專利名稱：硅基板的制造方法及硅基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造硅基板的方法、及根據(jù)該方法所制得的硅基板。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體電路的高集成化所伴隨的組件微細(xì)化，而對作為其基板的由柴氏(Czochralski)法(以下稱為CZ法)所制得的單晶硅提高質(zhì)量要求。
然而，在由CZ法所成長的單晶硅中，通常會從石英坩堝中溶出10 20ppma (使用 JEIDA (日本電子工業(yè)振興協(xié)會)的換算系數(shù))左右的氧，并在硅熔融液界面混入硅結(jié)晶中。
然后，在結(jié)晶冷卻的過程中成為過飽和狀態(tài)，結(jié)晶溫度成為700°C以下時，會凝集而形成氧析出物(以下稱為原生(grown in)氧析出物)。然而，該氧析出物的尺寸極小，而在出貨階段，不會使氧化膜耐電壓特性中的一種的TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown,零時介電擊穿)特性和組件特性降低。已知使氧化膜耐電壓特性和組件特性惡化的由單晶成長所造成的缺陷是復(fù)合缺陷，且是FPD (Flow Pattern Defect,流體圖案缺陷)、LSTD (Laser Scattering Tomograph Defect,激光散射斷層攝影缺陷)、COP (Crystal Originated Particle,晶體原生顆粒缺陷)、0SF(Oxidation-1nduced Stacking Fault,氧化感應(yīng)迭層缺陷)等原生缺陷，該復(fù)合缺陷是以下缺陷在進(jìn)行結(jié)晶冷卻時達(dá)到過飽和而與氧一起凝集而成從結(jié)晶的溶融液進(jìn)入單晶娃中的被稱為空位(Vacancy,以下有時簡與為 Va)的空孔型的點(diǎn)缺陷、及稱為間隙硅(Interstitial-Si，以下有時簡寫為I)的晶格間型硅點(diǎn)缺陷。
在說明此等缺陷時，首先說明決定會被收進(jìn)單晶硅中的Va及I各自所進(jìn)入的濃度的因素。
圖4是表示當(dāng)根據(jù)使進(jìn)行單晶成長時的提拉速度V (mm/min)變化來使從硅熔點(diǎn)至 1300°C為止的溫度范圍內(nèi)的提拉軸方向的結(jié)晶內(nèi)溫度梯度的平均值G(°C /mm)的比值V/G 變化時，單晶硅的缺陷區(qū)域的圖。
一般來說，單晶內(nèi)的溫度分布是取決于柴氏長晶爐(CZ爐)內(nèi)構(gòu)造(以下稱為熱區(qū)(HZ))，即使改變提拉速度，該分布也幾乎不會改變。因此，當(dāng)是同一構(gòu)造的CZ爐時，V/G 會只對應(yīng)于提拉速度的變化。即，提拉速度V與V/G有近似正比的關(guān)系。因此，圖4的縱軸是使用提拉速度V。
在提拉速度V較高的區(qū)域，F(xiàn)PD、LSTD, COP等原生缺陷，高密度地存在于結(jié)晶徑方向的幾乎全部區(qū)域，此等缺陷存在的區(qū)域被稱為V-rich (V-富集)區(qū)域，該等原生缺陷被認(rèn)為是由稱為空位的點(diǎn)缺陷即空孔所凝集而成的空隙(void)。
又，逐漸減慢成長速度時，在結(jié)晶周邊部產(chǎn)生的OSF環(huán)會逐漸朝向結(jié)晶內(nèi)部收縮， 最后消失。更加減慢成長速度時，會出現(xiàn)VA和間隙硅的過多及不足的情形較少的中性 (Neutral,以下稱為N)區(qū)域。至今逐漸已知,此N區(qū)域雖有Va和I的偏移,但由于是飽和濃度以下，故不會凝集成為缺陷。此N區(qū)域區(qū)分成以Va為主(Va占優(yōu)勢)的Nv區(qū)域、及以I為主(I占優(yōu)勢)的Ni區(qū)域。
已知在Nv區(qū)域，在進(jìn)行熱氧化處理時會產(chǎn)生大量的氧析出物(Bulk Micro Defect,以下稱為BMD)，在Ni區(qū)域，幾乎不會發(fā)生氧析出。成長速度更緩慢的區(qū)域，I會達(dá)到過飽和，結(jié)果會低密度地存在L/D (Large Dislocation,晶格間位錯環(huán)的縮寫,LSEF1D (Large Secco Etch Pit Defect,大射哥蝕刻坑缺陷)、LEF1D等)的缺陷，而被稱為1-Rich (1-富集)區(qū)域，該L/D的缺陷被認(rèn)為是由間隙娃I集合而成的位錯環(huán)(dislocation loop)。
因此，經(jīng)由將單晶予以切割、研磨，可獲得一種硅基板，其整個面是N區(qū)域且缺陷極少，該單晶是一邊將成長速度控制在使從結(jié)晶的中心至徑方向全部區(qū)域內(nèi)會成為N區(qū)域的范圍內(nèi)，一邊提拉而成。
又，在成為組件活性區(qū)域即硅基板表面產(chǎn)生如以上所述的BMD時，會對接面漏電等·組件特性造成不良影響，但另一方面，存在于組件活性區(qū)域以外的主體時，會有效地產(chǎn)生作為吸附區(qū)的功能，該吸附區(qū)是用以捕集組件工序中所混入的金屬雜質(zhì)。
