專利名稱：硅半導(dǎo)體襯底的熱處理方法以及使用該方法處理的硅半導(dǎo)體襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由單晶硅構(gòu)成的用于形成集成電路等的硅半導(dǎo)體用襯底，以及控制硅半導(dǎo)體襯底的深度方向的缺陷密度分布的熱處理方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路等器件中使用的硅半導(dǎo)體用襯底(晶片)，主要是由基于直拉法(CZ法)的單晶硅來制造。CZ法是在石英坩堝內(nèi)的熔融硅中浸入籽晶，然后提起，進(jìn)行單晶生長，因此氧會從保持有熔融硅的石英坩堝混入到該單晶硅中。該氧在晶體剛剛凝固后的高溫下充分地固溶于晶體，但隨著晶體的冷卻，溶解度急速降低，所以通常在單晶體中以過飽和狀態(tài)存在。
在從該單晶體取得的晶片中，過飽和固溶的氧雖然會因之后的器件制造工序中的熱處理而作為氧化物析出，但該析出物如果在晶片表層的器件制作區(qū)域產(chǎn)生，則會損害器件的性能。但是，從另一方面講，在硅襯底內(nèi)部生成的析出物被稱為BMD(Bulk Micro Defect)，其作為捕獲在器件的制造過程中侵入晶片導(dǎo)致其性能劣化的重金屬雜質(zhì)的吸收源而發(fā)揮有效的作用。利用了該BMD的吸收源被特別地稱為本征吸收，其作為吸收有害重金屬的吸收方法被廣泛地采用。為了使BMD能夠作為吸收源有效地發(fā)揮作用，需要其以某種程度以上的密度存在于晶片中，但是如果其存在密度過高，則會產(chǎn)生襯底的機(jī)械強(qiáng)度下降等難點(diǎn)。
針對這樣的器件制造過程，提出了使晶片表層的器件制作區(qū)域無缺陷、而在內(nèi)部以有效的密度產(chǎn)生作為吸收源的BMD的熱處理循環(huán)。其具有代表性的處理方法是(a)通過在氧化性氣氛中進(jìn)行以1100℃以上的高溫加熱5～100小時(shí)的氧的向外擴(kuò)散處理，在表面上形成成為低氧層，即、被稱為Denuted Zone(以下稱為DZ)的無缺陷層的部分，然后(b)通過在600～750℃的低溫下加熱，在晶片內(nèi)部形成有效的析出核，然后(c)在1000～1150℃的中溫或高溫下進(jìn)行熱處理，使上述析出核生長BMD，以確保吸收源，以上被稱為高-低-高(或者是中)循環(huán)。但是，該處理方法需要大量的時(shí)間，因而不具有良好的生產(chǎn)性。
近年來，提出了一種急速升降溫?zé)崽幚砑夹g(shù)(RTARapid ThermalAnnealing)，該技術(shù)不需要進(jìn)行這樣復(fù)雜且長時(shí)間的熱處理，即可帶來同樣的BMD的晶片深度方向構(gòu)造。這些技術(shù)不僅能夠以秒級這樣非常短的時(shí)間完成熱處理，而且能夠抑制成為BMD密度不均勻的原因的由晶體的熱履歷、氧濃度等的不均勻所造成的析出不均勻。并且，人們知道，在該RTA中，使用氬氣(Ar)氣氛(以下稱為“Ar氣氛“)，之后通過進(jìn)行BMD生長熱處理，能夠在表層確保充分深度的DZ，在內(nèi)部產(chǎn)生高密度的BMD。關(guān)于該BMD的分布形態(tài)，根據(jù)其形狀，可稱為倒U字分布。關(guān)于利用這樣的Ar氣氛RTA所得到的BMD分布，通過控制RTA中的保持溫度、保持時(shí)間以及從保持溫度下降的冷卻速度，可控制DZ的深度和內(nèi)部BMD的密度(例如，專利文獻(xiàn)1)。但是，對于該技術(shù)而言，由于接近表層的器件制作區(qū)域的BMD密度不高，高密度存在成為有害重金屬的吸收源的BMD的區(qū)域位于遠(yuǎn)離表層的位置，因此，難以獲得近年來器件制造商所要求的大的接近吸收效果。該要求是由于器件生產(chǎn)工藝的低溫化使得對器件制作區(qū)域造成污染的重金屬的擴(kuò)散速度變慢，所以希望把成為吸收源的BMD制作在距表層的器件制作區(qū)域盡可能近的區(qū)域。
據(jù)此，理想的BMD分布是，在硅晶片表面形成充分深度的無缺陷層、且在接近表層的位置高密度地形成成為吸收源的BMD。并且，如上所述，由于在晶片內(nèi)部如果BMD的密度過高，則產(chǎn)生襯底的機(jī)械強(qiáng)度下降等難點(diǎn)，所以不希望內(nèi)部的BMD密度過高。這種理想的BMD分布相對基于Ar氣氛RTA的倒U字，可稱為M分布。該BMD的M分布，可通過在氮化氣體、例如N2、NH3等或者這些氮化氣體與Ar(氬氣)、O2(氧氣)、H2(氫氣)等的混合氣體氣氛中進(jìn)行RTA獲得。例如，以800℃至1280℃范圍的RTA保持溫度、1秒至5分鐘范圍的RTA保持時(shí)間，進(jìn)行急速加熱、冷卻(例如，以50℃/sec的升溫或降溫)的RTA，然后進(jìn)行氧析出熱處理(例如800℃4小時(shí)+1000℃16小時(shí))，由此在晶片表層形成DZ，并且在接近DZ的內(nèi)部形成具有最高BMD密度的高密度層，進(jìn)而，在這些高密度層的內(nèi)側(cè)形成具有最低BMD密度的低密度層(例如，專利文獻(xiàn)2)。而且，在專利文獻(xiàn)2中，還記載了使上述最高BMD密度為3.5×109cm-3以上，而且使上述最低BMD密度為2.5×108cm-3以下。另外，通過使用氧濃度為11～17×1017atoms/cm3的襯底用材料，在包含氮?dú)獾臍夥罩幸?0～30℃/sec的升溫速度加熱到1100～1300℃，以1～25度/sec的冷卻速度進(jìn)行RTA處理，可制造成在表面具有10μm以上深度的無缺陷層，并且BMD密度在晶片深度中心部低，在接近表面的無缺陷層一側(cè)高的硅半導(dǎo)體用襯底(例如，專利文獻(xiàn)1或2)。
