CN106498493B

CN106498493B - 外延硅晶片

Info

Publication number: CN106498493B
Application number: CN201610774247.8A
Authority: CN
Inventors: 小池康夫; 片野智一; 小野敏昭
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: TWI621182B; TW201719758A; JP2017050490A; JP6493105B2; CN106498493A

Abstract

本发明的课题是确保必要的吸杂能力，同时提高晶片外周部的强度，防止滑移位错的产生。解决手段如下：外延硅晶片是在氮浓度调节为1×10¹²‑1×10¹³原子/cm³、且由COP区域构成的硅晶片表面上形成有外延硅膜的外延硅晶片，其中，实施评价热处理时，形成于硅晶片20的内部的BMD(氧沉淀物)密度在晶片径向整个范围内为1×10⁸‑3×10⁹个/cm³。另外，自硅晶片20的最外周向内1‑10mm的外周部区域21内的BMD的平均密度比中心部区域22内的BMD的平均密度低，外周部区域21的BMD密度的偏差度为3以下，外周部区域21的残留氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³以上。

Description

外延硅晶片

技术领域

本发明涉及外延硅晶片，特别涉及通过氮掺杂而吸杂能力提高的外延硅晶片。

背景技术

作为半导体装置的基板材料，外延硅晶片得到广泛应用。外延硅晶片是在硅晶片上形成硅外延膜而成的产品，具有晶体完整性高的特点。

另一方面，半导体装置中使用的外延硅晶片中如果存在重金属杂质，则会导致产生半导体装置的特性不良，因此必须尽量减少重金属杂质。降低该重金属杂质的技术之一有吸杂技术，作为该吸杂技术之一，已知在硅晶片内形成氧沉淀物(BMD: Bulk MicroDefect，体微缺陷)，使重金属杂质捕获于其中的、称为内吸杂(IG: intrinsic gettering)的方法。近年来，人们希望提供形成于晶片内部的BMD密度为1×10⁸个/cm³以上的外延硅晶片。

但是，在外延膜的成膜过程中，硅晶片在1000-1200℃的高温下加热，但此时晶片中的微小的氧沉淀核由于高温热处理而缩小或消失，在之后的装置工艺中无法充分诱发BMD。另外，随着半导体装置的精细化，装置工艺不断低温化，而由于装置工艺的低温化使得装置工艺过程的氧沉淀核的生长困难，BMD密度显著降低。因此有外延硅晶片的吸杂能力低的问题。

另一方面，为了进一步提高外延硅晶片的吸杂能力，已知有使用掺杂氮的硅晶片的方法。掺杂氮的硅晶片中，即使受到外延工序中的高温热处理也难以消失的、热稳定的BMD在单晶锭的晶体培育阶段形成，因此可实现吸杂能力的提高。

例如专利文献1中记载：在使用掺杂氮的硅晶片进行外延生长处理之前，在700-900℃的温度下实施15分钟-4小时的热处理(预退火)，由此，不拘于从单晶锭上切割的晶片位置、可以制造BMD密度为3×10⁴个/cm²以上的外延硅晶片。另外专利文献2中，记载了为了抑制与立式舟的C环接触的晶片外周部的滑移位错的生长、而将硅晶片的外周部作为OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化诱生层错)区域的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3760889号公报

专利文献2：日本特许第4061906号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

为了提高吸杂能力，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，晶片中的残留氧浓度降低。晶片中的残留氧浓度降低导致晶片的强度降低，特别是晶片外周部的氧浓度低时，则由于热处理时与热处理舟的接触导致外周部容易产生伤痕，在晶片外周部，有产生以伤痕为起点的滑移位错的问题。

根据专利文献1所述的方法，通过在外延生长处理之前进行的热处理，晶片内部的BMD密度提高，可获得吸杂能力优异的外延硅晶片。但是对于晶片面内的BMD密度分布则并未考虑，晶片外周部的BMD密度过高，因此该外周部区域的残留氧浓度降低，有晶片外周部容易产生滑移位错的问题。

专利文献2所述的方法中，通过由环状的OSF区域(以下称为“R-OSF区域”)构成晶片外周部来抑制滑移位错的产生，但是在R-OSF区域上生长外延膜，则有外延膜上产生缺陷(外延缺陷)的问题。并且在氮浓度高时，在晶体培育阶段形成的R-OSF区域的宽度变宽，因此产生外延缺陷的区域会扩大。

