[发明专利]单晶硅晶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种尤其是最尖端领域中所使用的缺陷得以被控制的低氧浓度的单晶硅晶片。

背景技术

近年来，关于节能，功率器件受到注目。这些器件与存储器等其他器件不同，在晶片内有较大的电流流通。电流流通的区域也并非像以往那样仅仅是最表层，而是距离表层为几十、几百微米的厚度的范围内，或者由于器件的不同也可能是在厚度方向上流通。

在这种电流流通的区域中，如果存在结晶缺陷或析出氧的体微缺陷（Bulk Micro Defect，BMD，以下也称作氧析出物），就可能会产生耐压或漏电的问题。因此，使用结晶缺陷少且不含氧的晶片，例如在作为基板的晶片上堆积外延层而成的外延晶片、或利用悬浮区熔法（Floating Zone Method，FZ法）制造而成的晶片（wafer）。

但是，都有各自的问题，外延晶片价格较高、FZ结晶难以进一步大口径化等。因而使用以下晶片，所述晶片成本较低，并且是由利用大口径化比较容易的直拉法（Czochralski Method，CZ法）培育而成的结晶来制作。

CZ结晶通常是在石英坩埚内由熔融的硅原料（硅熔体）培育而成。此时，氧从石英坩埚中熔出。熔出的大部分氧会蒸发，但由于极少一部分会透过硅熔体内而到达结晶生长界面的正下方，因此培育而成的单晶硅含有氧。

单晶硅中所含有的氧，由于制作器件等所进行的热处理而移动凝集，而形成BMD。如前所述，如果形成BMD，就可能会产生漏电或耐压的问题。由于如果降低氧浓度就可以抑制BMD的产生，因此作为质量，还要求氧浓度较低。作为结晶的低氧浓度化技术，在专利文献1中公开出以下技术：利用外加磁场直拉法（magnetic field applied Czochralski Method，MCZ法）降低结晶旋转或坩埚旋转的速度，由此可以达成像2×10¹⁷原子/cm³（atoms/cm³）这种非常低的氧浓度。

并且，已知在CZ结晶中，存在结晶生长中所形成的结晶缺陷。通常，在单晶硅中，有本征点缺陷即空位（Vacancy）与间隙硅（Interstitial Si）。此本征点缺陷的饱和浓度是温度的函数，随着结晶培育中的急剧的温度降低，将会产生点缺陷的过饱和状态。过饱和的点缺陷通过对消或外部扩散、上坡扩散（Uphill Diffusion）等，向使过饱和状态缓和的方向发展。但是，一般来说，无法完全消除此过饱和状态，最终将会以空位（Vacancy）或间隙硅（Interstitial Si）中的一者占优势的过饱和的点缺陷的形式残留。已知如果结晶生长速度较快，就容易成为空位（Vacancy）过量的状态，相反地，如果结晶生长速度较慢，就容易成为间隙硅（Interstitial Si）过量的状态。如果此过量的浓度达到一定以上，这些点缺陷将会凝集，在结晶生长中形成结晶缺陷。

作为在空位（Vacancy）占优势的区域（V区域）中所形成的结晶缺陷，已知有OSF（oxidation induced stacking faults，氧化诱生层错）核和孔洞（Void）。OSF核为以下缺陷：当在湿氧环境中以1100℃～1150℃左右的高温对结晶的样本进行热处理后，从表面注入Si，在OSF核的周围使积层缺陷（SF）生长，一边在选择蚀刻液内摇动样本，一边进行选择蚀刻，此时以积层缺陷的状态观察到的缺陷。

已知孔洞（Void）是由空位（Vacancy）聚集而成的空洞状缺陷，在内部的壁上形成有称作内壁氧化膜的氧化膜。此缺陷根据检测的方法的不同而存在几个名称。将激光束照射到晶片表面上，利用检测晶片表面的反射光、散射光等的粒子计数器（particle counter）来观察，此时称作结晶起因之微粒（Crystal Originated Particle，COP）。将样本在不摇动的状态下，在选择蚀刻液内放置较长的时间后，观察到流动图案，此时称作流体图案缺陷（Flow Pattern Defect，FPD）。从晶片的表面入射红外激光束，利用检测晶片表面的散射光的红外散射层析术（Laser Scattering Tomography，LST）来观察，此时称作激光散射层析缺陷（Laser Scattering Tomography Defect，LSTD）。这些虽然检测方法不同，但一般认为都是孔洞（Void）。