CN1181522C - 具有改进的内部收气的热退火单晶硅片及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于热处理单晶硅片以溶解聚集的空位缺陷与在一个后继的热处理步骤中影响晶片内氧的淀析行为的处理。此晶片有一个前表面，一个后表面，与一个在前表面与后表面之间的中心平面。在此处理中，晶片经受一个热退火以溶解存在于一个从晶片的前表面向中心平面延伸的薄层内聚集的空位缺陷。然后热处理经退火的晶片以形成晶格空位，这些晶格空位形成在晶片的主体层内。使经热处理的晶片从所述热处理温度冷却，冷却的速率使部分而不是全部晶格空位能扩散至前表面以产生具有一个空位浓度分布的晶片，其中峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常朝晶片的前表面方向减小。

Description

具有改进的内部收气的热退火单晶硅片及其热处理工艺
技术领域
本发明一般地涉及在电子元件制造中使用的半导体材料衬底尤其是硅晶片的制备，更详细地涉及一种用于热处理硅晶片以溶解聚集的空位缺陷与改进内部收气能力，使这种晶片能基本上在任何独立的电子器件制造过程的热处理周期内形成一个理想的不均匀的氧淀析物深度分布的处理。
背景技术
制造半导体电子元件的大部分处理使用的初始材料单晶硅，通常使用称为切氏(Czochralski)方法来制备，其中将一块单籽晶浸入熔化的硅中然后通过缓慢的拔出而生成，由于熔化的硅装在石英坩埚内，它受到各种杂质的污染，其中主要是氧。在硅熔化物的温度下，氧进入晶格空位直至达到一个由在此熔化物质温度下氧在硅中的溶解度与氧在固化硅中的实际分凝系数确定的浓度。这种浓度大于在电子器件制造过程中通常使用的温度下氧在固体硅中的溶解度。因此，随着晶体从熔化物质生成与冷却，硅中氧的溶解度迅速降低，从而造成氧在得到的切片或晶片中以过饱和浓度而存在。
除氧以外，当晶体形成时内部还可能存在固有的点缺陷例如硅晶格空位。如同氧，固体硅中的空位的溶解度部分地与温度有关。当硅晶体冷却时，在某一点晶体可能成为空位的临界过饱和状态，导致形成聚集的空位缺陷。聚集的空位缺陷被认为是这些可探测的晶体缺陷的起源，如D缺陷，流动图形缺陷(FPDs)，栅氧化物完整性(GOI)缺陷，晶体起源粒子(COP)缺陷，与晶体起源光点缺陷(LPD)，以及通过红外光散射技术例如红外扫描显微镜与激光扫描层析摄影机探测到的某些级别的体缺陷。聚集的空位缺陷被看作是对由含有这些缺陷的晶片制成的电子器件性能的障碍。
在电子器件制造中典型使用的热处理周期能引起含有过饱和氧的晶片中氧的淀析，如同空位缺陷的聚集，氧的淀析也可能起阻碍器件性能的作用，作用的大小与晶片内淀析出现的位置有关。例如，位于晶片的有效器件区域的淀析，能损害该器件的运行。相反，位于晶片主体内的氧的淀析是有利的，因为它们能捕获不希望有的可能同晶片接触的金属杂质。使用位于晶片主体内的氧的淀析以捕获金属通常称为内部的或内在的吸气(“IG”)。
关于如何防止聚集的缺陷的形成或一旦形成后如何加以消除，已提出了许多方法，例如，通常可使用高温处理具有晶片形式的硅以溶解或湮灭聚集的固有点缺陷。(参看例如Fusegawa et al.的欧洲专利申请503816A1与S.Nadahara et al.的″氢退火硅晶片″， Solid State Phenomena 57-58卷19-26页(1997)。)然而，虽然这些方法可能具有希望的溶解晶片的接近表面区域内的聚集的缺陷的效果，但它们也可能导致溶解晶片主体内氧的淀析，从而造成内部收气能力的丧失。
因此，需要继续探索一种既可溶解或湮灭硅晶片内聚集的因有点缺陷，又能提供有利的内部吸气(收气)特性的晶片处理。
发明内容
因此，本发明的目的是提供这样一种单晶硅片，它基本上在任何电子器件制造过程的热处理周期内将形成一个理想的不均匀的氧淀析物的深度分布；提供这样一种晶片，它将最佳地与可重复地形成一个有足够深度的裸露区(denuded zone)与晶片主体层内足够密度的氧淀析物；提供这样一种晶片，此晶片内裸露区的形成与晶片主体层内氧淀析物的形成同晶片的这些区域内的氧浓度的差别无关；提供这样一种晶片，此晶片内得到的裸露区的厚度基本上与IC制造处理程序的细节无关；提供这样一种晶片，此晶片内裸露区的形成与晶片主体内氧淀析物的形成不受切割此晶片的由切氏法生成的单晶硅棒的热历史与氧浓度的影响；提供这样一种处理，此处理中裸露区的形成与氧的向外扩散无关；及提供这样一种处理，此处理中晶体表面层内聚集的空位缺陷的浓度明显减小，
简言之，本发明涉及一种单晶硅片，它有两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面而另一个是晶片的后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个连接前表面与后表面的周围边缘，一个包括在前表面与一个从前表面向中心平面测量的距离Ds之间晶体区域的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括在前表面与一个从前表面向中心平面测量的至少为约10μm的距离D1之间晶片区域的表面层，及一个包括中心平面与表面层之间晶体区域的主体层。此晶片的特征在于薄层内基本上没有聚集的空位缺陷。此外，晶片具有不均匀的晶格空位分布，主体层内的空位浓度大于表面层内的空位浓度，空位浓度分布为空位峰值密度在中心平面处或其附近且空位浓度通常从峰值密度位置朝晶片的前表面方向减小。
根据本发明的具体实施方式，上述距离D1至少为约20μm或至少为约50μm；上述距离Ds至少为约5μm、至少为约10μm或至少为约20μm；在离晶片前表面距离大于3μm处的填隙氧浓度至少为主体层内的填隙氧浓度的约50％，在离晶片前表面距离大于10μm处的填隙氧浓度至少为主体层内的填隙氧浓度的约80％；在晶片的前表面上有一个外延层；晶片的前表面经过抛光。
