專利名稱：硅外延晶片以及生產(chǎn)硅外延晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅外延晶片，其中在單晶硅基材上的主表面上形成硅外延層，以及涉及生產(chǎn)硅外延晶片的方法。
背景技術(shù)：
通常，為了生產(chǎn)硅外延晶片，通過例如CZ(Czochralski)方法拉制的單晶硅塊進(jìn)行倒角、切晶片、研磨、蝕刻和鏡面拋光以生產(chǎn)單晶硅基材。此外，將硅材料在高溫條件下送到單晶硅基材的主表面，從而通過在主表面上進(jìn)行氣相外延生長來生長硅外延層。
在上述硅外延晶片的生產(chǎn)方法中，當(dāng)通過CZ方法拉制單晶硅塊時(shí)，在單晶硅中會(huì)出現(xiàn)小的孔隙。此外，當(dāng)在單晶硅基材的主表面上出現(xiàn)孔隙時(shí)，在如圖6所示的主表面11上形成小的凹陷，就是所謂的COP(源自晶體的顆粒)100，直徑約為0.2微米。當(dāng)在單晶硅基材1的主表面11(在這里形成COP 100)上通過氣相外延生長形成硅外延層2時(shí)，在層2的表面上可能形成由COP 100引起的、直徑數(shù)微米、深度數(shù)納米的凹陷101，這取決于氣相外延生長條件，如圖7A至7C所示(參見例如日本未審專利申請公開2001-068420)。通過激光硅表面檢測設(shè)備，凹陷101檢測為LPD(亮點(diǎn)缺陷)。在下文中，凹陷101描述為LPD 101。如圖7C所示，LPD 101的寬度和深度是沿著圖7B中的虛線檢測的值。
另一方面，當(dāng)在水分或重金屬粘合到單晶硅基材的主表面上的情況下通過氣相外延生長形成硅外延層時(shí)，在硅外延晶片的主表面上會(huì)出現(xiàn)直徑約10微米的凹陷，即所謂的淚狀物。在抑制出現(xiàn)淚狀物的技術(shù)方面，公開了一種使用單晶硅基材生產(chǎn)硅外延晶片的技術(shù)，該基材的主表面沿著預(yù)定方向和(100)平面成預(yù)定角度(參見例如日本未審專利申請公開Tokukaisho-62-226891)。但是，日本未審專利申請公開Tokukaisho-62-226891沒有公開抑制由COP引起的LPD出現(xiàn)的技術(shù)，盡管該文獻(xiàn)公開了抑制淚狀物出現(xiàn)的技術(shù)。
如上所述，當(dāng)在硅外延層的表面上出現(xiàn)由COP引起的凹陷時(shí)，激光硅表面檢測設(shè)備按照與檢測晶體缺陷或顆粒相同的方式將凹陷計(jì)數(shù)為LPD。
本發(fā)明的目的是提供一種硅外延晶片，其中抑制了由COP引起的LPD，和提供一種能抑制由COP引起的LPD出現(xiàn)的生產(chǎn)硅外延晶片的方法。
本發(fā)明的公開內(nèi)容圖8顯示了在單晶硅基材1的主表面11上通過氣相外延生長形成硅外延層2的情況下LPD 101的出現(xiàn)位置，其中單晶硅基材1的主表面相對于[100]軸沿著
方向和
方向從(100)平面傾斜23’，并且在單晶硅基材1的主表面上具有COP 100。從該圖可見，LPD 101的出現(xiàn)位置表明了與COP 100位置的高度相關(guān)性。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)COP100轉(zhuǎn)移到硅外延層2的表面時(shí)，在該表面上形成LPD 101。
但是，當(dāng)單晶硅基材的主表面相對于[100]軸沿著
方向和
方向從(100)平面傾斜等于或小于15’的角度時(shí)，在硅外延層的表面上幾乎沒有形成由COP引起的LPD，盡管基材1的主表面上有COP。
通過深入的研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)將單晶硅基材的主表面調(diào)節(jié)到僅僅在特定方向上從(100)平面傾斜基本恒定的角度時(shí)，可以防止COP向硅外延層表面的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而可以抑制LPD的出現(xiàn)。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明的硅外延晶片包含單晶硅基材，在其主表面上具有COP，和在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成的硅外延層，其中所述主表面相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，且θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。
在這里，
方向、
方向和
方向分別表示

圖1A至1C中顯示的方向。
根據(jù)本發(fā)明，單晶硅基材的主表面相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面成θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面成φ角度，而且θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。所以，當(dāng)在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層時(shí)，可以防止在主表面上的COP轉(zhuǎn)移到硅外延層的表面上。因此，可以抑制由COP引起的LPD的出現(xiàn)。
在這里，θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’的原因如下。即，當(dāng)單晶硅基材的主表面上具有COP且相對于(100)平面的θ角和φ角都大于15’時(shí)，COP易于轉(zhuǎn)移到硅外延層的表面上，結(jié)果，出現(xiàn)了由COP引起的LPD。