为了防止晶片外周部的滑移位错的产生，本发明人进行了深入的研究，结果发现：对氮浓度低的硅晶片实施预退火时，在与R-OSF区域相接触的一侧的COP区域形成BMD密度降低的区域，从而想到将该BMD密度低的晶体区域有意地置于外周部，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供可确保必须的吸杂能力、同时提高晶片外周部的强度、防止滑移位错产生的外延硅晶片。

解决问题的方案

为解决上述课题，根据本发明的外延硅晶片是在氮浓度调节为1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的范围内、且由COP区域构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：在对所述外延硅晶片实施氧沉淀物评价热处理时，形成于所述硅晶片内部的氧沉淀物密度在所述硅晶片的径向整个范围为1×10⁸个/cm³以上且3×10⁹个/cm³以下，且在自所述硅晶片的最外周向内1mm至10mm的外周部区域内形成的氧沉淀物的平均密度比在所述外周部区域以外的中心部区域内形成的氧沉淀物的平均密度低，且所述外周部区域的所述氧沉淀物密度的最大值(Max)与最小值(Min)之差除以所述外周部区域中的所述氧沉淀物密度的平均值(Ave)，所得的值((Max-Min)/Ave)为3以下，且所述外周部区域的残留氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³(Old-ASTM_F121，1979)以上。

根据本发明，可在晶片的中心部区域确保所需的BMD密度，同时可抑制晶片外周部区域的残留氧浓度的降低。因此，可确保所需的吸杂能力，同时防止外周部区域的滑移位错的产生，可提供高品质、可靠性高的外延硅晶片。

根据本发明的外延硅晶片中，优选所述氧沉淀物密度的最大值位于所述外周部区域中的自所述最外周向内6mm至10mm的范围内，所述氧沉淀物密度的最小值位于所述外周部区域中的自所述最外周向内小于6mm的范围内。这种情况下，优选所述外周部区域的所述氧沉淀物密度朝向所述硅晶片最外周递减。通过该构成，可提高晶片中心部区域的BMD密度，同时提高外周部区域的残留氧浓度，可使吸杂能力和晶片强度并存。

根据本发明的外延硅晶片，在实施氧化诱生层错评价热处理时，优选在所述外延硅晶片的背面观察到的氧化诱生层错的密度为100个/cm²以下。通过该构成，晶片的整个面成为COP区域，几乎不存在氧化诱生层错，因此可抑制外延缺陷的产生。另外在晶片的外周部区域也几乎不存在氧化诱生层错，因此可防止外周部区域中的BMD密度升高以及残留氧浓度降低。由此可防止晶片外周部的滑移位错的产生。

本发明中，优选所述硅晶片是由氧浓度调节为8×10¹⁷原子/cm³(Old-ASTM_F121，1979)以上且14×10¹⁷原子/cm³(Old-ASTM_F121，1979)以下的范围内的硅单晶锭切割的硅晶片。使硅晶片中的氧浓度范围为该范围，则在晶片的中心部区域中可确保所需的BMD密度，同时防止外周部区域的残留氧浓度的降低。

优选根据本发明的外延硅晶片的直径为300mm以上。这种情况下，优选所述硅晶片从具有目标直径的1.02-1.07倍的直径的所述硅单晶锭的直筒部切割，并加工成所述目标直径。进一步优选在所述硅单晶锭的所述直筒部中，比所述目标直径更外侧的外周磨削区域由R-OSF区域构成。这样，通过使硅单晶锭的直筒部的直径为硅晶片的目标直径的1.02-1.07倍，使硅单晶中的R-OSF区域位于外周磨削区域并除去，由此可以使硅晶片中不含R-OSF区域，同时可以使存在于与R-OSF区域的边界附近的、BMD密度下降的区域位于晶片的外周部区域。从而可使随着BMD密度的降低、残留氧浓度升高的区域位于外周部区域，可以提高晶片外周部的强度。

发明效果

根据本发明，可提供可确保必要的吸杂能力、同时提高晶片外周部的强度、防止滑移位错产生的外延硅晶片。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的实施方案的外延硅晶片的制造方法的流程图。

