專利名稱：退火晶片、退火晶片的制造方法以及器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種退火晶片，其自晶片表面至一定深度為止形成有一種無缺陷區(qū)域 (Denuted Zone,以下稱為DZ層)，所述DZ層沒有存在原生氧析出物、原生缺陷及反應性離子蝕刻缺陷(RIE缺陷，即可由RIE法檢測的缺陷)。本發(fā)明尤其涉及一種退火晶片、該退火晶片的制造方法及使用此退火晶片來進行的器件的制造方法，所述退火晶片的氧化膜耐電壓特性優(yōu)異，于器件步驟中，可防止形成在使用干式蝕刻裝置進行溝加工步驟中所產(chǎn)生的小丘，并且于晶片表層，由表面的向外擴散所引起的氧濃度的下降會受到抑制，于深度方向上具有均勻的分布，且伴隨表層附近的氧濃度下降所造成的晶片強度的下降，會受到抑制。
背景技術：
近年來，伴隨半導體電路的高集成化而進行的器件的微細化，對于作為該基板且以柴氏長晶法(以下稱為CZ法)制作出來的單晶硅的品質(zhì)要求也逐步提高。然而，對于以CZ法培育而成的單晶硅而言，通常10 20ppma(依據(jù)JEIDA(日本電子工業(yè)振興協(xié)會)的換算系數(shù)而算出)左右的氧會自石英坩堝中溶出，并于硅熔液界面導入至硅結晶中。然后，于結晶的冷卻過程中成為過飽和狀態(tài)，于結晶溫度變成700°C以下時凝聚而形成氧析出物(以下，稱為原生氧析出物)。然而，該氧析出物的尺寸極小，其于晶片的出貨階段，不會使作為氧化膜耐電壓特性之一的TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown(瞬時介電崩潰))特性或器件特性降低。已知會使氧化膜耐電壓特性或器件特性惡化的由單晶成長所引起的缺陷，屬于復合缺陷，且是FPD (流體圖案缺陷(flow pattern defect))、LSTD (激光散射X光斷層攝影 ^kWi (laser scattering tomography defect))、C0P(結晶起源if^l^l (crystal originated particle))、OSF(氧化誘生層錯缺陷(OxidationHnduced Stacking Faults))核等的原生缺陷(Grown-in defect)，上述復合缺陷是自結晶的熔液導入至單晶硅內(nèi)的被稱為空位 (Vacancy,以下有時略記為Va)的空孔型點缺陷、或被稱為間隙硅Qnterstitial-Si,以下有時略記為I)的晶格間型硅點缺陷，其在結晶冷卻過程中達到過飽和，并與氧一并凝聚而成的缺陷。當對這些缺陷進行說明時，首先，關于用以決定會被導入至單晶硅中的Va與I 各自的導入濃度的因素，說明一般已知的內(nèi)容。圖7與圖8，分別表示本發(fā)明人先前提出的專利文獻1所公開的以CZ法培育而成的單晶硅棒的缺陷區(qū)域與提拉速度之間的關系的說明圖、以及表示自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片的面內(nèi)缺陷分布的說明圖。圖7是通過改變培育單晶時的提拉速度(以下，有時記載為成長速度)V(mm/min) 而改變V/G的情形，該V/G是V與自硅熔點至1300°C為止的溫度范圍中的提拉軸方向的結晶內(nèi)溫度梯度的平均值G(°C /mm)之比。一般而言，已知單晶內(nèi)的溫度分布是依存于柴氏長晶爐(CZ爐)內(nèi)的構造(以下稱為熱區(qū)域(HZ))，即便改變提拉速度，其分布也幾乎不會發(fā)生變化。因此，于相同構造的
4CZ爐的情形，V/G會變成僅對應于提拉速度的變化。即，提拉速度V與V/G近似地具有正比例的關系。因此，使用提拉速度V作為圖7的縱軸。于提拉速度V較高的區(qū)域中，F(xiàn)PD、LSTD、COP等的原生缺陷，這些缺陷被認為是由上述被稱為空位的點缺陷即空孔所凝聚而成的空隙，會高密度地存在于結晶直徑方向的幾乎整個區(qū)域中，這些缺陷存在的區(qū)域，被稱為V-Rich (V-富集)區(qū)域。進而，若成長速度逐步變慢，則于結晶周邊部產(chǎn)生的氧化誘生層錯缺陷環(huán)(0SF 環(huán))朝結晶內(nèi)部收縮，最后消失。若更進一步使成長速度變慢，則會出現(xiàn)Va或1(間隙硅)適量(過多或不足的情況少)的中性(Neutral 以下稱為N)區(qū)域。已知該N區(qū)域會偏向于Va或I，但是由于該Va 或I為飽和濃度以下，所以不會凝聚而成為缺陷。此N區(qū)域，被區(qū)分為Va占優(yōu)勢的Nv區(qū)域與I占優(yōu)勢的Ni區(qū)域。已知于Nv區(qū)域中，當進行熱氧化處理時，大多會產(chǎn)生氧析出物(Bulk Micro Defect，以下稱為BMD)，于Ni 區(qū)域中，則幾乎不會產(chǎn)生氧析出物。若進而使成長速度變慢，則I (間隙硅)達到過飽和，其結果，被認為是由1(間隙硅)聚集而成的位錯環(huán)的L/D (Large Dislocation 晶格間位錯環(huán)的簡稱，LSEPD、LEPD等) 的缺陷，低密度地存在，此區(qū)域被稱為I-Richd-富集)區(qū)域。因此，以自結晶的中心而橫跨整個直徑方向會成為N區(qū)域的范圍內(nèi)的方式，控制成長速度，且將提拉而成的單晶予以切斷、研磨，由此，可獲得一種整個面會成為N區(qū)域且缺陷極少的晶片。作為例子，自圖7的A-A位置切割出來的晶片，如圖8(a)所示，成為一種整個面為 Nv區(qū)域的晶片。圖8(b)是表示自圖7的B-B位置切割出來的晶片，于晶片中心部有Nv區(qū)域，于其外周部存在Ni區(qū)域。圖8(c)是自圖7的C-C位置切割出來的晶片，可獲得一種晶片整個面由Ni區(qū)域所構成的晶片。如上所述，可知即便對Ni區(qū)域進行熱處理，也幾乎不會產(chǎn)生BMD。若此BMD產(chǎn)生于器件有源區(qū)域即晶片表面，則會對接面漏電流(junction leakage)等的器件特性造成不良影響，另一方面，若BMD存在于器件有源區(qū)域以外的基體(bulk)中，則可有效地作為吸雜部位(gettering site)而發(fā)揮功能，用以捕獲在器件工序中混入的金屬雜質(zhì)。近年，作為一種在Ni區(qū)域(沒有產(chǎn)生BMD)的內(nèi)部形成BMD的方法，提出一種進行 RTP(Rapid Thermal Process)處理的方法(以下，也稱為急速加熱和急速冷卻處理、或急速熱處理)。此所謂RTP處理，是指以下的熱處理方法，其特征在于對于硅晶片，于N2或NH3等氮化物形成環(huán)境中，或是于這些氣體與Ar、H2等非氮化物形成環(huán)境的混合氣體環(huán)境中，例如以50°C /秒這樣的升溫速度自室溫開始急速升溫，在1200°C左右的溫度，加熱并保持數(shù)十秒左右之后，例如以50°C /秒的降溫速度急速地冷卻。在RTP處理后，通過進行氧析出熱處理而形成BMD的機制，被詳細地記述于專利文獻2及專利文獻3中。此處，簡單地說明BMD的形成機制。 首先，于RTP處理中，例如于N2環(huán)境中保持1200°C的高溫保持的過程中，自晶片表面發(fā)生Va的注入，在1200°C至700°C的溫度范圍中，例如以5°C/秒的降溫速度進行冷卻的期間，發(fā)生由于Va的擴散所引起的再分布與I的消失。其結果，于基體中，Va成為不均勻地分布的狀態(tài)。若例如以800°C的溫度對此種狀態(tài)的晶片進行熱處理，則Va濃度高的區(qū)域中，氧會急速地團簇化，但是在Va濃度低的區(qū)域中，不會發(fā)生氧的團簇化。于此狀態(tài)下，若繼而例如以1000°C進行一定時間的熱處理，則團簇化后的氧會成長而形成BMD。如此，若對RTP處理后的Si晶片實施氧析出熱處理，則會根據(jù)在RTP處理中所形成的Va的濃度輪廓，而形成分布于晶片深度方向的BMD。因此，通過控制RTP處理的環(huán)境、最高溫度、保持時間等條件而進行處理，于硅晶片上形成所期望的Va濃度輪廓，然后對所獲得的硅晶片進行氧析出熱處理，由此，可制造出一種硅晶片，其具有所期望的DZ寬度及深度方向的BMD輪廓。又，在專利文獻4中公開有如下內(nèi)容若于氧氣環(huán)境中進行RTP處理，則會于表面形成氧化膜，由于I (間隙硅)自氧化膜界面注入，所以BMD的形成會受到抑制。如此，RTP處理，根據(jù)環(huán)境氣體、最高保持溫度及其他條件，既可促進BMD的形成，相反地，也可抑制BMD 的形成。又，于RTP處理的情形，由于在極短的時間內(nèi)進行退火，所以氧幾乎不會向外擴散，因此，幾乎可忽視表層中的氧濃度的下降。