[发明专利]外延硅晶片和其制造方法

说明书

外延硅晶片的制造方法，其包括：预热处理步骤，对氧浓度处于9×10¹⁷原子/cm³~16×10¹⁷原子/cm³的范围、且包含氧析出抑制区域而不含位错簇和COP的硅晶片，实施用于提高氧析出物密度的热处理；以及，外延层形成步骤，在预热处理步骤之后，在硅晶片的表面上形成外延层。该制造方法还包括：热处理条件确定步骤，基于实施预热处理步骤之前的硅晶片中的氧析出抑制区域的比例，确定预热处理步骤中的热处理条件。通过该制造方法，能够制造外延缺陷的密度少、且遍及晶片的径向的整个区域的吸杂能力优异的外延硅晶片。

技术领域

本发明涉及外延硅晶片和其制造方法，更详细而言，涉及使用不含位错簇和COP(Crystal Originated Particle，晶体源生颗粒)的硅晶片得到的外延硅晶片和其制造方法。

背景技术

硅晶片中的氧析出物(BMD；Bulk Micro Defect，体微缺陷)在半导体器件工艺中对于捕获杂质而言是有用的。该氧析出物例如在作为晶片的原材料的硅单晶的培育阶段形成。但是，针对外延硅晶片，已知在外延生长处理时，由于将晶片暴露于高温，导致晶片内部的氧析出物会消失，杂质捕获能力(吸杂能力)变低。因此，寻求提供杂质捕获能力优异的外延晶片。

为了获得这样的外延硅晶片，已知在外延生长处理前在600℃以上的温度下进行晶片的热处理的技术(预退火技术)(例如参照专利文献1)。通过该热处理，预先提高晶片内部的氧析出物密度，从而使得在外延生长处理后以充分的密度残留有氧析出物，由此能够提高外延生长后的晶片的杂质捕获能力。

另一方面，对于制造高品质的半导体器件而言，重要的是不向成为基板的外延硅晶片的外延层中导入缺陷。但是，外延层逐渐薄膜化，如果在形成外延层的硅晶片的表层部中存在缺陷，则存在外延层中产生由该缺陷引起的堆垛层错等外延缺陷的担忧。

硅晶片所包含的缺陷中，会成为外延缺陷原因的有位错簇和COP。位错簇是在晶格间过量引入的晶格间隙硅的聚集物，是尺寸例如为10μm左右的大型缺陷(位错环)。COP是应构成晶格的原子缺失而成的空孔的聚集物(空孔聚集空洞缺陷)。为了不产生外延缺陷，有用的是使用不存在位错簇和COP的晶片。

硅晶片中，作为不存在COP和位错簇的区域，有氧析出促进区域(以下也称为“Pv区域”)和氧析出抑制区域(以下也称为“Pi区域”)。Pv区域是空孔型点缺陷占优势的无缺陷区域，Pi区域是晶格间隙硅型点缺陷占优势的无缺陷区域。

如果将硅单晶的提拉速度记作V、将刚提拉后的单晶内的生长方向的温度梯度记作G，则取决于V/G，可能出现COP、或出现位错簇、或者它们均不出现。如果从硅单晶的中心轴起算的距离相同，则随着V/G变大，会依次出现包含位错簇的区域、Pi区域、Pv区域和包含COP的区域。晶片中混合存在多种区域时，各区域相对于晶片的中心以同心状分布。

由不存在COP和位错簇的区域构成的硅晶片作为外延生长用的基板晶片是有用的。但是，以遍及晶片的整个区域均成为同种结晶区域(例如，仅为Pv区域和Pi区域中的一者)的方式培育硅单晶是非常困难的。其原因在于，控制工艺的允许幅度窄、具体而言是可允许的V/G范围窄。如果允许在能够得到Pv区域和Pi区域这两者的培育条件的范围内培育单晶，则控制工艺的允许幅度拓宽，能够稳定地生产不含位错簇和COP的结晶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2003/009365号。

发明内容

发明要解决的问题