[发明专利]硅单晶基底及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅单晶基底及其制造方法，尤其是涉及由佐克拉斯基方法生长的硅单晶切片形成的硅单晶基底及其制造方法。

背景技术

安装在汽车、家用电器或类似物上的功率器件应该有高的击穿电压，以及影响其特性的基底电阻。因此，要求用作基底的硅晶片电阻率高而其变化却少。

用于功率器件的基底的硅单晶主要用佐克拉斯基方法(CZ方法)制造。使用CZ方法，由于如硼和磷的掺杂物相对硅单晶的偏析系数小于1，硅熔体中的掺杂物浓度会随着硅单晶生长而变高。因此，长成的硅单晶中的掺杂物浓度在生长轴方向有变化，结果是，硅单晶的电阻率在生长轴方向有变化。因此，电阻率难以控制。

日本专利公开号No.2003-137687描述了抑制晶体生长方向电阻率变化的方法，该方法包括对应于25-30％的硼浓度向初始硅熔体加入磷并用佐克拉斯基方法生长晶体。

日本专利公开号No.2007-191350描述了制造用于IGBT(绝缘栅双极晶体管)的硅单晶晶片的方法，其中晶片径向的电阻率变化不大于5％。

本发明要解决的问题

最近，用BCD(双极晶体管，CMOS(互补金属氧化物半导体)、和DMOS(扩散金属氧化物半导体))方法形成的功率半导体已经广泛用于击穿电压为中压(即至多200V)的应用。BCD方法是指一种方法技术，在该方法技术中整合了用于模拟控制的双极晶体管、能快速运行并适用于数字控制电路的CMOS、及适用于控制功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的DMOS的方法控制。

在BCD方法中制造的用于功率器件的硅基底要求在基底上有均匀的阻抗，在基底表面层有较少的氧沉淀物块体微缺陷(BMD)，并且在基底厚度的中心有适中的BMD。

使用日本专利公开号2003-137687中所述的方法，至多90％固化分率(solidified fraction)时的电阻率在生长轴方向的变化率高并且不能满足对BCD器件的质量要求。此外，使用日本专利公开号2007-191350中所述的方法，晶片的径向变化大并且不能满足对BCD器件的质量要求。而且，日本专利公开号2007-191350中所述的器件为IGBT，IGBT是电流沿垂直于基底表面的方向流动的那种类型。因此，BMD应该在跨越基底厚度方向上较少。然而，降低BMD导致吸除重金属而导致功能更低。

本发明因考虑到上述问题而产生，其中一个目标是提供硅单晶基底，所述硅单晶基底在基底上有均匀的阻抗，在基底表面层有较少的BMD，并且在基底厚度的中心有适中的BMD，并且提供制造硅单晶基底的方法。

解决问题的方法

根据本发明的硅单晶基底是由佐克拉斯基方法生长的硅单晶切片形成的硅单晶基底，并且具有以下特征。硅单晶基底具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面。硅单晶基底第一主表面中心的电阻率不低于50Ω·cm，并且第一主表面的电阻率变化率不大于3％。器件形成区中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度低于1×10⁸/cm³，所述器件形成区为位于第一主表面与第一主表面朝第二主表面深入50μm处的平面之间的区域。一个区域中氧沉淀物块体微缺陷的平均密度不低于1×10⁸/cm³且不大于1×10⁹/cm³，所述区域为位于第一主表面朝第二主表面深入300μm处的平面与深入400μm处的平面之间的区域。

优选地，以上硅单晶基底的氧浓度不低于5.0×10¹⁷原子/cm³且不大于7.0×10¹⁷原子/cm³，并且氮浓度不低于2.0×10¹³原子/cm³且不大于4.0×10¹⁴原子/cm³。

根据本发明的BCD器件具有以上硅单晶基底，以及形成在器件形成区中的CMOS、DMOS、和双极晶体管。