單晶硅晶片及外延片以及單晶硅的制造方法

專利名稱：單晶硅晶片及外延片以及單晶硅的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及沒有后述的V區(qū)域、I區(qū)域、及OSF區(qū)域中任意一種缺陷，也不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，具有優(yōu)異電特性及吸氣能力的N區(qū)域的單晶硅。
背景技術(shù)：
近年來，隨著伴隨半導體電路的高集成化的元件的微細化，對于成為其襯底的以柴可拉斯基法(Czochralski MethodCZ法)所制作的單晶硅的品質(zhì)要求提高。特別是存在被稱為FPD、LSTD、COP等的生長(Grown-in)缺陷的、使氧化膜耐壓特性或器件的特性惡化的單晶體生長所引起的缺陷，其密度和尺寸的降低受到重視。
在說明這些缺陷時，首先，就決定被取入單晶硅并被稱為空位(Vacancy，以下有時略記為“V”)的空位型的點缺陷，及稱為晶格間硅(interstitiall-Si，以下有時略記為“I”)的晶格間(格子間)型硅點缺陷的各自的取入濃度的因素，對一般公知的進行說明。
在單晶硅中，所謂V區(qū)域是Vacancy，即由硅原子的不足所產(chǎn)生的凹部、孔之類很多的區(qū)域，所謂I區(qū)域是由于硅原子多余存在所產(chǎn)生的位錯或多余的硅原子塊多的區(qū)域。另外，在V區(qū)域和I區(qū)域之間，存在沒有(很少)原子不足或多余的中性(Neutral，以下，有時略記為“N”)區(qū)域。而且，上述所謂生長缺陷(FPD、LSTD、COP等)，總之是作為V或I在過飽和的狀態(tài)時點缺陷凝集的結(jié)果而產(chǎn)生的，即使存在少許的原子的偏置，如在飽和以下，點缺陷不會凝集，可以判斷為不存在上述生長缺陷。
圖7是表示單晶體的生長速度和缺陷分布的圖。上述的兩種點缺陷的濃度是由CZ法的結(jié)晶的拉晶速度(生長速度)和結(jié)晶中的固液界面附近的溫度梯度G的關(guān)系所決定，在V區(qū)域和I區(qū)域的邊界附近，被稱為OSF(氧化誘生層錯，Oxidation Induced Stacking Fault)的缺陷在垂直于結(jié)晶生長軸的方向的剖面來看時，可以確認是環(huán)狀分布的(以下，有時稱為OSF環(huán))。
而且，這些起因于結(jié)晶生長的缺陷，在使用通常的結(jié)晶中固液界面附近的溫度梯度G較大的爐內(nèi)構(gòu)造(熱區(qū)HZ)的CZ拉晶機中，在結(jié)晶生長軸方向?qū)⑸L速度由高速變?yōu)榈退贂r，可以獲得如圖7所示的缺陷分布圖。
如分類由結(jié)晶生長引起的缺陷時，例如，在生長速度為0.6mm/min左右以上的較高速時，空位型的點缺陷集合的空位所引起的FPD、LSTD、COP等生長缺陷高密度存在于結(jié)晶直徑方向上，這些缺陷存在的區(qū)域成為V區(qū)域(圖7的線(A))。
另外，生長速度在0.6mm/min以下時，伴隨生長速度的降低，OSF環(huán)從結(jié)晶的周圍產(chǎn)生，在該環(huán)的外側(cè)，被認為是晶格間硅集合的位錯環(huán)所引起的L/D(Large Dislocation晶格錯位環(huán)的略稱，LSEPD、LFPD等)的缺陷(巨大位錯團)低密度存在，這些缺陷存在的區(qū)域便成為I區(qū)域(也有稱為L/D區(qū)域)。另外，生長速度低于0.4mm/min左右以下時，OSF環(huán)收縮于晶片中心而衰減，整個表面成為I區(qū)域(圖7的線(C))。
另外，如圖7所示，近年來在V區(qū)域和I區(qū)域的中間，在OSF環(huán)的外側(cè)也發(fā)現(xiàn)稱為上述的N區(qū)域的、不但不存在由空位引起的FPD、LSTD、COP，也不存在由晶格間硅引起的LSEPD、LFPD的區(qū)域的存在。該區(qū)域處在OSF環(huán)的外側(cè)，而且，在施以氧析出熱處理，并通過X-ray觀察等確認析出的對比時，其被報告為幾乎沒有氧析出，并且，越形成LSEPD、LFPD則越不豐富的I區(qū)域側(cè)(圖7的線(B))。
這種N區(qū)域，在通常的方法中，降低生長速度時，相對于生長軸方向傾斜存在，所以在晶片面內(nèi)只存在于一部分上。
