专利名称：硅晶片及其制造方法
技术领域：
本发明公开改进硅晶片及制造硅晶片的方法。具体而言，本发明公开一种硅晶片，其具有离晶片正反表面一定距离形成的理想器件有源区且具有一在深度方向上氧沉积物及体型堆垛层错具有恒定密度的内部区域，以及制造硅晶片的方法。
背景技术：
众所周知，在硅晶片中会造成问题的缺陷包括COP(Crystal OriginatedParticle；晶体原始粒子)、FPD(Flow Pattern Defect；流型缺陷)及LSTD(LaserScattering Tomography Defect；激光散射X线断层缺陷)。
藉由使用氨水与过氧化氢的混合溶液(标准清洁l溶液)来重复清洁工艺，就可检测到在晶片表面层中形成的COP。COP的大小在约0.09微米(μm)至约0.12微米的范围内，并且会在晶片表面上观察到坑的形状。公知COP是一种在拉制晶体以形成晶片时所产生的缺陷。
公知藉由使用如氢氯化物溶液或重铬酸钾溶液的蚀刻剂来执行选择性蚀刻工艺，就会在流型中检测到与氧化物膜的介电强度相关的FPD。
公知藉由激光散射X线断层术可观察到在晶体生长工艺期间所产生的微缺陷的LSPD。
一般而言，制造硅晶片的方法包括一单晶生长工艺，用来制备一单晶锭；一切片工艺，用来将该单晶切片成薄碟片型的晶片；一倒角(chamfering)工艺，用来削圆晶片的周围边缘部位，以防止该切片工艺所生产的晶片破损和变形；一研磨(lapping)工艺，用来平坦化该晶片；一抛光工艺，用来将该晶片表面抛光成一镜面；以及一清洁工艺，用来清洁已抛光的晶片，以去除附着在晶片上的抛光粉末及污染粒子。
对于藉由所谓Czochralski(CZ；直拉)方法所生长的硅单晶而言，当执行前面提及的工艺来加工此类硅单晶以制造硅晶片时，所制造的硅晶片会含有大量的氧杂质。氧杂质可能会变化成氧沉积物而造成位错或缺陷。在要形成半导体器件的表面上存在氧沉积物时，则会导致漏电流增加并且减弱氧化物膜的介电强度，以至于会显著影响半导体器件的特性。
根据前面提及的工艺所制造的硅晶片必须确保离晶片表面一预定深度的所谓″洁净区(denuded zone；DZ)″。在本文中，洁净区是从晶片正面至背面不存在位错、堆垛层错、氧沉积物等等的区域。然而，在根据现有方法所制造的硅晶片中，形成在表面区域中的氧沉积物会作为漏电流的来源。
图1显示用于解说根据一般方法生长一晶锭及将晶锭切片所获得的硅晶片的缺陷浓度分布图。如图1所示，晶片中心部分的缺陷浓度最高，且愈接近晶片表面，缺陷浓度愈低，所以浓度分布图为凸状。
另一方面，在晶体生长工艺之后，可藉由热处理工艺来控制前文提及的孔洞缺陷及内部缺陷，例如氧沉积物。其中一项热处理工艺是使用扩散炉的工艺。就使用扩散炉的工艺而言，会在H2或Ar气氛中以1200℃或以上的高温执行热处理工艺达一小时或更长时间，接着藉由氧的外扩散及硅重组，在晶片的部分表面区域上形成一器件理想区。根据使用扩散炉的传统方法，可在从晶片表面至10微米的深度形成一无任何孔洞缺陷及微小氧沉积物的层。但是，随着晶片直径愈来愈大，传统方法不能有效控制因高温热处理工艺而在晶片上形成的滑移位错(slip dislocation)或因高温热处理工艺而形成的沾污。
发明内容
本发明公开一种硅晶片，该硅晶片能够确保在晶片的正表面及背表面附近有充足的洁净区，并且该晶片还具有一体型区域，该体型区域具有在整个体型堆垛区域上基本恒定浓度分布的体型堆垛层错，藉以作为吸除部位。
本发明也公开一种制造硅晶片的方法，该方法能够确保在晶片的正表面附近有充足的洁净区，并且在该晶片上提供一体型区域，该体型区域具有在整个体型堆垛区域上恒定浓度分布的体型堆垛层错，以作为吸除部位。
在一种具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片中，本发明公开的硅晶片包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，其中体型区域中的缺陷浓度分布(concentration profile of defect)具有在从该正表面至该背表面方向上维持恒定的分布。
在改进方面，缺陷可能是包括氧沉积物及体型堆垛层错的体型微观缺陷(bulk micro-defect；BMD)。优选方式为，介于该第一与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度可以具有保持恒定在约3.0×108ea/cm3至约1.0×1010ea/cm3的范围内的分布。
缺陷可能是体型堆垛层错。优选方式为，介于该第一与第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度可以具有保持恒定在约1.0×108ea/cm3至约3.0×109ea/cm3的范围内的分布。
优选方式为，该第一与第二洁净区的深度可以在距离该晶片的该正表面与该背表面5微米至40微米的范围内。优选方式为，该第一与第二洁净区可能是已去除氧沉积物及体型堆垛层错的无缺陷区域。
在另一项改进中，制备一种具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片，其中介于该正表面与该背表面间的该区域包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，其中介于该晶片的该正表面与该背表面之间的缺陷浓度分布具有一阶梯形状，在该晶片的正表面与背表面间的中心处具有轴对称，其中在该第一与第二洁净区的边界处，体型区域具有垂直上升浓度梯度，并且在整个体型区域上具有一大致水平浓度梯度，以及其中体型区域中的缺陷浓度分布具有在约10％变化范围内的平面形状。
在另一项改进中，公开一种制造硅晶片的方法，包括制备一具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的体型区域的硅晶片；执行一第一快速热处理工艺，以消耗该硅晶片中的空位，藉以加速氧沉积物的成核；以及执行一第二快速热处理工艺，以去除位于该硅晶片正表面附近的区域中的氧沉积物晶核，并且进一步加速位于该硅晶片的体型区域中的氧沉积物的晶核生长。
优选方式为，执行该第二快速热处理工艺的温度高于执行该第一快速热处理工艺的温度。
而且优选方式为，在约1120℃至约1180℃范围内的温度下执行该第一快速热处理工艺。
而且优选方式为，在约1200℃至约1230℃范围内的温度下执行该第二快速热处理工艺。
