專利名稱：退火晶片以及退火晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種退火晶片以及該退火晶片的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體基材，特別是硅單晶晶片(下文中仍簡(jiǎn)稱為“基材”)，被用作制造高度集成的MOS器件的基材。許多硅單晶晶片是通過(guò)切割由Czochralski(CZ)法制得的硅單晶錠而得到的基材。
在此等硅單晶晶片中，在單晶生產(chǎn)期間引入的氧以過(guò)飽和濃度的方式存在。氧在后續(xù)器件加工中析出，并且在基材中形成氧析出物。當(dāng)足量氧析出物出現(xiàn)在基材中時(shí)，析出物吸除重金屬，它們是在器件加工期間被引入基材中的，并且具有保持作為器件活性層的基材表面清潔的效果。
一種得到該效果的技術(shù)被稱作本征吸除(IG)，并被用于防止重金屬污染引起的特性惡化。因此，在硅單晶基材中的器件加工過(guò)程中需要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难跷龀龆取?br> 為了確保吸除能力，預(yù)定密度或更大密度的氧析出物必須存在于硅單晶晶片厚度的中心。由過(guò)去測(cè)試的結(jié)果可知當(dāng)確保每cm35×108或更多的氧析出物在硅單晶晶片的厚度中心時(shí)，對(duì)于諸如Fe、Ni和Cu的重金屬的吸除能力即使在低溫器件加工中的熱處理中也能得到，在該低溫器件加工中最高溫度等于或低于1100℃。
同時(shí)，通過(guò)高溫?zé)崽幚?在下文中稱作“退火”)硅單晶晶片(在下文中稱作“退火晶片”)得到的硅半導(dǎo)體基材被廣泛地用于制造高密度高度集成的器件。
在此，在傳送前未經(jīng)退火的硅單晶晶片被稱作“鏡面晶片”，而在實(shí)施退火之前的基材被稱作“基材”，以將它們相互區(qū)分開(kāi)。
已知退火晶片在基材表面上沒(méi)有原生缺陷，如COP(晶體原生顆粒)，并且具有良好的器件特性，例如GOI(柵極氧化物完整性)特性。這是因?yàn)榇嬖谟诨谋砻娴脑毕萃ㄟ^(guò)高溫退火而收縮或消失，因此在從表面幾微米的區(qū)域內(nèi)形成不含缺陷的層。
然而，還已知與如上所述的沒(méi)有外延淀積的鏡面晶片相比，退火晶片還具有較差的吸除特性。一種可能的原因是通常作為氧析出的核的氧析出核由于在1100℃或更高的溫度下退火而消失，因此之后在器件加工過(guò)程中不發(fā)生氧析出。
已經(jīng)有人提出用來(lái)補(bǔ)償退火晶片中氧析出不足的方法，例如使用摻氮基材作為基材的退火晶片的制造方法(參見(jiàn)下面的專利文獻(xiàn)1和2)。
這是因?yàn)樵趽诫s氮時(shí)，在晶體生長(zhǎng)期間形成熱穩(wěn)定的氧析出核，而且它們即使在退火步驟中也不收縮或消失；因此，退火之后在器件熱處理中基于這些氧析出核產(chǎn)生氧析出物。當(dāng)這些基材被用作基材時(shí)，可以確保退火之后的氧析出。
然而，因?yàn)槟壳暗耐嘶鹁闹睆綇?00mm增長(zhǎng)到300mm，所以出現(xiàn)了氧析出特性的新要求。該要求是控制基材平面內(nèi)的氧析出物密度保持均勻。其原因在于如果基材平面內(nèi)存在氧析出物密度低的位置，則此處的吸除能力會(huì)變?nèi)酰@將導(dǎo)致器件產(chǎn)量的惡化。為了制造平面內(nèi)氧析出物密度均勻的退火晶片，摻氮晶體的生長(zhǎng)條件必須精確地加以控制。在常規(guī)技術(shù)中，沒(méi)有考慮摻氮晶體的生長(zhǎng)條件。因此，通過(guò)這些技術(shù)制造的退火晶片無(wú)法解決該問(wèn)題，因?yàn)樵诨钠矫鎯?nèi)產(chǎn)生了氧析出密度低的位置(參見(jiàn)下面的專利文獻(xiàn)3和4)。
而且，平面內(nèi)氧析出密度均勻的退火晶片的制造方法(參見(jiàn)下面的專利文獻(xiàn)5和6)。日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-59932公開(kāi)了一種方法，其中將一個(gè)晶體拉伸參數(shù)V/G調(diào)節(jié)至某個(gè)范圍內(nèi)，使得整個(gè)基材變成被稱作OSF區(qū)域的特定區(qū)域。而且，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-243404公開(kāi)了一種制造方法，其中將晶體拉伸參數(shù)V/G減小至大于等于0.175且小于等于0.225的范圍內(nèi)。然而，在這些方法中，因?yàn)榫w拉伸參數(shù)V/G被限制在極窄的范圍內(nèi)，所以控制晶體拉伸變得困難，這是產(chǎn)量降低的一個(gè)因素。具體而言，存在的問(wèn)題是因?yàn)橐?guī)定了晶體拉伸速率的上限，所以拉伸速率無(wú)法充分地提高，從而降低了產(chǎn)量。
如上所述，制造氧析出物密度高并且在基材平面內(nèi)氧析出物分布均勻的退火晶片是困難的。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2000-2619專利文獻(xiàn)2日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平10-9804專利文獻(xiàn)3日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2000-2619專利文獻(xiàn)4日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平10-9804專利文獻(xiàn)5日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-599專利文獻(xiàn)6日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-243404發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種退火晶片，其中在退火之后的氧析出足夠高并且氧析出物密度的徑向分布均勻，以及該退火晶片的制造方法。