本發(fā)明涉及外延硅晶片，特別涉及通過氮摻雜而吸雜能力提高的外延硅晶片。

背景技術(shù)：

作為半導(dǎo)體裝置的基板材料，外延硅晶片得到廣泛應(yīng)用。外延硅晶片是在硅晶片上形成硅外延膜而成的產(chǎn)品，具有晶體完整性高的特點(diǎn)。

另一方面，半導(dǎo)體裝置中使用的外延硅晶片中如果存在重金屬雜質(zhì)，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置的特性不良，因此必須盡量減少重金屬雜質(zhì)。降低該重金屬雜質(zhì)的技術(shù)之一有吸雜技術(shù)，作為該吸雜技術(shù)之一，已知在硅晶片內(nèi)形成氧沉淀物(BMD: Bulk Micro Defect，體微缺陷)，使重金屬雜質(zhì)捕獲于其中的、稱為內(nèi)吸雜(IG: intrinsic gettering)的方法。近年來，人們希望提供形成于晶片內(nèi)部的BMD密度為1×10⁸個(gè)/cm³以上的外延硅晶片。

但是，在外延膜的成膜過程中，硅晶片在1000-1200℃的高溫下加熱，但此時(shí)晶片中的微小的氧沉淀核由于高溫?zé)崽幚矶s小或消失，在之后的裝置工藝中無法充分誘發(fā)BMD。另外，隨著半導(dǎo)體裝置的精細(xì)化，裝置工藝不斷低溫化，而由于裝置工藝的低溫化使得裝置工藝過程的氧沉淀核的生長困難，BMD密度顯著降低。因此有外延硅晶片的吸雜能力低的問題。

另一方面，為了進(jìn)一步提高外延硅晶片的吸雜能力，已知有使用摻雜氮的硅晶片的方法。摻雜氮的硅晶片中，即使受到外延工序中的高溫?zé)崽幚硪搽y以消失的、熱穩(wěn)定的BMD在單晶錠的晶體培育階段形成，因此可實(shí)現(xiàn)吸雜能力的提高。

例如專利文獻(xiàn)1中記載：在使用摻雜氮的硅晶片進(jìn)行外延生長處理之前，在700-900℃的溫度下實(shí)施15分鐘-4小時(shí)的熱處理(預(yù)退火)，由此，不拘于從單晶錠上切割的晶片位置、可以制造BMD密度為3×10⁴個(gè)/cm²以上的外延硅晶片。另外專利文獻(xiàn)2中，記載了為了抑制與立式舟的C環(huán)接觸的晶片外周部的滑移位錯(cuò)的生長、而將硅晶片的外周部作為OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化誘生層錯(cuò))區(qū)域的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特許第3760889號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特許第4061906號(hào)公報(bào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

為了提高吸雜能力，提高形成于硅晶片中的BMD密度是有效的，但是另一方面，硅晶片中的氧由于BMD的形成而被消耗，晶片中的殘留氧濃度降低。晶片中的殘留氧濃度降低導(dǎo)致晶片的強(qiáng)度降低，特別是晶片外周部的氧濃度低時(shí)，則由于熱處理時(shí)與熱處理舟的接觸導(dǎo)致外周部容易產(chǎn)生傷痕，在晶片外周部，有產(chǎn)生以傷痕為起點(diǎn)的滑移位錯(cuò)的問題。

根據(jù)專利文獻(xiàn)1所述的方法，通過在外延生長處理之前進(jìn)行的熱處理，晶片內(nèi)部的BMD密度提高，可獲得吸雜能力優(yōu)異的外延硅晶片。但是對(duì)于晶片面內(nèi)的BMD密度分布則并未考慮，晶片外周部的BMD密度過高，因此該外周部區(qū)域的殘留氧濃度降低，有晶片外周部容易產(chǎn)生滑移位錯(cuò)的問題。

專利文獻(xiàn)2所述的方法中，通過由環(huán)狀的OSF區(qū)域(以下稱為“R-OSF區(qū)域”)構(gòu)成晶片外周部來抑制滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生，但是在R-OSF區(qū)域上生長外延膜，則有外延膜上產(chǎn)生缺陷(外延缺陷)的問題。并且在氮濃度高時(shí)，在晶體培育階段形成的R-OSF區(qū)域的寬度變寬，因此產(chǎn)生外延缺陷的區(qū)域會(huì)擴(kuò)大。

為了防止晶片外周部的滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生，本發(fā)明人進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)氮濃度低的硅晶片實(shí)施預(yù)退火時(shí)，在與R-OSF區(qū)域相接觸的一側(cè)的COP區(qū)域形成BMD密度降低的區(qū)域，從而想到將該BMD密度低的晶體區(qū)域有意地置于外周部，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供可確保必須的吸雜能力、同時(shí)提高晶片外周部的強(qiáng)度、防止滑移位錯(cuò)產(chǎn)生的外延硅晶片。