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-110683號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2003-7711號公報(bào)但是，在上述的專利文獻(xiàn)1和2中，未公開控制M分布形態(tài)，即、將BMD密度的最大值、呈現(xiàn)該最大值的位置距晶片表面的距離、以及晶片內(nèi)部的BMD密度控制為任意值的具體方法?？梢哉J(rèn)為還不能切實(shí)地控制用于決定M分布的最重要的因素。因此，在這些技術(shù)中，未給出將BMD分布控制為任意形狀的方法，因此，依靠這些技術(shù)，難以分別滿足每個(gè)器件制造商的要求不同的硅晶片接近吸收功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種在利用使用了含氮?dú)夥盏募彼偕禍責(zé)崽幚矶@得的晶片深度方向的BMD密度的M分布中，其分布可被控制為任意形態(tài)的硅晶片，以及用于穩(wěn)定地獲得這樣的硅晶片的熱處理方法。
本發(fā)明的發(fā)明人，針對基于氮?dú)鈿夥誖TA的M形BMD分布賦予效果，進(jìn)行了各種研究，注意到表面附近的BMD分布與在RTA中從氣氛氣體向內(nèi)擴(kuò)散到硅晶片中的氮的濃度分布相似，由此發(fā)現(xiàn)，該氮有助于BMD的M分布的形成。首先，說明由RTA氣氛的不同而引起的晶片深度方向BMD分布形態(tài)不同的情況。圖1是基于氮?dú)夥誖TA的BMD分布的一例。呈現(xiàn)出在接近表層的區(qū)域形成高密度的BMD、內(nèi)部的BMD密度低的典型的M分布。如果氣氛氣體使用Ar，則成為圖2所示的分布。與氮?dú)獾那闆r相比，呈現(xiàn)出內(nèi)部的BMD密度高、密度朝向表層逐漸下降的典型的倒U字分布。由此可知，RTA氣氛的不同對BMD分布的影響很大，特別是如果使用氮?dú)?，則能夠大幅增加表層附近的BMD密度。
下面，說明在RTA中從氣氛向硅晶片中進(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散的氮與BMD密度的關(guān)系。圖3A和圖3B表示利用氮?dú)鈿夥誖TA擴(kuò)散到硅晶片內(nèi)的氮的濃度、與氮?dú)鈿夥誖TA后的BMD密度(BMDN2)和Ar氣氛RTA后的BMD密度(BMDAr)在各個(gè)硅晶片深度方向位置處的差(BMDN2-BMDAr)的關(guān)系。圖3A所示的數(shù)據(jù)，是通過對氧濃度為13×1017atoms/cm3的晶片，進(jìn)行保持溫度(包含保持溫度范圍的概念)為1150～1250℃、保持時(shí)間為10～90sec的范圍的RTA處理所獲得的，為了調(diào)查RTA的冷卻速度對它們的關(guān)系的依賴性，在幾種保持溫度和保持時(shí)間的條件下，以2種冷卻速度水平(90℃/sec和10℃/sec)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。另外，為了調(diào)查晶片氧濃度的影響，在圖3B所示的保持溫度為1250℃、保持時(shí)間為30sec、冷卻速度為90℃/sec的條件下，分別以3種氧濃度(15×1017atoms/cm3、13×1017atoms/cm3、11×1017atoms/cm3)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。根據(jù)同一RTA條件，求出了BMD密度差下的各個(gè)BMD密度。另外，利用SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)測定了利用氮?dú)鈿夥誖TA擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮的濃度。圖3A和圖3B所示的BMD密度差(BMDN2-BMDAr)是根據(jù)距硅晶片的表面40μm以上的晶片內(nèi)部的BMD的值求出的。這是因?yàn)椋赗TA的急速冷卻過程中，在空穴濃度因空穴的向外擴(kuò)散而降低的晶片表層中，對BMD的產(chǎn)生影響大的氮的空穴捕獲效果急劇降低，由此BMD密度呈現(xiàn)冷卻速度依賴性，對此，將在后面進(jìn)行詳細(xì)說明。根據(jù)圖3A和圖3B可知，當(dāng)注入了1×1014atoms/cm3以上的氮時(shí)，BMD密度差增加，而且在氮濃度與BMD密度差之間存在相關(guān)性。并且，還可看出該關(guān)系與RTA的冷卻速度、晶片氧濃度無關(guān)。這些表示基于氮?dú)鈿夥誖TA的BMD密度在晶片表面附近的增加出現(xiàn)在滲透后的氮濃度為1×1014atoms/cm3以上的部分，而且只與氮濃度相關(guān)。由于RTA的保持溫度和保持時(shí)間決定了從氣氛向晶片內(nèi)進(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散的氮的濃度分布，所以，這些RTA條件對圖3A、圖3B所示的BMD密度差與氮濃度的關(guān)系的影響反映到氮濃度。因此，關(guān)于氮?dú)鈿夥誖TA中的表層附近的BMD密度，通過利用RTA的保持溫度、保持時(shí)間以及氣氛氣體的氮?dú)夥謮旱葋砜刂葡蚓瑑?nèi)進(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散的氮濃度分布，能夠控制為任意的值而不依賴于冷卻速度。
這里，作為一例，表示RTA氣氛使用Ar和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，通過改變該混合氣體的氮?dú)夥謮海刂葡蚓M(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散的氮的濃度分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，使氮?dú)獾姆謮簽?％、0.2％、0.5％、1％、100％。而且，統(tǒng)一地使RTA的保持溫度為1250℃、保持時(shí)間為30s、從保持溫度的冷卻速度為60℃/s。在RTA后利用SIMS(Secondary Ion MassSpectroscopy)測定了氮濃度。其結(jié)果如圖4所示。由此可看出在包含了氮?dú)獾臍夥罩?，表層?cè)的氮濃度高，并且朝向內(nèi)部濃度逐漸降低。而且，在從表面到100μm的范圍內(nèi)，氮?dú)夥謮涸礁邉t氮濃度越高。這些表示在RTA中，在氮從氣氛向晶片內(nèi)部擴(kuò)散的同時(shí)，隨著氮?dú)夥謮旱脑黾?，向晶片表層附近擴(kuò)散的氮量增加，因此，利用氮?dú)夥謮?，能夠?qū)⒌獫舛葘?shí)質(zhì)上控制為任意值。最表層的氮濃度的減少是由于RTA急速冷卻過程中的氮的向外擴(kuò)散。另一方面，在不包含氮?dú)?氮?dú)夥謮簽?％)的氣氛中，在RTA后，未檢測出氮。該例雖然是利用氣氛的氮?dú)夥謮嚎刂票韺痈浇牡獫舛鹊氖纠?，但該氮濃度如后述那樣，與根據(jù)擴(kuò)散方程式計(jì)算的結(jié)果非常一致。即，由于氮的移動遵循擴(kuò)散規(guī)律，所以利用RTA的保持溫度、保持時(shí)間等也能容易進(jìn)行控制。
