專利名稱：：具有本征吸雜的砷和磷摻雜的硅晶片襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及在電子元件制造中使用的硅晶片的制備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于制備低電阻率的砷或磷摻雜(N+/N++)的硅晶片的方法，在實(shí)質(zhì)上任何任意電子器件的制造工藝的熱處理周期期間，該硅晶片可靠地形成氧沉淀物。
背景技術(shù)：
：作為用于制造半導(dǎo)體電子元件的多數(shù)工藝的起始材料，單晶硅通常用所謂的切克勞斯基(Cz)法制備而成，在該切克勞斯基法中，將單籽晶浸入熔融的硅中，然后通過緩慢提拉生長。在被容納在石英坩堝的時(shí)間期間，熔融的硅被各種雜質(zhì)污染，這些雜質(zhì)中主要是氧。在硅熔融塊的溫度下，氧i^珪晶格，直到其達(dá)到這樣的濃度，該濃度由在熔融塊的溫度下氧在硅中的溶度以及氧在凝固的硅中的實(shí)際分凝系數(shù)決定。這樣的濃度大于在對于用于制造電子器件的工藝典型的溫度下氧在固體硅中的溶度。由于晶體從熔融塊生長且冷卻，因此，在晶體中的氧的溶度迅速降低，從而在從晶體切割下來的晶片中，氧以超飽和濃度存在。在電子器件的制造中典型地采用的熱處理周期可以在氧超飽和的硅晶片中引起氧的沉淀。才艮據(jù)沉淀物在晶片中的位置，這些沉淀物可以是有害的或有益的。位于晶片的有源器件區(qū)中的氧沉淀物會損害器件的工作。然而，位于晶片的體中的氧沉淀物能夠俘獲與晶片形成接觸的不希望的金屬雜質(zhì)。位于晶片的體中的氧沉淀物的俘獲金屬的用途通常4皮稱為內(nèi)部或本征吸雜("IG")。一些應(yīng)用，例如包括MOSFET的功率器件，需要具有;Wt吸雜的砷或磷重?fù)诫s的低電阻率單晶硅晶片。這樣的晶片已提出了挑戰(zhàn)。在為獲得SmQ-cm以下的希望電阻率所需的砷和磷濃度下，砷或磷摻雜劑傾向于將氧沉淀物抑制為低于本征吸雜所希望的閾值密度。在美國專利No.6，491，752中，Kirscht等人試圖通過在晶體生長工f:期闊用碳摻雜單晶硅來解決這個(gè)問題。碳量從單晶硅錠的衧品端附近的相對輕摻雜(4xl13"原子/cm3)變化到單晶砝錠的尾端附近的相對重?fù)诫s(2xl一7原子/cm3);根據(jù)Kirscht等人的觀點(diǎn)，如果從與錠的籽晶錐相距任何適當(dāng)距離的位置切割出晶片，為了獲得其中可形成氧沉淀物的晶片，需要碳的重?fù)诫s。然而，該方法不能完全令人滿意。例如，對于從沿著晶軸到尾錐的中點(diǎn)附近切割的重?fù)诫s晶片，沒有觀測到與氧相關(guān)的本征吸雜。參見Kirscht等人的圖4。并且，該方法要求碳濃度作為錠長度的，炎妖而增大；導(dǎo)致晶片到晶片的一致性的缺乏和更復(fù)雜的晶體生K工藝控制。
發(fā)明內(nèi)容因此，在本發(fā)明的各方面中，提供低電阻率(N+/++)的砷或磷摻雜的單晶硅晶片及其制備方法，該單晶硅晶片在實(shí)質(zhì)上任何電子器件制造工藝的熱處理周期期間可靠地形成氧沉淀物。有利地，該方法獲得具有較大的晶片到晶片一致性的晶片，此外，放寬了某些現(xiàn)有方法所需的特定單晶生長限制。因此，筒言之，本發(fā)明旨在一種晶片，所述晶片從通過切克勞斯基法生長的單晶珪錠切割而成，所述晶片包括前表面、后表面、虛中心面、前表面層以及體層，其中所述虛中心面在所述前表面和所述后表面之間，所述前表面層包括所述晶片的在所述前表面與從所述前表面朝向所述中心面測量的距離Dl之間的第一區(qū)，所述體層包括所述晶片的在所述中心面與所述第一區(qū)之間的第二區(qū)。所述晶片具有小于5mn-cm的電阻率，摻雜有磷或砷，并且在所述體層中具有超飽和濃度的晶格空位，從而(a)在超過700t:的溫度下對所述晶片進(jìn)^f亍氧沉淀熱處理時(shí)，以至少"107氧沉淀物/cm3的濃度在所述體層中形成氧沉淀物，并且(b)通過(i)以至少2'C/sec的速度將所述晶片加熱至至少950"C的退火溫度，以及(ii)在對所述晶片進(jìn)行在超過70ox:的溫度下的氧沉淀熱處理之前，將所述晶片從所述退火溫度冷卻到700n以下，來降低晶格空位的超飽和濃度，并且避免以至少lx107氧沉淀物/cm3的濃度在所述體層中形成氧沉淀物。本發(fā)明還旨在一種用于熱處理單晶硅晶片以在隨后的熱處理步驟中影響在所述晶片中氧的沉淀行為的方法，所述單晶硅晶片從通過切克勞斯基法生長的單晶硅錠切割而成，所述硅晶片具有前表面、后表面、中心面、前表面層以及體層，其中所述中心面在所述前表面和所述后表面之間，所述前表面層包括所述晶片的在所述前表面與從所述前表面朝向所述中心面測量的距離Dl之間的區(qū)域，所述體層包括所述晶片的在所述中心面與所述前表面層之間的區(qū)域，所述晶片摻雜有砷或磷，并且具有小于約5mQ-cm的電阻率。所述方法包括以下步驟在包括含氮?dú)怏w的氣氛中熱處理所述單晶硅晶片，以增大在所述晶片體中的晶格空位的密度，以及冷卻所述熱處理的晶片，以使所述晶片體中的晶格空位達(dá)到超飽和。本發(fā)明的其它目的和特征將在下文中部分明顯和部分指出。圖l是本發(fā)明的方法的示意圖示。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的單晶硅晶片是N型(N+/N++)的用砷或磷重?fù)诫s的。