關(guān)于該N區(qū)域，在伯龍科夫理論(V.Voronkov；Journal of CrystalGrowth，59(1982(625-643)中，倡議所謂作為拉晶速度(V)和結(jié)晶固液界面軸方向溫度梯度(G)的比的V/G的參數(shù)決定點缺陷的整體濃度。由此進行考慮時，由于在面內(nèi)拉晶速度(生長速度)應該幾乎一定，所以在面內(nèi)，G具有分布特性，因此，例如，通過某拉晶速度，只能獲得中心以V區(qū)域夾住N區(qū)域而周邊成為I區(qū)域的結(jié)晶。
因此，最近改良面內(nèi)的G分布，將只存在于該傾斜的N區(qū)域，例如一面將拉晶速度(生長速度)逐漸降低一面進行拉晶時，可以以某種拉晶速度制作使N區(qū)域擴展于橫向整面(晶片整面)上的結(jié)晶。另外，為了使該整面N區(qū)域的結(jié)晶向長度方向擴大，如維持該區(qū)域橫向擴大時的拉晶速度而拉晶時，則可在某種程度上達成。另外，考慮到G隨著結(jié)晶生長而變化，為了予以補正，總之使V/G成為一定，如果調(diào)節(jié)拉晶速度，即使在生長方向上也可以擴大成為整面N區(qū)域的結(jié)晶結(jié)晶。
另外，最近，如對N區(qū)域進一步分類，則有臨接OSF環(huán)的外側(cè)的Nv區(qū)域(空位多的區(qū)域)和臨接I區(qū)域的Ni區(qū)域(晶格間硅多的區(qū)域)，可知在Nv區(qū)域中，在熱氧化處理時，氧析出量多，而在Ni區(qū)域中，幾乎沒有氧析出。
因此，如圖8所示，在以往的N區(qū)域中的結(jié)晶生長中，其在使氧析出量多的Nv區(qū)域和幾乎沒有氧析出層的Ni區(qū)域不加區(qū)別地混合的N區(qū)域內(nèi)生長，或者在Nv區(qū)域或者Ni區(qū)域中的任意一種區(qū)域內(nèi)進行單晶硅的育成，以獲得整面N區(qū)域的硅晶片。
可是，如上所述，可知不單整面N區(qū)域，就算在熱氧化處理時不產(chǎn)生OSF環(huán)，并且整面上不存在FPD、L/D的單晶體，也有顯著發(fā)生氧化膜缺陷的情況。這是使氧化膜耐壓特性之類的電特性劣化的原因，只是以往的整面為N區(qū)域是不充分的，期望進一步提高電特性。并且，即使在上述氧析出多的Nv區(qū)域中育成結(jié)晶，吸氣能力也會產(chǎn)生偏差，會有不一定能提升器件成品率的情況，期望品質(zhì)的進一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供在通過柴可拉斯基法制造單晶硅時，不屬于空位多的V區(qū)域、OSF區(qū)域、及晶格間硅多的I區(qū)域的任意其一，并且具有優(yōu)異的電特性及吸氣能力，可以確實提升器件成品率的單晶硅及外延片。
為了達成上述目的，本發(fā)明是提供一種單晶硅晶片，其是由柴可拉斯基法育成的，其特征在于其是在進行熱氧化處理時產(chǎn)生為環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，并且至少晶片中心在氧析出處理后的BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)的。
這種單晶硅晶片，是沒有形成V區(qū)域的FPD等缺陷、I區(qū)域的巨大位錯團(LSEPD、LFPD)、及OSF缺陷的N區(qū)域，且不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷(Cu沉積缺陷)，通過使晶片壽命變低的程度的高氧析出，具有極高的吸氣能力，而且，具有高氧化膜耐壓并具有優(yōu)異的電特性，能夠確實提升器件成品率。
在該情況下，優(yōu)選上述高氧析出Nv區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域。
如上所述的高氧析出Nv區(qū)域優(yōu)選占有晶片面內(nèi)的更廣的區(qū)域，但是只要是晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域為高氧析出Nv區(qū)域的晶片，則幾乎整個晶片都具有足夠高的吸氣能力，可以充分提升器件成品率。
另外，提供一種外延片，其特征在于在上述的單晶硅晶片上形成外延層。
根據(jù)上述的外延片，可以形成無缺陷的外延層，會成為電特性及吸氣能力優(yōu)異的外延片。
另外，本發(fā)明提供一種由柴可拉斯基法進行的單晶硅的制造方法，，其特征在于其是在進行熱氧化處理時產(chǎn)生為環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域內(nèi)，在作為不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，而且至少單晶體的中心在氧析出處理后的BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域的區(qū)域內(nèi)育成單晶體。
