矽片的製造方法
2023-06-30 23:09:56 1
專利名稱：矽片的製造方法
技術領域：
本發明涉及矽片的製造方法，詳細講，涉及降低COP的矽片的製造方法以及使用該矽片的SOI晶片的製造方法。
背景技術：
一般地用切克勞斯基(チヨクラルスキ-)單晶生長法(CZ法)育成的矽單晶，在剛育成後(as-grown)的狀態下也以1×105個/cm3-1×107個/cm3左右的密度存在0.1μm-0.3μm左右大小的缺陷。該缺陷是在矽單晶冷卻過程中過剩的空位聚集而生成的微小的孔洞。當拋光從該矽單晶切片的矽片時，在矽片表面的微小孔洞露出，成為凹坑。該凹坑以及存在於表面附近的孔洞損害微細的器件的結構。這些缺陷被稱為COP(Crystal Originated Particle)。
作為降低矽片內的COP的方法，例如知道按照日本特開平9-22993號公報中記載的那樣，在氫等還原性氣氛或氬等惰性氣氛中對矽片實施熱處理的方法。
或者，知道按照日本專利第3085184號公報中記載的那樣，將外延晶片用作SOI晶片的活性層側矽片的方法。
此外，知道按照日本特開平8-330316號公報中記載的那樣，在矽單晶育成時，控制其育成速度V、與矽單晶的成長方向的單晶內的溫度梯度G的比V/G，從而育成不含COP的矽單晶的方法。
在氫或氬等氣氛中實施熱處理的方法，能夠清除存在於離矽片表面幾μm以下深度的位置的COP。可是，該方法不能清除存在於離矽片表面幾μm以上深度的位置的COP。
另外，將外延晶片用作活性層側矽片的方法，由於外延晶片中不存在COP，因此可製造具有不含COP的活性層的SOI晶片，但由於外延晶片中含有外延晶片特有的堆疊缺陷和位錯等缺陷，因此並不能夠製造具有不含缺陷的活性層的SOI晶片。另外，外延晶片由於價格高，因此將它作為SOI晶片的活性層側矽片使用時，SOI晶片的製造成本變高。
此外，通過控制V/G，能夠長成存在不含COP區的矽單晶。可是，V/G向高的一方脫離允許範圍時，出現OSF-ring區(通過熱處理環狀地發生Oxidation induced Stacking Fault的區域)或COP區，V/G向低的一方脫離允許範圍時，出現位錯團區。V/G的允許範圍非常窄，穩定地製造不含COP、OSF-ring區及位錯團的晶體不容易。
本發明的目的是，提供清除矽片內的COP的製造矽片的方法。特別是其目的在於，提供清除存在於比離矽片表面幾μm還深的位置的COP的矽片的製造方法。
另外，本發明的目的是，在製造矽片中不存在COP的矽片的同時，提供使用該矽片作為活性層側矽片來製造SOI晶片的SOI晶片的製造方法。
此外，本發明的目的是，提供不使用高價的外延晶片或不容易製造的無缺陷晶體，而且在以往的SOI製造工藝中不追加新的工藝，就能夠降低活性層側矽片內的COP的SOI晶片的製造方法。
發明內容
第1發明是一種矽片的製造方法，該方法是在氧化性氣氛中熱處理從矽單晶切片的矽片的製造矽片的方法，在該製造方法中，將在氧化性氣氛中熱處理的溫度記為T(℃)，將矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)，溫度T和晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼(ボルツマン)常數8.617×10-5(eV/K)。
在第1發明中，在氧化性氣氛中熱處理矽片。此時，溫度T和晶格間氧濃度[Oi]滿足上式。其結果矽片內的COP得以清除。
當在氬氣氛或氫氣氛中熱處理矽片時，矽片表面附近的COP清除。可是，在深的位置的COP未清除。對此，如果在上述氧化性氣氛中熱處理，則將在矽片內的深的位置的COP清除。其原因是，通過氧化熱處理，矽片表面產生的晶格間矽原子向矽片內部擴散，它們埋入作為孔洞的COP。
上述熱處理的氣氛不需要是100％的氧氣氣氛，部分含氧的氣氛即可。
第2發明是有關第1發明的矽片的製造方法，是通過中子照射向上述矽單晶摻雜磷的矽片的製造方法。