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)對(duì)不存在上述常規(guī)技術(shù)問(wèn)題的退火晶片的制造方法進(jìn)行了廣泛的研究，其中退火之后的氧析出足夠高并且氧析出物密度的徑向分布均勻。結(jié)果是，鑒于氧析出物的徑向分布與其中摻氮晶體生長(zhǎng)條件需要加以控制的基材缺陷區(qū)域密切相關(guān)，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)氧析出物的徑向分布可以通過(guò)在摻氮晶體的生長(zhǎng)中最優(yōu)地控制諸如V/G的晶體生長(zhǎng)條件而變得均勻，并完成本發(fā)明。
具體而言，本發(fā)明涉及(1)在整個(gè)晶片表面內(nèi)具有不含表面缺陷的層以及優(yōu)異的吸除能力的退火晶片，其中該退火晶片平面內(nèi)氧析出物密度的最小值為5×108/cm3或更高，而氧析出物密度徑向分布的偏差為0.5或更小。
本發(fā)明還涉及(2)制造退火晶片的方法，其包括退火硅單晶基材，該基材不包含作為缺陷區(qū)域的V區(qū)域(尺寸為50nm或更高的空穴的體積密度為1×105/cm3或更高的區(qū)域)和I區(qū)域(尺寸為1μm或更高的位錯(cuò)蝕坑的密度為10/cm2或更高的區(qū)域)，并且不包含空穴尺寸為50nm至150nm且空穴密度大于等于104/cm3且小于等于105/cm3的區(qū)域。
此外，本發(fā)明涉及(3)用于制造(2)中所述的退火晶片的方法，其中硅單晶在通過(guò)Czochralski法制造硅單晶期間于作為晶體生長(zhǎng)條件的下列范圍內(nèi)生長(zhǎng)V/G上限值(mm2/℃分鐘)為1.6×exp(1.0×10-15×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)，而V/G下限值(mm2/℃分鐘)為exp(-7.1×10-16×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)(其中，V是拉伸速率(mm/分鐘)，G是在晶體生長(zhǎng)軸方向上的從熔點(diǎn)至1350℃的平均溫度梯度(℃/mm)，(V/G)標(biāo)準(zhǔn)是不包含作為未摻雜氮的硅單晶中的缺陷區(qū)域的I區(qū)域的V/G的下限值，其中I區(qū)域是如下的區(qū)域于晶體生長(zhǎng)期間過(guò)量的間隙原子從固液界面引入該區(qū)域并產(chǎn)生位錯(cuò)蝕坑)；從該摻氮的生長(zhǎng)的硅單晶上切割下基材，該硅單晶中的氮濃度大于等于1×1014原子/cm3且小于等于5×1015原子/cm3，并用作基材；及對(duì)該基材在雜質(zhì)濃度小于等于5ppm的稀有氣體中或在非氧化氣氛中于大于等于1150℃且小于等于1250℃實(shí)施熱處理大于等于10分鐘且小于等于2小時(shí)，在該非氧化氣氛中氧化物薄膜的厚度在熱處理之后被控制在小于等于2nm。
本發(fā)明還涉及(4)用于制造(3)中所述退火晶片的方法，其中通過(guò)Czochralski法制造硅單晶期間的晶體生長(zhǎng)條件是1100至1000℃的冷卻速率為4℃/分鐘或更快。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，按照CZ法的常規(guī)硅單晶制造設(shè)備可以無(wú)需改進(jìn)而加以使用，而且無(wú)需實(shí)施復(fù)雜的制造法；因此，在不會(huì)大幅提高成本的情況下可以穩(wěn)定地供應(yīng)高品質(zhì)硅半導(dǎo)體基材。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供不存在氧析出物不均勻性且器件性能優(yōu)異的退火晶片。另外，該退火晶片是用于制造要求高度完整性和高可靠性的MOS器件的基材的最優(yōu)的基材。


圖1(a)和1(b)是用于解釋缺陷區(qū)域與根據(jù)CZ法拉伸的硅錠中氮濃度之間關(guān)系的示意圖。在此，圖1(a)是顯示在外延沉積之前存在于基材中的缺陷區(qū)域與氮濃度之間關(guān)系的圖，而圖1(b)是顯示在拉伸期間硅晶錠中的缺陷區(qū)域與氮濃度分布之間關(guān)系的示意圖。
圖2(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖，而圖2(b)是顯示在基材平面內(nèi)氧析出徑向分布的圖表，還顯示了氧析出物密度是否等于或高于5×108原子/cm3，以及氧析出物密度徑向分布偏差是否等于或小于0.5。
圖3(a)和3(b)是用于解釋制造其中氧析出物均勻的退火晶片的條件的示意圖。圖3(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖，而圖3(b)是顯示在基材平面內(nèi)氧析出物分布的圖表，還顯示了氧析出物密度是否為5×108原子/cm3，以及氧析出物密度徑向分布是否等于或小于0.5。
圖4(a)和4(b)是用于解釋空穴的徑向分布與氧析出物的平面內(nèi)分布的示意圖。圖4(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖，而圖4(b)包括顯示空穴密度結(jié)果的圖，這些空穴分別在A、B和C區(qū)域內(nèi)在基材徑向上測(cè)量的尺寸為50至150nm。
具體實(shí)施例方式
下面闡述用于實(shí)施本發(fā)明的最優(yōu)具體實(shí)施方案。
首先將闡述用于達(dá)到氧析出物徑向均勻性的晶體制造方法。