另一方面，也有報告指出，通過RTP處理，如COP或OSF核之類的原生缺陷會消失。例如于專利文獻5中公開有如下內(nèi)容于氫氣環(huán)境中，以1200°C以上的溫度，對存在有COP的V-Rich區(qū)域的晶片，進行RTP處理，由此，COP消失，并于表層形成DZ層，氧化膜可靠性之一即TZDB特性、與長期可靠性即經(jīng)時介電崩潰特性也就是TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown，時間相依介電崩潰)特性得到改善。然而，若于RTP處理后，以1050°C進行30分鐘的氧化處理，則TZDB、TDDB特性均會下降15 20%左右。此意味著于RTP處理后，表面的COP會消失，但是若通過除去以 1050°C進行30分鐘的氧化所形成的氧化膜而除去表層的極淺部分，則COP不會完全消失， 且意味著無法使整個器件有源區(qū)域的COP消失。又，于專利文獻6中公開有如下內(nèi)容于氫氣中，以1135°C以上的溫度，對混雜有 OSF區(qū)域與N區(qū)域而成的晶片，進行RTP處理，由此，TZDB特性得到改善。然而，并未實施與 TDDB特性相關的調(diào)查。TZDB特性，是對電場強度進行評價的方法，且是所謂的初始崩潰的評價，上述電場強度，是于對氧化膜施加電場的瞬間，導致產(chǎn)生氧化膜的介電崩潰的電場強度。對于最近的器件而言，以快閃記憶體為代表，氧化膜的長期可靠性即TDDB特性是
重要的。此外，對于最近的大多數(shù)的器件(device)而言，為了使器件分離，采用一種被稱為淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，以下稱為STI)的方法，所述方法是形成淺溝而使器件之間分離。此STI，是利用與RIE (反應性離子蝕刻=Reactive Ion Etching)法基本上相同的裝置及原理而形成。此處，關于使用RIE法而進行的結晶缺陷的評價方法，預先加以解說。所謂RIE法，是指一面賦予深度方向的分解能力，一面對半導體單晶基板中的含有氧化硅(以下稱為SiOx)的微小的結晶缺陷進行評價的方法，作為此種方法，已知有專利文獻7所公開的方法。此種方法，是以一定厚度對基板的主表面實施反應性離子蝕刻等高選擇性的異向性蝕刻，并檢測剩余的蝕刻殘渣，由此來評價結晶缺陷的方法。在含有SiOx的結晶缺陷的形成區(qū)域、與不含有SiOx的非形成區(qū)域中，蝕刻速度不同(前者的蝕刻速度較小)，因此，若實施上述蝕刻，則會于基板的主表面上殘留有以含有 SiOx的結晶缺陷為頂點的圓錐狀小丘。結晶缺陷是以異向性蝕刻所形成的突起部的形式而被強調(diào)，即便缺陷微小，也可容易地檢測出缺陷。以下，參照圖9，說明專利文獻7中所公開的使用RIE法而進行的結晶缺陷的評價方法。首先，如圖9(a)所示，通過熱處理而形成氧析出物(BMD1(^)，該氧析出物 (BMD102)是原先過飽和地溶解于硅晶片101中的氧，以SiOx的形態(tài)而析出。繼而，使用市售的RIE裝置，于鹵素系混合氣體(例如HBr/Cl2/He+02)環(huán)境中，對于硅晶片101內(nèi)所含的BMD102，通過高選擇比的異向性蝕刻而自硅晶片101的主表面進行蝕刻之后，該硅晶片101變成如圖9(b)所示。S卩，起因于BMD102的圓錐狀突起物，形成為蝕刻殘渣(小丘10 。因此，可基于此小丘103來評價結晶缺陷。例如，計算所獲得的小丘103的數(shù)量，則可求出蝕刻后的范圍內(nèi)的硅晶片101中的 BMD的密度。可利用RIE法檢測的缺陷，是與氧析出物相關的缺陷，且是原生缺陷及氧單體所凝聚而成的原生氧析出物，該原生缺陷是空孔與氧一起凝聚而成的復合缺陷即如COP或 OSF核之類的缺陷。圖10是示意地表示STI的剖面圖。于硅晶片101的表面，以RIE裝置對氧化膜與硅進行蝕刻而形成淺溝104-1之后，根據(jù)CVD(化學氣相沉積(Chemical Vapour Deposition))而埋入二氧化硅(SiO2) 104-2，由此形成STI104。于STI104之間形成器件。于通常的器件中，形成有N-通道MOS (金屬氧化物半導體場效應)晶體管105與 P-通道MOS晶體管106，且兩者根據(jù)STI104而被分離。于此STI104內(nèi)部，由于埋入體積大于硅(Si)的二氧化硅(SiO2) 104-2，因此，一般而言，在STI104與硅界面上，會產(chǎn)生拉伸應力，從而存在由于該應力而產(chǎn)生硅晶片的變形或滑動移位這樣的問題。此應力，最顯著地產(chǎn)生于STI104的底部。因此，要形成STI的表層的晶片強度，是重要的。然而，若于此STI形成區(qū)域中存在有氧析出物，則當利用RIE裝置來形成STI的溝時，將導致于溝內(nèi)部形成小丘的不良情形(參照非專利文獻1)。因此，在要形成STI的區(qū)域中，至少必須使氧析出物或如C0P、0SF核之類的與氧相關的缺陷消失。又，于器件步驟中制作MOS(金屬氧化物半導體場效應)晶體管，若為了使其動作而對閘極電極施加逆偏壓，則空乏層(耗盡層)會擴大，但已知若于該空乏層區(qū)域中存在BMD，則會引起接面漏電流。根據(jù)上述內(nèi)容進行綜合判斷，要求如COP或OSF核之類的原生缺陷、及作為原生氧析出物即RIE缺陷，不會存在于與器件的動作區(qū)域即與表面相距一定深度的區(qū)域(于最先進的器件中是至Iym的深度為止)中。更優(yōu)選是要求上述缺陷不會存在于與上述表面相距3μπι的深度的區(qū)域中。一般而言，為了消除如COP、OSF核、氧析出物等的與氧相關的缺陷，必須使氧濃度為固溶限度(solid solubility limit)以下。例如能夠以如下方法實現(xiàn)以1100°C以上的溫度進行熱處理，利用氧的向外擴散而使表層的氧濃度下降，由此使氧濃度為固溶限度以下。但是，也有如下問題點由于氧向外擴散，故而表層的氧濃度會顯著地下降，因此導致表層的機械性強度也下降?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1專利文獻2專利文獻3專利文獻4專利文獻5專利文獻6專利文獻7非專利文獻非專利文獻1 :T. Hayakawa etc, JPN J Appl Phys Vol37 (1998) pp5_9

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于上述問題點而完成，其目的在于提供如下的晶片，所述晶片盡可能不會導致由于向外擴散所引起的表層的氧濃度的下降，可充分地確保表層的強度，同時也不存在氧析出物或如COP、OSF核之類的RIE缺陷，且TDDB特性優(yōu)異。為了達成上述目的，本發(fā)明提供一種退火晶片，是對自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理而成的退火晶片，所述單晶硅棒是通過柴氏長晶法培育而成，且由整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成，上述退火晶片的特征在于距晶片表面至少1 μ m的深度范圍內(nèi)不存在RIE缺陷，TDDB特性的合格率為80% 以上，且由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度，為距晶片表面3 μ m以內(nèi)。如此，首先，退火晶片是對自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理而成，所述單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、 或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成，且由柴氏長晶法(CZ法)形成，因為其于距晶片表面至少1 μ m的深度范圍中不存在RIE缺陷，因此，例如當制作最先進的器件時，于器件步驟中，即便在使用RIE裝置來形成STI的溝時也不會形成小丘，從而可形成平坦且干凈的溝。 另外，由于不存在RIE缺陷，故而可知也不存在OSF核。又，可獲得優(yōu)異的晶片，其TDDB特性的下降會受到抑制，且TDDB特性的合格率為 80%以上。另外，此處所謂的TDDB特性的合格率，是指本質(zhì)故障模式即γ模式(Ymode) 的合格率。進而，由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度是距晶片表面3μπι 以內(nèi)，因此，例如通過對表面稍微進行研磨等，可不耗成本且容易地獲得表層的氧濃度未下降且強度未下降的晶片。由于強度未下降，故而當制作器件時，可耐受STI的底部產(chǎn)生的應力，從而可抑制滑動移位的產(chǎn)生。日本特開2007-191320號公報 日本特開2001-203210號公報 日本特表2001-503009號公報 日本特開2003497839號公報 日本特開平10-326790號公報 日本特開2003-2Μ130號公報 日本特開2000-58509號公報
