[发明专利]单晶硅半导体晶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶硅半导体晶片及其制造方法。该半导体晶片具有不含BMD缺陷并且从半导体晶片正面延伸至半导体晶片块体内的区域DZ，缩写为DZ，以及含有BMD缺陷并且从DZ进一步延伸至半导体晶片块体内的区域。

背景技术

为了制造半导体晶片，首先由根据Czochralski法提拉的单晶切割基底晶片。Czochralski法包括使由石英玻璃制成的坩埚中的硅熔化，将单晶晶种浸入熔体中，及连续地提升晶种离开熔体表面。单晶在此移动过程中在相界面处生长，相界面是在浸入晶种时在熔体与晶种下端之间形成的。将由单晶切割的基底晶片加工成经抛光的单晶硅基底晶片，随后实施热处理。

通过该方法，最后获得单晶硅半导体晶片(“硅单晶晶片”)，其具有从正面延伸至半导体晶片块体内的区域DZ，该区域DZ称作“洁净区”并且不含BMD缺陷(块体微缺陷“bulk mico defects”)。在DZ中，无法检测到缺陷，如尺寸大于20nm且密度不小于2.5×10⁵/cm³的COP缺陷(晶体原生颗粒“crystal originated particles”)和LPit缺陷(大蚀坑缺陷“large etch pit defects”)。半导体晶片的需要形成电子元件(“器件”)的表面通常称作正面。半导体晶片此外还具有延伸至半导体晶片块体内的与DZ相邻接的含有BMD缺陷的区域。

COP缺陷和LPit缺陷属于在制造硅单晶期间由于过饱和的本征点缺陷产生的缺陷，因此还称作“原生缺陷(grown-in defects)”。本征点缺陷是空位(“vacancies”)和硅晶格间隙原子(“interstitials”)。COP缺陷是通过空位聚集产生的缺陷，LPit缺陷是通过硅晶格间隙原子聚集产生的缺陷。

在过饱和的氧聚簇成为氧化物析出物时，产生BMD缺陷。其形成尤其是可以与金属杂质结合的中心(“吸杂位点”)。因此值得期待的是，在半导体晶片块体内存在高密度的持久地使这些杂质远离DZ的BMD缺陷。存在自由的空位有利于形成能够产生BMD缺陷的核心。

EP1975990A1描述了一种可以制造单晶硅半导体晶片的方法，该晶片具有DZ并且具有BMD缺陷的平均密度例如为7×10⁹/cm³的在DZ外部的区域。为了确保不存在“原生缺陷”，根据所述文献的教导在制造硅单晶时应当注意，单晶具有从中心延伸至单晶圆周的N区域。

N区域是在单晶的空位与硅晶格间隙原子的浓度几乎相等从而在此无法检测到尺寸大于20nm的COP缺陷以及LPit缺陷的区域的名称。例如通过IR激光在COP缺陷处的散射并检测散射光(IR激光层析成像)检测尺寸大于20nm的COP缺陷。在此所述的实施例中使用的合适的测量装置是日本Mitsui的MO-441。下面将由此沿着基底晶片的断口边缘实施的IR激光层析成像称作MO-441测量。

此外，N区域还不含OSF缺陷(氧化诱生堆垛层错“oxidation inducedstacking faults”)。OSF缺陷是指位错环。其是在由于氧化产生硅晶格间隙原子并在氧析出物的核心处形核时形成的。其中硅晶格间隙原子的数量超过空位数量的N区域称作Ni区域，而其中本征点缺陷的该浓度比恰好相反的N区域称作Nv区域。

提拉速率V与垂直于生长的单晶的相界面的温度梯度G的比例V/G作为关键参数测定在生长的单晶的晶格内是否过量存在所述类型的本征点缺陷及其程度。因此，通过控制V/G可以制造硅单晶，其例如在其轴向长度上完全或部分地具有其中N区域从中心延伸至单晶圆周的范围或者特征在于具有COP缺陷并且从中心向外延伸的区域及特征在于与其邻接并且延伸至单晶圆周的N区域的范围。

此外通过控制V/G的径向分布可以使N区域完全是Nv区域，或者完全是Ni区域，或者是在径向上彼此相邻的Nv区域和Ni区域的序列。

由该单晶切割并加工成经抛光的基底晶片的半导体晶片相应地具有由其中心直至其边缘的N区域，或者具有包含COP缺陷并且由基底晶片中心向外延伸的区域以及与其邻接并且延伸直至基底晶片边缘的N区域。但是该基底晶片仍然不具有DZ，并且仍然不具有与其相邻的在基底晶片块体内包含BMD缺陷的区域。