使用摻氮基材的退火晶片的氧析出物密度取決于氮濃度；而氮濃度越高，則氧析出物密度越高。這是因?yàn)樵趽诫s氮時(shí)，在基材中形成即使在高溫下仍穩(wěn)定的氧析出核，它們不會(huì)消失并且在退火后仍然保留。在其中保留氧析出核的退火晶片中，在下列器件的熱處理步驟中形成氧析出物。即使在高溫下仍穩(wěn)定的氧析出核的數(shù)目取決于氮濃度。因此，在氮濃度增加時(shí)，氧析出物密度也增加。在氮濃度為5×1014原子/cm3或更高時(shí)，氧析出物密度變?yōu)?×108/cm3。因此，即使在低溫器件加工熱處理中也確保諸如Fe、Ni和Cu的重金屬的吸除能力，其中最高溫度小于等于1100℃。
詳細(xì)研究的結(jié)果是，為了氧析出物的徑向分布獲得下列指標(biāo)。具體而言，在于退火晶片的徑向方向上測(cè)量氧析出物密度時(shí)，并且在下列表達(dá)式表示的氧析出物密度徑向分布偏差超過(guò)0.5時(shí)，由吸除不足導(dǎo)致的器件產(chǎn)量下降變得顯著。氧析出物密度的徑向分布偏差可以通過(guò)下列表達(dá)式獲得。
氧析出物密度徑向分布偏差＝(氧析出物密度最大值-氧析出物密度最小值)/氧析出物密度最大值在詳細(xì)地研究退火晶片的熱處理之后的氧析出物徑向分布時(shí)，其中使用摻氮基材作為基材，發(fā)現(xiàn)存在氧析出物密度低于周?chē)鷧^(qū)域的位置。在觀察氧析出物密度曲線時(shí)，該部分象山谷一樣下沉。因此，在下文中這些氧析出物密度低的區(qū)域被稱作析出谷區(qū)域。在存在析出谷區(qū)域時(shí)，氧析出物徑向偏差程度變成0.5或更大。
發(fā)現(xiàn)在使用摻氮晶體的退火晶片的情況下，該析出谷區(qū)域接近相應(yīng)于缺陷區(qū)域。這意味著在晶體直徑增加至300mm時(shí)，控制晶體平面內(nèi)的缺陷區(qū)域變得困難，而氧析出物密度的徑向分布也變得不均勻，因?yàn)榫w的外部和內(nèi)部在晶體生長(zhǎng)期間的冷卻速率不同。
在下文中，在闡述氮濃度與V/G之間的關(guān)系以及基材中的缺陷區(qū)域之后，將闡述退火晶片的析出谷區(qū)域與基材的缺陷區(qū)域之間的關(guān)系。
圖1(a)和1(b)是用于解釋硅錠中的缺陷區(qū)域與氮濃度之間關(guān)系的示意圖，該硅錠是按照Czochralski(CZ)法拉伸的。圖1(a)是顯示存在于用作退火前基材的基材中的缺陷區(qū)域與氮濃度之間關(guān)系的圖，而圖1(b)是顯示拉伸期間硅晶錠200中的缺陷區(qū)域與氮濃度分布之間關(guān)系的示意圖。
在CZ法中，眾所周知單晶錠200在從熔融硅201逐漸拉起時(shí)生長(zhǎng)。然后，在通過(guò)切割錠200得到的基材中，如圖1(a)所示，存在三種缺陷區(qū)域(V區(qū)域，OSF區(qū)域和I區(qū)域)。
V區(qū)域是如下的區(qū)域在晶體生長(zhǎng)期間從固液界面向該區(qū)域引入過(guò)量的空位，并且其中存在由原子空位聚集而形成的空穴。
OSF區(qū)域是其中在對(duì)硅單晶晶片實(shí)施氧化熱處理時(shí)產(chǎn)生OSF的區(qū)域。在此，OSF是直徑約為幾微米的圓盤(pán)狀的堆垛層錯(cuò)，其中氧析出物(OSF核)存在于其中心。在從氧化物薄膜/硅邊界處產(chǎn)生的間隙原子在實(shí)施氧化熱處理期間在OSF核周?chē)奂瘯r(shí)，形成OSF。在氧析出物中，OSF核是具有收集間隙原子特性的特殊的氧析出物，而且它們可能在晶體生長(zhǎng)之后立即在基材中形成。因?yàn)镺SF核的尺寸小(可能為10nm或更小)，所以通過(guò)諸如雜質(zhì)測(cè)量和紅外線斷層攝影術(shù)的現(xiàn)有評(píng)估手段無(wú)法發(fā)現(xiàn)它們。因此，在實(shí)施氧化熱處理時(shí)首次確定了OSF的存在。
I區(qū)域是如下的區(qū)域在晶體生長(zhǎng)期間從固液界面向該區(qū)域引入過(guò)量的間隙原子，并在該區(qū)域中存在通過(guò)聚集間隙原子而形成的位錯(cuò)環(huán)。在I區(qū)域中不容易發(fā)生氧析出；因此，在使用含有I區(qū)域的基材的退火晶片中，形成氧析出物密度低的區(qū)域。
根據(jù)常規(guī)知識(shí)，基材的缺陷區(qū)域是通過(guò)氮濃度和V/G的晶體生長(zhǎng)條件測(cè)定的(其中，V拉伸速率(mm/分鐘)，G在晶體生長(zhǎng)軸方向上的從熔點(diǎn)至1350℃的平均溫度梯度(℃/mm))(V.V.Voronkov，K.CrystalGrowth，59(1982)625，及M.Iida，W.Kusaki，M.Tamatsuka，E.Iino，M.Kimura及S.Muraoka，Defect in Silicon，ed.T.Abe，W.M.Bullisetal(ECS.，Pennington N.J.，1999)499)。
在從未摻雜氮的硅單晶切割基材的情況下，在V/G大于特定值時(shí)，過(guò)量地引入了原子空位，并在基材中形成V區(qū)域或OSF區(qū)域。在V/G小于特定值時(shí)，過(guò)量地引入了間隙原子，并在基材中形成I區(qū)域。同時(shí)，氮影響了從固液界面引入的原子空位和間隙原子的數(shù)量。因此，如圖1(a)所示，從摻氮硅單晶切割的基材的缺陷區(qū)域可以顯示在二維缺陷區(qū)域圖中，其中氮濃度和V/G作為兩個(gè)軸。
如圖1(a)所示，在氮濃度和V/G圖中，一個(gè)摻氮晶體錠在氮濃度和V/G中具有一定的寬度，并且顯示為矩形區(qū)域(稱作“生長(zhǎng)條件區(qū)域”)。這是因?yàn)?，如圖1(b)所示，摻氮晶體的錠200中的部分越低，則氮濃度越高，而與中心部分相比V/G在晶體外圍部分較低。
向CZ硅單晶中加入氮是使用摻氮熔融體來(lái)進(jìn)行的；然而，已知從熔融體引入晶體的氮濃度的百分比(偏析系數(shù))在固化時(shí)非常小。因此，熔融體中絕大部分的氮保留在熔融體中，而熔融體中的氮濃度隨著晶體生長(zhǎng)進(jìn)程而增加。因此，晶體的較低部分中的氮濃度變高。同時(shí)，在晶體生長(zhǎng)軸方向上的從熔點(diǎn)至1350℃的平均溫度梯度G(℃/mm)取決于晶體冷卻能力；然而，G在晶體外圍部分較大，因?yàn)榫w外圍部分通常容易被冷卻。因此，V/G在晶體外圍部分較低。