而且优选方式为，执行该第一快速热处理工艺的步骤的执行时间期间为约1秒至约5秒的范围内。
而且优选方式为，执行该第二快速热处理工艺的执行时间期间为约1秒至约10秒范围内。
而且优选方式为，利用氩气与氨气的混合气体来执行该第一快速热处理工艺。
而且优选方式为，利用氩气与氨气的混合气体来执行该第二快速热处理工艺。
可在同一设备中在原位执行该第一快速热处理工艺的步骤及执行该第二快速热处理工艺的步骤。
可在离位(ex-situ)执行该第一快速热处理工艺的步骤及执行该第二快速热处理工艺的步骤。
制备该硅晶片可进一步包括生长一硅单晶，做法是将一籽晶浸入一熔化硅中并且拉制该籽晶，同时控制在晶体凝结界面处在生长方向上的晶体生长速率及温度梯度；将该生长的硅单晶切片成晶片形状；以及执行一蚀刻工艺，用来去除因该切片步骤造成的切片损伤，并且将该切片的晶片的侧表面倒角或蚀刻该表面。
优选方式为，在一施主消抑工艺(donor killing process)期间执行该第一和第二快速热处理工艺，用来将晶体生长期间在该硅晶片中产生的氧转换成氧沉积物，以便防止在后续热处理工艺期间氧释放出电子而成为施主。
在执行该第二快速热处理工艺之后，该方法进一步包括抛光该硅晶片表面对该硅晶片表面执行一镜面抛光工艺；以及清洁该硅晶片。
在执行该第一快速热处理工艺及执行该第二快速热处理工艺之后，介于该正表面与该背表面之间的形成区域包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一与第二洁净区之间，以及其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有维持恒定的分布。
公开另一种制造硅晶片的方法，包括(a)制备一具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片；(b)将该硅晶片装载至一快速热处理设备中；(c)将该快速热处理设备的内部温度迅速上升至一第一目标温度；(d)在该第一温度下执行一第一快速热处理工艺长达消耗该硅晶片中的空位所需的一段时间，藉以加速氧沉积物的成核；(e)将该快速热处理设备的内部温度迅速下降至一第二温度；(f)将该快速热处理设备的内部温度迅速上升至一第三温度，高于该第一温度；(g)在维持该第三温度长达一段时间的期间内执行一第二快速热处理工艺，以去除位于该硅晶片表面或该硅晶片表面附近区域中的氧沉积物晶核，并且进一步加速位于该硅晶片的体型区域中的氧沉积物的晶核生长；以及(h)将该快速热处理设备的内部温度迅速下降至一第四温度。
优选方式为，在步骤(b)至步骤(h)期间，持续供应氩气；在步骤(d)期间，供应氨气；以及在步骤(e)至步骤(h)期间，停止供应氩气。
优选方式为，在一施主消抑工艺期间执行步骤(b)至步骤(h)，用来将晶体生长时在该硅晶片中产生的氧转换成氧沉积物，以便防止在后续热处理工艺期间氧释放出电子且作为施主。
优选方式为，在步骤(h)之后，该方法可进一步包括从快速热处理设备卸载该硅晶片；抛光硅晶片表面对该硅晶片表面执行一镜面抛光工艺；以及清洁该硅晶片。
优选方式为，在步骤(h)之后，介于该正表面与该背表面间的该区域可包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一和第二洁净区之间，以及其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有维持恒定的分布。
图1显示根据传统方法制造的硅晶片缺陷的浓度分布图；图2显示硅单晶中具有点缺陷特性的缺陷区；图3A及图3B分别显示OiSF(Oxidation Induced Stacking Fault；氧化诱导堆垛层错)环及OiSF碟的形状；图4显示根据多重热处理方法检测缺陷的方法；图5A及图5B显示用于解说具有OiSF碟轨迹的晶片上的微小表面缺陷的评估结果的平面图；图6A及图6B显示位于无孔洞缺陷晶体中的OiSF环及OiSF碟的形状；图7显示氧沉积行为中不均匀特性的图表；
图8显示根据本发明公开实施例的硅晶片体型堆垛层错的浓度分布图；图9显示用于解说根据优选实施例的两步骤式快速热处理(rapid thermalprocessing，RTP)工艺的图式；图10显示用于解说根据本发明具体实施例的藉由制模来控制点缺陷的本发明方法的图式；图11显示根据本发明具体实施例所制造的硅晶片中体型堆垛层错密度的图表；图12A及图12B显示用于解说BMD(Bulk Micro-Defect；体型微观缺陷)密度及离晶片正表面距离的图表；图13显示使用光学显微镜拍摄的照片，示出了根据本发明具体实施例所制造的硅晶片中BMD(Bulk Micro-Defect；体型微观缺陷)；图14A及图14B显示用于解说Delta[Oi]与离晶片中心距离间的关系的图表；图15A及图15B显示用于解说BMD(Bulk Micro-Defect；体型微观缺陷)密度与离晶片中心距离间的关系的图表；图16A及图16B显示用于解说洁净区(denuded zone；DZ)深度与离晶片中心距离间的关系的图表；图17A至图17C显示根据本发明具体实施例所制造的硅晶片XRT(X-raytopography；X射线形貌)结果的照片；以及图18显示用于解说根据本发明另一项具体实施例的制造硅晶片步骤的流程图。
具体实施例方式
现在将参考附图来说明本发明的某些优选具体实施例。仅基于让本领域内的技术人员了解本发明的目的来提供这些具体实施例，应当理解，可用各种方式来修改所说明的具体实施例，并且本发明的范畴不限定于本文所说明的具体实施例。
藉由使用一种两步骤式RTP(rapid thermal processing，快速热处理)工艺来制备晶片，该工艺藉由控制位于该晶片表面区上的微小氧沉积物及OiSF(Oxidation Induced Stacking Fault；氧化诱导堆垛层错)，而得以确保该晶片具有一理想半导体器件区域。藉由执行两步骤式快速热处理工艺，就可精确控制缺陷分布，并且可形成一理想器件有源区直达离该晶片表面一定深度。此外，还能够藉由使该晶片一内部区域(即，体型区域)中深度方向的氧沉积物及体型堆垛层错具有恒定密度，可以最大化内吸除(IG)效率。为了在该体型区域中获得所期望的氧沉积物及体型堆垛层错的浓度分布，会在一预定混合气体气氛中对该晶片执行前面提及的两步骤式快速热处理工艺。按照此方式，就可在该硅晶片表面或该硅晶片表面附近上形成一OiSF环或一OiSF碟，而得以确保在该硅晶片表面附近有一理想器件有源区域，并且得以制造具有恒定氧沉积物分布及高密度体型堆垛层错的晶片。
