CN1940150A - 硅片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了控制结晶层错区域、抑制退火处理时的滑移发生、并且可以合格率良好地制造高强度的高品质硅片，提供了一种硅片的制造方法，即通过直拉法，在氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、在距离晶片外周为20mm以内的区域中氧化诱导堆垛层错密度达最大的条件下，培育硅单晶，对所述硅单晶进行切片以制得晶片，使得所得晶片的原生层错密度在晶片的所有区域中为1×10⁷/cm³以上。

Description

硅片的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高品质硅片的制造方法，所述硅片由硅单晶通过直拉(CZ)法制得、且适于高温热处理。

背景技术

在由CZ法进行的硅单晶的培育中，由于结晶的热过程或固液界面形状、原料熔融物的对流速度等在结晶的径向方向上不同，因此将该单晶切削而制得的晶片往往存在面内的结晶特性不均匀的情况。

例如，会产生相对于由于称为氧化诱导堆垛层错环(R-OSF)的氧化而产生的结晶轴呈同心圆状的堆垛层错(OSF)。

图1表示在硅单晶的轴向剖面上的点结晶层错的分布状态。

如图1所示，在由CZ法培育的硅单晶中，在由空穴引起的层错(空穴型层错)1所存在的富V(V-rich)区域B和发生由于晶格间过量硅引起的位错环或簇(晶格间硅型层错)2的富I(I-rich)区域C的交界部中存在R-OSF区域A。

此外，在空穴和晶格间的硅的浓度达到平衡时，也会形成几乎不存在层错的N(Neutral中性)区域。

存在于上述富I区域C中的位错环或簇是降低由该硅单晶所制得装置的合格率下降的原因。

同样地，R-OSF存在于晶片表面时，也使装置的合格率下降。

由此，历来使用以下方法作为相对于图1所示的不均匀结晶层错区域，通过使其均匀化而获得高品质硅片的方法，即，通过利用结晶拉晶速度的高速化和调整结晶拉晶速度v与在最外周的结晶轴向温度梯度G的比值v/G等进行的热过程最优化，在结晶整个长度范围中，将R-OSF驱逐到外周，从而使由该单晶制得的晶片的全部表面成为富V区域。

此外，上述R-OSF自身，由于通过在氢气或氩气等气氛下、在1000～1200℃的高温中进行热处理，晶片表面的原子重新排列，因此可以同时削减晶片表层部的空穴(孔隙)层错。

由此，也可以使用在使R-OSF仍然存在于晶面内的状态下，其后实施高温热处理的方法。(例如，参照特开2000-154095号公报，特开2003-249501号公报)。

应说明的是，如上所述的高温热处理，一方面晶片表层部的氧向外扩散氧沉淀物消减，另一方面在块内使过量的晶格间氧析出。所述块内的氧沉淀物由于在后续的装置制造工序中可以成为对金属污染的除去位点，因此优选在某种程度上存在，在这一点上述高温热处理也是有效的。

发明内容

上述单晶培育工序中的结晶拉晶速度的高速化和热过程的最优化随着近年需求的单晶大口径化，热过程的控制变得困难，通过所述方法难以实现结晶层错区域的均匀化。

另一方面，在如上所述的1000～1200℃的高温热处理(退火处理)中，还出现了容易产生滑移的问题。尤其，在晶片被舟皿支撑的位置上，容易产生应力、发生滑移的可能性大。

为了防止这种滑移，虽然进行了对难以产生应力的舟皿形状的改进、热处理温度和升降温速度的最优化等的研究，但还需要开发难以发生滑移的单晶本身。

换句话说，为了实现硅片的高品质化，不仅要求控制结晶层错区域而且还要求防止退火处理时的滑移的发生。

应说明的是，在上述特开2000-154095号公报中，对于防止上述退火处理时的滑移的发生和结晶层错区域之间的关系没有任何记载。

此外，在上述特开2003-249501号公报中，公开了一种在位于承受强负荷的最外周部和舟皿等支撑装置顶端的部分中没有R-OSF区域、且体微小层错(BMD)密度为1×10⁹/cm³以上的晶片作为难以产生滑移位错的硅片，但是，这种晶片未必能通过该支撑装置的形态来充分抑制滑移的发生，此外，强度也是不够的。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够控制结晶层错区域、抑制退火处理时滑移的发生、并且能够合格率良好地制造高强度的高品质硅片的方法。