根據(jù)這種制造方法，可以獲得一種在將育成的結(jié)晶作成晶片時，在沒有形成V區(qū)域的FPD等缺陷、I區(qū)域的巨大位錯團、及OSF缺陷的N區(qū)域內(nèi)，不存在Cu沉積缺陷，并能充分產(chǎn)生使晶片壽命降低的程度的氧析出，從而具有吸氣能力，并且還具有優(yōu)異的電特性的單晶硅晶片。
在這種情況下，優(yōu)選上述高氧析出Nv區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域內(nèi)而育成單晶體。
這樣，如果高氧析出Nv區(qū)域占有面內(nèi)的80％以上的區(qū)域而育成單晶硅，則可以確實獲得幾乎涵蓋整面且具有極高的吸氣能力的單晶硅晶片。
另外，提供其他由柴可拉斯基法進行的單晶硅的制造方法，其特征在于將生長速度控制在在逐漸降低拉晶中的單晶硅的生長速度的情況下，在通過OSF環(huán)衰減后殘留的Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域衰減的邊界生長速度，及在進一步逐漸降低生長速度的情況下，在進行氧析出處理時，BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域衰減的邊界生長速度之間，以育成單晶體。
即使通過種方法，也可以獲得不會形成FPD等V區(qū)域缺陷、巨大位錯團等I區(qū)域缺陷、及OSF缺陷，也不存在Cu沉積缺陷，并具有優(yōu)異電特性及吸氣能力的單晶硅晶片。
在這種情況下，氧析出處理優(yōu)選在400-700℃的氮氣環(huán)境中，施以20分鐘-5小時的前處理，接著，以700-900℃，施以3-5小時的干氧化后，以900-1100℃，進行10-20小時的干氧化處理。
如果以進行這種氧析出處理而測量出的BMD密度及/或者晶片壽命為基準，如上所述育成單晶硅，可以獲得確實具有所期望的吸氣能力的單晶硅晶片。
另外，優(yōu)選將單晶硅的初期氧濃度控制在20ppma(ASTM’79)以上而育成單晶體。
如果控制在如上所述的初期氧濃度從而育成單晶硅，在氧析出熱處理后，可以獲得具有特別優(yōu)異的吸氣能力的單晶硅晶片。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在由柴可拉斯基法制造單晶硅時，可以提供不屬于空位多的V區(qū)域、OSF區(qū)域、Cu沉積缺陷區(qū)域、及晶格間硅多的I區(qū)域的任意其一，并通過高耐壓及高析出，而具有優(yōu)異電特性和吸氣能力的單晶硅。并且，通過使用該硅晶片，可以提供在外延層不會形成缺陷，還具備優(yōu)異吸氣能力的外延片。如果使用這些硅晶片或者外延片，可以大幅提升器件工序的成品率。


圖1是表示本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域的生長速度和結(jié)晶缺陷分布的關(guān)系的說明圖。
圖2是本發(fā)明可以使用的CZ單晶硅制造裝置的一例。
圖3(a)是表示單晶體生長速度和結(jié)晶切斷位置的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖3(b)是表示生長速度和各區(qū)域的說明圖。
圖4是表示Cu沉積評估試料的制造方法的說明圖。
圖5是測量Nv區(qū)域內(nèi)的氧化膜耐壓等級的結(jié)果圖。
(a)是由Cu沉積產(chǎn)生的缺陷發(fā)生區(qū)域，(b)是沒有產(chǎn)生缺陷的Nv區(qū)域。
圖6是表示初期氧濃度和氧析出處理后的BMD密度的關(guān)系圖。
圖7是表示由以往技術(shù)進行的生長速度和結(jié)晶的缺陷分布的說明圖。
圖8是表示以往方法的N區(qū)域生長中的生長速度和結(jié)晶缺陷分布的關(guān)系的說明圖。
具體實施例方式
以下，就本發(fā)明而做詳細說明，但是本發(fā)明并不限定于此。另外，在說明之前，預先就各術(shù)語加以解說。
1)所謂FPD(Flow Pattern Defect流動樣式缺陷)，是由生長后的單晶硅棒切出晶片，以氟酸和硝酸的混合液蝕刻而去除表面的變形層后，以K2Cr2O7和氟酸及水的混合液蝕刻(Secco蝕刻)表面，從而產(chǎn)生坑及微波圖案。將該微波圖案稱為FPD，晶片面內(nèi)的FPD密度越高，則氧化膜耐壓的不合格增加(參考日本專利特開平4-192345號公報)。