图2显示硅单晶中的具有点缺陷特性的缺陷区，以及在改变单晶拉制速率所发生的现象的XRT(X-ray Topography；X射线形貌)量测结果。一般而言，会藉由将晶锭的一些部分切片来制造大量产生的硅晶片。图2显示当沿中心轴方向(即，硅单晶生长方向)将晶锭切片所量测的结果。其中，X轴表示从晶锭边缘点至对应边缘点的线，Y轴表示硅单晶生长方向。在图2中，标示″V″的区域是富空位区域，而标示″I″的区域是富间隙区域。此外，标示″V-Pure″的区域是纯空位区域，而标示″I-Pure″的区域是纯间隙区域。
本发明公开的技术与晶体特性密切相关，反之，晶体特性取决于晶体生长技术。如图2所示，晶体特性取决于晶体生长条件。然而，难以发现理想地控制P状带(P-band)以彻底去除晶体生长缺陷的晶体生长条件，如图2所示。另外，即使成功发现此晶体生长条件，然而由于在晶体生长期间晶体拉制速率的宽度变化非常短，所以甚至晶体拉制速率的变化宽度轻微改变，仍然会产生OiSF环轨迹(请参阅图3A)或OiSF碟(请参阅图3B)。甚至在具有彻底控制晶体生长缺陷的晶体特性的晶片中，OiSF轨迹仍然会残留在晶片上。在整个半导体器件制造期间，OiSF轨迹都会出现在晶片的表面区域上，所以OiSF会导致器件失效的结果。
一般而言，为了制造硅晶片，会藉由Czochralski(CZ；直拉)方法来生长硅单晶。由于缺陷区域具有不同的氧沉积行为，所以会根据晶体生长工艺期间所形成的晶体生长缺陷类型来将硅单晶划分成某些缺陷区域。
在图2中，描绘出被分割的硅单晶中形成的晶体生长缺陷区域。图2显示晶片的XRT(X-ray Topography；X射线形貌)量测结果，其中制造晶片的方式为生长硅单晶同时改变晶体的晶体生长速率，将硅单晶切片，以及执行氧沉积热处理工艺。在图2中，缺陷区域之间的对比度差异标示根据氧沉积程度的X射线散射程度。按照此方式，就能够比较缺陷区域的氧沉积程度。晶体凝结界面上沿生长方向的空位及间隙硅行为随着晶体生长速率(V)及温度梯度而改变，这会影响硅单晶中其它缺陷区域的形成。
如果V/G值大于临限值ξ，则会形成富空位区域，这是因优势点缺陷(dominant point defect)而出现空位。根据评估方法，将富空位区域中出现的缺陷分成COP(Crystal Originated Particle；晶体原始粒子)、FPD(Flow PatternDefect；流型缺陷)及LSTD(Laser Scattering TomographY Defect；激光散射X线断层缺陷)。这些缺陷会使所谓的GOI(Gate Oxide Integrity；栅氧化物完整性)特性降低，并且公知呈八面体孔洞形式。否则，如果V/G值小于临限值ξ，则会形成富间隙区域，这是因优势点缺陷而出现间隙硅。在富间隙区域中，因为间隙硅的凝聚，会形成大型位错粒子(large dislocation particle；LDP)。此外，在富空位区域的边缘部位中，会形成甚至在高温下仍然非常稳定的氧化物缺陷区域，并且会因间隙硅而形成相关缺陷。
形成的氧化物缺陷区域为环形，而且湿式氧化工艺之后出现的堆垛层错称为OiSF环。OiSF环区域具有大量稳定的氧沉积物，并且在OiSF环内部有氧沉积物理想增加的区域。
虽然在大部份一般的硅单晶中，富空位区域会单独存在或连同OiSF环区域混合在一起，但是会彻底去除晶锭的中心方向上的OiSF环，而可以获得所谓的无缺陷晶体，彻底去除位于富空位区域中的孔洞缺陷。无缺陷晶体代表在晶体生长及冷却工艺期间藉由控制热滞后现象(thermal hysteresis)而没有形成孔洞缺陷的晶体。这些晶体区域被分类成纯空位区域及纯间隙区域。纯空位区域是不会形成诸如COP的任何孔洞缺陷的区域，或现行分析技术无法检测的极微小尺寸的空位相关缺陷的区域。纯空位区域呈现出高度的氧沉积程度。纯间隙区域是不会形成任何大型位错粒子(large dislocation particle；LDP)的区域，并且呈现出高的间隙硅浓度。
已着手进行控制孔洞缺陷及OiSF环的许多研究。具体而言，相信优选方式为，在生长单晶时控制晶体生长条件，以形成只具有纯空位区域与纯间隙区域中的一种的晶体，藉以彻底去除孔洞晶体缺陷及OiSF环，而得以制造理想晶片。但是，由于如拉制速率等各种因素会在晶体生长时频繁改变，并且所谓的热区(hot zone)结构极为复杂，而且生长设备(grower)硬件存在结构上的限制，晶体生长条件控制法难以确保批量生产技术及生产率。
因此，已制成替代晶片。在这类晶片中，在晶体生长时，OiSF环位于晶片的圆周边缘(请参阅图3A)，或OiSF碟位于晶片的中央区域(请参阅图3B)，如图3所示。如上文所述，当制造器件时，当形成在晶片边缘处的OiSF环(请参阅图3A)或形成在晶片中央区域的OiSF碟(请参阅图3B)位于体内时，则不会影响器件的电气特性或GOI特性。然而，假使它们位于晶片表面或晶片表面附近(在离晶片表面约3微米至约4微米的范围内)，则会对器件的电气特性造成不利的影响。因此，为了避免此类不利的影响，开发出一种制造具有5微米或更大的理想器件区的晶片极为重要。
关于检测缺陷的方法，一般而言，在使用扩散炉在约800℃的高温执行热处理工艺达约4小时后，并且在约1000℃的高温下执行另一项热处理工艺达约16小时之后，就会观察到OiSF环轨迹行为。然而，就OiSF环轨迹而言，由于晶体生长时所形成的晶核大小极微小，所以一般评估法难以观察到OiSF环轨迹。因此，需要更精确的评估法，才能观察到OiSF环轨迹。在一项具体实施例中，介绍了一种使用多重热处理方法来检测晶片缺陷的公开方法，以彻底观察晶体特性及相关缺陷特性。理想的晶片必须确保在一定表面区域上存在藉由上述检测缺陷方法认证的完全理想器件区域。运用根据多重热处理方法的检测缺陷方法，可以检测考虑到生长特性典型出现在晶片中的缺陷。
图4显示根据多重热处理方法检测缺陷的方法。运用根据常用热处理方法检测缺陷的方法，根据评估结果，如图5A所示，未出现OiSF碟。但是，运用根据多重热处理方法检测缺陷的方法，根据评估结果，如图5B所示，会观察到OiSF碟。本发明公开一种具有5微米或更大的DZ(Denuded Zone；洁净区)值的晶片，本发明还公开一种制备晶片的方法，运用根据多重热处理方法的检测缺陷方法来评估晶片。