另夕卜，這些晶片可包含可通過切克勞斯基生長法獲得的實(shí)質(zhì)上任何氧濃度，并且仍然可以可靠地且可重復(fù)地在晶片體中形成足以用于本征吸雜目的的氧沉淀物。另外，在實(shí)質(zhì)上任何電子器件的制造過程的熱處理周期期間將方便地形成氧沉淀物。A.起始材料在一個(gè)實(shí)施例中，用于本發(fā)明的晶片的起始材料是這樣的硅晶片，該硅晶片從通過常規(guī)的切克勞斯基("Cz")晶體生長方法生長的單晶錠切割而成，典型地具有150mm、200mm、300mm、400mm或更大的標(biāo)稱直徑。該晶片可以^L拋光，或者可選地，被研磨和蝕刻而未,皮拋光。例如，在F.Shimura，SemiconductorSiliconCrystalTechnology,AcademicPress,1989以及SiliconChemicalEtching,(J.Grabmaiered.)Springer陽Verlag，NewYork,1982(在此引入其內(nèi)容作為參考)中，公開了這樣的方法以及標(biāo)準(zhǔn)的硅切割、研磨、蝕刻和拋光技術(shù)。優(yōu)選地，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)方法，拋光和清洗晶片。參見例如W.C.O，Mara等人的HandbookofSemiconductorSiliconTechnology,NoyesPublications.參考圖1，晶片1優(yōu)選具有前表面3、后表面5以及在前表面和后表面之間的虛中心面7。在該上下文中的術(shù)語"前"和"后"用于區(qū)分晶片1的兩個(gè)主要的且通常是平面的表面。晶片1的前表面3(作為在此使用的詞語)不必是I51^將要在其上制造電子器件的表面，晶片l的后表面5(作為在此使用的詞語)也不必是晶片1的與在其上制造電子器件的表面相反的主表面。另外，由于硅晶片典型地具有些許總厚度變化(TTV)、翹曲和弓形彎曲(bow)，在前表面上的每一點(diǎn)與后表面上的每一點(diǎn)之間的中點(diǎn)不M確地落在一個(gè)平面內(nèi)。然而，實(shí)際上，TTV、翹曲和弓形彎曲典型地是如此輕孩t,以致非常近似地，中點(diǎn)可以說是落在虛中心面內(nèi)，該虛中心面在前表面和后表面之間近似等距。用濃度足以將低電阻率(N+/N++)即小于約5mQ-cm的電阻率賦予晶片的砷或磷摻雜晶片。在一個(gè)實(shí)施例中，用濃度至少為lxl0"原子/cm3的砷摻雜晶片。例如，晶片可具有約"1019原子/113至約3xl0"原子/cm3，即，約200PPMA至約600PPMA的砷濃度。用這種濃度的砷摻雜的晶片典型地具有約O.lmQ-cm至約5mQ-cm的電阻率。在一個(gè)目前優(yōu)選的實(shí)施例中，用濃度為約1.7x1019原子/cm3至約3xl019原子/cm3(約340PPMA至約600PPMA)的砷摻雜晶片；用這種濃度的砷摻雜的晶片典型地具有約2.6mQ-cm至約3.9mD-cm的電阻率。當(dāng)將磷用作摻雜劑時(shí)，典型地用濃度至少為lxl0"原子/ci^的磷摻雜晶片。例如，晶片可具有約lxl0"原子/cm3至約4.5xl0"原子/cm3，即，約200PPMA至約900PPMA的磷濃度。用這種濃度的磷摻雜的晶片典型地具有約O.lmQ-cm至約2mQ-cm的電阻率。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，用濃度為約4."1019原子/113至約4.5x1019原子/cm3(約820PPMA至約900PPMA)的磷摻雜晶片，給出約l.lmQ-cm至約1.9mQ-cm的電阻率。該晶片可具有落在通過Cz法可得的范圍內(nèi)的任何氧濃度。然而，低電阻率晶片，例如用砷或磷重?fù)诫s的這些晶片，典型地具有比未摻雜或輕摻雜晶片稍低的氧濃度。例如，用砷摻雜的晶片典型地具有約4.5xl0"原子/cm3至約5.5xl0"原子/cm3，即，約9PPMA至約11PPMA的氧濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，砷摻雜的晶片具有約5.5xl0"原子/ci^至約8xl0"原子/cm3，即，約11PPMA至約16PPMA的氧濃度。用磷摻雜的晶片典型地具有約6xl0"原子/cm3至約9xl(^7原子/cm3，即，約12PPMA至約18PPMA的氧濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，磷摻雜的晶片具有約7.5><1017原子/113至約8.5xl0"原子/cm3，即，約15PPMA至約17PPMA的氧濃度。作為雜質(zhì)存在于單晶硅中的替位碳具有促使氧沉淀成核中心形成的能力。然而，通常優(yōu)選地，單晶硅起始材料具有相對低的碳濃度。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，單晶硅具有小于約5xl0"原子/cm3，更優(yōu)選小于約lxl0"原子/cm3,進(jìn)一步更優(yōu)選小于約5xl0"原子/cn^的碳。在Cz生長工藝期間，通?？梢赃x擇條件，以獲得其中主要的￡點(diǎn)缺陷是晶格空位或硅自填隙原子的單晶硅。在晶體生長工藝期間用砷或磷重?fù)诫s硅單晶傾向于使得更難生長空位支配的單晶硅。不束縛于任何特定理論，砷和磷摻雜看起來在兩方面增大了填隙原子的濃度。砷和磷本身可以存在于硅中作為替位或填隙原子。