專利名稱：硅晶片表面缺陷的評(píng)價(jià)方法
背景技術(shù)：
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)從硅單晶錠(下面稱作錠)上切下的硅晶片的表面缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。具體而言，本發(fā)明涉及硅晶片表面缺陷的評(píng)價(jià)方法，便于從Czochralski方法(下面稱作CZ方法)長(zhǎng)出的錠上切下無(wú)缺陷區(qū)域硅晶片。
2、相關(guān)技術(shù)描述隨著最近半導(dǎo)體集成電路的超微型化，出現(xiàn)了作為降低器件成品率的一個(gè)因素的晶體原生顆粒(crystal originated particle，下面稱作COP)，它是在晶體生長(zhǎng)中引入的缺陷，即在硅單晶錠的晶體生長(zhǎng)中形成的缺陷，也即小的氧沉淀缺陷，所述氧沉淀變成了氧化誘導(dǎo)堆垛層錯(cuò)(下面稱作OISF)或者間隙型大型位錯(cuò)的核心(下面稱作L/D)。
當(dāng)采用氨和過(guò)氧化氫的混合液體對(duì)鏡面拋光的硅晶片進(jìn)行SC-1清洗時(shí)，在該晶片表面上出現(xiàn)的晶體原生坑即為COP。當(dāng)采用顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)量所述晶片時(shí)，所述坑被當(dāng)作顆粒檢測(cè)出來(lái)(光點(diǎn)缺陷，LPD)。COP可能是使電性質(zhì)惡化的因素，所述電性質(zhì)例如氧化物膜的與時(shí)間有關(guān)的電介質(zhì)擊穿(TDDB)性質(zhì)、時(shí)間零點(diǎn)電介質(zhì)擊穿(TZDB)性質(zhì)和其它。另外，當(dāng)晶片表面上具有COP時(shí)，在器件布線過(guò)程中可能出現(xiàn)臺(tái)階，導(dǎo)致不連接。而且，COP可能是元件絕緣部分中出現(xiàn)泄漏等而導(dǎo)致產(chǎn)品合格率下降的一個(gè)因素。
就OISF而言，在晶體生長(zhǎng)中形成的小的氧沉淀被當(dāng)作核，而OISF是半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中在熱氧化過(guò)程等中引發(fā)的堆垛層錯(cuò)。所述OISF導(dǎo)致出現(xiàn)缺陷，例如，器件漏電流增加。L/D也稱作位錯(cuò)簇或者位錯(cuò)坑，這是因?yàn)楫?dāng)具有這種缺陷的硅晶片浸入到主要含有氟化酸的選擇性蝕刻劑中時(shí)會(huì)形成有方向性的蝕刻坑。所述L/D也可能是使電性質(zhì)，例如漏性質(zhì)、絕緣性質(zhì)和其它性質(zhì)，惡化的因素。
基于上述事實(shí)，需要減少用來(lái)制備半導(dǎo)體集成電路的硅晶片上的COP、OISF和L/D。已經(jīng)存在有各種評(píng)價(jià)這些晶體缺陷的方法，其中公開(kāi)了采用銅裝飾(copper decoration)方法評(píng)價(jià)硅單晶的晶體缺陷的方法，該方法用銅污染試樣表面，通過(guò)熱處理將銅擴(kuò)散到試樣中，然后快速冷卻試樣以在晶體表面上引發(fā)缺陷，尤其被用作小缺陷的評(píng)價(jià)方法(參見(jiàn)例如專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的方法中，檢測(cè)到了其中具有OISF或者變成OISF的核的區(qū)域。
另外，公開(kāi)了晶片缺陷分析方法，包括在裸晶片上形成具有預(yù)定厚度的絕緣膜從而形成厚度已經(jīng)相對(duì)于晶片的缺陷部分改變的絕緣膜的步驟，和通過(guò)電解破壞絕緣膜的位于缺陷部分上厚度發(fā)生改變的部分并在所述缺陷部分上裝飾銅的步驟(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的方法中，經(jīng)歷過(guò)晶體生長(zhǎng)的半導(dǎo)體晶片上的缺陷可以直接用裸眼分析。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)未審No.2001-81000(權(quán)利要求1)專利文獻(xiàn)2日本專利No.3241296(權(quán)利要求1，第 段)然而，在專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2中公開(kāi)的采用銅裝飾方法的評(píng)價(jià)方法，雖然可以檢測(cè)尺寸小于顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)下限的COP，但是由于需要很多的測(cè)量步驟所以很復(fù)雜，因此，存著著評(píng)價(jià)能力差、成本高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供能夠很容易檢測(cè)出存在有小晶體缺陷的區(qū)域的硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供便于由無(wú)缺陷區(qū)域制備硅晶片的硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供由無(wú)缺陷區(qū)域形成的硅晶片。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，根據(jù)權(quán)利要求1限定的本發(fā)明，提供了一種硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法，包括快速熱處理步驟，即，在可以使硅氮化的氣氛中，以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，將硅晶片在該處理溫度保持1-120秒，然后將硅晶片以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫；和，采用表面光電壓(surface photovoltage)方法(下面稱作SPV方法)計(jì)算晶片表面上少數(shù)載流子(minoritycarrier)擴(kuò)散長(zhǎng)度(diffusion length)的步驟，以檢測(cè)出晶片表面上的存在著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢(particle counter exist)測(cè)出的小COP的區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求1限定的本發(fā)明，當(dāng)通過(guò)在上述條件下、在可以使硅氮化的氣氛中進(jìn)行快速熱處理而在晶片表面上形成氮化物膜時(shí)，空穴從晶片表面注入到晶片中。通過(guò)所述空穴注入以及同時(shí)加熱，具有小COP的區(qū)域中的缺陷和注入的空穴耦合，這種耦合有效地充當(dāng)所述少數(shù)載流子的重耦合中心。因而，在晶片表面上的存在著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域中，檢測(cè)出短的擴(kuò)散長(zhǎng)度。通過(guò)采用SPV方法計(jì)算這種狀態(tài)下晶片上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，由于COP進(jìn)一步有效地充當(dāng)載流子重耦合中心，所以能夠很容易地檢測(cè)出晶片表面上的存著著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求2限定的本發(fā)明，在權(quán)利要求1限定的本發(fā)明中的方法進(jìn)一步包括當(dāng)硅晶片是p型半導(dǎo)體時(shí)，在對(duì)具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的晶片表面區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)的步驟之前，進(jìn)行HF處理的步驟。