本发明涉及的硅片制造方法的特征在于：通过直拉(CZ)法，在氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、距离晶片外周20mm以内的区域中的氧化诱导堆垛层错(OSF)密度达最大的条件下，培育硅单晶，对所述硅单晶进行切片以制得晶片，该晶片中的原生(as-grown)层错密度在晶片整个区域中为1×10⁷/cm³以上。

由此，通过控制硅片中的原生层错密度，即便在退火处理时，也可以得到具有滑移抑制效果的硅片。

优选的是，在培育所述硅单晶时，使得OSF直至存在于晶片最外周部。

由此，能够提高由热处理后的晶片外周部中的氧沉淀物所产生的BMD密度，从而能提高晶片强度。

此外，优选的是，在培育所述硅单晶时，使得拉晶速度v(mm/min)和在最外周的结晶轴向温度梯度G(mm/℃)的比值v/G为0.190(mm²/(min·℃))以上。

如上所述，为了在距离晶片外周20mm以内的区域中使得OSF密度达到最大，优选在所述条件下拉晶。

此外，优选所述硅片在镜面研磨后，在氢气或惰性气体气氛下、在1000℃以上1200℃以下进行热处理。

通过在具有滑移抑制效果的硅片上实施这种高温热处理，能够削减R-OSF，还能获得高强度的晶片。

尤其，所述热处理更优选是在1000℃以上1200℃以下的氢气退火处理或高温急速加速Ar退火处理。

如上所述，根据本发明涉及的硅片制造方法，通过控制结晶层错区域，可以抑制退火处理时的滑移的产生，并且获得高强度的硅片。

因此，根据本发明，由于可以合格率良好地提供高品质的硅片，因而还能够对装置制造中的成本降低、高品质化做出贡献。

附图说明

图1是模式表示在硅单晶中点层错分布概况的纵剖视图。

图2是表示退火处理前硅片的OSF和原生层错的面内分布的图表。

图3是表示氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³、R-OSF存在于面内的硅片最外周的原生层错密度和在退火时滑移发生频率之间关系(退火条件：1200℃、1小时、氢退火、立式炉批量处理)的图表。

图4是表示氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³、R-OSF存在于面内的硅片最外周的原生层错密度和在退火时滑移发生频率之间关系(退火条件：1200℃、1毫秒、高温急速加速氩气退火、单张(sheet-fed)处理)的图表。

图5是表示氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³、R-OSF存在于面内的硅片最外周的原生层错密度和R-OSF峰位置之间关系的图表。

具体实施方式

以下对本发明进行更详细的说明。

在本发明涉及的硅片制造方法中，利用CZ法，在氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、距离晶片外周20mm以内区域中的OSF密度为最大的条件下，培育硅单晶，由所述硅单晶制得原生层错密度在整个晶片中为1×10⁷/cm³以上的硅片。

由此，通过控制硅片中的原生层错密度，即便在高温热处理(退火处理)时也能够获得具有位错(滑移)抑制效果的硅片。

另外，优选的是，在培育上述硅单晶时进行控制，使得OSF直至存在于晶片的最外周部。

通过控制R-OSF使之具有如上所述的宽度，那么即使在原生层错密度在晶片面内为最小的外周部，也可以使原生层错密度在1×10⁷/cm³以上。

此外，与将R-OSF完全驱逐到外周的晶片相比，R-OSF残留在晶片面内的晶片，可以提高由热处理后在晶片外周部的氧沉淀物所产生的BMD密度。从而，通过所述BMD的存在，可以提高晶片强度。

图2表示存在R-OSF的晶片(φ300mm)在进行高温热处理前的原生层错的面内分布。

应说明的是，该原生层错分布用红外拓扑仪(三井金属矿业株式会社制MO-441)进行测定。

如图2的图表所示，可以看出，原生层错分布在晶片中央部达最大值，以OSF密度达最大值的位置(以下，称之为R-OSF峰位置)作为界限在外周部大大减少。

上述硅片优选在镜面研磨后、在氢气或氩气等惰性气体气氛下、在1000℃以上1200℃以下进行热处理。

通过所述高温热处理，对于具有滑移抑制效果的硅片，也能消除R-OSF，能够获得更高品质的硅片。

图3和图4表示，培育氧浓度0.9×10¹⁸原子/cm³的硅单晶，在晶面内存在R-OSF时原生层错密度的最小值即最外周的原生层错密度和在退火时滑移发生频率之间的关系。