解決問題的方案

為解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片是在氮濃度調(diào)節(jié)為1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的范圍內(nèi)、且由COP區(qū)域構(gòu)成的硅晶片表面上形成外延硅膜的外延硅晶片，其特征在于：在實(shí)施氧沉淀物評(píng)價(jià)熱處理時(shí)，形成于所述硅晶片內(nèi)部的氧沉淀物密度在所述硅晶片的徑向整個(gè)范圍為1×10⁸個(gè)/cm³以上且3×10⁹個(gè)/cm³以下，且在自所述硅晶片的最外周向內(nèi)1mm至10mm的外周部區(qū)域內(nèi)形成的氧沉淀物的平均密度比在所述外周部區(qū)域以外的中心部區(qū)域內(nèi)形成的氧沉淀物的平均密度低，且所述外周部區(qū)域的所述氧沉淀物密度的最大值與最小值之差(最大值-最小值)為3以下，且所述外周部區(qū)域的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³(Old-ASTM_F121，1979)以上。

根據(jù)本發(fā)明，可在晶片的中心部區(qū)域確保所需的BMD密度，同時(shí)可抑制晶片外周部區(qū)域的殘留氧濃度的降低。因此，可確保所需的吸雜能力，同時(shí)防止外周部區(qū)域的滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生，可提供高品質(zhì)、可靠性高的外延硅晶片。

根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片中，優(yōu)選所述氧沉淀物密度的最大值位于所述外周部區(qū)域中的自所述最外周向內(nèi)6mm至10mm的范圍內(nèi)，所述氧沉淀物密度的最小值位于所述外周部區(qū)域中的自所述最外周向內(nèi)小于6mm的范圍內(nèi)。這種情況下，優(yōu)選所述外周部區(qū)域的所述氧沉淀物密度朝向所述硅晶片最外周遞減。通過該構(gòu)成，可提高晶片中心部區(qū)域的BMD密度，同時(shí)提高外周部區(qū)域的殘留氧濃度，可使吸雜能力和晶片強(qiáng)度并存。

根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片，在實(shí)施氧化誘生層錯(cuò)評(píng)價(jià)熱處理時(shí)，優(yōu)選在所述外延硅晶片的背面觀察到的氧化誘生層錯(cuò)的密度為100個(gè)/cm²以下。通過該構(gòu)成，晶片的整個(gè)面成為COP區(qū)域，幾乎不存在氧化誘生層錯(cuò)，因此可抑制外延缺陷的產(chǎn)生。另外在晶片的外周部區(qū)域也幾乎不存在氧化誘生層錯(cuò)，因此可防止外周部區(qū)域中的BMD密度升高以及殘留氧濃度降低。由此可防止晶片外周部的滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生。

本發(fā)明中，優(yōu)選所述硅晶片是由氧濃度調(diào)節(jié)為8×10¹⁷原子/cm³以上且14×10¹⁷原子/cm³以下(Old-ASTM_F121，1979)的范圍內(nèi)的硅單晶錠切割的硅晶片。使硅晶片中的氧濃度范圍為該范圍，則在晶片的中心部區(qū)域中可確保所需的BMD密度，同時(shí)防止外周部區(qū)域的殘留氧濃度的降低。

優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的外延硅晶片的直徑為300mm以上。這種情況下，優(yōu)選所述硅晶片從具有目標(biāo)直徑的1.02-1.07倍的直徑的所述硅單晶錠的直筒部切割，并加工成所述目標(biāo)直徑。進(jìn)一步優(yōu)選在所述硅單晶錠的所述直筒部中，比所述目標(biāo)直徑更外側(cè)的外周磨削區(qū)域由R-OSF區(qū)域構(gòu)成。這樣，通過使硅單晶錠的直筒部的直徑為硅晶片的目標(biāo)直徑的1.02-1.07倍，使硅單晶中的R-OSF區(qū)域位于外周磨削區(qū)域并除去，由此可以使硅晶片中不含R-OSF區(qū)域，同時(shí)可以使存在于與R-OSF區(qū)域的邊界附近的、BMD密度下降的區(qū)域位于晶片的外周部區(qū)域。從而可使隨著BMD密度的降低、殘留氧濃度升高的區(qū)域位于外周部區(qū)域，可以提高晶片外周部的強(qiáng)度。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，可提供可確保必要的吸雜能力、同時(shí)提高晶片外周部的強(qiáng)度、防止滑移位錯(cuò)產(chǎn)生的外延硅晶片。

附圖說明

圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的外延硅晶片的制造方法的流程圖。

圖2是用于將硅單晶的截面形狀(直徑)與硅晶片對(duì)比進(jìn)行說明的平面圖。

圖3是表示V/G與缺陷的種類和分布的一般關(guān)系的圖。

圖4是表示氮的摻雜量與OSF區(qū)域的關(guān)系的圖表，橫軸表示距硅單晶的中心的距離，縱軸表示V/G。

圖5是表示晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離，縱軸表示BMD密度。

圖6是表示實(shí)施例4、比較例2和比較例4的晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的外延硅晶片的制造方法的流程圖。

