專利名稱：外延生長用硅晶片及外延晶片及其制造方法
技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及捕獲有害的重金屬雜質(zhì)的吸雜(gettering)能力優(yōu)異、存在于外延層中的結(jié)晶缺陷很少、結(jié)晶性優(yōu)異的外延晶片，及制造此外延晶片的外延生長用硅晶片，以及制造它們的方法。
背景技術(shù)：
外延硅晶片因具有優(yōu)異的特性，從早期則被廣泛使用來制造分立半導(dǎo)體或雙極IC等。同時，關(guān)于MOS LSI也是因為軟件錯誤或閉鎖(latch up)特性優(yōu)異，而被廣泛使用在微處理器單元或快閃存儲器件。而且，為了減輕制造硅單晶時導(dǎo)入的所謂生長(grown-in)缺陷造成的DRAM的可靠性不良，外延晶片的需求一直在擴大。如果在這種用于半導(dǎo)體器件的外延晶片中存在重金屬雜質(zhì)，便會成為引起半導(dǎo)體器件特性不良的原因。尤其是，最尖端器件所需要得清潔度，被認為是重金屬雜質(zhì)的濃度在1×109atoms/cm2以下，因此必須盡可能減少存在于外延晶片內(nèi)的重金屬雜質(zhì)。
減少這種重金屬雜質(zhì)的技術(shù)之一，有吸雜(gettering)技術(shù)。近年來這種吸雜技術(shù)愈來愈受重視。吸雜技術(shù)的非常有效的方法之一是，在硅晶片形成氧析出物(BMDBulk Micro Defect)，將重金屬雜質(zhì)捕捉在其失真場的所謂內(nèi)在吸雜(Intrinsic GetteringIG)的方法。然而，一般在外延晶片中，因為要在硅晶片上淀積外延層，需要進行高溫的熱處理，因此，在培育結(jié)晶時的熱環(huán)境已有某種程度的生長的氧析出核，會因為此外延工序的高溫?zé)崽幚矶幌麥绲?，因而存在有很難形成BMD的問題。
因此，為了解決這種問題，日本特開2000-44389號公報提出，形成外延層的襯底使用摻雜氮的硅單晶。這是因為摻雜氮后，可以在硅單晶中形成起因于氮的氧析出核(不均一核)，此氧析出核在形成外延層時不會被消滅，因此可以制造具有很高的吸雜能力的外延晶片。
另一方面，外延晶片已被認知會在外延層上產(chǎn)生堆垛層錯(SFStacking Fault)。若在形成于外延層的SF上制造器件，便會發(fā)生電流的漏泄等，成為不良的原因。已知如果在襯底有異物，便會以此異物為起點，在淀積外延層的過程形成SF。因此，形成外延層時，通常是要嚴格管理，防止顆粒等異物存在于襯底上。
然而，如日本特開2001-151596號公報所清楚揭示，在外延層發(fā)生SF的原因不只是顆粒等異物，也會以培育硅單晶時形成的晶片表面附近所存在的生長缺陷為起點形成SF。而且，摻雜氮的外延層時，其機率較未摻雜氮的外延層高很多。此特開2001-151596號公報中提出，為了防止產(chǎn)發(fā)生SF，使用表層不存在有生長缺陷的晶片作為襯底。具體而言，提出了將使用從培育結(jié)晶時嚴密控制結(jié)晶生長速度等特殊制造條件而使其不會發(fā)生生長缺陷而制成的單晶上切出的晶片、或?qū)┘油嘶鹛幚矶咕韺拥娜毕菹麥绲木?，用作外延生長用襯底。
然而，這種方法要使用特殊的結(jié)晶制造方法，或進行需要特別的裝置與運轉(zhuǎn)成本的退火處理，制作晶片表層無結(jié)晶缺陷的晶片，因此，成為制造外延晶片時生產(chǎn)性大幅度降低或者成本顯著增加的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是有鑒于上述問題點而完成，其主要目的在于提供外延晶片，具有很高的吸雜能力，且能很容易以高生產(chǎn)性且低成本地制造外延層上極少有會對器件特性造成不良影響的SF，品質(zhì)很高。
為了達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，可以提供一種外延生長用硅晶片，特征在于其是將通過柴克勞斯基法(CZochralski method-CZ法)摻雜了氮，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙(void)型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶加以切削而制作成的硅晶片，其在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下。