此外，本發(fā)明的硅外延晶片優(yōu)選是這樣的，其中θ角和φ角滿足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，和更優(yōu)選θ角和φ角滿足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。在這種情況下，可以確保抑制出現(xiàn)由COP引起的LPD。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明的生產(chǎn)硅外延晶片的方法包括以下步驟在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層，其中當(dāng)使用在其主表面上具有COP的單晶硅基材時(shí)，所述主表面相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，而且θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。
根據(jù)本發(fā)明，使用這樣的單晶硅基材其主表面相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，而且夾角θ和夾角φ中的至少一個(gè)是0°-15’。所以，當(dāng)在形成COP的單晶硅基材主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層時(shí)，可以防止在主表面上的COP轉(zhuǎn)移到硅外延層的表面上。因此，可以抑制出現(xiàn)由COP引起的LPD。
此外，在本發(fā)明的生產(chǎn)硅外延晶片的方法中，在氣相外延生長中使用的單晶硅基材優(yōu)選是這樣的，其中θ角和φ角滿足以下不等式
0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，和更優(yōu)選θ角和φ角滿足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。在這種情況下，可以確保抑制出現(xiàn)由COP引起的LPD。
附圖簡述圖1A顯示
方向。
圖1B顯示
方向。
圖1C顯示
方向。
圖2是本發(fā)明硅外延晶片的縱向截面圖。
圖3顯示單晶硅基材的主表面的傾斜(夾角)。
圖4顯示單晶硅基材的主表面的傾斜范圍。
圖5顯示單晶硅基材的主表面的夾角與在一個(gè)硅外延晶片的主表面上檢測到的LPD數(shù)目之間的關(guān)系。
圖6是顯示COP和LPD之間關(guān)系的縱向截面圖。
圖7A至7C顯示檢測為LPD的凹陷。圖7A是LPD的平面圖，圖7B是LPD的透視圖，圖7C是LPD的縱向截面圖。
圖8顯示COP位置和LPD位置之間的關(guān)系。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的硅外延晶片的實(shí)施方案。
圖2是本發(fā)明硅外延晶片W的縱向截面圖。
如該圖所示，硅外延晶片W具有單晶硅基材1，其中在主表面11上通過氣相外延生長形成硅外延層2。
在單晶硅基材1的主表面11上，形成COP 100。此外，單晶硅基材1的主表面11被調(diào)節(jié)到基本僅僅沿著特定方向從(100)平面傾斜恒定的角度(夾角)。在這里，單晶硅基材1的主表面11的夾角參考圖3描述。
現(xiàn)在，在(100)平面3內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)被設(shè)定為起點(diǎn)O。此外，在(100)平面3內(nèi)提供經(jīng)過起點(diǎn)O的晶體軸
、
、
和
。此外，在(100)平面3上排布著長方形平行六面體4。更具體地說，長方形平行六面體4的一個(gè)頂點(diǎn)位于起點(diǎn)上。那么，在該頂點(diǎn)匯集的三個(gè)邊分別符合
、
、[100]軸，從而排列成長方形平行六面體4。
此時(shí)，當(dāng)假設(shè)在長方形平行六面體4的側(cè)面5上的對角線OA與[100]軸之間的夾角以及在長方形平行六面體4的側(cè)面6上的對角線OB與[100]軸之間的夾角分別是θ角和φ角時(shí)，具有長方形平行六面體4的對角線OC作為法線的單晶硅基材1是這樣的基材其主表面11相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜φ角度。如圖4所示，θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。所以，如圖2所示，防止了在硅外延層2的表面上出現(xiàn)由COP100的轉(zhuǎn)移引起的LPD 101。
下面描述本發(fā)明的生產(chǎn)硅外延晶片W的方法。
首先，單晶硅塊(未顯示)是使用CZ方法拉制的。此時(shí)，在單晶硅塊內(nèi)出現(xiàn)孔隙。
接著，單晶硅塊進(jìn)行切塊和倒角。
隨后，單晶硅塊進(jìn)行切晶片。更具體地說，單晶硅塊進(jìn)行切晶片，使得要生產(chǎn)的單晶硅基材1的主表面11相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜φ角度，而且使得θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。此外，單晶硅塊進(jìn)行表面處理，例如研磨、蝕刻、鏡面拋光和洗滌以生產(chǎn)單晶硅基材1。此時(shí)，在單晶硅基材1的主表面11上出現(xiàn)孔隙，結(jié)果，在主表面11上形成COP 100。
然后，在單晶硅基材1的主表面11上通過氣相外延生長形成硅外延層2。此時(shí)，防止了在單晶硅基材1的主表面11上的COP100轉(zhuǎn)移到硅外延層2的表面上，從而抑制出現(xiàn)由COP引起的LPD 101。
在上述實(shí)施方案中，描述了單晶硅基材1的主表面11相對于[100]軸沿著