本发明还涉及一种用于热处理单晶硅片以溶解聚集的空位缺陷与影响后继的热处理步骤中晶片内氧的淀析行为的处理。此硅晶片有两个通常平行的主表面，其中一个是晶片的前表面而另一个是晶片的后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个连接前表面与后表面的周围边缘，一个从前表面延伸至从前表面向中心平面测量的距离Ds的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括在前表面与一个从前表面向中心平面测量距离D之间晶片区域的表面层，及一个包括中心平面与表面层之间晶片区域的主体层。此处理包括在一个气氛中热退火晶片以溶解先前存在于薄层内的聚集的空位缺陷，热处理经退火的晶片以形成表面层与主体层内的晶格空位，然后控制经热处理的晶片以产生具有一个空位浓度分布的晶片，其中峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常朝晶片的前表面方向减小，表面层与主体层内空位浓度的差别使在超过750℃温度下的晶片热处理能在表面层内形成一个裸露区与在主体层内形成氧团簇或氧淀析物且主体内的氧团簇或氧淀析物的浓度主要取决于空位浓度。
本发明还涉及一种用于热处理单晶硅片以溶解聚集的空位缺陷与影响在后继的热处理步骤中晶片内氧的淀析行为的处理，此硅晶片有一个前表面，一个后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个从前表面延伸至从前表面向中心平面测量的距离Ds的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括在前表面与一个从前表面向中飞心平面测量距离D之间晶片区域的表面层，及一个包括中心平面与表面层之间晶片区域的主体层，此处理包括一个气氛中热处理晶片以形成表面层与主体层内的晶格空位，然后控制经热处理晶片的冷却速率以产生具有一个空位浓度分布的晶片，其中峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常朝晶片的前表面方向减小，表面层与主体层内的空位浓度的差别使在超过750℃温度下的晶片热处理能在表面层内形成一个裸露区与在主体层内形成氧团簇或氧淀析物，且主体层内的氧团簇或氧淀析物的浓度主要取决于空位浓度。通过将冷却的晶片加热到温度约650至约850℃延续约1小时至4小时使存在于冷却晶片内的氧淀析物核化中心稳定，然后在一个气氛中热退火经稳定化的晶片以溶解存在于从前表面延伸至深度至少为约5μm的区域内聚集的空位缺陷，
本发明的其它目的与特征部分将一定程度地明确，部分地将在下文中指出。
附图说明
图1是一个本发明的理想的淀析晶片处理的示意图。
图2是一张经例1中陈述的处理的晶片(试样4-7)横截面的照片。
图3是一张经受过例1中陈述的一系列步骤的晶片(试样4-8)横截面的照片。
图4是一张经受过例1中陈述的一系列步骤的晶片(试样3-14)横截面的照片。
图5是一个铂浓度(原子/cm3)对数相对于从经受过例1中陈述的一系列步骤的晶片(试样4-7)的表面起算的深度的关系图。
图6是一张经受过例2中陈述的一系列步骤的晶片(试样3-4)横截面的照片，
图7是一张经受过例2中陈述的一系列步骤的晶片(试样3-5)横截面的照片，
图8是一张经受过例2中陈述的一系列步骤的晶片(试样3-6)横截面的照片。
图9是一张经受过例3中陈述的一系列步骤的晶片(试样1-8)横截面的照片，
图10是一个如例4中所述根据本发明的单晶硅片在快速热退火期间的主体微缺陷(BMD)的数量密度相对于气氛中包含的氧分压力的关系的对数图。
图11是一张晶片横截面的放大照片(白色背景)，此晶片根据本发明在一个氮化气氛中与无增强氧化层情况下按照NEC-1处理经过热处理。
图12是一张摄自图11中所示晶片横截面的一部分、比图11放大更多的照片，详细表示基本上没有裸露区。
图13是一张晶片横截面的放大照片(白色背景)，此晶片根据本发明在一个氮化气氛中与元增强氧化层情况下经过热退火，其后又经受过热氧化处理。
图14是一张摄自图13中所示晶片横截面的一部分、比图13放大更多的照片，详细表示存在一个裸露区。
图15是一张晶片横截面的放大照片(白色背景)，此晶片根据本发明在一个氮化气氛中与无增强氧化层的情况下经过热退火，其后只在晶片的一面又经受过热氧化处理。
图16是一张摄自图15中所示晶片横截面的一部分、比图15放大更多的照片，详细表示只是在晶片的屏蔽一面基本上没有裸露区。
具体实施方式
本发明的处理提供各种方法，通过它们以得到一种这样的硅晶片，在此晶片的一个表面层内，可聚集的空位缺陷的初始浓度相比，具有减小的这类缺陷的浓度，此外，本处理得到一种″理想的淀析″的晶片，即一种基本上在任何电子器件的制造过程中将形成一个有足够深度的裸露区与一个包含对于IG用途有足够浓度的氧淀析物的晶片主体的晶片。本发明的处理起到湮灭存在于此表面层内的聚集的空位缺陷的作用，从而在硅片中建立一个确定或″印刷″在电子器件制造过程中氧将按此淀析的方式的″模板″。
根据本发明处理的第一实施例，一块单晶硅片初始经受一个热退火，退火的温度与持续时间以及晶片退火所处的气氛使有效地湮灭或溶解晶片的表面层或薄层内聚集的空位缺陷，通常，此热退火条件是本领域内为溶解这类缺陷通常使用的条件。(参看例如Fusegawa et a.的欧洲专利申请503816 A1；S Nadahara et al.的“氢退火硅晶片”，Solid State Phenomena 57-58卷19-26页(1997)；与D.Graf et al.的“高温退火硅晶片”， Electrochemical Society Proceedings 97-22卷18-25页(1997)。)例如，晶片可在一个氩或氢或它们的混合物气氛中热退火，以便溶解存在于从一个表面向晶片中心延伸的薄层内聚集的空位缺陷。
通常，晶片加热至某个温度延续一个时间周期使足以溶解存在于一个从表面延伸至某一深度的薄层内聚集的空位缺陷，此深度从表面向晶片中心测量，大小为几微米(即至少约1、2、3、5或甚至10μm)，几十微米(即约20、40、80μm或更大)，几百微米(即约100、300、500μm或更大)，最大到晶片中心附近。精确的条件将随着待溶解或减少的聚集空位缺陷的要求深度的大小而变化。例如，晶片可加热至温度在从约1100℃至约1300℃范围内延续约1小时至4小时，或从约1200℃至1250℃范围内延续约2小时至3小时。
在这方面，应当指出除热退火的温度、持续时间、气氛与升温率(即达到目标退火温度的速率)之外，待溶解的聚集空位缺陷的尺寸是影响在清除这些缺陷时的退火效能的一个因素。因此，为获得要求结果所必需的条件可通过对许多试样改变处理的温度、时间与气氛组成等实验确定。所以，这些条件可能与这里陈述的不同而不背离本发明的范围。