有關第2發明的矽片的製造方法，首先不摻雜摻雜物就育成矽單晶棒。
通過對該育成的矽單晶棒照射中子，在矽單晶棒中摻雜磷。由此矽單晶的、特別是其成長軸方向的電阻率變得均勻。
第3發明是在有關第1發明或第2發明的矽片的製造方法中，在上述矽單晶中摻雜2×1013原子/cm3以上的氮的矽片的製造方法。
有關第3發明的矽片的製造方法，在矽單晶中摻雜2×1013原子/cm3以上的氮。由此，在育成之後的晶體中的COP尺寸縮小，COP經更短的熱處理即清除。通過摻雜氮使得COP尺寸縮小認為是由於，在晶體育成時的冷卻過程中抑制空位的聚集的緣故。
另外，利用氮的位錯釘軋效果，可抑制由高溫熱處理導致的滑移位錯發生。
另外，氮的摻雜量小於2×1013原子/cm3時，不能夠達到上述效果。
氮的摻雜方法可以是已經知道的任何方法。例如通過將帶氮化膜的矽片與矽多晶原料一起熔化而可摻雜。
第4發明是在有關第1至第3發明的任意一項發明的矽片的製造方法中，在上述矽單晶中摻雜5×1016原子/cm3以上的碳的矽片的製造方法。
有關第4發明的矽片的製造方法，在矽單晶中以5×1016原子/cm3以上的密度摻雜碳。由此，與摻雜上述氮的情況一樣，矽片的機械強度提高，也可抑制在熱處理中的滑移發生。
碳的摻雜方法沒有特別限定，例如通過與矽多晶原料一起只熔化規定量的碳而能夠摻雜。
第5發明是在有關第1-第4發明的任意一項發明的矽片的製造方法中，在上述氧化性氣氛中熱處理之後，鏡面拋光矽片的矽片的製造方法。熱處理前的矽片的表面狀態也可以是未實施鏡面拋光的狀態(腐蝕的狀態)。
當在氧化性氣氛中熱處理矽片時，在從矽片表面開始的深度為大致5μm以上的深度區域的COP清除。另一方面，在從矽片表面開始的深度小於大致5μm的淺區域，與在氧化性氣氛中熱處理前比較，殘存1/10-1/100左右的COP。於是，在氧化性氣氛中熱處理後，鏡面拋光矽片表面。由於在熱處理之後進行拋光，因此不需要在熱處理前進行鏡面拋光。即，熱處理之後的拋光，為了表面的平坦化和殘留於表面附近的COP的去除這二個目的而實施。與在氫和氬等非氧化性氣氛中熱處理的晶片不同，如果在氧化性氣氛中熱處理滿足本發明條件的晶格間氧濃度的晶片，則深的位置的COP清除，因此即使在熱處理後拋光也不會露出COP而形成凹坑，因此不需要特別限定拋光量。
第6發明是通過將根據第5發明製造的矽片作為活性層側晶片使用，來製造SOI晶片的SOI晶片的製造方法。
第7發明是一種SOI晶片的製造方法，通過在氧化性氣氛中對活性層側矽片實施氧化熱處理而形成埋入氧化膜，之後通過其埋入氧化膜貼合在支撐側晶片上製造貼合SOI晶片，在該製造SOI晶片的方法中，上述氧化熱處理在將在氧化性氣氛中氧化熱處理活性層側矽片的溫度記為T(℃)，將活性層側矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)時，上述熱處理溫度T和活性層側矽片的晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))。
其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
有關第7發明的SOI晶片的製造方法，在其熱處理溫度和晶片的晶格間氧濃度的關係滿足上式的條件下進行對活性層側矽片實施的用於形成埋入氧化膜的熱處理。其結果，在活性層側矽片表面形成埋入氧化膜的同時，能夠降低COP。通過將這樣製作的活性層側晶片貼合在支撐側晶片上，能夠得到降低了COP的貼合SOI晶片。此時，不在一般的貼合SOI晶片的製造工序中附加新的工序就能夠製造具有降低了COP的SOI層的SOI晶片，這是本發明的特徵。
第8發明是在有關第7發明的矽片的製造方法中，上述活性層側矽片使用由通過中子照射來摻雜磷的矽單晶製作的晶片的、SOI晶片的製造方法。
使用從通過中子照射來摻雜磷的矽單晶切片的矽片作為活性層側矽片，對其進行上述氧化熱處理。而且，通過埋入氧化膜將活性層側矽片與支撐側晶片貼合。其結果，可製作具有降低了COP的SOI層的SOI晶片。此時，從同一單晶切片的活性層側矽片的電阻率的偏差極小，可製作電阻率均勻化的SOI晶片。
