硅晶片的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種硅晶片的制造方法，該方法可使半導體設備形成區域的COP或氧析出核等晶體缺陷減少，可抑制設備形成工序中的熱處理時的滑移位錯的發生。硅晶片的制造方法，具備如下工序：工序1，將由通過CZ法生成的硅單晶錠切成的原料硅晶片在氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為1300℃以上且1380℃以下進行熱處理；工序2，對通過工序1得到的熱處理硅晶片進行剝離處理，剝離該熱處理硅晶片表面的氧化膜；以及工序3，將通過工序2得到的被剝離硅晶片在非氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為1200℃以上且1380℃以下、升溫速度設為1℃/秒以上且150℃/秒以下進行熱處理，使所得硅晶片的表面～深7μm的區域的氧濃度最大值達到1.3×1018atoms/cm3以下。
【專利說明】
括晶片的制造方法
技術領域
[0001] 本發明設及由通過提拉法生成的娃單晶錠切成的娃晶片(娃晶圓）的熱處理方法。
【背景技術】
[0002] 對于用作半導體設備形成用基板的娃晶片，要求在作為設備活性區域的晶片的表 層減少晶體原生粒子（ciTstal originated particles, COP)或激光散射斷層缺陷（laser scattering tomogra地y defects, LSTD)等W確保無缺陷。
[0003] 近年來，作為運種娃晶片的高產率的制造方法，已知有對至少將形成半導體設備 的表面進行了鏡面研磨的娃晶片實施快速升降溫熱處理(RTP: rapid thermal process) 的技術。
[0004] 例如，日本特表2001-509319號公報中記載著：將晶片在含氧環境中、在低于約 500化pma的氧分壓下、在超過1175°C的溫度下加熱不足60秒的單晶娃晶片的熱處理方法。 在上述熱處理方法中，由于是在W氣或氮為主的環境中進行RTP，因此可大幅減少晶片表層 的 COP。
[0005] 但是，在運種W惰性氣體為主要成分的環境中的RTP中，氧從晶片表層向外擴散， 該晶片表層的氧濃度降低，因此在之后的半導體設備形成工序中的熱處理中，氧的針扎力 (pinning force,插針壓力)減弱。另外，還存在下述課題:該熱處理溫度越高，越容易發生 滑移位錯。
[0006] 針對運樣的課題，例如，日本特開2010-129918號公報中記載著:在氧化性氣體的 爐內環境中，對半導體晶片在looorw上且烙點W下的溫度下進行熱處理，在其一部分表 層使氧向內擴散而導入氧，之后將半導體晶片取出到爐外并快速冷卻，從而在半導體晶片 的表層固定高的氧固溶度，表層成為高氧濃度區域部，可W將表層高強度化。
[0007] 在如日本特開2010-129918號公報所記載的氧化性氣體環境中進行RTP時，特別是 在熱處理溫度為1300°CW上時，可W溶解COP的內壁氧化膜，消除C0P，而且，可W溶解在晶 體生成時產生的氧析出核。但是，由于是在氧化性氣體環境下進行，所W晶片表層的氧濃度 高、氧析出核殘留，從而在之后的半導體設備形成工序中的熱處理中，在作為設備活性區的 晶片的表層有可能產生氧析出物(體微缺陷:bu化mic;r〇-defects(BMD))。
【發明內容】
[000引本發明W提供娃晶片的制造方法為課題，所述方法可W減少半導體設備形成區域 的COP或氧析出核等晶體缺陷，即使在設備形成工序中的熱處理中，也不會在設備形成區域 產生氧析出物，并且，可W抑制滑移位錯的發生。
[0009] 本發明解決上述現有技術中的課題，包含下述事項。
