单晶硅晶片制造技术

本申请涉及一种单晶硅晶片，其包含两个主要平行表面，其中一个为正面并且另一个为背面、正面与背面之间的中心平面、连接正面与背面的圆周边缘、具有从正面朝向中心平面测量的深度D的正面层，并且其中主体区域处于正面层与中心平面之间，其中：主体区域包含密度为至少约1

【技术实现步骤摘要】
单晶硅晶片
[0001]本申请是申请日为2017年12月13日、申请号为“201780081673.6”、名称为“处理硅晶片以具有内部去疵与栅极氧化物完整性良率的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉参考
[0003]本申请要求于2016年12月28日提交的美国临时申请序列号62/439,621的优先权，其公开内容在此以引用的方式并入，如同以其全部内容阐述一样。


[0004]本专利
大体来说涉及用于电子组件的制造中的硅晶片的制备。更特定来说，本专利技术涉及一种产生具有内部去疵与栅极氧化物完整性良率的硅晶片的退火法。

技术介绍

[0005]单晶硅，为大多数制造半导体电子组件的方法的起始物质，其通常使用所谓的柴可拉斯基(Czochralski，Cz)法制备，在所述方法中单个晶种浸没到熔融硅中并且随后通过缓慢提取生长。在被容纳于石英坩埚中的期间，熔融硅混杂有各种杂质，其中主要为氧。在硅熔融体的温度下，氧进入晶格直到达到由在熔融体的温度下氧在硅中的溶解度和氧在固化硅中的实际偏析系数决定的浓度。在用于制造电子装置的工艺的典型温度下，此类浓度大于氧在固体硅中的溶解度。因此，随着晶体从熔融体生长并冷却，氧在其中的溶解度会快速降低，从而在从晶体切分出的晶片中，氧会以过饱和浓度存在。
[0006]通常用于电子装置的制造中的热处理循环会引起氧在氧过饱和的硅晶片中沉淀。取决于其在晶片中的位置，沉淀物可能为有害或有利的。位于晶片的有源装置区域中的氧沉淀物可能会损害装置的运作。然而，位于晶片的主体中的氧沉淀物能够捕获可能与晶片接触的非所需金属杂质。使用位于晶片的主体中的氧沉淀物来捕获金属通常称作内部去疵(internal or intrinsic gettering，“IG”)。
[0007]适用于实现单晶硅晶片中的内部去疵的热处理循环包括快速热退火(例如通过太阳爱迪生半导体有限公司(SunEdison Semiconductor,Ltd.)的(Magic Denuded)方法)或在如氩气的惰性气体环境气氛中长持续时间退火。快速热退火法中的短退火持续时间为经济有效的解决方案。然而，无沉淀区域(precipitate free zone，PFZ；也称为全净带)深度通常太深而无法在硅的顶部100微米(即在背面研磨之后残留的硅的典型量)处有效地对金属杂质进行去疵。相反地，长持续时间退火可以实现优良PFZ区域(在顶部20微米内可调)和去疵能力。然而，长持续时间退火需要一定退火时间(数小时)，其会影响制造成本和产量。
[0008]作为方法和长持续时间退火的替代方案，研发出了在含氮气体环境气氛中进行的快速热退火。在氮化环境气氛，例如NH3或N2气体中进行的快速热退火实现伴随浅PFZ(无沉淀区域或全净带)的强内部去疵能力。参见例如，应用物理学杂志(J Appl Phys),114,043520(2013)。在所属领域中先前并未认识到在含氮气环境气氛中进行快速热退火可以降低栅极氧化物完整性(gate oxide integrity，GOI)良率。