近年來,公開了一種進(jìn)行RTP (Rapid Thermal Process,快速熱處理)處理的方法, 作為一種于不會產(chǎn)生BMD的Ni區(qū)域的內(nèi)部形成BMD的方法。所謂此RTP處理，是指一種熱處理方法，其對硅基板，在氮化膜形成環(huán)境、或是氮化膜形成環(huán)境氣體與稀有氣體、還原性氣體等氮化膜非形成環(huán)境氣體的混合氣體環(huán)境中，以例如50°C /sec的升溫速度從室溫快速升溫，并在120°C前后的溫度加熱保持?jǐn)?shù)十秒左右后，以例如50°C /sec的降溫速度快速冷卻。
關(guān)于經(jīng)由在進(jìn)行RTP處理后進(jìn)行氧析出熱處理而形成BMD的機(jī)理，專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2中已詳細(xì)敘述。此處，簡單說明BMD形成機(jī)理。
首先，在RTP處理中，例如在N2環(huán)境中，在1200°C的高溫保持時，Va會從硅基板表面注入，在1200°C至700°C的溫度范圍以例如5°C /sec的降溫速度冷卻時，會發(fā)生由Va的擴(kuò)散所造成的再分布與I的消失。結(jié)果，在主體中，Va會成為不均勻分布的狀態(tài)。在例如 800°C將這樣的狀態(tài)下的硅基板進(jìn)行熱處理時，在Va濃度高的區(qū)域，氧會快速地叢集化，但在低Va濃度的區(qū)域，不會發(fā)生氧的叢集化。在此狀態(tài)下，繼而在例如1000°C進(jìn)行熱處理一定時間時，經(jīng)叢集化的氧會成長而形成BMD。
這樣的話，對進(jìn)行RTP處理后的硅基板實(shí)施氧析出熱處理時，會按照由RTP處理所形成的Va的濃度輪廓，來形成在硅基板的深度方向具有分布的BMD。因此，經(jīng)由控制RTP處理的環(huán)境和最高溫度、保持時間等條件來進(jìn)行，來于硅基板形成期望的Va濃度輪廓，然后對所得的硅基板進(jìn)行氧析出熱處理，由此可制造一種硅基板，其具有期望的DZ寬度及深度方向的BMD輪廓。
在專利文獻(xiàn)3中公開了一種技術(shù)，在氧氣環(huán)境中進(jìn)行RTP處理時，會于表面形成氧化膜，而I會從氧化膜界面注入，故抑制BMD形成。這樣的話，RTP處置，根據(jù)環(huán)境氣體、最高保持溫度等條件，可促進(jìn)BMD形成，也可相反地抑制BMD形成。
當(dāng)進(jìn)行這樣的RTP處理時，由于進(jìn)行極短時間的退火，故幾乎不會發(fā)生氧向外擴(kuò)散，而可忽視在表層的氧濃度降低。
又，在專利文獻(xiàn)4中公開了一種方法，從N區(qū)域的單晶切割出來而作成硅基板，并將整個面由N區(qū)域所構(gòu)成的硅基板進(jìn)行RTP處理，該N區(qū)域的單晶不存在Va和I的凝集體。
當(dāng)是此方法時，由于作為材料的Si中不存在原生缺陷，故應(yīng)可根據(jù)RTP處理來容易地使其成為無缺陷，但準(zhǔn)備整個面是N區(qū)域的硅基板并進(jìn)行RTP處理后，測定TDDB (TimeDependent Dielectric Breakdown,時間相依介電擊穿)特性時，在娃基板的Nv區(qū)域, TZDB特性幾乎不會降低，但有時TDDB特性會降低，該TDDB是作為氧化膜的長期可靠性的經(jīng)時破壞特性。如專利文獻(xiàn)5中所記載，此TDDB特性降低的區(qū)域，因是Nv區(qū)域且是存在由 RIE (Reactive Ion Etching,反應(yīng)性離子蝕刻)法所檢測到的缺陷的區(qū)域，因此開發(fā)一種表層不存在RIE缺陷(被RIE法所檢測到的缺陷)的硅基板及其制造方法極為重要。
說明根據(jù)此RIE法來評估結(jié)晶缺陷的方法。
所謂RIE法，是一邊賦予深度方向的分解能力，一邊評估半導(dǎo)體單晶基板中的包含氧化硅(以下稱為SiOx)的微小結(jié)晶缺陷的方法，已知有專利文獻(xiàn)6所公開的方法。
此方法是根據(jù)以下方式來進(jìn)行結(jié)晶缺陷的評估對基板的主表面，實(shí)施一定厚度的反應(yīng)性離子蝕刻等高選擇性的異向性蝕刻，并檢測殘留的蝕刻殘渣。
包含SiOx的結(jié)晶缺陷的形成區(qū)域、及不包含SiOx的非形成區(qū)域，由于蝕刻速度不同(前者的蝕刻速度較小)，故實(shí)施上述反應(yīng)性離子蝕刻時，在基板的主表面會殘留以包含 SiO5^A結(jié)晶缺陷作為頂點(diǎn)的圓錐狀的小丘(hillock)。以由異向性蝕刻所造成的凸起部的形態(tài)來強(qiáng)調(diào)結(jié)晶缺陷，因此即使是微小的缺陷，也可容易地檢測到。
以下，說明專利文獻(xiàn)6所公開的結(jié)晶缺陷的評估方法。