图5A及图5B显示用于解说具有OiSF碟轨迹的晶片上的微小表面缺陷的评估结果的图式。每项结果都是藉由去除在体方向上离具有OiSF碟轨迹的晶片表面5微米深度并且使用粒子计数仪(particle counter)执行测量获得的。
如图5A所示，运用根据一般热处理方法检测缺陷的方法来评估通过传统方法所制造的晶片，在评估结果中，决不会出现具有OiSF碟形状的缺陷。然而，运用根据多重热处理方法检测缺陷的方法来评估通过传统方法所制造的晶片，在评估结果中，会在晶片的表面区域上发现存在有OiSF。据此，在运用多重热处理方法检测传统晶片时，可以间接得知，在晶片的表面区域(离表面约3微米深度的表面区域附近)中存在缺陷。
图6A及图6B显示位于无孔洞缺陷晶体中的OiSF环及OiSF碟的形状的图式。图中描绘出当生长无孔洞缺陷晶体时，在晶体内广泛分布的OiSF的形状。就位于硅晶片中的OiSF而言，OiSF的分布形状为环形或碟形。图6A显示当沿中心轴方向(即，硅单晶生长方向)将晶锭切片时所量测的结果。其中，X轴表示从晶锭边缘点至对应边缘点的线，Y轴表示硅单晶生长方向。图6B显示当沿垂直于生长方向的方向(中心轴方向)将晶锭切片时硅晶片的OiSF形状。A型形状是沿图6A中I-I′线切片的硅晶片剖面所呈现的OiSF碟。B型形状是沿图6A中II-II′线切片的硅晶片剖面所呈现的OiSF碟。C型形状是沿图6A中III-III′线切片的硅晶片剖面所呈现的OiSF环。
在藉由CZ方法所生长的无孔洞缺陷硅单晶中，主要包含与氧沉积相关的缺陷。不包含COP，并且在不同的区域中包含不同的点缺陷。空位占优势的区域标示为Pv区域，而间隙占优势的区域标示为Pi区域。Pv区域和Pi区域都具有根据晶体生长工艺期间的热滞后现象所决定的自身覆盖面积，并且在氧沉积行为方面呈现出自身的不均匀特性，如图7所示。位于Pv区域和Pi区域中的、与氧沉积有关的点缺陷尤其是空位可作为晶核，在器件热仿真循环中的热处理工艺期间，该晶核可能生长成微小氧沉积物。假使晶片表面或晶片表面附近上存在此类氧沉积物，则会对器件的电气特性造成不利的影响，进而增加PN结的泄漏电流。接着，当器件的集成度愈来愈高且进一步减少设计规则时，则对器件的电气特性造成的影响就会愈来愈大。
控制孔洞缺陷及如氧沉积物的内部缺陷的方法包括生长单晶时的控制方法，以及生长单晶后使用热处理工艺的控制方法。热处理工艺包括使用扩散炉的工艺以及使用卤素灯的快速热处理工艺。就使用扩散炉的工艺而言，会在H2或Ar气气氛中在1200℃或更高的高温下执行热处理工艺达一小时或更长，接着藉由氧外扩散及硅重组，在晶片的部分表面区域上形成一器件理想区。但是，随着晶片直径愈来愈大，传统方法难以控制因高温热处理工艺而在晶片上形成的滑移位错，并且难以控制因高温热处理工艺而形成的污染物。另一方面，假使按照使用多重热处理方法检测缺陷的方法来评估采用传统RTP方法所制造的硅晶片，只能控制离表面3微米至4微米范围内的微小氧沉积物，以至于无法彻底控制OiSF环。因此，本发明提供一种两步骤式快速热处理方法，以区别于传统方法。在该两步骤式快速热处理方法中，会彻底去除位于器件有源区中的孔洞缺陷及微小氧沉积物以确保理想的器件区，并且会在晶片的体型区域中形成具有一定水平或更多的体型堆垛层错，以增强吸除特性。
图8显示根据优选具体实施例的硅晶片体型堆垛层错的浓度分布概要图表。关于根据优选具体实施例制造的硅晶片，在离该晶片的正表面与背表面一定深度内的表面区域中，存在少量体型堆垛层错，并且在体型区域中，在整个体型区域恒定分布着足以执行吸除功能的体型堆垛层错。充分且恒定分布在体型区域中的体型堆垛层错充分地执行吸除金属杂质的功能。因此，由于在整个体型区域中有足够且恒定分布的体型堆垛层错，藉以吸除在后续热处理工艺等等中外扩散的金属沾污物质，而得以显著减少朝表面外扩散的金属沾污物质。
具体而言，请参阅图8，在离该晶片的正表面一定深度(例如，约5微米至约40微米)内形成一第一洁净区(此区中不存在任何体型堆垛层错)，以及在离该晶片的背表面一定深度(例如，约5微米至约40微米)内形成一第二洁净区(此区中不存在任何体型堆垛层错)。在介于该第一与第二洁净区之间的体型区域中，浓度分布恒定，几乎无变化且具有水平梯度。当彻底查看晶片的缺陷浓度分布时，介于该晶片的正表面与该背表面之间的缺陷浓度分布具有一阶梯形状，关于该晶片的正表面与该背表面间的中心呈轴对称。另一方面，在该第一与第二洁净区的边界处，体型区域具有垂直上升的浓度梯度，并且该整个体型区域中，体型区域具有变化小的水平浓度梯度(例如，具有在10％变化范围内的平面形状)。假使缺陷是体型堆垛层错，则该体型区域中的体型堆垛层错的浓度具有恒定维持在1.0×108ea/cm3至3.0×109ea/cm3范围内的分布。假使缺陷是包括氧沉积物及体型堆垛层错的BMD(Bulk Micro-Defect；体型微观缺陷)，则该体型区域中的BMD浓度具有恒定维持在3.0×108ea/cm3至1.0×1010ea/cm3范围内的分布。下文中将会详细说明。
图9显示用于解说根据本发明优选具体实施例的两步骤式快速热处理(RTP)工艺的图式。采用一种广泛商业化的RTP设备(熔炉)。
请参阅图9，首先，藉由CZ方法生长一晶锭并将晶锭切片以制备硅晶片，将所制备的硅晶片装载至RTP设备。此时，优选方式为将RTP设备的温度设定在约700℃。接着，以一预定第一温度爬升(ramp-up)速率(例如约50℃/sec)，使RTP设备的内部温度迅速上升至一第一温度(例如，从约1120℃至约1180℃)。在RTP设备的内部温度迅速上升至第一目标温度后，维持该第一温度达例如1秒至5秒的时间段。接着，以一预定第一温度降温(ramp-down)速率(例如约70℃/sec)，使RTP设备的内部温度迅速下降至一第二温度(例如，约800℃)。此时，该第二温度优选等于或高于装载过程时设定的温度。藉由执行前文提及的工艺，完成第一快速热处理工艺。优选方式为，如Ar气的惰性气体在该第一快速热处理工艺期间持续流通，在维持该第一温度的时间段内供应氨(NH3)气，并且在内部温度下降至该第二温度的时间段内停止供应氨(NH3)气。
