[发明专利]具有良好的内在吸收能力的硅晶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有良好的内在吸收能力的单晶硅晶片，其中硅晶片在块体内具有高BMD密度，而在其表面上具有不含BMD的层。本发明还涉及用于通过热处理制造此类硅晶片的方法。

背景技术

通常根据Czochralski坩埚拉伸法(CZ法)制造的硅单晶具有一系列的杂剂及缺陷。单晶被切割成晶片，实施多个加工步骤以获得所期望的表面品质，并最终通常用于制造电子元件。若没有特殊的预防措施，则在晶片表面上也存在缺陷，它们会对在其上制造的电子元件的功能产生有害影响。

取决于在制造硅单晶期间的条件，由于存在点缺陷，即晶格空位或间隙原子(间隙硅原子也称作间隙原子)，通常在硅晶片内产生以下缺陷类型：

取决于制备方法或检测方法，晶格空位的附聚物称作“流体图案缺陷”(FPD)、“栅极氧化物完整性(GOI)缺陷”或“晶体原生颗粒”(COP)。这些COP是完美结晶取向的八面体空穴。其内壁通常覆盖有1至4nm厚的氧化物膜，该膜具有COP的热稳定化作用，因此通过破坏氧化物膜并随后注入间隙原子来消除该缺陷仅在大约1200℃的温度下以超过30分钟的加工时间才可能是有效的。

在锯硅单晶以及随后蚀刻及抛光表面时，COP被切割成直径最大约为200nm的凹坑。这些凹坑导致问题，例如所谓的CMOS晶体管的栅极氧化物的短路，因为在该位置上发生该表面氧化物的缺陷性生长。此外，通过各向异性蚀刻制造的作为典型CMOS存储单元的部件的垂直的“沟槽”会通过位于其间的COP而发生短路，或者存储单元的保护氧化物会损坏。例如V.Voronkov，J.Crystal Growth，Vol.59，p.625(1982)中描述了COP的形成与晶体拉伸参数的比例v/G(v代表晶体拉伸速率，G代表在熔融体与生长的单晶之间的界面上的热梯度G)的关系。

在熔融体与生长的单晶之间的界面上以平衡浓度引入晶格空位及间隙原子。在晶体冷却时，两种点缺陷的再结合致使间隙原子和空位均不会产生高于平衡浓度的浓度(过饱和)。在间隙原子的浓度显著时这都是适用的。然后，形成空位的过饱和。于再结合之后空位的浓度基本上由参数v/G确定(如J.Crystal Growth，Vol.59，p.625(1982)中所述)。在根据现有技术的富含空位的晶体内，在达到足够高的过饱和之后，空位聚集成COP。该COP聚集的更新的模拟表明，在过饱和度小时COP密度显著升高。但是若空位浓度于再结合之后足够小，则在明显低于1100℃的温度下进行聚集。但是在小于1000℃的理论聚集温度下，空位对氧的亲合力大于其对其他空位的亲合力，这导致空位与间隙氧反应生成氧-空位复合物(O₂V)。高浓度O₂V明显促进氧析出物的种子的形成。如此形成的缺陷随后可以通过对由单晶制造的硅晶片实施氧化处理而作为氧诱发层错(OSF)变得可见。可以作为OSF检测的在氧化处理之前已经存在的缺陷在下文中被称作“OSF种子”。

具有高密度OSF种子的晶片具有以下有关减少的组件产率的缺点：

(1)金属优选与OSF结合(“吸收”)，这导致由于挥发性SiO的形核中心的形成增强而发生栅极氧化物的分解；(2)OSF种子在组件特定的热加工中生长成大的析出物，其由于形成位错环而严重减弱硅基材。这会导致硅晶片变形(翘曲)的增强，然后因为无法达到临界的最小结构线宽度而干扰用于CMOS方法中的光刻步骤；(3)由OSF种子产生的大的氧析出物通常通过热加工也无法消除以形成不含BMD的区域，而是作为缺陷留在组件活性区域内。如针对COP所述，这会导致沟槽电容器存储单元内的短路，或者其容量的减小。

在硅单晶内，间隙原子的附聚物导致尺寸为几微米的位错环，其同样对在此制造的元件的功能产生有害影响。

但是现有技术包括在晶体生长期间基本上避免产生该缺陷的途径。已知在遵守精确定义的条件时在晶体拉伸期间不会形成晶格空位的附聚物或间隙原子的附聚物。上述比例v/G具有特殊的意义。