如圖1所示，在外延硅晶片的制造中，首先進(jìn)行利用直拉法(Czochralski法，CZ法)的硅單晶的培育工序(步驟S11)。在CZ法中，將籽晶浸漬于容納在石英坩堝內(nèi)的硅熔融液的液面，一邊使籽晶旋轉(zhuǎn)一邊向上方提拉，由此培育具有與籽晶相同晶體取向的硅單晶。具體來說，是依次實(shí)施：使籽晶與硅融熔融液接觸的接液工序；通過所謂的縮頸(Dash Necking)法將晶體直徑拉細(xì)的縮頸工序；將單晶直徑緩慢增粗至達(dá)到所需直徑的肩部培育工序；將晶體直徑大致保持恒定，同時(shí)持續(xù)進(jìn)行單晶的培育的體部培育工序；將單晶直徑緩慢減細(xì)，從硅熔融液中脫離的尾部培育工序。

圖2是用于將硅單晶的截面形狀(直徑)與硅晶片對(duì)比進(jìn)行說明的平面圖。

如圖2所示，在利用CZ法的硅單晶的培育中，提拉出硅單晶10，其具有硅晶片20的規(guī)定直徑R₂(例如300mm)的1.02-1.07倍的直徑R₁。此時(shí)，控制提拉條件，使硅單晶10中的氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³以上且為14×10¹⁷原子/cm³以下。進(jìn)一步控制提拉條件，使R-OSF區(qū)域位于比規(guī)定的晶片直徑R₂更外側(cè)的外周磨削區(qū)域11。硅晶片20的外周部區(qū)域21是通過立式爐對(duì)晶片進(jìn)行熱處理時(shí)支撐于立式舟的區(qū)域，是自最外周起10mm為止的區(qū)域。

利用CZ法培育硅單晶10時(shí)，該單晶所含的缺陷的種類、分布取決于單晶的提拉速度V和單晶內(nèi)的生長方向的溫度梯度G之比V/G。

圖3是表示V/G與缺陷的種類和分布的一般關(guān)系的圖。

如圖3所示，V/G大時(shí)，空位過量，產(chǎn)生為空位的聚集體的微小空洞(通常稱為COP(Crystal Originated Particle，晶體原生顆粒)的缺陷)。而V/G小時(shí)，晶格間的硅原子過量，產(chǎn)生為晶格間硅的聚集體的位錯(cuò)團(tuán)。并且，在產(chǎn)生COP的區(qū)域和產(chǎn)生位錯(cuò)團(tuán)的區(qū)域之間，自V/G大的一側(cè)起，依次存在OSF區(qū)域、Pv區(qū)域、Pi區(qū)域這三個(gè)區(qū)域。OSF區(qū)域是在高溫(通常為1000-1200℃)下熱氧化時(shí)產(chǎn)生OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化誘生層錯(cuò))的區(qū)域。Pv區(qū)域是在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))下含有氧沉淀核，在實(shí)施低溫和高溫(例如800℃和1000℃)的兩步熱處理時(shí)容易產(chǎn)生氧沉淀物的區(qū)域。Pi區(qū)域是指在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))下幾乎不含有氧沉淀核，即使實(shí)施熱處理也難以產(chǎn)生氧沉淀物的區(qū)域。

V/G大時(shí)，通常OSF在硅單晶的中心軸周圍呈環(huán)狀產(chǎn)生，因此也稱為R-OSF區(qū)域。出現(xiàn)R-OSF區(qū)域的V/G的范圍非常狹窄，因此為了制造含有R-OSF區(qū)域的硅單晶10，需要提拉速度V的嚴(yán)格管理，必須進(jìn)行控制，使V/G在晶體的徑向和長度方向進(jìn)入適當(dāng)?shù)姆秶?。首先，關(guān)于單晶的徑向，在任何位置提拉速度V均恒定，因此必須設(shè)計(jì)CZ爐內(nèi)的高溫部分(熱區(qū))的結(jié)構(gòu)，使溫度梯度G進(jìn)入規(guī)定的范圍。接著，關(guān)于晶體的長度方向，溫度梯度G取決于晶體的提拉長度，因此為了將V/G保持在規(guī)定范圍，必須使V在晶體的長度方向上變化。