如此，如果是切削通過CZ法摻雜了氮，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶而制作成的硅晶片，在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的外延生長用硅晶片，則可以成為能夠制造具有很高的吸雜能力、且外延生長時SF的發(fā)生受到抑制的外延晶片的外延生長用硅晶片。
這時，上述V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域較佳。
發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域占有晶片面內(nèi)的更廣大區(qū)域較好，如此，由于V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域，因此可以使其成為在晶片表面出現(xiàn)的開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷的數(shù)目，大致在整個面上確實在0.02個/cm2以下的硅晶片。
而且，摻雜在上述硅單晶的氮的濃度為1×1013～1×1014M/cm3較佳。
如此，摻雜在硅單晶的氮的濃度為1×1013/cm3以上時，此后以高溫進行外延生長，在晶片的體部分，氧析出核不會被消滅，因此，可以成為能夠獲得具有很高吸雜能力的外延晶片的外延生長用硅晶片。而且，如果摻雜在硅單晶的氮的濃度為1×1014M/cm3以下，則培育硅單晶時，單晶化也不會受到妨礙，因此，可以成為高品質(zhì)的外延生長用硅晶片。
而，依據(jù)本發(fā)明，可以提供外延晶片，其特征是在上述本發(fā)明的外延生長用硅晶片的表面形成有外延層，這時，可以使發(fā)生在上述外延層上的堆垛層錯(SF)的數(shù)目在0.02個/cm2以下。
如果是這種本發(fā)明的外延晶片，便可以使其成為具有很高吸雜能力，且發(fā)生在上述外延層上的SF極少，尤其是SF的數(shù)目在0.02個/cm2以下的高品質(zhì)的外延晶片。
而且，依據(jù)本發(fā)明可以提供一種外延生長用硅晶片的制造方法，其特征在于，通過CZ法摻雜氮培育硅單晶，這時的培育硅單晶時的結(jié)晶生長速度為F(mm/min)，生長界面附近的溫度梯度為G(K/mm)時，使F/G(mm2/min·K)為0.30以上，且使1150～1050℃的通過時間(min)為40min以上，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育硅單晶后，切削該培育成的硅單晶，由此制造外延生長用硅晶片。
如此，通過CZ法摻雜氮培育硅單晶，這時的在培育硅單晶時的結(jié)晶生長速度F溫度梯度G的比F/G為0.30以上，且1150～1050℃的通過時間為40min以上，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育成硅單晶后，切削該培育成的硅單晶，制造外延晶片，由此，可以不需要特別的處理，便能夠容易地制造外延生長用硅晶片，其摻雜有氮，在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷的數(shù)目在0.02個/cm2以下，能夠以優(yōu)異的生產(chǎn)性且以低成本容易地制造外延生長用硅晶片，其能夠制造具有很高的吸雜能力、且外延生長時SF的發(fā)生受到抑制的外延晶片。
這時，在培育上述硅單晶時，使上述F/G為0.35以上較佳。
如此，在培育上述硅單晶時，使上述F/G為0.35以上，便能夠以高濃度將過剩的空位(Vacancy)導(dǎo)入硅單晶內(nèi)，很容易使空隙型缺陷的尺寸變大，因此，可以使在硅晶片表面出現(xiàn)的開口部尺寸在20nm以下的缺陷的數(shù)目確實在0.02個/cm2以下，可以制造品質(zhì)更佳的外延生長用硅晶片。
這時，上述V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域較佳。
如此，培育硅單晶，使V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域，便能夠以高濃度將過剩的空位導(dǎo)入硅單晶內(nèi)，因此，可以使在硅晶片表面出現(xiàn)的開口部尺寸在20nm以下的空隙型缺陷的數(shù)目，大致上在晶片的整個面上確實在0.02個/cm2以下。
而且，摻雜在上述硅單晶的氮的濃度為1×1013～1×1014/cm3較佳。
如此，由于使摻雜在上述硅單晶的氮的濃度為1×1013以上，可以制成能在硅單晶中確實形成氧析出核、以高溫進行外延生長、氧析出核也不會被消滅的外延生長用硅晶片。而且，使摻雜的氮的濃度為1×1014/cm3以下，便不會妨礙到培育硅單晶時的單晶化。