2)所謂SEPD(Secco Etch Pit DefectSecco蝕刻坑缺陷)，是在施以和FPD相同的Secco蝕刻時，將伴隨流動圖案(flow pattern)的稱為FPD，而將不伴隨流動圖案的稱為SEPD。其中，10μm以上的大的SEPD(LSEPD)被認為是由位錯團引起的，在器件存在位錯團時，通過該位錯，電流泄漏，無法達成作為P-N接面的功能。
3)所謂LSTD(Laser Scattering Tomography Defect激光散射斷層攝影法)，是由生長后的單晶硅棒切出晶片，以氟酸和硝酸的混合液蝕刻而去除表面的變形層后，劈開晶片。由該劈開面射入紅外光，通過檢測由晶片表面射出的光，可以檢測出由于存在于晶片內(nèi)的缺陷所導致的散射光。關(guān)于這里所觀察到的散射體，在學會等已有相關(guān)報告，被視為氧析出物(參考Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32，P3679，1993)。另外，在最近的研究中，也有報告是八面體的空隙(孔)的結(jié)果。
4)所謂COP(Crystal Originated Particle結(jié)晶引發(fā)顆粒)，是在作為使晶片的中心部的氧化膜耐壓劣化原因的缺陷中，在Secco蝕刻中成為FPD的缺陷，在SC-1清洗(借由NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶1∶10的混合液的清洗)中，用作選擇蝕刻液，而成為COP。該坑的直徑在1μm以下，并以光散射法進行研究。
5)L/D(Large Dislocation晶格錯位環(huán)的簡稱)有LSEPD、LFPD等，是被認為由晶格間硅凝集的位錯環(huán)引起的缺陷。LSEPD，如上所述，是指在SEPD中10μm以上的較大的。另外，LFPD是指上述的FPD中，前端坑的大小在10μm以上的，這些也被認為是由位錯環(huán)引起的。
6)Cu沉積法，是可以準確測量半導體晶片的缺陷位置，提升對于半導體晶片的缺陷的檢測限度，即使對于更微細的缺陷，也可以準確測量、分析的晶片的評估法。
具體的晶片的評估方法，是在晶片表面上形成規(guī)定厚度的氧化膜，破壞形成在上述晶片的表面附近的缺陷部位上的氧化膜，并在缺陷部位析出Cu等電解質(zhì)(沉積)。即，Cu沉積法是利用在Cu離子溶解的液體中，對形成在晶片表面的氧化膜施加電勢時，在氧化膜劣化的部位流過電流，Cu離子變成Cu而析出的評估法。由此可知，在氧化膜容易劣化的部分，存在有COP等缺陷。
Cu沉積的晶片的缺陷部位，可以在聚光燈下或直接以肉眼進行分析，從而評估其分布或密度，并且，也可以通過顯微鏡觀察、透過型電子顯微鏡(TEM)或者掃描型電子顯微鏡(SEM)等進行確認。
7)所謂BMD(Bulk Micro Defect體微缺陷)，是將過飽和固融在CZ結(jié)晶硅中的晶格間氧通過熱處理而以SiO2等形式析出的氧化析出物，BMD存在于晶片內(nèi)部時，可以有助于本征吸氣(IG)。
本發(fā)明的發(fā)明人們?yōu)榱苏{(diào)查即使在沒有生長缺陷的N區(qū)域中生長結(jié)晶，也有氧化膜耐壓特性差的的原因，通過Cu沉積法，就N區(qū)域進行更詳細的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域(Nv區(qū)域)，在析出熱處理后，在氧析出容易發(fā)生的區(qū)域的一部分上，存在通過Cu沉積處理所檢測出的缺陷顯著發(fā)生的區(qū)域。然后，查明這是使氧化膜耐壓特性之類的電特性劣化的原因。
因此，在該OSF的外側(cè)的N區(qū)域，如果可以將沒有通過Cu沉積檢測出的缺陷區(qū)域(Cu沉積缺陷區(qū)域)的區(qū)域擴展于晶片整面，可以獲得沒有上述各種生長缺陷，并且氧化膜耐壓特性提升的晶片。
可是，在不含上述Cu沉積缺陷區(qū)域的Nv區(qū)域內(nèi)育成單晶硅以制作晶片時，雖然氧化膜耐壓特性提升，但是，吸氣能力偏差很大，有無法獲得足夠的吸氣效果的情況。這樣，吸氣能力不足時，會降低器件工序的成品率。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人們?yōu)榱瞬槊魑鼩饽芰档偷脑颍蚇v區(qū)域所育成的單晶硅的氧析出量進行詳細調(diào)查。其結(jié)果為，Nv區(qū)域的氧析出量的分布是，在OSF附近最高，越接近Ni區(qū)域越是減少，可知有很大偏差。即，即使在Nv區(qū)域中育成單晶硅，在接近Ni區(qū)域的Nv區(qū)域中，氧析出量不足，因此，可知無法充分獲得吸氣能力。