通過熱處理，過飽和地溶于硅基板中的氧會以SiOx的形式析出而形成氧析出物。 然后，使用市售的RIE裝置 ，在鹵素系的混合氣體(例如HBr/Cl2/He + O2)環(huán)境中，根據(jù)對硅基板內(nèi)所含的BMD是高選擇比的異向性蝕刻，來從硅基板的主表面將此硅基板進(jìn)行蝕刻時，由BMD所造成的圓錐狀凸起物會形成為蝕刻殘渣(小丘)。因此，可依據(jù)此小丘來評估結(jié)晶缺陷。例如只要計算所得的小丘的數(shù)量，就可求出在進(jìn)行蝕刻的范圍內(nèi)的硅基板中的 BMD的密度。
當(dāng)根據(jù)如以上所述的RIE法，來評估經(jīng)以先前的熱處理方法進(jìn)行熱處理的基板表層的缺陷時，未充分地消除缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
(專利文獻(xiàn))
專利文獻(xiàn)1:日本特開2001-203210號公報
專利文獻(xiàn)2 :日本特開2001-503009號公報
專利文獻(xiàn)3 日本特開2003-297839號公報
專利文獻(xiàn)4 :日本特開2001-203210號公報
專利文獻(xiàn)5 日本特開2009-249205號公報
專利文獻(xiàn)6 :日本專利第3451955號公報發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明所要解決的課題]
在組件工序中制作MOS (Metal Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，為了使其動作而對閘極電極施加反向偏壓時，空乏層會擴(kuò)大，但于此空乏層區(qū)域存在 BMD等缺陷時，會成為接面漏電的原因。因此，對于多個組件的動作區(qū)域即基板表層(特別是距離表面3 μ m為止的區(qū)域)，要求不存在COP所代表的原生缺陷和BMD和原生氧析出物。 一般，為了消除如COP、OSF核、氧析出物等的與氧相關(guān)的缺陷，必須使氧濃度成為固溶極限以下。能以下方法來達(dá)成經(jīng)由在例如1100°C以上進(jìn)行熱處理，利用氧的向外擴(kuò)散來使表層的氧濃度降低，而使氧濃度成為固溶極限以下，但由于表層的氧濃度會因氧的向外擴(kuò)散而顯著降低，故也有表層的機(jī)械強(qiáng)度也會降低的問題點(diǎn)。
并且，為了使半導(dǎo)體組件適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生功能，少數(shù)載體必須具有充分的生命周期。 因金屬雜質(zhì)、氧析出、空孔等而形成缺陷位準(zhǔn)，因此少數(shù)載體的生命周期(以下稱為生命周期)會降低。因此，為了穩(wěn)定地確保半導(dǎo)體組件的功能，必須以使生命周期成為至少 500 μ sec以上的方式來制造娃基板。
鑒于此等情形，在近年來的組件中，較有效是一種硅基板，其在組件動作區(qū)域無與氧相關(guān)的原生缺陷和原生氧析出物，且生命周期是至少500 μ sec以上，并且根據(jù)組件熱處理使作為吸附區(qū)(吸雜區(qū))的BMD析出。
本發(fā)明人致力實(shí)施研究后結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)在高于1300°C的溫度進(jìn)行RTP處理，可消除硅基板表層的RIE缺陷。然而，同時可知，在高于1300°C的溫度進(jìn)行RTP處理的硅基板，熱處理后的生命周期會大幅降低。如前所述，當(dāng)生命周期未達(dá)500 μ sec時，組件特性不良的可能性高，會成為問題。
依據(jù)以上觀點(diǎn)，為了使組件適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生功能，必須提供一種硅基板，其無RIE缺陷，且生命周期充分長。
本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而研創(chuàng)完成，目的在于提供一種硅基板的制造方法、及由該方法所制得的硅基板，該硅基板，在距離表面至少Iym的深度，此深度成為組件制作區(qū)域，不存在氧析出物、COP、OSF等的由RIE法所檢測到的缺陷(RIE缺陷)，并且生命周期是500 μ sec以上。
[解決課題的方法]
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種硅基板的制造方法，是制造硅基板的方法，其特征在于至少具備以下工序第I熱處理工序，其對從由柴氏法所成長的單晶硅晶棒切割出來的硅基板，使用快速加熱和快速冷卻裝置，在包含氮化膜形成環(huán)境氣體、稀有氣體及氧化性氣體中的至少一種氣體的第I環(huán)境中，在高于1300°C且為硅的熔點(diǎn)以下的第I溫度保持I 60秒，來實(shí)施快速熱處理；以及第2熱處理工序，其接續(xù)該第I熱處理工 序，控制在第2溫度及第2環(huán)境，并在經(jīng)前述控制的第2溫度及第2環(huán)境中，對前述硅基板實(shí)施快速熱處理，該第2溫度及第2環(huán)境是用以抑制前述硅基板內(nèi)部因空孔而產(chǎn)生缺陷。