接着，在维持该第二温度达一预定时间期间后，以一预定第二温度爬升(ramp-up)速率(例如约50℃/sec)，使RTP设备的内部温度迅速上升至一第三温度(例如，从约1200℃至约1230℃)。在RTP设备的内部温度上升至该第三目标温度后，维持该第三温度达约例如1秒至约10秒的时间期间。该第三温度高于该第一温度。接着，以一预定第二温度降温(ramp-down)速率(例如约50℃/sec)，使RTP设备的内部温度迅速下降至一第四温度(例如，约700℃)。该第四温度优选等于装载过程时设定的温度。此外，该第二温度降温(ramp-down)速率低于第一快速热处理工艺中的该第一降温(ramp-down)速率。藉由执行前文提及的工艺，完成第二快速热处理工艺。优选方式为，如Ar气的惰性气体在该第二快速热处理工艺期间持续流通。在参考图9所说明的根据实施例制造的硅晶片的体型堆垛层错的浓度分布中，在离该晶片的正表面与背表面一定深度内的表面区域中，存在少量体型堆垛层错，并且在体型区域中，足以执行吸除功能的体型堆垛层错恒定分布在整个体型区域上。一般而言，体型堆垛层错的晶核具有从1纳米(nm)数量级至100纳米数量级范围内的不均匀尺寸。通过本发明公开的两步骤式快速热处理工艺，所生长的晶核大小大于一临限大小以形成体型堆垛层错。
运用前文提及的两步骤式快速热处理工艺，就可获得参考图8所说明的硅晶片的缺陷浓度分布。浓度分布会因下列状况而异具体RTP设备、热处理工艺温度、热处理工艺时间期间、温度爬升(ramp-up)速率、温度下降(ramp-down)速率、气氛气体的类型、流速、混合比例等等。
图10显示用于解说根据本发明具体实施例的藉由制模来控制点缺陷的方法的图式。在图10中，(a)、(b)、(c)、(d)和(e)分别标示空位、间隙硅(interstitialsilicon)、间隙氧(interstitial oxygen)、氧沉积物及体型堆垛层错。
请参阅图10，在第一快速热处理工艺中，会消耗空位以加速微小氧沉积物晶核的形成，并且在第二快速热处理工艺中，会去除位于该硅晶片表面附近区域中的微小氧沉积物的晶核，以进一步加速位于该硅晶片的内部体型区域中的氧沉积物晶核的生长。按照此方式，制备适用于制造半导体器件的体型堆垛层错，进而能够改善制造工艺的吸除效率。
图11显示根据本发明公开实施例所制造的硅晶片中体型堆垛层错密度的图表。图中所示的照片是执行下列步骤所获得的结果执行两步骤式快速热处理工艺；使用具有NH3、H2O2和H2O的预定混合比率的溶液来执行湿式蚀刻达3分钟；接着，使用光学显微镜量测体型堆垛层错。
请参阅图11，条件A包括维持在一第一温度1170℃达5秒钟的第一热处理步骤，以及维持在一第三温度1230℃达10秒钟的第二热处理步骤。
条件B包括维持在一第一温度1150℃达5秒钟的第一热处理步骤，以及维持在一第三温度1215℃达10秒钟的第二热处理步骤。
条件C包括维持在一第一温度1130℃达5秒钟的第一热处理步骤，以及维持在一第三温度1200℃达10秒钟的第二热处理步骤。
条件A、B及C的共同点为第一温度爬升(ramp-up)速率设定为50℃/sec，第一温度下降(ramp-down)速率设定为70℃/sec，第二温度爬升(ramp-up)速率设定为50℃/sec，及第二温度下降(ramp-down)速率设定为50℃/sec，藉以使温度下降至第四温度700℃。此外，条件A、B及C的共同点为第一及第二热处理步骤都使用Ar气，并且在维持该第一温度的时间期间供应氨(NH3)气。此时，在维持该第一温度的时间期间，以3.75slm的流速供应Ar气，并且以0.25slm的流速供应氨(NH3)气。此外，若是在维持该第一温度的时间期间供应Ar气及氨(NH3)气，则在第一及第二热处理步骤期间，在维持除该第一温度外的温度的时间期间只供应Ar气。此时，以4slm的流速供应Ar气。
如图11所示，关于体型堆垛层错密度，在离该晶片的正表面与背表面一定深度内的表面区域中，存在少量体型堆垛层错，并且在体型区域中，足以执行吸除功能的体型堆垛层错恒定分布在整个体型区域上。充分且恒定分布在体型区域中的体型堆垛层错充分地执行吸除金属杂质的功能。因此，由于在整个体型区域中有足够且恒定的体型堆垛层错，藉以吸除在后续热处理工艺中外扩散的金属沾污物质，而得以显著减少朝表面外扩散的沾污金属物质的量。体型区域中的体型堆垛层错密度为约5.0×104至1.0×106ea/cm2，这相当于1.0×108至3.0×109ea/cm3的浓度。
图12A及图12B显示用于解说取决于离晶片正表面距离的BMD(BulkMicro-Defect；体型微观缺陷)密度的图表。针对与参考图9所说明的快速热处理工艺条件相同的快速热处理工艺条件，在接下来的说明内容中将不会再次说明。此处，BMD代表包括氧沉积物及体型堆垛层错的缺陷。图12A对应于执行一种根据本发明具体实施例的两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤；以及图12B对应于执行一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约10秒钟的第二快速热处理步骤。
如图12A及12B所示，可得知在执行包括第一及第二快速热处理步骤的两步骤式快速热处理工艺的情况下，在体型区域中恒定分布BMD密度。体型区域中的BMD密度为约1.0×105至约5.0×106ea/cm2，这相当于3.0×108至1.0×1010ea/cm3的浓度。
图13显示使用光学显微镜拍摄的照片，示出了根据另一项具体实施例所制造的硅晶片中的BMD(Bulk Micro-Defect；体型微观缺陷)。此处，BMD代表包括氧沉积物(图13中所示的模糊且小的部位)及体型堆垛层错(图3中所示的深色且大的部位)的缺陷。图13显示在参考图12所说明的条件B下执行两步骤式快速热处理工艺的情况的照片。
如图13所示，可得知会在该晶片的正表面与背表面的表面区域中形成具有少量BMD的无缺陷层，并且体型区域中的BMD密度几乎恒定。
图14A及图14B显示用于解说取决于离晶片中心距离的Delta[Oi]的图表。在本文中，术语″离晶片中心的距离″代表从晶片中心朝边缘部位方向上的距离，并且术语″Delta[Oi]″代表用起始氧浓度减去经过热处理工艺的氧沉积物浓度所获得的值。图14A及图14B所示的Delta[Oi]对应于从晶片正表面至晶片背表面在从晶片中心朝边缘部位的方向上所量测的值。在接下来参考图14A及图14B的说明内容中，针对与参考图9所说明的快速热处理工艺条件相同的快速热处理工艺条件，将不会再次说明。图14A对应于执行一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤；以及图14B对应于执行一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约10秒钟的第二快速热处理步骤。