以使硅單晶中含有R-OSF區(qū)域的方式設(shè)定提拉速度分布曲線，對(duì)從提拉出的硅單晶中切割的晶片樣品進(jìn)行用于Cu(銅)裝飾或OSF評(píng)價(jià)的熱處理，評(píng)價(jià)OSF區(qū)域的寬度、位置，基于該寬度、位置調(diào)整后續(xù)的提拉速度分布曲線。即，如果R-OSF區(qū)域?qū)?，則V/G過大(V過大)，因此在后續(xù)的提拉中要將V設(shè)定得較低，相反，如果R-OSF區(qū)域狹窄，則V/G過小(V過小)，因此在后續(xù)的提拉中要將V設(shè)定得較高。

如以上所述，通過以R-OSF區(qū)域的寬度、位置作為指標(biāo)來調(diào)整后續(xù)的提拉速度分布曲線，可以將在外周磨削區(qū)域11含有R-OSF區(qū)域的硅單晶10穩(wěn)定地提拉。作為此時(shí)的晶體熱歷程，優(yōu)選使1080℃-1150℃的溫度區(qū)域?yàn)?0分鐘以下，使980℃-1020℃的溫度區(qū)域?yàn)?0分鐘以下，使650℃-750℃的溫度區(qū)域?yàn)?50分鐘以下。

在硅單晶10中摻雜1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的氮。通過摻雜氮可以提高晶片面內(nèi)的BMD密度，由此可以提高外延硅晶片的吸雜能力。

氮的摻雜量優(yōu)選為1×10¹³原子/cm³以下。通過增加氮的摻雜量，可以提高晶片整個(gè)面的BMD密度，可容易地確保必要的吸雜能力，但在圖1所示的晶片的外周部區(qū)域21中，BMD密度進(jìn)一步提高，晶片中的殘留氧濃度相反降低，由于殘留氧濃度的降低，晶片的強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生滑移位錯(cuò)。另外，氮的摻雜量越多則R-OSF區(qū)域的寬度越寬，因此難以控制提拉條件以使硅晶片不含R-OSF區(qū)域。

圖4(a)和(b)是表示氮的摻雜量與R-OSF區(qū)域的關(guān)系的圖表，圖4(a)表示氮的摻雜量多時(shí)的R-OSF區(qū)域，圖4(b)表示氮的摻雜量少時(shí)的R-OSF區(qū)域。另外，圖4(a)和(b)的圖表的橫軸表示距硅單晶的中心的距離，縱軸表示V/G。

如圖4(a)和(b)所示，氮的摻雜量多時(shí)的R-OSF區(qū)域的寬度Wa比氮的摻雜量少時(shí)的R-OSF區(qū)域的寬度Wb寬。因此，氮的摻雜量多時(shí)，難以將R-OSF區(qū)域配置在硅晶片20的外側(cè)。R-OSF區(qū)域是即使在生成態(tài)(as-grown狀態(tài))也含有OSF的核、即板狀的氧沉淀物的區(qū)域，因此在晶片外周部區(qū)域21含有R-OSF區(qū)域時(shí)，晶片外周部區(qū)域21的BMD密度高，且殘留氧濃度降低，晶片的外周部區(qū)域21的強(qiáng)度降低。

這里，在本實(shí)施方案中，盡可能地減少氮的摻雜量，將晶片外周部區(qū)域21的BMD密度抑制為較低，同時(shí)盡可能地縮窄R-OSF區(qū)域的寬度，使R-OSF區(qū)域被限制在硅晶片20的外側(cè)的外周磨削區(qū)域11內(nèi)。進(jìn)一步如后所述，通過使R-OSF區(qū)域的邊界附近處于外周部區(qū)域21的位置，由此可以降低外周部區(qū)域21的BMD密度，可以提高外周部區(qū)域21的強(qiáng)度，抑制滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生。

接著加工硅單晶，制作硅晶片(拋光晶片)(圖1的步驟S12)。硅晶片是將硅單晶錠切割成一定的塊大小，進(jìn)行用于使直徑一致的修圓加工(外周磨削)，然后經(jīng)過切片工序、倒角(beveling)工序、研磨工序、蝕刻工序、拋光工序、清洗工序等，由此進(jìn)行制作。修圓加工中，除去比晶片的目標(biāo)直徑R₂更外側(cè)的外周磨削區(qū)域11，由此除去R-OSF區(qū)域。這樣加工的硅晶片的整個(gè)面由COP區(qū)域構(gòu)成。

需說明的是，COP區(qū)域是指通過以下說明的觀察評(píng)價(jià)檢出COP的區(qū)域。首先對(duì)硅晶片進(jìn)行SC-1清洗(即，用將氨水和雙氧水和超純水以1:1:15混合而成的混合液進(jìn)行的清洗)，將清洗后的硅晶片表面用表面缺陷檢查裝置(例如KLA-Tencor公司制造，Surfscan SP-2)進(jìn)行觀察評(píng)價(jià)，確定被推測(cè)為表面凹坑的亮點(diǎn)缺陷(LPD)。此時(shí)，將觀察模式設(shè)為傾斜(Oblique)模式(傾斜入射模式)，表面凹坑的推測(cè)是根據(jù)Wide Narrow頻道的檢出尺寸比進(jìn)行的。使用原子力顯微鏡(AFM)，對(duì)這樣確定的LPD評(píng)價(jià)是否為COP。通過該觀察評(píng)價(jià)，將觀察到COP的區(qū)域定義為COP區(qū)域。