技术实现思路

[0009]简单地说，本专利技术涉及一种在先前已经历在含氮气环境气氛中进行快速热退火的单晶硅晶片中获得适合GOI良率的方法。
[0010]在一个方面，本专利技术涉及一种处理单晶硅晶片的方法，所述方法包含：在至少约1100℃的温度下在包含含氮气体的第一环境气氛中热处理单晶硅晶片以增加单晶硅晶片的主体区域中的晶格空位的密度，并且在单晶硅晶片的正面上形成氮化硅层，其中单晶硅晶片包含两个主要平行表面(其中一个为正面并且另一个为背面)、正面与背面之间的中心平面、连接正面与背面的圆周边缘、具有从正面朝向中心平面测量的深度D的正面层，并且其中主体区域处于正面层与中心平面之间；从单晶硅晶片的正面去除氮化硅层；在约900℃与约1100℃之间的温度下和包含氧气的第二环境气氛中热处理单晶硅晶片持续大于30分钟的时间，以在单晶硅晶片的正面上形成最小厚度为至少约50埃的氧化硅层；并且从单晶硅晶片的正面去除氧化硅层。
[0011]在另一方面，本专利技术涉及一种单晶硅晶片，其包含两个主要平行表面(其中一个为正面并且另一个为背面)、正面与背面之间的中心平面、连接正面与背面的圆周边缘、具有从正面朝向中心平面测量的深度D的正面层，并且其中主体区域处于正面层与中心平面之间，其中：主体区域包含密度为至少约1
×
107cm
‑3并且氧沉淀物的峰值密度为至少约1
×
109cm
‑3的氧沉淀物，其中峰值密度处于正面层与中心平面之间；正面层包含密度小于约1
×
107cm
‑3的氧沉淀物，其中正面层的深度D在约1微米与约40微米之间；并且正面不具有栅极氧化物完整性图案相关的晶体缺陷带。
附图说明
[0012]图1描绘经历在含氨环境中快速热退火并且随后经历NEC1处理(800℃下4小时，随后1000℃下16小时)的晶片中的主体微缺陷密度的典型深度分布。
[0013]图2A和2B绘示单晶硅晶片在快速热退火之前(图2A中左侧晶片)和在含氨环境中快速热退火之后(图2B中右侧晶片)的GOI良率。
[0014]图3A到3D描绘根据本专利技术的一些实施例的方法流程。
[0015]图4为显示经氧化的硅填隙子的计算浓度随温度而变化的图。
[0016]图5提供GOI完整性测试之后晶片的若干图像。
[0017]图6A描绘经历在含氨环境中快速热退火，之后在氧化环境中快速热退火(1000℃下5秒)的晶片的BMD深度分布(在氧化沉淀热处理；在800℃下NEC1处理4小时，随后在1000℃下NEC1处理16小时之后)。x轴刻度为以微米为单位的深度，并且y轴刻度为BMD/cm3。
[0018]图6B描绘经历在含氨环境中快速热退火，之后在氧化环境中快速热退火(1100℃下5秒)的晶片的BMD深度分布(800℃下4小时+1000℃下16小时的氧化沉淀热处理之后)。x轴刻度为以微米为单位的深度，并且y轴刻度为BMD/cm3。
[0019]图6C描绘经历900℃至1000℃之间的长持续时间氧化退火4小时的晶片的BMD深度分布(在800℃下4小时+1000℃下16小时的氧化沉淀热处理之后)。x轴刻度为以微米为单位的深度，并且y轴刻度为BMD/cm3。
[0020]图7描绘在若干温度下经历长持续时间氧化退火的各种晶片的GOI完整性结果。所描绘的晶片包括生长态晶片(最左侧晶片)、在氮化环境中快速热退火之后的晶片(左起第
二个晶片)和经历360分钟的在900℃下、950℃下和1000℃下氧化退火的三个晶片(右侧)。
[0021]图8为GOI改进随氧化温度及时间而变化的等高线图。
具体实施方式
[0022]本专利技术涉及一种在氮化气氛中进行快速热退火处理之后恢复单晶硅晶片，例如理想硅晶片的栅极氧化物完整性(GOI)良率的方法。在一些实施例中，本专利技术涉及一种在含氮气环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅晶片，其包含两个主要平行表面，其中一个为正面并且另一个为背面，所述正面与所述背面之间的中心平面、连接所述正面与所述背面的圆周边缘、具有从所述正面朝向所述中心平面测量的深度D的正面层，并且主体区域处于所述正面层与所述中心平面之间，其中：所述主体区域包含密度为至少约1
×
107cm
‑3并且氧沉淀物的峰值密度为至少约1
×
109cm
‑3的氧沉淀物，其中所述峰值密度处于距所述单晶硅晶片的所述正面10微米和约100微米之间；所述正面层包含密度小于约1
×
107cm
‑3的氧沉淀物，其中所述正面层的所述深度D在约1微米与10微米之间；并且所述正面不具有栅极氧化物完整性图案相关的晶体缺陷带。2.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述主体区域包含浓度在约2
×
10
17
个原子/立方厘米与约5
×
10
17
个原子/立方厘米之间的填隙氧。3.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述主体区域包含平均密度为至少约1
×
108cm
‑3的氧沉淀物。4.根据权利要求1所述的单晶硅晶片，其中所述主体区域包含平均密度为至少约1
×
109cm

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣中，柳在祐，金昞天，罗伯特，
申请(专利权)人：太阳能爱迪生半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：