而且，依據(jù)本發(fā)明，可以在通過本發(fā)明的外延生長用硅晶片的制造方法制造的外延生長用硅晶片的表面，形成外延層，由此制造外延晶片。
通過本發(fā)明的外延生長用硅晶片的制造方法制造的外延生長用硅晶片是如上述，摻雜有氮，其在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷的數(shù)目在0.02個/cm2以下，因此在此外延生長用硅晶片的表面，形成外延層，便能夠以優(yōu)異的生產(chǎn)性、且以低成本，制造具有很高的吸雜能力、在外延層的SF非常少的高品質(zhì)的外延晶片。
而且，依據(jù)本發(fā)明，可以提供在硅晶片的表面形成外延層以制造外延晶片的方法，上述硅晶片是將通過CZ法摻雜氮，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶加以切削而制成的硅晶片，是在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的硅晶片，使用上述硅晶片，在該硅晶片的表面形成外延層，由此制造外延晶片。
使用如上述的硅晶片，在其表面形成外延層，便能夠以高生產(chǎn)性、且以低成本，制造具有很高的吸雜能力、在外延層的SF非常少的高品質(zhì)的外延晶片。
如以上所說明，依據(jù)本發(fā)明，能夠以高生產(chǎn)性、且以低成本，制造具有很高的吸雜能力、在外延層的SF非常少的高品質(zhì)的外延晶片。


圖1是表示實施例1及實施例2的F/G在結(jié)晶徑方向的分布圖。
圖2是表示實施例1及實施例2的各溫度區(qū)域的通過時間的圖。
圖3是表示實施例1及比較例1～3所使用的HZ的生長界面附近的溫度梯度G(K/mm)在結(jié)晶徑方向的分布圖。
圖4是表示實施例2的外延晶片中，用SPl觀察外延層上的顆粒的結(jié)果的圖。
圖5是表示在比較例1～3的F/G的面內(nèi)分布的圖。
圖6是表示比較例1～3的外延晶片中，用SPl觀察外延層上的顆粒的結(jié)果的圖。
圖7是描繪實施例1、2及比較例1～3的外延晶片的顆粒(LPDLight Point Defect)及SF的數(shù)目的曲線圖。
圖8是表示培育單晶硅結(jié)晶時導(dǎo)入的結(jié)晶缺陷與F/G的關(guān)系的圖。
圖9是本發(fā)明所使用的單晶培育裝置的概要圖。
圖10是觀察摻雜氮的硅晶片的截面的結(jié)果的放大圖。
圖號說明1主處理室；2拉起室；3單晶；4硅融液；5石英坩鍋；6石墨坩鍋；7加熱器；8隔熱材9氣體流出口；10氣體導(dǎo)入口；11氣體整流筒12隔熱構(gòu)件具體實施方式
以下說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不限定如此。
以往，為了提高外延晶片的吸雜能力，在作為外延生長用襯底的硅晶片中摻雜氮。然而，如果在如此摻雜氮的硅晶片上形成外延層時，會在此外延層上產(chǎn)生高密度的SF，制造器件時成為出現(xiàn)不良的原因。
因此，本發(fā)明人等便為了要制造在外延生長用硅晶片中摻雜氮仍可以降低在外延層上產(chǎn)生SF的外延晶片，而反復(fù)進行實驗及研討的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中、開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的硅晶片，作為外延生長用的襯底非常有效，經(jīng)由清查有關(guān)制造硅晶片的各項條件，而完成本發(fā)明。
本發(fā)明人首先嘗試查明，在什么情況下會以生長(grown-in)缺陷為起點，在外延晶片上產(chǎn)生SF。其方法是，摻雜氮以培育硅單晶時，慢慢改變結(jié)晶生長速度，使生長缺陷的大小產(chǎn)生變化以培育硅單晶，制成生長缺陷大小不相同的種種硅晶片。
在此，簡單說明生長缺陷。一般都知道，通過CZ法培育硅單晶時，結(jié)晶生長時已經(jīng)產(chǎn)生缺陷，叫做生長缺陷。此生長缺陷包括有間隙型(Interstitial型)的缺陷、及空位型(Vacancy型)的缺陷(所謂空隙型缺陷)。
這些缺陷的產(chǎn)生已知是，由通過CZ法拉起硅單晶時的結(jié)晶生長速度F(mm/min)與生長界面附近的拉起軸方向的溫度梯度G(K/mm)間的關(guān)是F/G決定，F(xiàn)/G大時，例如圖8所示，成為空位(Vacancy)優(yōu)勢(V區(qū)域)，反之，F(xiàn)/G小時，成為間隙硅(Interstitial Silicon)優(yōu)勢(I區(qū)域)。