根據(jù)權(quán)利要求2限定的本發(fā)明，由于當(dāng)晶片是p型半導(dǎo)體時(shí)通過(guò)對(duì)晶片表面進(jìn)行HF處理可以用氫封端晶片表面層中的硅，所以通過(guò)采用SPV方法測(cè)量短的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，可以很容易檢測(cè)出存在著不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)的小COP的晶片表面區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求3限定的本發(fā)明，在權(quán)利要求1限定的本發(fā)明的方法中，從硅單晶上切下的晶片是由完美區(qū)(prefect region)[P]、P-帶(P-band)區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中[I]是硅單晶錠中存在間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[V]是其中存在著空穴點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[P]是其中沒(méi)有間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體和空穴點(diǎn)缺陷聚集體的完美區(qū)域，P-帶區(qū)是位于[V]區(qū)的和[P]區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且其中形成OISF核的區(qū)域，[Vs]區(qū)是位于[V]區(qū)的和P-帶區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且具有不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求4限定的本發(fā)明，在權(quán)利要求3限定的本發(fā)明的方法中，從硅單晶錠上切下的晶片是由[Pv]區(qū)和[Pi]區(qū)的混合區(qū)、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中[Pi]是和[I]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有比形成間隙型大型位錯(cuò)所需的最小間隙型硅濃度低的間隙硅濃度；[Pv]是和[V]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有不大于形成COP或者FPD所需空穴濃度的空穴濃度。
根據(jù)權(quán)利要求5限定的本發(fā)明，在權(quán)利要求1限定的方法中，假定[I]是間隙硅占主導(dǎo)地位并具有間隙硅聚集體缺陷的區(qū)域，當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)不包括[I]區(qū)的晶片進(jìn)行熱處理，并且在該晶片保持在所述處理溫度1-120秒又以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后采用SPV方法計(jì)算晶片表面的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，基于晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度是否落在500-800微米的范圍內(nèi)，對(duì)熱處理前的晶片進(jìn)行評(píng)價(jià)。
根據(jù)權(quán)利要求5限定的本發(fā)明，當(dāng)在上述條件下對(duì)不包括[I]區(qū)的晶片進(jìn)行快速熱處理并隨后通過(guò)SPV方法計(jì)算少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，基于晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度是否落在500-800微米的范圍內(nèi)對(duì)熱處理前的晶片進(jìn)行評(píng)價(jià)。如果少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在上述范圍內(nèi)，則可以確定作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的、不包括[I]區(qū)的晶片是由無(wú)缺陷區(qū)域組成的晶片。
根據(jù)權(quán)利要求6限定的本發(fā)明，提供了一種硅晶片，其中所述硅晶片是不包括[I]區(qū)的晶片，所述[I]區(qū)是間隙硅占主導(dǎo)地位并且具有間隙硅聚集體的區(qū)域，其中當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)所述晶片進(jìn)行熱處理，并且該晶片保持在所述處理溫度1-120秒，然后又10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后采用光電壓方法計(jì)算晶片表面的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，所述晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米的范圍內(nèi)。
根據(jù)權(quán)利要求6限定的本發(fā)明，提供了一種硅晶片，作為不包括[I]區(qū)并且如果其全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米范圍內(nèi)則由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的晶片。所述晶片優(yōu)選作為用以生產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路的硅晶片。