使硅晶片经受这个缺陷溶解处理导致在晶片表面附近形成一个与初始材料内聚集的空位缺陷浓度相比含有减小的这类缺陷浓度的薄层。然而，最好这个表面层内基本上没有聚集的空位缺陷。在这方面，应当指出这里使用的短语“基本上没有聚集的空位缺陷”指的是在此薄层内聚集的空位缺陷的浓度必须小于这些缺陷的探测极限，此极限当前为约104缺陷/cm3。
聚集的空位缺陷的溶解处理中使用的条件还导致溶解存在于晶片内的氧淀析物核化中心，假定晶片先前未经受稳定处理的话。为重新建立这些中心，并从而使晶片能有一个适于IG用途的增加的氧淀析物浓度，使晶片接着经受一系列步骤，在这些步骤中形成一个空位浓度分布。本处理的这部分有效地起到确定或“印刷”在电子器件制造过程中氧将按此在晶片内最后淀析的方式的作用。现在参看图1，有一个前表面3、一个后表面5和一个在前表面与后表面之间的中心平面7的晶片1，在本处理这部分的步骤S1中在一个含氧气氛中经受热处理，以便生成一个包围晶片的表面氧化层9。通常，此氧化层的厚度将大于在硅片上形成的自然氧化层的厚度(约15)；最好，此氧化层的厚度至少为约20，而在某些实施例中，至少为约25或甚至至少为约30。然而，至今得到的实验证据显示厚度大于约30的氧化层虽不妨碍要求的效果，但提供很少或没有附加的好处。
应当指出本文中使用的术语“前”与“后”用来区别晶片的两个通常平行的主表面；晶片的前表面，按这里使用的该术语，不一定是后来在其上面制成电子器件的表面，晶片的后表面，按这里使用的该术语，也不一定是后来在其上面制成电子器件的表面的背面。此外，由于硅晶片通常带有一个总厚度变化(TTV)、扭曲与弯曲，因而前表面上的每点与后表面每点之间的中点可能不精确地落在一个平面内；然而，在实际情况下，TTV、扭曲与弯曲通常是如此轻微以致可以说这些中点紧密接近于落在一个在前表面与后表面之间接近于同二者等距的假想中心平面内。
在本处理的淀析部分的步骤S2中，晶片1经受一个热处理步骤，在此步骤中晶片被加热至一个升高的温度以形成并从而增加晶片内晶格空位13的数目密度。最好，此热处理在快速热退火炉内进行，在此炉内晶片被快速加热至目标温度并在此温度下延续较短时间周期退火。通常，晶片经受的温度超过约1150℃，优先为至少约1175℃，更好为至少约1200℃，最好在约1200℃与约1275℃之间。
在本处理的淀析部分的第一实施例中，快速热退火步骤在一个氮化气氛中进行，即在一个包含氮(N2)或含氮化合物气体例如氨的能氮化暴露的硅片表面的气氛中进行。因而此气氛可全部由氮或含氮化合物气体组成，或者它也可附加包括一种非氮化气体例如氩。当达到退火温度时，即使不是立即也接近于立即得到遍及硅片的空位浓度增加。晶片通常将保持在此温度下延续至少1秒，典型延续至少几秒(例如至少3秒)，优先延续几十秒(例如20、30、40或50秒)，且取决于要求的晶片特性，延续的时间周期可高达约60秒(此值接近于市场上可买到的快速热退火炉的限值)。得到的晶片将具有较均匀的空位浓度(数目密度)分布。
根据至今获得的实验证据，进行快速热退火步骤的气氛最好含有不高于较低分压力的氧、水蒸汽与其它氧化气体；即是说，此气氛中含有的氧化气体的总和或这些气体的分压力不足以注射足够数量的抑制建立空位浓度的硅自填隙原子。虽然尚未精确确定氧化气体浓度的下限，但已证明对于0.01大气压(atm)氧分压力或10000份每百万原子(ppma)，观测到不增加空位浓度即不起作用。因此，此气氛中含有的氧与其它氧化气体的分压力优选不高于0.01atm(10000ppma)，较好不高于约0.005atm(5000ppma)，更好不高于0.002atm(2000ppma)，最好不高于0.001atm(1000ppma)。
除了引起形成晶格空位以外，快速热退火步骤还引起溶解存在于初始硅材料内的任何不稳定的氧淀析物核化中心。这些核化中心可例如在切割晶片的单晶硅棒的生成期间形成，或由于晶片或切割晶片的单晶硅棒以前的温度史中的某个事件的结果形成。因此，在初始材料内有或没有这些核化中心不是限制条件，假定这些中心在快速热退火步骤期间能被溶解的话。
快速热退火可在许多市场上可买到的快速热退火(“RTA”)炉的任一个内进行，在此炉内由大功率灯泡排分别加热各晶片。RTA炉能快速加热硅晶片，例如，它们能在几秒内把晶片从室温加热至1200℃。这种市场上可买到的RTA炉中之一是可从AG联合公司(MountainView，CA)购买的610型炉。
内在点缺陷(空位与硅自填隙)能扩散通过单晶硅，扩散的速率与温度有关。因而，固有点缺陷的分布密度是随温度变化的固有点缺陷扩散速率与复合速率的函数。例如，在快速热退火步骤中晶片退火温度附近的温度下，固有点缺陷较活动，而在700℃那么高温度下延续任意工业实用时间周期，它们基本上不活动。至今得到的实验证据显示，在温度低于约700℃下空位的有效扩散速率很慢，且在800℃、900℃甚至1000℃那么高的温度下延续任何工业用时间周期可认为空位不活动。
当完成步骤S2时，在步骤S3中使晶片快速冷却经过晶格空位在单晶硅中较活动的温度范围。随着晶片温度降低经过此温度范围，空位扩散至氧化层9而被湮灭，从而导致空位浓度的改变，改变的程度与晶片保持在此温度范围内的时间长短有关。如果晶体保持在此温度范围内延续无限长的时间周期，空位浓度会再次变为遍及晶片主体层11基本均匀，且浓度为一个显著地小于完成热处理当时的晶格空位浓度的平衡值。然而，通过快速冷却晶片，可得到一个不均匀的晶格空位分布，最大空位浓度在中心平面7上或其附近且空位浓度朝晶片的前表面3与后表面5的方向减小。通常，在此温度范围内的平均冷却速率为至少约5℃/秒，优选为至少约20℃/秒。取决于裸露区的要求深度，平均冷却速度可优选为至少约50℃/秒，更好为至少约100℃/秒，对于某些应用冷却速率优选为在约100℃/秒至约200℃/秒范围内。一旦晶片冷却至晶格空位在单晶硅中较活动的温度范围以外的温度时，冷却速率不明显影响晶片的淀析特性，因而不再被视作严格的限制条件。冷却步骤可方便地在与进行加热步骤相同的气氛中进行。
