專利名稱：Soi晶片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SOI晶片；更詳細(xì)而言，涉及電性可靠度極高的高品質(zhì)的SOI晶片及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為裝置用基板，在支持基板上形成有硅活性層(SOI層)的SOI晶片被廣泛地利用。作為如此的SOI晶片的制造方法，例如已知有將兩個(gè)硅晶片經(jīng)由氧化膜而貼合的制造方法亦即所謂的貼合方法。
作為貼合方法的一種的離子注入剝離法，是在成為硅活性層的硅晶片(結(jié)合晶片)或是成為支持基板的硅晶片(基底晶片)的表面，形成作為絕緣層的氧化膜(也稱之為埋入氧化膜、層間絕緣氧化膜等)，再從結(jié)合晶片的一側(cè)的表面，將氫等的離子進(jìn)行離子注入，從而在晶片內(nèi)部形成離子注入層(微小氣泡層)。進(jìn)而，經(jīng)由氧化膜，將結(jié)合晶片的離子注入側(cè)的面，貼合在基底晶片之后，通過熱處理，將離子注入層作為邊界而剝離。借此，能夠得到在基底晶片上，經(jīng)由氧化膜，形成有薄的硅活性層的SOI晶片。再者，剝離后，也有為了提高硅活性層和基底晶片之間的結(jié)合力進(jìn)行熱處理(結(jié)合熱處理)或?yàn)榱顺ケ砻娴难趸みM(jìn)行氫氟酸洗凈等情況。
作為如此的使用于SOI晶片的制造中的硅晶片，一般而言，可以使用通過切克勞斯基法(CZ法)所生長的硅單晶，但是，近年來，隨著硅活性層或埋入氧化膜的薄膜化要求的提高，所使用的硅晶片的品質(zhì)要求也越來越嚴(yán)格。
特別是關(guān)于成為硅活性層的結(jié)合晶片，提出一種生成缺陷少的硅單晶，再使用由此所得到的高品質(zhì)的硅晶片的方法。
在此，說明關(guān)于通過切克勞斯基法來生成硅單結(jié)晶時(shí)的拉升速度、及所生成的硅單結(jié)晶的缺陷之間的關(guān)系。
在使用通常的結(jié)晶中固液界面附近的溫度斜度G大的爐內(nèi)構(gòu)造(熱區(qū)HZ)的CZ拉升機(jī)中，在結(jié)晶軸方向，將生長速度V由高速變化成低速的情況下，已知會(huì)得到如圖9所示的缺陷分布圖。
在圖9中，所謂的V區(qū)域，為晶格空位(Vacancy)也就是由于硅原子不足所發(fā)生的凹部、穴之類的缺陷多的區(qū)域；所謂的I區(qū)域，則是由于存在多余的硅原子亦即晶格間硅所發(fā)生的錯(cuò)位、或是多余的硅原子塊多的區(qū)域。而且，在V區(qū)域和I區(qū)域之間，存在著原子不足或者沒有余量(余量不多)的中性區(qū)域(Neutral，以下簡單表示為N)；此外，在V區(qū)域的邊界附近，被稱之為OSF(氧化誘導(dǎo)疊層缺陷、Oxidation Induced Stacking F ault)的缺陷，當(dāng)在相對(duì)于結(jié)晶生長軸的垂直方向的剖面上來觀察時(shí)，被確認(rèn)為分布成環(huán)狀(以下稱為OSF環(huán))。
而且，在生長速度比較快的情況下，成為晶格空位型的點(diǎn)缺陷集中的空泡的原因的FPD、LSTD、COP等的生長缺陷，高密度地存在于結(jié)晶直徑方向的整個(gè)區(qū)域，這些缺陷存在的區(qū)域，成為V區(qū)域。另外，隨著生長速度的降低，OSF環(huán)從結(jié)晶的周邊發(fā)生，在此環(huán)的外側(cè)(低速側(cè))，發(fā)生N區(qū)域；若使生長速度進(jìn)一步變成低速，則OSF環(huán)往晶片的中心收縮而抵消，全體面變成N區(qū)域。若進(jìn)一步地降低生長速度，則被認(rèn)為是晶格間硅集合的位錯(cuò)環(huán)的發(fā)生原因的L/D(Large Dislocation晶格間位錯(cuò)環(huán)的簡稱、LSEPD、LFPD等)的缺陷(大位錯(cuò)群)低密度地存在，而存在這些缺陷的區(qū)域成為I區(qū)域(也稱為L/D區(qū)域)。
而且，在V區(qū)域和I區(qū)域中間的OSF環(huán)外側(cè)的N區(qū)域，成為不存在晶格空位起因的FPD、LSTD、COP、也不存在晶格間硅起因的LSEPD、LFPD的區(qū)域。再者，最近，若將N區(qū)域進(jìn)一步地分類，如圖9所示，有鄰接OSF環(huán)外側(cè)的Nv區(qū)域(晶格空位多的區(qū)域)和鄰接I區(qū)域的Ni區(qū)域(晶格間硅多的區(qū)域)；已知在Nv區(qū)域，當(dāng)熱氧化處理后，氧析出量多，而在Ni區(qū)域，幾乎沒有氧析出。
如此的N區(qū)域，以往在晶片面內(nèi)，僅存在于一部份，但是通過控制拉升速度(V)和結(jié)晶固液界面軸方向溫度斜度(G)的比值亦即V/G，也能夠制造出如圖9所示的N區(qū)域擴(kuò)展至橫向全體面(晶片全體面)的結(jié)晶。
于是，在SOI晶片的制造中，也提出作為結(jié)合晶片，使用全體面為N區(qū)域的硅單晶晶片的方法。例如，提出通過切克勞斯基法(CZ法)拉升硅單晶時(shí)，將拉升速度V和拉升軸方向的結(jié)晶固液界面的溫度斜度G的比值(V/G)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，來拉升硅單晶；作為結(jié)合晶片，使用N區(qū)域的硅晶片的SOI晶片(例如，請(qǐng)參照特開2001-146498號(hào)公報(bào)(第5-8頁)及日本特開2001-44398號(hào)公報(bào)(第2-4頁、圖1))。
另一方面，關(guān)于基底晶片，本來是用來支持經(jīng)由絕緣膜的SOI層所必要的晶片，在其表面，并不是直接進(jìn)行元件形成。因此，也提出將電阻值等不符合制品規(guī)格的仿真等極(dummy grade)的硅晶片，作為基底晶片來使用的方案(請(qǐng)參照日本特開平11-40786號(hào)公報(bào))。
一般而言，作為基底晶片，考慮到提高品質(zhì)和生產(chǎn)性等，如圖9所示，生成一部份中包含以高速的拉升速度生長的V區(qū)域、或者OSF區(qū)域或Nv區(qū)域的硅單晶，由如此高速生長的硅單晶加工成的鏡面狀的硅晶片被廣泛地使用。