另外，砷和磷看起來具有俘獲過量的硅自填隙子(self-interstitial)的能力。結(jié)果，與在相同條件下生長的未摻雜的單晶樹目比，平衡看起來朝趨向于抑制氧沉淀的填隙原子方向移動且遠(yuǎn)離趨向于促進(jìn)氧沉淀的晶格空位。B.產(chǎn)生超飽和濃度的空位根據(jù)本發(fā)明的方法，對低電阻率的砷或磷摻雜的晶片進(jìn)行熱退火，以將晶格空位引^始晶片中，然后快速冷卻晶片，以在晶片中凝固超飽和濃度的晶格空位。換句話說，晶格空位是所產(chǎn)生的晶片中的主要的^E點(diǎn)缺陷，并且以超飽和濃度存在。當(dāng)此后對這樣的晶片進(jìn)行氧沉積熱處理時(shí)，晶格空位促進(jìn)氧沉淀，結(jié)果，晶片以足以;^吸雜的密度在晶片體中形成氧沉淀物。參考圖l，對晶片進(jìn)行熱處理步驟，在該熱處理步驟中，晶片#>熱到升高的溫度，以形成且由此提高在晶片l中晶格空位9的數(shù)量密度。優(yōu)選地，該熱處理步驟在快速熱退火爐中進(jìn)行，在該快速熱退火爐中，晶片被快速加熱到目標(biāo)溫度，并且在該溫度下進(jìn)行相對短時(shí)間的退火。典型地，以至少約IOC/sec,更優(yōu)選地以每秒鐘幾十?dāng)z氏度(即，至少約20X:/sec、30X:/sec、40"C/sec、50"C/sec、60X:/sec或更大)的加熱速度，更典型地以至少100"C/sec的加熱速度，將晶片加熱到退火溫度。通常，退火溫度超過1200X:，優(yōu)選在至少約1230"C，更優(yōu)選在至少約1250n，最優(yōu)選在約1250"C與1300匸之間。通常，在快速熱退火步驟期間注入的晶格空位的數(shù)量主要隨著退火溫度、實(shí)施退火步驟的氣氛組分和晶片退火的時(shí)間長度而變。通常，晶格空位的平衡濃度傾向于隨著溫度的升高而增大。因此，在快速熱退火步驟期間，較高的處理溫度傾向于增大注入晶片中的晶格空位的濃度。通常，與中性氣氛(即非氧化、非氮化氣氛)相比，氧化氣氛傾向于有利于硅自填隙子的形成，而與中性氣氛相比，氮化氣氛傾向于有利于晶格空位的形成。并且，由于氮化氣氛促進(jìn)晶格空位的形成，在氮化氣氛中，晶片中的晶格空位濃度隨著退火時(shí)間而增大。通常，為快速熱退火步驟選擇這樣的氣氛，其獲得具有作為主要;^點(diǎn)缺陷的晶格空位的晶片，并且在冷卻之后，該晶片的晶格空位超飽和。由此，例如，該氣氛可包含氧化氣體(例如氧氣或水蒸汽)、中性氣體(例如氦、氬)或氮化氣體(例如氮?dú)饣蚝衔餁怏w如氨氣)的混合物。優(yōu)選地，該氣氛是氮化氣氛，其中基本上沒有氧化和中性氣體。即，該氣氛優(yōu)選包括氮化氣體，例如氮?dú)饣虬睔狻Ｈ绻皇窃谝贿_(dá)到退火溫度就立即實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶片的空位濃度的增加，則在接近達(dá)到退火溫度時(shí)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶片的空位濃度的增大。在全部為氮化的氣氛中在該溫度下對晶片的繼續(xù)退火將進(jìn)一步增大空位濃度。典型地，將晶片保持在該溫度下至少一秒鐘，典型地至少幾秒鐘(例如，至少3秒鐘)或者甚至幾十秒鐘。在一個(gè)實(shí)施例中，將晶片保持在該溫度下至少10秒鐘，優(yōu)選地至少15秒鐘。晶片被退火最長達(dá)約60秒鐘(這接近商業(yè)可用的快速熱退火爐的極限)。在任何情況下，在所選擇的環(huán)境中且在退火溫度下對晶片退火，保持對于晶格空位成為晶片體中的主要^E點(diǎn)缺陷足夠的時(shí)間，從而克服砷或磷摻雜劑可能已經(jīng)對在單晶生長時(shí)在硅晶體中的本征點(diǎn)缺陷的相對濃度施加的任何影響。從數(shù)學(xué)上考慮，該過程獲得注入空位和由于Cz生長條件而存在的空位的和，該和大于硅自填隙子和摻雜劑填隙子的和，即[空位inj+[空位CzH填隙子]Si+[填隙子慘雜劑。對于較短的退火時(shí)間，僅^面附近的區(qū)域成為空位主導(dǎo)的(如果硅具有作為處于生成態(tài)(as-grownstate)的主要本征點(diǎn)缺陷的硅自填隙子)。對于較長的退火時(shí)間，晶片的整個(gè)厚度成為空位主導(dǎo)的。可以在多種商業(yè)可用的快速熱退火("RTA")爐中的任何一種中進(jìn)行快速熱退火，在該RTA爐中，分別通過幾排高功率燈加熱晶片。RTA爐能夠快速加熱硅晶片，例如，它們能夠在幾秒鐘內(nèi)將晶片從室溫加熱到1250。C。一種這樣的商業(yè)可用的RTA爐是從MattsonTechnologyInc(47131BaysideParkway,Freemont，CA94538)可得的3000RTP爐。晶格空位，如金屬和其它元素，能夠以與溫度相關(guān)的擴(kuò)散速度擴(kuò)散穿過單晶硅。例如，在快速熱退火步驟中晶片被退火時(shí)所處的溫度附近的溫度下，晶格空位相對可移動，然而在700'C的溫度下，對于任何商業(yè)實(shí)用的時(shí)間周期，晶格空位基本上不可移動。迄今獲得的實(shí)B據(jù)表明，在低于約700。C、可能800。C、900。C或者甚至1000。C的溫度下，空位的擴(kuò)散速度顯著降低，對于任何商業(yè)實(shí)用的時(shí)間周期，可以認(rèn)為空位不可移動。