考虑到由于随着晶片的用途不同，而在装置制造中需要的深度区域不同，因此高温热处理(退火处理)的形式也各种各样，图3是表示以纵形炉批量处理方式进行1200℃、1小时的氢气退火处理时的图表，此外，图4是表示以单张处理方式进行1200℃、1毫秒的高温急速加速Ar退火处理(在1000℃以上的高温下、以秒水平的短时间进行的热处理)时的图表。

应说明的是，它们的滑移发生频率借助晶片表面检查装置(KLAテンコ一ル(Tencor)社制造的SP1)进行测定。

由图3和图4的图表可知，在任何情况下，最外周的原生层错密度越高，则退火时的滑移发生频率就越小，在高温热处理的各种形式中都能获得相同的效果。

尤其，在闪光灯退火这种高温的高速升降温热处理中，也可获得防止晶片表面开裂的效果。

此外，图5表示最外周的原生层错密度和R-OSF峰位置的之间关系。

如图5的图表所示，如果R-OSF峰位置距离外周在20mm以内，则最外周的原生层错密度为1×10⁷/cm³以上，对照图3或图4的图表可知，在滑移抑制方面是有效的。

由于硅单晶中的氧浓度越高，则原生层错密度就越高，因此如果氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上，那么与上述相同，能够获得滑移抑制效果。

由此，在本发明中，作为硅单晶培育时的条件，使得氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、R-OSF峰位置距离外周在20mm以内，优选OSF直至存在于晶片最外周部。

此外，如上所述，为了使R-OSF峰位置距离外周在20mm以内并且OSF直至存在于晶片最外周部，优选根据热传递计算，使得晶片最外周的v/G为0.190(mm²/min·℃)以上。

Claims (11)

1.一种硅片的制造方法，其特征在于：通过直拉法，在氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、在距离晶片外周为20mm以内的区域中氧化诱导堆垛层错密度达最大的条件下，培育硅单晶，对所述硅单晶进行切片以制得晶片，所述晶片的原生层错密度在晶片的所有区域中为1×10⁷/cm³以上。

2.如权利要求1所述的硅片的制造方法，其特征在于，在培育所述硅单晶时，使得氧化诱导堆垛层错直至存在于晶片的最外周部。

3.如权利要求1或2所述的硅片的制造方法，其特征在于，在培育所述硅单晶时，拉晶速度v mm/min和在最外周的结晶轴向温度梯度G mm/℃的比值v/G为0.190mm²/min·℃以上。

4.如权利要求1所述的硅片的制造方法，其特征在于，在对所述硅片进行镜面研磨后，在氢气或惰性气体气氛下、在1000℃以上1200℃以下进行热处理。

5.如权利要求4所述的硅片的制造方法，其特征在于，所述热处理是在1000℃以上1200℃以下的氢气退火处理。

6.如权利要求4所述的硅片的制造方法，其特征在于，所述热处理是在1000℃以上1200℃以下的高温急速加速Ar退火处理。

7.一种硅片的制造方法，其特征在于包括：硅单晶培育工序，该工序是通过直拉法，在氧浓度为0.9×10¹⁸原子/cm³以上、在距离晶片外周20mm以内的区域中氧化诱导堆垛层错密度达最大的条件下，培育硅单晶；对所述硅单晶切片得到硅片、对所得硅片进行镜面研磨的工序；和热处理的工序，该热处理工序是在氢气或惰性气体的气氛中、在1000℃以上1200℃以下对所述硅片进行热处理；

原生层错密度在晶片的所有区域中为1×10⁷/cm³以上。

8.如权利要求7所述的硅片的制造方法，其特征在于，在培育所述硅单晶时，氧化诱导堆垛层错直至存在于晶片最外周部。

9.如权利要求7或8所述的硅片的制造方法，其特征在于，在培育所述硅单晶时，拉晶速度v mm/min和在最外周的结晶轴向温度梯度G mm/℃的比值v/G为0.190mm²/min·℃以上。

10.如权利要求7所述的硅片的制造方法，其特征在于，所述热处理是在1000℃以上1200℃以下的氢气退火处理。

11.如权利要求7所述的硅片的制造方法，其特征在于，所述热处理是在1000℃以上1200℃以下的高温急速加速Ar退火处理。

Images