在本發(fā)明的硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法中，當(dāng)通過(guò)在預(yù)定加熱條件下、在能夠使硅氮化的氣氛中進(jìn)行快速熱處理而在晶片表面層上形成氮化物膜時(shí)，空穴被從晶片表面注入到晶片中。通過(guò)所述空穴注入以及同時(shí)加熱，具有小COP的區(qū)域中的缺陷和注入的空穴耦合，這種耦合有效地充當(dāng)所述少數(shù)載流子的重耦合中心。因而，在晶片表面上的存在著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域中，檢測(cè)出短的擴(kuò)散長(zhǎng)度。通過(guò)采用SPV方法計(jì)算這種狀態(tài)下晶片上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，由于COP進(jìn)一步有效地充當(dāng)載流子重耦合中心，所以能夠很容易地檢測(cè)出晶片表面上的存著著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。而且，由于能夠精確識(shí)別信息，比如晶片上晶體缺陷的分布，所以基于所述信息能夠進(jìn)行試驗(yàn)以抑制從晶片的初始生產(chǎn)階段形成晶體缺陷，由此便于生產(chǎn)由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。
本發(fā)明的硅晶片是不包括[I]區(qū)的晶片，特征在于當(dāng)采用表面光電壓方法計(jì)算在預(yù)定條件下、在能夠使硅氮化的氣氛中經(jīng)歷過(guò)快速熱處理的晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，所述晶片的全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米范圍內(nèi)。在不包括[I]區(qū)的晶片中，如果晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米范圍內(nèi)，則可以獲得由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。這種晶片優(yōu)選作為制備半導(dǎo)體集成電路的硅晶片。


圖1示出了V/G和基于Voronkov理論的點(diǎn)缺陷濃度的關(guān)系圖，其中水平軸表示V/G，垂直軸代表空穴點(diǎn)缺陷濃度和間隙硅點(diǎn)點(diǎn)缺陷濃度；圖2是實(shí)施例1的晶片平面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布圖；圖3是根據(jù)對(duì)比實(shí)施例1采用銅裝飾方法測(cè)定的表面缺陷分布圖；圖4是實(shí)施例2的晶片平面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布圖；圖5是根據(jù)對(duì)比實(shí)施例2采用銅裝飾方法測(cè)定的表面缺陷分布圖；圖6是實(shí)施例3的晶片平面中的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布圖；圖7是根據(jù)對(duì)比實(shí)施例3采用銅裝飾方法測(cè)定的表面缺陷分布圖；圖8是實(shí)施例4的晶片平面中的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布圖；圖9是根據(jù)對(duì)比實(shí)施例4采用銅裝飾方法測(cè)定的表面缺陷分布圖；和圖10是根據(jù)對(duì)比實(shí)施例5采用μ-PCD方法測(cè)定的晶片平面分布圖。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述現(xiàn)在描述實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。
本發(fā)明的硅晶片缺陷評(píng)價(jià)方法的特征在于包括快速熱處理步驟，即，在可以使硅氮化的氣氛中，以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，將硅晶片在該處理溫度保持1-120秒，然后將硅晶片以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫；和，采用表面光電壓方法計(jì)算晶片表面上少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的步驟，以檢測(cè)出晶片表面上的存在著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
作為本發(fā)明評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)對(duì)象的硅晶片，優(yōu)選從硅單晶錠上切下的晶片是由完美區(qū)[P]、P-帶區(qū)和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中[I]是硅單晶錠中存在間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[V]是其中存在著空穴點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[P]是其中沒(méi)有間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體和空穴點(diǎn)缺陷聚集體的完美區(qū)域，P-帶區(qū)是位于[V]區(qū)的和[P]區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且其中形成OISF核的區(qū)域，[Vs]區(qū)是位于[V]區(qū)的和P-帶區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且具有不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。對(duì)本發(fā)明的表面缺陷評(píng)價(jià)方法而言，優(yōu)選這種晶片，因?yàn)镃OP不能用顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)，即，這種晶片中僅僅存在著尺寸小于顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)下限的COP。本文中，術(shù)語(yǔ)“不能用顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)”是指檢測(cè)出來(lái)的不小于0.065微米的COP的數(shù)目基本為零。在說(shuō)明書(shū)中，“0.065微米的COP”是指當(dāng)用KLA-Temcor公司生產(chǎn)的SP1和性能與該設(shè)備等同的顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)值為0.065微米的COP。