下面，對通過計(jì)算求出利用RTA進(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散的氮濃度的一例進(jìn)行說明。首先，作為邊界條件需要決定表面的氮濃度。圖5表示本發(fā)明人決定的硅晶體中的氮的熱平衡濃度與RTA氣氛的氮?dú)夥謮阂约皽囟鹊年P(guān)系。圖5中的曲線是，在Ar和氮?dú)饣旌蠚怏w氣氛下，進(jìn)行改變了氮?dú)夥謮旱腞TA處理后(保持溫度為1250℃、1200℃、1100℃，保持時(shí)間都是30sec)，利用SIMS進(jìn)行了評價(jià)的硅晶片表面附近的氮濃度。作為計(jì)算的邊界條件，可給出圖5中所示的線，即式(1)和式(2)所示的熱平衡濃度Ceq。
P＞0.01Ceq＝3.42×1017exp(-0.62eV/kT)[cm-3] …(1)[式2]P≤0.01Ceq＝3.42×1018P1/2exp(-0.62eV/kT) …(2)這里，對各個(gè)變量進(jìn)行如下的規(guī)定。
P是氮?dú)夥謮?、在氮?dú)?N2)為100％時(shí)，P＝1.0。另外，k是波耳茲曼常數(shù)，具體為8.6171×10-5eV/K，T是絕對溫度(K)。
然后，在計(jì)算中需要使用擴(kuò)散常數(shù)，在此使用文獻(xiàn)[T.Itoh，T.Abe，Appl.Phys.Lett.Vol.53(1988)page 39]中所記載的式(3)。
D＝2.7×103exp(-2.8eV/kT)[cm2/sec] …(3)圖6表示從使用這些式子而計(jì)算出的RTA氮?dú)鈿夥罩袛U(kuò)散到晶片內(nèi)的氮的濃度分布和實(shí)測氮濃度分布(利用SIMS測定)。RTA條件為保持溫度1250℃、保持時(shí)間30s、從保持溫度的冷卻速度60℃/s、氣氛的氮?dú)夥謮?％。由此可知基于計(jì)算的氮的向內(nèi)擴(kuò)散動作可良好地再現(xiàn)實(shí)測值。這樣，根據(jù)RTA保持溫度、保持時(shí)間、氣氛的氮?dú)夥謮海ㄟ^計(jì)算可容易地預(yù)測從RTA氣氛中擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮濃度，從而使得其推定容易，實(shí)際處理也能夠高精度地進(jìn)行控制。
下面，對利用氮?dú)鈿夥誖TA向內(nèi)擴(kuò)散的氮濃度和與其相對應(yīng)的BMD密度的關(guān)系進(jìn)行說明。氮?dú)鈿夥誖TA后的BMD密度(BMDN2)和Ar氣氛RTA后的BMD密度(BMDAr)在各個(gè)硅晶片深度方向位置的差(BMDN2-BMDAr)，如圖3A和圖3B所示，出現(xiàn)在滲透后的氮濃度為1×1014atoms/cm3以上的部分，而且只與氮濃度相關(guān)。由于RTA的保持溫度和保持時(shí)間決定從氣氛氣體向內(nèi)擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮的濃度分布，所以，這些RTA條件對圖3A和圖3B所示的BMD密度差與氮濃度的關(guān)系的影響反映在氮濃度上。另一方面，基于Ar氣氛的BMD密度(BMDAr)如下面所述的那樣，與在RTA后殘留在晶片內(nèi)的空穴濃度(CV)具有密切的關(guān)系。例如，在日本特表2002-524852號公報(bào)(MEMC專利)和R.Falster et al.，Phys.Stat.Sol.(b)222，219(2000)中，采用白金擴(kuò)散法，以實(shí)驗(yàn)方式求出CV，并把其與BMD密度建立了關(guān)系。另外，在文獻(xiàn)M.Akatsuka et al.，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)pp.3055和文獻(xiàn)R.Falster et al.，Phts.Stat.Sol.(b)222，219(2000)中，通過對空穴和晶格之間硅原子的擴(kuò)散、對湮滅動作進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，來求出CV，并整理出其與BMD密度的關(guān)系。基于數(shù)值計(jì)算的CV的導(dǎo)出與白金擴(kuò)散法等實(shí)驗(yàn)方法相比，雖然簡便，但計(jì)算結(jié)果根據(jù)所使用的物性值而變化，因此對計(jì)算精度影響很大。在本發(fā)明中，通過使用在本發(fā)明的一部分發(fā)明人所著的K.Nakamura，T.Saishoji，J.Tomioka，Solid State Phenomena 82-84(2002)25中所記載的點(diǎn)缺陷物性值來進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可獲得高精度的RTA后的殘留空穴濃度CV。下面，對該方法進(jìn)行說明。首先，作為邊界條件，在RTA處理中，對硅晶片表面導(dǎo)入了熱平衡濃度的空穴和晶格間硅原子。它們的熱平衡濃度是只依賴于溫度的函數(shù)，空穴(CV，eq)和晶格間硅原子(CI，eq)的熱平衡濃度分別由式(4)、式(5)表示。