而且已被確認，在此V區(qū)域與I區(qū)域間，存在有原子無(少)超過或不足的中性區(qū)域(Neutral區(qū)域N區(qū)域)，同時在V區(qū)域與I區(qū)域的邊界附近會因熱氧化，而在跟結(jié)晶的生長軸垂直的截面內(nèi)環(huán)狀產(chǎn)生叫做OSF(Oxidation Induced Stacking Fault氧化感應(yīng)堆垛層錯)的缺陷。
如果使用像這種在各區(qū)域制作的硅晶片之中、在I區(qū)域制作的硅晶片作為外延生長用襯底，則如日本特開2000-219598號公報所揭示，會發(fā)生在外延層上產(chǎn)生很多突起狀的缺陷等弊害。因此，從防止這種缺陷，并提高生產(chǎn)性等的理由，最好是使用在V區(qū)域制作的硅晶片作為外延生長用襯底。因此，本發(fā)明是對通過CZ法培育硅單結(jié)晶時，以至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育者，進行以下的實驗。
為了調(diào)查空隙型缺陷與發(fā)生在外延晶片上的SF的關(guān)系，如上述使結(jié)晶生長速度慢慢變化，由此使空隙型缺陷的尺寸變化，以培育硅單晶，而制作硅晶片。
即，固定結(jié)晶生長界面附近的溫度梯度G時，改變結(jié)晶生長速度F，則可以使F/G變化。這時，由于是在V區(qū)域使F/G變化，可以使硅在剛結(jié)晶化后導(dǎo)入的過剩的空位的濃度變化，例如，在V區(qū)域內(nèi)使F/G變大，便可以使導(dǎo)入硅單晶的過剩的空位的濃度變大?？障缎腿毕菔沁^剩的空位經(jīng)過其后的熱履歷而凝集而形成，如果其后的熱履歷相同，則過剩的空位愈多，即F/G愈大，空隙型缺陷的大小會愈大。
于是，利用此性質(zhì)，通過CZ法摻雜氮，慢慢改變結(jié)晶生長速度，控制F/G，而培育成使空隙型缺陷的大小不同的硅單晶。在從此結(jié)晶切出的各硅晶片形成外延層后，測量出現(xiàn)在此外延層上的SF的數(shù)目，進行評價。其結(jié)果，愈是由培育單晶時F/G小的硅晶片、即從空隙型缺陷的尺寸較小的硅晶片制作的外延晶片，產(chǎn)生在外延層上的SF的數(shù)目大幅度增加。
從這一點可以知道，起因于空隙型缺陷而產(chǎn)生于外延層上的SF，以尺寸較小的空隙型缺陷為起點而產(chǎn)生。因此，進行使用透射型電子顯微鏡(TEM)的觀察或計算機模擬DEFGEN.X(T.Sinno and R.A.Brown，Journal of Electrochemical Society，Vol.146，pp 2300(1999))等，調(diào)查使外延層上產(chǎn)生空隙型缺陷的尺寸。其結(jié)果，查明是起因于在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷之中開口部尺寸是20nm以下的缺陷而產(chǎn)生SF。
再者，在模擬上，在晶片中集中兩個空位，或集中更多空位者為數(shù)不少。這種多個空位集中者的尺寸有時會達數(shù)nm，但是不認為會在外延層上形成這種集中數(shù)個程度的空位。因此，上述的在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷，應(yīng)該是指被辨認為是空隙型缺陷的尺寸以上，內(nèi)部有內(nèi)壁氧化膜(物)的。例如圖10所示，是指產(chǎn)生于摻雜了氮的硅晶片中的棒狀、板狀的缺陷中，在晶片表面出現(xiàn)部分的開口部尺寸是20nm以下的。
從以上的結(jié)果，可知在使空隙型缺陷生長而晶片表面幾乎完全不存在有開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷的硅晶片上形成外延層，便可以制作外延層上未產(chǎn)生SF的外延晶片。然而，實際上缺陷的大小是有分布，而且在模擬時，決不會出現(xiàn)晶片表面的開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷的數(shù)目成為零的可能，不管如何，總會在硅晶片上存在有幾個開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷。
因此，實際上，在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下便可以。這種空隙型缺陷的數(shù)目是從實際而現(xiàn)實的外延晶片的品質(zhì)水平加以規(guī)定。例如，由不摻雜氮的硅晶片制作的外延晶片，至少會在晶片內(nèi)產(chǎn)生幾個SF。然而，這種數(shù)個程度的SF，尤其是在產(chǎn)生有0.02個/cm2以下程度的SF的外延晶片上制作器件，也不會因SF使器件的制成率極端降低，如果是這種程度的SF，現(xiàn)有的器件制造工序幾乎可以不必顧慮。