图2是用于将硅单晶的截面形状(直径)与硅晶片对比进行说明的平面图。

图3是表示V/G与缺陷的种类和分布的一般关系的图。

图4是表示氮的掺杂量与OSF区域的关系的图表，横轴表示距硅单晶的中心的距离，纵轴表示V/G。

图5是表示晶片半径方向的BMD密度分布的图表，横轴表示距晶片中心的距离，纵轴表示BMD密度。

图6是表示实施例4、比较例2和比较例4的晶片半径方向的BMD密度分布的图表，横轴表示距晶片中心的距离(mm)，纵轴表示BMD密度。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的优选实施方案进行详细说明。

如图1所示，在外延硅晶片的制造中，首先进行利用直拉法(Czochralski法，CZ法)的硅单晶的培育工序(步骤S11)。在CZ法中，将籽晶浸渍于容纳在石英坩埚内的硅熔融液的液面，一边使籽晶旋转一边向上方提拉，由此培育具有与籽晶相同晶体取向的硅单晶。具体来说，是依次实施：使籽晶与硅融熔融液接触的接液工序；通过所谓的缩颈(Dash Necking)法将晶体直径拉细的缩颈工序；将单晶直径缓慢增粗至达到所需直径的肩部培育工序；将晶体直径大致保持恒定，同时持续进行单晶的培育的体部培育工序；将单晶直径缓慢减细，从硅熔融液中脱离的尾部培育工序。

如图2所示，在利用CZ法的硅单晶的培育中，提拉出硅单晶10，其具有硅晶片20的规定直径R₂(例如300mm)的1.02-1.07倍的直径R₁。此时，控制提拉条件，使硅单晶10中的氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³以上且为14×10¹⁷原子/cm³以下。进一步控制提拉条件，使R-OSF区域位于比规定的晶片直径R₂更外侧的外周磨削区域11。硅晶片20的外周部区域21是通过立式炉对晶片进行热处理时支撑于立式舟的区域，是自最外周起10mm为止的区域。

利用CZ法培育硅单晶10时，该单晶所含的缺陷的种类、分布取决于单晶的提拉速度V和单晶内的生长方向的温度梯度G之比V/G。

图3是表示V/G与缺陷的种类和分布的一般关系的图。

如图3所示，V/G大时，空位过量，产生为空位的聚集体的微小空洞(通常称为COP(Crystal Originated Particle，晶体原生颗粒)的缺陷)。而V/G小时，晶格间的硅原子过量，产生为晶格间硅的聚集体的位错团。并且，在产生COP的区域和产生位错团的区域之间，自V/G大的一侧起，依次存在OSF区域、Pv区域、Pi区域这三个区域。OSF区域是在高温(通常为1000-1200℃)下热氧化时产生OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化诱生层错)的区域。Pv区域是在生成态(as-grown状态)下含有氧沉淀核，在实施低温和高温(例如800℃和1000℃)的两步热处理时容易产生氧沉淀物的区域。Pi区域是指在生成态(as-grown状态)下几乎不含有氧沉淀核，即使实施热处理也难以产生氧沉淀物的区域。

V/G大时，通常OSF在硅单晶的中心轴周围呈环状产生，因此也称为R-OSF区域。出现R-OSF区域的V/G的范围非常狭窄，因此为了制造含有R-OSF区域的硅单晶10，需要提拉速度V的严格管理，必须进行控制，使V/G在晶体的径向和长度方向进入适当的范围。首先，关于单晶的径向，在任何位置提拉速度V均恒定，因此必须设计CZ炉内的高温部分(热区)的结构，使温度梯度G进入规定的范围。接着，关于晶体的长度方向，温度梯度G取决于晶体的提拉长度，因此为了将V/G保持在规定范围，必须使V在晶体的长度方向上变化。

以使硅单晶中含有R-OSF区域的方式设定提拉速度分布曲线，对从提拉出的硅单晶中切割的晶片样品进行用于Cu(铜)装饰或OSF评价的热处理，评价OSF区域的宽度、位置，基于该宽度、位置调整后续的提拉速度分布曲线。即，如果R-OSF区域宽，则V/G过大(V过大)，因此在后续的提拉中要将V设定得较低，相反，如果R-OSF区域狭窄，则V/G过小(V过小)，因此在后续的提拉中要将V设定得较高。