所制作的硅晶片的整個(gè)面是否是COP區(qū)域，這可通過對(duì)晶片樣品進(jìn)行使OSF顯現(xiàn)的評(píng)價(jià)熱處理(氧化誘生層錯(cuò)評(píng)價(jià)熱處理)來確認(rèn)(圖1的步驟S13)。具體來說，作為評(píng)價(jià)熱處理，是在濕氧氣氛下對(duì)晶片樣品實(shí)施例如1140℃×2小時(shí)的氧化熱處理，然后對(duì)晶片表面用賴特(Wright)蝕刻液進(jìn)行2μm蝕刻的處理，然后通過光學(xué)顯微鏡測(cè)定在晶片表面觀察到的蝕刻凹坑，由此計(jì)數(shù)OSF密度。氧化熱處理的溫度可以是1000-1200℃，熱處理時(shí)間可以是1-16小時(shí)。所觀察的硅晶片的OSF密度為100個(gè)/cm²以下時(shí)，可以認(rèn)為硅晶片的整個(gè)面為COP區(qū)域。如果OSF密度為100個(gè)/cm²以下，則可抑制外延缺陷的產(chǎn)生。

接著，進(jìn)行使BMD核生長的退火處理(預(yù)退火)(圖1的步驟S14)。預(yù)退火是以低于900℃的溫度進(jìn)行的10-60分鐘的熱處理。如上所述，如果減少硅晶片中的氮摻雜量，則晶片整個(gè)面的BMD密度降低，無法在晶片的中心部區(qū)域獲得所需的BMD密度(例如1×10⁸個(gè)/cm³以上)。特別是，如果不進(jìn)行預(yù)退火就實(shí)施外延工序，則非常小的氧沉淀核在外延工序中消失，因此無法獲得所需的BMD密度。但是在進(jìn)行外延工序之前進(jìn)行預(yù)退火的情況下，即使氮的摻雜量少時(shí)也可以確保所需的BMD密度。

進(jìn)而，本實(shí)施方案中，通過將R-OSF區(qū)域配置在外周磨削區(qū)域11，可以減小晶片外周部區(qū)域21的BMD密度。

圖5是表示晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度(個(gè)/cm³)。硅晶片的直徑為300mm，最外周的位置距晶片的中心150mm。從而，距最外周1mm的位置是距晶片的中心149mm，距最外周10mm的位置是距晶片的中心140mm。硅晶片20的外周部區(qū)域21定義為距最外周1至10mm的范圍。比硅晶片20的最外周更外側(cè)的是硅單晶的外周磨削區(qū)域11。

如圖5所示，硅晶片20的整個(gè)面是COP區(qū)域，R-OSF區(qū)域位于外周磨削區(qū)域11。晶片半徑方向的BMD密度在中心部區(qū)域22內(nèi)大致恒定，但可見在與R-OSF區(qū)域的邊界附近的外周部區(qū)域21中一度降低，而在R-OSF區(qū)域再次升高的傾向。

本實(shí)施方案著眼于這樣的BMD密度降低的現(xiàn)象，通過使R-OSF區(qū)域位于硅單晶的外周磨削區(qū)域11，同時(shí)使R-OSF區(qū)域和COP區(qū)域的邊界附近的BMD密度降低的區(qū)域位于晶片外周部區(qū)域21，由此使晶片外周部區(qū)域21的BMD密度減小。

接著，進(jìn)行在硅晶片的表面形成硅的外延膜的外延工序(圖1的步驟S15)。該外延方法沒有特別限定，就直徑300mm以上的大口徑硅晶片而言，優(yōu)選使用單片式的氣相生長裝置。硅晶片設(shè)置于氣相生長裝置的室內(nèi)，三氯硅烷(SiHCl₃)等原料氣體與H₂氣等載氣和摻雜劑氣體一起導(dǎo)入室內(nèi)，使通過原料氣體的熱分解或還原生成的硅以反應(yīng)速度0.5-0.6μm/分鐘在加熱至1000-1200℃高溫的硅晶片上生長。然后進(jìn)行硅晶片的清洗，由此完成外延硅晶片。

這樣制造的外延硅晶片的BMD密度分布，可通過進(jìn)行模仿裝置工藝的評(píng)價(jià)熱處理(氧沉淀物評(píng)價(jià)熱處理)使BMD核生長來確認(rèn)(步驟S16)。需說明的是，所謂BMD密度，對(duì)于外延硅晶片，在氧氣氣氛中進(jìn)行900-1100℃×16小時(shí)的氧沉淀物評(píng)價(jià)熱處理，然后將外延硅晶片沿厚度方向劈開，使用賴特蝕刻(Wright Etching)液對(duì)該劈開截面進(jìn)行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后用光學(xué)顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，將100μm×100μm見方面積內(nèi)的蝕刻凹坑密度定義為BMD密度。根據(jù)本實(shí)施方案的外延硅晶片中，關(guān)于BMD密度具有以下特征。