利用進(jìn)行這樣的第I熱處理工序，可在距離硅基板表面至少Iym的深度，消除由 RIE法所檢測到的缺陷。而且，由于接續(xù)第I熱處理工序來進(jìn)行上述的第2熱處理工序，可使在第I熱處理工序中在硅基板內(nèi)部過剩增加的空孔的濃度降低，并且抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷位準(zhǔn)，故可防止所制造的硅基板的生命周期減少。又，利用進(jìn)行快速熱處理，可有效控制進(jìn)行組件熱處理時基板內(nèi)部的BMD析出。
此時，較優(yōu)選是在前述第2熱處理工序中，接續(xù)前述第I熱處理工序，以5°C /sec 以上且為150°C /sec以下的降溫速度，從前述第I溫度快速降溫至未達(dá)1300°C的前述第2 溫度，并在前述第2溫度保持I 60秒，來對前述硅基板實(shí)施快速熱處理，由此進(jìn)行前述第 2熱處理工序。
這樣的話，利用在第2熱處理工序中實(shí)施上述快速熱處理，可有效率地降低硅基板內(nèi)部的空孔濃度，而有效抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷，故可確實(shí)防止生命周期減少。
此時，可將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成包含稀有氣體及氮化膜形成環(huán)境氣體中的至少一種氣體的環(huán)境，并將前述第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)1300°C。
利用進(jìn)行這樣的第2熱處理工序，可充分達(dá)成減少空孔濃度和抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷，而可確實(shí)地制造生命周期不減少的硅基板。又，若是包含稀有氣體及氮化膜形成環(huán)境氣體中的至少一種氣體的環(huán)境時，可制作成一種硅基板，其在組件制作工序中使充分的BMD 析出。
又，可將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成還原性氣體、或還原性氣體與稀有氣體的混合氣體的環(huán)境，并將前述第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)900°C。
利用進(jìn)行這樣的第2熱處理工序，可充分達(dá)成減少空孔濃度和抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷，而可確實(shí)地制作成生命周期不減少的硅基板。又，當(dāng)是還原性氣體或還原性氣體與稀有氣體的混合氣體的環(huán)境的情況，溫度未達(dá)900°C時，也可確實(shí)防止滑移位錯發(fā)生，而可制造一種硅基板，其BMD析出也良好。
此時，可將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成氧化性氣體環(huán)境，并將前述第2 溫度設(shè)成300°C以上且為700°C以下、或1100°C以上且未達(dá)1300°C。
利用進(jìn)行這樣的第2熱處理工序，可充分 達(dá)成消除由晶格間硅的注入所造成的空孔和抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷，而可制作成一種硅基板，其生命周期更長。
此時，較優(yōu)選是將前述硅基板，設(shè)為從整個面(橫切面)是OSF區(qū)域、整個面是N 區(qū)域、混合有OSF區(qū)域及N區(qū)域的區(qū)域中的任一種區(qū)域的單晶硅晶棒切割出來的單晶硅芯片。
由于制作成這樣的單晶硅芯片，而在第I熱處理工序中更容易消除缺陷，故即使在后續(xù)工序中進(jìn)行研磨、蝕刻等，缺陷也不會顯現(xiàn)在成為組件制作區(qū)域的表面，而可制造更聞質(zhì)量的娃基板。
又，本發(fā)明提供一種硅基板，其由本發(fā)明的硅基板的制造方法所制得，其特征在于在前述硅基板的距離表面至少I μ m的深度，此深度成為組件制作區(qū)域，不存在由RIE法所檢測到的缺陷，并且前述硅基板的生命周期是500 μ sec以上。
若是這樣的硅基板時，無由組件制作區(qū)域的缺陷和生命周期降低所造成的組件特性不良，而成為高質(zhì)量的組件制作用基板。
[發(fā)明的效果]
如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，可制造一種硅基板，其由于表層不存在缺陷，且生命周期不減少，故不會發(fā)生組件特性不良而是高質(zhì)量。


圖1是表示單晶硅提拉裝置的一例的概略圖。
圖2是表示單片式的快速加熱和快速冷卻裝置的一例的概略圖。
圖3是表示在實(shí)施例、比較例中進(jìn)行熱處理的熱處理溫度、環(huán)境與BMD密度的關(guān)系的圖表。