如以上所述，通过以R-OSF区域的宽度、位置作为指标来调整后续的提拉速度分布曲线，可以将在外周磨削区域11含有R-OSF区域的硅单晶10稳定地提拉。作为此时的晶体热历程，优选使1080℃-1150℃的温度区域为40分钟以下，使980℃-1020℃的温度区域为30分钟以下，使650℃-750℃的温度区域为150分钟以下。

在硅单晶10中掺杂1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的氮。通过掺杂氮可以提高晶片面内的BMD密度，由此可以提高外延硅晶片的吸杂能力。

氮的掺杂量优选为1×10¹³原子/cm³以下。通过增加氮的掺杂量，可以提高晶片整个面的BMD密度，可容易地确保必要的吸杂能力，但在图2所示的晶片的外周部区域21中，BMD密度进一步提高，晶片中的残留氧浓度相反降低，由于残留氧浓度的降低，晶片的强度降低，容易产生滑移位错。另外，氮的掺杂量越多则R-OSF区域的宽度越宽，因此难以控制提拉条件以使硅晶片不含R-OSF区域。

图4(a)和(b)是表示氮的掺杂量与R-OSF区域的关系的图表，图4(a)表示氮的掺杂量多时的R-OSF区域，图4(b)表示氮的掺杂量少时的R-OSF区域。另外，图4(a)和(b)的图表的横轴表示距硅单晶的中心的距离，纵轴表示V/G。

如图4(a)和(b)所示，氮的掺杂量多时的R-OSF区域的宽度Wa比氮的掺杂量少时的R-OSF区域的宽度Wb宽。因此，氮的掺杂量多时，难以将R-OSF区域配置在硅晶片20的外侧。R-OSF区域是即使在生成态(as-grown状态)也含有OSF的核、即板状的氧沉淀物的区域，因此在晶片外周部区域21含有R-OSF区域时，晶片外周部区域21的BMD密度高，且残留氧浓度降低，晶片的外周部区域21的强度降低。

这里，在本实施方案中，尽可能地减少氮的掺杂量，将晶片外周部区域21的BMD密度抑制为较低，同时尽可能地缩窄R-OSF区域的宽度，使R-OSF区域被限制在硅晶片20的外侧的外周磨削区域11内。进一步如后所述，通过使R-OSF区域的边界附近处于外周部区域21的位置，由此可以降低外周部区域21的BMD密度，可以提高外周部区域21的强度，抑制滑移位错的产生。

接着加工硅单晶，制作硅晶片(抛光晶片)(图1的步骤S12)。硅晶片是将硅单晶锭切割成一定的块大小，进行用于使直径一致的修圆加工(外周磨削)，然后经过切片工序、倒角(beveling)工序、研磨工序、蚀刻工序、抛光工序、清洗工序等，由此进行制作。修圆加工中，除去比晶片的目标直径R₂更外侧的外周磨削区域11，由此除去R-OSF区域。这样加工的硅晶片的整个面由COP区域构成。

需说明的是，COP区域是指通过以下说明的观察评价检出COP的区域。首先对硅晶片进行SC-1清洗(即，用将氨水和双氧水和超纯水以1:1:15混合而成的混合液进行的清洗)，将清洗后的硅晶片表面用表面缺陷检查装置(例如KLA-Tencor公司制造，SurfscanSP-2)进行观察评价，确定被推测为表面凹坑的亮点缺陷(LPD)。此时，将观察模式设为倾斜(Oblique)模式(倾斜入射模式)，表面凹坑的推测是根据Wide Narrow频道的检出尺寸比进行的。使用原子力显微镜(AFM)，对这样确定的LPD评价是否为COP。通过该观察评价，将观察到COP的区域定义为COP区域。

所制作的硅晶片的整个面是否是COP区域，这可通过对晶片样品进行使OSF显现的评价热处理(氧化诱生层错评价热处理)来确认(图1的步骤S13)。具体来说，作为评价热处理，是在湿氧气氛下对晶片样品实施例如1140℃×2小时的氧化热处理，然后对晶片表面用赖特(Wright)蚀刻液进行2μm蚀刻的处理，然后通过光学显微镜测定在晶片表面观察到的蚀刻凹坑，由此计数OSF密度。氧化热处理的温度可以是1000-1200℃，热处理时间可以是1-16小时。所观察的硅晶片的OSF密度为100个/cm²以下时，可以认为硅晶片的整个面为COP区域。如果OSF密度为100个/cm²以下，则可抑制外延缺陷的产生。