首先，晶片整個(gè)面的BMD密度為1×10⁸個(gè)/cm³以上。這樣，晶片整個(gè)面的BMD密度為1×10⁸個(gè)/cm³以上，由此可以提高外延硅晶片的吸雜能力。另外晶片整個(gè)面的BMD密度優(yōu)選為3×10⁹個(gè)/cm³以下。晶片的BMD密度過高，則晶片中的殘留氧濃度降低，由此晶片的強(qiáng)度降低，特別是在晶片的外周部區(qū)域21容易產(chǎn)生滑移位錯(cuò)。

另外自晶片的最外周(邊緣)向內(nèi)1mm至10mm的外周部區(qū)域21內(nèi)的BMD密度，與比外周部區(qū)域21靠內(nèi)的中心部區(qū)域內(nèi)的BMD密度相比更低。這樣，晶片的外周部區(qū)域21的BMD密度比中心部區(qū)域內(nèi)的BMD密度低，由此可提高外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，可抑制滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生。

另外，自晶片的最外周向內(nèi)1至10mm的外周部區(qū)域21中的BMD密度朝向晶片的最外周遞減，將外周部區(qū)域21中的BMD密度的最大值(Max)和最小值(Min)之差除以外周部區(qū)域21中的BMD密度的平均值(Ave)，所得的值((Max-Min)/Ave:BMD密度的偏差)為3以下。并且BMD密度的最大值存在于自晶片的最外周向內(nèi)6-10mm的范圍內(nèi)，BMD密度的最小值存在于距晶片的最外周小于6mm的范圍內(nèi)。這樣，在外周部區(qū)域21中，BMD密度降低，由此可提高晶片外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，由此可提高晶片外周部區(qū)域21的強(qiáng)度。需說明的是，使晶片外周部區(qū)域21為距晶片的最外周1mm以上的范圍的理由不僅是由于晶片的邊緣被斜切，還由于在最外周(距最外周0mm)的位置處BMD密度的測(cè)定本身是不可能的。

另一方面，外周部區(qū)域21的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³以上。外周部區(qū)域21的殘留氧濃度設(shè)為8×10¹⁷原子/cm³以上，由此可抑制滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生。BMD密度越低的區(qū)域，晶片中的殘留氧濃度越高，BMD密度越高的區(qū)域則晶片中的殘留氧濃度越低。這可認(rèn)為是由于晶片中的氧由于BMD形成而被消耗，氧沉淀物越增加則殘留氧越減少。本發(fā)明中，外周部區(qū)域21的BMD密度低，因此可以提高外周部區(qū)域21的殘留氧濃度，可以提高外周部區(qū)域21的晶片強(qiáng)度。

如以上說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方案的外延硅晶片中，在晶片外周部區(qū)域21的BMD密度低，因此可提高晶片的外周部區(qū)域21的強(qiáng)度，可防止滑移位錯(cuò)的產(chǎn)生。因此，在通過立式爐對(duì)晶片進(jìn)行熱處理時(shí)，可防止容納于立式舟的晶片的支撐位置產(chǎn)生微小傷痕、并以該傷痕為起點(diǎn)產(chǎn)生滑移位錯(cuò)并延伸的情況。

以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了說明，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更，它們當(dāng)然也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

例如在上述實(shí)施方案中，主要以直徑300mm的晶片為對(duì)象進(jìn)行了說明，也可以是直徑300mm以上的晶片，例如可以以直徑450mm的晶片為對(duì)象。

實(shí)施例

第一，進(jìn)行以氮濃度、氧濃度和預(yù)退火的有無為參數(shù)的外延硅晶片的特性評(píng)價(jià)。

該特性評(píng)價(jià)中，通過CZ法培育摻雜氮的直徑310mm的硅單晶，通過外周磨削將硅單晶的直徑修圓為300mm，然后實(shí)施晶片加工。接著，在實(shí)施外延工序之前對(duì)一部分晶片樣品在890℃下進(jìn)行20分鐘的熱處理，作為預(yù)退火。外延工序中，在1100℃的溫度下將4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的測(cè)定中，在氧氣氣氛中進(jìn)行1000℃×16小時(shí)的評(píng)價(jià)熱處理后，將外延硅晶片沿厚度方向劈開，用賴特蝕刻液對(duì)劈開截面進(jìn)行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后通過光學(xué)顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，測(cè)定BMD密度。BMD密度的測(cè)定是自晶片的中心起沿半徑方向以10mm間距進(jìn)行的，特別在晶片外周部區(qū)域(距最外周1mm至10mm)是以1mm間距進(jìn)行的。