8
此時，上述退火晶片的氧濃度，可在距晶片表面超過3μπι的較深區(qū)域中呈均勻。由于向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度為距晶片表面3μπι以內(nèi)，且因為進行急速熱處理，故而表層的氧濃度的下降也較少，在較表層更深的區(qū)域中，因為通過CZ 法進行提拉時所導入的氧會均勻地擴散，因此，可獲得強度下降程度極小的晶片。又，要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，可自單晶硅棒切割出來，該單晶硅棒是由整個橫剖面為Nv的區(qū)域、整個橫剖面為Ni的區(qū)域、這些區(qū)域混合而成的區(qū)域、OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合而成的區(qū)域中的任一個區(qū)域所構成。若是整個橫剖面為Nv的區(qū)域、整個橫剖面為Ni的區(qū)域、或這些區(qū)域混合而成的區(qū)域，則其不包含OSF區(qū)域即幾乎不包含原生缺陷也就是OSF核的區(qū)域，本發(fā)明的退火晶片可制成更確實地不存在RIE缺陷；又，由于可獲得更優(yōu)異的TDDB特性，故而本發(fā)明特別有效。又，可制成一種退火晶片，其即便是如OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合而成的區(qū)域般地包含OSF區(qū)域，也可使OSF核消失而在表層無氧析出物或與氧相關的缺陷。又，可制成一種退火晶片，其于距上述晶片表面至少5 μ m的深度范圍內(nèi)不存在 RIE缺陷。如此，不存在RIE缺陷的區(qū)域形成得更深，也不會在器件區(qū)域中形成小丘，可更確實地形成平坦且干凈的溝。進而，由于上述表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度，可制成距晶片表面2μ 以內(nèi)。如此，可不耗費成本且更容易地獲得表層的氧濃度未下降且強度未下降的晶片。此時，上述退火晶片的氧濃度可在距晶片表面超過2 μ m的較深區(qū)域中呈均勻。如此，可獲得一種退火晶片，其氧濃度自較淺的區(qū)域起即呈均勻，且強度下降更少。又，本發(fā)明提供一種退火晶片的制造方法，是先通過柴氏長晶法來培育單晶硅棒， 然后對自該單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理的制造方法，所述退火晶片的制造方法的特征在于于培育上述單晶硅棒時，控制提拉速度以培育出整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域，并對于自該培育而成的單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片，使用急速加熱和急速冷卻裝置，以高于1300°C且為 1400°C以下的溫度，實施1 60秒的急速熱處理，由此來制造出使RIE缺陷消失于距晶片表面至少Iym的深度范圍內(nèi)的退火晶片。如此，培育單晶硅棒且使該單晶硅棒整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF 區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域，并對于自其切割出來的單晶硅晶片， 以高于1300°C且為1400°C以下的溫度實施1 60秒的RTP處理，由此，可制造出一種使 RIE缺陷消失在距晶片表面至少Iym的深度范圍內(nèi)的退火晶片，S卩，可使OSF區(qū)域中產(chǎn)生的原生缺陷的OSF核、及特別會產(chǎn)生在Nv區(qū)域中的原生氧析出核消失，從而可獲得在表層無氧析出物或與氧相關的缺陷的晶片。因此，例如當制作最先進的器件時，在形成STI的溝時不會形成小丘，從而可形成平坦且干凈的溝。進而，可獲得TDDB特性良好的晶片。
而且，由于為RTP處理，故而可使由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域， 位于與表面相距3 μ m以內(nèi)的極淺的范圍內(nèi)，例如通過對表面稍微進行研磨等，可不耗費成本且容易地獲得表層的氧濃度未下降且強度未下降的晶片。因此，當制作器件時，可耐受 STI的底部產(chǎn)生的應力，從而可抑制滑動移位的產(chǎn)生。又，RTP處理時間進行1 60秒則已足夠，尤其是通過將上限設為60秒，可防止因生產(chǎn)性下降引起的成本上升、或可防止在熱處理中易于產(chǎn)生滑動移位的情形。又，可防止在熱處理中，氧大量地向外擴散而導致表層的氧濃度發(fā)生較大幅度地下降的情形，從而可防止機械性強度的下降。此時，可自單晶硅棒切割出要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，該單晶硅棒是由整個橫剖面為Nv的區(qū)域、或整個橫剖面為Ni的區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。如此，由于在急速熱處理的晶片中不存在OSF核，故而于急速熱處理中，僅將存在于N區(qū)域且特別是存在于Nv區(qū)域中的原生氧析出物予以溶解即可，因此，可更確實地使RIE 缺陷消失，又，可獲得具有更優(yōu)異的TDDB特性的退火晶片。同時，因能夠以更短時間的急速熱處理來制造無RIE缺陷的晶片，故本發(fā)明特別有效?；蛘?，可自單晶硅棒切割出要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，然后實施10 60秒的上述急速熱處理，該單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合而成的區(qū)域、OSF區(qū)域與N區(qū)域混合而成的區(qū)域中的任一個區(qū)域所構成，。如此，即便包含OSF區(qū)域，也可使在OSF區(qū)域中產(chǎn)生的原生缺陷的OSF核消失，從而可獲得在表層中無氧析出物或與氧相關的缺陷的晶片。因此，當形成STI的溝時，可形成干凈的溝，從而可使TDDB特性更為良好。又，通過實施上述急速熱處理，可使RIE缺陷消失于距晶片表面至少5 μ m的深度范圍內(nèi)。如此，可進一步加深不存在RIE缺陷的區(qū)域，也不會在器件區(qū)域中形成小丘，可更確實地形成平坦且干凈的溝。又，可將上述制造的退火晶片，制成其由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度，為距晶片表面3 μ m以內(nèi)。如此，如上所述，例如通過對表面稍微進行研磨等，可不耗費成本且容易地獲得表層的氧濃度未下降且強度未下降的晶片。因此，當制作器件時，可耐受STI的底部產(chǎn)生的應力，從而可抑制滑動移位的產(chǎn)生。進而，可將上述制造的退火晶片，制成其由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度，為距晶片表面2 μ m以內(nèi)。如此，由于為RTP處理，故而具體而言，可將由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度，抑制于距晶片表面2μπι以內(nèi)的較狹窄的范圍，從而可形成表層的強度下降極小的區(qū)域。又，較優(yōu)選為將要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，作成含有4Χ IO17以上且為 9\1017站01118/(^3(依據(jù)邛104(日本電子工業(yè)振興協(xié)會)的換算系數(shù)而算出)以下濃度的氧。