如上所述，由高速生長的硅單晶所得到的硅晶片的表面和體積內(nèi)，高密度地形成有晶格空位集中的COP之類的晶格空位缺陷，表面則存在多數(shù)個(gè)50nm以上的微小凹坑缺陷。而且，若將存在多數(shù)如此微小凹坑缺陷的硅晶片作為基底晶片來使用，制造出SOI晶片時(shí)，特別是將埋入氧化膜的厚度按近年來的要求形成薄的情況下，會(huì)產(chǎn)生無法維持高絕緣性而損害電性可靠度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明是鑒于上述的問題點(diǎn)而研制，其目的在于提供一種SOI晶片，即使埋入氧化膜的厚度例如形成100nm以下程度的極薄的情況下，高絕緣性也被維持，在裝置制造過程中電性可靠度高。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種SOI晶片，為將分別由硅單晶所形成的基底晶片和結(jié)合晶片，經(jīng)由氧化膜加以貼合之后，通過使前述結(jié)合晶片薄膜化而形成硅活性層的SOI晶片，其特征為前述基底晶片，為由切克勞斯基法所生成的硅單晶，該晶片全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片；或是該晶片全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)，未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域，且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成。
若基底晶片的全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的CZ硅單晶所構(gòu)成的SOI晶片，則由于在基底晶片的表面不存在微小缺陷，即使基底晶片上的埋入氧化膜的厚度例如為100nm以下的薄膜的情況下，也不會(huì)受到基底晶片表面的缺陷的影響而產(chǎn)生絕緣特性破壞，而成為電性可靠度極高的SOI晶片。
另一方面，若基底晶片的全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的CZ硅單結(jié)晶所構(gòu)成的SOI晶片，則由于在基底晶片的表面不存在微小的晶格空位缺陷，即使基底晶片上的埋入氧化膜的厚度例如為100nm以下的薄膜的情況下，也不會(huì)受到基底晶片表面的晶格空位缺陷的影響而產(chǎn)生絕緣破壞，成為電性可靠度極高的SOI晶片。又，由于比較容易制造出構(gòu)成基底晶片的例如晶片全體面為I區(qū)域的硅晶片，所以價(jià)格便宜。
此時(shí)，優(yōu)先地，SOI晶片為，通過將離子注入到前述結(jié)合晶片中，在所形成的離子注入層加以剝離，來進(jìn)行前述結(jié)合晶片的薄膜化的離子注入剝離法而形成的晶片。
作為貼合法，也可以將結(jié)合晶片和基底晶片貼合之后，通過研削、研磨來使結(jié)合晶片薄膜化而作成SOI晶片，但此時(shí)的SOI層的厚度比較厚。另一方面，若根據(jù)離子注入剝離法，能夠?qū)㈦x子注入層的深度亦即SOI層的厚度作出近年來所要求的極薄的等級(jí)，而能夠作出極高品質(zhì)的SOI晶片。
前述氧化膜的厚度可在10～100nm的范圍內(nèi)。
近年來，埋入氧化膜的厚度例如被要求作成50nm的程度，而本發(fā)明的SOI晶片，即使是形成如此薄的氧化膜，絕緣破壞特性也不會(huì)被劣化，而能保持高絕緣性。
又，優(yōu)先地，前述硅活性層為，由通過切克勞斯基法所生長的硅單晶，全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域，且未包含通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅單晶所構(gòu)成。
如此地，若硅活性層也由全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、且未包含通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的CZ硅單結(jié)晶所構(gòu)成，則在裝置形成區(qū)域沒有缺陷，另外，即使進(jìn)行氫氟酸洗凈，也不存在起因于硅活性層缺陷的硅活性層或埋入氧化膜被破壞的情況，而成為極高品質(zhì)的SOI晶片。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，也提供一種上述SOI晶片的制造方法。亦即，至少包括在分別由硅單晶所形成的基底晶片和結(jié)合晶片中的至少一方，形成氧化膜的步驟；通過將離子注入到結(jié)合晶片中來形成離子注入層的步驟；將該結(jié)合晶片的離子注入側(cè)的面，經(jīng)由前述氧化膜，與基底晶片貼合的步驟；將前述離子注入層作為邊界來進(jìn)行剝離的步驟。其特征為作為前述基底晶片，使用通過切克勞斯基法生長的硅單晶，該晶片的全體面為，在生長時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片；或是在生長時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片。
根據(jù)離子注入剝離法來制造SOI晶片時(shí)，作為基底晶片，若使用如上所述的晶片全體面為無缺陷的CZ硅單晶晶片，即使所形成的埋入氧化膜的厚度在100nm以下，在結(jié)合熱處理等時(shí)，也不會(huì)由于存在于基底晶片中的缺陷而導(dǎo)致氧化膜的絕緣破壞特性劣化的情形，而能夠制造出電性可靠度高的高品質(zhì)的SOI晶片。
另一方面，根據(jù)離子注入剝離法來制造SOI晶片時(shí)，作為基底晶片，若使用如上所述的未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的CZ硅單結(jié)晶晶片，則即使埋入氧化膜的厚度形成在100nm以下，在結(jié)合熱處理等時(shí)，也不會(huì)由于存在于基底晶片中的晶格空位缺陷而導(dǎo)致氧化膜的絕緣破壞特性劣化的情形，從而能夠制造出電性可靠度高的高品質(zhì)的SOI晶片。又，作為基底晶片所使用的例如晶片全體面為I區(qū)域的硅晶片，由于能夠使其控制范圍變廣且比較容易地制造出，故能夠容易地且低成本地制造出高品質(zhì)的SOI晶片。
在這種情況下，優(yōu)先地，結(jié)合晶片使用為通過切克勞斯基法生長的硅單晶，該晶片的全體面，在生成時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片如此地，若使用無缺陷的晶片作為結(jié)合晶片來制造SOI晶片，則被形成在SOI層上的裝置不會(huì)受到不良影響，也能夠確實(shí)地防止層間絕緣膜的絕緣破壞特性的劣化，因而能夠制造出極高品質(zhì)的SOI晶片。
又，最近也提出一種當(dāng)利用離子注入剝離法來制造SOI晶片的時(shí)候，將剝離后的結(jié)合晶片(剝離晶片)加以再生處理后作為基底晶片(或結(jié)合晶片)來再利用的方法(例如參照特開平11-297583號(hào)公報(bào)。)。因此，若使用如上所述的無缺陷的結(jié)合晶片，之后，將剝離晶片再生處理，作為基底晶片或結(jié)合晶片來再利用，能夠降低制造成本并制造出高品質(zhì)的SOI晶片。