另外本發(fā)明的發(fā)明人們就在Nv區(qū)域中所育成的硅晶片進行詳細調(diào)查的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)在不含V區(qū)域、OSF區(qū)域、I區(qū)域、及Cu沉積缺陷區(qū)域的Nv區(qū)域內(nèi)，如果是表示為氧析出處理后的BMD密度在1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命(WLT)在30μsec以下的數(shù)值的Nv區(qū)域(高氧析出Nv區(qū)域)內(nèi)的單晶硅晶片，由于高耐壓而且高析出，會變成不單電特性，吸氣能力也極為優(yōu)異的N區(qū)域的單晶硅晶片，從而完成本發(fā)明。
下面，參照附圖進行詳細說明，但是，本發(fā)明并不限定于此。
圖2是表示可以在制造本發(fā)明的單晶硅晶片時使用的單晶體拉晶裝置的一例。該單晶體拉晶裝置30具備拉晶室31、設置在拉晶室31中的坩鍋32、配置在坩鍋32周圍的加熱器34、使坩鍋32旋轉(zhuǎn)的坩鍋支承軸33及其旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(未圖示)、保持硅的籽晶的籽晶夾頭6、上拉籽晶夾頭6的纜線7、及旋轉(zhuǎn)或者卷取纜線7的卷取機構(gòu)(未圖示)。另外，在加熱器34的外側(cè)周圍設置絕熱材35。
坩鍋32，在其內(nèi)側(cè)的收容硅融液2一側(cè)設置石英坩鍋，在其外側(cè)設置石墨坩鍋。
另外，最近，于拉晶室31的水平方向的外側(cè)設置未圖示的磁鐵，通過在硅融液2中施加水平方向或者垂直方向等的磁場，以抑制融液的對流，以實現(xiàn)單晶體的穩(wěn)定生長的所謂MCZ法被廣為使用。
另外，為了設定本發(fā)明的制造方法相關(guān)的制造條件，設置有環(huán)狀的石墨筒(隔熱板)12，另外，在結(jié)晶的固液界面4附近的外側(cè)設置環(huán)狀的外側(cè)絕熱材10。此外側(cè)絕熱材10被設置為在其下端和硅融液2的液面3之間留有2～20cm的間隔。如此一來，結(jié)晶中心部分的溫度梯度Gc[℃/cm]和結(jié)晶周圍部分的溫度梯度Ge的差變小，例如，也可以控制爐內(nèi)溫度以使結(jié)晶周圍的溫度梯度比結(jié)晶中心還低。
外側(cè)絕熱材10位于石墨筒12的外側(cè)，在石墨筒12的內(nèi)側(cè)也設置內(nèi)側(cè)絕熱材11。另外，在石墨筒12上有冷卻筒14并流通冷卻介質(zhì)以進行強制冷卻。另外，也可以設置吹以冷卻氣體，或者遮蔽輻射熱以冷卻單晶體的筒狀的冷卻裝置。
在利用該種單晶拉晶裝置30制造單晶硅時，首先，在坩鍋32內(nèi)將硅的高純度多晶原料加熱至熔點(約1420℃)以上使之熔解。接著，通過卷出纜線7，使籽晶的前端接觸或浸漬于硅融液2的表面大致中心部。然后，使坩鍋支承軸33旋轉(zhuǎn)的同時，一面使纜線7旋轉(zhuǎn)一面進行卷取。由此，籽晶也一面旋轉(zhuǎn)一面被上拉，開始單晶體的育成，以后，通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)拉晶速度和溫度，可以獲得大致圓柱狀的單晶棒1。
這時，在以往的無缺陷結(jié)晶育成中，是在N區(qū)域全體或者Nv區(qū)域或者Ni區(qū)域的其中一個區(qū)域內(nèi)，進行單晶硅的育成。但是，在本發(fā)明中，是在進行熱氧化處理時，產(chǎn)生為環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域，且不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，而且至少單晶體的中心在進行氧析出處理時，在作為表示為BMD密度在1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命在30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域的區(qū)域內(nèi)育成單晶體。這樣育成單晶體并加工為晶片時，由晶片中心至周圍的廣大區(qū)域為無缺陷區(qū)域，另外通過氧析出處理，可以具有極高的吸氣能力和優(yōu)異的電特性，可確實提升器件成品率。