[0010] 目P，本發明的娃晶片的制造方法，其特征在于，具備如下工序:工序1，將由通過提 拉法下稱作乂Z法"。）生成的娃單晶錠切成的原料娃晶片在氧化性氣體環境中、在最高 到達溫度設為1300°C W上且1380°C W下進行熱處理;工序2，對通過工序1得到的熱處理娃 晶片進行剝離處理，剝離該熱處理娃晶片表面的氧化膜；W及工序3,將通過工序2得到的被 剝離娃晶片在非氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為1200°CW上且1380°CW下、升溫 速度設為rC/秒W上且150°C/秒W下進行熱處理，使所得娃晶片的表面~深7WI1的區域的 氧濃度最大值達到1.3 X l〇i8atoms/cm3 W下。
[0011] 根據本發明的娃晶片的制造方法，可W有效消除在娃單晶錠生成時產生的COP或 氧析出核。即，根據本發明，通過組合進行使用規定的氧濃度的原料娃晶片在氧化性氣體環 境中在規定的條件下進行熱處理的工序、剝離氧化膜的工序和在非氧化性氣體環境中在規 定的條件下進行熱處理的工序，可W得到COP或氧析出核等晶體缺陷得到了充分降低的娃 晶片。使用運樣的娃晶片時，即使在設備形成工序中的熱處理中，也不會在設備形成區域產 生氧析出物，并且，滑移位錯的發生也得到抑制，因此可W提供強度優異的半導體設備。
【附圖說明】
[0012] 圖1是顯示本發明的娃晶片的制造方法的流程圖的圖。
[0013] 圖2是顯示從晶片表面起向深度方向的氧濃度的圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發明的娃晶片的制造方法具備如下工序:工序1(步驟S1、S2)，將由通過CZ法生 成的娃單晶錠切成的原料娃晶片在氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為130(TC W上且 1380°C W下進行熱處理;工序2 (步驟S3 )，對通過工序1得到的熱處理娃晶片進行剝離處理， 剝離該熱處理娃晶片表面的氧化膜；W及工序3(步驟S4)，將通過工序2得到的被剝離娃晶 片在非氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為1200°CW上且1380°CW下、升溫速度設為1 °C/秒W上且150°C/秒W下進行熱處理，使所得娃晶片的表面~深7WI1的區域的氧濃度最大 值達到1.3 X l〇i8atoms/cm3W下。
[0015] W下，對上述各要件進行詳細說明。需要說明的是，在本說明書中，娃晶片還簡稱 為晶片。
[0016] 工序1是指將由通過CZ法生成的娃單晶錠切成的原料娃晶片在氧化性氣體環境 中、在最高到達溫度設為1300°cw上且1380°CW下進行熱處理的工序(步驟S1、S2)。
[0017] CZ法是指，將多晶娃填充在石英相蝸中，用加熱器進行加熱、烙解，在該娃烙解液 上面浸入作為晶體生長的基礎的小單晶作為種晶，邊使石英相蝸和種晶旋轉，邊提拉大口 徑的結晶棒。通過CZ法制造娃單晶時，從石英相蝸烙入的氧原子在高溫下彼此聚集。因此， 在CZ法中，通過控制相蝸的溫度、或石英相蝸和種晶的轉數等，可W制造 W所期望的濃度包 含氧的原料娃晶片。本發明中使用的原料娃晶片，其氧濃度通常為0.8~1.5Xl〇i8atoms/ cm3，優選為0.9~1.3 X 10"atoms/cm3。原料娃晶片中的氧濃度在上述范圍時，在后述的工 序3中可有效減少娃晶片中的晶體缺陷，并且，可W得到強度優異的娃晶片。需要說明的是， 氧濃度是基于old-ASTM標準的換算值。
[0018] 對于如此操作而得到的原料娃晶片，在氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設為 1300°CW上且1380°CW下進行熱處理。通過將最高到達溫度設為上述范圍來進行熱處理， 可有效消除在娃單晶錠的生成時形成的COP等空桐(空隙）缺陷、或因密度不均勻而產生的 氧析出核。運里，認為氧析出核是氧與空孔的復合體，根據熱處理條件生長成由二氧化娃 (Si〇2)形成的氧析出物。最高到達溫度低于1300°C時，娃晶片中的氧的飽和濃度低，因此 COP內壁氧化膜不易溶解，另外，晶格間娃(Si)的生成量也少，因此有時無法充分獲得COP的 消除效果。而且，有時氧析出核的消除效果也不充分。另一方面，若最高到達溫度超過1380 °C，則容易發生滑移位錯等、或者例如有時會出現在晶片表面產生特異性缺陷等不良情形。