如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種由基底晶片的全體面為N區(qū)域且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成的SOI晶片。若使用如此的SOI晶片，即使埋入氧化膜的厚度為100nm以下，也保持優(yōu)異的絕緣特性，因此，若將其使用于制造裝置上，則能夠以高成品率地制造出電氣特性優(yōu)異的裝置。
又，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種由基底晶片的全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成的SOI晶片。這種情況下，由于基底晶片可以比較容易地制造出，故能夠?qū)⒅圃斐杀疽种圃诘统杀痉秶鷥?nèi)。


圖1為表示關(guān)于本發(fā)明的SOI晶片的制造步驟的一例的流程圖。
圖2(A)為表示在制造關(guān)于本發(fā)明的SOI晶片時(shí)所使用的結(jié)晶區(qū)域的一例的說明圖。
圖2(B)為表示在制造關(guān)于本發(fā)明的SOI晶片時(shí)所使用的結(jié)晶區(qū)域的其他例的說明圖。
圖3為在本發(fā)明中能夠使用的CZ硅單晶制造裝置的一例。
圖4(A)為表示單晶生長速度和結(jié)晶切斷位置的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖4(B)為為表示生長速度和各區(qū)域的說明圖。
圖5為表示Cu沉積評(píng)價(jià)試樣的制作方法的說明圖。
為圖6表示結(jié)晶縱向切開加工剖面的(A)晶片生命周期及(B)Cu沉積缺陷的圖。
圖7為表示在實(shí)驗(yàn)2中的生長速度和結(jié)晶切斷位置的圖。
圖8為表示根據(jù)Cu沉積法所得到的各結(jié)晶區(qū)域的缺陷分布的圖。
(A)V區(qū)域(B)N區(qū)域(發(fā)生Cu沉積缺陷)(C)N區(qū)域(無Cu沉積缺陷)圖9為說明結(jié)晶區(qū)域的說明圖。
圖10(A)為表示單晶生長速度和結(jié)晶切斷位置的關(guān)系的關(guān)系圖。
圖10(B)為表示生長速度和各區(qū)域的說明圖。
圖11為表示所生成的各硅單晶的生長速度的說明圖。
圖12為表示根據(jù)Cu沉積法所得到的缺陷分布的圖。
(A)V區(qū)域的基底晶片(B)I區(qū)域的基底晶片(無Cu沉積缺陷)具體實(shí)施方式
以下，進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。
本發(fā)明的發(fā)明人，關(guān)于通過貼合法來制造的SOI晶片的基底晶片對(duì)埋入氧化膜的影響，進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。其結(jié)果，得知若使用以往通常使用的高速生長的硅單晶亦即表面存在50nm以上的晶格空位型的微小缺陷的硅晶片，來制造SOI晶片時(shí)，當(dāng)埋入氧化膜具有數(shù)百nm以上的充分的厚度的情況下，難以產(chǎn)生由于基底晶片的影響所造成的絕緣破壞特性的劣化之類的問題；但是，若為100nm以下的薄膜的情況下，則有可能由于基底晶片的影響而在絕緣性的維持方面產(chǎn)生障礙。特別是形成近年來一直被要求的50nm等極的埋入氧化膜的情況下，以往的富含V區(qū)域(Vrich)的基底晶片，當(dāng)結(jié)合熱處理等的時(shí)侯，會(huì)影響埋入氧化膜，因而無法維持高絕緣性，極有可能損害電性可靠度。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人，認(rèn)為通過減少基底晶片的微小缺陷，即使形成100nm以下的埋入氧化膜的情況下，也可作出不會(huì)使絕緣破壞特性劣化且電性可靠度高的SOI晶片，進(jìn)而進(jìn)行了以下的調(diào)查和研究。
首先，當(dāng)拉升硅單晶時(shí)，從結(jié)晶肩部至晶錠軀體尾部，由高速漸漸地變低速的情況下，如前所述，當(dāng)達(dá)到某一生長速度時(shí)，OSF收縮，然后，在更低速區(qū)域中，已知各相會(huì)依照Nv、Ni、I(大位錯(cuò)群發(fā)生)區(qū)域的順序被形成。另外，最近，如圖2(A)所示，已知在Nv區(qū)域中，存在一部分OSF剛抵消之后，通過Cu沉積法被檢測(cè)出缺陷的區(qū)域(以下也有稱為Cu沉積缺陷區(qū)域)(例如請(qǐng)參照特開2002-201093號(hào)公報(bào))。
所謂的Cu沉積法，是準(zhǔn)確地測(cè)定出半導(dǎo)體晶片的缺陷的位置，提高對(duì)于半導(dǎo)體晶片的缺陷的檢測(cè)限度，并且能夠?qū)τ诟⑿〉娜毕菁右詼?zhǔn)確地測(cè)定、分析的晶片的評(píng)價(jià)法。
具體的晶片的評(píng)價(jià)方法，為在晶片表面上形成規(guī)定厚度的絕緣膜，再電破壞形成在前述晶片表面附近的缺陷部位上的絕緣膜，在缺陷部位析出(沉積)Cu等的電解物質(zhì)的方法。也就是說，Cu沉積法，是利用在溶解有Cu離子的液體中，若對(duì)形成在晶片表面上的氧化膜施加電位，電流會(huì)流過氧化膜已經(jīng)劣化的部位，則Cu離子變成Cu而析出的原理的評(píng)價(jià)法。在氧化膜容易劣化的部分，已知存在COP等的缺陷。
被Cu沉積的晶片的缺陷部位，可在聚光燈下或直接以肉眼來分析，評(píng)價(jià)其分布或密度，進(jìn)而也可以利用顯微鏡觀察、透過型電子顯微鏡(TEM；Transmission Electron Microscope)、或掃描型電子顯微鏡(SEM；ScanningElectron Microscope)等加以確認(rèn)。
而且，本發(fā)明的發(fā)明人，對(duì)這些區(qū)域中的缺陷，進(jìn)一步進(jìn)行了調(diào)查。
具體而言，硅單晶生長由高速漸漸變低速的時(shí)候，通過表面檢查裝置(MAGICS；商品名)對(duì)OSF剛要抵消前的V區(qū)域進(jìn)行座標(biāo)定位的后，施行聚焦離子束(FIB；Focused Ion Beam)加工，當(dāng)進(jìn)行該點(diǎn)的TEM觀察的時(shí)候，確認(rèn)有大約20nm的微小凹坑缺陷存在。另外，在V區(qū)域中，越靠近OSF抵消之前的區(qū)域，晶格空位越微細(xì)化；但是V區(qū)域的微小凹坑缺陷，即使是相當(dāng)?shù)匚⒓?xì)，也會(huì)顯著地破壞初期氧化膜耐壓(TZDB；Time ZeroDielectric Breakdown)特性。
另一方面，關(guān)于硅單晶生長由高速漸漸地變低速時(shí)的OSF剛抵消后的Cu沉積缺陷區(qū)域，并沒有如V區(qū)域般的顯著的耐(電)壓等級(jí)的破壞，TZDB特性在晶片面內(nèi)大約100％的區(qū)域中，雖然顯示C狀態(tài)，但在時(shí)間相關(guān)電介質(zhì)擊穿(TDDB；Time Dependent Dielectric Breakdown)特性上，顯示出稍微劣化。