在本处理的淀析部分的步骤S4中，使晶片经受一个氧淀析热处理。例如，可在800℃温度下延续4小时然后在1000℃温度下延续16小时退火晶片。优先的替代方案是，将晶片装在温度约为800℃的炉内作为电子器件制造处理的第一步骤。当装入在此温度下的炉内时，先前经快速热退火的晶片将含有在氧淀析方面表现不同的各独立区域。在多空位区域(晶片主体层)内，随着晶片进入炉内氧迅速聚集。当达到加载温度时，聚集处理完成并达到只取决于初始空位浓度的氧团簇分布。在少空位区域(接近晶体表面)内，晶片表现为如同一个缺少先存的氧淀析核化中心的正常晶片；即是说，观测不到氧的聚集。当温度升高至800℃以上时或如果温度保持恒定，在多空位区域内氧团簇发展为氧淀析物从而被消耗，而在少空位区域没有发生什么情况。通过将晶片划分为各种不种空位浓度的区域，有效地建立一个模板，由它写入一个在晶片装入炉内时刻固定的氧淀析物的图形。
如图1中图解表示，晶片内氧淀析物的最后深度分布的特点在于从前表面3与后表面5分别延伸至深度t与t′的无氧淀析物的清洁区域(裸露区)15与15′。在无氧淀析物区域15与15′之间，有一个含有基本均匀的氧淀析物浓度的区域17。
区域17内的氧淀析物浓度首先是加热步骤的函数，其次是冷却速率的函数。通常，氧淀析物浓度随着加热步骤中温度的升高与退火时间的增长而增大，常规得到的氧淀析物浓度在约1×107至约5×1010淀析物/cm3范围内。
无氧淀析物区域(裸露区)15与15′的分别从前表面与后表面起算的深度t与t′主要是经过晶格空位在硅中较活动的温度范围的冷却速率的函数。通常，深度t与t′随着冷却速率的加快而增大，可得到的裸露区深度为至少约10、20、30、40、50、70或甚至100μm。很明显，裸露区深度基本上与电子器件制造过程的细节无关，此外，根据常规的实践经验，与氧的向外扩散无关。
虽然快速热处理可导致少量的氧从晶片的前、后表面向外扩散，但向外扩散的量大大少于在形成裸露区的常规处理中观测到的量。结果，形成一个含有作为离硅片表面距离的函数的基本均匀的填隙氧浓度的“理想的淀析晶片”。例如，在氧淀析热处理(S4)之前，在晶片中心至离硅片表面约15μm以内的各晶片区域范围内，晶片将有一个基本均匀的填隙氧浓度，此范围优选为从晶片中心至离硅片表面约10μm以内的各晶片区域，更好为从晶片中心至离硅片表面约5μm以内的各晶片区域，最好为从晶片中心至离硅片表面约3μm以内的各晶片区域。这里所说的一个基本均匀的氧浓度指的是氧浓度的变化必须不大于约50％，优选不大于20％，最好不大于10％。
通常，氧淀析热处理不会导致显著数量的氧从被热处理的晶片向外扩散。结果，在离晶片表面不大于几微米距离的裸露区内的填隙氧浓度将不会由于淀析热处理的结果而明显改变。例如，如果晶片的裸露区包括硅片表面与一个从前表面向中心平面测量距离D1(至少为约10μm)的晶片区域，在裸露区内离硅片表面距离等于D1一半的位置的填隙氧浓度通常将至少为裸露区内任何地方的峰值填隙氧浓度的75％。对于某些氧淀析热处理，在此位置的填隙氧浓度将为更大，即至少为裸露区内任何地方的峰值氧填隙浓度的80％、85％、90％或甚至95％。在本处理的淀析部分的第二实施例中，使用一个非氮化气氛代替第一实施例中的加热(快速热退火)与冷却步骤中使用的氮化气氛。适用的非氮化气氛包括氩、氦、氖、二氧化碳及其它非氧化、非氮化元素与化合物气体，或这些气体的混合物。此非氮化气氛，如同氮化气氛，可包含较低分压力的氧，即分压力低于0.01atm(10000ppma)，较好低于0.005atm(5000ppma)，更好低于0.002atm(2000ppma)，最好低于0.001atm(1000ppma)。
在本处理的淀析部分的第三实施例中，省略步骤S1(热氧化步骤)因而初始晶片只带有自然氧化层。然而，当这样一个晶片在氮气氛中退火时，其效果不同于当一个带有厚度大于自然氧化层的氧化层(“增强氧化层”)的晶片在氮气氛中退火时观测到的效果。当带有增强氧化层的晶片在氮气氛中退火时，当达到退火温度时，遍及晶片如果不是立即也接近于立即得到空位浓度基本均匀的增加；而且，在给定的退火温度下空位浓度不随退火时间的增长而明显增大。然而，如果晶片除了自然氧化层外没有任何它物，且如果晶片的前、后表面在氮中退火，得到的晶片将具有一个对于晶片的横截面通常为“U形”的空位浓度(数目密度)分布；即是说，最大空位浓度将出现在前表面或后表面上或几微米以内，而较恒定与较少的空位浓度将出现在遍及晶片主体层内，同时晶片主体层内的最大空位浓度初始约等于在带有一个增强氧化层的晶片内得到的空位浓度。而且，退火时间的增长将导致只含有自然氧化层的晶片内空位浓度的增大。
实验证据还显示对于只带有自然氧化层的晶片与带有增强氧化层的晶片二者的不同行为可通过在气氛中包括分子氧或其它氧化气体而加以避免。换个说法，当只带有自然氧化层的晶片在包含低分压力氧的氮化气氛中退火时，此晶片的行为与带有增强氧化层的晶片相同。不依附于任何理论，看来厚度大于自然氧化层的表面氧化层似乎起到一个抑制硅氮化的屏蔽作用。因此这个增强氧化层可存在于初始晶片上，或者也可在现场通过在退火步骤期间生成该层而形成。
因此，根据本发明的淀析部分的第三实施例，在快速热退火步骤期间的气氛中优选包含至少为约0.0001atm(100ppma)分压力的氧，更好包含至少为约0.0002atm(200ppma)分压力的氧。然而，鉴于前面讨论过的理由，氧的分压力优先不超过0.01atm(10000ppma)，较好不超过0.005atm(5000ppma)，更好不超过0.002atm(2000ppma)，最好不超过0.001atm(1000ppma)。
但是应当指出，作为使用含有分压力氧的气氛的替代方案，可使硅晶片简单地经受一个热退火，或快速热退火，按步骤S2，在氮气氛或中性气氛中退火后在氧气氛中完成处理。氧退火步骤可在晶片已冷却之后进行，或者也可在热态(即在完成初始热退火步骤后晶片仍是热的状态)下进行。而且，这个氧退火步骤可选择用于上述实施例中的任一个，作为进一步制作或分布硅晶片内空位浓度并由此形成晶片内氧淀析物分布图形的手段。
不依附于任何专门理论，认为氧退火导致硅片表面的氧化从而结果起到建立一个向内流动的硅自填隙的作用。这个向内流动的硅自填隙通过在表面开始然后向内移动引起复合发生而且有逐渐改变空位浓度分布的作用。从而可建立一个低空位浓度区域，后按一个氧淀析热处理，形成一个对于将由此硅晶片制成的器件特定的最终用途具有最佳深度的裸露区。
对于硅晶片的主体17内有峰值空位浓度的硅晶片，可通过控制表面氧化发生的速率分别有选择地增大区域15与15′的深度t与t′。氧化速率依次与许多因素例如气氛条件、温度与此氧化步骤的持续时间有关。例如，随着气氛中氧浓度的增大氧化速率将加快，而当使用高温(热解)蒸汽时氧化速率最快。