圖4是表示制造單晶硅時的提拉速度與缺陷區(qū)域的關(guān)系的說明圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明人為了制造一種硅基板，其表層無缺陷且不會發(fā)生組件特性不良，而致力進(jìn)行研究。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由在高于1300°C的溫度實(shí)施快速熱處理，可直到硅基板的距離表面至少I μ m的深度為止，消除由RIE法所檢測到的缺陷。
而且，進(jìn)一步進(jìn)行研究后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以下問題評估如以上所述經(jīng)在高于 1300°C的溫度進(jìn)行快速熱處理后的硅基板的生命周期時，可觀察到生命周期減少。其原因并不明確，但推測其原因是因在高于1300°C的溫度進(jìn)行熱處理，使基板內(nèi)部過剩地產(chǎn)生高濃度的空孔，且空孔在冷卻過程中凝集、或空孔與存在于基板內(nèi)部的其它元素結(jié)合，而形成缺陷位準(zhǔn)(defect level (缺陷能級))。生命周期減少，有成為組件工序中的良率降低和使組件功能不穩(wěn)定的主要因素的可能性，故不理想。
并且發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)，而完成本發(fā)明為了防止這樣的生命周期減少，而在以高于 1300°C的溫度消除芯片表層的缺陷后，繼而在第2溫度、第2環(huán)境中進(jìn)行快速熱處理來作為第2熱處理，該第2溫度、第2環(huán)境是用以抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷。由此，由于可消除表層的缺陷并且防止生命周期減少，故可制造一種硅基板，其無組件特性不良，而是高質(zhì)量。
以下，一邊參照作為實(shí)施方式的一例的附圖，一邊詳細(xì)說明本發(fā) 明，但本發(fā)明并不限于此實(shí)施方式。
圖1是表示單晶硅提拉裝置的概略圖。圖2是表示單片式的快速加熱和快速冷卻裝置的概略圖。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，使單晶硅晶棒成長，然后從該單晶硅晶棒切割出硅基板。
所成長的單晶娃晶棒的直徑等無特別限定,可使其成為例如150_ 300_、或其以上，可配合用途來成長至期望的大小。
又，所成長的單晶硅晶棒的缺陷區(qū)域，例如可使由以下區(qū)域所構(gòu)成的區(qū)域成長整個面(橫切面)是V-Rich區(qū)域、OSF區(qū)域、N區(qū)域、或混合有此等區(qū)域的區(qū)域，較優(yōu)選是成長一種單晶硅晶棒，此單晶硅晶棒的整個面是OSF區(qū)域、整個面是N區(qū)域、或是混合有OSF區(qū)域和N區(qū)域的區(qū)域中的任一種區(qū)域。
即使是從容易產(chǎn)生COP等的包含V-Rich區(qū)域的單晶硅晶棒所切割出來的硅基板， 只要是本發(fā)明，就可大幅減少缺陷。又，由于只要是從下述單晶硅晶棒所切割出來的硅基板，此單晶硅晶棒的整個面是OSF區(qū)域、整個面是N區(qū)域、或是混合有OSF區(qū)域和N區(qū)域的區(qū)域中的任一種區(qū)域，就幾乎不含最難以消除的C0P，故根據(jù)本發(fā)明的快速熱處理，可確實(shí)消除缺陷，并且由于也容易消除更深的位置的RIE缺陷，故特別有效。
此處，說明本發(fā)明的制造方法中可使用的單晶提拉裝置。
圖1表示單晶提拉裝置10。此單晶提拉裝置10具備以下構(gòu)成提拉室11 ;坩堝 12，其被設(shè)置于提拉室11中；加熱器14，其被配置于坩堝12的周圍；坩堝保持軸13及其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未圖示)，其使坩堝12旋轉(zhuǎn)；晶種夾頭21，其保持硅的晶種；金屬線19，其將晶種夾頭21提拉；以及卷取機(jī)構(gòu)(未圖示)，其將金屬線19旋轉(zhuǎn)或卷取。坩堝12，于其內(nèi)側(cè)的收容硅熔融液(熔湯)18側(cè)，設(shè)置有石英坩堝，且于其外側(cè)設(shè)置有石墨坩堝。又，于加熱器 14的外側(cè)周圍配置有隔熱材料15。
又，也可配合制造條件，如圖1般地設(shè)置環(huán)狀的石墨筒(整流筒)16、或于結(jié)晶的固液界面17的外周設(shè)置環(huán)狀的外側(cè)隔熱材料(未圖示)。并且，也可設(shè)置噴吹冷卻氣體、或遮蔽輻射熱來將單晶冷卻的筒狀的冷卻裝置。
又,也可使用所謂的施加磁場柴氏(MCZ, magnetic Czochralski)法的裝置,其根據(jù)于提拉室11的水平方向的外側(cè)設(shè)置磁石(未圖示)，來對硅熔融液18施加水平方向或垂直方向的磁場，而抑制熔融液的對流，以謀求單晶的穩(wěn)定成長。
此等裝置的各部位可配置成例如與先前相同。