外延硅晶片中的殘留氧濃度的測(cè)定是自晶片的中心起沿半徑方向以1mm間距進(jìn)行的，并求出其平均值。

滑移耐性試驗(yàn)中，通過具有支撐晶片的外周部區(qū)域的舟形狀的立式爐進(jìn)行追加的熱應(yīng)力負(fù)荷熱處理。熱應(yīng)力負(fù)荷熱處理?xiàng)l件設(shè)為：投入溫度700℃，升溫速度8℃/分鐘，在1100℃下保持30分鐘，降溫速度3℃/分鐘，取出溫度700℃。通過X射線形貌學(xué)觀察熱處理后的晶片，將滑移位錯(cuò)長度低于2mm的評(píng)價(jià)為“○”，2-5mm的評(píng)價(jià)為“△”，超過5mm的評(píng)價(jià)為“×”。

在吸雜能力的評(píng)價(jià)中，在上述評(píng)價(jià)熱處理后的外延硅晶片的表面以1×10¹²原子/cm²涂布Ni，在900℃的溫度下進(jìn)行30分鐘的熱處理，然后對(duì)晶片的表面進(jìn)行2μm的賴特蝕刻。用光學(xué)顯微鏡觀察賴特蝕刻后的晶片的表面，將未觀察到硅化鎳的凹坑的記為“○”，觀察到凹坑的記為“×”。

在表1中示出上述評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)施例1-6是本發(fā)明技術(shù)，比較例1-5是以往技術(shù)。

[表1]

由表1可知，滿足本發(fā)明的條件的實(shí)施例1-6可兼顧滑移耐性和吸雜能力。

而比較例1的氮濃度低，未進(jìn)行預(yù)退火，因此得到BMD濃度低，吸雜能力不足的結(jié)果。

比較例2也未進(jìn)行預(yù)退火，但氮濃度為5×10¹³原子/cm³，較高，因此確認(rèn)了可獲得吸雜能力的BMD密度，但晶片的外周部區(qū)域的最低殘留氧濃度為7.8×10¹⁷原子/cm³，為較低的殘留氧濃度。另外晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)為3.8，較大，得到滑移長度變長的結(jié)果。這可以認(rèn)為是，由于晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差過大，導(dǎo)致晶片的支撐位置的傳熱改變而應(yīng)力增大的結(jié)果。

比較例3也與比較例2同樣，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度為7.5×10¹⁷原子/cm³，是8×10¹⁷原子/cm³以下的低殘留氧濃度，BMD密度的偏差((Max-Min)/Ave)為5.7，也較大，得到滑移長度進(jìn)一步變長的結(jié)果。

比較例4和5均是使用了氮濃度比1×10¹³原子/cm³高的晶片，進(jìn)行了預(yù)退火處理時(shí)的結(jié)果。晶片內(nèi)可確認(rèn)超過3×10⁹個(gè)/cm³的BMD密度。過度的BMD形成誘發(fā)以BMD為起因的外延缺陷的產(chǎn)生，因此不優(yōu)選。另外，晶片的外周部區(qū)域的BMD密度也高，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度低，因此得到滑移耐性差的結(jié)果。

圖6是表示上述實(shí)施例4、比較例2和比較例4的晶片半徑方向的BMD密度分布的圖表，橫軸表示距晶片中心的距離(mm)，縱軸表示BMD密度。表2表示晶片的外周部區(qū)域的BMD密度分布。

如圖6所示，實(shí)施例4和比較例4的BMD密度在晶片的外周部區(qū)域呈遞減的分布，比較例4的BMD密度為1×10⁹個(gè)/cm³，為高密度，吸雜能力充分，但晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度為8×10¹⁷原子/cm³，因此可知滑移長度長，滑移耐性低。

關(guān)于比較例2，BMD密度呈朝向晶片的最外周升高的分布，外周部區(qū)域的BMD密度為1×10⁹個(gè)/cm³以上，為高密度，BMD密度高導(dǎo)致殘留氧濃度降低，由此得到滑移耐性劣化的結(jié)果。

由以上結(jié)果可知，BMD密度在晶片面內(nèi)為1×10⁸個(gè)/cm³以上(且為1×10⁹個(gè)/cm³以下)，優(yōu)選面內(nèi)分布為在晶片的外周部區(qū)域呈遞減的分布。

表2是對(duì)于上述實(shí)施例4、比較例2和比較例4的晶片沿徑向以1mm間隔的間距詳細(xì)調(diào)查BMD密度分布的結(jié)果。由表2可知，如果BMD密度的最大值存在于距晶片的中心140-144mm(距最外周6-10mm)的范圍內(nèi)，BMD密度的最小值存在于距晶片的中心超過144mm(距最外周小于6mm)的范圍內(nèi)，則可確認(rèn)是滑移耐性優(yōu)異的晶片。