即，只要是對通過CZ法摻雜氮、在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育成的硅單晶進行切削而制作成的硅晶片，是在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷中開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的外延生長用硅晶片，便是能夠制造具有高吸雜能力、且外延層的SF很少的高品質(zhì)的外延晶片的外延生長用硅晶片。
接著，說明用于制造這種外延生長用硅晶片的方法。
如上述，為了要制造如下所述的外延生長用硅晶片，即在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷之中開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的外延生長用硅晶片，必須適當(dāng)控制通過CZ法摻雜氮來培育成硅單晶時培育硅單晶時的結(jié)晶生長速度F(mm/min)、與固液界面附近的拉起軸方向的溫度梯度G(K/mm)的關(guān)系F/G(mm2/min，k)。
在此，圖9表示，本發(fā)明所使用的采用CZ法的硅單晶培育裝置的一個例子。此硅單晶培育裝置在主處理室1內(nèi)設(shè)置填充有硅融液4的石英坩鍋5、保護石英坩鍋5的石墨坩鍋6、圍繞上述坩鍋5、6配置的加熱器7、及隔熱材8；在該主處理室1的上部連接有用以收容培育成的單晶3、并取出用的拉起室2。
要使用這種單晶培育裝置培育硅單晶3時，是在石英坩鍋5內(nèi)的硅融液4中浸漬種晶后，經(jīng)過將籽晶縮徑令其轉(zhuǎn)動同時小心拉起，使其生長成棒狀的單晶3。另一方面，坩鍋5、6是可以在結(jié)晶生長軸方向上升降，因此令坩鍋上升以補償結(jié)晶生長中因結(jié)晶化而減少的融液的液面下降部分，由此，將融液表面的高度保持一定。而且，在主處理室1內(nèi)部，從設(shè)在拉起室2上部的氣體導(dǎo)入口10導(dǎo)入氬氣等惰性氣體，通過拉起中的單晶3與氣體整流筒11之間，通過隔熱構(gòu)件12下部與融液面之間，從氣體流出口9排出。
如此培育硅單晶時，如上述導(dǎo)入單晶的空位濃度因F/G值而定，因此，控制F/G是控制形成在硅單晶中的空隙型缺陷的大小的很重要的要素之一。即，如F/G小，則導(dǎo)入單晶的過剩的空位的濃度也變小，結(jié)果是空隙型缺陷的尺寸變小。因此，要培育加大空隙型缺陷的尺寸，減少尺寸小的空隙型缺陷的硅單晶，培育硅單晶時，使F/G的值稍大很重要。
因此，為了要求出制造在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷之中開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的硅晶片的F/G，令F/G作不同的變化以培育硅單晶，觀察所獲得的各晶片的表面，從而以實驗方式求出適當(dāng)?shù)腇/G值。其結(jié)果獲悉，使F/G值為0.30以上，便能夠以充分大的濃度將過剩的空位導(dǎo)入硅單晶內(nèi)。
這時，此F/G的值是愈大愈能夠以高濃度將過剩的空位導(dǎo)入硅單晶內(nèi)，但因通常要使直徑200mm以上的單晶安全生長，結(jié)晶生長速度F的上限是3mm/min，而硅單晶的可結(jié)晶化的溫度梯度G的最小值是0.3K/mm程度，F(xiàn)/G最大也不要超過10.00較好。
而且如上所述，雖然使F/G值為0.30以上，便能夠以充分大的濃度將過剩的空位導(dǎo)入硅單晶內(nèi)，但如果過剩的空位集中以形成空隙型缺陷的時間太短，空隙型缺陷的尺寸會變小。因此，在培育硅單晶時，令被認為對空隙型缺陷的尺寸有很大影響的1150～1050℃的溫度區(qū)域的通過時間在某值以上是很重要。因此，從這一次的實驗結(jié)果或模擬結(jié)果求出1150～1050℃的溫度區(qū)域的適宜的通過時間的結(jié)果獲悉，適當(dāng)?shù)臅r間是40min以上。
