CN111051580A - 硅晶片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供下述的硅晶片，在将时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，在满足Y=7.88×1067×X‑2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，采用红外断层摄影术，在将激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上且2.5×1010/cm3以下。
Description
技术领域
本发明涉及硅晶片，涉及还适合于低温器件工艺的硅晶片。
背景技术
已知提供一种即使半导体器件制造工序中的热处理为低温也可获得充分的吸除能力的外延硅晶片，所述外延硅晶片由通过提拉法培育的单晶硅切出，直径为300mm以上，在培育时使单晶硅的各部分从800℃降温至600℃所需的时间为450分钟以下，晶格间氧浓度为1.5×1018～2.2×1018atoms/cm3(old ASTM)，氮浓度和碳浓度为规定值以下，硅晶片的整面由COP区构成，外延层表面的晶片主体部的BMD密度在1000℃×16小时的热处理后达到1×104/cm2以下(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-201468号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述以往技术中，进行1000℃×16小时的长时间的热处理作为评价热处理，利用该热处理后的BMD密度来保证吸除能力(gettering capability)，但需要通过适应半导体器件制造工序中的热处理的低温化的、更具可靠性的评价热处理来保证吸除能力。
本发明所要解决的课题在于：提供还适合于低温器件工艺的硅晶片。
用于解决课题的手段
根据本发明的第1观点，通过下述的硅晶片来解决上述课题：
在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术(赤外トモグラフィー法，红外层析成像法)，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上且2.5×1010/cm3以下。
根据本发明的第2观点，通过下述的硅晶片来解决上述课题：
在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm范围的平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下。
根据本发明的第3观点，通过下述的硅晶片来解决上述课题：
在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上且2.5×1010/cm3以下，并且，
在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下。
在上述发明中，可以在表面形成厚度为1～5μm的外延层。另外，硅晶片的氮浓度可以是1×1012～5×1014atoms/cm3，氧浓度可以是8×1017～15×1017atoms/cm3。
发明效果
根据本发明，由于是在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下、在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行评价热处理，所以可以在较低温度且短时间的条件下以高可靠性保证吸除能力，其结果，可以提供还适合于低温器件工艺的硅晶片。
附图说明
[图1]是显示本发明的实施例1中的评价热处理温度与热处理时间的关系的图。
具体实施方式
本发明所涉及的硅晶片例如是将通过提拉法(Czochralski method)培育的单晶硅切片而得到的硅晶片，根据需要在其表面优选形成厚度为1～5μm的外延层。在培育单晶硅时，晶体中的氮浓度优选设为1×1012～5×1014atoms/cm3，氧浓度优选设为8×1017～15×1017atoms/cm3。
关于通过上述的制造工序得到的硅晶片的氧沉淀物(oxygen precipitates)(BMD)的密度和平均尺寸，可以在施行用于评价的热处理后，例如使用基于红外断层摄影术的晶体缺陷测定装置(日本Semilab公司制造的晶体缺陷测定装置)进行评价。而且，作为其一个评价指标，将基于红外断层摄影术的晶体缺陷测定装置的激光功率设为50mW、检测器(CCD相机)的曝光时间设为50毫秒，在该测定条件下测定距外延硅晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度和平均BMD尺寸。
这里，根据本发明人的见解，在用于评价的热处理的温度X满足700～1000℃、热处理的时间Y满足Y=7.88×1067×X-2.25的情况下，当BMD密度为5×108/cm3以上时，即使在半导体器件工艺的例如1000℃以下的低温器件工艺中，也可获得具有充分的吸除能力的硅晶片。反之，在施行同样的用于评价的热处理的情况下，当BMD密度不足5×108/cm3时，在半导体器件工艺的例如1000℃以下的低温器件工艺中无法发挥充分的吸除能力。
而且，根据本发明人的见解，在用于评价的热处理的温度X满足700～1000℃、热处理的时间Y满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的情况下，如果平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下，则可以得到不会产生位错的硅晶片。反之，在施行同样的用于评价的热处理的情况下，当平均BMD尺寸不足16nm或者超过28nm时、或者热处理的时间Y不满足1.0≤Y/Y1≤1.5时会产生位错。
因此，为了得到在低温器件工艺中发挥充分的吸除能力、并且不产生位错的硅晶片，更优选为下述的硅晶片：在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃、其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，采用红外断层摄影术，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上且2.5×1010/cm3以下，并且，在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃、其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，在满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的时间Y和温度X下进行热处理后，采用红外断层摄影术，在激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下。
实施例
《实施例1》
通过提拉法培育晶体中的氮掺杂浓度(1×1012～5×1014atoms/cm3)和氧浓度(8×1017～15×1017atoms/cm3)分别发生了变化的各种单晶硅，准备硅晶片，让这些硅晶片在同一条件(外延层的厚度为1～5μm)下进行外延生长，成为外延晶片。