第9發明是在有關第7或第8發明的矽片的製造方法中，使用摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
活性層側矽片的機械強度比未摻雜氮的矽片提高，能夠抑制在熱處理中的滑移發生。此外，還能夠縮小COP尺寸，在氧化性熱處理中在更短的時間清除COP。
第10發明是在有關第7-第9發明的任意一項發明的SOI晶片的製造方法中，使用以5×1016原子/cm3以上的濃度摻雜了碳的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過摻雜碳，與非摻雜品比較，晶片的機械強度得到改善，抑制了滑移發生。
第11發明是一種SOI晶片的製造方法，該方法是通過絕緣膜在支撐側晶片上貼合活性層側矽片之後，在氧化性氣氛中實施貼合強化熱處理，來製造貼合SOI晶片的SOI晶片的製造方法，上述貼合強化熱處理將在氧化性氣氛中進行貼合強化熱處理的溫度記為T(℃)，將活性層側矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)，溫度T和晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))。
其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
在有關第11發明的SOI晶片的製造方法中，貼合活性層側矽片和支撐側晶片之後，在滿足上述溫度、氧濃度條件的氧化性氣氛中實施貼合強化熱處理。由此，不在一般的貼合SOI晶片的製造工序中附加新的工序就能夠製造降低了活性層(SOI層)的COP的SOI晶片。
第12發明是在有關第11發明的SOI晶片的製造方法中，使用通過中子照射而摻雜磷的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過中子照射的磷摻雜，該矽單晶棒在晶體成長軸方向其摻雜物濃度、電阻率也變得均勻。所以，由同一單晶棒製作的矽片顯示均勻的電阻率。
第13發明是在有關第11或第12發明的SOI晶片的製造方法中，由摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過該氮摻雜，活性層側矽片的機械強度增加，抑制了滑移發生，而且，COP經短時間即清除。
第14發明是在有關第11-第13發明的任意一項發明的SOI晶片的製造方法中，由摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過碳摻雜至規定的濃度，活性層側矽片的機械強度提高，能夠降低滑移發生。
第15發明是一種SOI晶片的製造方法，將在氧化性氣氛中氧化熱處理的溫度記為T(℃)，將矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)時，實施了熱處理溫度T和晶片的晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式的氧化熱處理後，去除氧化膜，進行鏡面拋光，製作活性層側矽片，在該活性層側矽片上形成氧化膜，通過該氧化膜進行離子注入，在該活性層側矽片上形成離子注入層，接著，通過上述氧化膜將該活性層側矽片貼合在支撐側晶片上形成貼合晶片，之後，將該貼合晶片保持在規定的溫度，以上述離子注入層為邊界剝離活性層側矽片的一部分，製造SOI晶片的SOI晶片的製造方法。
≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