以下，說明根據(jù)如以上所述的單晶提拉裝置10的單晶成長方法的一例。
首先，在坩堝12內(nèi)，將硅的高純度多晶原料加熱至熔點(diǎn)(約1420°C )以上使其熔化。其次，通過將金屬線19繞放(放線)，使晶種的前端與硅熔融液18的表面大約中心部接觸、或浸潰于硅熔融液18的表面大約中心部。然后，使坩堝保持軸13朝向適當(dāng)方向旋轉(zhuǎn)， 并且一邊使金屬線19旋轉(zhuǎn)一邊卷取后，將晶種提拉，由此開始單晶硅晶棒20的成長。
然后，以成為期望的缺陷區(qū)域的方式將提拉速度及溫度適當(dāng)調(diào)整，而獲得大約圓柱形的單晶硅晶棒20。
在有效率地控制此期望的提拉速度(成長速度)時，可例如預(yù)先一邊使提拉速度變化一邊使晶棒成長，并進(jìn)行調(diào)查提拉速度與缺陷區(qū)域的關(guān)系的預(yù)備試驗，然后依據(jù)該關(guān)系，另外在本測試中控制提拉速度，而以可獲得期望的缺陷區(qū)域的方式來制造單晶硅晶棒。
然后，可對這樣制造的單晶娃晶棒，進(jìn)行例如切片、研磨等，而獲得娃基板。
在本發(fā)明中，使用快速加熱和快速冷卻裝置，在包含氮化膜形成環(huán)境氣體、稀有氣體及氧化性氣體中的至少一種氣體的第I環(huán)境中，在高于1300°C且為硅的熔點(diǎn)以下的第I 溫度保持I 60秒，來對這樣獲得的硅基板實(shí)施快速熱處理。
在此第I熱處理工序中，若是高于1300°C的熱處理溫度時，可確實(shí)消除硅基板的距離表面至少I μ m的深度的區(qū)域的RIE缺陷，而使缺陷不會顯現(xiàn)在成為組件制作區(qū)域的表面，可防止組件特性不良。
又，第I熱處理工序中的快速熱處理時間，只要保持I 60秒來進(jìn)行就充分，特別是，由于使上限成為60秒，生產(chǎn)性幾乎不會惡化，故成本不會增加，并且可確實(shí)防止快速熱處理中的滑移位錯發(fā)生。又，在熱處理中使氧適度向外擴(kuò)散，而可防止在表層發(fā)生氧濃度大幅降低，故可防止機(jī)械強(qiáng)度降低。
又，若是上述環(huán)境時，可消除基板表層的RIE缺陷，同時于基板內(nèi)部均勻形成新的空孔等點(diǎn)缺陷，可制造一種娃基板，其在進(jìn)行后續(xù)工序的組件熱處理時等大幅促進(jìn)BMD形成，而吸附(吸雜)能力高。又，當(dāng)是包含氧化性氣體的環(huán)境時，依濃度，也有組件熱處理時的BMD形成會受到抑制的情形。這樣的話，可調(diào)節(jié)環(huán)境，來控制組件熱處理時的BMD形成。
又，本發(fā)明的快速熱處理中可使用的快速加熱和快速冷卻裝置，并無特別限定，可使用市售的與先前相同的裝置，本發(fā)明的快速熱處理中可使用的快速加熱和快速冷卻裝置的一例的概略圖如圖2所示。
此快速加熱和快速冷卻裝置52，具有由石英所構(gòu)成的處理室53，且以可在此處理室53內(nèi)將硅基板W進(jìn)行快速熱處理的方式配置。加熱是根據(jù)加熱燈54 (例如鹵素?zé)?來進(jìn)行，該加熱燈54是以從上下左右來圍繞處理室53的方式配置。此加熱燈54是以可分別獨(dú)立地控制所供給的電力的方式配置。
氣體的排氣側(cè)，裝備有自動門55，來封閉外界氣體。自動門55設(shè)置有未圖標(biāo)的芯片插入口，該芯片插入口是以可根據(jù)閘閥來開啟關(guān)閉的方式而構(gòu)成。又，于自動門55設(shè)置有氣體排氣口 51，可調(diào)整爐內(nèi)環(huán)境。
而且，硅基板W是配置于3點(diǎn)支持部57上，該3點(diǎn)支持部57是形成于石英盤56。 于石英盤56的氣體導(dǎo)入口側(cè)設(shè)置有石英制的緩沖器58，而可防止氧化性氣體和氮化性氣體、氬氣(Ar氣體)等導(dǎo)入氣體直接接觸硅基板W。
又，于處理室53，設(shè)置有未圖標(biāo)的溫度測定用特殊窗，可根據(jù)設(shè)置于處理室53的外部的高溫計59，通過該特殊窗來測定硅基板W的溫度。
而且，在本發(fā)明中，接續(xù)如以上所述的第I熱處理工序，控制在第2溫度及第2環(huán)境，并在經(jīng)前述控制的第2溫度及第2環(huán)境中，對硅基板實(shí)施快速熱處理，來進(jìn)行第2熱處理工序，該第2溫度及第2環(huán)境是用以抑制硅基板內(nèi)部因空孔而產(chǎn)生缺陷。
由于根據(jù)這樣的第2熱處理工序，來抑制空孔凝集和因空孔而形成缺陷位準(zhǔn)，而可防止生命周期大幅減少，故可獲得一種娃基板，其熱處理后的生命周期是500 μ sec以上。
此時，較優(yōu)選是在第2熱處理工序中，接續(xù)第I熱處理工序，以5°C /sec以上且為 150°C /sec以下的降溫速度，從第I溫度快速降溫至未達(dá)1300°C的第2溫度，并在第2溫度保持I 60秒，來對硅基板實(shí)施快速熱處理，由此進(jìn)行第2熱處理工序。
在以上的條件下進(jìn)行第2熱處理工序時，可有效率地達(dá)成空孔濃度降低和抑制因空孔而形成缺陷位準(zhǔn)，而可有效防止生命周期減少。