如此的調(diào)查、研究的結(jié)果，得知，最近當(dāng)根據(jù)一部份裝置的要求而使埋入氧化膜薄膜化時(shí)，結(jié)合晶片亦即硅活性層，不管是由以往所使用的V區(qū)域或OSF區(qū)域或是N區(qū)域的存在Cu沉積缺陷區(qū)域的硅單晶晶片所構(gòu)成的情況，而且將如此的硅晶片用于基底晶片的情況下，也會(huì)對(duì)于氧化膜的絕緣性產(chǎn)生障礙，而造成電性不良。
又，存在于這些區(qū)域的晶格空位型缺陷，在結(jié)合熱處理時(shí)，有導(dǎo)致埋入氧化膜的膜質(zhì)劣化的危險(xiǎn)性，特別是當(dāng)膜厚為100nm以下的薄膜的情況下，不僅無法維持優(yōu)異的絕緣性，而且導(dǎo)致電性方面的障礙，成為嚴(yán)重地?fù)p害可靠度的原因。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人找出了，為了避免如此的電性不良，若將SOI晶片的基底晶片，生長成不存在通過Cu沉積法而被檢測(cè)出缺陷區(qū)域的N區(qū)域的鏡面晶片的話，即使埋入氧化膜的厚度為100nm以下，也能夠作出電性優(yōu)異的SOI晶片的方法。
但是，要生長成為N區(qū)域且未存在Cu沉積缺陷區(qū)域的硅單晶，生長速度被限定在狹小范圍內(nèi)，另外，由于要求將V/G保持在規(guī)定值之類的高度的結(jié)晶生長技術(shù)，因此生產(chǎn)性及制造成品率低，結(jié)果將導(dǎo)致成本上升。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人，經(jīng)過進(jìn)一步地研究，研究出將含有I區(qū)域的CZ硅晶片作為基底晶片來使用的情況下，即使埋入氧化膜的厚度為100nm以下，也能夠以低成本制造出電性優(yōu)異的SOI晶片的、即使不使用高度的結(jié)晶生長技術(shù)，在低速側(cè)也能夠容易制造的方法，而完成了本發(fā)明。
以下，參照附圖具體地說明本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施形態(tài)。
圖1為表示通過離子注入剝離法來制造本發(fā)明的SOI晶片的制造步驟的一例的流程圖。
首先，在最初的步驟(a)中，準(zhǔn)備兩個(gè)硅鏡面晶片，亦即準(zhǔn)備構(gòu)成SOI層的結(jié)合晶片21和構(gòu)成支持基板的基底晶片22。在此，本發(fā)明中，作為基底晶片22，是使用晶片全體面為當(dāng)通過切克勞斯基法生長時(shí)，將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片(第1形態(tài))；或是當(dāng)生長時(shí)，將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且含有存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片(第2形態(tài))。
首先，作為第1形態(tài)，上述的為N區(qū)域且沒有Cu沉積缺陷區(qū)域的硅單晶，例如，可使用如圖3所示的單晶制造設(shè)備，一邊控制V/G一邊生長。
該單晶拉升裝置30，具備拉升室31、被設(shè)置在拉升室31中的坩堝32、被設(shè)置在坩堝32周圍的加熱器34、使坩堝32旋轉(zhuǎn)的坩堝保持軸33和其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未圖示)、保持硅的種晶的種晶夾頭6、拉升種晶夾頭6的吊線7、及使吊線7旋轉(zhuǎn)或卷繞的卷繞機(jī)構(gòu)(未圖示)。又，在加熱器34的外側(cè)周圍，設(shè)置絕熱材35。
坩堝32，在其內(nèi)側(cè)的收容硅熔液(熔液)2側(cè)設(shè)置有石英坩堝，而石墨坩堝則被設(shè)置在其外側(cè)。
再者，最近經(jīng)常使用，在拉升室31的水平方向的外側(cè)，設(shè)置未圖示的磁石，通過對(duì)硅熔液2施加水平方向或垂直方向等的磁場(chǎng)，來抑制熔液的對(duì)流，以謀求單晶的安定生長的，也就是所謂的MCZ法。
又，設(shè)置有將生長的硅單晶1加以包圍的筒狀的石墨筒(隔熱板)12；進(jìn)而，在結(jié)晶的固液界面4附近的外周，設(shè)置有環(huán)狀的外側(cè)絕熱材10。再者，也有在石墨筒12的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)側(cè)絕熱材的情況。如此的絕熱材10，被設(shè)置成在其下端與硅熔液2的液面3之間，隔開2～20cm的間隔。若如此地設(shè)置，結(jié)晶中心部分的溫度斜度Gc(℃/cm)和結(jié)晶周邊部分的溫度斜度Ge之間的差異變小，例如能夠?qū)t內(nèi)溫度控制成使結(jié)晶周邊的溫度斜度比結(jié)晶中心低。
又，在石墨筒12上，有冷卻筒14，使冷卻介質(zhì)流通而進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。而且，也可以設(shè)置噴出冷卻氣體、或是設(shè)置遮住輻射熱來冷卻單晶的筒狀冷卻裝置。
當(dāng)使用如此的單晶拉升裝置30來制造硅單晶時(shí)，首先，在坩堝32內(nèi)，將硅的高純度多結(jié)晶原料加熱至熔點(diǎn)(大約1420℃)以上使其熔解。接著，通過將吊線7卷出，使種晶的前端接觸或浸在熔液2的表面大約中心部。然后，使坩堝保持軸33旋轉(zhuǎn)，同時(shí)一邊使吊線7旋轉(zhuǎn)一邊卷取。借此，種晶也一邊旋轉(zhuǎn)一邊被拉升，于是單晶開始被生長，以后，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整拉升速度和溫度，便能夠得到大約圓柱形狀的單晶棒1。
而且，要生成為N區(qū)域的且未含有Cu沉積缺陷區(qū)域的硅單晶時(shí)，例如，將拉升中的硅單結(jié)晶的生長速度(拉升速度)由高速逐漸地變成低速的情況下，將生長速度控制在殘留在環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域抵消以后的、被Cu沉積法檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域抵消的邊界的生長速度和，將生長速度進(jìn)一步地減少時(shí)發(fā)生晶格間位錯(cuò)環(huán)的邊界的生長速度之間；以此方式來生長結(jié)晶。