若將氧濃度設為4X1017atOmS/Cm3(依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)以上，則可更有效地防止晶片強度下降。另一方面，通過設為9X1017atOmS/Cm3(依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)以下，可防止原生缺陷或原生氧析出物的尺寸變得過大，于急速熱處理的條件下，不再必須過度地高溫化和長時間化，從而對于工業(yè)生產(chǎn)有利。又，若氧濃度高，則過飽和度高，因此，于器件步驟熱處理中，氧會再次析出并形成BMD，因而形成RIE缺陷，但此時可易于使未產(chǎn)生BMD即 RIE缺陷的DZ層的寬度較器件動作區(qū)域更深。又，可將要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，作成含有IX IO11 IX 10、tOmS/ cm3濃度的氮和/或1 X IO16 1 X 1017atoms/cm3濃度的碳。若含有此種濃度范圍的氮，則可進一步提高晶片強度。又，可促進基體部中的BMD 的形成，從而在需要高密度的BMD時有利。又，若含有上述濃度范圍的碳，則若于器件步驟時的熱處理為低溫長時間(例如 400 600°C )，則熱處理中產(chǎn)生的氧施體的形成會受到抑制(參照REALUE社的“硅科學” 大觀，新田監(jiān)修，PM2)。另外，對氧施體進行簡單說明，于熱處理中，形成由3 6個左右的氧聚集而成的復合體即氧施體，并將2個自由電子供給至硅中。由此，硅的電阻率發(fā)生變化，從而使MOS 晶體管的臨限值Vth發(fā)生變化。又，已知若存在碳，則會通過500 800°C的熱處理而增強BMD，當基體部中需要高密度的BMD時有利。繼而，本發(fā)明提供一種器件的制造方法，其特征在于當使用通過上述退火晶片的制造方法制造出來的退火晶片來制造器件時，進行干式蝕刻，此時較優(yōu)選是將上述器件設為攝影用器件。如STI所代表，將通過本發(fā)明的退火晶片的制造方法制造出來的退火晶片，用作需要以干式蝕刻來進行蝕刻步驟的器件的材料，由此，可防止在蝕刻中，由于與氧相關的缺陷或氧析出物而形成小丘，從而可達成均勻的蝕刻。一般而言，已知BMD的晶片面內(nèi)分布，是沿結晶培育時產(chǎn)生的氧的條紋而呈多重環(huán)狀地具有100 μ m左右的寬度，且伴隨濃淡而產(chǎn)生(參照REALUE社的“硅科學”大觀，新田監(jiān)修pl28)。已知CXD或CMOS影像感測器的特性會受該BMD的濃淡的影響，較為理想的是，該BMD的濃淡盡可能少。對于本發(fā)明的退火晶片而言，通過以RTP處理使原生氧析出物一度完全溶解、消失，則會完全重設(reset)在結晶培育中承受的熱歷程?；蛘?，由于使用幾乎未產(chǎn)生原生氧析出物的區(qū)域，故而于器件步驟的熱處理中產(chǎn)生的BMD的濃淡，與當初的條紋圖案相比，濃淡的對比度變?nèi)?。進而，不僅會完全重設結晶培育中的熱歷程，而且因為在RTP處理中均勻地導入至基體面內(nèi)的空孔，因而遍及整個晶片而產(chǎn)生均勻的BMD。通過這些效果，可減小CXD或CMOS影像感測器的特性的面內(nèi)不均。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，COP或OSF核等與氧相關的原生缺陷或原生氧析出物，并不存在于器件動作區(qū)域即表層中，因此，可提供TDDB特性良好的退火晶片。且，當將通過本發(fā)明所獲得的退火晶片作為材料，于器件步驟中以干式蝕刻進行蝕刻時，不會產(chǎn)生有害的小丘，因此，可進行均勻且高品質(zhì)的蝕刻。而且，于該表層中，氧濃度的下降小且為極狹窄的區(qū)域，故而可不耗費成本且容易地供給強度未下降的晶片。


圖1是表示本發(fā)明的退火晶片的一例的概略圖。圖2是表示本發(fā)明的退火晶片的制造方法的步驟的一例的說明圖。圖3是表示單晶提拉裝置的一例的概略圖。圖4是表示由預備試驗所產(chǎn)生的單晶硅棒的成長速度與各缺陷分布的關系的說明圖。圖5是表示急速加熱和急速冷卻裝置的一例的概略圖。圖6是表示實施例10、比較例9中的氧濃度輪廓的圖表。圖7是表示以CZ法培育而成的單晶硅棒的缺陷區(qū)域與提拉速度之間的關系的說明圖。圖8是表示自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片的面內(nèi)缺陷分布的說明圖；圖8(a) 是整個面為Nv區(qū)域的情形、圖8 (b)是晶片中心部為Nv區(qū)域且外周部為Ni區(qū)域的情形、圖 8(c)圖是整個面為Ni區(qū)域的情形。圖9是表示使用RIE法而進行的結晶缺陷的評價方法的概略的說明圖；圖9(a)是蝕刻前形成有氧析出物的硅晶片、圖9(b)是蝕刻后由于氧析出物而形成有小丘的硅晶片。圖10是表示STI的一例的概略圖。圖11是表示單晶硅的提拉速度V、對自提拉而成的單晶硅所獲得的單晶硅晶片進行RTP處理時的溫度、以及對RTP處理后的晶片的TDDB特性進行評價所得的結果的關系的說明圖。
具體實施例方式以下，一面參照附圖，一面詳細地說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不限定于此實施方式。對于近年的器件而言，如下的晶片是有效的，該晶片，在器件動作區(qū)域中不存在與氧相關的原生缺陷或原生氧析出物，TDDB特性的下降受到抑制，且氧濃度不下降。因此，本發(fā)明人對先前技術進行了考察，同時為獲得如上所述的晶片，對RTP處理及TDDB特性、RIE缺陷、進而對晶片表層的氧濃度的關系，專心進行了研究。首先，于前述專利文獻2中公開有如下方法自不存在Va (空位)或I (間隙硅) 的凝聚體的單晶的N區(qū)域(中性區(qū)域)，切割出硅晶片，并對晶片整個面由N區(qū)域構成的晶片進行RTP處理。于該方法的情形，由于在作為材料的硅晶片中不存在原生缺陷，故而認為即便進行RTP處理也不會有問題，但準備整個面為N區(qū)域的硅晶片，并進行RTP處理之后，對氧化膜的長期可靠性即經(jīng)時破壞特性也就是TDDB特性進行測定時，于晶片的Nv區(qū)域中，TZDB特性幾乎不會下降，但TDDB特性有時會下降(參照專利文獻1)。圖11是表示專利文獻1中所公開的單晶硅的提拉速度V、對自提拉后的單晶硅獲得的單晶硅晶片進行RTP處理時的溫度、以及對RTP處理后的晶片的TDDB特性進行評價所得的結果(〇良好、Δ 稍微下降、X 下降)的關系的說明圖。下面，進行簡單說明，在提拉速度V為0.56mm/min以下的情形，即于晶片整個面為 Ni區(qū)域的情形，對該晶片進行RTP處理，然后評價TDDB特性，則TDDB特性良好，其與RTP處
理溫度無關。然而，于自以0. 57mm/min的速度提拉而成的單晶硅棒切割出的晶片的情形，可知若RTP處理溫度為1190°C以上，則作為氧化膜的本質(zhì)故障模式即γ模式的合格率下降，即便RTP處理溫度為1270°C，上述合格率仍下降。該晶片相當于圖8(b)所示的晶片，該晶片是晶片中心為Nv區(qū)域且于其外周部存在Ni區(qū)域的晶片。此處，于本發(fā)明人所進行的實驗的結果中，TDDB特性由于RTP處理而下降，相對于此，于專利文獻5所公開的結果中，若以1200°C以上的溫度進行RTP處理，則TZDB特性及 TDDB特性均得到改善，可認為該兩個結果相矛盾。專利文獻1與專利文獻5的不同點在于專利文獻1使用混雜有Nv區(qū)域與Ni區(qū)域的晶片，于NH3與Ar氣體的混合氣體環(huán)境中進行RTP處理，相對于此，于專利文獻5所公開的實驗中，在氫氣中對產(chǎn)生有COP的V-Rich區(qū)域的晶片進行RTP處理之后，評價TDDB特性，該COP是點缺陷即空孔所凝聚而成的原生缺陷。于專利文獻2中公開有如下內(nèi)容與Ar氣體或Ar氣體及N2氣體的混合環(huán)境中的 RTP處理相比，氫氣環(huán)境中的RTP處理的COP分解性更高。又，于專利文獻5中也報告有如下內(nèi)容若于RTP處理之后，以1050°C進行30分鐘的氧化處理，則TZDB、TDDB特性會下降15 20%左右。根據(jù)上述內(nèi)容進行判斷，在專利文獻5中，通過吐氣體環(huán)境中的RTP處理，僅表面或自表面至極淺的區(qū)域的COP消失，因此，TDDB特性恢復，但若于RTP處理之后，以1050°C 進行30分鐘的氧化處理，形成極薄的氧化膜之后除去氧化膜，并除去表層的極淺的區(qū)域， 則TDDB特性會下降。即，此意味著無法完全地分解位于除去相當于氧化膜的厚度后的深度位置的COP。如本發(fā)明人于日本特開2009-249205號公報中作出的報告所述，于Nv區(qū)域中有原生氧析出物存在的區(qū)域，即RIE缺陷存在的區(qū)域。于專利文獻1的實驗中，是以1270°C以下的溫度且于缺陷分解性劣于H2氣體的NH3與Ar混合環(huán)境中進行RTP處理，于該溫度范圍中，由于存在于Nv區(qū)域中的原生氧析出物未完全地溶解，故而認為TDDB會下降。