又，可將第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成包含稀有氣體及氮化膜形成環(huán)境氣體中的至少一種氣體的環(huán)境，并將第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)1300°C。
若是這樣的熱處理的環(huán)境、溫度時，可更有效抑制空孔凝集和因空孔而形成缺陷位準(zhǔn)。并且，第2環(huán)境是 包含稀有氣體及氮化膜形成環(huán)境氣體中的至少一種氣體的環(huán)境時， 會更加促進(jìn)進(jìn)行組件熱處理時的BMD形成。又，該環(huán)境時的第2溫度，特優(yōu)選是300°C以上且為900°C以下、或1100°C以上且為1250°C以下。若是該范圍的溫度時，可更加抑制空孔凝集，而可實(shí)施生命周期幾乎不減少的熱處理。
又，也可將第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成還原性氣體、或還原性氣體與稀有氣體的混合氣體的環(huán)境，并將第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)900°C。
若是這樣的熱處理的環(huán)境、溫度時，也可更有效抑制空孔凝集，并可確實(shí)抑制空孔和因空孔而形成缺陷位準(zhǔn)。并且，若是還原性氣體或還原性氣體與稀有氣體的混合氣體的環(huán)境時，也更加促進(jìn)進(jìn)行組件熱處理時的BMD形成。第2溫度未達(dá)900°C時，不容易發(fā)生滑移位錯，故較優(yōu)選。又，當(dāng)還原性氣體是氫氣時，氫會注入至基板內(nèi)。氫會成為因組件工序的熱處理而形成施體(donor)的原因，這樣的施體會成為生命周期減少和使基板電阻率變化的原因。特別是，近年來，組件工序的熱處理朝低溫化進(jìn)展，成為形成施體的原因的氫高濃度分布在硅基板中的情形不佳，故在上述300°C以上且未達(dá)900°C的溫度范圍進(jìn)行本發(fā)明的第2熱處理工序時，所注入的氫是低濃度，故不會成為問題。
又，可將第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成氧化性氣體環(huán)境，并將第2溫度設(shè)成 300°C以上且為700°C以下、或1100°C以上且未達(dá)1300°C。
若是這樣的熱處理的環(huán)境、溫度時，也可更有效抑制空孔凝集，并可確實(shí)抑制因空孔而形成缺陷位準(zhǔn)。當(dāng)是此氧化性氣體環(huán)境的情況，在高于700°C且未達(dá)1100°C的熱處理溫度時，空孔的凝集抑制效果低，但在上述300°C以上且為700°C以下、或1100°C以上且未達(dá)1300°C的溫度范圍時，可有效抑制空孔凝集，而確實(shí)抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷。
此處，本發(fā)明中可使用的氮化膜形成環(huán)境氣體可以是例如N2氣體、NH3氣體等，稀有氣體可以是例如包含Ar氣體的氣體，還原性氣體可以是例如包含H2氣體的氣體，氧化性氣體可以是例如包含O2的氣體。但是，不限于上述種類的氣體。
再者，上述條件以外，第2熱處理工序所控制的第2溫度、環(huán)境，并無特別限定，只要可抑制因空孔而產(chǎn)生缺陷即可。又，在第I熱處理工序后，可暫時將硅基板從快速加熱和快速冷卻裝置中取出后，再進(jìn)行第2熱處理工序，即使進(jìn)行多次第2熱處理工序，仍可獲得本發(fā)明的效果。
若是由如以上所述的本發(fā)明的硅基板的制造方法所制得的硅基板時，可獲得一種組件制作用基板，其在硅基板的距離表面至少I μ m的深度(此深度成為組件制作區(qū)域)，不存在由RIE法所檢測到的缺陷，并且硅基板的生命周期是500 μ sec以上。
[實(shí)施例]·
以下，列舉實(shí)施例及比較例來更具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受此等例子所限定。
(實(shí)施例、比較例)
根據(jù)圖1的單晶硅提拉裝置來施加橫向磁場，并根據(jù)MCZ法來使N區(qū)域的單晶硅晶棒(直徑12英寸(300mm)、方位〈100〉、導(dǎo)電型P型)成長，從所成長的晶棒切割出多片單晶硅芯片后，使用圖2的快速加熱和快速冷卻裝置(此處是Mattson公司制Helios)，在 Ar氣體環(huán)境中在1350°C對該單晶硅芯片實(shí)施10秒的快速熱處理(第I熱處理工序)，來消除芯片表層的RIE缺陷。
繼而，以30°C /sec的降溫速度冷卻至未達(dá)1300°C的第2溫度(300 1300°C )為止，在預(yù)定氣體的環(huán)境(Ar氣體環(huán)境、N2氣體環(huán)境、NH3/Ar氣體環(huán)境、H2氣體環(huán)境、O2氣體環(huán)境)中進(jìn)行熱處理10秒(第2熱處理工序)。然后，將表面予以研磨5μπι左右，而制作芯片。