在完成快速熱退火時(shí)，晶片被快速冷卻通過這樣的溫度范圍，在這些溫度下，晶格空位在單晶硅中相對可移動。再次參考圖1，隨著晶片1的溫度降低通過該溫度范圍，空位擴(kuò)散到表面層3，5,并且被湮滅，由此引起空位濃度的改變，其中改變的程度取決于晶片在該范圍內(nèi)的溫度下保持的時(shí)間長度。如果晶片在該范圍內(nèi)的該溫度下保持無限的時(shí)間周期，則在整個(gè)晶片體ll內(nèi)，空位濃度將再一次成為實(shí)質(zhì)上均勻的，其中該濃度是這樣的平衡值，該平衡值顯著小于緊接在熱處理步驟完成之后的晶格空位濃度。為避免該結(jié)果，使得晶片快速冷卻，以在晶片體內(nèi)凝固超飽和密度的晶格空位。通常，在該溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速度為每秒鐘至少約5匸，優(yōu)選地每秒鐘至少約2ox:，更優(yōu)選地每秒鐘至少約5ox:，進(jìn)一步更優(yōu)選地每秒鐘至少約ioo'c，其中目前最優(yōu)選處于每秒鐘約ioo'c至約20ox:的范圍內(nèi)的冷卻速度。由于無限快速的冷卻是不可實(shí)現(xiàn)的，因此至少一些空位將在表面層處從晶片擴(kuò)散。只要冷卻足夠快，足以在整個(gè)晶片體內(nèi)凝固超飽和濃度的空位，以便在接i^面區(qū)中或者在整個(gè)體中，晶片是空位占主導(dǎo)的，那么與在快速熱退火結(jié)束時(shí)獲得的密度相比，在快速冷卻之后較低的空位密度不是重要的。一旦晶片被冷卻到晶格空位在單晶硅中相對可移動時(shí)所處的溫度范圍之外的溫度，冷卻速度就似乎不顯著地影響晶片的沉淀特性，因此似乎不是苛刻地關(guān)鍵的。通常，可以在前述用于退火步驟的氣氛的任何一種中進(jìn)行快速冷卻步驟。然而，為了方便簡單，通常優(yōu)選退火和冷卻步驟在相同或者至少基本上相同的氣氛中進(jìn)行。作為快速熱退火和冷卻步驟的結(jié)果，超飽和濃度的晶格空位被凝固到重?fù)诫s的晶片中。雖然不能直接地快速測量該超飽和的空位濃度，但可以通過擇一地使用(i)在超過約700'C的溫度下的氧沉淀熱處理(例如，使晶片在800t:下持續(xù)4-8小時(shí)退火，然后在1000r下持續(xù)16小時(shí)退火)或者(ii)氧沉淀核溶解熱處理(例如，在iooo"c下is分鐘)，間接地確定其存在。在氧沉淀熱處理中，超飽和的空位促進(jìn)氧沉淀物的形成，并且所產(chǎn)生的晶片將具有至少約lxl(f氧沉淀物/cii^的氧沉淀濃度。然而，如果在對晶片進(jìn)行氧沉淀熱處理之前對晶片進(jìn)行氧沉淀核溶解熱處理，那么，溶解熱處理將降低晶片中的晶格空位濃度，使其低于促進(jìn)沉淀時(shí)的閾值。例如，氧沉淀核溶解熱處理可包括以下步驟(i)以至少2"C/sec的速度將晶片加熱到至少950X:的退火溫度，以及(ii)在對晶片進(jìn)行在超過700'C的溫度下的氧沉淀熱處理之前，將晶片從退火溫度冷卻到700"C以下。結(jié)果，在氧沉淀熱處理之前經(jīng)歷氧沉淀核溶解熱處理的晶片將不形成具有至少^107氧沉淀物/113的濃度的氧沉淀物，而經(jīng)歷氧沉淀熱處理(不經(jīng)歷在快速熱退火和冷卻之后且在氧沉淀熱處理之前的氧沉淀核溶解步驟)的晶片將形成具有至少lxl(f氧沉淀物/cm3,典型地約lxl(T氧沉淀物/cm3至約lxl0^氧沉淀物/cm3，優(yōu)選地約lxl()S氧沉淀物/cmS至約lxl(^氧沉淀物/cm3，更優(yōu)選地約"109氧沉淀物/113至約lxl0"氧沉淀物/cm3的濃度的氧沉淀物。本發(fā)明的晶片中的晶格空位的濃度分布部分地隨著從退火溫度到晶格空位相對不移動時(shí)所處的溫度的冷卻速度而變。如前所述，從退火溫度開始冷卻的速度可對晶格空位濃度產(chǎn)生顯著影響。由于晶片不能無限快速地冷卻，一些晶格空位將不可避免地在它們被凝固到晶片中之前擴(kuò)散到a面并且逃逸。結(jié)果，晶片會具有氧沉淀行為不同的i^面區(qū)(在表面與從表面測量的距離Dl之間的區(qū)域，如圖1中所示)和晶片體(在圖1中從虛中心面延伸到i^面區(qū)的區(qū)域)。即，氧沉淀物在體中以在氧沉淀熱處理期間的至少約lxl(T氧沉淀物/cn^的濃度形成，但是在a面區(qū)中，氧沉淀物的濃度小于在氧沉淀熱處理期間的lx107氧沉淀物/cm3。通常，近表面區(qū)的深度隨著冷卻速度的降低而增加；典型地，i^面區(qū)的深度為至少3微米，更典型地至少5微米，其甚至可超過10微米。優(yōu)選地，近表面區(qū)具有約3至約5微米，更優(yōu)選約5至約10微米的深度。本發(fā)明的晶片中的晶格空位的濃度分布還隨著用于快速熱退火步驟的氣氛而改變。當(dāng)在退火步驟期間使用氮化的氣氛時(shí)，晶格空位的濃度傾向于作為距離晶片表面的深度的函數(shù)而降低(即，體層包括不均勻濃度的晶格空位，因而最大濃度在晶片表面處或晶片表面附近，并且該濃度通常朝虛中心面方向降低，因而最小濃度在虛中心面處或虛中心面附近)。當(dāng)這樣的晶片凈皮快速冷卻時(shí)，在i^面區(qū)中的一些空位有時(shí)間逃逸出系統(tǒng)，從而產(chǎn)生這樣的分布，在該分布中最大空位濃度在虛中心面與晶片表面的中間的某處(即，其具有"M"狀分布，從而晶格空位的濃度通常朝前表面層和中心面方向都降低)，其中最大密度的位置在離開晶片表面一距離處，該距離隨著冷卻速度的降低而增加；在這種情況下，最大濃度將出現(xiàn)在距離晶片表面約20至約70微米的深度處。