具體而言，就作為評(píng)價(jià)對(duì)象的硅晶片而言，優(yōu)選從硅單晶錠上切下的晶片是由由[Pv]區(qū)和[Pi]區(qū)的混合區(qū)、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中[Pi]是和[I]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有比形成間隙型大型位錯(cuò)所需的最小間隙型硅濃度低的間隙硅濃度；[Pv]是和[V]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有小于形成COP或者FPD所需空穴濃度的空穴濃度。
所述硅晶片的制備是通過(guò)基于Voronkov理論從高溫帶爐(hotzone furnace)里的硅熔體以預(yù)定的拉制速度分布拉制錠并切割所述錠來(lái)進(jìn)行。
一般而言，當(dāng)通過(guò)CZ方法或MCZ方法從高溫帶爐的硅熔體中拉制硅單晶錠時(shí)，在硅單晶中形成點(diǎn)缺陷和點(diǎn)缺陷的聚集體(三維缺陷)。點(diǎn)缺陷具有兩種常見(jiàn)構(gòu)造，即，空穴型點(diǎn)缺陷和間隙硅型點(diǎn)缺陷。當(dāng)硅晶體點(diǎn)陣中一個(gè)硅原子離開(kāi)正常位置之一時(shí)，形成空穴型點(diǎn)缺陷。這種空穴變成空穴型點(diǎn)缺陷。另一方面，當(dāng)原子出現(xiàn)在硅晶體點(diǎn)陣點(diǎn)(間隙位點(diǎn))以外的位置時(shí)，變成了間隙硅點(diǎn)缺陷。
點(diǎn)缺陷通常出現(xiàn)在硅熔體(熔融硅)和錠(固態(tài)錠)的接觸面上。但是，充當(dāng)接觸面的部分隨著錠的連續(xù)拉制操作而冷卻。在冷卻期間，空穴或間隙硅發(fā)生擴(kuò)散或者出現(xiàn)一對(duì)湮滅反應(yīng)。當(dāng)冷卻到大約1100℃時(shí)過(guò)量的點(diǎn)缺陷形成空穴點(diǎn)缺陷聚集體或者間隙硅點(diǎn)缺陷聚集體。換而言之，過(guò)量的點(diǎn)缺陷具有三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)形成和生成聚集體。
空穴點(diǎn)缺陷聚集體包括稱作LSTD(激光散射斷層缺陷)或者FPD(流動(dòng)圖形缺陷)的缺陷以及COP，間隙硅點(diǎn)缺陷聚集體包括稱作L/D的缺陷。FPD是一種標(biāo)志緣，示出了通過(guò)切割錠制備的硅晶片在經(jīng)歷30分鐘的Secco蝕刻(用HF∶K2Cr2O7(0.15mol/1)＝2∶1的液體混合物蝕刻)時(shí)出現(xiàn)的特殊流動(dòng)圖形，LSTD是一種源，當(dāng)用紅外光輻照硅單晶時(shí)，這種源的折射系數(shù)和硅的不同并產(chǎn)生散射光。
根據(jù)Voronkov理論，為了形成具有更少缺陷的高純錠，應(yīng)該控制V/G(mm2/min℃)，其中V(mm/min)是錠的拉制速度，G(℃/mm)是硅熔體和硅錠的固液界面附近的溫度梯度。在這種理論中，如圖1所示，水平軸表示V/G，垂直軸表示空穴濃度和間隙濃度，從而用圖形表示出V/G和點(diǎn)缺陷濃度之間的關(guān)系，并表明空穴區(qū)域和間隙硅區(qū)域之間的邊界由V/G確定。更詳細(xì)而言，當(dāng)V/G比不低于臨界點(diǎn)(V/G)c時(shí)，形成具有增加的空穴濃度的錠；當(dāng)V/G比不大于(V/G)c時(shí)，形成具有增加的間隙濃度的錠。在圖1中，[I]表示其中間隙硅占主導(dǎo)地位并具有間隙硅聚集體形式的缺陷的區(qū)域(不大于(V/G)1)；[V]表示其中空穴占主導(dǎo)地位并具有空穴聚集體形式的缺陷的區(qū)域(不小于(V/G)2)；[P]表示空穴點(diǎn)缺陷聚集體和間隙硅點(diǎn)缺陷聚集體都不存在的完美區(qū)域((V/G)1-(V/G)2)。在[V]區(qū)的靠近[P]一側(cè)的邊界處，存在著形成OISF核的P-帶區(qū)((V/G)2-(V/G)3)。在P-帶區(qū)，具有小的板狀沉淀，并且在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理會(huì)形成OISF(堆垛層錯(cuò))。具體而言，當(dāng)在氧氣氛中在1000℃±30℃熱處理2-5小時(shí)并且在1130℃±30℃連續(xù)熱處理1-16小時(shí)時(shí)，可以形成OISF。另外，在[V]區(qū)的靠近所述P-帶區(qū)側(cè)的邊界處，存在著具有不能用顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的[Vs]區(qū)((V/G)3-(V/G)4)。另外，在[I]區(qū)的靠近[P]區(qū)側(cè)的邊界處，存在著B(niǎo)-帶(B-band)區(qū)((V/G)5-(V/G)1)。B-帶區(qū)是其中間隙硅聚集體充當(dāng)核并且通過(guò)熱處理形成高濃度氧沉淀的區(qū)域。
完美區(qū)[P]進(jìn)一步分成[Pi]區(qū)和[Pv]區(qū)。[Pi]區(qū)是其中V/G比的范圍是從上述(V/G)1到臨界點(diǎn)、間隙硅占主導(dǎo)地位、并且不存在聚集體缺陷的區(qū)域。[Pv]區(qū)是其中V/G比的范圍是從臨界點(diǎn)到上述(V/G)2、空穴占主導(dǎo)地位、并且不存在聚集體缺陷的區(qū)域。也即，[Pi]區(qū)是和[I]區(qū)相鄰并且間隙硅濃度比形成間隙型大型位錯(cuò)所需的最小間隙硅濃度低的區(qū)域，[Pv]區(qū)是和[V]區(qū)相鄰并且空穴濃度比形成OISF核所需的最小空穴濃度低的區(qū)域。
所以，從以以下方式受控和拉制的錠上切割由完美區(qū)[P]、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片該方式使得V/G比包括范圍(V/G)1-(V/G)2、范圍(V/G)2-(V/G)3和范圍(V/G)3-(V/G)4，并只由這三個(gè)范圍組成。另外，從受控并以以下方式拉制的錠上切割由[Pv]區(qū)和[Pi]區(qū)的混合區(qū)、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片該方式使得V/G比包括從(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c的范圍、范圍(V/G)2-(V/G)3和范圍(V/G)3-(V/G)4，并只由這四個(gè)范圍組成。但是，在所述拉制的錠中，由于操作中的各種因素，使得拉制的極少量錠包括除了上述以外的區(qū)域，即使在執(zhí)行拉制錠操作的同時(shí)控制V/G比以包括上述范圍并且由上述范圍組成時(shí)也是如此。本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法可以很容易評(píng)價(jià)不能以上述方式滿意控制的晶片。
就作為本發(fā)明評(píng)價(jià)對(duì)象的硅晶片而言，可以采用從錠上切下并經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光的晶片，或者經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并進(jìn)一步蝕刻的晶片。
