專利名稱：硅晶片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅晶片及其制造方法，其中實(shí)施熱處理以控制硅晶片的表面氧濃度。 特別地，本發(fā)明涉及可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體器件內(nèi)所期望的強(qiáng)度和電阻的硅晶片，以及硅晶片 的制造方法，其中實(shí)施熱處理以控制硅晶片的表面氧濃度。
背景技術(shù)：
晶體源生顆粒(COP)是空隙缺陷，通常存在于由硅單晶錠通過晶片加工形成的硅 基材上。因?yàn)镃OP會(huì)損害器件的特性和產(chǎn)率，硅晶片是通過退火硅基材以消除COP而制造 的(例如參見日本專利申請(qǐng)公開JP 10-098047)。此外，硅晶片通常是通過抑制硅單晶錠中COP的產(chǎn)生而制造的(例如參見日本專 利申請(qǐng)公開JP 8-330316)。然而，在該經(jīng)退火的硅晶片中，退火硅晶片的氧和表面缺陷由于退火而消除，因此 殘留在所制硅晶片的表面上的氧的量減少。尤其是因?yàn)樵跉鍤夥障碌耐嘶鹗窃诙栊詺怏w 氣氛下的熱處理，所以殘留在硅晶片表面上的氧的量顯著減少，例如至1.0X IO17個(gè)原子/ cm3(ASTM F121-83)或更低。若硅晶片的氧含量以此方式顯著減少，則由于圍繞器件結(jié)構(gòu)的 應(yīng)力而產(chǎn)生扭曲變形，這會(huì)導(dǎo)致器件的運(yùn)行故障或特性故障。同時(shí)，對(duì)于通過特定條件提拉的硅晶片而言無需退火，該條件可以控制COP尺寸 從而變得對(duì)于器件特性無害。硅晶片的氧含量保持為硅單晶錠的氧含量，即4. OX IO17個(gè)原 子/cm3(ASTM F121-83)或更高，其是硅單晶錠的固有氧含量。然而，在硅晶片的配線過程 中的熱處理中，氧與硅反應(yīng)形成SiOx,其是電活性熱供體。雖然硅晶片的電阻被設(shè)置在所期 望的數(shù)值，但是由于所產(chǎn)生的供體而使硅晶片的電阻增大。因此，由其中抑制了 COP的產(chǎn)生 的硅單晶錠形成的硅晶片制得的半導(dǎo)體器件具有在器件后端處理時(shí)連接材料不合適的問 題。近年來，改變配線材料以實(shí)現(xiàn)諸如閃存的半導(dǎo)體器件的小型化或高度集成，由此在配線 過程中在更低的溫度下實(shí)施熱處理歷時(shí)更長(zhǎng)的時(shí)間。因此變得更加容易產(chǎn)生該熱供體。如上所述，通常無法實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度和電阻。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度和 電阻的硅晶片及其制造方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的硅晶片的制造方法的特征在于，在熱處理之 前在晶片表面上形成氧化物薄膜，在熱處理期間表面氧向外擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)2. OX IO17至 3. 5X IO17個(gè)原子/cm3(ASTM F121-83)的硅晶片表面氧濃度。在向外擴(kuò)散熱處理完成時(shí)，所形成的氧化物薄膜的厚度優(yōu)選為自然氧化物薄膜的 厚度(約為ιοΑ)。此外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的硅晶片的特征在于，在晶片中心處的氧 濃度為4. OX IO17個(gè)原子/cm3或更高，而表面氧濃度為2. OX IO17至3. 5X IO17個(gè)原子/cm3 (ASTM F121-83)。具有上述表面氧濃度的表面層的厚度優(yōu)選為至少3 μ m。根據(jù)本發(fā)明的硅晶片制造方法，在硅基材表面上形成氧化物薄膜，而當(dāng)硅基材的 表面氧向外擴(kuò)散時(shí)，通過該氧化物薄膜實(shí)施熱處理。因此可以調(diào)節(jié)通過熱處理由硅基材除 去氧的量。由此可以將所制硅晶片的表面層的殘留氧含量調(diào)節(jié)至所期望的數(shù)值。因此，可 以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度和電阻。此外，根據(jù)本發(fā)明的硅晶片制造方法，在用于使表面氧向外擴(kuò)散以調(diào)節(jié)硅基材的 表面氧濃度的熱處理中，在熱處理過程的初始階段在表面層上形成氧化物薄膜，及在熱處 理過程完成時(shí)氧化物薄膜的厚度為自然氧化物薄膜厚度(約為10人)。因此，不需要特別 的后期處理以去除氧化物薄膜。此外，根據(jù)本發(fā)明的硅晶片，因?yàn)楸砻鎸影A(yù)定的氧濃度，通過在半導(dǎo)體器件的 配線過程中的熱處理可以將電阻的偏差控制在容許的范圍內(nèi)。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的硅晶片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為用于制造圖1中所示的硅晶片的中間體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案。如圖1所示，硅晶片1包含基體2和在基體2上形成的表面層3。硅晶片1是如下 所述的硅晶片，其中對(duì)由硅單晶錠通過晶片加工形成的硅基材實(shí)施后述的用于使表面氧向 外擴(kuò)散的硅晶片的熱處理，以實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的氧濃度。表面層3具有所規(guī)定的氧濃度，從而通過加工硅晶片1實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望 的強(qiáng)度和電阻。所規(guī)定的氧濃度例如是2. OX IO17至3. 5X IO17個(gè)原子/cm3(ASTM F121-83)?；w2的氧含量與硅單晶錠相同?；w2的氧濃度例如為4. OX IO17個(gè)原子/cm3 以上。