C.對晶片的后處理本發(fā)明的硅晶片可用于各種應(yīng)用中。例如，可以在集成電路制造工藝中直接使用具有被拋光至鏡面光潔度的棵a面的這種晶片(即，拋光晶片)。可選地，該晶片可用作用于同質(zhì)外延沉積或SOI(通過層轉(zhuǎn)移或氧注入)的襯底。1.蝕刻如上所述，本發(fā)明的快速熱加熱和冷卻步驟通常將導(dǎo)致形成這樣的晶片，該晶片具有在氧沉淀熱處理中不同地表現(xiàn)的區(qū)域在i^面區(qū)中，通常不形成氧沉淀物，而在晶片體中，形成氧沉淀物。如果需要，可以通過化學(xué)蝕刻(例如，在腐蝕劑或酸蝕刻劑中蝕刻)去除該i^面區(qū)，以產(chǎn)生將在氧沉淀熱處理中從前表面到后表面形成氧沉淀物的晶片。如果需要，可以通過化學(xué)蝕刻基本上但不完全地去除近表面區(qū)，以產(chǎn)生將在氧沉淀熱處理中在從具有小于2nm的深度D1的前表面層延伸的體區(qū)中形成氧沉淀物的晶片。2.拋光如果不將用于快速熱退火步驟中的晶片提前拋光至鏡面光潔度，那么在快速熱退火和冷卻步驟之后，可以將晶片化學(xué)或者化學(xué)機(jī)械拋光至鏡面光潔度。再次地，如果需要，可以在這樣的拋光步驟中去除近表面區(qū)，以產(chǎn)生將在氧沉淀熱處理中從前表面到后表面形成氧沉淀物的晶片。3.外延層該晶片可制備用于外延層沉積。如果將要在晶片上沉積外延層，則可以在外延沉積之前或之后實(shí)施本發(fā)明的方法。如果在外延沉積之前實(shí)施，則希望在本發(fā)明的方法之后且在外延沉積之前在晶片中穩(wěn)定氧沉淀成核中心。如果在外延沉積之后實(shí)施，則希望緊接在外延沉積之后在外延反應(yīng)室中實(shí)施本發(fā)明的方法，只要可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法所需要的冷卻速度。外延層可以沉積到整個(gè)晶片上，或者，可選地，可以僅僅沉積到晶片的一部分上。參考圖l,外延層13優(yōu)選地沉積在晶片的前表面3上。更優(yōu)選地，其被沉積在晶片的整個(gè)前表面3上。是否優(yōu)選將外延層沉積到晶片的任何其它部分將取決于晶片的預(yù)定用途。對于多數(shù)應(yīng)用，在晶片的任何其它部分上存在或不存在外延層不是重要的。晶片表面可包括氧化物或氮化物層。例如，當(dāng)其在室溫下暴露于空氣中時(shí)，在a面上形成氧化硅層，并且該氧化硅層通常具有約10至約15的厚度。氮化硅層可以由在氮化的氣氛中快速熱退火形成。該晶片可具有包括混合化學(xué)計(jì)量的氧化物和氮化物的表面層(下文中稱為"氮化物/氧化物層")。優(yōu)選地，在將外延層沉積到表面上之前，從晶片的表面去除氮化物、氧化物或者氮化物/氧化物層。通過在無氧化劑的氣氛中加熱晶片的表面，直到M面去除氧化物或者氮化物/氧化物層，實(shí)現(xiàn)氧化硅或氮化物/氧化物層的去除。例如，優(yōu)選地，將晶片的表面加熱到至少約1100C的溫度，更優(yōu)選將其加熱到至少約1150'C的溫度。該加熱優(yōu)選在將晶片的表面暴露于包括H2或稀有氣體(例如，He、Ne或Ar)的氣氛的同時(shí)進(jìn)4亍。更優(yōu)選地，氣氛包括112。最優(yōu)選地，氣氛基本上由H2構(gòu)成，這是因?yàn)槠渌鼩夥盏氖褂脙A向于引起在晶片的表面中形成蝕坑。通常，優(yōu)選加熱晶片表面，以去除氧化硅或氮化物/氧化物層，然后，在去除氧化硅或氮化物/氧化物層之后小于30秒(更優(yōu)選在約10秒內(nèi))開始硅沉積。通常，這可以通過將晶片表面加熱至至少約iioox:(更優(yōu)選至少約1150n)的溫度，然后在晶片表面達(dá)到該溫度之后小于30秒(更優(yōu)選在約10秒內(nèi))開始硅沉積而實(shí)現(xiàn)。在去除氧化硅或氮化物/氧化物層之后等待至多約10秒開始硅沉積允許晶片的溫度穩(wěn)定且變?yōu)榫鶆虻?。可選地，可以化學(xué)剝離氧化硅或氮化物/氧化物層。在a面具有氮化物/氧化物層的實(shí)施例中，化學(xué)剝離是對于去除氮化物/氧化物層的優(yōu)選方法。可以通過使用磷酸、氫氟酸或其它已知的酸的本領(lǐng)域公知的方法來進(jìn)行化學(xué)剝離。在另一可選實(shí)施例中，可以通過使用例如從AppliedMaterials可得的eMAX的等離子體蝕刻或本領(lǐng)域公知的其它方法來蝕刻氧化物或氮化物/氧化物層。在表面層主要是氮化硅層的實(shí)施例中，可以通過拋光、化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻(例如從AppliedMaterials可得的eMAX，或者本領(lǐng)域乂i^p的其它蝕刻方法)，去除氮化物層。優(yōu)選通過化學(xué)氣相沉積進(jìn)行外延沉積。一般而言，化學(xué)氣相沉積包括在外延沉積反應(yīng)室例如從AppliedMaterials可得的Centura反應(yīng)室中，將晶片的表面暴露于包括硅的氣氛中。優(yōu)選地，將晶片的表面暴露于包含包括珪的揮發(fā)性氣體(例如，SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl或SiH4)的氣氛中。