在有關第15發明的SOI晶片的製造方法中，實施了滿足上述條件的氧化熱處理之後，去除氧化膜，進行鏡面拋光，製作無COP晶片。在該無COP晶片的製作，由於在熱處理之後進行拋光，因此在熱處理前不需要進行鏡面拋光。即，熱處理之後的拋光，為了表面的平坦化和殘留於表面附近的COP的去除這二個目的而實施。將這樣製作的矽片作為活性層側矽片使用，採用一般的精確切割法製作SOI晶片。也就是說，對活性層側矽片形成氧化膜，通過該氧化膜進行離子注入。而且，通過氧化膜與支撐側晶片貼合，通過剝離熱處理以離子注入層為邊界剝離活性層側矽片的一部分，由此製作SOI晶片。由此，可製作在SOI層中不含COP的SOI晶片。
第16發明是在有關第15發明的SOI晶片的製造方法中，以將剝離過的活性層側矽片(施主晶片)的表面鏡面拋光，作為形成新的SOI晶片的活性層的襯底重複使用為特徵的SOI晶片的製造方法。
第17發明是在有關第15或第16發明的SOI晶片的製造方法中，由通過中子照射而摻雜了磷的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過中子照射的磷摻雜，單一的矽單晶棒在晶體成長軸方向可得到均勻的電阻率。
第18發明是在有關第15-第17發明的任意一項發明的SOI晶片的製造方法中，由摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過該氮摻雜，機械強度增加，抑制了滑移發生，而且，COP經短時間即清除。
第19發明是在有關第15-第18發明的任意一項發明的SOI晶片的製造方法中，由摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的矽單晶製作上述活性層側矽片的SOI晶片的製造方法。
通過碳摻雜至規定的濃度，活性層側矽片的機械強度提高，能夠降低滑移發生。
如上述，根據本申請發明，在氬或氫氣氛中熱處理矽片時，能夠清除比該矽片內的COP清除的區域還深的位置的COP。
另外，活性層側矽片不使用高價的外延晶片，能夠降低SOI晶片的製造成本。
此外，由於清除活性層側矽片內的COP，因此不需要特別的工序就能夠製造SOI晶片。
附圖的簡單說明
圖1是調查通過有關本發明的氧化熱處理清除COP的條件的結果，顯示出在比虛線更靠近下側的區域COP清除。
發明的
具體實施例方式
最初，說明為找出在有關本發明的氧化熱處理中COP清除的邊界條件而進行的實驗。
首先，準備了多片晶格間氧濃度不同的矽片。將這些矽片在氧氣氛、氮氣氛、氫氣氛或氬氣氛中分別變更溫度實施熱處理。然後，對於距離各矽片表面300μm的深度位置分別調查有無COP。氧濃度用FT-IR法(ASTM F-121，1979年)測定。另外，確認有無COP基於紅外明場幹涉法的測定結果進行。採用了紅外明場幹涉法的矽片內部的缺陷評價中使用了アクセントオプティカルテクノロジ-ズ公司制的OPP(Optical Precipitate Profiler)。採用OPP的缺陷評價為了避免矽片表背面的凹凸的影響，使用鏡面拋光了表背面的樣品用矽片，使檢測下限尺寸為大致30nm而進行。而且，缺陷密度變為1.1×104個/cm3以下的場合，判定為COP清除。
以下的表1表示出調查結果。表1表示各氧濃度的晶片中COP清除的臨界溫度(最低的溫度)。
表1
表1的結果是在氧氣氛中進行熱處理的場合的結果。在氮、氫、氬的各氣氛中，深度300μm的COP未清除。
由表1的結果知道，如果矽片的氧濃度低，則在低溫下COP清除。如圖1所示，將該關係進行阿倫尼烏斯繪圖，通過氧化氣氛熱處理清除矽片內的COP的條件用下式表示。
≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
下面顯示本發明的具體的實施例，本發明的保護範圍不限定於下述實施例。
實施例中的晶片內部的COP評價與用於找出COP清除條件的實驗一樣地使用アクセントオプティカルテクノロジ-ズ公司制的OPP(檢測尺寸為30nm)。實施例中的晶片表面的缺陷評價用光散射法進行。具體講，使用了KLAテンコ-ル公司制的Surfscan6220(檢測下限尺寸為0.105μm)或Surfscan SP1(檢測下限尺寸為0.085μm)。