在本發(fā)明的表面缺陷評(píng)價(jià)方法中，在可以使硅氮化的氣氛中，以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，在該處理溫度保持1-120秒，然后將硅晶片以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫。當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中在高溫加熱條件下對(duì)硅晶片進(jìn)行快速熱處理時(shí)，晶片表面層上形成的氮化物膜使得可以從晶片表面注入空穴到晶片中。通過(guò)所述空穴注入以及同時(shí)加熱，在具有小COP的區(qū)域中存在的每個(gè)缺陷和注入的每個(gè)空穴耦合，這種耦合有效地充當(dāng)所述少數(shù)載流子的重耦合中心。因而，在晶片表面上的存在著至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域中，檢測(cè)出短的擴(kuò)散長(zhǎng)度。
本發(fā)明的可以使硅氮化的氣氛足以使得在上述條件下通過(guò)快速熱處理在晶片表面層上形成氮化物膜。就可以使硅氮化的特殊氣氛而言，有NH3氣體、N2氣體、N2O氣體、NO氣體、或者含有這些氣體和惰性氣體的混合氣體氣氛。由于升溫速度低于10℃/秒時(shí)生產(chǎn)率差，所以將其設(shè)為10-150℃/秒，而當(dāng)升溫速度大多150℃/秒時(shí)速度的確可以控制。處理溫度為1170℃到低于硅熔點(diǎn)的溫度。當(dāng)處理溫度低于1170℃時(shí)，基于形成氮化物膜而注入到晶片中的空穴是不夠的。保溫時(shí)間是1-120秒。當(dāng)保溫時(shí)間短于1秒時(shí)，在晶片表面層不能充分形成氮化物膜，當(dāng)保溫時(shí)間超過(guò)120秒時(shí)，生產(chǎn)率低下。降溫速度是10-100℃/秒，或者優(yōu)選是70-100℃/秒。由于降溫速度低于10℃/秒時(shí)已經(jīng)注入到晶片中的空穴會(huì)擴(kuò)散到晶片表面上，所以將降溫速度設(shè)為10-100℃/秒，而高達(dá)100℃/秒的速度的確可以控制。
當(dāng)硅晶片為p型半導(dǎo)體時(shí)，優(yōu)選對(duì)晶片表面上具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)的小COP的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)步驟之前，先對(duì)晶片表面進(jìn)行HF處理。當(dāng)對(duì)所述p型晶片表面進(jìn)行HF處理時(shí)，晶片表面層中的硅被氫封端，因此，存在著不能被顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域，可以通過(guò)后續(xù)基于SPV方法的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度測(cè)量而很容易地檢測(cè)出。
隨后，采用SPV方法計(jì)算晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度使得可以檢測(cè)出晶片表面上具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)的小COP的區(qū)域。SPV方法是通過(guò)光照射或加熱活化硅晶片表面以測(cè)量少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度由于所述活化而變化的方法。由于和沒(méi)有經(jīng)過(guò)快速熱處理的晶片中的表面缺陷相比，在經(jīng)過(guò)快速熱處理的硅晶片中存在的表面缺陷更有效地充當(dāng)載流子重耦合的中心，所以采用SPV方法計(jì)算少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度可以檢測(cè)出晶片表面上存在著COP的區(qū)域。就用于本發(fā)明SPV方法的設(shè)備而言，優(yōu)選SDI生產(chǎn)的FaaST330，并且可以使用具有等同功能的設(shè)備。另外，由于可以精確識(shí)別比如晶片上晶體缺陷分布的信息，所以可以基于所述信息進(jìn)行試驗(yàn)以抑制從晶片的初始生產(chǎn)階段形成晶體缺陷，由此便于生產(chǎn)由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。應(yīng)該注意，由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片是指不包括[I]區(qū)、B-帶區(qū)、P-帶區(qū)、[Vs]區(qū)和[V]區(qū)而是由[Pv]區(qū)、[Pi]區(qū)、或者[Pv]區(qū)和[Pi]區(qū)的混合區(qū)構(gòu)成的硅晶片。
另外，將不包括[I]區(qū)的晶片在可以使硅氮化的氣氛中，以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，并將其在該處理溫度保持1-120秒，然后將其以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后，采用SPV方法計(jì)算晶片表面上少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度。此時(shí)，如果基于少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度是否落在500-800微米范圍內(nèi)而對(duì)熱處理前的晶片進(jìn)行評(píng)價(jià)中，少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在此范圍內(nèi)，則可以確定則可以確定作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的、不包括[I]區(qū)的晶片是由無(wú)缺陷區(qū)域組成的晶片。
假定[I]是間隙硅占主導(dǎo)地位并具有間隙硅聚集體缺陷的區(qū)域，則本發(fā)明的硅晶片是不包括[I]區(qū)的晶片。這種硅晶片的特征在于，當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)不包括[I]區(qū)的晶片進(jìn)行熱處理，并且在該晶片保持在所述處理溫度1-120秒又以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后采用SPV方法計(jì)算晶片表面的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米的范圍內(nèi)。如果晶片是不包括[I]區(qū)的晶片并且晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米的范圍內(nèi)，則可以獲得由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的晶片。這種晶片優(yōu)選用作制備半導(dǎo)體集成電路的硅晶片。