应当指出，为了最佳化深度t与t′，可通过调节退火温度与持续时间及气氛条件(即气氛的组成，以及氧的分压力)实验确定氧化处理的精确条件。然而，如果在本处理中使用纯氧或高温蒸汽以外的某物，气氛中氧的分压力将优选为至少约0.0001atm(100ppma)，较好为至少约0.0002atm(200ppma)，更好为至少约0.0004atm(400ppma)，最好为至少约0.0008atm(800ppma)。在这方面应当指出，应对氧的含量或分压力设定限值，因为热退火步骤S2不适用于这个供选的淀析处理步骤。此外，如果要基本保持区域17内的峰值空位浓度，此氧化处理的温度优选超过1150℃。最好，此温度至少约等于步骤S2的热处理期间使用的温度。不依附于任何专门理论，认为如果此温度低于热处理期间使用的温度，区域17内的峰值空位浓度由于直接的空位复合与自填隙而可能实际上减小。
氧化处理一旦完成，如同上面的步骤S3，可快速冷却晶片经过晶格空位在单晶硅内较活动的温度范围。通过快速冷却晶片，将空位浓度分布有效地“冻结”在硅母体内，从而建立一个不均匀的晶格空位分布。因而要求在此温度范围内以至少为约5℃/秒的速率冷却晶片，以避免已建立的空位浓度分布被丢失或清除。然而，此冷却速率最好为约20℃/秒。应当指出随着此冷却速率的改变，可以进一步改变最后得到的分布。因此，取决于要求得到的分布，平均冷却速度可为至少约50℃/秒，约100℃/秒，或高达200℃/秒或更快。
一旦晶片冷却至晶格空位在单晶硅内较活动的温度范围以外的温度时，冷却速率看来似乎不明显影响晶片的淀析特性，因而可认为不是严格的限制条件。此冷却步骤可方便地在与进行加热步骤相同的气氛中进行。
如上面所述，独立的氧化处理是通过调节冷却速率以控制空位浓度分布的一个可接受的替代方案。相应地，当使用此氧化处理时步骤S4的冷却速率可大于这里所述的值。此外，应当指出当t或t′的要求深度超过十几微米、几十微米或更大时，应优先使用此氧化处理。
还应当指出由氧化处理提供的灵活性使能在具有通常为“U形”的空位浓度(数目密度)分布的晶片上进行这个方法。更详细地说，如上所述，如果一块表面上只有自然氧化层的晶片经受热退火步骤S2，得到的晶片将具有一个通常为“U形”的空位浓度分布。通过使这样一块晶片经受此氧化处理，可改变空位浓度分布，有选择地确定暴露条件以便得到一个符合本发明的要求的空位浓度分布。
在淀析处理的其它实施例中，晶片的前表面与后表面可暴露在不同的气氛中，每个气氛可包含一种或多种氮化或非氮化气体。例如，晶片的后表面可暴露在一个氮化气氛中而前表面暴露在一个非氮化气氛中。或者，多块晶片(例如2块、3块或更多块晶片)可面对面堆叠布置同时退火；当以此方法退火时，在退火期间面对面接触的表面同气氛机械屏蔽。或者，取决于快速热退火步骤期间使用的气氛与要求的晶片内氧淀析物的分布，可只在要求有侵蚀层的一面例如晶片的前表面3(参看图1)上形成氧化层。
应当指出，另一方法可在热退火晶片以溶解聚集的空位缺陷之前在硅晶片上进行淀析处理。但是，如果使用这种方法，最好使晶片在经受缺陷溶解处理之前先经受一个稳定化热处理。例如，可将晶片加热到约400至850℃范围内的某一温度延续一个足以给予为承受缺陷溶解处理温度所必需的稳定性的时间周期。在这方面，应当指出随着热处理时间周期的增长给予的稳定性越高。因此，取决于缺陷溶解处理的条件可能需要20、40、60或更多分钟，直至2、3或4小时或更长的持续时间。例如，一组典型的用于稳定化的条件包括将晶片加热至约650与约850℃之间的某一温度延续约1至约4小时。
如果使用一个足以稳定氧淀析物核化中心的热处理，则可选择在缺陷溶解处理期间直接形成氧淀析物；即是说，氧淀析步骤S4可由缺陷溶解处理来代替。或者，如果要求进行如上面归入步骤S4的氧淀析处理，可在开始缺陷溶解步骤之前完成。
本发明处理使用的初始材料为一块从一根按常规的切氏晶体生成法生成的单晶硅棒上切割下来的单晶硅片。这些方法，以及标准的硅片切割、研磨、蚀刻与抛光技术公开在例如下列文献中：F.Shimura的论文， Semiconductor Silicon Technology，Acadamic Press，1989，与J.Grabmaier ed.的论文， Silicon Chemical Ethcing，纽约springer-Verlag，1982(以引用方式结合在本申请中作为参考)。晶片可经抛光，或者，可经研磨与蚀刻而不抛光。此外，晶片可能含有作为占优势的内在点缺陷的空位或自填隙点缺陷。例如，晶片可能是从中心到边缘空位占优势，从中心到边缘自填隙占优势，或者它可能包括一个空位占优势的中心部分与一个围绕中心部分的自填隙占优势的轴向对称环。
切氏法生成的硅典型含有在约5×1017至约9×1017原子/cm3范围内的氧浓度(ASTM标准F-121-83)。由于在本处理中晶片的氧淀析行为变为基本上同氧浓度断开联系，因而初始晶片含有的氧浓度可降到由切氏处理可达到的范围以内或甚至以外的任何点。
取决于单晶硅棒从硅的熔点温度(约1410℃)下降经过约750℃至约350℃范围的冷却速率，切割硅片的单晶硅棒内可能形成氧淀析物核化中心。但是，假如通过在不超过1300℃温度下热处理硅片能溶解这些中心的话，那么在初始材料内有或没有这些核化中心对本发明不是限制条件。某些热处理，例如在约800℃温度下延续4小时退火硅片，能稳定这些中心使它们在不超过1150℃温度下不能溶解。目前氧淀析物的探测限值约为5×106淀析物/cm3。氧淀析物核化中心的存在(或浓度)不能使用现有可使用的技术直接测量。但是可使用各种技术间接探测它们的存在。如前面讨论，通过使硅片经受一个氧淀析热处理可稳定硅片内已有的氧淀析物核化中心并能在这些地点生长氧淀析物。因此，在一个氧淀析热处理例如在800℃温度下延续4小时然后在1000℃温度下延续16小时退火硅片之后，可间接探测这些核化中心的存在。
替代的碳，当作为一种杂质存在于单晶硅内时，具有催化氧淀析物核化中心形成的能力。因而，由于这个或其它理由，单晶硅初始材料最好含有低浓度的碳。即是说，单晶硅应含有浓度小于约5×1016原子/cm3，优先小于1×1016原子/cm3，最好小于5×1015原子/cm3的碳。
如果准备在按本发明制备的晶片上沉积一个外延层，本处理可在沉积外延层之前或之后进行。如果在之前进行，可要求在本发明的处理之后与沉积外延层之前稳定晶片内的氧淀析物核化中心。如果在之后进行，可要求在紧接沉积外延层之后在外延反应器内进行本发明的处理，假如本发明的处理要求的冷却速率能达到的话。