[0019] 運里，對COP或氧析出核消除時的機理進行說明。被施行熱處理時，COP內壁氧化 膜、即二氧化娃(Si〇2)膜溶解，空孔在原料娃晶片內擴散。如此一來，晶片內存在的大量晶 格間娃進入該空孔內，空孔消失。但是，為了在氧化性氣體環境下進行熱處理，在晶片的最 表層(距表面深約1皿），熱處理中的氧濃度接近飽和濃度，因此COP的內壁氧化膜不易溶解， 存在著容易殘留COP的傾向。需要說明的是，氧析出核通過熱處理在晶片內溶解而消失。
[0020] 在工序1中，進行熱處理時的升溫速度通常為10~150°C/秒，優選為25~75°C/秒。 升溫速度根據最高到達溫度來適當設定。即，最高到達溫度接近1300°C時，升溫速度降低， 最高到達溫度接近1380°C時，升溫速度變高。若升溫速度不足10°C/秒，則氧化速度變慢、晶 格間娃的過飽和度降低，因此有時COP的消除不充分，若超過150°C/秒，則有時容易發生滑 移位錯。
[0021] 對氧化性氣體沒有特別限制，可W使用公知的氣體，但通常使用氧。氧化性氣體可 W是包含氧和惰性氣體的混合氣體。此時，氧氣體的分壓通常為20%W上且低于100%。氧氣 體的分壓低于20%時，氧化速度變慢，晶格間娃的過飽和度降低，因此有時COP的消除不充 分。
[0022] 另外，氧化性氣體流量通常為20slm(standard liter per minute,每分鐘標準 升）W上。氧化性氣體流量不足20slm時，腔內空氣的排除或置換的效率變差，有時會產生由 雜質造成的污染。
[0023] 原料娃晶片通過熱處理加熱至最高到達溫度1300~1380°C后，通常保持5~60秒、 優選10~30秒。通過將最高到達溫度下的保持時間設為上述范圍，可W減少在娃單晶錠生 成時產生的COP或氧析出核。
[0024] 在最高到達溫度1300~1380°C下保持規定時間后，將娃晶片降溫。此時的降溫速 度通常為150~25 °C /秒、優選120~50°C /秒。
[0025] 如上所述，通過工序1，可有效消除在娃單晶錠生成時產生的COP或氧析出核。
[0026] 工序2是剝離形成于通過工序1得到的熱處理娃晶片的正反面(包括端面）的氧化 膜的工序(步驟S3)。若不剝離氧化膜，則在接下來的工序3中，非常難W降低晶片表層部的 氧濃度。
[0027] 熱處理娃晶片的正反面被氧化，被包含二氧化娃（Si〇2)的氧化膜覆蓋。該氧化膜 的厚度還取決于氧化性氣體的分壓和流通時間，但大體為5~30nm左右。
[0028] 形成于熱處理娃晶片的正反面的氧化膜，例如可通過將晶片浸在稀酸中使其溶解 而除去。稀酸只要是溶解氧化膜的稀酸即可，沒有特別限定，可W使用各種稀酸，例如可W 使用氨氣酸化F(aq))。
[0029] 工序3是將通過工序2得到的被剝離娃晶片在非氧化性氣體環境中、在最高到達溫 度設為1200°C W上且1380°C W下、在升溫速度為rC /秒W上且150°C /秒W下進行熱處理的 工序(步驟S4)。通過進行工序3,可W降低因在工序1中在氧化性氣體環境下進行了熱處理 而上升的晶片表層部的氧濃度，并且，還可W使殘留于最表層的COP消失。
[0030]在工序3中，當最高到達溫度低于1200°C時，由于氧的擴散速度慢，所W在降低娃 晶片表層部的氧濃度時費時，最終的娃晶片的生產效率有時會降低。另一方面，若最高到達 溫度超過1380°C，則有時會在晶片正反面產生Si升華的特異性缺陷。
[0031 ] 工序3中的升溫速度為rc /秒W上且150 r /秒W下，優選10 r /秒W上且90 r /秒 W下，更優選為25°c/秒W上且75°C/秒W下。升溫速度小于rc/秒、即升溫速度過小時，在 工序3中有時會隨著加熱而在晶片表層部慢慢產生氧析出物。另一方面，當升溫速度超過 150X7秒時，晶片發生滑移位錯的危險性變高。