对这些外延晶片进行各种温度和时间的评价热处理，使用基于红外断层摄影术的晶体缺陷测定装置(日本Semilab公司制造的晶体缺陷测定装置)，测定了热处理后的外延硅晶片的氧沉淀物(BMD)密度。BMD密度的测定条件如下：将激光功率设为50mW、将检测器(CCD相机)的曝光时间设为50毫秒，在该测定条件下测定距外延硅晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度。
该BMD密度的评价结果见图1。在该图中，将检测到5×108/cm3以上的BMD的热处理水准用〇显示，将未检测到该BMD的热处理水准用×显示。在上述红外断层摄影术的测定条件下检测到5×108/cm3以上的BMD的热处理水准为图1的连接〇与×的边界的直线，在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃)的情况下，是指以Y=7.88×1067×X-2.25(其中，700℃≤X≤1000℃)作为临界线的右上区域。
对于进行了这些测定的同一水准的外延硅晶片，假想其存在重金属污染，发生了1×1012/cm2的Ni污染，之后，对其进行模拟半导体制造工艺的低温器件处理的热处理(下述热处理1和热处理2)，在该模拟热处理后，使用赖特蚀刻液(Wright etching liquid)将形成于晶片表面的硅化物凹坑化(浅凹坑)，观察是否有浅凹坑。
＜相当于低温器件的热处理1＞
步骤1：在650℃下保持100分钟；
步骤2：在900℃下保持20分钟；
步骤3：在825℃下保持30分钟；
步骤4：在725℃下保持100分钟；
(升降温速度均为5℃/分钟)。
＜相当于低温器件的热处理2＞
步骤1：在650℃下保持100分钟；
步骤2：在1000℃下保持60分钟；
步骤3：在875℃下保持30分钟；
步骤4：在825℃下保持100分钟。
(升降温速度均为5℃/分钟)。
其结果，图1所示的〇的热处理水准、即在红外断层摄影术的测定条件下检测到5×108/cm3以上的BMD的外延硅晶片没有观察到浅凹坑。相对于此，在图1的×的热处理水准的外延硅晶片中观察到了浅凹坑，可知其吸除能力低。
即，在半导体制造工艺的低温器件工艺中显示出吸除能力的晶片是下述的晶片：在时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃)的情况下，在Y=7.88×1067×X-2.25 (其中，700℃≤X≤1000℃)的热处理后(即，设定时间使Y相对于温度X达到其以上)，使用基于红外断层摄影术的晶体缺陷测定装置(日本Semilab公司制造的晶体缺陷测定装置)，将激光功率设为50mW、检测器(CCD相机)的曝光时间设为50毫秒、测定距外延硅晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度的情况下，检测到该BMD密度为5×108/cm3以上。需要说明的是，因上述晶体缺陷测定装置的测定上限为2.5×1010/cm3，故在使用该装置的情况下的上限为该数值。
《实施例2》
通过提拉法培育晶体中的氮掺杂浓度(1×1012～5×1014atoms/cm3)和氧浓度(8×1017～15×1017atoms/cm3)分别发生了变化的各种单晶硅，准备硅晶片，让这些硅晶片在同一条件(外延层的厚度为1～5μm)下进行外延生长，成为外延晶片。
对这些外延硅晶片进行实施例1所示的各种温度和时间的评价热处理，使用基于红外断层摄影术的晶体缺陷测定装置(日本Semilab公司制造的晶体缺陷测定装置)，测定热处理后的外延硅晶片的氧沉淀物(BMD)的平均尺寸(nm)。BMD密度的测定条件如下：将激光功率设为50mW、检测器(CCD相机)的曝光时间设为50毫秒，在该测定条件下测定距外延硅晶片表面80μm～285μm的范围的平均BMD尺寸(nm)。
此时的评价热处理如下进行。首先，由Y1=7.88×1067×X-2.25(其中，700℃≤X≤1000℃)所示的关系，最初确定温度X(℃)，并求出时间Y1。然后，实际的处理时间Y是在1.5Y1＞Y＞1.0(即，1.5＞Y/Y1＞1.0))的范围内实施。
对上述的评价热处理中所示的各种尺寸的BMD生长的外延硅晶片进行实施例1所示的相当于低温器件的热处理(上述热处理1和热处理2)。在其热处理后，作为热应力负荷试验，使用闪光灯退火热处理炉对外延硅晶片连续5次实施最高到达温度为1200℃的毫秒退火。之后，对外延硅晶片的表面进行赖特蚀刻(Wright etching)，确认外延硅晶片的表面是否有位错蚀刻坑。其结果见表1。在表1的“热应力负荷试验”栏中，将看到了位错蚀刻坑(热应力负荷试验的结果不好)的外延硅晶片用“×”显示，将没有看到位错蚀刻坑(热应力负荷试验的结果良好)的外延硅晶片用“〇”显示。看到了位错蚀刻坑的外延硅晶片发生了大的翘曲。
[表1]
在Y/Y1为1～1.5的外延硅晶片中，平均BMD尺寸超过28nm的外延硅晶片(样品5、8、10、13、14)在低温器件热处理后的闪光灯热处理后产生位错，晶片发生了翘曲。在这些样品中，认为是由于低温器件中生长的BMD，产生了Slip位错。相对于此，平均BMD尺寸为16nm～28nm的外延硅晶片没有观察到位错的产生，结果良好。需要说明的是，在样品13中，尽管平均BMD尺寸为28nm以下，但却产生了位错。这是由于：因Y/Y1为2而不是1.5以下，所以不适合作为表示晶片强度的指标。
Claims (5)
1.硅晶片，在将时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在将激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上。
2.硅晶片，在将时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在将激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下。
3.硅晶片，在将时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y=7.88×1067×X-2.25的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在将激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的BMD密度为5×108/cm3以上且2.5×1010/cm3以下，并且，
在将时间设为Y(分钟)、温度设为X(℃，其中，700℃≤X≤1000℃)的情况下，
在满足Y1=7.88×1067×X-2.25且1.0≤Y/Y1≤1.5的时间Y和温度X下进行热处理后，
采用红外断层摄影术，在将激光功率设为50mW、检测器的曝光时间设为50毫秒的情况下，距晶片表面80μm～285μm的范围的平均BMD尺寸为16nm以上且28nm以下。
4.权利要求1～3中任一项所述的硅晶片，其中，在表面形成有厚度为1～5μm的外延层。
5.权利要求1～4中任一项所述的硅晶片，其中，氮浓度为1×1012～5×1014atoms/cm3，氧浓度为8×1017～15×1017atoms/cm3。
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