根據(jù)以上的說明，可知專利文獻1與專利文獻5并不矛盾。又，于專利文獻6的實施例中公開有如下內(nèi)容于氫氣中，以1135°C左右的溫度對混雜有OSF區(qū)域與N區(qū)域的晶片進行RTP處理，由此，TZDB特性得到改善。進而，即便于RTP處理之后進行200nm的氧化處理，TZDB特性也不會下降，因此， 可以說至少自表面至200nm為止，不存在使TZDB特性下降的缺陷。然而，相較于會對TZDB特性造成影響的缺陷或氧析出物，對于由于更小的缺陷而下降的TDDB特性的評價，并未進行，因此不清楚該區(qū)域中是否確實不存在缺陷。對照該結果與專利文獻1的本發(fā)明人的實驗結果，可推測于專利文獻6的實施例中，自器件動作區(qū)域即表面至ι μ m為止，進而自表面至3 μ m為止的整個區(qū)域的缺陷或氧析出物并未消失。本發(fā)明人基于如上所述的考察，進一步進行調(diào)查，使用RIE法對RTP處理之后TDDB 特性下降的原因?qū)Ｐ倪M行了檢討。其結果，例如，如日本特開2009-249205號公報所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在Nv區(qū)域中有著RIE缺陷存在的區(qū)域與不存在RIE缺陷的區(qū)域，于不存在RIE缺陷的區(qū)域中，TDDB特性并未下降；且發(fā)現(xiàn)=TDDB特性下降的區(qū)域，是特別在于Nv區(qū)域，且為RIE法所檢測的缺陷存在的區(qū)域。進而發(fā)現(xiàn)有時即便TDDB特性不下降，也會由RIE法檢測出RIE缺陷。也發(fā)現(xiàn)即便有RIE缺陷，當其尺寸較小時，TDDB特性也不會下降。也發(fā)現(xiàn)與根據(jù)TDDB特性進行的缺陷評價方法相比，通過RIE法進行的缺陷評價方法的缺陷檢測精確度更高。由于器件的微細化、高性能化今后也會持續(xù)發(fā)展，因此，若為根據(jù)目前的TDDB特性雖未檢測出缺陷但卻存在RIE缺陷的晶片，在將來有可能成為問題。因此，被認為將來會需要無RIE缺陷的晶片。本發(fā)明人基于如上所述的見識，對RIE缺陷的評價專心進行了檢討。其結果發(fā)現(xiàn)當進行1270°C以下的RTP處理時，存在于Nv區(qū)域中的RIE缺陷幾乎不會消失，此為TDDB特性下降的原因。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相反地，若RTP溫度達到1290°C以上，則 RIE缺陷會急劇減少，通過以高于1300°C的溫度進行RTP處理，可使RIE缺陷大致完全消失，進而可再次改善TDDB特性。此外發(fā)現(xiàn)若進行如上所述的高溫度的RTP處理，則也可使 OSF核消失，因此，可防止由OSF核引起的TDDB特性惡化，從而OSF區(qū)域也可被利用。而且，由于為RTP處理，故起自表面的由于向外擴散而引起的晶片表層的氧濃度的下降，也可僅止于極淺的區(qū)域中。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述內(nèi)容而完成了本發(fā)明。下面，說明本發(fā)明的退火晶片。圖1是本發(fā)明的退火晶片的一個實例。本發(fā)明的退火晶片1，是自通過CZ法培育而成的單晶硅棒制造而成，更具體而言，其通過對自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施 RTP處理而獲得，所述單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。該退火晶片1是經(jīng)RTP處理，因此，由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域，僅止于距晶片表面3μπι以內(nèi)，進而為2μπι或Iym以內(nèi)。又，于較該3μπι(進而是2μπι) 更深的區(qū)域中，通過CZ法而于培育過程中導入的氧的濃度變得均勻。因此，當無RIE缺陷的區(qū)域位于距表面1 μ m以上，進而距表面5 μ m以上的深度時，若根據(jù)需要而通過研磨等來除去晶片表層的1 3 μ m的極淺的深度，則可容易地獲得氧濃度分布于深度方向為均勻且于晶片表層也不會下降、無強度下降的晶片。而且，由于該晶片的強度不會下降，故于制作器件時，可耐受STI的底部產(chǎn)生的應力，從而可抑制滑動移位的產(chǎn)生。相對于此，若為實施長時間的熱處理而非RTP處理的退火晶片，則由于在晶片表層因向外擴散而引起的氧濃度的下降區(qū)域會擴及至較深處，因此，為了獲得強度不下降的晶片，而相應地必須大幅度地研磨至更深的區(qū)域為止。因此，會耗費成本及工夫。又，對于本發(fā)明的退火晶片1而言，距晶片表面至少Iym的深度范圍內(nèi)不存在RIE 缺陷，而且，于測定TDDB特性的情形，氧化膜的本質(zhì)故障模式即γ模式的合格率為80%以上。
14
不存在RIE缺陷，即不存在與氧相關的缺陷的區(qū)域，是在深度為1 μ m以上的范圍內(nèi)，因此，在最先進器件的動作區(qū)域即1 μ m以上的深度范圍內(nèi)，不會存在RIE缺陷。進而， 當將不存在與氧相關的RIE缺陷的區(qū)域加深至5 μ m以上時，即便如上所述般將氧濃度已下降的晶片中距表面3μπι的深度以內(nèi)的區(qū)域加以除去，由于在Ιμπι以上的深度范圍內(nèi)不存在RIE缺陷，因此，當于器件步驟中使用RIE裝置形成STI的溝時，可防止由于該與氧相關的缺陷而形成小丘。另外，要實施急速熱處理的單晶硅晶片，可設為自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片，該單晶硅棒是由整個橫剖面為Nv的區(qū)域、或整個橫剖面為Ni的區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。此種區(qū)域幾乎不包含OSF核，因此，與包含OSF區(qū)域的情形相比，可更確實地使RIE缺陷消失。又，即便于包含OSF區(qū)域的情形(例如OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合)，也可通過急速熱處理而使OSF核消失，而成為一種于表層中不存在RIE缺陷的退火晶片。其次，說明本發(fā)明的退火晶片的制造方法，此制造方法可制造出如上所述的本發(fā)明的退火晶片。如圖2所示，于本發(fā)明中，首先，控制提拉速度而培育單晶硅棒，該單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。其次，自該晶棒切割出單晶硅晶片。所獲得的晶片，成為由整個面為OSF區(qū)域、 或整個面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成的晶片。繼而， 以高于1300°C且為1400°C以下的溫度，對該單晶硅晶片實施1 60秒的急速熱處理而制造退火晶片。通過如上所述的步驟，使RIE缺陷消失于距晶片表面至少1 μ m的深度范圍內(nèi)。另外，培育的單晶硅棒的直徑等并無特別限定，例如可設為150mm 300mm或其以上的直徑，且可配合用途而培育成所期望的大小。又，關于培育的單晶硅棒的缺陷區(qū)域，如上所述，培育為如下的單晶硅棒即可，該單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。即便于包含OSF區(qū)域的情形，也可通過后續(xù)進行的高溫的RTP 處理而使OSF核消失，從而可制造在距晶片表面為充分深度的區(qū)域內(nèi)不存在RIE缺陷的退火晶片。進而，若培育包含Nv區(qū)域，則在防止TDDB特性的合格率下降方面特別有效。首先，說明可實施本發(fā)明的制造方法的單晶提拉裝置。于圖3中表示單晶提拉裝置30。該單晶提拉裝置30是具備下述而構成提拉室31、設置于提拉室31中的坩堝32、配置于坩堝32周圍的加熱器34、使坩堝32旋轉(zhuǎn)的坩堝保持軸33及其旋轉(zhuǎn)機構(未圖示)、 用以保持硅的種結晶的晶種夾頭41、提拉晶種夾頭41的鋼絲39、以及旋轉(zhuǎn)或卷繞鋼絲39 的卷繞機構(未圖示)。于坩堝32中，在收容其內(nèi)側(cè)的硅熔液(熔湯)38側(cè)設置有石英坩堝，在其外側(cè)設置有石墨坩堝。又，于加熱器34的外側(cè)周圍配置有隔熱材35。又，也可配合制造條件，如圖3般設置環(huán)狀的石墨筒(整流筒)36、或于結晶的固液界面37的外周設置環(huán)狀的外側(cè)隔熱材(未圖示)。