm對應(yīng)的縱型爐(日立國際電氣公司制Zestone)而進行。熱處理爐的投入條件是在700℃將單晶硅晶片投入爐中，此時的晶舟速度設(shè)為50mm/min。另外，熱處理條件是升溫速度為5℃/min、降溫速度為2℃/min、在100％氬的熱處理環(huán)境中進行。
退火條件1升溫至900℃，以900℃保持1小時，再升溫至1150℃，以1150℃保持1小時。然后降溫，到700℃時取出晶片。
退火條件2升溫至950℃，以950℃保持1小時，再升溫至1150℃，以1150℃保持1小時。然后降溫，到700℃時取出晶片。
退火條件3升溫至1000℃，以1000℃保持4小時，再升溫至1150℃，以1150℃保持1小時。然后降溫，到700℃時取出晶片。
退火條件4升溫至1150℃，以1150℃保持1小時。然后降溫，到700℃時取出晶片。
再者，支持硅晶片的支持機構(gòu)(晶舟)準備與晶片的接觸部分如圖1所示的3種晶舟。在圖1中，黑色部分顯示硅晶片與晶舟的接觸部分。首先，晶舟1是使用距離晶片的外周端10mm的位置上具有支持部(與晶舟的接觸部)的4點支持晶舟(a)；晶舟2是使用晶片的支持部從晶片外周端至30mm內(nèi)側(cè)的一般4點支持晶舟(b)；晶舟3是使用比一般的晶片支持部使用的晶舟長，從晶片外周端至中央?yún)^(qū)域的4點支持晶舟(c)。
組合以上3種晶舟與4種退火條件所獲得的合計12種條件，進行退火處理，然后，通過表面檢查裝置SP-1(KLA-Tencor公司制)觀察以各條件所獲得的退火晶片表面，進行滑動位錯的產(chǎn)生(所產(chǎn)生的滑動位錯總長度L)的檢查。其結(jié)果顯示于下表1。
(表1)

○無滑動位錯產(chǎn)生(L≤30mm)
△產(chǎn)生少量的滑動位錯(30mm＜L＜100mm)×產(chǎn)生滑動位錯(L≥100mm)如表1所示，使用僅在距離晶片的外周端不小于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域上具有支持部的晶舟1，在進行950℃、1小時(退火條件2)或1000℃、4小時(退火條件3)的預(yù)退火的退火晶片(實施例2及實施例3)上，觀察晶片表面沒有滑動位錯的產(chǎn)生。相對于此，當(dāng)于從晶片外周端至5mm以內(nèi)的晶片周邊區(qū)域上使用與晶舟具有接觸部的晶舟2及晶舟3時，即使在預(yù)退火使氧析出物充分生長的退火條件2及3下進行熱處理(比較例3、4、7及8)，在晶片的周邊區(qū)域上可觀察出滑動位錯。
另外，即使僅于晶片中心側(cè)的區(qū)域上使用具有支持部的晶舟1，不進行預(yù)退火而以進行高溫退火的退火條件4進行熱處理時(比較例1)、在所獲得的退火晶片中心側(cè)的區(qū)域上，觀察出與晶舟的接觸部分產(chǎn)生的滑動位錯。另外，在預(yù)退火溫度低，時間也短的退火條件1下，氧析出物的生長不足(實施例1)。
此外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式。上述實施方式僅為例示，舉具有與本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的技術(shù)思想實質(zhì)上相同的構(gòu)成，且可達到相同作用效果的，皆包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，在上述實施方式中，雖舉出將高溫?zé)崽幚淼沫h(huán)境設(shè)為氬環(huán)境時的例子，但本發(fā)明也同樣可應(yīng)用在氫、氫與氬的混合環(huán)境中進行高溫?zé)崽幚淼那闆r，另外，高溫?zé)崽幚頊囟然驘崽幚頃r間在本發(fā)明的范圍內(nèi)也同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種退火晶片的制造方法，在氬氣、氫氣、或上述氣體的混合氣體環(huán)境下，以1100至1350℃的溫度對用CZ法制作出的單晶硅晶片，進行10至600分鐘的高溫退火者，其特征在于，在進行退火時，通過支持機構(gòu)對上述單晶硅晶片僅支持距離晶片外周端不小于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域，且在進行上述高溫退火之前，以未滿上述高溫退火的溫度進行預(yù)退火，使氧析出物生長。
2.如權(quán)利要求1的退火晶片的制造方法，其特征為，在950至1050℃的溫度范圍內(nèi)進行1至16小時使上述氧析出物生長的預(yù)退火。
3.如權(quán)利要求1或2的退火晶片的制造方法，其特征為，將通過支持機構(gòu)支持上述單晶硅晶片的區(qū)域，設(shè)在距離晶片中心不小于晶片半徑的60％的外側(cè)。
4.如權(quán)利要求1至3所記載的任一種退火晶片的制造方法，其特征為，使進行上述預(yù)退火的單晶硅晶片為，以1×1013至5×1015atoms/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧設(shè)為含有10至25ppma(JEIDA)的單晶硅晶片。
5.如權(quán)利要求1至4所記載的任一種退火晶片的制造方法，其特征為，進行上述預(yù)退火的單晶硅晶片為直徑不小于300mm的大口徑晶片。
6.一種退火晶片，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所記載的退火晶片制造方法進行制造。
全文摘要
本發(fā)明提供一種退火晶片的制造方法，在氬氣、氫氣、或上述氣體的混合氣體環(huán)境下，以1100至1350℃的溫度對以拉晶(CZ)法制作出的單晶硅晶片，進行10至600分鐘的高溫退火的退火晶片，其特征在于在進行退火時，通過支持機構(gòu)對上述單晶硅晶片僅支持距離晶片外周端不小于5mm的晶片中心側(cè)的區(qū)域，且在進行上述高溫退火之前，以未滿上述高溫退火的溫度進行預(yù)退火，使氧析出物生長。由此，可提供一種即使為不小于300mm的大口徑單晶硅晶片，也可抑制在進行高溫退火時所產(chǎn)生的滑動位錯的退火晶片的制造方法以及退火晶片。
文檔編號H01L21/322GK1547764SQ0281656
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者小林德弘, 玉塚正郎, 名古屋孝俊, 曲偉峰, 孝俊, 郎 申請人:信越半導(dǎo)體株式會社