外延硅片和外延硅片的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及外延硅片和外延硅片的制造方法。
【背景技術】
[0002] 以往已知使外延膜在由硅單晶切割得到的硅片的表面上氣相生長而得到的外延 晶片。
[0003] 外延膜中的氧濃度低時，例如在設備工藝等的熱處理中，有時外延膜中產生位錯， 該位錯發生伸展。因而，進行了用于防止這種位錯伸展的研究(例如參照專利文獻1)。
[0004] 專利文獻1中發現外延膜表面的氧濃度與位錯的發生有關，并記載了 ：通過將該外 延膜表面的氧濃度設定為1.0X 1017~12X 1017atoms/cm3(ASTM F-121，1979)，能夠防止位錯 的伸展。并且記載了 ：作為具有這種特性的外延晶片的制造方法，在外延膜的形成工序后， 進行用非氧化性氣氛或氧化性氣氛處理的氧濃度設定熱處理工序。
[0005] 通過進行非氧化性氣氛的氧濃度設定熱處理工序，固溶于硅片的氧向外延膜擴 散，外延膜的氧濃度上升。
[0006] 另外，通過進行氧化性氣氛的氧濃度設定熱處理工序，在外延膜的表面形成氧化 膜，該氧化膜的氧向外延膜的內部擴散，并且，硅片的氧向外延膜擴散，外延膜的氧濃度上 升。
[0007] 現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本特開號公報。

【發明內容】

[0008] 發明要解決的課題 然而，專利文獻1記載那樣的制造方法中，氧濃度設定熱處理工序用與外延膜的形成工 序所用的制造裝置不同的裝置例如立式爐、單片爐來進行，因此制造設備變多。另外，在外 延膜的形成工序與氧濃度設定熱處理工序之間，需要在設備間搬運外延硅片，制造效率降 低。因此，存在外延硅片的制造成本增加的問題。
[0009] 本發明的目的在于，提供能夠抑制位錯伸展而不會招致制造成本增加的外延硅 片、以及外延硅片的制造方法。
[0010] 用于解決問題的手段 本發明人重復進行了深入研究而著眼于:在將外延硅片的溫度從外延膜生長時的溫度 開始降低的降溫工序中，通過控制降溫速率，存在能夠控制從硅片向外延膜擴散的擴散量、 即能夠控制外延膜的氧濃度的可能性。因而，本發明者進行如下實驗。
[0011] 〈實驗 1> 利用cz法(切克勞斯基法)制造氧濃度不同的多種單晶錠，由各個單晶錠切出硅片。將 硅片的氧濃度（以下，有時稱為"基板氧濃度"）示于表1。
[0012]將硅片的（100)面作為鏡面研磨面，使膜厚（以下有時稱為"外延膜厚"）為3wii的外 延膜生長于該鏡面研磨面。外延膜的生長在三氯硅烷等氣體氣氛中以1150°C左右的溫度進 行。并且，通過在表1所示那樣的降溫速率（以下有時稱為"外延處理的降溫速率"）下進行外 延膜生長后的降溫工序，將外延硅片冷卻至室溫，測定外延膜的氧濃度。氧濃度的測定利用 sms(二次離子質譜儀)進行。將距離外延膜表面(硅片的相反側的表面)的深度尺寸為0.5ii m~l. Own的范圍內的平均氧濃度（以下有時稱為"表層氧濃度"）示于表1。
[0013] 進而，針對用上述工藝制作的外延硅片進行應力負載試驗。
[0014]首先，從外延硅片切出長度3cm、寬度1.5cm的測定用樣品。接著，用顯微維氏硬度 計對測定用樣品的表面(外延膜的表面)施加2g載荷并保持10秒鐘，從而導入壓痕。并且，以 2cm的支點間距離、800 °C的試驗溫度對測定用樣品實施3點彎曲試驗。此時，施加2N的載荷， 使拉伸應力作用于測定用樣品的表面側。
[0015]其后，針對冷卻至室溫的測定用樣品實施2wii的光蝕，使用光學顯微鏡測定是否存 在從導入至外延膜的壓痕產生的外延膜表面處觀察到的位錯坑。將測定結果示于表1。
[0016] [表 1]
[0017] 如表1所示那樣可知：若基板氧濃度恒定，則外延處理的降溫速率越小，換言之越 是緩慢冷卻，則外延硅片的表層氧濃度變得越高。
[0018] 另外，如表1所不那樣可知:若外延娃片的表層氧濃度為2 ? 5 X 1016atoms/cm3(ASTM F-121，1979 )以上，則沒有位錯伸展(沒有位錯坑）。
[0019]進而，針對在沒有位錯伸展的條件下制作的外延硅片，進行了模擬半導體設備制 造工藝的熱處理。具體而言，依次進行1000 °C下1小時、900 °C下1小時、800 °C下2小時、650 °C 下3小時的4階段熱處理。另外，各熱處理的氣氛制成氮氣與氧氣的混合氣氛(氧濃度為3%)。 其后，針對進行了熱處理的外延硅片進行上述應力負載試驗。