接着，进行使BMD核生长的退火处理(预退火)(图1的步骤S14)。预退火是以低于900℃的温度进行的10-60分钟的热处理。如上所述，如果减少硅晶片中的氮掺杂量，则晶片整个面的BMD密度降低，无法在晶片的中心部区域获得所需的BMD密度(例如1×10⁸个/cm³以上)。特别是，如果不进行预退火就实施外延工序，则非常小的氧沉淀核在外延工序中消失，因此无法获得所需的BMD密度。但是在进行外延工序之前进行预退火的情况下，即使氮的掺杂量少时也可以确保所需的BMD密度。

进而，本实施方案中，通过将R-OSF区域配置在外周磨削区域11，可以减小晶片外周部区域21的BMD密度。

图5是表示晶片半径方向的BMD密度分布的图表，横轴表示距晶片中心的距离(mm)，纵轴表示BMD密度(个/cm³)。硅晶片的直径为300mm，最外周的位置距晶片的中心150mm。从而，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的外周部区域21定义为距最外周1至10mm的范围。比硅晶片20的最外周更外侧的是硅单晶的外周磨削区域11。

如图5所示，硅晶片20的整个面是COP区域，R-OSF区域位于外周磨削区域11。晶片半径方向的BMD密度在中心部区域22内大致恒定，但可见在与R-OSF区域的边界附近的外周部区域21中一度降低，而在R-OSF区域再次升高的倾向。

本实施方案着眼于这样的BMD密度降低的现象，通过使R-OSF区域位于硅单晶的外周磨削区域11，同时使R-OSF区域和COP区域的边界附近的BMD密度降低的区域位于晶片外周部区域21，由此使晶片外周部区域21的BMD密度减小。

接着，进行在硅晶片的表面形成硅的外延膜的外延工序(图1的步骤S15)。该外延方法没有特别限定，就直径300mm以上的大口径硅晶片而言，优选使用单片式的气相生长装置。硅晶片设置于气相生长装置的室内，三氯硅烷(SiHCl₃)等原料气体与H₂气等载气和掺杂剂气体一起导入室内，使通过原料气体的热分解或还原生成的硅以反应速度0.5-0.6μm/分钟在加热至1000-1200℃高温的硅晶片上生长。然后进行硅晶片的清洗，由此完成外延硅晶片。

这样制造的外延硅晶片的BMD密度分布，可通过进行模仿装置工艺的评价热处理(氧沉淀物评价热处理)使BMD核生长来确认(步骤S16)。需说明的是，所谓BMD密度，对于外延硅晶片，在氧气气氛中进行900-1100℃×16小时的氧沉淀物评价热处理，然后将外延硅晶片沿厚度方向劈开，使用赖特蚀刻(Wright Etching)液对该劈开截面进行深度2μm蚀刻的选择性蚀刻处理，然后用光学显微镜观察硅晶片的厚度中心部的劈开截面，将100μm×100μm见方面积内的蚀刻凹坑密度定义为BMD密度。根据本实施方案的外延硅晶片中，关于BMD密度具有以下特征。

首先，晶片整个面的BMD密度为1×10⁸个/cm³以上。这样，晶片整个面的BMD密度为1×10⁸个/cm³以上，由此可以提高外延硅晶片的吸杂能力。另外晶片整个面的BMD密度优选为3×10⁹个/cm³以下。晶片的BMD密度过高，则晶片中的残留氧浓度降低，由此晶片的强度降低，特别是在晶片的外周部区域21容易产生滑移位错。

另外自晶片的最外周(边缘)向内1mm至10mm的外周部区域21内的BMD密度，与比外周部区域21靠内的中心部区域内的BMD密度相比更低。这样，晶片的外周部区域21的BMD密度比中心部区域内的BMD密度低，由此可提高外周部区域21的残留氧浓度，可抑制滑移位错的产生。