CV，eq＝6.5×1014exp(-3.94eV/k(1/T-1/Tmp)) …(4)[式5]CI，eq＝4.8×1014exp(-4.05eV/k(1/T-1/Tmp)) …(5)這里，T是絕對溫度[K]，Tmp表示硅的熔點(diǎn)(1685K)。在RTA的各個(gè)溫度中，以熱平衡濃度導(dǎo)入晶片表面的空穴和晶格間硅原子，根據(jù)在晶片內(nèi)部形成的各自的濃度梯度進(jìn)行擴(kuò)散移動。該擴(kuò)散動作受空穴(DV)和晶格間硅原子(DI)的擴(kuò)散常數(shù)所控制，它們分別使用由式(6)和式(7)所示的常數(shù)。
DV＝4.5×10-5exp(-0.3eV/k(1/T-1/Tmp)) …(6)[式7]DI＝5.0×10-4exp(-0.9eV/k(1/T-1/Tmp)) …(7)并且，所導(dǎo)入的空穴和晶格間硅原子因?qū)︿螠缍嗷p少了濃度。該對湮滅反應(yīng)利用由式(8)所示的對湮滅反應(yīng)的反應(yīng)常數(shù)表示。
KIV＝4π(DV+DI)acexp(-ΔGIV/kT)…(8)這里，ac是產(chǎn)生對湮滅反應(yīng)的臨界距離，ΔGIV是對湮滅的勢壘能。基于這些式子，用以下的式子表示RTA中的點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散和對湮滅反應(yīng)。
∂CI,V∂t=-▿(-DI,V▿CI,V)-KI,V(CVCI-CVeqCIeq)---(9)]]>在基于Ar氣氛的RTA處理后，殘留在晶片內(nèi)的空穴濃度CV，作為初始狀態(tài)，在晶片深度方向均勻地呈現(xiàn)與RTA初始溫度均勻?qū)?yīng)的空穴和晶格間硅原子的熱平衡濃度，可以通過根據(jù)RTA工序的進(jìn)行、即晶片溫度的變化，對式(9)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算來導(dǎo)出。圖7表示通過這樣的數(shù)值計(jì)算而求出的CV與對應(yīng)的基于Ar氣氛的實(shí)測BMD密度的關(guān)系的一例。圖7所示的BMD密度是根據(jù)改變了保持溫度(1150、1200、1250℃)、保持時(shí)間(10、20、30sec)、冷卻速度(90、10℃/sec)的RTA處理所得到的數(shù)據(jù)。由此，基于Ar氣氛的BMD密度與通過計(jì)算求出的CV緊密相關(guān)，因此，能夠預(yù)測對RTA的保持溫度、保持時(shí)間、冷卻速度的BMD密度。
根據(jù)至此所說明的BMDAr與CV的關(guān)系、和前面說明的BMDN2-BMDAr與氮濃度的關(guān)系，能夠用1∶1來描述基于氮?dú)鈿夥盏腂MD密度(BMDN2)與氮濃度的關(guān)系。而且，由于氮在RTA中從氣氛向晶片內(nèi)進(jìn)行向內(nèi)擴(kuò)散，所以，可如上述那樣根據(jù)RTA保持溫度、保持時(shí)間、氣氛的氮?dú)夥謮?，通過計(jì)算來求出，因此，能夠容易地控制晶片深度方向任意位置的BMD密度。特別是，由于在晶片表面附近基于Ar氣氛的BMD密度非常低，所以基于氮?dú)鈿夥盏腂MD密度只由氮濃度決定。
根據(jù)以上的說明可知，通過控制向內(nèi)擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮濃度，能夠精確地控制晶片表層附近的BMD密度分布。而且，該氮濃度分布由于能夠利用RTA的保持溫度、保持時(shí)間、以及氣氛的氮?dú)夥謮旱热菀椎剡M(jìn)行控制，所以能夠?qū)⒒诘獨(dú)鈿夥誖TA的表層附近的BMD密度實(shí)質(zhì)上控制為任意形狀。
下面，對本發(fā)明中的硅晶片內(nèi)部的BMD密度的控制進(jìn)行說明。從圖3A和圖3B可看出在氮濃度為1×1014atoms/cm3以下時(shí)，不存在基于氮?dú)鈿夥誖TA的BMD密度與基于Ar氣氛的BMD密度之差。這表示在RTA這樣的短時(shí)間處理中，在氮的向內(nèi)擴(kuò)散未達(dá)到晶片內(nèi)部的區(qū)域中，未產(chǎn)生因氮而產(chǎn)生的BMD。因此，該區(qū)域的BMD密度與基于Ar氣氛的BMD密度相同。它們受下述的殘留空穴濃度控制，該殘留空穴濃度由如后述那樣在RTA的高溫保持中導(dǎo)入的熱平衡濃度的空穴和晶格間硅原子在急速冷卻時(shí)的向外擴(kuò)散和對湮滅所決定。因此，只要利用RTA的保持溫度以及冷卻速度控制晶片內(nèi)部的BMD密度即可(參照日本特開2002-110683號公報(bào))。
下面，說明DZ的深度的控制。如日本特開2002-110683號公報(bào)所記載的那樣，只要利用RTA的冷卻速度控制DZ即可。如后述的那樣，晶片表層附近的BMD密度與RTA中的急速冷卻過程中的基于氮的空穴捕獲狀態(tài)密切相關(guān)。因此，RTA的冷卻速度成為控制表層附近的BMD密度、DZ深度的重要的控制參數(shù)。這里，用圖8表示利用冷卻速度控制DZ的示例。RTA的條件是保持溫度為1250℃、保持時(shí)間為30sec。氣氛使用Ar和氮?dú)獾幕旌蠚夥眨⑹沟獨(dú)獾姆謮涸?.2％～100％的范圍內(nèi)變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的氮?dú)夥謮合?，冷卻速度的增加使DZ縮小。由此可知，對于DZ的控制，當(dāng)決定了氣氛的氮?dú)夥謮簳r(shí)，可以利用RTA的冷卻速度進(jìn)行控制。這里，在方案7的發(fā)明中，把氮濃度的晶片深度方向限定位置設(shè)定為距表面10μm的理由是，如果從氮濃度評價(jià)的簡便性方面考慮，則希望在晶片的最表層限定氮濃度，但是由于最表層的氮濃度在RTA冷卻過程中，因氮的向外擴(kuò)散而發(fā)生變化，使得控制變得困難，所以，把在冷卻過程中變化小的10μm的位置作為氮濃度限定位置是適宜的。另外，在本發(fā)明中，把使用的硅晶片的氧濃度設(shè)定為9～17×1017atoms/cm-3的理由是，氧濃度如果低于9×1017atoms/cm-3，則晶片的機(jī)械強(qiáng)度降低，在RTA處理中，晶片中會導(dǎo)入滑移(slip)，而氧濃度如果高于17×1017atoms/cm-3，則生成的BMD密度過大，難以確保DZ。并且，在使用了含氮?dú)夥盏腞TA中，為了控制BMD分布，希望把以下的控制因子設(shè)定在如下的范圍內(nèi)。首先，RTA保持溫度優(yōu)選1100～1300℃的范圍。因?yàn)槿绻３譁囟鹊陀?100℃，則由于空穴的導(dǎo)入量非常低，所以難以形成BMD，如果超過1300℃，則難以避免在襯底上產(chǎn)生滑移。