關於晶格間氧濃度不同的矽片在氧化性氣氛中的熱處理進行說明。
對晶格間氧濃度為4.0×1017原子/cm3的6英寸鏡面晶片在1150℃進行2小時的氧氣氛熱處理後，去除氧化膜，製作了樣品A。熱處理溫度T為1150℃時，滿足式(1)的關係的晶格間氧濃度是4.55×1017原子/cm3以下。所以，樣品A是受到滿足式(1)的熱處理的晶片。
另外，對晶格間氧濃度為5.5×1017原子/cm3的晶片也進行同樣的處理，製作了樣品B。該樣品B不滿足式(1)的關係。
然後，用OPP測定樣品A和B的深度300μm的位置的缺陷密度的結果，樣品A未檢測出缺陷，缺陷密度為1.1×104個/cm3以下，樣品B檢測出約4.4×106個/cm3的缺陷。通過進行滿足式(1)的關係的熱處理，可製作以往的在氫或氬中熱處理所得不到的、在深的位置缺陷密度也極低的矽片。
其次，說明通過中子照射向矽單晶摻雜磷的情況。
從不摻雜摻雜物就以CZ法育成的晶格間氧濃度為4.5-6.0×1017原子/cm3的8英寸矽單晶切取長400mm的晶塊，進行中子照射摻雜磷，製作了電阻率為約50Ω·cm的晶塊。表2表示出中子照射前後的電阻率(單位Ω·cm)。數值前的p、n分別指p型、n型。由表2的結果知道，當通過中子照射摻雜磷時，在矽晶塊內的各位置的電阻率值變得均勻。
表2
其次，從該晶塊切取氧濃度為5.5×1017原子/cm3的晶片進行鏡面拋光之後，在1200℃進行2小時的氧氣氛熱處理。熱處理的溫度為1200℃時，滿足式(1)的關係的晶格間氧濃度是6.06×1017原子/cm3以下。所以，上述氧濃度滿足式(1)。然後，用OPP測定在距矽片表面深300μm的位置的COP密度。結果，未檢測出COP，證實了此時的COP密度為1.1×104個/cm3以下。
另外，用SP1測定了與用OPP評價時相同的水準的樣品，表面的缺陷數是180個。順便說明，由於氧氣氛熱處理前的缺陷數是約2560個，因此知道減少為1/10以下。將該晶片表面再拋光約5μm之後，再次用SP1測定了表面的缺陷，結果未檢測出缺陷。這意指缺陷只殘留在表面附近5μm以內的淺區域。表面附近的COP殘留是因為，在氧化熱處理時氣氛中的氧向晶片內擴散，由此表面附近的氧濃度不滿足式(1)的關係。於是，進行了下面的實驗。
從上述晶塊切取氧濃度為5.2×1017原子/cm3的晶片，為了去除加工應變而進行腐蝕，在進行鏡面拋光之前的狀態下在1200℃進行2小時的氧氣氛熱處理。其後，去除氧化膜，進行約10μm的鏡面拋光。用SP1測定了這樣製作的晶片的表面，結果未檢測出缺陷。這意指在進行氧化氣氛熱處理之後進行鏡面拋光的場合，在氧化氣氛熱處理之前不需要進行鏡面拋光。也就是說，氧化氣氛熱處理之後的鏡面拋光加工可兼有去除缺陷殘留層和表面平坦化這二個功能。
其次，說明在矽單晶中摻雜氮的情況。
首先，表示摻雜了氮的晶片的實施例。對晶格間氧濃度為5.6×1017原子/cm3、氮濃度為2×1013原子/cm3的6英寸晶片在1200℃進行0.5小時的氧化氣氛熱處理，製作了樣品C。
另外，對晶格間氧濃度是5.1×1017原子/cm3、未摻雜氮的晶片也進行同樣的處理，製作了樣品D。
此外，除了熱處理條件為1200℃、1小時以外，對從與樣品D相同的晶體切取的晶片進行與樣品D同樣的處理，製作了樣品E。
用OPP評價了這3種樣品的缺陷密度，其結果，樣品C和E未檢測出缺陷，缺陷密度為1.1×104個/cm3以下。可是，樣品D觀察到2.2×105個/cm3的缺陷。另外，由X射線外貌觀察滑移位錯的發生狀況，樣品D和E觀察到長1cm左右的滑移位錯，但摻雜了氮的樣品C未觀察到滑移位錯。
通過摻雜氮，COP清除所需要的時間縮短，而且，晶片的機械強度提高，能夠防止滑移位錯的發生。可是，在氮濃度小於2×1013原子/cm3的場合，看不到這2項效果。
下面說明在矽單晶中摻雜碳的情況。