[0020]關于用上述條件進行了熱處理的外延硅片可知:沒有位錯的伸展。
[0021 ]在本實驗1中，可知：為了消除位錯的伸展，距離外延膜表面的深度尺寸為0.5wn~ 1 .Own的位置的氧濃度為2.5X 1016atoms/cm3以上即可。另一方面，專利文獻1中記載了：為 了消除位錯的伸展，距離外延膜表面的深度尺寸為80nm~200nm(0.08_~0.2mi)的位置的氧 濃度設定于1 ?〇 X 1017atoms/cm3~12 X 1017atoms/cm3。此處，一般來說，外延膜的氧濃度在娃 片側變高、在外延膜的表面側變低，因此，可以認為在專利文獻1的構成中，與本實驗1為相 同深度位置的氧濃度為1 .OX 1017atoms/cm3~12X 1017atoms/cm3以上。
[0022] 由以上內容可知:與專利文獻1的構成相比，即使降低外延膜的氧濃度也能夠消除 位錯的伸展。
[0023] 本發明是基于上述那樣的見解而完成的。
[0024] 即，本發明的外延硅片的特征在于，其為在硅片的表面設置有外延膜的外延硅片， 前述外延膜中的不包括該外延膜的表面在內的位置的氧濃度為2.5 X 1016at〇ms/Cm3(ASTM F-121，1979)以上且不足1 ? 0 X 1017atoms/cm3。
[0025] 另外，本發明的外延硅片的制造方法的特征在于，其為在硅片的表面設置有外延 膜的外延硅片的制造方法，其具備如下工序:使前述外延膜在前述硅片的表面生長的外延 膜生長工序、以及將前述外延硅片的溫度從使前述外延膜生長時的溫度開始下降的降溫工 序，前述降溫工序中控制前述外延硅片的降溫速率，以使前述外延膜中的不包括該外延膜 的表面在內的位置的氧濃度達到2.5X 1016atoms/cm3(ASTM F-121，1979)以上。
[0026] 根據本發明的外延硅片的制造方法，通過在降溫工序中控制降溫速率，能夠充分 提高外延膜表層部的氧濃度，能夠制造可抑制位錯伸展的外延硅片。另外，無需設置外延膜 的形成工序以外的工序，因此不會招致制造效率的降低和制造設備的增加。因此，不會招致 制造成本的增加。
[0027] 另外，根據本發明的外延硅片，通過將不包括外延膜表面的位置的氧濃度確保為 至少2.5 X 1016atoms/cm3以上，能夠在設備工藝的熱處理過程中充分抑制位錯的伸展，即使 氧濃度不足1. 〇 X 1017atoms/cm3也能夠充分抑制位錯的伸展。需要說明的是，氧濃度越高則 越能夠增大抑制位錯伸展的效果，但會導致制造成本的上升，并不實用。如上所述，本發明 的外延晶片能夠提供可抑制位錯伸展而不會招致制造成本增加的外延硅片。
[0028] 需要說明的是，本發明中的"外延硅片的溫度"包括外延硅片的實際溫度和使外延 膜生長時用于容納硅片的部件(例如，外延裝置的反應容器）內的溫度這兩者。
[0029] 本發明的外延硅片中，前述硅片的氧濃度優選為10X1017atoms/cm 3以上且18X 1017atoms/cm3(ASTM F-121，1979)以下。
[0030] 此處確認了：即使氧從硅片向外延膜擴散，基板氧濃度(硅片的氧濃度)在擴散前 后也基本不變。
[0031] 根據本發明的外延硅片，通過使用將基板氧濃度設定至上述范圍的硅片，能夠利 用僅控制外延生長處理的降溫速率的簡單方法而使不發生位錯伸展的量的氧擴散至外延 膜。
[0032] 另外，本發明人基于上述實驗1的結果進行了以下的實驗2、3。
[0033] 〈實驗 2> 將外延膜厚設定為2wii，并將基板氧濃度和外延處理的降溫速率設定為以下表2的條 件，除此之外，利用與實驗1相同的條件進行外延硅片的制作和應力負載試驗，測定在外延 膜表面觀察到的位錯坑。將測定結果示于表2。
[0034] [表 2]
[0035] 〈實驗 3> 將外延膜厚設定為4wii，并將基板氧濃度和外延處理的降溫速率設定為以下表3的條 件，除此之外，利用與實驗1相同的條件進行外延硅片的制作和應力負載試驗，測定在外延 膜表面觀察到的位錯坑。將測定結果示于表3。
[0036] [表 3]
[0037] 如表1~表3所示那樣可知：無論外延膜厚如何，若基板氧濃度恒定，則外延處理的 降溫速率越小、換言之越緩慢冷卻，則越可消除位錯的伸展。
[0038] 另外，雖然表2、3中并未示出，但沒有位錯伸展的外延硅片的表層氧濃度為2.5X 1016atomS/cm3以上。另一方面，具有位錯伸展的外延硅片的表層氧濃度不足2.5X 1016atoms/cm3〇