亦即，將拉升中的硅單晶的生長速度，從結(jié)晶肩部至晶錠軀體尾部，由高速逐漸地變低速的情況下，如圖2(A)所示，對(duì)應(yīng)于生長速度V，依照V區(qū)域、OSF環(huán)區(qū)域、Cu沉積缺陷區(qū)域、Nv區(qū)域、Ni區(qū)域、I區(qū)域(大位錯(cuò)群發(fā)生區(qū)域)的順序，各相依次地被形成；但在N區(qū)域的中，將生長速度控制在殘留在OSF環(huán)抵消后的被Cu沉積法檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域抵消的邊界的生長速度和，當(dāng)將生長速度進(jìn)一步地漸減時(shí)，發(fā)生I區(qū)域的生長速度之間，以此方式來生長單結(jié)晶。根據(jù)如此的方法，能夠生長成N區(qū)域的硅單結(jié)晶，該硅單結(jié)晶不含F(xiàn)PD等的V區(qū)域缺陷、大位錯(cuò)群(LSEPD、LFPD)等的I區(qū)域缺陷、OSF缺陷，而且也沒有由Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷。
而且，將上述生長的硅單結(jié)晶，加工成鏡面研磨晶片(PM)之后，從每一晶錠塊的單位批量，任意地選取PW，然后通過Cu沉積法來進(jìn)行評(píng)價(jià)，只要在沒有缺陷的情況下，便可以將其作為基底晶片22來加以采用。
再者，關(guān)于結(jié)合晶片21，只要使用對(duì)應(yīng)硅活性層所要求的品質(zhì)便可以，但是結(jié)合晶片21若也使用與基底晶片22同樣的晶片亦即晶片全體面為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片，則在硅活性層上未存在微小缺陷，因此不但能夠提高所形成的裝置特性，且即使埋入氧化膜形成50nm程度的厚度，在接下來的結(jié)合熱處理等的過程中，也能夠確實(shí)地防止由于基底晶片的影響所造成的絕緣破壞特性的劣化，能夠使電性可靠度變成極高。
進(jìn)而，結(jié)合晶片21也使用與基底晶片22相同的晶片，如后面所述，將剝離后的結(jié)合晶片進(jìn)行再生處理而再利用，便能夠以低成本地制造出電性可靠度高的SOI晶片。
但是，當(dāng)要制造如此的晶片全體面為無缺陷的硅晶片時(shí)，在硅單晶的整個(gè)生長步驟中，必須均勻地控制V/G使得在結(jié)晶直徑方向可以成為N區(qū)域，且生長速度的設(shè)定范圍被限制在非常嚴(yán)格范圍內(nèi)，需要非常高的結(jié)晶生長技術(shù)，結(jié)果也有導(dǎo)致成本上升的情況。
因此，在本發(fā)明中，作為第2形態(tài)，作為基底晶片22，如前所述，也可以使用一種由CZ硅單結(jié)晶所形成的硅晶片，該CZ硅單結(jié)晶為當(dāng)生長時(shí)，在將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)，未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域，且含有起因于晶格間的位錯(cuò)群的I區(qū)域的CZ硅單結(jié)晶。
若為此種硅單晶，可以不使用如同要生長晶片全面成為無缺陷的硅單結(jié)晶時(shí)所需的高度的結(jié)晶生長技術(shù)。例如，當(dāng)要生長成全體面為I區(qū)域的硅單結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶生長時(shí)，結(jié)晶直徑方向的V/G不用受到要均勻地控制的限制，在低速側(cè)能夠比較容易地生長。假設(shè)即使結(jié)晶直徑方向的V/G不均勻，在制造I區(qū)域結(jié)晶時(shí)，可以使用比N區(qū)域結(jié)晶制造時(shí)所使用的熱區(qū)高的G，亦即結(jié)晶中固液界面附近的溫度斜度大的熱區(qū)。因此，根據(jù)熱區(qū)的設(shè)計(jì)順序，可以將全體面成為I區(qū)域的單晶，以比生長全體面成為N區(qū)域的單晶的情況更高速地拉升。這是由于結(jié)晶面內(nèi)的V/G值不需要均一的緣故。
再者，作為本發(fā)明的第2形態(tài)的基底晶片22，不僅限于全體面成為I區(qū)域的晶片，如圖2(B)所示，除了I區(qū)域以外，也可以使用由包含晶格間硅多的Ni區(qū)域且未含有Cu沉積缺陷的硅單結(jié)晶所形成的晶片。由于在如此的晶片面內(nèi)也沒有晶格空位起因的缺陷，所以即使埋入氧化膜薄，也不會(huì)使其絕緣破壞特性劣化。
另一方面，關(guān)于結(jié)合晶片21，與第1形態(tài)相同，只要使用對(duì)應(yīng)硅活性層所要求的品質(zhì)便可以，但是由于在硅活性層上形成裝置，所以若在硅活性層存在缺陷，則會(huì)影響裝置的品質(zhì)。所以，作為結(jié)合晶片21，最好使用由不存在微小缺陷的硅單晶所形成的晶片。因此，作為結(jié)合晶片21，優(yōu)先使用晶片全體面為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域，且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片。
接著，在圖1的步驟(b)中，氧化結(jié)合晶片21和基底晶片22中的至少一方的晶片的表面。在此，將結(jié)合晶片21熱氧化，在其表面形成氧化膜23。此時(shí)，氧化膜23將作成能保持所要求的絕緣性的厚度，在本發(fā)明中，能夠形成厚度為10～100nm的范圍內(nèi)的極薄的氧化膜。
作為基底晶片，若使用以往所使用的例如在表面存在多數(shù)50nm以上的晶格空位型微小缺陷的硅晶片，來制造埋入氧化膜的厚度為100nm以下的SOI晶片，則氧化膜受到存在于基底晶片的表面的晶格空位缺陷的影響，在以后的結(jié)合熱處理或裝置制造步驟中，有可能由于熱處理而被破壞。但是，在本發(fā)明中，作為基底晶片22，由于使用為N區(qū)域、且未含存在于Cu沉積缺陷區(qū)域中的極微小的缺陷的硅晶片(第1形態(tài))；或是未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域，且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的CZ硅單結(jié)晶所形成的硅晶片(第2形態(tài))；所以即使利用Cu沉積法來進(jìn)行評(píng)價(jià)，也不會(huì)發(fā)生氧化膜破壞，例如即使將氧化膜23的厚度作成100nm以下，也不會(huì)產(chǎn)生絕緣破壞特性的劣化之類的問題。
再者，若使氧化膜23的厚度不到10nm，則雖然氧化膜的形成時(shí)間減少，但是有可能無法保證足夠的絕緣性，所以理想為作成10nm以上。