就所述硅晶片而言，在通過(guò)CZ方法或者M(jìn)CZ方法從高溫帶爐中的硅熔體中拉制硅單晶時(shí)，錠以以下方式受控和拉制該方式使得V/G(mm2/min.℃)落在圖1所示的(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c的范圍內(nèi)，或者使得V/G(mm2/min.℃)落在臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍內(nèi)，或者使得V/G(mm2/min.℃)落在(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍內(nèi)。當(dāng)從所述錠上切下的晶片在上升條件下經(jīng)受快速熱處理并隨后通過(guò)SPV方法計(jì)算少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例。
實(shí)施例1首先，如圖1所示，拉制p型硅單晶錠，所述錠的V/G比包括(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍，拉制方式受控使得V/C比只由這些范圍構(gòu)成，并且所述錠的主體部分直徑為300mm。所述錠經(jīng)過(guò)切塊、外直徑研磨和定向切槽(orientation notchmachining)，然后被切成約定厚度，由此切制出直徑為300mm的p型硅晶片。該晶片的表面經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光以增加平行度，由此提供作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片。
然后，作為熱處理步驟，將該晶片置于具有可以使硅氮化的氣氛的熱處理爐中，所述氣氛通過(guò)引入含有比值為20∶80的NH3氣體和Ar氣的混合氣體形成，以50℃/秒的升溫速度從室溫升到1175℃進(jìn)行熱處理，并在1175℃保溫10秒鐘。隨后，晶片以10℃/秒的降溫速度冷卻到室溫。然后，將經(jīng)過(guò)快速熱處理的晶片和HF溶液接觸，以使晶片表面層中的硅被氫封端。隨后，采用SPV設(shè)備(型號(hào)SDI生產(chǎn)的FAaST330)計(jì)算晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度。擴(kuò)散長(zhǎng)度的測(cè)量范圍是晶片厚度的1-2.5倍(大約1900微米)。將晶片表面上的區(qū)域分成每個(gè)尺寸為15×15的小區(qū)域，并基于少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度所屬的以下范圍對(duì)各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行分類，來(lái)計(jì)算晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度不小于300微米但小于400微米的范圍、不小于400微米但小于500微米的范圍、不小于500微米但小于600微米的范圍、不小于600微米但小于700微米的范圍、和不小于700微米但小于800微米的范圍。
實(shí)施例2對(duì)晶片表面上的表面缺陷的檢測(cè)和實(shí)施例1一樣，除了作為測(cè)量樣品的晶片是從和實(shí)施例1所用晶片來(lái)自的批料不同的批料上切下的以外。也即，實(shí)施例2中作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片，是從和實(shí)施例1中拉制錠的批料不同的批料中拉制的錠上切下的。如圖1所示，和在實(shí)施例1中拉制的錠一樣，錠是主體部分直徑為300mm的p型硅單晶錠，其拉制條件的受控方式使得V/G比包括(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍并且只有這些范圍組成。
實(shí)施例3對(duì)晶片表面上的表面缺陷的檢測(cè)和實(shí)施例1一樣，除了作為測(cè)量樣品的晶片是從和實(shí)施例1、2所用晶片來(lái)自的批料不同的批料上切下的以外。也即，實(shí)施例3中作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片，是從和實(shí)施例1以及2中拉制錠的批料不同的批料中拉制的錠上切下的。如圖1所示，和在實(shí)施例1以及2中拉制的錠一樣，錠是主體部分直徑為300mm的p型硅單晶錠，其拉制條件的受控方式使得V/G比包括(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍并且只有這些范圍組成。
對(duì)比實(shí)施例1從和實(shí)施例1所用晶片的批料相同的批料上切割制備兩塊晶片，一塊晶片定為模型晶片，另一塊晶片定為測(cè)量晶片。首先，采用其中混有SC1和HF的清潔劑清潔晶片，以去除表面上存在的外來(lái)污染源，比如顆粒。然后，每塊晶片都進(jìn)行熱氧化以形成厚度為1000埃的熱氧化膜。然后，將每塊晶片的背部表面接觸氟化氫蒸氣，進(jìn)行蝕刻，由此去除背部表面上的部分熱氧化膜。隨后，制備用上板、下板和側(cè)壁構(gòu)成預(yù)定空間的裝飾設(shè)備。將接線端連接到該設(shè)備的上板和下板上，由外部電源施加可變電壓，由此在板之間形成固定電場(chǎng)。將模型晶片連接到該設(shè)備的下板上。然后，將甲醇作為電解材料注入到該設(shè)備的空間中，在上板和下板上施加5MV/cm的電壓1小時(shí)，以使所述板的銅發(fā)生氧化，由此銅在甲醇中發(fā)生電離。隨后，在取出模型晶片后，將測(cè)量晶片連接到設(shè)備中。在上板和下板上施加5MV/cm的電壓1小時(shí)，以用銅離子裝飾晶片的缺陷部分。將經(jīng)過(guò)裝飾的晶片從設(shè)備中取出，進(jìn)行直觀觀察，并記錄晶片表面上的表面缺陷的數(shù)目。
對(duì)比實(shí)施例2從和實(shí)施例2所用晶片的批料相同的批料上切割制備兩塊晶片。和對(duì)比實(shí)施例1一樣，通過(guò)銅裝飾方法檢測(cè)晶片表面上的表面缺陷，除了一個(gè)晶片被定為模型晶片而另一晶片被用作測(cè)量晶片以外。
對(duì)比實(shí)施例3從和實(shí)施例3所用晶片的批料相同的批料上切割制備兩塊晶片。和對(duì)比實(shí)施例1一樣，通過(guò)銅裝飾方法檢測(cè)晶片表面上的表面缺陷，除了一個(gè)晶片被定為模型晶片而另一晶片被用作測(cè)量晶片以外。
對(duì)比測(cè)試1圖2、4和6給出了實(shí)施例1-3的計(jì)算結(jié)果，圖3，5和7給出了對(duì)比實(shí)施例1-3的結(jié)果。