在一個(gè)摻氮晶體錠的生長(zhǎng)條件范圍與其中氮濃度和V/G作為兩個(gè)軸的二維缺陷區(qū)域圖重疊時(shí)，可以描述晶體的缺陷區(qū)域。例如，在圖1(a)中顯示的生長(zhǎng)條件范圍的晶體中，V區(qū)域存在于晶體中心側(cè)，而OSF區(qū)域存在于晶體外圍部分。在氮濃度范圍固定并且V/G增加時(shí)，空穴區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)基材表面。在V/G減小時(shí)，空穴區(qū)域收縮到基材中心，而I區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)基材表面。在V/G固定并且氮濃度增加時(shí)，OSF區(qū)域從外圍部分生成并擴(kuò)展到整個(gè)基材表面。
研究了退火晶片中析出谷區(qū)域與基材中缺陷區(qū)域之間的關(guān)系；結(jié)果發(fā)現(xiàn)如圖2(a)和2(b)所示，析出谷區(qū)域與基材中的缺陷區(qū)域具有緊密的聯(lián)系。具體而言，在與基材的V區(qū)域邊界對(duì)應(yīng)的位置中生成退火晶片的析出谷區(qū)域，并且該區(qū)域輕微地?cái)U(kuò)展到V區(qū)域側(cè)和OSF區(qū)域側(cè)。
圖2(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖。在該圖中，在生長(zhǎng)條件區(qū)域1中，氮濃度為5×1013至1×1014原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1；在生長(zhǎng)條件區(qū)域2中，氮濃度為1×1014至5×1014原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1；在生長(zhǎng)條件區(qū)域3中，氮濃度為1×1015至5×1015原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1；并且，在生長(zhǎng)條件區(qū)域4中，氮濃度為1×1015至5×1015原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.0至0.6。
圖2(b)是顯示基材平面內(nèi)的氧析出物徑向分布的圖表，還顯示了氧析出物密度是否等于或高于5×108/cm3(“O”表示它等于或高于5×108/cm3，而“×”表示它小于5×108/cm3(在下文中在類(lèi)似的附圖中也相同))，以及氧析出物密度徑向分布偏差是否等于或小于0.5(“O”表示它等于或小于0.5，而“×”表示它大于0.5(在下文中在類(lèi)似的附圖中也相同))。如該圖表中所示，在生長(zhǎng)條件區(qū)域包括析出谷區(qū)域時(shí)，該氧析出物密度徑向分布偏差超過(guò)0.5。
在圖2(a)的生長(zhǎng)條件區(qū)域4的情況下，因?yàn)榛闹胁话龀龉葏^(qū)域，所以能夠達(dá)到0.5或更小的氧析出物密度徑向分布偏差。然而，為了滿足這些條件，V/G必須減小，換而言之，晶體拉伸速率V必須減小。因?yàn)樯a(chǎn)量將下降，所以減小晶體拉伸速率V在制造過(guò)程中不是優(yōu)選的。
如上所述，在常規(guī)制造條件中，能夠達(dá)到的析出物密度徑向均勻性的V/G范圍是極窄的，這實(shí)際上是不方便的。因此，為了發(fā)現(xiàn)能夠擴(kuò)展可以達(dá)到析出物密度徑向均勻性的V/G范圍的制造條件，研究工作集中在除了氮濃度和V/G之外的晶體生長(zhǎng)參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在晶體生長(zhǎng)期間將1100℃至1000℃的晶體冷卻速率設(shè)置為4℃/分鐘或更高影響氧析出物徑向分布。
圖3(a)和3(b)是用于解釋制造退火晶片的條件的示意圖，在該退火晶片中氧析出物是均勻的。圖3(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖，而圖3(b)是顯示缺陷分布的圖表，還顯示了氧析出物密度是否等于或高于5×108/cm3，以及氧析出物密度徑向分布偏差是否等于或小于0.5。在所示的生長(zhǎng)條件區(qū)域5中，氮濃度為1×1014至5×1014原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至1.5。在此，圖3(a)中的NF區(qū)域是在V區(qū)域邊界與OSF區(qū)域邊界之間發(fā)現(xiàn)的新的缺陷區(qū)域。在晶體生長(zhǎng)期間1100至1000℃的晶體冷卻速率為4℃/分鐘或更高時(shí)首次發(fā)現(xiàn)該區(qū)域，而且該區(qū)域是不含OSF和空穴的區(qū)域。
從圖2和圖3之間的對(duì)比明顯看出在1100至1000℃的晶體冷卻速率為4℃/分鐘或更高時(shí)，OSF區(qū)域的邊界位置沒(méi)有改變，而V區(qū)域的邊界轉(zhuǎn)移到更低氮和高V/G側(cè)。因此，發(fā)現(xiàn)為了均勻化氧析出物徑向分布而用的氮濃度和V/G的范圍被擴(kuò)展到低氮和高V/G側(cè)。
在圖3(a)的生長(zhǎng)條件區(qū)域3和5中，雖然存在OSF區(qū)域以外的部分，但是氧析出物的徑向分布是均勻的，因?yàn)槲龀龉葏^(qū)域不包含在內(nèi)。換而言之，氧析出物徑向分布與OSF區(qū)域的分布無(wú)關(guān)。在生長(zhǎng)條件區(qū)域5的情況下，可以通過(guò)不含OSF區(qū)域的基材實(shí)現(xiàn)析出物徑向均勻性。