在步驟(C)中，從表面形成有氧化膜23的結(jié)合晶片21的一側(cè)的表面，注入氫離子。再者，也可以將稀有氣體離子或氫離子和稀有氣體的混合氣體離子，進(jìn)行離子注入。借此，能夠在晶片內(nèi)部，于離子的平均進(jìn)入深度，形成與表面平行的離子注入層24。再者，此時(shí)的離子注入層的深度，被反映在最終形成的SOI層的厚度。因此，通過控制離子注入的注入能量等，能夠控制SOI層的厚度，例如也可以做出200nm以下厚度的SOI層。
在步驟(d)中，將結(jié)合晶片21的離子注入側(cè)的表面和基底晶片22的表面，經(jīng)由氧化膜23，加以貼合。例如，在常溫的潔凈環(huán)境下，通過使兩個(gè)晶片21、22的表面接觸，無需使用粘著劑等，來粘結(jié)晶片。
接著，在步驟(e)中，通過熱處理，在離子注入層24，將結(jié)合晶片21的一部份加以剝離。例如，對(duì)于將結(jié)合晶片21和基底晶片22加以貼合而粘結(jié)后的產(chǎn)物，若在惰性氣體下且大約500℃以上的溫度下，施以熱處理，則根據(jù)結(jié)晶的再排列和氣泡的凝集，被分離成剝離晶片25和SOI晶片26(SOI層27+埋入氧化膜23+基底晶片22)。
在此，關(guān)于副產(chǎn)物的剝離晶片25，最近提出一種對(duì)剝離面施以研磨等的再生處理，而將其作為基底晶片或結(jié)合晶片來使用的再利用方法。如前所述，結(jié)合晶片21為使用N區(qū)域且未含有Cu沉積缺陷區(qū)域的硅晶片，所以將剝離晶片25進(jìn)行再生處理所得到的硅晶片，可以使用于基底晶片和結(jié)合晶片的任一種。因此，例如通過將剝離晶片25作為基底晶片22來再利用，也能夠制造出同樣高品質(zhì)的SOI晶片。亦即，本發(fā)明的SOI晶片，實(shí)質(zhì)上由一個(gè)硅晶片制造出來，所以能夠降低制造成本。
在步驟(f)中，對(duì)于SOI晶片26，施以結(jié)合熱處理。該步驟(f)，為由于在前述步驟(d)、(e)的貼合步驟及剝離熱處理步驟中被貼合的晶片之間的結(jié)合力，若以此狀態(tài)下在元件制作中使用，則其結(jié)合力弱，所以作為結(jié)合熱處理，對(duì)SOI晶片26施以高溫的熱處理，使結(jié)合強(qiáng)度變得充分。例如，此熱處理能夠在惰性氣體的環(huán)境下，以1050℃～1200℃，在30分鐘至2小時(shí)的范圍內(nèi)進(jìn)行。
即使如此在高溫下進(jìn)行熱處理，由于基底晶片22的晶片全體面為無缺陷、或是在晶片全體面未存在晶格空位型的微小缺陷，所以埋入氧化膜23的絕緣破壞特性沒有被劣化，能夠維持高絕緣性。
步驟(g)為通過氫氟酸洗凈來除去被形成在SOI晶片26表面上的氧化膜的過程。此時(shí)，若在硅活性層27存在晶格空位型缺陷，則由于HF通過缺陷到達(dá)埋入氧化膜，而有可能發(fā)生微小凹坑；但是由于硅活性層27為由全體面為N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅單晶所構(gòu)成，所以即使進(jìn)行氫氟酸洗凈，也不會(huì)發(fā)生凹坑擴(kuò)大而破壞SOI層27和埋入氧化膜23的情形。
進(jìn)而，在步驟(h)中，根據(jù)需要，進(jìn)行用來調(diào)整SOI層27的厚度的氧化；接著，在步驟(I)中，通過氫氟酸洗凈，進(jìn)行除去氧化膜28的所謂的犧牲氧化。
經(jīng)過如上所述的步驟(a)～(I)而生長出來的SOI晶片26，其基底晶片22，為由晶片全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域，且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的CZ硅單晶；或是晶片全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)，未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域，且含有存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的CZ硅單晶所構(gòu)成。
另一方面，硅活性層27，為由全體面為OSF區(qū)域外側(cè)的N區(qū)域且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的CZ硅單晶所構(gòu)成。亦即，由于在基底晶片22的表面上不存在晶格空位型的微小缺陷，即使埋入氧化膜23非常薄，高絕緣性也被維持，電性可靠度極高。除此以外，由于SOI層27為無缺陷，當(dāng)進(jìn)行裝置形成時(shí)，能夠達(dá)到極高的成品率。
以下，舉出實(shí)施例來更加具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并非限定于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)(實(shí)驗(yàn)1)拉升條件的確認(rèn)使用圖3的單晶拉升裝置30，進(jìn)行如下結(jié)晶生長速度漸減的實(shí)驗(yàn)，調(diào)查在各區(qū)域的邊界的生長速度。
首先，將150kg的多晶硅作為原料放入直徑24英寸(600mm)的石英坩堝內(nèi)，來生長直徑210mm的硅單晶。氧氣濃度則控制在23～26ppma(ASTM’79值)。當(dāng)生長單晶時(shí)，如圖4(A)所示，控制生長速度，使其從結(jié)晶頭部至尾部，由0.70mm/min線性地漸減至0.30mm/min。
而且，如圖4(A)(B)所示，將拉升后的單晶的自頭部至尾部，在結(jié)晶軸方向，縱向切斷，然后，制作出直徑200mm的晶片形狀的鏡面精加工后的試樣。
對(duì)試樣中的其一，通過氧析出熱處理后的晶片生命周期(WLT)測(cè)量(測(cè)量儀器SEMILAB WT-85)，確認(rèn)V區(qū)域、OSF區(qū)域、I區(qū)域的各區(qū)域的分布狀況和各區(qū)域邊界的生長速度。進(jìn)而，對(duì)另外的一個(gè)，則施以熱氧化膜形成后Cu沉積處理，確認(rèn)氧化膜缺陷的分布狀況。再者，本實(shí)驗(yàn)中的詳細(xì)評(píng)價(jià)方法，如以下所示。
(a)將直徑210mm的晶錠，以結(jié)晶軸方向每10cm的長度切斷成塊狀之后，在結(jié)晶軸方向進(jìn)行縱向切斷加工，之后，如圖5所示，在相對(duì)于結(jié)晶軸的垂直方向，精加工成直徑200mm(8英寸)的晶片形狀的鏡面加工試樣。
(b)對(duì)上述試樣中的第1個(gè)，施行晶片熱處理爐內(nèi)的620℃·2小時(shí)(氮?dú)猸h(huán)境)熱處理后、實(shí)施800℃·4小時(shí)(氮?dú)猸h(huán)境)和1000℃·16小時(shí)(干燥氧氣環(huán)境)的兩段熱處理，之后，加以冷卻，通過SEMILAB WT-85，制作出WLT圖。