如图14A及14B所示，可得知在执行包括第一及第二快速热处理步骤的两步骤式快速热处理工艺时，Delta[Oi]恒定地出现。
图15A及图15B显示用于解说取决于离晶片中心距离的BMD(BulkMicro-Defect；体型微观缺陷)密度的图表。图15A对应于执行一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤；以及图15B对应于执行一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约10秒钟的第二快速热处理步骤。
如图15A及15B所示，可得知在执行包括第一及第二快速热处理步骤的两步骤式快速热处理工艺时，BMD密度恒定地出现。
图16A及图16B显示用于解说取决于离晶片中心距离的洁净区(denudedzone；DZ)深度的图表。
在图16A中，(a)对应于只执行维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤的案例；(b)对应于只执行维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤的案例；(c)对应于一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤；以及(d)对应于未执行热处理步骤的案例。如图16A所示，可得知在执行两步骤式快速热处理工艺的案例中，DZ深度较恒定而无实质上的变化。
此外，在图16B中，(a)对应于只执行维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤的案例；(b)对应于只执行维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤的案例；(c)对应于一种两步骤式快速热处理工艺的案例，该两步骤式快速热处理工艺包括维持在一第一温度约1150℃长达约10秒钟的第一快速热处理步骤，以及维持在一第三温度约1215℃长达约1秒钟的第二快速热处理步骤；以及(d)对应于未执行热处理步骤的案例。如图1 6B所示，可得知在执行根据本发明具体实施例的两步骤式快速热处理工艺的案例中，DZ深度较恒定而无实质上的变化。
图17A至图17C显示根据本发明具体实施例所制造的硅晶片的XRT(X-ray topography；X射线形貌)结果的照片。如图所示，不会产生任何滑移可能性，而是会由于RTP设备仅出现针标(pin mark)。图17A显示在参考图11所说明的条件C下执行两步骤式快速热处理工艺的照片；图17B显示在参考图11所说明的条件B下执行两步骤式快速热处理工艺的照片；以及图17C显示在参考图11所说明的条件A下执行两步骤式快速热处理工艺的照片。
图18显示用于解说根据本发明公开实施例的制造硅晶片步骤的图式。
请参阅图18，首先使用Czochralski(直拉)方法在一预定拉制设备中生长一硅单晶(步骤S10)。换言之，将一籽晶浸入一熔化硅中并且缓慢拉该籽晶，藉以生长晶体。根据晶体凝结界面上沿生长方向的晶体生长速率及温度梯度，形成不同类型的缺陷区域，如参考图2的说明所述。
空位及间隙硅行为的变化会影响这些缺陷区域。接着，将该生长的晶锭切片成晶片形状(步骤S20)。然后，执行一蚀刻工艺，用来去除因该切片步骤造成的切片损伤，并且使该切片的晶片的侧表面变圆或蚀刻该表面(步骤S30)。接着，通过热处理来执行一施主消抑工艺以形成氧沉积物，以便防止在晶体生长时产生的和包含在硅晶片中的氧在后续热处理工艺期间释放出电子且作为施主(步骤S40)。换言之，在晶体生长时包含在硅晶片中的1018atom/cm3(原子/立方厘米)氧原子中的约1016atom/cm3的多个氧原子会积聚，进而在晶体冷却工艺期间释放出电子且作为施主。
虽然添加掺杂物来调整晶片的电阻率，然会由于这些施主而导致无法获得想要的阻抗值。因此，执行该施主消抑工艺以形成氧沉积物，以便防止在晶体生长时产生的氧作为施主。优选方式为，在该施主消抑工艺期间执行两步骤式快速热处理工艺。然后，执行一抛光工艺，以将该硅晶片表面抛光(步骤S50)；接着执行一镜面抛光工艺，以将该硅晶片表面抛光成似镜面(步骤S60)；接着执行一清洁工艺(步骤S70)。将经过该等工艺加工的硅晶片加以封装，接着制备成一产品。
简要说明生长硅单晶的工艺(步骤S10)，执行一瓶颈(necking)步骤以从籽晶生长出一长型小晶体，接着执行一瓶肩(shouldering)步骤，沿直径方向生长硅单晶，以获得硅单晶的目标直径。在瓶肩(shouldering)步骤之后，执行所谓的体生长(body growing)步骤，以生长晶体直到该晶体具有一预定直径。当藉由该体生长步骤而使晶体具有预定直径时，执行所谓的缩小(tailing)步骤以渐渐缩小晶体的直径，以从熔化硅离析晶体。在一称为热区(hot zone)的空间中执行前文提及的晶体生长工艺。热区表示当在晶体生长设备(生长机)中使熔化硅生长成单晶晶锭时熔化硅与晶锭互相接触的空间。晶体生长设备包括一熔化坩埚、一加热组件、一隔热结构、及晶锭拉制组件、一旋转杆等等。
因此，能够获得一种硅晶片，该硅晶片能够确保在晶片的表面附近有充足的洁净区，并且该晶片还具有一晶片体型区域，该体型区域具有在整个体型堆垛区域上恒定浓度分布的体型堆垛层错，藉以作为吸除部位。
根据本发明公开的两步骤式RTP(快速热处理)工艺，能够制造一种晶片，该工艺藉由控制位于该晶片表面区上的微小氧沉积物及OiSF(OxidationInduced Stacking Fault；氧化诱导堆垛层错)，而得以确保一理想半导体器件区域。藉由执行本发明公开的两步骤式快速热处理工艺，就能够精确控制缺陷分布，并且可形成一理想器件有源区直达离该晶片表面一定深度。而且，还能够藉由使氧沉积物具有高密度，并且使该晶片一内部区域(即，体型区域)中在深度方向上的体型堆垛层错具有恒定密度，可以最大化内吸除(IG)效率。按照此方式，藉由理想控制在该硅晶片表面或该硅晶片表面附近形成的一OiSF环或一OiSF碟，就能够确保在该晶片表面附近有一理想器件有源区域，并且能够制造具有恒定氧沉积物分布及高密度体型堆垛层错的晶片。
并且，由于在整个体型区域中有足够且恒定的体型堆垛层错，藉以吸除在后续热处理工艺等等外扩散的金属污染物质，而得以显著减少朝表面外扩散的金属污染物质的量。