方向和
方向從(100)平面傾斜。主表面11可以沿著
方向和
方向傾斜，或可以沿著
方向和
方向傾斜，或可以沿著
方向和
方向傾斜。
實(shí)施例下面將參考實(shí)施例和對比例詳細(xì)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1在實(shí)施例1中，在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層，其中該單晶硅基材的主表面上具有COP，且主表面具有滿足以下不等式的θ角和φ角3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
所用單晶硅基材的直徑是200mm。
對比實(shí)施例在對比實(shí)施例中，在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層，其中該單晶硅基材的主表面上具有COP，且主表面具有滿足以下不等式的θ角和φ角15’＜θ≤40’或15’＜φ≤40’。
所用單晶硅基材的直徑是200mm。
圖5顯示了在通過以上實(shí)施例1和對比實(shí)施例生產(chǎn)的硅外延晶片的主表面上、即硅外延層的表面上檢測到的LPD的數(shù)目。
如該圖所示，在實(shí)施例1中，在一個(gè)硅外延晶片的主表面上檢測到的LPD數(shù)目在所有硅晶片中等于或小于100塊。在實(shí)施例中的LPD數(shù)目小于對比實(shí)施例中的LPD數(shù)目，對比實(shí)施例中的LPD數(shù)目在所有硅晶片中超過100塊。換句話說，在實(shí)施例中可以抑制在單晶硅基材的主表面上出現(xiàn)由COP引起的LPD。
實(shí)施例2制備三個(gè)單晶硅基材(1號(hào)至3號(hào))，其主表面相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向從(100)平面傾斜φ角度。表1顯示三個(gè)單晶硅基材的每個(gè)的θ角和φ角。
表1 在單晶硅基材中觀察到COP。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在任何單晶硅基材中按照每晶片基材計(jì)有多于1000個(gè)COP。
這些單晶硅基材的主表面上，通過氣相外延生長形成硅外延層，從而生產(chǎn)硅外延晶片。發(fā)現(xiàn)在任何硅外延晶片的主表面中沒有出現(xiàn)由COP引起的LPD。
在這里，θ角和φ角可以互換。從實(shí)施例1和2的結(jié)果可見，當(dāng)θ角和φ角符合0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，更優(yōu)選3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’時(shí)，在單晶硅基材的主表面上由COP引起的LPD得到顯著抑制。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層時(shí)，可以防止主表面上的COP轉(zhuǎn)移到硅外延層的表面上。因此，由COP引起的LPD得到抑制。所以，根據(jù)本發(fā)明的硅外延晶片和生產(chǎn)硅外延晶片的方法適用于抑制出現(xiàn)由COP引起的LPD的情況。
權(quán)利要求
1.一種硅外延晶片，包含單晶硅基材，在其主表面上具有COP，和在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成的硅外延層，其中所述主表面相對于[1001軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，且θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的硅外延晶片，其中θ角和φ角滿足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的硅外延晶片，其中θ角和φ角滿足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
4.一種生產(chǎn)硅外延晶片的方法，包括以下步驟在單晶硅基材的主表面上通過氣相外延生長形成硅外延層，其中當(dāng)使用在其主表面上具有COP的單晶硅基材時(shí)，所述主表面相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，而且θ角和φ角中的至少一個(gè)是0°-15’。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的生產(chǎn)硅外延晶片的方法，其中使用的單晶硅基材是這樣的，θ角和φ角滿足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的生產(chǎn)硅外延晶片的方法，其中使用的單晶硅基材是這樣的，θ角和φ角滿足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅外延晶片(W)，其特征在于包含單晶硅基材(1)，在其主表面(11)上具有COP(100)；和在單晶硅基材(1)的主表面(11)上通過氣相外延生長形成的硅外延層(2)，其中所述主表面(11)相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜θ角度，以及相對于[100]軸沿著
方向或
方向從(100)平面傾斜φ角度，且θ角和/或φ角是0°－15’。
文檔編號(hào)C30B25/02GK1791705SQ20048001325
公開日2006年6月21日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者吉田知佐, 角田均, 加藤正弘 申請人:信越半導(dǎo)體株式會(huì)社