再者，所謂1150～1050℃的通過時間，是以結(jié)晶生長速度除依單晶培育裝置的爐內(nèi)構(gòu)造而定的1150～1050℃的溫度幅度的值。另外，此1150～1050℃的通過時間是只要降低結(jié)晶生長速度F，便可以無限制延長，在可能的范圍內(nèi)較長時對形成大尺寸的空隙型缺陷較有利。但是，如果考慮硅單晶的生產(chǎn)性，或在滿足上述F/G值在0.30以上的條件的結(jié)晶生長速度范圍內(nèi)，1150～1050℃的通過時間的上限自然受到限制。具體言之，在能夠確保目前在產(chǎn)業(yè)上成立的某種程度的生產(chǎn)性的下限的結(jié)晶生長速度是0.1mm/min，而在單晶培育裝置的1150～1050℃的溫度幅度，最大幅度是200mm前后，1150～1050℃的通過時間以2000min較佳。
即，制造外延生長用硅晶片的方法，如果采用如下外延生長用硅晶片的制造方法，即通過CZ法摻雜氮以培育成硅單晶，將這時的培育硅單晶時的結(jié)晶生長速度設(shè)為F，將生長界面附近的溫度梯度設(shè)為G時，F(xiàn)/G在0.30以上，且1150～1050℃的通過時間為40min以上，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育成硅單晶后，切削該培育成的硅單晶，以制造外延生長用硅晶片的外延生長用硅晶片的制造方法，便可以不需要高溫的退火等特別的處理，能夠很容易制成摻雜有氮、且在晶片表面出現(xiàn)的空隙型缺陷之中開口部尺寸是20nm以下的缺陷的數(shù)目在0.02個/cm2以下的硅晶生長用硅晶片。
這時，若在培育硅單晶時使F/G為0.35以上，便能夠以高濃度將過剩的空位導(dǎo)入硅單晶，可以很容易使空隙型缺陷的尺寸加大。因此，可以確實使在晶片表面出現(xiàn)的開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷的數(shù)目在0.02個/cm2以下，能夠制造品質(zhì)更良好的外延生長用硅晶片。
而且，通過CZ法培育硅單晶時，最好將硅單晶培育成，發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域占有晶片面內(nèi)的更廣大區(qū)域，特別是V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域。因為如此培育硅單晶，因此可以容易地將過剩的空位全面導(dǎo)入硅單晶，由此可以獲得在晶片表面出現(xiàn)的開口部尺寸是20nm以下的空隙型缺陷的數(shù)目在大體上整面確實在0.02個/cm2以下的硅晶片。
而且，通過CZ法摻雜氮來培育成硅單晶時，摻雜在硅單晶的氮的濃度為1×1013/cm3以上較佳。如此，使摻雜在硅單晶中的氮的濃度為1×1013/cm3以上時，可以在硅單晶中確實析出氧析出核，而所形成的氧析出核在高溫下進行外延生長時也不會被消滅，因此可以制成能夠制作具有很高吸雜能力的外延晶片的外延生長用硅晶片。另一方面，如果摻雜在硅單晶中的氦的濃度超過1×1014/cm3，則培育硅單晶時，單晶化可能受到妨礙，有可能會招致生產(chǎn)性的降低，因此，晶片的氮濃度以1×1014/cm3以下較佳。
如上述制作外延生長用硅晶片后，可以在此外延生長用硅晶片的表面，形成外延層，由此制造外延晶片。
即，可以使用如下硅晶片，即通過CZ法摻雜氦，將至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶切削而制成，在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷之中開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的硅晶片，使用該硅晶片，在該硅晶片的表面形成外延層，由此制造外延晶片。
如此制造外延晶片，便能夠以高生產(chǎn)性、且以低成本，制造高品質(zhì)的外延晶片，其具有很高的吸雜能力，且在外延層很少有對器件特性有不良影響的SF，特別是在外延層上發(fā)生的SF的數(shù)目是0.02個/cm2以下。
再者，在硅晶片的表面形成外延層的方法不特別限定，可以使用平常使用的方法形成外延層。
以下，表示實施例及比較例，具體說明本發(fā)明如下，但本發(fā)明并非限定如此。
(實施例1)首先，在直徑800mm的石英坩鍋中加入320kg的硅原料，以MCZ法施加中心磁場強度4000G的橫磁場，而且將平均結(jié)晶生長速度F設(shè)定為0.68mm/min，使其能在V區(qū)域培育硅單晶，而培育成直徑300mm，體軀部的長度120cm的摻雜氮的硅單晶。這時，以2×1013～9×1013/cm3的濃度范圍對硅單晶摻雜氮。