虽然前面的说明内容已参考某些优选具体实施例进行说明，然而本领域内的技术人员应知道可变更及修改所公开的工艺及所衍生出的产品，而不会脱离本发明及所附权利要求的精神与范畴。
权利要求
1.一种具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片，该硅晶片包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有在从该正表面至该背表面的方向上维持基本恒定的分布。
2.如权利要求1的硅晶片，其中该等缺陷是包括氧沉积物及体型堆垛层错的体型微观缺陷(BMD)。
3.如权利要求2的硅晶片，其中介于该第一与第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有恒定维持在从约3.0×108ea/cm3至约1.0×1010ea/cm3范围内的分布。
4.如权利要求1的硅晶片，其中该等缺陷是体型堆垛层错。
5.如权利要求4的硅晶片，其中介于该第一与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有恒定维持在从约1.0×108ea/cm3至约3.0×109ea/cm3范围内的分布。
6.如权利要求1的硅晶片，其中该第一洁净区与该第二洁净区分别离该正表面与该背表面的距离在约5微米至约40微米的范围内。
7.如权利要求1的硅晶片，其中该第一洁净区与该第二洁净区是基本上去除了氧沉积物及体型堆垛层错的大致无缺陷区域。
8.一种具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片，其中介于该正表面与该背表面间的该区域包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，其中介于该晶片的该正表面与该背表面之间的缺陷浓度分布具有关于该晶片的该正表面与该背表面间的中心呈轴对称的阶梯形状，其中位于该第一洁净区与该第二洁净区的边界处的体型区域具有垂直上升的浓度梯度，并且在整个体型区域上具有一水平浓度梯度，以及其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有在约10％或更小变化范围内的平面形状。
9.如权利要求8的硅晶片，其中该等缺陷是包括氧沉积物及体型堆垛层错的体型微观缺陷(BMD)。
10.如权利要求9的硅晶片，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有恒定维持在从约3.0×108ea/cm3至约1.0×1010ea/cm3范围内的分布。
11.如权利要求8的硅晶片，其中该等缺陷是体型堆垛层错。
12.如权利要求11的硅晶片，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有恒定维持在从约1.0×108ea/cm3至3.0×109ea/cm3范围内的分布。
13.如权利要求8的硅晶片，其中该第一洁净区与该第二洁净区分别离该正表面与该背表面的距离在约5微米至约40微米的范围内。
14.一种制造硅晶片的方法，包括制备一具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片；执行一第一快速热处理工艺，以消耗该硅晶片中的空位，藉以加速氧沉积物的成核；以及执行一第二快速热处理工艺，以去除位于该硅晶片正表面附近区域中的氧沉积物晶核，并且进一步加速位于该硅晶片的体型区域中的氧沉积物的晶核生长。
15.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中执行该第二快速热处理工艺的温度高于执行该第一快速热处理工艺的温度。
16.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在从约1120℃至约1180℃范围内的温度下执行该第一快速热处理工艺。
17.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在从约1200℃至约1230℃范围内的温度下执行该第二快速热处理工艺。
18.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中执行该第一快速热处理工艺的执行时间期间为从约1秒至约5秒的范围内。
19.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中执行该第二快速热处理工艺的执行时间期间为从约1秒至约10秒的范围内。
20.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中利用氩气与氨气的气氛来执行该第一快速热处理工艺。
21.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中该第一快速热处理工艺的执行及该第二快速热处理工艺的执行步骤是在同一设备中原位进行的。
22.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在离位(ex-situ)执行该第一快速热处理工艺的步骤及执行该第二快速热处理工艺的步骤。
23.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中制备该硅晶片还包括生长一硅单晶，做法是将一籽晶浸入到一硅熔融物中并且拉制该籽晶，同时控制在晶体凝结界面处沿生长方向的晶体生长速率及温度梯度；将该生长的硅单晶切片成晶片形状；以及执行一蚀刻工艺，用来去除因该切片步骤造成的切片损伤，并且使该切片的晶片的侧表面变圆或蚀刻该表面。
24.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在一施主消抑工艺期间执行该第一及第二快速热处理工艺，用来将晶体生长时产生于该硅晶片中的氧转换成氧沉积物，以防止在后续热处理工艺期间氧释放出电子且作为施主。
25.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在执行该第二快速热处理工艺之后，该方法还包括抛光该硅晶片的表面对该硅晶片表面执行一镜面抛光工艺；以及清洁该硅晶片。