進而，也可噴射冷卻氣體，或設置阻斷輻射熱以冷卻單晶的筒狀的冷卻裝置。又，可使用所謂的施加磁場的柴氏長晶法(MCZ法)，S卩，于提拉室31的水平方向的外側(cè)，設置未圖示的磁鐵，對硅熔液38施加水平方向或垂直方向的磁場，由此抑制熔液的對流，從而實現(xiàn)單晶的穩(wěn)定成長。這些裝置的各部分，例如可設為與先前相同。下面，說明通過上述單晶提拉裝置30來培育單晶的方法的一個實例。首先，于坩堝32內(nèi)，將硅的高純度多結晶原料加熱至熔點(約1420°C )以上而使其熔解。其次，通過卷放鋼絲39而使種結晶的前端接觸或浸漬于硅熔液38的表面大約中心部。然后，使坩堝保持軸33朝適當方向旋轉(zhuǎn)，并且一面使鋼絲39旋轉(zhuǎn)一面進行卷繞，將種結晶予以提拉，由此開始培育單晶硅棒40。然后，通過適當?shù)卣{(diào)整提拉速度與溫度，獲得約呈圓柱狀的單晶硅40。在有效地控制該所期望的提拉速度(成長速度)方面，例如是一面改變提拉速度、 一面培育晶棒，并進行調(diào)查提拉速度與缺陷區(qū)域的關系的預備試驗，然后基于該關系，而可再次在主試驗中控制提拉速度以制造可獲得所期望的缺陷區(qū)域的單晶硅棒。以下，說明上述預備試驗以及主試驗。于預備試驗中，當提拉單晶硅棒時，將成長速度控制于0. 7mm/min至0. 4mm/min的范圍內(nèi)，以使得該成長速度自結晶頭部朝尾部逐漸變小。制作使結晶的氧濃度為6 X IO17 7X 1017atOmS/Cm3(依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)的單晶。將提拉后的單晶棒，沿結晶軸方向縱向切斷，而制作多數(shù)個板狀塊體。將一個該板狀塊體，沿結晶軸方向以IOcm的長度為單位而切斷，于晶片熱處理爐中，以650°C在氮環(huán)境中進行2小時的熱處理，然后升溫至800°C為止，并保持4小時之后， 切換至氧環(huán)境中并升溫至1000°C為止，保持16小時之后，冷卻并取出。然后，拍攝X射線構形學影像，然后，通過SEMILAB公司制造的WT-85而制成晶片壽命的圖解。第二個板狀塊體，則于濕潤氧環(huán)境中以1100°C進行1小時的OSF熱處理之后，進行射哥蝕刻(secco etching)并確認OSF的分布狀況?；谏鲜鲆娊?，而劃定了 V-Rich區(qū)域、OSF區(qū)域、Nv區(qū)域、Ni區(qū)域、以及I-Rich區(qū)域。將該預備試驗所獲得的單晶硅棒的成長速度與各缺陷分布，表示于圖4。以下，表示提拉后的單晶的各邊界的成長速度的一例。V-Rich/OSF 區(qū)域邊界0. 591mm/minOSF 消失邊界0. 581mm/minNv/Ni 區(qū)域邊界0. 520mm/minNi/I-Rich 區(qū)域邊界0. 503mm/min此處，作為主試驗，鑒于上述成長速度與缺陷分布的關系，使用與確定缺陷區(qū)域的構造相同的熱區(qū)域(HZ)構造，以具有所期望的缺陷區(qū)域的方式，重新控制提拉速度并培育單晶硅棒40。例如，于圖4的情形，若一面將提拉速度V控制為0. 586mm/min，一面培育單晶硅， 并沿直徑方向進行切割，則可獲得于晶片中心部存在OSF區(qū)域且其外周部為Nv區(qū)域的OSF 區(qū)域與Nv區(qū)域的混合晶片(以下稱為OSF+Nv晶片)。又，若一面將提拉速度V控制為0. 515mm/min, 一面培育單晶硅，并沿直徑方向進行切割，則可獲得于晶片中心部存在Nv區(qū)域且于其外周部存在Ni區(qū)域的Nv區(qū)域與Ni區(qū)域的混合晶片(以下稱為Nv+Ni晶片)。
當然，并不限定于這些缺陷區(qū)域，可調(diào)整提拉速度，進而調(diào)整HZ構造等，而培育出在直徑方向上具有所期望的缺陷區(qū)域的單晶硅棒。又，培育的單晶硅棒的氧濃度也無特別限定，例如，可培育出含有4X IO17以上且為9X 1017atOmS/Cm3(依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)以下濃度的氧。通過設為4X 1017atOmS/Cm3 (依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)以上，可更有效地防止晶片強度下降。又，通過設為9X1017atOmS/Cm3(依據(jù)JEIDA的換算系數(shù)而算出)以下，可防止原生缺陷或原生氧析出物的尺寸變得過大，于急速熱處理的條件下，不再必須過度地高溫化和長時間化，從而對于工業(yè)生產(chǎn)有利。又，若氧濃度高，則過飽和度高，因此，于器件步驟熱處理中，會通過氧再次析出而成的BMD而形成RIE缺陷，但此時可易于使未產(chǎn)生RIE缺陷的 DZ層的寬度較器件動作區(qū)域更深。又，可根據(jù)目的而摻雜氮。于摻雜氮的情形，例如，可摻雜1 X IO11 1 X 1015atoms/ cm3濃度的氮。如此，可提高晶片強度，且可促進基體部的BMD的形成。進而，例如可摻雜IX IO"5 IX 1017atOmS/Cm3濃度的碳。于器件步驟時的熱處理為低溫長時間(例如400 600°C )的情形，可抑制熱處理中產(chǎn)生的氧施體的形成。又，可促進基體部的BMD的形成。由此，培育出具有所期望的缺陷區(qū)域的單晶硅棒，使用急速加熱和急速冷卻裝置， 對自上述單晶硅棒切割出的單晶硅晶片實施急速熱處理。于圖5中表示急速加熱和急速冷卻裝置的一個實例。該急速加熱和急速冷卻裝置12，具有由石英構成的腔室13，從而可于該腔室13內(nèi)對單晶硅晶片21進行急速熱處理。通過以自上下左右圍繞腔室13的方式而配置的加熱燈 14(例如鹵素燈)來進行加熱。該加熱燈14，可控制分別獨立地供給的電力。于氣體的排氣側(cè)，裝備有自動擋門15，其封鎖外氣。自動擋門15，設置有構成為可通過閘閥而開閉的未圖示的晶片插入口。又，于自動擋門15中設置有氣體排氣口 20，從而可調(diào)整爐內(nèi)環(huán)境。而且，單晶硅晶片21，被配置于石英托盤16上所形成的三點支持部17上。于托盤 16的氣體導入口側(cè)，設置有石英制造的緩沖器18，從而可防止氧化性氣體或氮化性氣體、 Ar氣體等的導入氣體直接撞擊單晶硅晶片21。又，于腔室13中設置有未圖示的溫度測定用特殊窗，可通過被設置于腔室13的外部的高溫計19，經(jīng)由該特殊窗而測定單晶硅晶片21的溫度。又，急速加熱和急速冷卻裝置12，也可使用與先前相同的裝置。使用如上所述的急速加熱和急速冷卻裝置，對單晶硅晶片實施急速熱處理，但此時，由于在Ar氣體或氫氣等的非氧化性和非氮化性氣體環(huán)境、或者隊氣體、NH3氣體等的氮化性氣體環(huán)境、或這些混合氣體環(huán)境中進行急速熱處理，故而于RTP處理中，Va注入至基體，并被凍結。因此，于晶片出貨階段未形成有BMD，但于器件熱處理中，表層確保無RIE缺陷的DZ層，于基體中更多地獲得BMD，從而可提供去疵能力高的晶片。又，若于包含N2或NH3氣體等的氮化性氣體環(huán)境的氣體中進行RTP處理，則于RTP 處理中，N原子被導入至晶片中，因此，也有提高晶片強度的優(yōu)點。相反地，若于氧氣環(huán)境中進行RTP處理，則I被注入并凍結，因此，可抑制在器件步驟的熱處理中產(chǎn)生的BMD的形成。這些配合用途而設為適當?shù)臍怏w環(huán)境即可。作為此時的熱處理條件，只要進行急速加熱，以高于1300°C且為1400°C以下的溫度進行1 60秒的熱處理，并急速冷卻即可，例如，可以50°C /秒的升溫速度進行升溫，于進行上述熱處理之后，以50°C /秒的降溫速度進行降溫。該升溫速度、降溫速度可適當?shù)卦O定。熱處理時間為1 60秒即可，但例如于包含OSF區(qū)域的晶片(整個面為0SF、0SF 區(qū)域與Nv區(qū)域的混合、或是OSF區(qū)域與N區(qū)域的混合)的情形，若進行10 60秒的熱處理則尤佳，可根據(jù)單晶硅晶片21中的OSF核的尺寸的大小等，于上述范圍內(nèi)適當?shù)剡M行調(diào)整。例如，若OSF核的尺寸原本即較大，則將保持時間設定得較長即可。可根據(jù)滑動移位的產(chǎn)生、成本方面、以及防止由向外擴散引起的氧濃度的下降方面，而設定適當?shù)臒崽幚頃r間。相反地，當對不包含OSF區(qū)域且晶片整個面由N區(qū)域構成的晶片進行急速熱處理時，由于無需使OSF核消失，故而熱處理時間也以進行較短時間(1 60秒)的熱處理即可， 可根據(jù)存在于N區(qū)域，尤其是存在于Nv區(qū)域中的原生氧析出物的尺寸而設定保持時間。