圖1是表示在上述的本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)的生長速度圖。如該圖所示，在使拉晶中的單晶硅的生長速度由結(jié)晶肩部向直筒尾部是由高速逐漸降低為低速時，對應生長速度，以V區(qū)域、OSF環(huán)區(qū)域、Cu沉積缺陷區(qū)域、Nv區(qū)域、Ni區(qū)域、I區(qū)域(巨大位錯團產(chǎn)生區(qū)域)的順序而形成各相，而在本發(fā)明中，也可以將生長速度控制在，Nv區(qū)域區(qū)域中通過OSF環(huán)衰減后殘存的Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域衰減的邊界的生長速度，和進一步逐漸降低生長速度的情況下，在進行氧析出處理時，表示為BMD密度在1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命在30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域衰減的邊界的生長速度之間的生長速度，以育成整個單晶體。如果這樣育成單晶硅，如圖1所示，至少在單晶體的中心成為高氧析出Nv區(qū)域(極低壽命區(qū)域)，例如，可以容易育成由中心向周圍在50％以上、或者面內(nèi)在80％以上的區(qū)域中存在高氧析出Nv區(qū)域的單晶體。
通過控制這種高氧析出Nv區(qū)域(極低壽命區(qū)域)的生長速度以育成單晶體并加工為晶片，可以成為不含F(xiàn)PD等V區(qū)域缺陷、巨大位錯團(LSEPF、LFPD)等I區(qū)域缺陷、OSF缺陷，沒有由Cu沉積所檢測出的缺陷，而且，在氮氣以及干氧環(huán)境下進行氧析出處理時，氧析出物與V區(qū)域同等，或者在其以上地形成在體內(nèi)，不單氧化膜耐壓良好，還具有非常優(yōu)異的吸氣能力的硅晶片。
另外，雖然BMD密度根據(jù)氧析出處理的溫度或時間而不同，但是本發(fā)明的氧析出處理優(yōu)選以在400-700℃的氮氣環(huán)境內(nèi)，施以20分鐘-5小時的前處理，接著，以700-900℃，施以3-5小時的干氧化后，以900-1100℃，進行10-20小時的干氧化處理的為基準。即，在施以上述的氧析出處理后，在測量體內(nèi)的BMD密度或者晶片壽命時，以分別表示為1×107個/cm3以上，或者在30μsec以下的數(shù)值的Nv區(qū)域為判斷基準，如制成成為這種高氧析出Nv區(qū)域的單晶硅晶片，則具有極為優(yōu)異的吸氣能力，并可以提升器件工序的成品率。
另外，本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域雖期望整個(100％)晶片為這種區(qū)域，但是實際上，如圖1所示，在結(jié)晶周圍由于外方擴散，所以必然產(chǎn)生無缺陷、無氧析出區(qū)域。因此，如晶片面內(nèi)的80％以上為高氧析出Nv區(qū)域，通過氧析出處理，晶片的大部分都高氧析出，可以充分提升器件工序的成品率。
另外，本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域，例如，通過初期氧濃度的控制，或使育成中的單晶硅在900℃以下的低溫區(qū)域的通過時間變長等，也可以大幅度(通常的Nv區(qū)域的2倍以上)提高氧析出量。另外，如果初期氧濃度過低，即使對晶片施以氧析出處理，也有可能無法獲得發(fā)揮高吸氣能力的程度的充分的氧析出量，所以優(yōu)選將初期氧濃度控制在20ppma(ASTM’79)以上以育成單晶體。
另外，在育成單晶硅時，如通過結(jié)晶中固液界面附近的溫度梯度G大的HZ構(gòu)造，以0.5mm/min以上的生長速度進行單晶體的育成，制造余地擴大，可以容易量產(chǎn)化。
另外，通過使用如上所述的單晶硅晶片，也可以獲得無缺陷，電特性即吸氣能力優(yōu)異的外延片。即，本發(fā)明的單晶硅晶片沒有V區(qū)域、I區(qū)域、以及OSF區(qū)域中任一種缺陷，所以如在其表面形成外延層，可成為無缺陷的單晶硅的外延層，另外，也可以做成襯底的吸氣能力優(yōu)異的外延片。
以下，列舉實施例以說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于此。
(實驗1)高氧析出Nv區(qū)域的確認利用圖2的單晶體拉晶裝置30，如下所述進行結(jié)晶生長速度逐漸降低的實驗，調(diào)查各區(qū)域的邊界的生長速度。
首先，在直徑24英寸(600mm)的石英坩堝(ルツボ)中放入120kg的作為原料的多晶硅，育成直徑8英寸(200mm)、方位<100>的單晶硅。晶片的氧濃度為24-27ppma(ASTM’97值)而育成單晶體。另外，在育成單晶體時，由直筒部10cm朝向尾部，以逐漸線性降低的方式控制生長速度，使其由0.70mm/min降低為0.30mm/min。