根據(jù)常規(guī)知識(shí)，例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-59932中，僅就OSF區(qū)域的關(guān)系討論了缺陷區(qū)域與氧析出物密度分布之間的關(guān)系。因此，該文獻(xiàn)僅存在如下的想法該OSF區(qū)域必須加以控制以控制氧析出物徑向分布。然而，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為新的知識(shí)，對(duì)于控制氧析出物徑向分布而言真正重要的不是OSF區(qū)域，而是控制與V區(qū)域分布相關(guān)的析出谷區(qū)域。
因?yàn)榈獫舛确秶鷶U(kuò)展到低氮側(cè)，所以氮濃度范圍被擴(kuò)展了。因此，氧析出物密度能夠按照器件用戶的要求在大范圍內(nèi)加以控制。由于V/G擴(kuò)展到高V/G側(cè)，硅單晶的產(chǎn)量能夠提高，因?yàn)槔焖俾蔞進(jìn)一步增加。
如圖3(a)所示，氧析出物密度徑向分布偏差等于或小于0.5的V/G范圍位于析出谷區(qū)域較低邊界與I區(qū)域邊界之間。在不同的試驗(yàn)結(jié)果匯總在一起時(shí)，上述V/G范圍可被表示為氮濃度的函數(shù)。具體而言，V/G上限值(mm2/℃分鐘)為1.6×exp(1.0×10-15×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)，而V/G下限值(mm2/℃分鐘)為exp(-7.1×10-16×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)(其中，(V/G)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)應(yīng)于未添加氮的硅單晶中的V區(qū)域和I區(qū)域邊界的部分的V/G值。)基材的氧析出徑向分布與基材的空穴徑向分布的關(guān)系如下。圖4(a)和4(b)是解釋空穴徑向分布和氧析出物徑向分布的圖。圖4(a)是顯示氮濃度與V/G之間關(guān)系的圖，而圖4(b)包括顯示空穴密度結(jié)果的圖，這些空穴之分別在A、B和C區(qū)域內(nèi)在基材徑向上測(cè)量的尺寸為50至150nm。
在圖4(a)的A區(qū)域中，氮濃度為1×1014原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1；在B區(qū)域中，氮濃度為5×1014原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1；以及在C區(qū)域中，氮濃度為5×1015原子/cm3，而V/G(相對(duì)值)為1.3至2.1。
如這些圖所示，發(fā)現(xiàn)析出谷區(qū)域是如下的區(qū)域其中尺寸為50至150nm的空穴存在于基材中的密度范圍是104至2×105/cm3。在此，空穴尺寸由具有與空穴平均體積相同的體積的球體的直徑加以表示。在析出谷區(qū)域中是空穴尺寸的最大值為150nm或更大，或者尺寸為50至150nm的空穴的密度超過(guò)2×105/cm3的區(qū)域。在析出谷區(qū)域以外是空穴尺寸等于或小于50nm，或者空穴密度小于104/cm3的區(qū)域。在析出谷區(qū)域的內(nèi)部和外部，氧析出物密度均大于析出谷區(qū)域。
其中尺寸為50至150nm的空穴的密度范圍是104至2×105/cm3的區(qū)域的氧析出物密度小于其周?chē)鷧^(qū)域的原因是未知的。在原子空位在晶體生長(zhǎng)期間于約1100℃的溫度范圍內(nèi)聚集時(shí)，形成這些空穴；然而，未聚集成空穴的剩余原子空位可能作為晶體生長(zhǎng)期間較低溫度范圍(約1000℃)內(nèi)的氧析出物的核。期望其中尺寸為50至150nm的空穴的密度范圍是104至2×105/cm3的區(qū)域處于如下的狀態(tài)其中剩余空位的濃度按照其他機(jī)制是最小的。
通過(guò)提高1100至1000℃的晶體冷卻速率改變基材平面內(nèi)的析出谷區(qū)域的原因可能是，空穴密度的徑向分布被1100至1000℃的快速冷卻改變了。
可能因?yàn)橄铝性?，CZ法中晶體生長(zhǎng)中1100至1000℃的溫度范圍中的晶體冷卻速率引起了圖4所示的析出谷區(qū)域的移動(dòng)。
從固液界面引入的過(guò)飽和的原子空位在晶體生長(zhǎng)時(shí)于約1100℃下聚集，從而形成空穴。在1100至1000℃的晶體冷卻速率高時(shí)，原子空位聚集的時(shí)間不足，而且空穴尺寸變小。結(jié)果是，其中顯示在氮濃度V/G圖中的尺寸為50至150nm的空穴的密度范圍是104至2×105/cm3的區(qū)域發(fā)生移動(dòng)。如圖3a所示，在位于V區(qū)域與OSF區(qū)域之間的NF區(qū)域中，可能存在尺寸為50nm或更小的空穴。
下面闡述硅單晶制造和退火晶片制造的特殊實(shí)施例。
作為硅單晶制造方法，從坩鍋中的熔融體拉伸晶體的同時(shí)生長(zhǎng)晶體的CZ法被廣泛應(yīng)用。在該硅單晶制造方法中，首先將多晶硅放入由石英作為原料制成的坩鍋中，并將該原料由圍繞它的加熱器(諸如加熱器和絕熱材料的爐內(nèi)結(jié)構(gòu)一并稱作熱區(qū))熔融。然后，將晶種從坩鍋內(nèi)的熔融體上方放下，并與熔融體表面接觸。在旋轉(zhuǎn)該晶種并控制拉伸速率V的同時(shí)通過(guò)向上拉伸晶種而制得具有預(yù)定直徑的單晶體。在晶體生長(zhǎng)時(shí)，硅熔融體減少；而且，據(jù)此，諸如硅熔融體中的熱傳導(dǎo)和流動(dòng)的晶體生長(zhǎng)環(huán)境發(fā)生變化。為了通過(guò)盡可能地維持這些環(huán)境恒定從而穩(wěn)定晶體生長(zhǎng)，將不同的設(shè)置加入實(shí)際的晶體制造步驟中。例如，通常根據(jù)拉伸的晶體重量而拉起坩鍋的位置，從而使晶體拉伸期間的硅熔融體表面相對(duì)于加熱器的位置保持恒定。晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體側(cè)的熱傳導(dǎo)條件的變化與熔融體側(cè)相比是極小的，而且該變化通常由爐中的爐結(jié)構(gòu)和熱區(qū)結(jié)構(gòu)確定，該變化根據(jù)晶體長(zhǎng)度而緩慢地微小改變。