首先對晶格間氧濃度為4.1×1017原子/cm3、碳濃度為5×1016原子/cm3的6英寸晶片在1150℃進行2小時的氧化氣氛熱處理，製作了樣品F。對晶格間氧濃度是3.9×1017原子/cm3、未摻雜碳的晶片也進行同樣的處理，製作了樣品G。
用OPP進行缺陷評價的結果，樣品F和G都未檢測出缺陷，缺陷密度是1.1×104個/cm3以下。由X射線外貌觀察滑移位錯的發生狀況，樣品G觀察到長約4mm左右的滑移位錯，但摻雜了碳的樣品F未觀察到滑移位錯。
通過摻雜碳，晶片的機械強度提高，能夠防止滑移位錯的發生。可是，在碳濃度小於5.0×1016原子/cm3的場合，看不到該效果。
下面說明SOI晶片的埋入氧化膜形成時的COP清除。
首先，將從晶格間氧濃度為4.9×1017原子/cm3、氮濃度為7×1013原子/cm3的6英寸矽單晶切取、並鏡面拋光了的晶片作為活性層側晶片使用，在1175℃進行2小時埋入氧化膜形成熱處理。在1150℃進行2小時與支撐側晶片的貼合熱處理，進行拋光直到活性層達到厚度10μm為止，製作了SOI晶片。
溫度為1175℃時，滿足式(1)的關係的晶格間氧濃度是5.26×1017原子/cm3以下。所以，埋入氧化膜形成時的溫度和上述氧濃度滿足式(1)。
用Surfscan 6220評價採用上述製造方法製造的貼合SOI晶片活性層的表面，結果未檢測出缺陷。通過活性層側晶片的晶格間氧濃度和埋入氧化膜形成熱處理的溫度滿足式(1)，不在以往的貼合SOI晶片製造工序中追加新的工序就能夠製作不含COP的高品質的SOI晶片。
其次，說明貼合SOI晶片的貼合強化熱處理時的COP清除。
首先，對支撐側晶片進行埋入氧化膜形成熱處理(1050℃、4小時)。其次，將晶格間氧濃度為3.7×1017原子/cm3、氮濃度為8×1013原子/cm3的鏡面拋光完的6英寸晶片作為活性層側晶片，在1150℃進行2小時與上述帶氧化膜的支撐側晶片的貼合熱處理，進行拋光直到活性層達到厚度10μm為止，製作了SOI晶片。該貼合強化熱處理的溫度1150℃和上述晶格間氧濃度的關係滿足式(1)。
用Surfscan 6220評價採用上述製造方法製造的貼合SOI晶片的活性層表面，結果未檢測出缺陷。通過活性層側晶片的晶格間氧濃度和貼合熱處理的溫度滿足式(1)的關係，不在以往的貼合SOI晶片製造工序中追加新的工序就能夠製作不含COP的高品質的SOI晶片。
其次，說明活性層薄的SOI晶片。
首先，從晶格間氧濃度為3.8×1017原子/cm3、氮濃度為9×1013原子/cm3的6英寸矽單晶切取，為去除加工應變而進行腐蝕，在進行鏡面拋光之前的狀態下在1150℃進行2小時的氧氣氛熱處理。該熱處理溫度和上述晶格間氧濃度的關係滿足式(1)。其後，去除氧化膜，進行約10μm的鏡面拋光。將該晶片作為活性層側晶片，在1150℃進行2小時與帶埋入氧化膜的支撐側晶片的貼合熱處理，進行拋光直到活性層達到厚度1μm為止，製作了SOI晶片。
評價了該SOI晶片的活性層的表面缺陷，但未檢測出缺陷。將在實施了滿足式(1)的條件的熱處理之後進行了鏡面拋光的晶片作為活性層側晶片使用，由此在活性層薄的場合也能夠製作不含COP的SOI晶片。
最後，說明使用精確切割法製造SOI晶片的方法。
首先，從晶格間氧濃度為4.0×1017原子/cm3、氮濃度為8×1013原子/cm3的8英寸矽單晶切取，為去除加工應變而進行腐蝕，在進行鏡面拋光之前的狀態下在1150℃進行2小時的氧氣氛熱處理。其後，去除氧化膜，進行約10μm的鏡面拋光。將該晶片作為活性層側晶片，用精確切割法製作了薄膜的SOI晶片。製作條件如下。
在活性層側晶片上形成約120nm的氧化膜，在該晶片的表面注入氫離子。注入能量是25keV，注入射線量是8×1016原子/cm2。在與支撐側晶片貼合後，進行500℃、30分鐘的熱處理，以微小氣泡層為邊界，剝離了活性層側晶片。然後，通過1100℃、2小時的熱處理，強化支撐側晶片與活性層的結合。將活性層薄膜化直到最終為100nm為止，完成了SOI晶片(樣片H)。對剝離了的活性側晶片(施主晶片)進行約5μm的再拋光，作為活性側晶片再利用5次。將第5次製作的SOI晶片作為樣品I，與樣品H一起實施了缺陷評價。