单晶硅内晶格空位的测量可通过铂扩散分析进行。通常，将铂沉积在试样上然后在水平表面内扩散，扩散的时间与温度最好选择为使Frank-Turnbull机理支配铂扩散，但足以达到由铂原子填充空位的稳定状态。对于含有本发明典型空位浓度的晶片，可使用扩散温度与时间为730℃延续20分钟，尽管更精确的测量似乎可在一个较低的温度例如680℃下得到。此外，为使硅化处理的可能影响减至最小，铂沉积方法最好产生一个小于单原子层的表面浓度。铂扩散技术叙述在别的文献中，例如：Jocob et al.的论文， J.Appl.Phys.82卷182页(1997)；Zimmermann与Ryssel的“在不平衡条件下铂在硅中扩散的模型”，J.Electrochemical Society 139卷256页(1992)；Zimmermann，Goesele，Seilenthal与Eichiner的“硅晶片中空位浓度的测绘”， Journal of Crystal Growth129卷582页(1993)；Zimmermann与Falster的“Czochracski硅中早期氧淀析物核化作用的研究”， Appl.Phys.Lett.60卷3250页(1992)；及Zimmermann与Ryssei的论文， Appl.Phys.A55卷121页(1992)。
例1至例5用来说明本发明的淀析部分。因而不应把这些例子理解为具有限制性的含义。
例1
单晶硅由切氏法拉制成，经切割与抛光以形成硅晶片。然后使这些晶片在表I中列出的条件下经受表面氧化步骤(S1)，在氮或氩中的快速热退火步骤(S2)，快速冷却(S3)，及氧稳定与生长步骤(S4)。表I中还列出了步骤S1-S4之前晶片内的初始氧浓度(Oi)，步骤S4之后晶片立体内的氧淀析物浓度(OPD)，与步骤S4之后的裸露区的深度(DZ)。
                                  表I
试样   4-7  4-8   3-14
S1   在N2+约1％O2中在1000℃下延续15分  在N2+约1％O2中在1000℃下延续15分   无
S2   在N2+中在1250℃下延续35秒  在Ar(氩)中在1250℃下延续35秒   在N2中在1250℃下延续35秒
S3   100℃/秒  100℃/秒   100℃/秒
S4   在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时  在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时   在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时
Oi(原子/cm3)   7×1017  6.67×1017   7.2×1017
OPD(原子/cm3)   1×1010  4.4×109   1.69×1010
DZ(深度，μm)   70  95   0
图2、3与4表示最后得到的晶片的横截面(这些图为放大200倍的放大照片)；图2中表示试样4-7，图3中表示试样4-8，图4中表示试样3-14。
此外，使用铂扩散技术测绘了试样4-7内晶格空位浓度。图5中显示一条铂浓度相对于离晶片表面深度(0μm深度相当于晶片的前面)的曲线。
例2
为证明本发明处理的淀析部分与由切氏法生成的硅晶片的氧浓度无关，使含有不同氧浓度的3块硅片经受一系列与例1中叙述的相同的步骤。表II中列出了这些步骤每个的条件，步骤S1-S4之前晶片的初始氧浓度(Oi)，步骤S4之后晶片主体内的氧淀物浓度(OPD)，与步骤S4之后从表面测量的裸露区深度(DZ)。图6、7与8表示最后得到的晶片的横截面(这些图为放大200倍的放大照片)；图6中表示试样3-4，图7中表示试样3-5，图8中表示试样3-6。
                                    表II
    试样  3-4  3-5  3-6
    S1  在N2+约1％O2中在1000℃下延续15分  在N2+约1％O2中在1000℃下延续15分  在N2+约1％O2中在1000℃下延续15分
    S2  在N2中在1250℃下延续35秒  在N2中在1250℃下延续35秒  在N2中在1250℃下延续35秒
    S3  125℃/秒  125℃/秒  125℃/秒
    S4  在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时  在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时  在N2中在800℃下延续4小时+在1000℃下延续16小时
    Oi(原子/cm3)  6×1017  7×1017  8×1017
    OPD(原子/cm3)  4×1010  1×1010  6×1010
    DZ(深度，μm)  ～40  ～40  ～40
例3
为证明本发明处理的淀析部分同淀析物稳定与生成步骤(S4)使用的条件无关，使一块含有相同的初始氧浓度的晶片(试样1-8)经受除使用一个专利的工业用16Mb DRAM处理作为氧淀析物稳定与生成步骤(S4)以外其余均与例2中对试样3-4相同的一系列步骤。图9表示最后得到的晶片的横截面(此图为放大200倍的放大照片)。在步骤S4之后，试样1-8与3-4是有可比的主体氧淀析物浓度(试样1-8为7×1010/cm3，试样3-4为4×1010/cm3)与可比的裸露区深度(约40μm)。
例4
本例说明可观测到的在淀析处理的热处理步骤期间由于气氛中氧浓度的增大而引起主体微缺陷密度(BMD)即氧淀析物密度与裸露区深度(DZ)的变化趋势。使3组不同的晶片在变化的处理条件下经受快速热退火处理。A组晶片在氮气氛中在1200℃下退火延续30秒；B组晶片在相同条件下退火延续20秒；而C组晶片在氩气氛中在1200℃下退火延续30秒。本例中3组晶片均未进行预氧化步骤。
如下面表III中指示，对给定组内每块晶片氧的分压力递增。一旦完成退火，用本领域内的标准方法确定每块晶片的BMD密度与DZ深度。得到的结果提供在下面的表III中。
                        表III