即便于該情形，也可根據(jù)滑動移位的產(chǎn)生、成本方面、防止由于向外擴散引起的氧濃度的下降方面，而設定適當?shù)臒崽幚頃r間。通過實施如上所述的急速熱處理，可制造出一種在距晶片表面至少Iym的深度范圍內(nèi)使RIE缺陷消失的退火晶片1，且于形成STI的溝時，也不會形成小丘。進而，通過對急速熱處理的熱處理時間進行調(diào)整等，可形成在5μπι以上的深度范圍內(nèi)均無RIE缺陷的區(qū)域。又，TDDB特性的合格率優(yōu)異，且可使由自表面向外擴散而引起的氧濃度下降的區(qū)域僅止于距晶片表面3μπι以內(nèi)，或者2μπι以內(nèi)或Ιμπι以內(nèi)，因此，只要根據(jù)需要，通過研磨等而除去該極薄的表層，便可簡單地獲得晶片表層的強度未下降的晶片?？煽紤]無RIE 缺陷的區(qū)域而進行上述表層的研磨等。因此，當制作器件時，可耐受STI的底部產(chǎn)生的應力，從而可抑制滑動移位的產(chǎn)生。繼而，可使用通過如上所述的本發(fā)明的退火晶片的制造方法而制造的退火晶片， 制造例如CCD或CMOS影像感測器等的攝影用器件。如STI所代表，使用本發(fā)明的晶片作為需要以干式蝕刻進行蝕刻的步驟的器件的材料，由此，可防止在蝕刻中，由于與氧相關的缺陷或氧析出物而形成小丘，從而可達成均勻的蝕刻。以下，表示實施例及比較例而更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于這些實施例及比較例。(實施例1 6、比較例1 8)使用圖3的單晶提拉裝置，施加橫向磁場，通過施加磁場的柴氏長晶法(MCZ法) 而培育出各種缺陷區(qū)域的單晶硅棒(直徑為12英寸(300mm)，方位<100>，導電型為P型)， 對于自該單晶硅棒切割出的單晶硅晶片，使用圖5的急速加熱和急速冷卻裝置(此處為 AMAT公司制造的VANTAGE)，于氬氣體環(huán)境中，以50°C /秒的升溫速度自室溫起急速升溫，于 1200 1350°C的最高溫度保持1 10秒之后，以50°C /秒的降溫速度進行急速冷卻。另外，在與單晶硅棒的成長速度以及缺陷區(qū)域的關系相關的預備試驗中，可獲得
1與圖4相同的關系，基于該關系，培育出具有本試驗中所期望的缺陷區(qū)域的晶棒。各例的條件如下所述。于實施例1 6中，實施本發(fā)明的退火晶片的制造方法。(實施例 1) (OSF+Nv)提拉速度0. 585讓/min、RTP處理溫度1320°CRTP保持時間10秒(實施例 2) (OSF+Nv)提拉速度0. 585讓/min、RTP處理溫度1350°CRTP保持時間10秒(實施例 3) (Nv+Ni)提拉速度0.51(toim/min、RTP 處理溫度1320°CRTP保持時間10秒(實施例 4) (Nv+Ni)提拉速度0.510mm/min、RTP 處理溫度1350°CRTP保持時間10秒(實施例 5) (Nv+Ni)提拉速度0.510mm/min、RTP 處理溫度1320°CRTP保持時間1秒(實施例 6) (Nv+Ni)提拉速度0.510mm/min、RTP 處理溫度1320°CRTP保持時間5秒(比較例 1) (OSF+Nv)提拉速度0.585mm/min、無 RTP 處理(比較例 2) (OSF+Nv)提拉速度0. 585讓/min、RTP處理溫度1250°CRTP保持時間10秒(比較例 3) (OSF+Nv)提拉速度0.585mm/min、RTP 處理溫度1270°CRTP保持時間10秒(比較例 4) (OSF+Nv)提拉速度0.585mm/min、RTP 處理溫度1290°CRTP保持時間10秒(比較例 5) (Nv+Ni)提拉速度0.510mm/min、無 RTP 處理(比較例 6) (Nv+Ni)提拉速度0.51(toim/min、RTP 處理溫度1250°CRTP保持時間10秒(比較例 7) (Nv+Ni)提拉速度0.51(toim/min、RTP 處理溫度1270°CRTP保持時間10秒
(比較例 8) (Nv+Ni)提拉速度0.510mm/min、RTP 處理溫度1290°CRTP保持時間10秒RTP處理結束之后，當于400°C左右取出晶片時，會形成極薄的氧化膜，因此，然后，分別將晶片浸漬于5%的HF，并以RTP處理除去形成于表面的氧化膜之后，制成將表面拋光1 μ m左右而成的樣本各3塊。對于第一塊樣本，于濕潤氧環(huán)境中，以1100°C進行1小時的OSF熱處理之后，進行射哥蝕刻，通過顯微鏡進行OSF評價。對于第二塊樣本，使用磁控管RIE裝置(Applied Materials公司制造的Centura) 進行蝕刻。然后，利用激光散射方式的異物檢查裝置(KLA-Tencor公司制造的SPl)計測蝕刻后的小丘。又，使用電子顯微鏡計測小丘的個數(shù)，并算出缺陷密度。關于第三塊樣本，對作為氧化膜耐電壓特性的TDDB特性進行評價。用于評價的 MOS構造，是閘極氧化膜厚度25nm，電極面積4mm2，α、β、γ模式的判定基準分別為初始崩潰、小于5C/cm2、5C/cm2以上。表1中表示各樣本的OSF密度、由RIE法檢測出的缺陷密度與TDDB的、模式的合格率測定結果。于實施例1 6中，可獲得本發(fā)明的退火晶片。表 1
缺RTP處理RTP保持OSFRIE缺陷TDDB陷溫度rc)時間(秒)( 個密度γ模式合區(qū)/cm2)( 個格率(％)域/cm2)比較例1OSF + Nv無-6313948比較例21250102514141比較例3127010158345比較例412901004952實施例11320100080實施例21350100093比較例5Nv + Ni無-021092比較例6125010019153比較例7127010017760比較例812901006273實施例31320100093實施例41350100097實施例5132010086實施例6132050090
20
由表1可明確得知，對于OSF+Nv晶片而言，RTP處理后的OSF密度，會隨著RTP溫度變高而急劇減少，于1290°C時，OSF完全消失。已知RTP溫度越高，則RIE缺陷也越少，但與OSF相比，RIE缺陷的減少較為緩慢，尤其于1270°C以下的溫度區(qū)域中，RIE缺陷幾乎不會消失。若RTP溫度達到1290度以上，則RIE缺陷急劇減少，當以高于1300°C的溫度進行 RTP處理時，該RIE缺陷完全消失。直至RTP溫度達到1290°C為止，TDDB的合格率幾乎未見有改善，但當RTP溫度為使RIE缺陷完全消失的1320°C以上時，上述TDDB的合格率迅速恢復。另一方面，于Nv+Ni晶片的情形，于任一 RTP溫度均未產(chǎn)生OSF。于該情形，RIE缺陷也隨著RTP溫度變高而緩慢地減少，在1320°C的RTP處理中，于1秒 10秒的急速熱處理的任一情形，上述RIE缺陷均完全消失，同時，TDDB的合格率也恢復至80%以上。此處，于未實施RTP處理(比較例5)的情形，盡管RIE缺陷高達210個/cm2，但 TDDB的合格率升高至92%。關于其原因，一般認為是因為雖然RIE缺陷的密度大，但缺陷尺寸小，或者尚未成為使TDDB特性惡化的形態(tài)的氧析出物。根據(jù)典型的核形成理論，已知熱處理溫度的臨界尺寸以上的析出物會成長而不會消失，臨界尺寸以下的析出物會消失。存在于Nv區(qū)域中的原生氧析出物即RIE缺陷的尺寸，大于1290°C的臨界尺寸，因此，當以1300°C以下的溫度進行RTP時，析出物會成長。或者，在氬環(huán)境的RTP處理中，Va 注入至基體中并被凍結，溫度越高，則其濃度越大，因此，通過以RTP處理來使缺陷消失或縮小的效果與Va注入，培育出使TDDB特性下降的缺陷，一般認為，于1300°C以下時，后者的影響大于前者的影響，因此TDDB特性下降；當溫度高于1300°C時，前者的影響大于后者的影響，因此TDDB特性得到改善。又，已知對于TDDB特性而言，在RTP處理溫度均為1300°C以下(比較例1 8) 的情形中，若以1250°C的RTP處理使TDDB特性的、模式的合格率暫時下降，然后，尤其于 OSF+Nv晶片的情形，于任一情形中，該合格率仍舊下降而幾乎不恢復。與包含原生缺陷即OSF核的OSF+Nv晶片相比，Nv+Ni晶片于1290°C表現(xiàn)出較高的合格率，一般認為其原因在于，在Nv+Ni晶片中不存在原生缺陷，僅存在原生氧析出物，因此，TDDB特性于更低的溫度時恢復。然而，已知以1290°C進行RTP處理時的TDDB特性的γ模式合格率為73%，為了使該合格率完全恢復，則必須以高于1300°C的溫度進行RTP處理。另一方面，已知當以高于1300°C的溫度進行RTP處理時(實施例1 6)，TDDB特性的、模式合格率達到80%以上，其已充分地恢復。RIE缺陷也消失。關于RTP保持時間，于OSF+Nv晶片的情形，若以1320°C保持10秒，則、模式合格率達到80%。如此，為更確實地獲得充分的氧化膜耐電壓，較優(yōu)選為以高于1300°C的溫度保持10秒以上。另一方面，于Nv+Ni晶片的情形，即便以1320°C保持1秒，、模式合格率也為86%，已獲得足夠高的合格率。其原因在于如上所述，由于并未包含OSF區(qū)域，故而 OSF核原本并不存在于晶片基體內(nèi)，因此，僅將存在于N區(qū)域，尤其是存在于Nv區(qū)域中的原生氧析出物予以溶解即可。(實施例7 9、參考例1)