如果在活性側晶片中存在作為孔洞的COP，則SOI晶片的活性層中存在貫穿的孔。該孔用下面的方法檢測出。即，首先將SOI晶片浸漬在氫氟酸中。通過該操作，如果存在貫穿活性層的孔，則氫氟酸通過該孔滲入，埋入氧化膜被溶解，用雷射粒子計算器可容易地檢測出。將用該方法檢測出的缺陷(貫穿活性層的孔穴)稱為氫氟酸缺陷。在本實施例中，在氫氟酸中浸漬15分鐘左右，用Surfscan 6220計算5μm以上的LPD(Light Point Defect)。
採用上述方法評價樣品H和I的氫氟酸缺陷，哪個樣品都未檢測出。
因此，如果使用用上述方法製作的晶片作為活性側晶片，則可製作作為起因於COP的貫穿SOI層的孔的氫氟酸缺陷極少的薄膜SOI晶片，而且可證實，用本發明方法製作的晶片通過進行再拋光，可作為活性側晶片重複使用。
最後敘述成為本發明的熱處理對象的晶片。成為對象的晶片是含有COP的晶片。在氧化熱處理中COP是否清除，由熱處理溫度和晶片中的晶格間氧濃度決定，不依賴於COP的尺寸。
因此，關於COP的尺寸不需要特別地限定。可是，如果COP尺寸大，則清除所需要的熱處理時間變長，因此優選COP尺寸小。
具體講，如果是0.2μm以下則充分實用。
根據本發明製作的矽片具有以下所示的以往的方法不能得到的極為優異的優點。
(1)從表面到矽片內部的深的位置(例如深度300μm)COP清除。
(2)電阻率的均勻性高。
(3)不含外延晶片特有的堆疊缺陷和位錯。
(4)由於氧濃度低，因此在器件製造工藝的熱處理中，氧析出物和熱施主等改變電阻率的氧複合體的生成的可能性極低。
權利要求
1.一種矽片的製造方法，該方法是在氧化性氣氛中熱處理從矽單晶切片的矽片的製造矽片的方法，在該製造方法中，將在氧化性氣氛中熱處理的溫度記為T(℃)，將矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)，溫度T和晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式，[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼(ボルツマン)常數8.617×10-5(eV/K)。
2.根據權利要求1所述的矽片的製造方法，作為上述矽單晶使用通過中子照射摻雜了磷的單晶。
3.根據權利要求1或2所述的矽片的製造方法，作為上述矽單晶使用摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的單晶。
4.根據權利要求1-3的任意一項所述的矽片的製造方法，作為上述矽單晶使用摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的單晶。
5.根據權利要求1-4的任意一項所述的矽片的製造方法，在上述氧化性氣氛中熱處理之後，鏡面拋光矽片。
6.一種SOI晶片的製造方法，通過將採用權利要求5所述的方法製造的矽片作為活性層側晶片使用，來製造SOI晶片。
7.一種SOI晶片的製造方法，是通過在氧化性氣氛中對活性層側矽片實施熱處理而形成埋入氧化膜，之後通過其埋入氧化膜貼合在支撐側晶片上製造貼合SOI晶片的SOI晶片的製造方法，在該製造SOI晶片的方法中，上述氧化熱處理在將在氧化性氣氛中熱處理活性層側矽片的溫度記為T(℃)，將活性層側矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)時，上述熱處理溫度T和活性層側矽片的晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式，[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
8.根據權利要求7所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用通過中子照射摻雜了磷的矽單晶製作。