其次，關(guān)于RTA保持時(shí)間，為了在發(fā)揮作為短時(shí)間處理的RTA的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，決定氮的擴(kuò)散距離，優(yōu)選為1～300sec的范圍。氣氛氮?dú)獾姆謮喝鐖D8所示，如果分壓過高，則難以確保DZ。而且，如果分壓過高，則會在晶片表面形成氮化膜，使晶片表面的粗糙度增加，因此，優(yōu)選為0.1～1％的范圍。并且，冷卻速度如圖8所示，在冷卻速度低時(shí)，可確保深的DZ，如果冷卻速度過快，則晶片面內(nèi)溫度差變大，容易產(chǎn)生基于熱應(yīng)力的滑移，因此，優(yōu)選為1～100℃/s的范圍。
下面，對通過在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行RTA使BMD成為M分布的理由，一邊與Ar氣氛的情況比較，一邊結(jié)合附圖進(jìn)行說明。圖9A表示在Ar氣氛RTA的高溫保持時(shí)的硅晶體的原子空穴濃度(Concentration ofvacancy；以下稱為CV)和晶格間硅原子濃度(Concentration of Interstitialsilicon atom以下稱為CI)在晶片深度方向的分布(從表面到中心)。高溫保持中的CV、CI只要保持時(shí)間充分長，則被保持為該溫度下的各自的熱平衡濃度，如圖9A所示那樣，在晶片深度方向成為均勻的分布。在高溫保持結(jié)束時(shí)，晶片雖然以數(shù)十℃/sec的冷卻速度急速冷卻，但在急速冷卻過程中空穴和晶格間硅原子因?qū)︿螠绾拖蛲鈹U(kuò)散而減少了各自的濃度。晶格間硅原子由于擴(kuò)散速度快，所以向外擴(kuò)散效果波及到晶片內(nèi)部，由此濃度顯著降低。而空穴由于擴(kuò)散速度慢，所以在表層附近雖然因向外擴(kuò)散而濃度降低，但在晶片內(nèi)部仍為高濃度。因此，在RTA后，空穴以如圖9B所示的分布狀態(tài)殘留在晶片內(nèi)。因之后的熱處理而產(chǎn)生的BMD的生成核，可被認(rèn)為是由該殘留空穴(v)和2個(gè)氧原子(O)構(gòu)成的O2V這樣的化學(xué)種[V.V.Voronkov Materials Science andEngineering B73(2000)69-76]。因此，Ar氣氛RTA中的BMD分布，如圖10所示那樣，成為反映了RTA后的CV分布的倒U字形。
另一方面，在氮?dú)鈿夥盏那闆r下，其分布如下所述。在高溫保持時(shí)，CV、CI分布由于只由溫度所決定，所以與Ar的情況相同。但是，由于氣氛使用氮?dú)?，氮會向?nèi)擴(kuò)散到硅晶片內(nèi)，所以成為圖11A所示的CV、CI以及氮濃度分布。當(dāng)從該狀態(tài)急速冷卻時(shí)，在冷卻過程中氮捕獲空穴，形成N2V。由于N2V發(fā)揮作為向O2V供給空穴的供給源的作用，所以成為控制BMD密度的重要的化學(xué)種。但是，在CV非常低的晶片最表層附近難以保持作為N2V的空穴(N2V的解離)，N2V濃度降低。與氮無關(guān)的空穴的濃度分布(CV)與Ar的情況相同。因此，CV、N2V以及氮濃度分布成為圖11B所示的形狀。造成極其靠近表面的表面附近的氮濃度的局部降低的原因是，冷卻過程中的向外擴(kuò)散。由于之后的基于熱處理的BMD的核生成反映N2V分布，并且N2V分布概略地反映即將開始進(jìn)行冷卻之前的氮濃度分布，所以BMD分布成為圖12所示那樣的M分布。
下面，對于基于氮?dú)鈿夥誖TA的DZ的形成進(jìn)行以下的說明。在晶片的最表層中，在RTA的急速冷卻過程中，空穴因向外擴(kuò)散而向晶片外迅速消失。因此，在空穴濃度低的最表層附近，基于氮的空穴捕獲效果弱，N2V濃度也低。該空穴的向外擴(kuò)散量如上述那樣與冷卻速度密切相關(guān)。由于如果是急速冷卻則空穴的向外擴(kuò)散量減小，所以N2V一直生成到晶片的最表層，使得DZ變淺。另一方面，在慢速冷卻的情況下，由于空穴的向外擴(kuò)散量大，所以N2V的生成區(qū)域停留在晶片內(nèi)部，使得DZ變深。這樣，可以利用冷卻速度來控制基于氮?dú)鈿夥誖TA的DZ。
以往，關(guān)于氮?dú)鈿夥障碌腞TA處理會使表層附近的BMD密度增加的原因，被認(rèn)為是晶片表面的氮化引起空穴的注入，該空穴有助于BMD的核形成。但是，正如至此所說明的那樣，在本發(fā)明中，明確了M分布的主要原因是從RTA氣氛擴(kuò)散到晶片中的氮。因此，對于DZ正下方的BMD密度分布而言，可通過控制向內(nèi)擴(kuò)散到硅晶片內(nèi)的氮濃度來控制。而且，對于該氮濃度分布而言，可利用RTA的保持溫度、保持時(shí)間以及氣氛的氮?dú)夥謮旱热菀椎剡M(jìn)行控制。另外，晶片表層的DZ的深度，如上述所述可認(rèn)為與最表層附近的N2V濃度相對應(yīng)，因此，可利用RTA的冷卻速度和氣氛的氮?dú)夥謮哼M(jìn)行控制。另外，對于氮的向內(nèi)擴(kuò)散不能到達(dá)的硅晶片內(nèi)部的BMD密度而言，由在RTA后被凍結(jié)在硅晶片內(nèi)的空穴濃度所決定，所以可利用RTA保持溫度、冷卻速度進(jìn)行控制。
更具體地講，提供以下的硅晶片及其熱處理方法。
(1)一種硅晶片，其在表面附近具有無缺陷層，其特征在于，在進(jìn)行了使用氮?dú)饣蚝械獨(dú)獾臍夥諝怏w的熱處理后，在距該硅晶片表面10μm的位置，其氮濃度大于等于1×1014atoms/cm3。