如圖3(a)所示，將如上述般所育成的各單晶硅棒的直筒部，在結(jié)晶軸方向以每10cm的長度切斷成塊后，將各塊進一步在結(jié)晶軸方向縱向切斷，制作多片約2mm厚的樣本。
對上述樣本，通過WLT測量器(SEMILAB WT-85)及Secco蝕刻，調(diào)查V區(qū)域、OSF區(qū)域、I區(qū)域的各區(qū)域的分布狀況，F(xiàn)PD、LEP等的分布狀況，及由OSF熱處理引起的OSF的產(chǎn)生狀況，另外，還調(diào)查Cu沉積缺陷區(qū)域、BMD密度等，從而確認各區(qū)域的邊界的生長速度。結(jié)果如圖3(b)所示。
具體為，在平面研磨各樣本后，施以鏡面蝕刻、Secco蝕刻(30分鐘)，在無攪拌狀態(tài)下放置，在規(guī)定的處理后，進行各缺陷的密度測量。關(guān)于OSF的評估，是在1150℃、100分鐘(濕氧環(huán)境下)的熱處理后予以冷卻(在800℃下取出放入)，以藥液去除氧化膜后，進行OSF環(huán)圖案的確認和密度測量。
如圖4所示，對Cu沉積缺陷區(qū)域，加工為直徑6英寸(150mm)的晶片形狀，在鏡面精加工的基礎上，在晶片表面形成熱氧化膜后，施以Cu沉積處理，確認氧化膜缺陷的分布狀況。評估條件如下氧化膜25nm電場強度6MV/cm施加電壓時間5分鐘圖5(a)是對以Cu沉積而產(chǎn)生缺陷的Nv區(qū)域的評估結(jié)果，圖(b)是對沒有通過Cu沉積而發(fā)生缺陷的Nv區(qū)域的評估結(jié)果。
另外，加工為鏡面精加工晶片，并進行氧化膜耐壓特性的評估。另外，C-模式測量條件如下
1)氧化膜25nm2)測量電極摻磷多晶硅3)電極面積8mm24)判定電流1mA/cm2進行氧析出處理后的BMD密度和晶片壽命測量評估時的氧析出處理如下第1階段650℃氮氣環(huán)境中，2小時第2階段800℃、4小時干氧化第3階段1000℃、16小時干氧化處理后冷卻由以上調(diào)查、測量，可以確認各區(qū)域的邊界的生長速度。其如表1所示。
<表1>

(實驗2)高氧析出Nv區(qū)域的單晶硅的育成由表1所示的結(jié)果，控制0.562-0.540mm/min的生長速度并上拉單晶體可在本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)育成單晶體，由育成的單晶體加工為鏡面精加工的硅晶片，評估晶片的各品質(zhì)。其結(jié)果如表2所示。
<表2>


由表2的結(jié)果可知，通過在高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)育成單晶硅，可以獲得不含F(xiàn)PD等V區(qū)域缺陷、巨大位錯團(LSEPD、LFPD)等I區(qū)域缺陷、OSF缺陷，也沒有由Cu沉積所檢測出的缺陷，具有優(yōu)異的氧化膜耐壓，并且BMD密度極高，晶片壽命極短，并具有優(yōu)異的吸氣能力的硅晶片。
(實驗3)初期氧濃度和BMD密度的關(guān)系在本發(fā)明的高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)育成單晶硅，將其加工為晶片并測量初期氧濃度，然后，與上述相同，施以氧析出處理，并測量BMD密度。
另外，通過以往方法，在V區(qū)域內(nèi)育成單晶硅，將其加工為晶片，測量初期氧濃度，然后，與上述相同，施以氧析出處理并測量BMD密度。
并且，通過以往方法，在Nv區(qū)域內(nèi)育成單晶硅，進行與上述相同的初期氧濃度測量和BMD密度測量。
圖6是對各晶片進行其BMD密度和初期氧濃度的關(guān)系的描繪的圖。
由該圖可知，在高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)所育成的硅晶片，整體上BMD密度高，可獲得與V區(qū)域的結(jié)晶同等以上的BMD密度。特別是，即使是初期氧濃度為20-24ppma的范圍內(nèi)的比較低的，也可以達成1×107個/cm3以上的高BMD密度，吸氣能力高。
另一方面，可知在以往的Nv區(qū)域內(nèi)所育成的硅晶片，盡管初期氧濃度比較高，達到24ppma以上，但是整體上BMD密度比本發(fā)明小，偏差較大。