[表2]

第二，對(duì)使用氮濃度和直徑不同的多個(gè)硅單晶制造的外延硅晶片進(jìn)行特性評(píng)價(jià)。

該特性評(píng)價(jià)中，通過CZ法培育氮濃度不同的多個(gè)硅單晶，通過外周磨削將硅單晶的直徑修圓為300mm，然后實(shí)施晶片加工。培育硅單晶時(shí)，使晶體直徑變化，使1根硅單晶錠中含有外周磨削區(qū)域變寬的部位和變窄的部位。

接著，求出經(jīng)加工的硅晶片(拋光晶片)的OSF密度的最大值。OSF密度的測(cè)定中，在1140℃的溫度下進(jìn)行2小時(shí)的評(píng)價(jià)熱處理，進(jìn)行2μm的賴特蝕刻，然后通過光學(xué)顯微鏡測(cè)定晶片表面的OSF密度。

接著，在實(shí)施外延工序之前，作為硅晶片的預(yù)退火，在890℃下進(jìn)行20分鐘的熱處理。然后，在外延工序中，在1100℃的溫度下將4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的測(cè)定中，在氧氣氣氛中進(jìn)行1000℃×16小時(shí)的評(píng)價(jià)熱處理后，將外延硅晶片沿厚度方向劈開，使用賴特蝕刻液對(duì)劈開截面進(jìn)行深度2μm蝕刻的選擇性蝕刻處理，然后通過光學(xué)顯微鏡觀察硅晶片的厚度中心部的劈開截面，測(cè)定BMD密度。BMD密度的測(cè)定是自晶片的中心起沿半徑方向以10mm間距進(jìn)行的，特別在晶片的外周部區(qū)域(距最外周1mm至10mm)是以1mm間距進(jìn)行的。

滑移耐性試驗(yàn)中，通過具有支撐晶片的外周部區(qū)域的舟形狀的立式爐進(jìn)行追加的熱應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)。熱應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)的條件設(shè)為：投入溫度700℃，升溫速度8℃/分鐘，在1100℃下保持30分鐘，降溫速度3℃/分鐘，取出溫度700℃。通過X射線形貌學(xué)觀察試驗(yàn)后的晶片，將滑移位錯(cuò)長度低于2mm的評(píng)價(jià)為“○”，2-5mm的評(píng)價(jià)為“△”，超過5mm的評(píng)價(jià)為“×”。

上述評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果示于表3，實(shí)施例1-9是本發(fā)明技術(shù)，比較例1-9是以往技術(shù)。需說明的是，實(shí)施例1、4、7和比較例1等的氮濃度相同的晶片是指從同一硅單晶錠上切割的晶片。

[表3]

由表1可知，滿足本發(fā)明的條件的實(shí)施例1-9中，氮濃度為1.0×10¹²-1.0×10¹³原子/cm³，較低，硅單晶相對(duì)于晶片直徑的直徑比為1.02-1.07。這些晶片的OSF密度為100個(gè)/cm²以下，是晶片整個(gè)面為COP區(qū)域的晶體。另外，外延硅晶片的外周部區(qū)域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)為3以下，滑移耐性也良好。

而在比較例1-3中，硅單晶的直徑比為1.01，較小，另外OSF密度的最大值為109-163個(gè)/cm²，較大，由此可知，R-OSF區(qū)域不僅存在于硅單晶的外周磨削區(qū)域，也存在于硅晶片內(nèi)。由于其影響誘發(fā)外延缺陷，結(jié)果使外延品質(zhì)劣化。

比較例4-6中，氮濃度為1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，較高，OSF環(huán)的寬度較寬，因此，即使將直徑比為1.05的硅單晶進(jìn)行修圓加工，也無法排除R-OSF區(qū)域，結(jié)果是OSF密度非常高。由于該影響，得到誘發(fā)外延缺陷的結(jié)果。還可知，晶片外周部區(qū)域的BMD密度也高，偏差為3以上，滑移耐性也劣化。

比較例7-9的氮濃度為1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，為高濃度，但硅單晶的直徑比為1.08，較大，因此可以通過修圓加工將R-OSF區(qū)域排除。但是晶片的外周部區(qū)域的BMD密度也高，晶片的外周部區(qū)域的殘留氧濃度低，因此得到滑移耐性差的結(jié)果。另外，硅單晶的直徑需要為324mm，晶片制造時(shí)需要更多的硅原料。因此生產(chǎn)能力差，結(jié)果不適合量產(chǎn)。

符號(hào)說明

10 硅單晶

11 硅單晶的外周磨削區(qū)域

20 硅晶片

21 硅晶片的外周部區(qū)域

22 硅晶片的中心部區(qū)域

R₁ 硅單晶的直徑

R₂ 硅晶片的直徑。