  晶片组     氧分压力      BMD密度(缺陷/cm3)     DZ深度(μm)
    A     250ppma     6.14×109      70
    A     500ppma     6.24×109      80
    A     1000ppma     2.97×109      80
    A     2000ppma     7.02×108      100
    A     5000ppma     2.99×107      ND
    A     1×106ppma     6.03×106      ND
    B     500ppma     2.59×109      80
    B     1000ppma     1.72×109      100
    B     2000ppma     9.15×108      100
    B     5000ppma     2.65×107      ND
    B     1×106ppma     2.17×106      ND
    C     250ppma     2.65×109      90
    C     500ppma     4.03×109      70
    C     1000ppma     1.72×109      140
    C     5000ppma     1.69×108      120
ND＝未确定。
上述数据说明随着气氛中氧分压力的升高，主体微缺陷的数目密度增大。此外，当氧分压力达到10000ppma时，主体微缺陷密度同在没有按本发明的淀析部分先经受快速热退火而经受了氧淀析热处理的晶片中观测到的主体微缺陷的数目密度难以区别。
例5氧化热退化处理
为说明本发明的淀析部分的氧化热退火处理，从按切氏法生成的单晶硅棒上切割的各硅晶片，都只有一个自然氧化层经受了快速热退火步骤(S2)。在每个情况下，各晶片在快速执退火炉内在一个含氨气氛中在约1180℃下退火延续约3分钟，然后快速冷却(S3)。现在参看图13与14，可看到在氧稳定与生长步骤(S4)与NEC-1处理之后，这些处理条件都得到一个基本上没有裸露区与有一个大于约1×1010原子/cm3主体氧淀析物浓度(OPD)的硅晶片。
同图11与12中的晶片相反，如果在完成冷却(S3)之后与步骤S4之前使晶片经受一个氧化热退火步骤，可形成一个裸露区。现在参看图13与14，在完成冷却之后轻微蚀刻晶片的表面以便清除任何存在的氮化层。然后在快速热退火炉内，在含有本例中约为100％氧浓度的含氧气氛中，将晶片加热至约1180℃延续约3分钟。在氧稳定与生长步骤(S4)与NEC-1处理之后，可观测到这些处理条件得到一块含有一个深度为约60μm的裸露区与1×1010原子/cm3的主体氧淀析物浓度(OPD)的硅晶片。
现在参看图15与16，可看到氧化热处理步骤可以只在硅晶片的一面上进行。单面处理通过屏蔽晶片的不准备处理的一面而达到。除了通过使用一个低温、化学气相沉积(CVD)处理首先形成一个氮化硅覆盖层以屏蔽晶体的一面之外，图15和16中表示的晶片以与图13和14中表示的晶片相同的方式处理。可看到，在氧稳定与生长步骤(S4)与NEC-1处理之后，得到的晶片在未屏蔽的一面(前面)有一个深度约为60μm的裸露区，而晶片屏蔽的一面(后面)基本上没有裸露区。晶片的主体氧淀析物浓度(OPD)大于约1×1010原子/cm3。
应当指出，为了获得本处理的淀析部分的结果，不一定要进行晶片的表面蚀刻以清除任何存在的氮化层。更确切地说，表面蚀刻是可选的，因而不应看作是限制性的条件。
还应当指出，鉴于例5，可通过在含氧气氛中热退火晶片有效地形成一个裸露区。或者，可通过此热氧化处理进一步改变由本发明的淀析部分的其它实施例形成的裸露区。例如，试样4-7与4-8(例1)的裸露区深度可通过使试样在步骤S4的氧淀析热处理之前经受此热氧化处理而增大。同样，对于试样3-14(例1)，可通过使晶片经受此热氧化处理而形成一个裸露区。
鉴于上述内容，可看到本发明的几个目的已经达到。由于在上述组成与处理中可作各种改变而不背离本发明的范围，因此应把上述说明中包括的所有内容理解为是说明性的而不是限制性的。

Claims (37)

1.一种单晶硅晶片，具有两个基本平行的主表面，其中一个是晶片的前表面而另一个是晶片的后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个连接前表面与后表面的周围边缘，一个从前表面延伸至从前表面向中心平面测量的距离Ds的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括前表面与从前表面向中心平面测量距离D1之间的晶片区域的表面层，D1至少10微米，以及一个包括中心平面与表面之间晶体区域的主体层，该晶片的特征在于：
晶片的薄层基本上没有聚集的空位缺陷；
主体层内含有聚集的空位缺陷；与
晶片具有不均匀分布的晶格空位，主体层内的空位浓度大于表面层内的空位浓度，空位浓度分布为峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常从峰值密度位置朝晶片的前表面方向减小。
2.根据权利要求1的晶片，其中D1至少为20μm。
3.根据权利要求1的晶片，其中D1至少为50μm。
4.根据权利要求1、2或3的晶片，其中Ds至少为5μm。
5.根据权利要求1、2或3的晶片，其中Ds至少为10μm。
6.根据权利要求1、2或3的晶片，其中Ds至少为20μm。
7.根据权利要求1、2或3的晶片，其中在离晶片前表面距离大于3μm处的填隙氧浓度至少为主体层内的填隙氧浓度的50％。
8.根据权利要求1、2或3的晶片，其中在离晶片前表面距离大于10μm处的填隙氧浓度至少为主体层内的填隙氧浓度的80％。
9.根据权利要求1、2或3的晶片，其特征还在于在晶片的前表面上有一个外延层。
10.根据权利要求1、2或3的晶片，其特征还在于前表面经抛光。
11.根据权利要求1、2或3的晶片，其特征还在于晶片含有浓度为1×1016原子/cm3的碳。
12.根据权利要求1、2或3的晶片，其特征还在于晶片含有浓度为5×1015原子/cm3的碳。
13.根据权利要求1、2或3的晶片，其特征还在于晶片没有通过在不超过1300℃温度下热处理不能溶解的氧淀析物核化中心。