另外，自晶片的最外周向内1至10mm的外周部区域21中的BMD密度朝向晶片的最外周递减，将外周部区域21中的BMD密度的最大值(Max)和最小值(Min)之差除以外周部区域21中的BMD密度的平均值(Ave)，所得的值((Max-Min)/Ave:BMD密度的偏差)为3以下。并且BMD密度的最大值存在于自晶片的最外周向内6-10mm的范围内，BMD密度的最小值存在于自晶片的最外周向内小于6mm的范围内。这样，在外周部区域21中，BMD密度降低，由此可提高晶片外周部区域21的残留氧浓度，由此可提高晶片外周部区域21的强度。需说明的是，使晶片外周部区域21为距晶片的最外周1mm以上的范围的理由不仅是由于晶片的边缘被斜切，还由于在最外周(距最外周0mm)的位置处BMD密度的测定本身是不可能的。

另一方面，外周部区域21的残留氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³以上。外周部区域21的残留氧浓度设为8×10¹⁷原子/cm³以上，由此可抑制滑移位错的产生。BMD密度越低的区域，晶片中的残留氧浓度越高，BMD密度越高的区域则晶片中的残留氧浓度越低。这可认为是由于晶片中的氧由于BMD形成而被消耗，氧沉淀物越增加则残留氧越减少。本发明中，外周部区域21的BMD密度低，因此可以提高外周部区域21的残留氧浓度，可以提高外周部区域21的晶片强度。

如以上说明的那样，根据本实施方案的外延硅晶片中，在晶片外周部区域21的BMD密度低，因此可提高晶片的外周部区域21的强度，可防止滑移位错的产生。因此，在通过立式炉对晶片进行热处理时，可防止容纳于立式舟的晶片的支撑位置产生微小伤痕、并以该伤痕为起点产生滑移位错并延伸的情况。

以上对本发明的优选实施方案进行了说明，本发明并不限于上述实施方案，在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行各种变更，它们当然也包含在本发明的范围内。

例如在上述实施方案中，主要以直径300mm的晶片为对象进行了说明，也可以是直径300mm以上的晶片，例如可以以直径450mm的晶片为对象。

实施例

第一，进行以氮浓度、氧浓度和预退火的有无为参数的外延硅晶片的特性评价。

该特性评价中，通过CZ法培育掺杂氮的直径310mm的硅单晶，通过外周磨削将硅单晶的直径修圆为300mm，然后实施晶片加工。接着，在实施外延工序之前对一部分晶片样品在890℃下进行20分钟的热处理，作为预退火。外延工序中，在1100℃的温度下将4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的测定中，在氧气气氛中进行1000℃×16小时的评价热处理后，将外延硅晶片沿厚度方向劈开，用赖特蚀刻液对劈开截面进行深度2μm蚀刻的选择性蚀刻处理，然后通过光学显微镜观察硅晶片的厚度中心部的劈开截面，测定BMD密度。BMD密度的测定是自晶片的中心起沿半径方向以10mm间距进行的，特别在晶片外周部区域(距最外周1mm至10mm)是以1mm间距进行的。

外延硅晶片中的残留氧浓度的测定是自晶片的中心起沿半径方向以1mm间距进行的，并求出其平均值。

滑移耐性试验中，通过具有支撑晶片的外周部区域的舟形状的立式炉进行追加的热应力负荷热处理。热应力负荷热处理条件设为：投入温度700℃，升温速度8℃/分钟，在1100℃下保持30分钟，降温速度3℃/分钟，取出温度700℃。通过X射线形貌学观察热处理后的晶片，将滑移位错长度低于2mm的评价为“○”，2-5mm的评价为“△”，超过5mm的评价为“×”。

在吸杂能力的评价中，在上述评价热处理后的外延硅晶片的表面以1×10¹²原子/cm²涂布Ni，在900℃的温度下进行30分钟的热处理，然后对晶片的表面进行2μm的赖特蚀刻。用光学显微镜观察赖特蚀刻后的晶片的表面，将未观察到硅化镍的凹坑的记为“○”，观察到凹坑的记为“×”。

在表1中示出上述评价试验的结果。实施例1-6是本发明技术，比较例1-5是以往技术。

[表1]