該氣氛還優(yōu)選包括載氣(優(yōu)選H2)。例如，在外延沉積期間硅源可以為SiH2Cl2或SiH4。如果使用SiH2Cl2，在沉積期間反應(yīng)室真空壓強(qiáng)優(yōu)選為約500至約760乇。另一方面，如果使用SiH4,則反應(yīng)室壓強(qiáng)優(yōu)選為約100乇。更優(yōu)選地，在沉積期間硅源為SiHCl3。這傾向于比其它源更便宜。另外，可以在大氣壓力下進(jìn)行使用SiHCb的外延沉積。這是有利的，因?yàn)椴恍枰婵毡们曳磻?yīng)室不必如此堅(jiān)固以防止毀損。并且，呈現(xiàn)更少的安全隱患，且減少空氣或其它氣體泄漏^反應(yīng)室的機(jī)會。在外延沉積期間，優(yōu)選地將晶片表面的溫度斜升(ramp)至且保持在足以防止包括硅的氣氛在表面上沉積多晶硅的溫度。通常，在該周期期間表面溫度優(yōu)選在至少約900。C。更優(yōu)選地，表面溫度保持在約1050"C至約1150"C的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，表面溫度保持在氧化硅去除溫度。如果在本發(fā)明的快速熱退火之后沉積外延層，則急劇的溫度斜升會消散晶格空位。那么，晶片會變成填隙子占主導(dǎo)，這將阻止在氧沉淀熱處理期間氧沉淀物的形成和生長。通過選擇相對平緩的溫度斜升或步進(jìn)式斜升，以^更晶格空位可以與較高的溫度相稱，來避免該結(jié)果。有利地，相對平緩的溫度斜升還可穩(wěn)定在晶片體中的氧沉淀核。外延沉積的生長速度優(yōu)選為約0.5至約7.0fim/min。例如，通過在約1150"C的溫度下使用實(shí)質(zhì)上由約2.5摩爾％的SiHCb和約97.5摩爾％的H2構(gòu)成的氣氛以及最高約latm的絕對壓力，可以獲得約3.5至約4.0fun/min的速度。在一些應(yīng)用中，晶片包括賦予電特性的外延層。在同質(zhì)外延層沉積中，外延層用磷輕摻雜。因此，用于外延沉積的環(huán)境包括例如作為揮發(fā)性化合物存在的含磷物質(zhì)，例如磷化氫PBb?？蛇x地，同質(zhì)外延層可包含硼?？梢酝ㄟ^在沉積期間在例如包括B2H6的氣氛中制備這樣的層。外延沉積典型地需要在外延沉積之后的外延后清洗步驟，以去除在外延沉積期間形成的副產(chǎn)物。該步驟用于防止與時(shí)間相關(guān)的霾(haze)，如果副產(chǎn)物與空^應(yīng)，則會產(chǎn)生這種霾。另外，許多外延后清洗技術(shù)傾向于在外延表面上形成氧化硅層，該氧化硅層傾向于鈍化(例如，保護(hù))該表面?？赏ㄟ^本領(lǐng)域>^知的方法來清洗本發(fā)明的外延晶片。4.絕緣體上硅(SOI)絕緣體上硅結(jié)構(gòu)通常包括器件層、處理晶片(handlewafer)或支撐層、以及在支撐層與器件層之間的絕緣膜或?qū)?典型地為氧化物層)。通常，器件層的厚度為約0.5至20微米?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的各種技術(shù)，例如SIMOX或BESOI來制備絕緣體上珪結(jié)構(gòu)。例如，可以通過對晶片進(jìn)行在本領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)的離子注入工藝的SIMOX工藝，制備SOI結(jié)構(gòu)。(參見例如美國專利No.5,436,175和PlasmsImmersionIonImplantationforSemiconductorProcessing,MaterialsChemistryandPhysics46(1996)132-139，在此引用其內(nèi)容作為參考)。還可以通過接合兩個(gè)晶片且去除接合晶片中的一者的一部分來制備SOI結(jié)構(gòu)。例如，可以通過BESOI工藝來制備SOI結(jié)構(gòu)，其中將晶片接合到另一個(gè)晶片，然后使用公知的晶片減薄技術(shù)，蝕刻去掉兩個(gè)晶片中的一者的大部分，從而獲得器件層(參見例如美國專利No.5,024,723和No.5,189,500，在此引入其內(nèi)容作為參考)。以下實(shí)例將示例本發(fā)明。實(shí)例通過切克勞斯基法拉出紅磷摻雜的硅單晶，對其切割和拋光，以形成硅晶片。每個(gè)晶片的起始氧濃度為約12PPMA至約18PPMA,并且電阻率為約1.2mQ-cm至約1.7mQ-cm。然后對晶片進(jìn)行在氮?dú)庵械目焖贌嵬嘶稹⒖焖倮鋮s，并對其進(jìn)行氧沉淀穩(wěn)定處理和生長。如表I所示改變快速熱退火的溫度，但是所有的樣品都被退火15秒鐘。以60t:/sec的速度冷卻樣品。在800X:的溫度下持續(xù)4小時(shí)，接著在IOOO'C的溫度下持續(xù)16小時(shí)，發(fā)生氧沉淀形成和穩(wěn)定處理。在每個(gè)晶片的中心處、半徑一半處、以及邊緣處測量氧沉淀物的平均濃度和峰值濃度。對于所有的樣品，觀測到在晶片表面附近出現(xiàn)峰值濃度。結(jié)果示于表I中。表I在磷重?fù)诫s的晶片中的BMD濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>鑒于以上內(nèi)容，可以看出，已實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的幾個(gè)目的。