[0032] 晶片在wrc/秒W上且150°C/秒W下的升溫速度升溫至最高到達溫度1200°CW 上且1380°CW下之后，為了降低表層的氧濃度，通常是直接保持1~60秒、優選5~30秒。
[0033] 非氧化性氣體只要是不氧化晶片的氣體即可，沒有特別限定，可W使用公知的氣 體，但從不會形成氮化膜等膜、或者不會發生其他化學反應等方面考慮，例如使用氣。
[0034] 在工序3中，通過進行上述熱處理，可W降低因工序1而升高了的娃晶片表層部的 氧濃度。具體而言，如圖2所示，可W使娃晶片表面~深7WI1的區域的氧濃度最大值達到1.3 X l〇i8atoms/cm3W下。氧濃度的最大值超過1.3X l〇i8atoms/cm3時，容易形成氧析出核，在 半導體設備形成過程中，有可能出現表層部的氧析出核生長而產生氧析出物的不良情形。 娃晶片表面~深7WI1的區域中的氧濃度可通過適當調節原料娃晶片中的氧濃度、或工序3中 的升溫速度、最高到達溫度、和最高到達溫度下的保持時間來決定。
[0035] 在最高到達溫度下保持規定時間后，需要將娃晶片降溫。通過適當控制該降溫過 程，可W在主體(bulk)層形成氧析出核、或者使其密度發生變化。降溫速度通常為150°C/秒 W下，優選為120~5°C/秒。相對而言，若降溫速度快，則氧析出核的密度高，若降溫速度慢， 則氧析出核的密度降低。降溫速度低于5°C/秒時，不僅產率下降，而且到達高溫范圍后的熱 處理時間也變得非常長，因此構成裝置的部件因達到高溫而有可能劣化或破損。另一方面， 當降溫速度超過150°C/秒時，晶片有時會發生滑移位錯。
[0036] 在工序3之后，娃晶片可通過除去其雙面或單面的表面來精制。
[0037] 對除去方法并沒有特別限定，通常采用下述方法:經由漿液使用研磨布對晶片雙 面或單面進行滑動加工。另外，有時還將通過磨石或平板研磨進行的磨削加工和化學蝕刻 結合使用。
[0038] 通過W運種方式精制晶片，可W除去高溫熱處理時的表面粗糖。 實施例
[0039] W下，根據實施例來進一步具體說明本發明，但本發明并不受下述實施例的限定。
[0040] [娃晶片的制造方法] 采用CZ法，通過控制提拉速度V與娃烙點~1300°C的溫度范圍內的提拉軸方向的晶體 內溫度梯度的平均值G之比V/G值，生成了由空孔優勢區域構成的娃單晶錠。將上述娃單晶 錠切片，對雙面進行鏡面研磨，從而得到了原料娃晶片(直徑為300mm)。
[0041 ] 所得原料娃晶片的氧濃度為1.1 X l〇i8atoms/cm3、氮濃度為2.5X l〇i4atoms/cm3。 [00創讀施例1~10] 作為工序1，在100%氧(流量為20slm)環境下，升溫速度設為50°C/秒、最高到達溫度設 為1300~1380°C、最高溫度下的保持時間設為30秒、降溫速度設為120°C/秒，對原料娃晶片 進行了熱處理。接著，作為工序2,通過用氨氣酸化F水溶液)清洗所得的熱處理娃晶片，將形 成于表面的氧化膜完全剝離。之后，作為工序3,在100%氣(流量為20slm)環境下，升溫速度 設為1~150°C/秒、最高到達溫度設為1200~1380°C、最高到達溫度下的保持時間設為1~ 60秒、降溫速度設為120°C/秒，進行了熱處理，使娃晶片表面~深7WI1的區域的氧濃度最大 值達到1.3 X l〇i8atoms/cm3W下。
[0043] 對于得到的娃晶片，利用SIMS(seconda;ry ion mass spectromehy:二次離子質 譜分析法）(AMETEK(株)CAMECA事業部制造 MS7f)，測定表面~深度方向的氧濃度，根據所得 的深度方向剖面圖評價了表面~深7WI1的區域的最大氧濃度。