另外，所謂表面附近例如可以指距表面約20μm以內(nèi)，最好是約15μm以內(nèi)，更好的是約10μm以內(nèi)。成為深度基準(zhǔn)的表面，在該晶片為研磨后的研磨硅晶片的情況下，可以是研磨前的硅晶片的表面。另外，在對該晶片為進(jìn)行了外延生長后的硅晶片的情況下，可以是外延生長前的該硅晶片的表面。另外，上述硅晶片可以從主要采用所謂的CZ法或MCZ法制造的硅來取得。另外，所謂無缺陷層可以是采用LST(Laser ScatteringTomography)法或蝕刻后利用顯微鏡的觀察方法等檢測不到缺陷的層。即，可以是實(shí)質(zhì)上無缺陷的層。位于比無缺陷層深的一側(cè)且接近它的部位，雖然未到無缺陷層，但十分接近無缺陷層，特別是，可以在污染了器件制作區(qū)域的重金屬雜質(zhì)等通過后續(xù)工序的加工、處理能夠移動到該區(qū)域的BMD的范圍內(nèi)。希望位于比該無缺陷層深的一側(cè)且接近它的部位存在高的氮濃度。另外，在下面說明的實(shí)施例中，雖然舉例說明的是直徑為200mm的硅晶片，但本發(fā)明同樣適用于直徑比其大或小的晶片。例如，能夠適用于直徑為300mm的硅晶片。
(2)一種熱處理方法，其是對規(guī)定的硅晶片進(jìn)行熱處理，以制造在表面附近具有無缺陷層的硅晶片的方法，通過控制該熱處理用硅晶片的深度方向的氮濃度分布，形成所希望的內(nèi)部缺陷密度分布。
這里，所謂規(guī)定的硅晶片，只要是適合于作為制造具有無缺陷層的硅晶片的原料的硅晶片即可，包括對采用CZ法或MCZ法制成的晶錠進(jìn)行切片等而得到的晶片。
(3)根據(jù)上述(2)所述的熱處理方法，上述熱處理方法是在具有規(guī)定的分壓的至少包含含有氮成分的氣體的氣氛氣體中實(shí)施的，以規(guī)定的升溫速度升溫，在規(guī)定的保持溫度范圍內(nèi)保持規(guī)定的保持時(shí)間，然后以規(guī)定的降溫速度降溫。
這里，所謂氮成分可以包括含有氮元素的化合物。例如，可以含有氮?dú)?、氨?NH3)、以及其它化合物、或者它們的混合物。另外，保持溫度范圍可以是保持為某個(gè)一定的溫度，也可以是將周期性或隨機(jī)性變化的溫度保持在該保持溫度范圍內(nèi)。另外，升溫速度或降溫速度(包括冷卻速度)可以是大致恒定，也可以在某一個(gè)范圍內(nèi)變動。
(4)根據(jù)上述(3)所述的熱處理方法，在上述熱處理方法中，預(yù)先決定深度方向的所希望的內(nèi)部缺陷密度分布，在使該內(nèi)部缺陷密度分布與上述氮濃度分布匹配之后，決定上述氮?dú)夥謮骸⑸鲜錾郎厮俣?、上述保持溫度范圍、上述保持時(shí)間、和上述降溫速度，使得實(shí)現(xiàn)上述氮濃度分布。
所希望的缺陷密度分布可以根據(jù)后續(xù)工序的硅晶片的加工、處理中的規(guī)格來決定?？梢愿鶕?jù)該決定了的缺陷密度分布，決定對應(yīng)的氮濃度分布。該對應(yīng)關(guān)系可通過各種實(shí)驗(yàn)和/或理論或計(jì)算預(yù)先求出。氮濃度分布由于能夠更直接地根據(jù)熱處理中的氮?dú)夥謮?、升溫的溫度梯度、保持溫度范圍和時(shí)間、降溫的溫度梯度來規(guī)定，所以比控制缺陷密度分布更容易。
(5)根據(jù)上述(2)至(4)的任意一項(xiàng)所述的熱處理方法，其中，上述氮濃度的分布，在深度方向?yàn)榇笾翸形。
(6)一種熱處理方法，其特征在于，對在表面附近形成了充分深的無缺陷層、且在接近表面的位置形成了高密度的缺陷的硅晶片，任意地控制上述無缺陷層的深度、和與其接近的晶片內(nèi)部的深度方向缺陷密度分布。
(7)根據(jù)上述(6)所述的熱處理方法，其特征在于，在進(jìn)行了使用至少含有氮成分的氣氛氣體的熱處理后，使氮滲透得距該硅晶片表面10μm的位置處的氮濃度大于等于1×1014atoms/cm3。
(8)根據(jù)上述(7)所述的熱處理方法，是使用從氧濃度為9～17×1017atoms/cm3的單晶硅取得的硅晶片進(jìn)行的熱處理，包括急速升降溫?zé)崽幚砉ば?，該急速升降溫?zé)崽幚砉ば虬ㄔ谝?guī)定的保持溫度保持規(guī)定的保持時(shí)間的保持工序，上述規(guī)定的保持溫度為1100～1300℃，上述保持時(shí)間為1～300秒，上述氣氛氣體中的氮?dú)獾姆謮簽?.1～1％，從上述保持溫度范圍的降溫速度為1～100℃/秒。
(9)一種采用上述(2)至(8)的任意一項(xiàng)所述的熱處理方法處理的硅晶片。
以上，對本發(fā)明進(jìn)行了論述，但對于本發(fā)明的特征和性質(zhì)以及各種有利點(diǎn)，通過參照附圖以及下面的關(guān)于本發(fā)明的詳細(xì)說明，可進(jìn)一步得到明確。


圖1是表示基于氮?dú)鈿夥盏木疃确较虻腂MD密度分布的典型例的圖。
圖2是表示基于Ar氣氛的晶片深度方向的BMD密度分布的典型例的圖。
圖3A是表示利用氮?dú)鈿夥誖TA擴(kuò)散到硅晶片內(nèi)的氮的濃度、和氮?dú)鈿夥誖TA后的BMD密度(BMDN2)與Ar氣氛RTA后的BMD密度(BMDAr)在各個(gè)硅晶片徑向位置的差的關(guān)系的圖。
圖3B是表示利用氮?dú)鈿夥誖TA擴(kuò)散到硅晶片內(nèi)的氮的濃度、和氮?dú)鈿夥誖TA后的BMD密度(BMDN2)與Ar氣氛RTA后的BMD密度(BMDAr)在各個(gè)硅晶片徑向位置的差的關(guān)系的圖。
圖4是表示通過SIMS測定的使氮?dú)夥謮鹤兓瘯r(shí)的晶片深度方向的氮濃度分布的圖。
圖5是表示硅晶體中的氮的熱平衡濃度與溫度的關(guān)系的圖。
圖6是對照表示了基于氮?dú)鈿夥誖TA的硅晶片深度方向氮濃度的計(jì)算值與實(shí)測值的圖。
圖7是表示通過數(shù)值計(jì)算而求出的晶片深度方向中心部的空穴濃度與基于Ar氣氛RTA的BMD密度的關(guān)系的圖。
圖8是表示DZ深度與冷卻速度以及氮?dú)夥謮旱年P(guān)系的圖。
圖9A是表示在Ar氣氛下的RTA過程中的高溫保持時(shí)的晶片深度方向空穴缺陷以及晶格間硅原子密度分布的圖。
圖9B是表示在Ar氣氛下的RTA后的晶片深度方向空穴缺陷以及晶格間硅原子密度分布的圖。
圖10是表示在Ar氣氛下的RTA過程中和RTA后的晶片深度方向空穴缺陷以及BMD密度分布的圖。