26.如权利要求14的制造硅晶片的方法，其中在执行该第一快速热处理工艺及执行该第二快速热处理工艺的步骤之后，介于该正表面与该背表面之间的区域包含一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，以及其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有维持大致上恒定的分布。
27.如权利要求26的制造硅晶片的方法，其中该等缺陷是包括氧沉积物及体型堆垛层错的体型微观缺陷(BMD)。
28.如权利要求27的制造硅晶片的方法，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有大致上恒定维持在从约3.0×108ea/cm3至约1.0×1010ea/cm3范围内的分布。
29.如权利要求26的制造硅晶片的方法，其中该等缺陷是体型堆垛层错。
30.如权利要求29的制造硅晶片的方法，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有大致上恒定维持在从约1.0×108ea/cm3至3.0×109ea/cm3范围内的分布。
31.如权利要求26的制造硅晶片的方法，其中该第一洁净区与该第二洁净区分别离该正表面与该背表面的距离为约5微米至约40微米范围内。
32.一种制造硅晶片的方法，包括(a)制备一具有一正表面、一背表面、一周围边缘部位以及一介于该正表面与该背表面间的区域的硅晶片；(b)将该硅晶片装载至一快速热处理设备中；(c)将该快速热处理设备的内部温度迅速上升至一第一目标温度；(d)在该第一温度下执行一第一快速热处理工艺长达消耗该硅晶片中的空位所需的一段时间，藉以加速氧沉积物的成核；(e)将该快速热处理设备的内部温度迅速下降至一第二温度；(f)将该快速热处理设备的内部温度迅速上升至一高于该第一温度的第三温度；(g)在维持该第三温度长达一段时间的期间内执行一第二快速热处理工艺，以去除位于该硅晶片表面或该硅晶片表面附近区域中的氧沉积物晶核，并且进一步加速位于该硅晶片的体型区域中的氧沉积物的晶核生长；以及(h)将该快速热处理设备的内部温度迅速下降至一第四温度。
33.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在约1120℃至约1180℃范围内的温度下执行该第一快速热处理工艺。
34.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在约1200℃至约1230℃范围内的温度下执行该第二快速热处理工艺。
35.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中执行该第一快速热处理工艺的执行时间期间为约1秒至约5秒范围内。
36.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中执行该第二快速热处理工艺的执行时间期间为约1秒至约10秒范围内。
37.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在步骤(b)至步骤(h)期间，持续供应氩气；其中在步骤(d)期间，供应氨气；以及其中在步骤(e)至步骤(h)期间，停止持续供应氩气。
38.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中制备该硅晶片还包括生长一硅单晶，做法是将一籽晶浸入一熔化硅中并且拉制该硅单晶，同时控制在晶体凝结界面处沿生长方向的晶体生长速率及温度梯度；将该生长的硅单晶切片成晶片形状；以及执行一蚀刻工艺，用来去除因该切片步骤导致的切片损伤，并且使该切片的晶片的侧表面变圆或蚀刻该表面。
39.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在一施主消抑工艺期间执行步骤(b)至步骤(h)，用来将晶体生长时在该硅晶片中产生的氧转换成氧沉积物，以便防止在后续热处理工艺期间氧释放出电子且作为施主。
40.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在步骤(h)之后，该方法还包括从快速热处理设备卸载该硅晶片；抛光该硅晶片的表面对该硅晶片表面执行一镜面抛光工艺；以及清洁该硅晶片。
41.如权利要求32的制造硅晶片的方法，其中在步骤(h)之后，介于该正表面与该背表面间的该区域包括一第一洁净区，其被形成直到离该正表面一预定距离；一第二洁净区，其被形成直到离该背表面一预定距离；以及一体型区域，其被形成在该第一洁净区与该第二洁净区之间，以及其中该体型区域中的缺陷浓度分布具有维持大致恒定的分布。
42.如权利要求41的制造硅晶片的方法，其中该等缺陷是包括氧沉积物及体型堆垛层错的体型微观缺陷(BMD)。
43.如权利要求42的制造硅晶片的方法，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有大致上恒定维持在从约3.0×108ea/cm3至约1.0×1010ea/cm3范围内的分布。
44.如权利要求41的制造硅晶片的方法，其中该等缺陷是体型堆垛层错。
45.如权利要求44的制造硅晶片的方法，其中介于该第一洁净区与该第二洁净区间的该区域中的缺陷浓度具有大致上恒定维持在从约1.0×108ea/cm3至约3.0×109ea/cm3范围内的分布。
46.如权利要求41的制造硅晶片的方法，其中该第一洁净区与该第二洁净区分别离该正表面与该背表面的距离为约5微米至约40微米范围内。
全文摘要
本发明公开一种硅晶片及其制造方法，藉由使用一种两步骤式RTP(快速热处理)工艺来制备晶片，该工艺藉由控制位于该晶片表面区上的微小氧沉积物及OiSF(氧化诱导堆垛层错)，而得以确保该晶片具有一理想半导体器件区域。藉由执行本发明公开的两步骤式快速热处理工艺，就可精确控制缺陷分布，并且可形成一理想器件有源区直达离该晶片表面一定距离。此外，还能够藉由使该晶片一内部区域(即体型区域)中在深度方向上的氧沉积物及体型堆垛层错具有恒定密度，可以最大化内吸除(IG)效率。为了在该体型区域中获得氧沉积物及体型堆垛层错的恒定浓度分布，会在一预定混合气体气氛中对该晶片执行上述两步骤式快速热处理工艺。
文档编号H01L21/324GK1591781SQ200410005410
公开日2005年3月9日 申请日期2004年2月18日 优先权日2003年9月5日
发明者文英熙, 金建, 高铤槿, 皮昇浩 申请人:海力士半导体有限公司, 希特隆股份有限公司