一般而言，在晶體生長(zhǎng)界面中的溫度梯度G在晶體平面內(nèi)是不均勻的。在晶體生長(zhǎng)界面中的晶體側(cè)的溫度梯度在晶體外圍部分比晶體中心部分大。這是因?yàn)榫w側(cè)表面更容易通過(guò)晶體側(cè)表面的輻射冷卻而加以冷卻。因此，即使在相同的拉伸速率V下，V/G在晶體外圍部分變得更低，并且引起外延層缺陷產(chǎn)生的OSF區(qū)域容易在晶體外圍部分生成。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)而嚴(yán)格測(cè)量在晶體生長(zhǎng)界面中于晶體拉伸方向上的晶體側(cè)溫度梯度G，在這些試驗(yàn)中，例如晶體生長(zhǎng)實(shí)際上是通過(guò)在晶體中插入熱電偶而進(jìn)行的。
晶體生長(zhǎng)界面的V/G和在晶體生長(zhǎng)期間的1100至1000℃的晶體冷卻速率可以分別通過(guò)改變固液界面中的G和1100至1000℃的溫度范圍內(nèi)的G而加以控制；然而，為了獨(dú)立地控制它們，拉伸爐的結(jié)構(gòu)必須加以改變。
為了減小V/G，拉伸速率必須減??；然而，結(jié)果是在晶體生長(zhǎng)期間1100至1000℃的晶體冷卻速率也減小。因此，為了減小晶體生長(zhǎng)邊界的V/G，同時(shí)增加在晶體生長(zhǎng)期間1100至1000℃的晶體冷卻速率，要求諸如增加以圍繞該晶體的方式放置的擋熱板的冷卻能力的特殊處理。
為了制造摻雜氮的CZ硅單晶，例如存在于原料熔融期間引入氮?dú)獾姆椒?，或者通過(guò)CVD法等在原料熔融期間將氮化物引入沉積的硅基材中的方法。在凝固之后對(duì)應(yīng)于熔融體中濃度的雜質(zhì)引入晶體中的速率的偏析系數(shù)k在氮的情況下為7×10-4(W.Zulehner及D.Huber，CrystalGrowth，Properties and Applications，p28，Springer-Verlag，New York，1982)。
從熔融體引入晶體的氮濃度可以通過(guò)使用凝固速率g表示為下列表達(dá)式g＝此時(shí)晶體的(結(jié)晶硅的重量)/(初始熔融體重量)。(晶體中的氮濃度)＝k×(初始熔融體氮濃度)×(1-g)k-1。
該關(guān)系通常不管諸如拉伸爐結(jié)構(gòu)和拉伸速率的條件如何都保持恒定；因此，晶體中的氮濃度控制通?？梢酝ㄟ^(guò)初始熔融體中的氮濃度而唯一地加以控制。
在按照CZ法制造硅單晶的過(guò)程中，使用石英作為坩鍋。在晶體拉伸期間該石英坩鍋被一點(diǎn)點(diǎn)地融入硅熔融體中；因此，氧存在于硅熔融體中。從石英坩鍋熔融的氧因?yàn)楣枞廴隗w的流動(dòng)和擴(kuò)散而移動(dòng)，而且絕大部分的氧從熔融體表面以SiO氣體的形式蒸發(fā)。然而，一部分氧被引入晶體中。在高溫下引入的氧在晶體冷卻加工中是過(guò)飽和的，因此在晶體冷卻期間引起聚集并形成微小的氧團(tuán)簇。這些團(tuán)簇作為析出核，在其被制入硅單晶晶片之后于器件熱處理過(guò)程中以SiOx的形式析出并形成氧析出物。
用于退火晶片的基材從所得的硅單晶錠制得。一般而言，使用鋼絲鋸或內(nèi)刀片切片機(jī)切割硅單晶，并通過(guò)倒角、蝕刻和鏡面拋光的步驟制得基材。在需要加入額外的用于促進(jìn)氧析出或消除缺陷的熱處理步驟時(shí)，通常在此之后實(shí)施熱處理過(guò)程。然而，在添加氮的本發(fā)明中所述的基材的情況下，該步驟是不需要的，而且它可以在與一般硅基材相同的步驟中制得。
實(shí)施退火的熱處理爐可以是商購(gòu)的爐，而且沒(méi)有強(qiáng)制性的規(guī)定。然而，它必須以如下方式設(shè)置氧化物薄膜在熱處理期間不會(huì)增長(zhǎng)到等于或大于2nm。這是因?yàn)樵谘趸锉∧ふ掣皆诒砻嫔蠒r(shí)，退火期間的缺陷收縮/消除被阻止了。具體而言，要求以如下方式設(shè)置在熱處理期間盡可能地減少引入氣氛氣體的雜質(zhì)的量，或者在將晶片插入爐中時(shí)盡可能地減少周?chē)鷧^(qū)域的空氣的內(nèi)含物。所用的氣氛氣體優(yōu)選為諸如氬氣的稀有氣體，其中例如雜質(zhì)被控制在5ppma或更少。
使用石英等作為支撐晶片的組件。這些組件在退火溫度升高過(guò)多時(shí)顯著惡化。因此，它們必須頻繁置換，這是成本上升的一個(gè)因素。退火溫度優(yōu)選為1250℃或更低。在退火溫度降低過(guò)多時(shí)，缺陷的收縮速率變慢；因此，消除過(guò)程耗時(shí)，并降低產(chǎn)率。退火溫度優(yōu)選為1150℃或更高。在退火時(shí)間短時(shí)，缺陷保留在基材表面內(nèi)，因?yàn)樵谕嘶饡r(shí)間短時(shí)，無(wú)法充分地消除缺陷。在退火時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)率下降，因?yàn)檠娱L(zhǎng)了一次退火所需的時(shí)間。因此，退火時(shí)間優(yōu)選為大于等于10分鐘且小于等于2小時(shí)。
用作基材的摻氮基材中形成的氧析出核由于氮的作用是熱穩(wěn)定的，并且在退火步驟期間即使在快速升高溫度時(shí)也不會(huì)被消除。有時(shí)在退火步驟期間實(shí)施用于促進(jìn)氧析出或消除缺陷的額外的熱處理步驟。在此情況下，在退火步驟之前，在低于退火步驟的溫度下實(shí)施熱處理。然而，在以此方式加入該額外的步驟時(shí)，延長(zhǎng)了整個(gè)退火步驟的時(shí)間；因此，產(chǎn)率降低，并且制造成本增加。在這點(diǎn)上，在本發(fā)明中所述的摻氮基材的情況下，該步驟是不需要的。
實(shí)施例用于本實(shí)施例中的硅單晶制造設(shè)備是用于根據(jù)CZ法的一般硅單晶制造中的設(shè)備。這些設(shè)備是以特殊方法冷卻擋熱板以提高1100至1000℃的冷卻速率的第一拉伸爐以及具有一般冷卻速率的第二拉伸爐。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，只要本發(fā)明的生長(zhǎng)條件可以實(shí)施，則對(duì)于拉伸爐沒(méi)有特殊限制。