14.一种用于热处理单晶硅晶片以溶解聚集的空位缺陷与在一个后继的热处理步骤中影响晶片内氧的淀析行为的工艺，此晶片有两个基本平行的主表面，其中一个是晶片的前表面而另一个是晶片的后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个连接前表面与后表面的周围边缘，一个从前表面延伸至从前表面向中心平面测量的距离Ds的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括前表面与一个从前表面向中心平面测量距离D1之间晶片区域的表面层，及一个包括中心平面与表面层之间晶片区域的主体层，此工艺包括：
在一种氢、氩或它们的混合物的气氛中在1100℃与1300℃之间的温度下热退火晶片延续至少1小时，以溶解先存于薄层内的聚集的空位缺陷，使得晶片的薄层基本上没有聚集的空位缺陷；
热处理经退火的晶片以形成表面层与主体层内的晶格空位；与
控制经热处理的晶片的冷却速率以产生具有一个空位浓度分布的晶片，其中峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常朝晶片的前表面方向减小，表面层与主体层内空位浓度的差别使在超过750℃温度下的晶片热处理能在表面层内形成一个裸露区与在主体层内形成其浓度基本上取决于空位浓度的氧团簇或氧淀析物。
15.根据权利要求14的工艺，其中经退火的晶片的热处理包括：
(a)使所述晶片在一个氧化气氛中经受一个第一热处理以形成一个厚度至少为20的二氧化硅表面层；与
(b)使(a)的产物在至少为1150℃温度下经受一个第二热处理。
16.根据权利要求15的工艺，其中所述第二热处理使用的气氛选自氩、氦、氖、二氧化碳和它们的混合物。
17.根据权利要求15的工艺，其中所述第二热处理使用的气氛是氮化的。
18.根据权利要求15的工艺，其中第二热处理包括在氧的分压力低于5000ppma的含氧气氛中将晶片加热至超过1175℃温度延续一个短于60秒的时间周期。
19.根据权利要求15的工艺，其中第二热处理包括在氧的分压力低于5000ppma的含氧气氛中将晶片加热至超过1200℃温度延续一个短于60秒的时间周期。
20.根据权利要求14至19中任一项的工艺，其中所述经过晶格空位在硅片中相对较活动的温度范围的冷却速率至少为50℃/秒。
21.根据权利要求14至19中任一项的工艺，其中所述经过晶格空位在硅片中相对较活动的温度范围的冷却速率至少为100℃/秒。
22.根据权利要求14至19中任一项的工艺，其中热退火晶片以溶解先存于深度为10μm的薄层内的聚集的空位缺陷。
23.根据权利要求14至19中任一项的工艺，其中热退火晶片以溶解先存于深度为20μm的薄层内的聚集的空位缺陷。
24.根据权利要求14的工艺，其中经退火的晶片的热处理包括：
(a)使所述晶片在一个氮化气氛中在至少为1150℃温度下经受一个第一热处理；与
(b)使(a)的产物在一个氧的分压力至少为100ppma的氧化气氛中在至少为1150℃温度下经受一个第二热处理。
25.根据权利要求14的工艺，其中在一个氧的分压力在至少为100ppma至低于5000ppma范围内的氮化气氛中热处理经退火的晶片。
26.一种用于热处理单晶硅晶片以溶解聚集的空位缺陷与在一个后继的热处理步骤中影响晶片内氧的淀析行为的工艺，此晶片有一个前表面，一个后表面，一个在前表面与后表面之间的中心平面，一个从前表面延伸至从前表面向中心平面测量的距离Ds的薄层，一个至少部分地与薄层共同延伸并包括前表面与从前表面向中心平面测量距离D1之间晶片区域的表面层，及一个包括中心平面与表面层之间晶片区域的主体层，此工艺包括步骤：
热处理晶片以形成表面层与主体层内的晶格空位；
控制经热处理晶片的冷却速率以产生具有一个空位浓度分布的晶片，其中峰值密度在中心平面上或其附近且浓度通常朝晶片的前表面方向减少，表面层与主体层内空位浓度的差别使在超过750℃温度下的晶片热处理能在表面层内形成一个裸露区与在主体层内形成其浓度基本上取决于空位浓度的氧团簇或氧淀析物；
通过将冷却的晶片加热至650至850℃温度延续1小时至4小时以稳定存在于冷却的晶片内的氧淀析物核化中心；与
在一种氢、氩或它们的混合物的气氛中在1100℃与1300℃之间的温度下热退火经稳定的晶片延续至少1小时，以溶解存在于距离Ds至少为5μm的薄层内聚集的空位缺陷，使得晶片的薄层基本上没有聚集的空位缺陷。
27.根据权利要求26的工艺，其中热处理晶片包括：
(a)使晶片在一个氧化气氛中经受一个第一热处理以形成一个厚度至少为20的二氧化硅表面层；与
(b)使(a)的产物在至少为1150℃温度下经受一个第二热处理。
28.根据权利要求27的工艺，其中所述第二热处理使用的气氛选自氩、氦、氖、二氧化碳和它们的混合物。
29.根据权利要求27的工艺，其中所述第二热处理使用的气氛是氮化的。
30.根据权利要求27的工艺，其中使晶片经受一个在一个氧的分压力低于5000ppma的含氧气氛中在超过1175℃温度下延续一个短于60秒时间周期的第二热处理。
31.根据权利要求27的工艺，其中使晶片经受一个在一个氧的分压力低于5000ppma的含氧气氛中在超过1200℃温度下延续一个短于60秒时间周期的第二热处理。
32.根据权利要求26至31中任一项的工艺，其中热退火经稳定的晶片以溶解存在于距离Ds至少为10μm的薄层内聚集的空位缺陷。
33.根据权利要求26至31中任一项的工艺，其中热退火经稳定的晶片以溶解存在于距离Ds至少为20μm的薄层内聚集的空位缺陷。
34.根据权利要求26至31中任一项的工艺，其中所述经过晶格空位在晶片内相对较活动的温度范围的冷却速率至少为50℃/秒。
35.根据权利要求26至31中任一项的工艺，其中所述经过晶格空位在晶片内相对较活动的温度范围的冷却速率至少为100℃/秒。
36.根据权利要求26的工艺，其中热处理晶片包括：
(a)使晶片在一个氮化气氛中在至少为1150℃温度下经受一个第一热处理；与
(b)使(a)的产物在一个氧的分压力至少为100ppma的氧化气氛中在至少为1150℃温度下经受一个第二热处理。
37.根据权利要求26的工艺，其中在一个氧的分压力在至少100ppma至低于5000ppma范围内的氮化气氛中热处理晶片。
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