[發明專利]退火單晶片的制造方法及退火單晶片

有效

• 申請號: 01803971.5
• 申請日: 2001-12-11
• 公開（公告）號: CN1395744A
• 公開（公告）日: 2003-02-05
• 發明（設計）人: 速水善范;戶部敏視;小林德弘
• 申請（專利權）人: 信越半導體株式會社
• 主分類號: H01L21/322
• 分類號: H01L21/322
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李香蘭

技術領域

本發明主要是涉及將具有直徑300mm以上的大直徑硅單晶片(以下簡稱為單晶片)進行熱處理的退火單晶片的制造方法及以該制造方法所得的退火單晶片。

背景技術

隨著使用硅單晶片的半導體元件邁向高積成化、高性能化，制作元件所用的硅單晶片的直徑也日益大型化。目前，直徑200mm(八英寸)單晶片雖為主流，但直徑300mm單晶片正邁入批量生產化，預計不久的將來直徑300mm單晶片會成為主流。另外，預計會是300mm單晶片的下一代直徑400mm單晶片，其開發也正在進行中。用來制作這類直徑300mm以上的硅單晶片的硅單晶錠成長法，目前除了柴可勞斯基法(Czochralski，CZ法)以外，并無其他方法。

順便一提，人們已知以CZ法制作的硅單晶片中，會挾帶稱為COP(Crystal?Originated?Particle)等內生長(Grown-in)缺陷的結晶缺陷，這種缺陷若存在于單晶片表面附近的元件制作領域內則會使氧化膜耐壓等元件特性劣化。

將這種內生缺陷自單晶片表層部除去的方法之一，已知現有技術為將CZ硅單晶片W置于氫氣或氬氣的氣氛中，進行例如在1200℃、一小時的高溫處理的方法。通過該高溫熱處理可消除CZ硅單晶片表面附近的內生缺陷，且可獲得在單晶片表層部有高品質的DZ(Denuded?Zone，剝離層)層的硅單晶片(以下稱為退火單晶片)。

發明內容

然而，人們得知若對硅單晶片進行高溫熱處理，則如圖2(a)(b)所示，單晶片周圍部或和單晶片支持冶具(單晶片架)接觸部分，容易發生滑動轉位。如上所述，雖在進行消除內生缺陷的高溫熱處理的情況下也會發生滑動轉位，但在直徑200mm以下的已往的單晶片上，因不會發生太大的滑動轉位，故只需改變單晶片架的形狀、調整升降溫速度等熱處理條件，就可以將問題回避到不足以影響到實用上的程度。

但是，針對直徑300mm的單晶片，為了消除內生缺陷而進行1200℃、一小時的高溫處理的情況下，大滑動轉位(長度很長的滑動轉位)的發生變得顯著，人們了解到現有技術的改變單晶片架的形狀，或調整升降溫速度等熱處理條件都無法回避這種大滑動轉位。

其理由是，把直徑由200mm放大為300mm而使得單晶片自重大幅增大，所以和單晶片架接觸部所承受的應力變大，盡管直徑變為1.5倍的單晶片厚度，則與之不顧，仍將對1.1倍以下(例如相對于200mm的725μm厚，300mm為775μm厚)的作為標準來使用，因此對滑動轉位的耐性低，直徑大型化導致熱處理的升降溫中的單晶片內面的溫差變大。

一般而言，對含有氧析出物的硅單晶片施加熱應力時，則氧析出物本身會發生滑動轉位的事已廣為人知，例如特開平10-150048號公報中，記載了當氧析出物為多面體析出物及板狀析出物時，其大小分別為200nm、230nm以上時則容易發生滑動轉位的見解。

但是，這里所說的滑動轉位是氧析出物本身所產生的，而上述問題點所提及的由單晶片架接觸部發生的滑動轉位的情況，如圖2(b)所示，是從單晶片W的背面(單晶片架接觸部10)向表面貫通地滑動轉位12，所以想到單晶片基質中若存在有氧析出物這類障礙物，則或許反而可抑制滑動轉位的成長。即，本發明的發明者們，不是要產生會導致氧析出物本身形成滑動轉位的大氧析出物，而是著眼于在基質中產生尺寸較小、密度較高的氧析出物時，則可抑制單晶片架接觸部所產生的滑動轉位的觀點，從而達到本發明的目的。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而做出的，其主要目的在于提供一種可抑制直徑300mm以上的柴氏硅單晶片在進行高溫熱處理時的滑動轉位的發生，且能充分地消除表面附近的內生缺陷的熱處理方法，并提供在單晶片表層部具有DZ層，而且基體中可獲得具有高除氣效果的高密度的氧析出物的退火單晶片。

為了解決上述課題，本發明的退火單晶片制造方法，其特征在于針對以柴可勞斯基(Czochralski)法制作的硅單晶片，以600-1100℃的溫度范圍進行第一熱處理以使基質中形成氧析出物后，再以1150-1300℃的溫度范圍進行第二熱處理。

上述硅單晶片，其直徑可為300mm以上。

上述硅單晶片的氮濃度，以適用于1×10¹²-5×10¹⁵/cm³為理想。

上述基質中的氧析出物密度，理想的為5×10⁸-5×10¹²/cm³。