圖11A是表示在氮?dú)鈿夥障碌腞TA過程中的高溫保持時(shí)的晶片深度方向空穴缺陷、晶格間硅原子以及N濃度分布的圖。
圖11B是表示在氮?dú)鈿夥障碌腞TA后的晶片深度方向空穴缺陷、N、以及N2V密度分布的圖。
圖12是表示在氮?dú)鈿夥障碌腞TA過程中和RTA后的晶片深度方向的N以及BMD密度分布的圖。
圖13是表示BMD密度分布的設(shè)計(jì)步驟的流程圖。
圖14是表示DZ深度與冷卻速度和氮?dú)夥謮旱年P(guān)系的圖。
圖15是表示通過改變氮?dú)夥謮簛砣我獾乜刂艱Z附近的BMD密度的最大值的M分布和基于SIMS的晶片深度方向的氮濃度分布的圖。
圖16是表示通過改變保持時(shí)間，從DZ正下方到晶片內(nèi)部，任意地控制BMD密度的深度方向梯度的M分布，和基于計(jì)算的晶片深度方向的氮濃度分布的圖。
圖17是說明對硅晶片設(shè)定的規(guī)格的圖。
圖中10-硅晶片；12、14-表面。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行以下說明。但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式，在不超出本發(fā)明的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種修改和變更。
下面，參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
以下說明設(shè)計(jì)本發(fā)明的BMD密度的M分布形態(tài)的具體方法。由以下說明的步驟構(gòu)成的方法是利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)BMD密度的M分布形態(tài)的一例，但本發(fā)明的方法不限于此。本發(fā)明可包含邏輯上或?qū)嵸|(zhì)上類似的其它所有方法。圖13以流程圖的方式表示了上述的一例。首先，根據(jù)器件所要求的規(guī)格設(shè)定如下4項(xiàng)(S110)。(i)DZ深度(Xdz)、(ii)表面附近的峰值BMD密度(BMDmax)、(iii)BMDmax距表面的深度(Xmax)、以及(iv)內(nèi)部BMD密度(BMDin)。
然后，根據(jù)DZ深度(Xdz)，使用圖14所示的DZ深度與冷卻速度和氮?dú)夥謮旱年P(guān)系，決定氮?dú)夥謮汉屠鋮s速度(S120)。圖14表示在使DZ深度(Xdz)為10μm的情況下，例如，如果使氮?dú)夥謮簽?.5％，則將冷卻速度決定為60℃/sec的示例。此時(shí)，只要預(yù)先準(zhǔn)備幾個(gè)不同氮?dú)夥謮旱年P(guān)系曲線，則對于某個(gè)DZ深度，可得到多個(gè)氮?dú)夥謮号c冷卻速度的組合。
然后，雖然是BMDmax，但由于其是在晶片表面附近的設(shè)定項(xiàng)目，所以基于Ar氣氛的BMD密度非常低，基于氮?dú)鈿夥盏腂MD密度只由氮濃度決定。因此，根據(jù)圖3，決定與其對應(yīng)的氮濃度(S130)。根據(jù)該氮濃度和(iii)的Xmax，通過氮的擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算來求出滿足它們的RTA保持溫度和保持時(shí)間的組合(S140)。進(jìn)一步根據(jù)圖7所示的關(guān)系，求出滿足(iv)的BMDin的空穴濃度(CV)。然后，從之前求出的RTA保持溫度和保持時(shí)間的組合中，決定滿足該空穴濃度(CV)的RTA保持溫度和保持時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，按照這樣的設(shè)計(jì)順序，可任意地作成BMD密度的M分布形態(tài)。
在本實(shí)施例中，雖然使用直徑為200mm的硅晶片，但同樣能夠使用直徑為300mm的硅晶片。下面，對以上說明的器件所要求的4項(xiàng)規(guī)格進(jìn)行如表1所示的設(shè)定，并說明具體實(shí)施它們的示例。


這里，作為RTA氣氛說明了氮?dú)馀cAr的混合氣氛的實(shí)施例，但氣氛氣體不限于此，只要包含能夠使氮擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氣體即可。本發(fā)明所使用的硅襯底的急速升降溫裝置，一般是使用如基于熱輻射的燈式加熱器這樣的裝置、或高頻波加熱方式等，但加熱方式不限于此。
表示RTA氣氛使用氮?dú)夂虯r的混合氣體、并利用氮?dú)夥謮嚎刂芃形狀的示例。下面對該方法進(jìn)行說明。所使用的硅晶片規(guī)格是，直徑為200mm、導(dǎo)電型為P型、電阻率為20Ω-cm、晶向?yàn)?amp;lt;100>、初始氧濃度為14×1017atom/cm3，(舊ASTM)。使氣氛氣體的氮?dú)夥謮簽?.2％、0.5％、1％。統(tǒng)一地使RTA的保持溫度為1250℃、保持時(shí)間為30s、從保持溫度的冷卻速度為60℃/s。在該RTA處理后，進(jìn)行800℃×4H+1000℃×16H的熱處理，并采用選擇蝕刻法測定了BMD密度。圖15的(a)表示得到的BMD密度在硅晶片深度方向的曲線。由此可知，隨著氮?dú)夥謮旱纳仙珺MD密度的最大值上升。圖15的(b)表示利用SIMS測定這些硅晶片的深度方向氮濃度分布的結(jié)果。由此可知，峰值附近的BMD密度的深度方向曲線與從氣氛中向內(nèi)擴(kuò)散了的氮濃度的曲線非常相似。這樣，通過利用氮?dú)獾姆謮嚎刂茝臍夥諝怏w向內(nèi)擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮濃度，能夠任意地改變BMD密度分布，控制DZ附近的BMD密度最大值。由此，可制造出使接近吸收效果任意變化的硅晶片。