另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式。上述實施方式不過為舉例表示而已，具有與本發(fā)明的權(quán)利要求所記載的技術(shù)思想實質(zhì)上相同的構(gòu)造，并達成同樣的作用效果的，無論如何，都含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，根據(jù)本發(fā)明，進行單晶硅的制造時所使用的裝置并不限定于圖2的裝置，只要是可以在進行熱氧化處理時，在產(chǎn)生于環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域，且不存在通過Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，而且至少晶片中心在氧析出處理后的BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域的區(qū)域內(nèi)育成單晶體的裝置，便可以無限定地予以使用。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅晶片，其是由柴可拉斯基法育成的，其特征在于其是在進行熱氧化處理時產(chǎn)生為環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域中，不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，并且至少晶片中心在氧析出處理后的BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域內(nèi)的。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶硅晶片，其特征在于，上述高氧析出Nv區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域。
3.一種外延片，其特征在于其是在如權(quán)利要求1或2所述的單晶硅晶片上形成外延層的。
4.一種單晶硅的制造方法，其是由柴可拉斯基法進行的，其特征在于其是在進行熱氧化處理時產(chǎn)生為環(huán)狀的OSF的外側(cè)的N區(qū)域內(nèi)，在作為不存在由Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域，而且至少單晶體的中心在氧析出處理后的BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域的區(qū)域內(nèi)育成單晶體。
5.如權(quán)利要求4所述的單晶硅的制造方法，其特征在于，上述高氧析出Nv區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域內(nèi)以育成單晶體。
6.一種單晶硅的制造方法，其是由柴可拉斯基法進行的，其特征在于將生長速度控制在在逐漸降低拉晶中的單晶硅的生長速度的情況下，在通過OSF環(huán)衰減后殘留的Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域衰減的邊界生長速度，及在進一步逐漸降低生長速度的情況下，在進行氧析出處理時，BMD密度表示為1×107個/cm3以上及/或者晶片壽命表示為30μsec以下的數(shù)值的高氧析出Nv區(qū)域衰減的邊界生長速度之間，以育成單晶體。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項所述的單晶硅的制造方法，其特征在于，上述氧析出處理是，在400-700℃的氮氣環(huán)境中，施以20分鐘-5小時的前處理，接著，以700-900℃，施以3-5小時的干氧化后，以900-1100℃，進行10-20小時的干氧化處理。
8.如權(quán)利要求4至7中任一項所述的單晶硅的制造方法，其特征在于，控制上述單晶硅的初期氧濃度在20ppma(ASTM’79)以上以育成單晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由柴可拉斯基法進行的單晶硅的制造方法，將生長速度控制在在逐漸降低拉晶中的單晶硅的生長速度的情況下，通過OSF環(huán)衰減后殘留的Cu沉積所檢測出的缺陷區(qū)域衰減的邊界生長速度，及在進一步逐漸降低生長速度的情況下，在進行氧析出處理時，BMD密度表示為1×10
文檔編號C30B29/06GK1653213SQ03810538
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者櫻田昌弘, 三田村伸晃, 布施川泉, 太田友彥 申請人:信越半導體株式會社