在硅晶片1中，整個(gè)基體2的厚度w2例如是775士25 μ m(在晶片直徑為300mm的 情況下)，而表面層3的厚度w3至少為3 μ m。前面報(bào)告了通過調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)條件控制整個(gè)晶片的氧濃度在2. OX IO17至 3. 5 X IO17個(gè)原子/cm3 (ASTM F121-83)的范圍內(nèi)的方法。然而在此情況下，基體2 (厚度 W2)作為結(jié)構(gòu)材料的功能不足，即氧含量過少，因而存在由于在器件的前端處理中的熱應(yīng)力 而導(dǎo)致晶片變形的可能性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的硅晶片1，因?yàn)楸砻鎸?具有所規(guī)定的氧濃 度，所以可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度和電阻，而基體2具有足夠的氧以抵抗在器 件的預(yù)處理中的熱應(yīng)力等。表面層3的氧濃度低于在2. OX IO17至3. 5 X IO17個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)的硅單晶 錠。因此，在用于制造半導(dǎo)體器件的硅晶片1的制造過程中的熱處理期間，沒有形成電活性 SiOx至影響器件特性超出容許范圍的程度。因此，可以防止由硅晶片1制得的半導(dǎo)體器件 的電阻增加，從而在半導(dǎo)體器件的配線過程之后保持允許的電阻。此外，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度。接著說明用于制造圖1中所示的硅晶片1的中間體。如圖2所示，用于制造硅晶片1的中間體10包括硅基材11和在硅基材11的表面 上形成的氧化物薄膜12。硅基材11是通過對(duì)硅單晶錠實(shí)施晶片加工而形成的。氧化物薄膜12是在通過對(duì) 硅單晶錠實(shí)施晶片加工而形成的硅基材11的表面上形成的。因此，硅基材11包含4. OX IO17 個(gè)原子/cm3或更多的氧。氧化物薄膜12要求能夠直至熱處理完成如上所述抑制硅基材11 的表面氧向外擴(kuò)散的厚度。根據(jù)以下熱處理?xiàng)l件調(diào)節(jié)氧化物薄膜12的厚度。為了制造圖1中所示的硅晶片1，對(duì)中間體10實(shí)施用于使氧向外擴(kuò)散的非氧化熱 處理。上述用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理是如下的熱處理，其中從硅基材11的表面層向中間 體10外部排出所期望的量的氧，從而在硅基材11上形成具有低氧含量的表面層。該表面 層相當(dāng)于圖1中所示的硅晶片1的表面層3。此時(shí)通過氧化物薄膜12對(duì)硅基材11實(shí)施熱 處理。因此，可以通過作為用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理的退火而調(diào)節(jié)從硅基材11的表面去 除的氧的量。然后去除氧化物薄膜12以制成硅晶片1。在中間體10中，氧化物薄膜12要求能夠?qū)⒈砻嫜鯊墓杌?1的向外擴(kuò)散抑制到 所規(guī)定的量的厚度。所期望的是，在用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理過程完成時(shí)，氧化物薄膜12 的厚度減少至自然氧化物薄膜的厚度，從而不需要特別的后期處理。在實(shí)施作為用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理的最高溫度約為1125°C的非氧化熱處理 的情況下，氧化物薄膜的厚度例如是10 A?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)在熱處理中的升溫步驟期間的氣 體中的氧分壓而使氧化物薄膜生長(zhǎng)。氧化物薄膜抑制表面氧向外擴(kuò)散的量，還抑制晶片表 面在非氧化性氣氛下的粗糙度。
權(quán)利要求
1.硅晶片制造方法，其特征在于，在熱處理之前在晶片表面上形成氧化物薄膜，在熱處 理期間表面氧向外擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)2. OX 1O17至3. 5 X 1O17個(gè)原子/cm3(ASTM F121-83)的硅 晶片表面氧濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的硅晶片制造方法，其特征在于，在向外擴(kuò)散熱處理完成時(shí)，所形成 的所述氧化物薄膜的厚度為自然氧化物薄膜的厚度(約為10 A )。
3.硅晶片，其特征在于，在晶片中心處的氧濃度為4.OX 1O17個(gè)原子/cm3或更高，而表 面氧濃度在2. OXlO17至3. 5X 1O17個(gè)原子/cm3(ASTMF121-83)的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的硅晶片，其特征在于，具有所述表面氧濃度的表面層的厚度為至 少 3 μ m。
全文摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┝斯杈闹圃旆椒ǎ纱丝梢詫?shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的所期望的強(qiáng)度和電阻。在中間體10上實(shí)施用于使氧向外擴(kuò)散的非氧化熱處理以制造硅晶片1。用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理是如下的熱處理，其中從硅基材的表面層向中間體10外部排出所期望的量的氧。通過該用于使氧向外擴(kuò)散的熱處理在硅基材11上形成具有低氧含量的表面層3。在此，通過氧化物薄膜12對(duì)硅基材11實(shí)施熱處理。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102148140SQ20101062153
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者間竹達(dá)彥 申請(qǐng)人:硅電子股份公司