(c)對(duì)第2個(gè)試樣，則在晶片表面上形成熱氧化膜后，實(shí)施Cu沉積處理，確認(rèn)氧化膜缺陷的分布狀況。評(píng)價(jià)條件如以下所述1)氧化膜25nm2)電解強(qiáng)度6MV/cm3)電壓施加時(shí)間5分鐘實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，可以得到如圖6(A)(B)所示的結(jié)果，確認(rèn)了V區(qū)域、OSF區(qū)域、N區(qū)域、I區(qū)域的各區(qū)域邊界的生長速度。
V區(qū)域/OSF區(qū)域邊界0.523mm/minOSF抵消邊界0.510mm/minCu沉積缺陷抵消邊界0.506mm/min析出N區(qū)域/非析出N區(qū)域邊界0.497mm/min非析出N區(qū)域/I區(qū)域邊界0.488mm/min(實(shí)驗(yàn)2)SOI晶片的制造通過與圖3所示的實(shí)驗(yàn)1相同的拉升裝置，將150Kg的多晶硅作為原料放入直徑24英寸的石英坩堝內(nèi)，此次，如圖7所示，將生長速度在0.55mm/min至0.45mm/min的范圍內(nèi)，從直徑210mm的晶錠的結(jié)晶頭部到尾部，比實(shí)驗(yàn)1更緩慢地漸減，控制成可在結(jié)晶軀體部的40cm至70cm的區(qū)域中，形成含有Cu沉積缺陷的N區(qū)域和未含有Cu沉積缺陷的N區(qū)域。又，氧氣濃度則控制在24～26ppma(ASTM‘79)。而且，根據(jù)以下的次序，來進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)和SOI加工。
(1)結(jié)晶拉升之后，在各結(jié)晶塊的結(jié)晶軸方向，從頭部開始依次地將晶片切斷，為了得知其切斷順序，利用激光標(biāo)記標(biāo)上號(hào)碼，再加工成鏡面晶片。
(2)將各塊單位的頭側(cè)第1個(gè)PW，分割成1/4尺寸，調(diào)查FPD、LFPD、LSEP、OSF。接著，對(duì)各塊單位的頭側(cè)第2個(gè)PW，則確認(rèn)其Cu沉積缺陷分布。而且，各塊單位的頭側(cè)第3至第7的總共5個(gè)PW，則投入到SOI晶片制造步驟(SOI工程)中。以再次對(duì)頭側(cè)第8個(gè)評(píng)價(jià)FPD、LFPD、LSEP、OSF，第9個(gè)則確認(rèn)其Cu沉積缺陷分布，第10至第14的總共5個(gè)則投入SOI工程中的方式，將結(jié)晶軸方向每7個(gè)當(dāng)作一個(gè)單位的頭側(cè)2個(gè)，進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，剩下的5個(gè)則加工成SOI晶片。
(3)上述評(píng)價(jià)的結(jié)果為從結(jié)晶軀體部的大約40cm至50cm的區(qū)塊的中央處，為V區(qū)域和OSF區(qū)域；至結(jié)晶軀體部的50cm附近為Cu沉積缺陷發(fā)生的N區(qū)域；從結(jié)晶軀體部的大約50cm至70cm附近，為沒有發(fā)生Cu沉積缺陷的N區(qū)域；而從結(jié)晶軀體部的70cm附近至尾部為止的區(qū)域則為I區(qū)域。
(4)將上述(1)的每5個(gè)一批的鏡面晶片，使用于結(jié)合晶片和基底晶片上，根據(jù)圖1所示步驟的離子注入剝離法，經(jīng)過結(jié)合晶片的離子注入、與基底晶片的貼合，剝離熱處理、結(jié)合熱處理(貼合氧化)等，制作出具有厚度為70nm的絕緣氧化膜和200nm的硅活性層的SOI晶片。
對(duì)于按上述方法制造的SOI晶片，利用氫氧化鉀溶液進(jìn)行選擇蝕刻來除去活性層。接著，對(duì)于具有殘留絕緣氧化膜層的基底晶片，以6MV/cm的電解強(qiáng)度，通過Cu沉積法來進(jìn)行評(píng)價(jià)。
其結(jié)果，在進(jìn)行貼合氧化后的絕緣氧化膜的情況下，在V區(qū)域、OSF區(qū)域及發(fā)生Cu沉積缺陷區(qū)域的N區(qū)域的基底晶片上，確認(rèn)有氧化膜的破壞(參照?qǐng)D8(A)、(B))，但是在未含有Cu沉積缺陷區(qū)域的N區(qū)域的基底晶片上，則沒有發(fā)生氧化膜的破壞(參照?qǐng)D8(C))。
(實(shí)施例2)
(實(shí)驗(yàn)3)拉升條件的確認(rèn)使用圖3的單晶拉升裝置30，進(jìn)行如下結(jié)晶生長速度漸減的實(shí)驗(yàn)，調(diào)查在各區(qū)域的邊界的生長速度。
首先，將150Kg的多晶硅作為原料放入直徑24英寸(600mm)的石英坩堝內(nèi)，來生長直徑210mm的硅單結(jié)晶。氧氣濃度則控制在23～26ppma(ASTM’79值)。當(dāng)生長單晶時(shí)，如圖10(A)所示，控制生長速度，使其從結(jié)晶頭部至尾部，由0.80mm/min線性地漸減至0.40mm/min。
而且，如圖10(A)(B)所示，將拉升后的單晶自頭部至尾部，在結(jié)晶軸方向縱向切斷，然后，制作出直徑200mm的晶片形狀的鏡面精加工后的試樣。
對(duì)試樣中的一個(gè)，通過氧析出熱處理后的晶片生命周期(WLT)測(cè)量(測(cè)量儀器SEMILAB WT-85)，確認(rèn)V區(qū)域、OSF區(qū)域、I區(qū)域的各區(qū)域的分布狀況和各區(qū)域邊界的生長速度。再者，本實(shí)驗(yàn)中的詳細(xì)評(píng)價(jià)方法，如以下所示。
(a)將直徑為210mm的晶錠，以結(jié)晶軸方向每10cm的長度切斷成塊狀之后，在結(jié)晶軸方向進(jìn)行縱向切斷加工，之后，如圖5所示，在相對(duì)于結(jié)晶軸的垂直方向，精加工成直徑200mm(8英寸)的晶片形狀的鏡面加工試樣。
(b)對(duì)上述試樣中的第1個(gè)，施行晶片熱處理爐內(nèi)的620℃·2小時(shí)(氮?dú)猸h(huán)境)熱處理后，實(shí)施800℃·4小時(shí)(氮?dú)猸h(huán)境)和1000℃·16小時(shí)(干燥氧氣環(huán)境)的2段熱處理，之后，加以冷卻，通過SEMILAB WT-85，制作出WLT圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了V區(qū)域、OSF區(qū)域、N區(qū)域、I區(qū)域的各區(qū)域邊界的生長速度。
V區(qū)域/OSF區(qū)域邊界0.595mm/minOSF區(qū)域/N區(qū)域邊界0.587mm/minN區(qū)域/I區(qū)域邊界0.579mm/min(實(shí)驗(yàn)4)SOI晶片的制造通過與圖3所示的實(shí)驗(yàn)3相同的拉升裝置，將150Kg的多晶硅作為原料放入直徑24英寸的石英坩堝內(nèi)，將實(shí)驗(yàn)3的結(jié)果為基礎(chǔ)拉升兩根直徑為210mm的晶錠。