從圖2-5可以清楚發(fā)現(xiàn)，在根據(jù)對(duì)比實(shí)施例1和對(duì)比實(shí)施例2通過(guò)銅裝飾方法獲得了檢測(cè)分布中，缺陷集中在晶片外周的附近。另一方面，在實(shí)施例1和2的結(jié)果中，少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度短的區(qū)域集中在晶片外周的附近，而少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)的區(qū)域集中在晶片中心。表明實(shí)施例1的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布、對(duì)比實(shí)施例1的檢測(cè)分布、實(shí)施例2的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布、和對(duì)比實(shí)施例2的檢測(cè)分布互相之間具有良好的相關(guān)性。
另外，從圖6和7可以清楚發(fā)現(xiàn)，在根據(jù)對(duì)比實(shí)施例3通過(guò)銅裝飾方法獲得的檢測(cè)分布中，晶片的全部表面都有表示表面缺陷的點(diǎn)。另一方面，在實(shí)施例3的結(jié)果中，不存在少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度短的區(qū)域，而且晶片的全部表面覆蓋了少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)的區(qū)域。發(fā)現(xiàn)實(shí)施例3的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布和對(duì)比實(shí)施例3的檢測(cè)分布具有良好的相關(guān)性。
由該結(jié)果證明，在作為實(shí)施例1和2的評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片外周附近檢測(cè)出了載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度短的區(qū)域，該晶片是從由下列方式受控并拉制的錠中切下的晶片該方式使得V/G比包括(V/G)1到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)2的范圍并且只有這些范圍組成；但是在晶片的外周附近存在著P-帶區(qū)、[Vs]區(qū)以及[Pi]區(qū)和[Pv]區(qū)。另一方面，在作為實(shí)施例3的評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片中沒(méi)有檢測(cè)出載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度短的區(qū)域，這為在整個(gè)晶片表面上不存在不能由顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的COP或者小COP的事實(shí)提供了支持，由此證實(shí)該晶片在制造中在拉制操作時(shí)處于受控狀態(tài)。
實(shí)施例4首先，以以下方式受控并拉制主體部分的直徑為300mm的p性硅單晶錠該方式使得在錠的軸向上包括[I]區(qū)、B-帶區(qū)、[Pi]區(qū)、[Pv]區(qū)、P-帶區(qū)和[Vs]區(qū)，并且V/G比包括(V/G)5到臨界點(diǎn)(V/G)c以及臨界點(diǎn)(V/G)c到(V/G)4的范圍。該錠經(jīng)過(guò)切塊、外直徑研磨和沿著軸向(即，縱向)切片，以切成直徑為300mm的p型硅晶片。該晶片的表面經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光以提高平行度，由此提供作為評(píng)價(jià)目標(biāo)的晶片。
然后，作為快速熱處理步驟，將測(cè)量樣品置于具有可以使硅氮化的氣氛的熱處理爐中，所述氣氛通過(guò)引入含有比值為20∶80的NH3氣體和Ar氣的混合氣體形成，以50℃/秒的升溫速度從室溫升到1175℃進(jìn)行熱處理，并在1175℃保溫10秒鐘。隨后，該測(cè)量樣品以10℃/秒的降溫速度冷卻到室溫。然后，將經(jīng)過(guò)快速熱處理的測(cè)量樣品和HF溶液接觸，以使測(cè)量樣品表面層中的硅被氫封端。
隨后，采用SPV設(shè)備(型號(hào)SDI生產(chǎn)的FAaST330)計(jì)算測(cè)量樣品表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度。擴(kuò)散長(zhǎng)度的測(cè)量范圍是晶片厚度的1-2.5倍(大約1900微米)。通過(guò)將測(cè)量樣品表面上的區(qū)域分成尺寸為15×15的小區(qū)域，并基于少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度所屬的以下范圍對(duì)各個(gè)小區(qū)域進(jìn)行分類，來(lái)計(jì)算晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度不小于300微米但小于400微米的范圍、不小于400微米但小于500微米的范圍、不小于500微米但小于600微米的范圍、不小于600微米但小于700微米的范圍、和不小于700微米但小于800微米的范圍。
對(duì)比實(shí)施例4從和實(shí)施例4所用測(cè)量樣品的批料相同的批料上切割制備兩塊測(cè)量樣品。和對(duì)比實(shí)施例1一樣，通過(guò)銅裝飾方法檢測(cè)測(cè)量樣品表面上的表面缺陷，除了一個(gè)測(cè)量樣品被定為模型樣品而另一測(cè)量樣品被用作測(cè)量樣品以外。
對(duì)比實(shí)施例5從和實(shí)施例4所用測(cè)量樣品的批料相同的批料上切割制備測(cè)量樣品，采用μ-PCD方法(微波檢測(cè)光導(dǎo)衰減法Microwave DetectedPhotoconductive Decay Method)評(píng)價(jià)使用壽命，對(duì)每個(gè)缺陷部分區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)。
對(duì)比測(cè)試2圖8給出了實(shí)施例4的計(jì)算結(jié)果，圖9和10分別給出了對(duì)比實(shí)施例4和5的結(jié)果。
從圖10可以清楚發(fā)現(xiàn)，在對(duì)比實(shí)施例5中通過(guò)μ-PCD方法獲得的檢測(cè)分布中，清楚顯示了在晶片面上[I]區(qū)、B-帶區(qū)、[Pi]區(qū)、[Pv]區(qū)、P-帶區(qū)和[Vs]區(qū)的分布情況。如圖9所示，在對(duì)比實(shí)施例4中通過(guò)銅裝飾方法獲得的檢測(cè)分布中，缺陷集中在晶片外周左手側(cè)附近，因此和圖10示出的[Vs]區(qū)(具有COP)的位置一致。另一方面，如圖8所示，在實(shí)施例4的結(jié)果中，少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度短的區(qū)域集中在晶片外周左手側(cè)附近，而少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)的區(qū)域集中在除了所述左手側(cè)位置以外的區(qū)域，這表明實(shí)施例4的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度分布與對(duì)比實(shí)施例4和5的檢測(cè)分布互相之間具有良好的相關(guān)性。