這樣所制得的芯片中，每一熱處理條件各I片，使用磁力RIE裝置(Applied Materials公司制Centura)來進(jìn)行蝕刻。然后，使用激光散射方式的異物檢查裝置 (KLA-Tencor公司制SPl)來測量蝕刻后的殘渣凸起，并算出缺陷密度后，結(jié)果在第I熱處理工序中，任一芯片的缺陷均消滅，而缺陷密度均是O。
又，在乙醇中滴入碘2g而制作成溶液后，對另一芯片進(jìn)行涂布該溶液的處理(化學(xué)鈍化(Chemical Passivation)處理，以下稱為CP處理)，并使用生命周期測定裝置 (SEMILAB公司制，WT-2000)來測定生命周期。測定結(jié)果如表I所示。
表I
權(quán)利要求
1.一種硅基板的制造方法，其是制造硅基板的方法，其特征在于，其至少具備以下工序: 第I熱處理工序，該工序?qū)挠刹袷戏ㄋ砷L的單晶硅晶棒切割出來的硅基板，使用快速加熱和快速冷卻裝置，在包含氮化膜形成環(huán)境氣體、稀有氣體及氧化性氣體中的至少一種氣體的第I環(huán)境中，在高于1300°c且為硅的熔點(diǎn)以下的第I溫度保持I 60秒，來實(shí)施快速熱處理；以及 第2熱處理工序，該工序接續(xù)該第I熱處理工序，控制在第2溫度及第2環(huán)境，并在經(jīng)前述控制的第2溫度及第2環(huán)境中，對前述硅基板實(shí)施快速熱處理，該第2溫度及第2環(huán)境是用以抑制前述硅基板內(nèi)部因空孔而產(chǎn)生缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的硅基板的制造方法，其中，在前述第2熱處理工序中，接續(xù)前述第I熱處理工序，以5°C /sec以上且為150°C /sec以下的降溫速度，從前述第I溫度快速降溫至未達(dá)1300°C的前述第2溫度，并在前述第2溫度保持I 60秒，來對前述硅基板實(shí)施快速熱處理，由此進(jìn)行前述第2熱處理工序。
3.如權(quán)利要求1或2所述的硅基板的制造方法，其中，將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成包含稀有氣體及氮化膜形成環(huán)境氣體中的至少一種氣體的環(huán)境，并將前述第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)1300°C。
4.如權(quán)利要求1或2所述的硅基板的制造方法，其中，將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成還原性氣體、或還原性氣體與稀有氣體的混合氣體的環(huán)境，并將前述第2溫度設(shè)成300°C以上且未達(dá)900°C。
5.如權(quán)利要求1或2所述的硅基板的制造方法，其中，將前述第2熱處理工序中的第2環(huán)境設(shè)成氧化性氣體環(huán)境，并將前述第2溫度設(shè)成300°C以上且為700°C以下、或1100°C以上且未達(dá)1300°C。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的娃基板的制造方法,其中,將前述娃基板,設(shè)為從整個面是OSF區(qū)域、整個面是N區(qū)域、混合有OSF區(qū)域及N區(qū)域的區(qū)域中的任一種區(qū)域的單晶娃晶棒切割出來的單晶娃芯片。
7.—種硅基板，其是通過權(quán)利要求1至6中任一項所述的硅基板的制造方法所制得，其特征在于， 在前述硅基板的距離表面至少Iym的深度，此深度成為組件制作區(qū)域，不存在會被RIE法所檢測到的缺陷，并且前述硅基板的生命周期是500 μ sec以上。
全文摘要
本發(fā)明是一種硅基板的制造方法，其具備以下工序第1熱處理工序，其使用快速加熱和快速冷卻裝置，在包含氮化膜形成環(huán)境氣體、稀有氣體及氧化性氣體中的至少一種氣體的第1環(huán)境中，在高于1300℃且為硅的熔點(diǎn)以下的第1溫度保持1～60秒，來對硅基板實(shí)施快速熱處理；以及第2熱處理工序，其接續(xù)該第1熱處理工序，控制在第2溫度及第2環(huán)境，并在經(jīng)前述控制的第2溫度及第2環(huán)境中，對前述硅基板實(shí)施快速熱處理，該第2溫度及第2環(huán)境是用以抑制前述硅基板內(nèi)部因空孔而產(chǎn)生缺陷。由此，提供一種硅基板的制造方法、及通過該方法所制得的硅基板，該硅基板，在距離表面至少1μm的深度，此深度成為組件制作區(qū)域，不存在氧析出物、COP、OSF等的會被RIE法所檢測到的缺陷(RIE缺陷)，并且生命周期是500μsec以上。
文檔編號H01L21/324GK103003927SQ20118003459
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者岡鐵也, 江原幸治, 高橋修治 申請人:信越半導(dǎo)體股份有限公司