使用這些設(shè)備生長(zhǎng)的硅單晶具有如下的傳導(dǎo)類(lèi)型p型(摻硼)且晶體直徑8英寸(200mm)。
摻雜氮是通過(guò)將具有氮化物薄膜的基材放入硅熔融體中來(lái)實(shí)施的。
V/G相對(duì)值是以如下方式定義的。在與其中拉伸添加氮的晶體的爐結(jié)構(gòu)相同的拉伸爐中，以不同的拉伸速率V對(duì)未添加氮和碳的晶體進(jìn)行拉伸，分布蝕坑的徑向分布通過(guò)后述的方法加以檢驗(yàn)，并得到I區(qū)域的邊界位置。例如在拉伸速率低時(shí)，晶片邊緣側(cè)在I區(qū)域中，而位錯(cuò)蝕坑在此處產(chǎn)生。這種情況下，檢驗(yàn)位錯(cuò)蝕坑的平面內(nèi)分布，位錯(cuò)蝕坑密度小于10/cm2的位置設(shè)定為I區(qū)域的邊界。該位置的V/G值設(shè)定為(V/G)標(biāo)準(zhǔn)，而在相同結(jié)構(gòu)的拉伸爐中拉伸的添加氮的晶體的V/G相對(duì)值設(shè)定為(V/G)/(V/G)標(biāo)準(zhǔn)。換而言之，在V/G相對(duì)值為1時(shí)，V/G等于(V/G)標(biāo)準(zhǔn)。
將未添加氮的晶體從第一拉伸爐和第二拉伸爐拉出。得到V/G相對(duì)值，并產(chǎn)生氮濃度-V/G圖。
作為晶體生長(zhǎng)期間1100至1000℃的冷卻速率，在1100至1000℃的范圍內(nèi)的溫度梯度在晶體生長(zhǎng)軸方向上的最小值是G2(℃/mm)時(shí)，計(jì)算V×G2，并用作代表值。
從單晶中的相同部位切割基材(硅晶片)，在鏡面加工之后實(shí)施退火，從而生產(chǎn)退火晶片。
從退火晶片取樣并實(shí)施拋光20μm以去除其表面的氮外部擴(kuò)散層之后，使用次級(jí)離子質(zhì)譜法(SIMS)測(cè)量氮濃度。
在基材的V區(qū)域中，在晶體生長(zhǎng)期間從固液界面引入過(guò)量的原子空位，并由此產(chǎn)生空穴。因此，基材的V區(qū)域可以通過(guò)空穴密度精確地確定。
關(guān)于基材中的空穴，使用Mitsui Mining and Smelting有限公司生產(chǎn)的LSTD掃描儀(MO-6)測(cè)量基材的空穴徑向分布，該掃描儀是可商購(gòu)的缺陷評(píng)估設(shè)備。MO-6從Brewster角發(fā)射可見(jiàn)激光，并通過(guò)放置在垂直方向上的照相機(jī)探測(cè)p極化的散射圖像作為缺陷圖像。因?yàn)榧す鈨H能從基材表面滲透至5μm，所以可以測(cè)量距基材表面5μm的深度以內(nèi)的缺陷。測(cè)量時(shí)，調(diào)整探測(cè)靈敏度，從而可以測(cè)量轉(zhuǎn)變成球形時(shí)的尺寸為50nm或更大的空穴。空穴的體積密度由所測(cè)空穴的面積密度和測(cè)量深度5μm計(jì)算得到。然后，空穴的體積密度等于或大于1×105/cm3的區(qū)域被確定為V區(qū)域。
同時(shí)，在基材的I區(qū)域中，在晶體生長(zhǎng)期間從固液界面引入過(guò)量的間隙原子，結(jié)果是它們表現(xiàn)為位錯(cuò)蝕坑。因此，I區(qū)域可以通過(guò)位錯(cuò)蝕坑的密度來(lái)確定。
按照下列方法測(cè)量位錯(cuò)蝕坑。首先，用Wright蝕刻溶液蝕刻掉基材5μm，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察計(jì)算在表面內(nèi)形成的尺寸為1μm或更大的菱形或流線形位錯(cuò)蝕坑的數(shù)目。在基材的徑向上于10mm點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量，由可見(jiàn)區(qū)域面積計(jì)算位錯(cuò)蝕坑面積密度。然后，將位錯(cuò)蝕坑密度為10/cm2或更大的區(qū)域確定為I區(qū)域。
按照下列方法進(jìn)行基材的OSF評(píng)估。首先，將基材在含有蒸汽的氧氣氛中于1100℃下實(shí)施氧化處理1小時(shí)。然后，在氧化物薄膜被氫氟酸去除之后，用Wright蝕刻溶液蝕刻掉對(duì)應(yīng)于5μm的厚度的量，用光學(xué)顯微鏡觀察在表面上形成的橢圓形、半月形或棒狀的OSF蝕坑。由光學(xué)顯微鏡在基材直徑方向上掃描直徑為2.5μm的可見(jiàn)區(qū)域計(jì)算出OSF蝕坑的數(shù)目，通過(guò)將OSF蝕坑的數(shù)目除以觀測(cè)面積得到OSF面積密度(蝕坑/cm2)。OSF面積密度等于或大于100/cm2的區(qū)域確定為OSF區(qū)域。
按照下列方法進(jìn)行退火晶片的氧析出特性評(píng)估。首先，將退火晶片在780℃下3小時(shí)并在1000℃下16小時(shí)實(shí)施兩次熱處理。然后，將該晶片劈開(kāi)，利用Mitsui Mining and Smelting有限公司生產(chǎn)的BMD分析儀MO-4測(cè)量?jī)?nèi)部氧析出物密度。平面內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的位置定位在從基材中心到距離邊緣10mm的點(diǎn)處。得到所得氧析出物密度的最小值以及由下列表達(dá)式表示的氧析出物密度徑向分布偏差。
氧析出物密度徑向分布偏差＝(氧析出物密度最大值-氧析出物密度最小值)/氧析出物密度最大值包括對(duì)比例的評(píng)估結(jié)果示于表1中。
表1

(V/G)1exp(-7.1×10-16×氮濃度[原子/cm3])(V/G)21.6×exp(1.0×10-15×氮濃度[原子/cm3])
在此，(V/G)1和(V/G)2分別是V/G下限值和V/G上限值，它們是通過(guò)使用相應(yīng)表達(dá)式從拉伸晶體的氮濃度獲得的。