由于只要不脫離本發(fā)明的范圍，可以進(jìn)行上述i且成和方法的各種修改，所有包含在上述i兌明書中的內(nèi)容旨在被解釋為示例性的而不是限制性的。當(dāng)介紹本發(fā)明的要素或者其優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，冠詞"一，，、"該"和"所述"旨在表明存在一個(gè)或多個(gè)要素。術(shù)語"包括，，和"具有"旨在非遍舉的，且表明可存在除了所列舉的要素以外的另外的要素。權(quán)利要求1.一種晶片，其從通過切克勞斯基法生長的單晶硅錠切割而成，所述晶片包括前表面、后表面、虛中心面、前表面層以及體層，其中所述虛中心面在所述前表面和所述后表面之間，所述前表面層包括所述晶片的在所述前表面與從所述前表面朝向所述中心面測量的距離D1之間的第一區(qū)，所述體層包括所述晶片的在所述中心面與所述第一區(qū)之間的第二區(qū)；并且所述晶片具有小于5mΩ-cm的電阻率，摻雜有磷或砷，并且在所述體層中具有超飽和濃度的晶格空位，從而(a)在超過700℃的溫度下對所述晶片進(jìn)行氧沉淀熱處理時(shí)，以至少1×107氧沉淀物/cm3的濃度在所述體層中形成氧沉淀物，并且(b)通過(i)以至少2℃/sec的速度將所述晶片加熱至至少950℃的退火溫度，以及(ii)在對所述晶片進(jìn)行在超過700℃的溫度下的氧沉淀熱處理之前，將所述晶片從所述退火溫度冷卻到700℃以下，來降低晶格空位的超飽和濃度，并且避免以至少1×107氧沉淀物/cm3的濃度在所述體層中形成氧沉淀物。2.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中所述體層具有至少約lxl()S氧沉淀物/cm3的氧沉淀物密度。3.根據(jù)權(quán)利要求1的晶片，其中所述體層具有至少約lxl(^氧沉淀物/cm3的氧沉淀物密度。4.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述前表面被拋光。5.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述前表面被研磨和蝕刻。6.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，還包括在所述前表面上的外延層。7.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，具有小于約5xl0"原子/ci^的碳濃度。8.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，具有小于約lxlO"原子/ci^的碳濃度。9，根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，具有小于約5xl0"原子/cii^的碳濃度。10.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述摻雜劑是砷。11.根據(jù)權(quán)利要求10的晶片，其中砷以至少約lxlO"原子/ci^的濃度存在。12.根據(jù)權(quán)利要求10的晶片，其中砷以約lxlO"原子/cii^至約3xl019原子/113的濃度存在。13.根據(jù)權(quán)利要求10的晶片，其中砷以約1.7xl0"原子/ci^至約3xl019原子/113的濃度存在。14.根據(jù)權(quán)利要求10的晶片，其中所述晶片的電阻率為約2.6mQ-cm至約3.9mQ-cm。15.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述摻雜劑是磷。16.根據(jù)權(quán)利要求15的晶片，其中磷以至少約lxlO"原子/ci^的濃度存在。17.根據(jù)權(quán)利要求15的晶片，其中磷以約lxlO"原子/cmS至約4.5x1019原子/113的濃度存在。18.根據(jù)權(quán)利要求15的晶片，其中磷以約4.1xl019原子/cm3至約4.5xl0"原子/cm3的濃度存在。19.根據(jù)權(quán)利要求15的晶片，其中所述晶片的電阻率為約O.lmQ-cm至約2mQ-cm。20.根據(jù)權(quán)利要求15的晶片，其中所述晶片的電阻率為約l.lmQ-cm至約1.9mQ-cm。21.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述體層中的晶格空位的超飽和濃度是晶格空位的不均勻濃度，其中峰值濃度在所述中心面與所述前表面層之間的所述體層中，所述濃度通常朝所述前表面層和所述中心面方向降低。22.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中所述體層中的晶格空位的超飽和濃度是晶格空位的不均勻濃度，其中峰值濃度在所述前表面處或所述前表面附近，所述濃度通常朝所述中心面方向降低。23.根據(jù)權(quán)利要求l的晶片，其中在超過700'C的溫度下對所述晶片進(jìn)行氧沉淀熱處理時(shí)，所述晶片的在所述前表面與從所述前表面朝向所述中心面測量的距離Dl之間的所述第一區(qū)包括濃度小于1x107氧沉淀物/cm3的氧沉淀物。24.才艮據(jù)權(quán)利要求23的晶片，其中Dl大于10jim。