檢查這一次培育結(jié)晶所用的HZ(Hot Zone)的溫度梯度G的結(jié)晶徑方向的分布結(jié)果，獲得如圖3所示的分布。同時，結(jié)晶徑方向的F/G的分布是如圖1所示，中心部的F/G的值是0.30，而在徑方向的80％以上(100％)為0.30，而成為V區(qū)域。而且，測量1150～1050℃的通過時間，如圖2所示是76分。
由如此制成的硅單晶切出晶片，施加拋光、倒角、研磨，制成外延生長用硅晶片。在此外延生長用硅晶片以1130℃形成4μm的外延層。然后，以顆粒計數(shù)器Surfscan SPl(KLA-Tencor公司制)進行外延層表面的顆粒計數(shù)(尺寸0.09μm以上)。其結(jié)果，觀察到14個/300mmφ晶片(0.02個/cm2)的顆粒。再使用多激光共焦檢查系統(tǒng)M350(MAGICSLASER TECH.公司制)觀察外延層的表面的結(jié)果，確認8個/300mmφ晶片(0.011個/cm2)是SF。其結(jié)果，雖摻雜有氮，但是SF非常少，是高品質(zhì)的外延晶片。
(實施例2)接著，準備單晶培育裝置，其具有雖然溫度梯度G的結(jié)晶徑方向分布的均一性較差，但可以使結(jié)晶生長速度F較高速，結(jié)果可以使F/G較實施例1大的HZ。在此裝置的直徑800mm的石英坩鍋加入320kg的硅原料，以MCZ法施加中心磁場強度3500G的橫磁場，而且將平均結(jié)晶生長速度F設(shè)定為1.10mm/min，使其能在V區(qū)域培育硅單晶，而培育成直徑300mm，體軀部的長度120cm的摻雜氮的硅單晶。這時，以2×1013～9×1013/cm3的濃度范圍在硅單晶中摻雜氮。
而且，這時的結(jié)晶徑方向的F/G的分布如圖1所示，中心部的F/G的值是0.41，而在徑方向的80％以上為0.35以上，成為V區(qū)域。而且，測量1150～1050℃的通過時間，如圖2所示是47分。
由如此制作成的硅單晶，與實施例1同樣制作外延生長用硅晶片后，以1130℃形成4μm的外延層。然后，與實施例1同樣，以顆粒計數(shù)器SPl進行外延層表面的顆粒計數(shù)。其結(jié)果，如圖4所示，觀察到3個/300mmφ晶片(0.004個/cm2)的顆粒。再使用MAGICS進行觀察的結(jié)果，確認2個/300mmφ晶片(0.003個/cm2)是SF。SF比實施例1更少，獲得更高品質(zhì)的外延晶片。
(比較例1～3)使用跟實施例1相同的HZ，在直徑800mm的石英坩鍋加入320kg的硅原料，以MCZ法施加中心磁場強度4000G的橫磁場，同時令結(jié)晶生長速度F從0.7mm/min慢慢降低到0.3mm/min，而培育成直徑300mm，體軀部的長度120cm的摻雜了氮的硅單晶。這時，是以2×1013～9×1013/cm3的濃度范圍在硅單晶中摻雜氮。
由制作的硅單晶切出樣本晶片，調(diào)查單晶中的OSF的產(chǎn)生位置。OSF的產(chǎn)生位置的調(diào)查是以1150℃進行100min的濕氧化后，使用由氟酸、硝酸、醋酸、水所形成的有選擇性的混酸液進行選擇蝕刻，在聚光燈下及顯微鏡下觀察樣本晶片。其結(jié)果，在相當(dāng)于生長速度0.40mm/min的位置，在晶片面內(nèi)的整面產(chǎn)生有OSF。
因此，由以上述方式制成的硅單晶中，相當(dāng)于結(jié)晶生長速度0.40mm/min(比較例1)、0.45mm/min(比較例2)、0.60mm/min(比較例3)的部分，與實施例1同樣制作外延生長用硅晶片。這時，求出切出了晶片的硅單晶的各位置的F/G的結(jié)果，是圖5所示的值。各晶片的中心的F/G分別是0.18、0.20、0.27。這些值并不是可以滿足本發(fā)明的條件的值。在用TEM觀察存在于比較例1的外延生長用硅晶片表面的缺陷，結(jié)果在晶片表面的開口部尺寸在20nm以下的缺陷很容易找到，確認存在非常多的缺陷。
然后，以1130℃在此外延生長用硅晶片上形成4μm的外延層后，用顆粒計數(shù)器SPl進行外延層表面的顆粒計數(shù)。其結(jié)果，如圖6所示，雖然隨著結(jié)晶生長速度的加快，顆粒數(shù)目減少，但任一晶片均可觀察到多個顆粒，圖6所示的比較例1的外延晶片因為顆粒太多，超出顆粒計數(shù)器的容量，致無法測量到外周部。而比較例2及3的晶片則分別觀察到17384個/300mmφ晶片(24.6個/cm2)、33個/300mmφ晶片(0.047個/cm2)的顆粒。再使用MAGICS進行觀察的結(jié)果，比較例3的晶片觀察到18個/300mmφ晶片(0.025個/cm2)的SF，與低速生長的開口部的尺寸為20nm以下的為高密度的比較例1進行比較，雖然SF激減，卻是品質(zhì)較未摻雜氮者低的外延晶片。