該退火晶片滿足下列條件基材氮濃度大于等于5×1014原子/cm3且小于等于5×1015原子/cm3，且V/G相對(duì)值的范圍是大于等于exp(-7.1×10-16×氮濃度(原子/cm3))且小于等于1.6×exp(1.0×10-15×氮濃度(原子/cm3))，而采用的基材的1100至1000℃冷卻速率等于或大于4℃/分鐘，氧析出物密度最小值為5×108/cm3或更大，且氧析出物密度徑向分布偏差為0.5或更小，其氧析出物徑向分布是好的。實(shí)施退火之前的基材不包含作為缺陷區(qū)域的V區(qū)域和I區(qū)域，而且基材中不存在尺寸為50至150nm的空穴的密度范圍是104至2×105/cm3的區(qū)域。
在這些實(shí)施例中，從如下的晶體切割的基材(實(shí)施例1至3的退火晶片的基材)中不存在OSF在氮濃度大于等于5×1014原子/cm3且小于等于4×1015原子/cm3且V/G相對(duì)值大于等于1.3且小于等于2.1時(shí)，通過(guò)使用第一拉伸爐在1100至1000℃的冷卻速率為8℃/分鐘的情況下拉伸該晶體；而且從如下的晶體切割的基材(實(shí)施例7至9的退火晶片的基材)中不存在OSF在氮濃度大于等于1×1014原子/cm3且小于等于5×1014原子/cm3且V/G相對(duì)值為大于等于1.3且小于等于1.5時(shí)，在1100至1000℃的冷卻速率為5℃/分鐘的情況下拉伸該晶體。
基材氮濃度小于1×1014原子/cm3的退火晶片的氧析出物密度最小值小于5×108/cm3，并且氧析出質(zhì)量劣于本發(fā)明的實(shí)施例(對(duì)比例1)。
在V/G相對(duì)值的最小值小于exp(-7.1×10-16×氮濃度(原子/cm3))時(shí)，I區(qū)域存在于基材中；因此，氧析出物密度徑向分布偏差超過(guò)0.5，并且氧析出質(zhì)量劣于本發(fā)明的實(shí)施例(對(duì)比例2)。
在V/G相對(duì)值的最大值大于1.6exp(1.0×10-15×氮濃度(原子/cm3))時(shí)，析出谷區(qū)域存在于基材中；因此，氧析出物密度徑向分布偏差超過(guò)0.5，并且氧析出質(zhì)量劣于本發(fā)明的實(shí)施例(對(duì)比例3)。
在1100至1000℃的冷卻速率小于4℃/分鐘時(shí)，析出谷區(qū)域存在于基材中，氧析出物密度徑向分布偏差超過(guò)0.5，并且氧析出質(zhì)量劣于本發(fā)明的實(shí)施例(對(duì)比例4)。
上文中闡述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案和實(shí)施例。然而，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例和具體實(shí)施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種改變，這些修改后的具體實(shí)施方案和實(shí)施例仍包括本發(fā)明的技術(shù)思想。因此，本發(fā)明的技術(shù)范疇僅按照由上述說(shuō)明支持的權(quán)利要求的發(fā)明指定的注釋加以確定。
權(quán)利要求
1.在整個(gè)晶片表面內(nèi)具有不含表面缺陷的層以及優(yōu)異的吸除能力的退火晶片，其中該退火晶片平面內(nèi)氧析出物密度的最小值為5×108/cm3或更高，而氧析出物密度徑向分布偏差為0.5或更小。
2.用于制造退火晶片的方法，其包括退火硅單晶基材，該基材不包含作為缺陷區(qū)域的V區(qū)域(其中尺寸為50nm或更大的空穴的體積密度為1×105/cm3或更高的區(qū)域)和I區(qū)域(其中尺寸為1μm或更大的位錯(cuò)蝕坑的密度為10/cm2或更高的區(qū)域)，并且不包含其中空穴尺寸為50nm至150nm且該空穴密度大于等于104/cm3且小于等于105/cm3的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造退火晶片的方法，其中硅單晶在通過(guò)Czochralski法制造硅單晶期間于作為晶體生長(zhǎng)條件的下列范圍內(nèi)生長(zhǎng)V/G上限值(mm2/℃分鐘)為1.6×exp(1.0×10-15×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)；而V/G下限值(mm2/℃分鐘)為exp(-7.1×10-16×氮濃度(原子/cm3))×(V/G)標(biāo)準(zhǔn)(其中，V是拉伸速率(mm/分鐘)，G是在晶體生長(zhǎng)軸方向上的從熔點(diǎn)至1350℃的平均溫度梯度(℃/mm)，(V/G)標(biāo)準(zhǔn)是不包含作為未添加氮的硅單晶中的缺陷區(qū)域的I區(qū)域的V/G的下限值，其中所述I區(qū)域是于晶體生長(zhǎng)期間過(guò)量的間隙原子被從固液界面引入其中并產(chǎn)生位錯(cuò)蝕坑的區(qū)域)；從添加氮的生長(zhǎng)的硅單晶切割基材，該硅單晶中的氮濃度大于等于1×1014原子/cm3且小于等于5×1015原子/cm3，并且用作基材；及對(duì)所述基材在雜質(zhì)為5ppm或更低的稀有氣體中或在非氧化氣氛中于大于等于1150℃且小于等于1250℃實(shí)施熱處理大于等于10分鐘且小于等于2小時(shí)，其中氧化物薄膜的厚度在該熱處理之后被控制在2nm或更低。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造退火晶片的方法，其中通過(guò)Czochralski法制造硅單晶期間的晶體生長(zhǎng)條件是1100至1000℃的冷卻速率為4℃/分鐘或更快。
全文摘要
于晶體生長(zhǎng)期間在1100至1000℃的冷卻速率為4℃/分鐘或更高的情況下拉伸摻氮的硅單晶基材，其中氮濃度為1×10
文檔編號(hào)H01L21/324GK101016651SQ20061017253
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者中居克彥, 福原浩二 申請(qǐng)人:硅電子股份公司