該結(jié)果證明，具有不能由顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域可以很容易通過(guò)本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法檢測(cè)出來(lái)。由于本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法可以精確識(shí)別比如晶片上晶體缺陷分布的信息，所以能夠進(jìn)行試驗(yàn)以基于所述信息抑制從晶片的初始生產(chǎn)階段出現(xiàn)晶體缺陷，由此便于生產(chǎn)由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。另外，在晶片是不包括[I]區(qū)的晶片的情況下，如果沒(méi)有檢測(cè)出具有不能由顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域，則可以確認(rèn)該晶片的全部表面都是無(wú)缺陷區(qū)，由此進(jìn)一步便于生產(chǎn)由無(wú)缺陷區(qū)域構(gòu)成的硅晶片。
權(quán)利要求
1.硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法，包括快速熱處理步驟，即，在可以使硅氮化的氣氛中，以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，將硅晶片在該處理溫度保持1-120秒，然后將硅晶片以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫；和，采用表面光電壓方法計(jì)算晶片表面上少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的步驟，以檢測(cè)出晶片表面上的具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括以下步驟當(dāng)所述硅晶片為p型半導(dǎo)體時(shí)，在對(duì)晶片表面上的具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)的步驟之前，對(duì)所述晶片表面進(jìn)行HF處理的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中從硅單晶錠上切下的晶片是由完美區(qū)[P]、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中，在所述硅單晶錠中，[I]是存在間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[V]是其中存在著空穴點(diǎn)缺陷聚集體的區(qū)域，[P]是其中沒(méi)有間隙型硅點(diǎn)缺陷聚集體和空穴點(diǎn)缺陷聚集體的完美區(qū)域，P-帶區(qū)是位于[V]區(qū)的和[P]區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且其中形成OISF核的區(qū)域，[Vs]區(qū)是位于[V]區(qū)的和P-帶區(qū)相鄰側(cè)的邊界處的、并且具有不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
4.權(quán)利要求3的方法，其中從硅單晶錠上切下的晶片是由[Pv]區(qū)和[Pi]區(qū)的混合區(qū)、P-帶區(qū)、和[Vs]區(qū)構(gòu)成的晶片，其中[Pi]是和[I]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有比形成間隙型大型位錯(cuò)所需的最小間隙型硅濃度低的間隙硅濃度；[Pv]是和[V]區(qū)相鄰的區(qū)域，屬于完美區(qū)[P]，并具有不大于形成COP或者FPD所需空穴濃度的空穴濃度。
5.權(quán)利要求1的方法，其中假定[I]是間隙硅占主導(dǎo)地位并具有間隙硅聚集體缺陷的區(qū)域，當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)不包括[I]區(qū)的晶片進(jìn)行熱處理，并且在該晶片保持在所述處理溫度1-120秒又以10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后采用表面光電壓方法計(jì)算晶片表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，基于晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度是否落在500-800微米的范圍內(nèi)，對(duì)熱處理前的晶片進(jìn)行評(píng)價(jià)。
6.一種硅晶片，其中所述硅晶片是不包括[I]區(qū)的晶片，所述[I]區(qū)是間隙硅占主導(dǎo)地位并且具有間隙硅聚集體的區(qū)域，其中，當(dāng)在可以使硅氮化的氣氛中以10-150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)所述晶片進(jìn)行熱處理，并且該晶片保持在所述處理溫度1-120秒，然后又10-100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫后采用光電壓方法計(jì)算晶片表面的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，所述晶片全部表面上的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度落在500-800微米的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了能夠很容易檢測(cè)具有小的晶體缺陷的區(qū)域的硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的硅晶片表面缺陷評(píng)價(jià)方法的特征在于快速熱處理步驟，即，在可以使硅氮化的氣氛中，以10－150℃/秒的升溫速度從室溫上升到不低于1170℃但低于硅熔點(diǎn)的溫度對(duì)從硅單晶錠上切下的硅晶片進(jìn)行熱處理，將硅晶片在該處理溫度保持1－120秒，然后將硅晶片以10－100℃/秒的降溫速度冷卻到室溫；和采用表面光電壓方法計(jì)算晶片表面上少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的步驟，以檢測(cè)出晶片表面上的具有至少不能通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的小COP的區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1932496SQ20061012191
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者伊藤亙, 長(zhǎng)谷川健, 鹽多孝明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社上睦可