[0044] 另外，假設半導體設備形成過程的熱處理，在氮環境下，升溫速度為5X7分鐘、最 高到達溫度為l〇〇〇°C、最高到達溫度下的保持時間設為4小時，降溫速度設為5°C/分鐘，進 行了熱處理。對于上述熱處理后的晶片，為了評價表層部的氧析出物的生成程度，在工序3 之后研磨至最大氧濃度位置W除去晶片表面~深7皿的部分，之后使用KLA-Tencor(株）制 造的Surfscan SP2,評價了 >40nm的LPD(Li曲t F*oint Defects,光點缺陷）數。再根據X射 線形貌術（（株)RIGAKU制造 XRT300)評價了該晶片中產生的滑移長度。
[0045] 實施例1~10的制造條件和評價結果見表1。
[0046] [比較例1] 除了將工序3中的氧濃度最大值設為1.35 X l〇i8atoms/cm3(超過1.3 X l〇i8atoms/cm3的 濃度）W外，進行了與實施例相同的操作。
[0047] [比較例2] 將工序3中的最高熱處理溫度設為1175°C，并控制娃晶片表面~深7WI1的區域的氧濃度 最大值使其達到1.50Xl〇i8atoms/cm3W下，除此之外，進行了與實施例相同的操作。
[004引[比較例3] 除了將工序3中的最高熱處理溫度設為1385°CW外，進行了與實施例相同的操作。 [0049][比較例4] 除了將工序3中的升溫速度設為0.5X7秒W外，進行了與實施例相同的操作。
[00加][比較例引 除了將工序3中的升溫速度設為155TV秒W外，進行了與實施例相同的操作。
[0051]比較例1~4的制造條件和評價結果見表1。
[0化2][表1]
在假設了半導體設備形成過程的熱處理后，在研磨除去扣m的晶片表層后的含40nm的 LTO評價中，在實施例1~10和比較例5中確認到:氧析出物的產生量為在設備形成工序中不 會成為問題的水平。另一方面，在比較例1、2和4中確認到:LPD數超過10,000個，無法抑制氧 析出核的產生。需要說明的是，在比較例2中，將工序3中的最高熱處理溫度設為1175°C，并 W娃晶片表面~深7皿的區域的氧濃度最大值達至ljl.3Xl〇i8atoms/cm3W下的方式進行熱 處理時，確認到：在降低娃晶片表層部的氧濃度方面費時，最終的娃晶片的生產效率降低。 另外，比較例3的LTO數為2,017個，認為產生了由高溫熱處理引起的特異性缺陷。
[0053] 在假設了半導體設備形成過程的熱處理后，在晶片中發生的滑移評價中，在實施 例1~10中幾乎沒有確認到滑移位錯。另一方面，在比較例5中，雖然LTO數少，但確認到了滑 移位錯。
[0054] 如上所述可知:在本發明中，通過使用規定的氧濃度的原料娃晶片在規定的條件 下進行包含工序1和工序3的熱處理，可得到在設備形成區域COP或氧析出核等晶體缺陷充 分減少的娃晶片。
【主權項】
1.硅晶片的制造方法，其特征在于，具備如下工序： 工序1，將由通過提拉法生成的硅單晶錠切成的原料硅晶片在氧化性氣體環境中、在最 高到達溫度設為1300°c以上且1380°C以下進行熱處理； 工序2,對通過工序1得到的熱處理硅晶片進行剝離處理，剝離該熱處理硅晶片表面的 氧化膜；以及 工序3,將通過工序2得到的被剝離硅晶片在非氧化性氣體環境中、在最高到達溫度設 為1200Γ以上且1380Γ以下、升溫速度設為1°C/秒以上且150°C/秒以下進行熱處理，使所 得娃晶片的表面~深7μηι的區域的氧濃度最大值達到1.3 X 1018atoms/cm3以下。
【文檔編號】C30B33/02GK106048732SQ201610198592
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610198592.1, CN 106048732 A, CN 106048732A, CN 201610198592, CN-A-106048732, CN106048732 A, CN106048732A, CN201610198592, CN201610198592.1
【發明人】須藤治生, 荒木浩司, 青木龍彥, 前田進
【申請人】環球晶圓日本股份有限公司