基于圖4所示的單晶硅棒的成長速度及缺陷區(qū)域的關系，準備OSF+Nv晶片與Nv+Ni晶片各6塊，使用圖5的急速加熱和急速冷卻裝置(此處為AMAT公司制造的 VANTAGE)，于氬(Ar)氣體環(huán)境中，以50°C /秒的升溫速度自室溫起急速升溫，于1320°C的最高溫度保持10秒之后，以50°C /秒的降溫速度急速冷卻。當RTP處理結束之后，于400°C左右取出晶片時，會形成極薄的氧化膜，因此，然后，將該晶片浸漬于5%的HF，并以RTP處理除去形成于表面的氧化膜。然后，將3塊OSF+Nv晶片的表面拋光5 μ m,并設為樣本_1 (實施例7)。將剩余的3塊OSF+Nv晶片的表面拋光20 μ m,并設為樣本_2 (參考例1)。將3塊Nv+Ni晶片的表面拋光5 μ m,并設為樣本_3 (實施例8)。將剩余的3塊Nv+Ni晶片的表面拋光20 μ m,并設為樣本_4 (實施例9)。關于樣本-1至樣本-4的各個樣本，對于第一塊樣本，于濕潤氧環(huán)境中，以1100°C 進行1小時的OSF熱處理之后，進行射哥蝕刻，通過顯微鏡進行OSF評價。對于第二塊樣本，使用磁控管RIE裝置(Applied Materials公司制造的Centura) 進行蝕刻。然后，利用激光散射方式的異物檢查裝置(KLA-Tencor公司制造的SPl)計測蝕刻后的小丘。又，使用電子顯微鏡計測小丘的個數(shù)，并算出缺陷密度。對于第三塊樣本，對于氧化膜耐電壓特性即TDDB特性進行評價。用于評價的MOS 構造為閘極氧化膜厚度25nm，電極面積4mm2，α、β、γ模式的判定基準分別為初始崩潰， 小于5C/cm2，為5C/cm2以上。表2中表示各樣本的OSF密度、由RIE法檢測出的缺陷密度與TDDB的、模式的合格率測定結果。于實施例7 9中，可獲得本發(fā)明的退火晶片。表權利要求
1.一種退火晶片，是對自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理而成的退火晶片，所述單晶硅棒是通過柴氏長晶法培育而成，且由整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成，該退火晶片的特征在于，距晶片表面至少1 μπι的深度范圍內(nèi)不存在RIE缺陷，TDDB特性的合格率為80%以上， 且由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度是距晶片表面3μπι以內(nèi)。
2.如權利要求1所述的退火晶片，其中，上述退火晶片的氧濃度在距晶片表面超過3 μ m的較深區(qū)域中呈均勻的濃度。
3.如權利要求1或2所述的退火晶片，其中，要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，是自單晶硅棒切割出來，該單晶硅棒是由整個橫剖面為Nv的區(qū)域、整個橫剖面為Ni的區(qū)域、 這些區(qū)域混合而成的區(qū)域、OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合而成的區(qū)域中的任一個區(qū)域所構成。
4.如權利要求1至3中任一項所述的退火晶片，其中，距上述晶片表面至少5 μ m的深度范圍內(nèi)不存在RIE缺陷。
5.如權利要求1至4中任一項所述的退火晶片，其中，通過上述表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度是距晶片表面2 μ m以內(nèi)。
6.如權利要求5所述的退火晶片，其中，上述退火晶片的氧濃度在距晶片表面超過2 μ m的較深區(qū)域中呈均勻的濃度。
7.—種退火晶片的制造方法，是先通過柴氏長晶法來培育單晶硅棒，然后對自該單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理的制造方法，該退火晶片的制造方法的特征在于，于培育上述單晶硅棒時，控制提拉速度以培育出整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域，并對于自該培育而成的單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片，使用急速加熱和急速冷卻裝置，以高于1300°C且為1400°C以下的溫度，實施1 60秒的急速熱處理，由此來制造出使RIE缺陷消失于距晶片表面至少 1 μ m的深度范圍內(nèi)的退火晶片。
8.如權利要求7所述的退火晶片的制造方法，其中，自單晶硅棒切割出要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，該單晶硅棒是由整個橫剖面為Nv的區(qū)域、或整個橫剖面為Ni的區(qū)域、或是這些區(qū)域混合而成的區(qū)域所構成。
9.如權利要求7所述的退火晶片的制造方法，其中，自單晶硅棒切割出要實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，然后實施10 60秒上述急速熱處理，該單晶硅棒是由整個橫剖面為OSF區(qū)域、OSF區(qū)域與Nv區(qū)域混合而成的區(qū)域、OSF 區(qū)域與N區(qū)域混合而成的區(qū)域中的任一個區(qū)域所構成。
10.如權利要求7至9中任一項所述的退火晶片的制造方法，其中，通過實施上述急速熱處理，使RIE缺陷消失于距晶片表面至少5 μ m的深度范圍內(nèi)。
11.如權利要求7至10中任一項所述的退火晶片的制造方法，其中，將上述制造的退火晶片，制成其由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度是距晶片表面3μπι以內(nèi)。
12.如權利要求10所述的退火晶片的制造方法，其中，將上述制造的退火晶片，制成其由于表面的向外擴散而導致氧濃度下降的區(qū)域的深度是距晶片表面2μπι以內(nèi)。
13.如權利要求7至12中任一項所述的退火晶片的制造方法，其中，將實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，制成含有依據(jù)日本電子工業(yè)振興協(xié)會的換算系數(shù)而算出的值是4Χ IO17以上且為9X1017atomS/Cm3以下濃度的氧。
14.如權利要求7至13中任一項所述的退火晶片的制造方法，其中，將實施上述急速熱處理的單晶硅晶片，制成含有1 X IO11 1 X 1015atoms/cm3濃度的氮和 / 或 1 X IO16 1 X 1017atoms/cm3 濃度的碳。
15.一種器件的制造方法，其特征在于，當使用通過如權利要求10所述的退火晶片的制造方法制造出來的退火晶片來制造器件時，進行干式蝕刻。
16.如權利要求15所述的器件的制造方法，其中，上述器件是攝影用器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種退火晶片及退火晶片的制造方法，該退火晶片是對自單晶硅棒切割出來的單晶硅晶片實施急速熱處理而成，該單晶硅棒通過CZ法培育而成，且由整個橫剖面為OSF區(qū)域、或整個橫剖面為OSF區(qū)域外側(cè)的N區(qū)域、或這些區(qū)域混合而成的區(qū)域構成，其中，退火晶片在距表面至少1μm的深度范圍內(nèi)不存在RIE缺陷，TDDB特性的合格率為80％以上，且由于表面的向外擴散導致氧濃度下降的區(qū)域的深度為距表面3μm以內(nèi)。由此，可提供一種晶片，該晶片盡可能地不會導致由于向外擴散引起的表層氧濃度的下降，可充分確保表層的強度，同時不存在氧析出物和如COP、OSF核的與氧相關的缺陷等，也不存在原生缺陷，且TDDB特性優(yōu)異。
文檔編號H01L21/324GK102396055SQ20108001645
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權日2009年4月13日
發(fā)明者江原幸治, 菊地博康, 速水善范 申請人:信越半導體股份有限公司