[發明專利]硅晶片及其制造方法

有效

• 申請號: 200910266368.1
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN101768777A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 福田真行;中居克彥
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B33/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及硅晶片及其制造方法，其可在半導體晶片制造技術領域， 特別是在器件制造過程中抑制滑移位錯及翹曲的產生。

背景技術

用作半導體器件等的基材的硅晶片是通過切割硅單晶錠并實施熱處 理、鏡面加工等而制造的。硅單晶錠的制造方法例如是Czochralski法(下 面稱作CZ法)。因為可以容易地獲得大直徑的單晶錠并且可以比較容易 地控制缺陷，所以CZ法占據硅單晶錠的制造方法的大部分。

通過CZ法拉伸的硅單晶(下面稱作“CZ-Si”)中存在稱作“向內 生長缺陷(grown-in?defect)”的晶體缺陷。CZ-Si在晶格之間吸收過飽和 狀態的氧。然而過飽和氧由于后續實施的熱處理(退火)導致稱作塊體 微缺陷(下面稱作“BMD”)的微小缺陷。

在硅晶片內形成半導體器件要求在半導體器件形成區域內不存在晶 體缺陷。若在形成電路的表面上存在晶體缺陷，則該缺陷部分會引起電 路破壞等。另一方面，在硅晶片內部需要存在適當量的BMD。這是因為 BMD的作用是吸除會導致半導體器件發生故障的金屬雜質等。

為了滿足上述要求，采用一種對硅晶片實施高溫退火而誘發硅晶片 內部的BMD形成固有吸雜層(下面稱作“IG層”)方法，消除存在于硅 晶片表面上的向內生長缺陷，并形成具有極少量晶體缺陷的裸露區域層 (Denuded?Zone，下面稱作“DZ層”)。

一個具體的實例是，(專利文獻1)建議了一種方法，其中對含氮的 基材實施高溫退火以降低表面上的向內生長缺陷，并在基材內部形成具 有氮作為核心的BMD。

然而，因為在熱處理期間氧向外擴散，所以通過高溫退火過程在硅 晶片的上下表面上形成的DZ層的氧濃度極低。因此，抑制位錯缺陷在 晶片的上下表面上延伸的作用顯著降低。因此，由于在退火步驟中導致 的在上下表面上的微小損傷，位錯缺陷(下面稱作“滑移”)容易向塊體 內延伸。滑移位錯的延伸非期望地使硅晶片的強度下降。例如若晶片在 由熱處理端子等支撐的狀態下實施退火，則滑移位錯通常從晶片下表面 外圍區域內的支撐部分開始延伸。滑移位錯還可能從硅晶片邊緣開始延 伸。

若硅晶片的強度降低，則在制造步驟中晶片可能會損傷或者破壞。 然而DZ層是制造半導體器件必不可少的。具有DZ層及優異強度特性的 硅晶片是所期望的。

在專利文獻1中記載的現有技術中，并沒有考慮硅晶片強度的下降。 通過上述方法制得的硅晶片無法避免滑移位錯的延伸。

另一方面，為了避免產生滑移位錯，還建議一種以高密度產生BMD 的方法。

具體而言，(專利文獻2)建議了一種硅晶片制造方法，其中對由硅 單晶錠切割的基材在氮氣或惰性氣體或氨氣與惰性氣體的混合氣的氣氛 中于500℃以上至1200℃以下的溫度下實施快速升降溫熱處理1至600 分鐘，從而在BMD層中以1×10¹⁰/cm³以上的濃度形成尺寸為20nm以 下的氧析出核心。(專利文獻3)建議了一種硅晶片制造方法，其中在非 氧化氣氛中對氧濃度為1.2×10¹⁸個原子/cm³至1.4×10¹⁸個原子/cm³且 碳濃度為0.5×10¹⁶個原子/cm³至2×10¹⁷個原子/cm³的硅晶片在如下條 件下實施熱處理：1100℃至1250℃的溫度；1小時至5小時；及在1100℃ 至1250℃的溫度范圍內的升溫速率為0.1至1℃/分鐘，從而以5×10⁹/cm³以上的濃度形成尺寸為150nm以下的BMD。(專利文獻4)建議了一種 硅晶片，其中重復若干次熱處理以產生高濃度(1×10¹⁰/cm³至1× 10¹²/cm³)的BMD。此外，(專利文獻5)也建議了一種硅晶片，其中以 5×10¹¹/cm³的濃度形成位于深度為距表面50μm的位置處且尺寸為 10nm以上至50nm以下的BMD以抑制滑移和翹曲。

專利文獻1：特開平10-98047號公報

專利文獻2：特開2006-40980號公報

專利文獻3：特開2006-269896號公報