此時(shí)，如圖11所示，第1根將其生長速度從結(jié)晶頭部至尾部設(shè)定為規(guī)定的0.65mm/min，以此速度來進(jìn)行拉升，使得在面內(nèi)全區(qū)域形成V區(qū)域。又，第2根將其生長速度從結(jié)晶頭部至尾部設(shè)定為規(guī)定的0.55mm/min，以此速度來進(jìn)行拉升，此次使得在面內(nèi)全區(qū)域形成I區(qū)域。氧氣濃度則控制在24～26ppma(ASTM’79值)來進(jìn)行制作。而且，將由各晶錠制作成的鏡面晶片，作為基底晶片來使用。
另一方面，作為結(jié)合晶片，則使用了在不同的熱區(qū)生長成N區(qū)域且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出缺陷區(qū)域的硅單結(jié)晶，由此單晶所得到的鏡面晶片。
使用如上所述的、晶片全體面為V區(qū)域或I區(qū)域的基底晶片、及無缺陷的結(jié)合晶片，分別制作出絕緣氧化膜的厚度為70nm、硅活性層的厚度為200nm的SOI晶片。
對(duì)于如上述方法制造的SOI晶片，利用氫氧化鉀溶液進(jìn)行選擇蝕刻來除去硅活性層。接著，對(duì)于具有殘留絕緣氧化膜層的基底晶片，以6MV/cm的電解強(qiáng)度，通過Cu沉積法來進(jìn)行評(píng)價(jià)。
結(jié)果，在進(jìn)行貼合氧化后的絕緣氧化膜的情況下，如圖12(A)所示，面內(nèi)全部區(qū)域?yàn)閂區(qū)域的基底晶片側(cè)，確認(rèn)有氧化膜的破壞。另一方面，面內(nèi)全部區(qū)域?yàn)镮區(qū)域的結(jié)合晶片側(cè)，如圖12(B)所示，并沒有發(fā)生氧化膜的破壞。
再者，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。上述實(shí)施例僅為示例，凡是具有與本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成，且具有相同的作用效果的，無論為何者，均被包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，在上述實(shí)施例中，說明了關(guān)于使用兩個(gè)硅晶片，通過離子注入剝離法來制造SOI晶片的情況；但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于在貼合后，通過研削·研磨來使結(jié)合晶片的背面?zhèn)缺∧せ圃斓腟OI晶片。
權(quán)利要求
1.一種SOI晶片，將分別由硅單晶所形成的基底晶片和結(jié)合晶片，經(jīng)由氧化膜貼合之后，通過使前述結(jié)合晶片薄膜化而形成硅活性層的SOI晶片，其特征為前述基底晶片，是由通過切克勞斯基法所生長的硅單晶，該晶片全體面為OSF區(qū)域外側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片；或是該晶片全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的SOI晶片，其特征為前述SOI晶片，是由將離子注入到前述結(jié)合晶片中，通過在所形成的離子注入層加以剝離，來進(jìn)行前述結(jié)合晶片的薄膜化的離子注入剝離法而形成。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的SOI晶片，其特征為前述氧化膜的厚度在10～100nm的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任何一項(xiàng)記載的SOI晶片，其特征為前述硅活性層，是由通過切克勞斯基法生長的硅單晶，全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域，且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成。
5.一種SOI晶片的制造方法，至少包括在分別由硅單晶所形成的基底晶片和結(jié)合晶片之中的至少一方，形成氧化膜的步驟；通過將離子注入到結(jié)合晶片中來形成離子注入層的步驟；將該結(jié)合晶片的離子注入側(cè)的面，經(jīng)由前述氧化膜，與基底晶片貼合的步驟；將前述離子注入層作為邊界來進(jìn)行剝離的步驟，其特征為作為前述基底晶片，使用通過切克勞斯基法生長的硅單晶，該晶片的全體面，在生長時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片；或是，在生長時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)、未含有通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且含有存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片。
6.如權(quán)利要求5所述的SOI晶片的制造方法，其特征為作為前述結(jié)合晶片，使用通過切克勞斯基法生長的硅單晶，該晶片的全體面，在生長時(shí)將拉升速度由高速逐漸地變成低速的情況下，為比環(huán)狀地發(fā)生的OSF區(qū)域更低速側(cè)的N區(qū)域、且未包含通過Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片。
全文摘要
一種SOI晶片，其將分別由硅單晶所形成的基底晶片和結(jié)合晶片，經(jīng)由氧化膜貼合之后，通過使前述結(jié)合晶片薄膜化而形成有硅活性層的SOI晶片，前述基底晶片，由切克勞斯基法所生長的硅單晶，該晶片的全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)的N區(qū)域、且未含有經(jīng)由Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域的硅晶片；或是該晶片的全體面為OSF區(qū)域的外側(cè)、未含有經(jīng)由Cu沉積法而被檢測(cè)出來的缺陷區(qū)域、且包含存在起因于晶格間硅的位錯(cuò)群的I區(qū)域的硅晶片所構(gòu)成。借此，可以提供一種SOI晶片，即使層間絕緣氧化膜的厚度，例如形成100nm以下程度的極薄的情況下，高絕緣性也被維持，在裝置制造過程中，電性可靠度高。
文檔編號(hào)C30B29/06GK1723563SQ200480001880
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者櫻田昌弘, 三田村伸晃, 布施川泉 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司