25.根據(jù)權(quán)利要求23的晶片，其中Dl小于10nm。26.根據(jù)權(quán)利要求23的晶片，其中Dl小于2jun。27.—種用于熱處理單晶硅晶片以在隨后的熱處理步驟中影響在所述晶片中氧的沉淀行為的方法，所述單晶硅晶片從通過切克勞斯基法生長的單晶硅錠切割而成，所述珪晶片具有前表面、后表面、中心面、前表面層以及體層，其中所述中心面在所述前表面和所述后表面之間，所述前表面層包括所述晶片的在所述前表面與從所述前表面朝向所述中心面測量的距離Dl之間的區(qū)域，所述體層包括所述晶片的在所述中心面與所述前表面層之間的區(qū)域，所述晶片摻雜有砷或磷，并且具有小于約5mQ-cm的電阻率，所述方法包括以下步驟在包括含氮?dú)怏w的氣氛中熱處理所述單晶硅晶片，以增大在所述晶片體中的晶格空位的密度，以及冷卻所述熱處理的晶片，以使所述晶片體中的晶格空位達(dá)到超飽和。28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在超過約700"C的溫度下對所述冷卻的晶片進(jìn)行氧沉淀熱處理使得在所述體層中形成氧沉淀物。29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述氧沉淀熱處理步驟使得以至少約lxl(T氧沉淀物/cm3的密度形成氧沉淀物。30.才艮據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述氧沉淀熱處理步驟使得以至少約"108氧沉淀物/113的密度形成氧沉淀物。31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述氧沉淀熱處理步驟使得以至少約^109氧沉淀物/113的密度形成氧沉淀物。32.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述包括含氮?dú)怏w的氣氛包括氮?dú)饣虬睔狻?3.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述熱處理所述單晶硅晶片包括以至少約10°C/sec的加熱速度將所述晶片加熱至至少約1200X:的溫度，并且使所述晶片在該溫度下維持至少約1秒且小于約60秒的時(shí)間。34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所ii^熱速度為至少約60'C/sec。35.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述熱處理所述單晶硅晶片包括以至少約10。C/sec的加熱速度將所述晶片加熱至至少約1230'C的溫度，并且使所述晶片在該溫度下維持至少約1秒且小于約60秒的時(shí)間。36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述加熱速度為至少約60'C/sec。37.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述熱處理所述單晶硅晶片包括以至少約10'C/sec的加熱速度將所述晶片加熱至至少約1230"C的溫度，并且使所述晶片在該溫度下維持約15秒的時(shí)間。38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述加熱速度為至少約60。C/sec。39.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中以至少約20。C/秒的速度將所述熱處理的晶片冷卻通過這樣的溫度范圍，在所述溫度范圍中，晶格空位在硅中相對可移動。40.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中以至少約50。C/秒的速度將所述熱處理的晶片冷卻通過這樣的溫度范圍，在所述溫度范圍中，晶格空位在硅中相對可移動。41.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中以至少約100。C/秒的速度將所述熱處理的晶片冷卻通過這樣的溫度范圍，在所述溫度范圍中，晶格空位在硅中相對可移動。42.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述晶片為用于外延的襯底，并且所述方法還包括在所述晶片的所述前表面上沉積外延層的步驟。43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中在所述熱處理步驟之后沉積所述外延層。44.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述沉積外延層包括以下步驟將所述晶片暴露于包括SiHCl3、H2和PH3的氣氛。全文摘要一種用于制備低電阻率的砷或磷摻雜的(N+/N++)硅晶片的方法，在實(shí)質(zhì)上任何任意電子器件的制造工藝的熱處理周期期間，所述方法可靠地形成氧沉淀物。文檔編號C30B29/06GK101351580SQ200680050340公開日2009年1月21日申請日期2006年11月8日優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日發(fā)明者G·博里奧納蒂,R·J·法爾斯特,V·沃龍科夫申請人:Memc電子材料有限公司