接下來，表示在RTA氣氛中使用氮?dú)夂虯r的混合氣體、并利用RTA保持時(shí)間控制M形狀的示例。下面對該方法進(jìn)行說明。所使用的硅晶片規(guī)格與在實(shí)施例1中使用的相同。使RTA處理時(shí)間分別為60s、30s、10s來控制從氣氛氣體擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮濃度。統(tǒng)一地使RTA的保持溫度為1250℃、從保持溫度的冷卻速度為60℃/s。將氣氛氣體的氮?dú)夥謮汗潭?％。在該RTA處理后，進(jìn)行800℃×4H+1000℃×16H的熱處理，并采用選擇蝕刻法測定了BMD密度。圖16的(a)表示得到的BMD密度在硅晶片深度方向的曲線。由此可知，隨著保持時(shí)間的上升，DZ附近的BMD密度的最大值上升。而且，隨著保持時(shí)間的上升，從呈現(xiàn)BMD密度最大值的位置朝向晶片內(nèi)部的BMD密度的梯度減少。圖16的(b)表示通過計(jì)算求出的此時(shí)的硅晶片深度方向的氮濃度分布的結(jié)果。在計(jì)算中所使用的晶片表面氮濃度，使用了式(2)所示的熱平衡濃度，而且，氮的擴(kuò)散系數(shù)D使用了式(3)。由此可知，從晶片表面朝向中心的BMD密度的梯度與計(jì)算氮濃度曲線非常相似。這樣，通過利用RTA保持時(shí)間控制從氣氛氣體向內(nèi)擴(kuò)散到晶片內(nèi)的氮濃度，能夠任意地改變BMD密度分布，控制DZ附近的BMD密度最大值和朝向內(nèi)部的BMD分布。由此，可制造出在使接近吸收效果任意變化的同時(shí)使機(jī)械強(qiáng)度任意變化的硅晶片。
圖17以圖解的方式表示上述那樣設(shè)定的(i)DZ深度(Xdz)、(ii)表面附近的峰值BMD密度(BMDmax)、(iii)BMDmax距表面的深度(Xmax)、以及(iv)內(nèi)部BMD密度(BMDin)這4項(xiàng)。在圖中的曲線上，對于硅晶片10，把其深度方向作為橫軸進(jìn)行示意地表示。關(guān)于硅晶片10的厚度L，在以橫軸上的左側(cè)的面12為基準(zhǔn)時(shí)，用右側(cè)的面14的X坐標(biāo)L表示。曲線的縱軸表示BMD密度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過將氮的濃度分布控制為規(guī)定的分布，可得到所希望的BMD分布。而且，由于能夠任意地控制在進(jìn)行了含氮?dú)夥罩械腞TA之后的BMD密度在晶片深度方向的M分布形態(tài)，所以，可自如地控制每個(gè)器件制造商的不同要求的接近吸收構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種硅晶片，其在表面附近具有無缺陷層，其特征在于，在進(jìn)行了使用氮?dú)饣蚝臍夥諝怏w的熱處理后，在距該硅晶片表面10μm的位置，其氮濃度大于等于1×1014atoms/cm3。
2.一種熱處理方法，對規(guī)定的硅晶片進(jìn)行熱處理，以制造在表面附近具有無缺陷層的硅晶片，其特征在于，通過控制該熱處理用硅晶片的深度方向的氮濃度分布，形成所希望的內(nèi)部缺陷密度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，上述熱處理方法，是在具有規(guī)定的分壓的氮?dú)饣蚝臍夥諝怏w中實(shí)施的，以規(guī)定的升溫速度升溫，在規(guī)定的保持溫度范圍內(nèi)保持規(guī)定的保持時(shí)間，然后以規(guī)定的降溫速度降溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于，在上述熱處理方法中，預(yù)先決定深度方向的所希望的內(nèi)部缺陷密度分布，在使該內(nèi)部缺陷密度分布與上述氮濃度分布匹配之后，決定上述氮?dú)夥謮?、上述升溫速度、上述保持溫度范圍、上述保持時(shí)間、和上述降溫速度，使得實(shí)現(xiàn)上述氮濃度分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4的任意一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于，上述氮濃度的分布，在深度方向?yàn)榇笾翸形。
6.一種熱處理方法，其特征在于，對在表面附近形成了充分深的無缺陷層、且在接近表面的位置形成了高密度缺陷的硅晶片，任意地控制上述無缺陷層的深度、和與其接近的晶片內(nèi)部的深度方向缺陷密度分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱處理方法，其特征在于，在進(jìn)行了使用氮?dú)饣蚝臍夥諝怏w的熱處理后，使氮滲透得距該硅晶片表面10μm的位置處的氮濃度大于等于1×1014atoms/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理方法，其特征在于，是使用從氧濃度為9～17×1017atoms/cm3的單晶硅取得的硅晶片進(jìn)行的熱處理，包括急速升降溫?zé)崽幚砉ば?，該急速升降溫?zé)崽幚砉ば虬ㄒ砸?guī)定的保持溫度保持規(guī)定的保持時(shí)間的保持工序，上述規(guī)定的保持溫度為1100～1300℃，上述保持時(shí)間為1～300秒，上述氣氛氣體中的氮?dú)獾姆謮簽?.1～1％，從上述保持溫度范圍的降溫速度為1～100℃/秒。
9.一種利用權(quán)利要求2至8的任意一項(xiàng)所述的熱處理方法處理的硅晶片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能對在含有氮?dú)獾臍夥罩羞M(jìn)行了RTA之后的BMD密度在晶片深度方向的M分布形態(tài)進(jìn)行任意控制、可自如地控制每個(gè)器件制造商的要求不同的接近吸收構(gòu)造的方法。并且，提供一種對規(guī)定的硅晶片進(jìn)行熱處理，以制造在表面附近具有無缺陷層的硅晶片的熱處理方法，其中，通過控制該熱處理用硅晶片在深度方向的氮濃度分布，形成所希望的內(nèi)部缺陷密度分布。
文檔編號H01L21/322GK1943022SQ20058001188
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者前田進(jìn), 杉萬貴久, 佐土原晉彌, 芳野史朗, 中村浩三 申請人:小松電子金屬股份有限公司