由表1可知，满足本发明的条件的实施例1-6可兼顾滑移耐性和吸杂能力。

而比较例1的氮浓度低，未进行预退火，因此得到BMD浓度低，吸杂能力不足的结果。

比较例2也未进行预退火，但氮浓度为5×10¹³原子/cm³，较高，因此确认了可获得吸杂能力的BMD密度，但晶片的外周部区域的最低残留氧浓度为7.8×10¹⁷原子/cm³，为较低的残留氧浓度。另外晶片的外周部区域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)为3.8，较大，得到滑移位错长度变长的结果。这可以认为是，由于晶片的外周部区域的BMD密度偏差过大，导致晶片的支撑位置的传热改变而应力增大的结果。

比较例3也与比较例2同样，晶片的外周部区域的残留氧浓度为7.5×10¹⁷原子/cm³，是8×10¹⁷原子/cm³以下的低残留氧浓度，BMD密度的偏差((Max-Min)/Ave)为5.7，也较大，得到滑移位错长度进一步变长的结果。

比较例4和5均是使用了氮浓度比1×10¹³原子/cm³高的晶片，进行了预退火处理时的结果。晶片内可确认超过3×10⁹个/cm³的BMD密度。过度的BMD形成诱发以BMD为起因的外延缺陷的产生，因此不优选。另外，晶片的外周部区域的BMD密度也高，晶片的外周部区域的残留氧浓度低，因此得到滑移耐性差的结果。

图6是表示上述实施例4、比较例2和比较例4的晶片半径方向的BMD密度分布的图表，横轴表示距晶片中心的距离(mm)，纵轴表示BMD密度。表2表示晶片的外周部区域的BMD密度分布。

如图6所示，实施例4和比较例4的BMD密度在晶片的外周部区域呈递减的分布，比较例4的BMD密度为1×10⁹个/cm³，为高密度，吸杂能力充分，但晶片的外周部区域的残留氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³，因此可知滑移位错长度长，滑移耐性低。

关于比较例2，BMD密度呈朝向晶片的最外周升高的分布，外周部区域的BMD密度为1×10⁹个/cm³以上，为高密度，BMD密度高导致残留氧浓度降低，由此得到滑移耐性劣化的结果。

由以上结果可知，BMD密度在晶片面内为1×10⁸个/cm³以上(且为1×10⁹个/cm³以下)，优选面内分布为在晶片的外周部区域呈递减的分布。

表2是对于上述实施例4、比较例2和比较例4的晶片沿径向以1mm间隔的间距详细调查BMD密度分布的结果。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)的范围内，BMD密度的最小值存在于距晶片的中心超过144mm(距最外周小于6mm)的范围内，则可确认是滑移耐性优异的晶片。

[表2]

第二，对使用氮浓度和直径不同的多个硅单晶制造的外延硅晶片进行特性评价。

该特性评价中，通过CZ法培育氮浓度不同的多个硅单晶，通过外周磨削将硅单晶的直径修圆为300mm，然后实施晶片加工。培育硅单晶时，使晶体直径变化，使1根硅单晶锭中含有外周磨削区域变宽的部位和变窄的部位。

接着，求出经加工的硅晶片(抛光晶片)的OSF密度的最大值。OSF密度的测定中，在1140℃的温度下进行2小时的评价热处理，进行2μm的赖特蚀刻，然后通过光学显微镜测定晶片表面的OSF密度。

接着，在实施外延工序之前，作为硅晶片的预退火，在890℃下进行20分钟的热处理。然后，在外延工序中，在1100℃的温度下将4μm的外延硅膜成膜。

在BMD密度的测定中，在氧气气氛中进行1000℃×16小时的评价热处理后，将外延硅晶片沿厚度方向劈开，使用赖特蚀刻液对劈开截面进行深度2μm蚀刻的选择性蚀刻处理，然后通过光学显微镜观察硅晶片的厚度中心部的劈开截面，测定BMD密度。BMD密度的测定是自晶片的中心起沿半径方向以10mm间距进行的，特别在晶片的外周部区域(距最外周1mm至10mm)是以1mm间距进行的。

滑移耐性试验中，通过具有支撑晶片的外周部区域的舟形状的立式炉进行追加的热应力负荷试验。热应力负荷试验的条件设为：投入温度700℃，升温速度8℃/分钟，在1100℃下保持30分钟，降温速度3℃/分钟，取出温度700℃。通过X射线形貌学观察试验后的晶片，将滑移位错长度低于2mm的评价为“○”，2-5mm的评价为“△”，超过5mm的评价为“×”。