而且，以晶片中心部的F/G的值作為橫軸，在圖7描繪上述實施例1、2及比較例1～3所制作的外延晶片所觀察到的顆粒及SF的個數(shù)。從此圖7也可以看出，使F/G值為0.30以上，便可以獲得產(chǎn)生在外延層上的SF的數(shù)目在0.02個/cm2以下的高品質(zhì)的外延晶片。
再者，本發(fā)明并非限定如上述實施方式。上述實施方式只是例示，與本發(fā)明權(quán)利要求的范圍所記載的技術(shù)思想具有實質(zhì)上同一架構(gòu)，可發(fā)揮同樣的作用效果的，不論何者均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，上述實施例是舉出施加磁場來培育直徑300mm的硅單晶時為例子進行說明，但本發(fā)明并不限定如此，硅單晶可以是具有直徑200mm或350mm、或更大的直徑者，而且，培育硅單晶時不施加磁場也可以應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種外延生長用硅晶片，其特征為，是將通過CZ法(CZochralski method-柴克勞斯基法)摻雜了氮、并在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶加以切削而制作成的硅晶片，在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下。
2.如權(quán)利要求1所述的外延生長用硅晶片，其中，上述V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的外延生長用硅晶片，其中，摻雜在上述硅單晶的氮的濃度為1×1013～1×1014/cm3。
4.一種外延晶片，其特征為，在權(quán)利要求1至3中任一項所述的外延生長用硅晶片的表面形成有外延層。
5.如權(quán)利要求4所述的外延晶片，其中，上述外延層上發(fā)生的堆垛層錯(SF)的數(shù)目是0.02個/cm2以下。
6.一種外延生長用硅晶片的制造方法，其特征在于，通過CZ法摻雜氮培育硅單晶，這時的培育硅單晶時的結(jié)晶生長速度為F(mm/min)，生長界面附近的溫度梯度為G(K/mm)時，使F/G(mm2/min·K)為0.30以上，且使1150～1050℃的通過時間(min)為40min以上，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育硅單晶后，切削該培育成的硅單晶，由此制造外延生長用硅晶片。
7.如權(quán)利要求6所述的外延生長用硅晶片的制造方法，其中，培育上述硅單晶時，使上述F/G為0.35以上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的外延生長用硅晶片的制造方法，其中，上述V區(qū)域存在于晶片面內(nèi)的80％以上的區(qū)域。
9.如權(quán)利要求7至10中任一項所述的外延生長用硅晶片的制造方法，其中，摻雜在上述硅單晶的氮的濃度為1×1013～1×1014/cm3。
10.一種外延晶片的制造方法，其特征為，在通過權(quán)利要求6至9中任一項所述的方法制造的外延生長用硅晶片的表面，形成外延層，由此制造外延晶片。
11.一種外延晶片的制造方法，在硅晶片的表面形成外延層以制造外延晶片，其特征在于，上述硅晶片是將通過CZ法摻雜氮、在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶加以切削而制成的硅晶片，是在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中、開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm2以下的硅晶片，使用該硅晶片，在該硅晶片的表面形成外延層，由此制造外延晶片。
全文摘要
本發(fā)明涉及外延生長用硅晶片，將通過柴克勞斯基法(CZochralski method－CZ法)摻雜氮，在至少晶片中心成為會發(fā)生空隙型缺陷的V區(qū)域的區(qū)域內(nèi)培育的硅單晶加以切削，而制作成的硅晶片，是特征是在晶片表面出現(xiàn)的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是20nm以下的缺陷數(shù)目是0.02個/cm
文檔編號C30B25/02GK1668786SQ03816590
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者星亮二, 園川 申請人:信越半導(dǎo)體株式會社