9.根據權利要求7或8所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作。
10.根據權利要求7-9的任意一項所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的矽單晶製作。
11.一種SOI晶片的製造方法，該方法是以埋入氧化膜為媒介在支撐側晶片上貼合活性層側矽片之後，在氧化性氣氛中實施貼合強化熱處理，來製造貼合SOI晶片的SOI晶片的製造方法，上述貼合強化熱處理將在氧化性氣氛中進行貼合強化熱處理的溫度記為T(℃)，將活性層側矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)，溫度T和晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式，[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
12.根據權利要求11所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用通過中子照射而摻雜了磷的矽單晶製作。
13.根據權利要求11或12所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作。
14.根據權利要求11-13的任意一項所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的矽單晶製作。
15.一種SOI晶片的製造方法，將在氧化性氣氛中熱處理的溫度記為T(℃)，將矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm3)時，實施了熱處理溫度T和晶片的晶格間氧濃度[Oi]的組合滿足下式的氧化熱處理後，去除氧化膜，進行鏡面拋光，製作活性層側矽片，在該活性層側矽片上形成氧化膜，以該氧化膜為媒介進行離子注入，由此在該活性層側矽片上形成離子注入層，接著，以上述氧化膜為媒介將該活性層側矽片貼合在支撐側晶片上形成貼合晶片，之後，將該貼合晶片保持在所規定的溫度進行熱處理，由此以上述離子注入層為邊界剝離活性層側矽片的一部分，製造SOI晶片，[Oi]≤2.123×1021exp(-1.035/k(T+273))其中，晶格間氧濃度[Oi]是用FT-IR法測定的值(ASTM F-121，1979年)，k是玻耳茲曼常數8.617×10-5(eV/K)。
16.根據權利要求15所述的SOI晶片的製造方法，將剝離了的活性層側晶片的表面鏡面拋光，作為形成新的SOI晶片的活性層的襯底重複使用。
17.根據權利要求15或16所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用通過中子照射而摻雜了磷的矽單晶製作。
18.根據權利要求15-17的任意一項所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了2×1013原子/cm3以上的氮的矽單晶製作。
19.根據權利要求15-18的任意一項所述的SOI晶片的製造方法，上述活性層側矽片使用摻雜了5×1016原子/cm3以上的碳的矽單晶製作。
全文摘要
在氧化性氣氛中對活性層側矽片實施熱處理形成埋入氧化膜。通過該埋入氧化膜貼合在支撐側晶片上製造SOI晶片。上述氧化熱處理在將溫度記為T(℃)、將活性層側矽片的晶格間氧濃度記為[Oi](原子/cm
文檔編號H01L21/762GK1692482SQ20038010052
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月19日 優先權日2003年2月14日
發明者梅野繁, 寶來正隆, 佐野正和, 三木新一郎 申請人:三菱住友矽晶株式會社