上述评价试验的结果示于表3，实施例1-9是本发明技术，比较例1-9是以往技术。需说明的是，实施例1、4、7和比较例1等的氮浓度相同的晶片是指从同一硅单晶锭上切割的晶片。

[表3]

由表3可知，满足本发明的条件的实施例1-9中，氮浓度为1.0×10¹²-1.0×10¹³原子/cm³，较低，硅单晶相对于晶片直径的直径比为1.02-1.07。这些晶片的OSF密度为100个/cm²以下，是晶片整个面为COP区域的晶体。另外，外延硅晶片的外周部区域的BMD密度偏差((Max-Min)/Ave)为3以下，滑移耐性也良好。

而在比较例1-3中，硅单晶的直径比为1.01，较小，另外OSF密度的最大值为109-163个/cm²，较大，由此可知，R-OSF区域不仅存在于硅单晶的外周磨削区域，也存在于硅晶片内。由于其影响诱发外延缺陷，结果使外延品质劣化。

比较例4-6中，氮浓度为1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，较高，OSF环的宽度较宽，因此，即使将直径比为1.05的硅单晶进行修圆加工，也无法排除R-OSF区域，结果是OSF密度非常高。由于该影响，得到诱发外延缺陷的结果。还可知，晶片外周部区域的BMD密度也高，偏差为3以上，滑移耐性也劣化。

比较例7-9的氮浓度为1.9×10¹³-9.5×10¹³原子/cm³，为高浓度，但硅单晶的直径比为1.08，较大，因此可以通过修圆加工将R-OSF区域排除。但是晶片的外周部区域的BMD密度也高，晶片的外周部区域的残留氧浓度低，因此得到滑移耐性差的结果。另外，硅单晶的直径需要为324mm，晶片制造时需要更多的硅原料。因此生产能力差，结果不适合量产。

符号说明

10 硅单晶

11 硅单晶的外周磨削区域

20 硅晶片

21 硅晶片的外周部区域

22 硅晶片的中心部区域

R₁硅单晶的直径

R₂硅晶片的直径。

Claims

1.外延硅晶片，其为在氮浓度调节为1×10¹²原子/cm³以上且1×10¹³原子/cm³以下的范围内、且由COP区域构成的硅晶片表面上形成有外延硅膜的外延硅晶片，其特征在于：

在对所述外延硅晶片实施氧沉淀物评价热处理时，形成于所述硅晶片的内部的氧沉淀物密度在所述硅晶片的径向整个范围内为1×10⁸个/cm³以上且3×10⁹个/cm³以下，且

在自所述硅晶片的最外周向内1mm至10mm的外周部区域内形成的氧沉淀物的平均密度比在所述外周部区域以外的中心部区域内形成的氧沉淀物的平均密度低，且

所述外周部区域的所述氧沉淀物密度的最大值与最小值之差除以所述外周部区域中的所述氧沉淀物密度的平均值，所得的值为3以下，且

所述最大值位于所述外周部区域中自所述最外周向内6mm至10mm的范围内，所述最小值位于所述外周部区域中自所述最外周向内小于6mm的范围内，且

基于Old-ASTM_F121，1979的标准测定的所述外周部区域的残留氧浓度为8×10¹⁷原子/cm³以上。

2.权利要求1所述的外延硅晶片，其特征在于：所述外周部区域的所述氧沉淀物密度朝向所述硅晶片的最外周递减。

3.权利要求1或2所述的外延硅晶片，其特征在于：实施氧化诱生层错评价热处理时，在所述外延硅晶片的背面观察到的氧化诱生层错的密度为100个/cm²以下。

4.权利要求1或2所述的外延硅晶片，其特征在于：所述硅晶片是由氧浓度调节为8×10¹⁷原子/cm³以上且14×10¹⁷原子/cm³以下的范围内的硅单晶锭切割的硅晶片，其中所述氧浓度是基于Old-ASTM_F121，1979的标准测定的。

5.权利要求1或2所述的外延硅晶片，其特征在于：直径为300mm以上。

6.权利要求1或2所述的外延硅晶片，其特征在于：所述硅晶片是从具有目标直径的1.02-1.07倍的直径的硅单晶锭的直筒部切割，并加工为所述目标直径的硅晶片。