专利名称：硅外延晶片以及生产硅外延晶片的方法
技术领域：
本发明涉及一种硅外延晶片，其中在单晶硅基材上的主表面上形成硅外延层，以及涉及生产硅外延晶片的方法。
背景技术：
通常，为了生产硅外延晶片，通过例如CZ(Czochralski)方法拉制的单晶硅块进行倒角、切晶片、研磨、蚀刻和镜面抛光以生产单晶硅基材。此外，将硅材料在高温条件下送到单晶硅基材的主表面，从而通过在主表面上进行气相外延生长来生长硅外延层。
在上述硅外延晶片的生产方法中，当通过CZ方法拉制单晶硅块时，在单晶硅中会出现小的孔隙。此外，当在单晶硅基材的主表面上出现孔隙时，在如图6所示的主表面11上形成小的凹陷，就是所谓的COP(源自晶体的颗粒)100，直径约为0.2微米。当在单晶硅基材1的主表面11(在这里形成COP 100)上通过气相外延生长形成硅外延层2时，在层2的表面上可能形成由COP 100引起的、直径数微米、深度数纳米的凹陷101，这取决于气相外延生长条件，如图7A至7C所示(参见例如日本未审专利申请公开2001-068420)。通过激光硅表面检测设备，凹陷101检测为LPD(亮点缺陷)。在下文中，凹陷101描述为LPD 101。如图7C所示，LPD 101的宽度和深度是沿着图7B中的虚线检测的值。
另一方面，当在水分或重金属粘合到单晶硅基材的主表面上的情况下通过气相外延生长形成硅外延层时，在硅外延晶片的主表面上会出现直径约10微米的凹陷，即所谓的泪状物。在抑制出现泪状物的技术方面，公开了一种使用单晶硅基材生产硅外延晶片的技术，该基材的主表面沿着预定方向和(100)平面成预定角度(参见例如日本未审专利申请公开Tokukaisho-62-226891)。但是，日本未审专利申请公开Tokukaisho-62-226891没有公开抑制由COP引起的LPD出现的技术，尽管该文献公开了抑制泪状物出现的技术。
如上所述，当在硅外延层的表面上出现由COP引起的凹陷时，激光硅表面检测设备按照与检测晶体缺陷或颗粒相同的方式将凹陷计数为LPD。
本发明的目的是提供一种硅外延晶片，其中抑制了由COP引起的LPD，和提供一种能抑制由COP引起的LPD出现的生产硅外延晶片的方法。
本发明的公开内容图8显示了在单晶硅基材1的主表面11上通过气相外延生长形成硅外延层2的情况下LPD 101的出现位置，其中单晶硅基材1的主表面相对于[100]轴沿着
方向和
方向从(100)平面倾斜23’，并且在单晶硅基材1的主表面上具有COP 100。从该图可见，LPD 101的出现位置表明了与COP 100位置的高度相关性。此外，发现当COP100转移到硅外延层2的表面时，在该表面上形成LPD 101。
但是，当单晶硅基材的主表面相对于[100]轴沿着
方向和
方向从(100)平面倾斜等于或小于15’的角度时，在硅外延层的表面上几乎没有形成由COP引起的LPD，尽管基材1的主表面上有COP。
通过深入的研究，本发明人发现当将单晶硅基材的主表面调节到仅仅在特定方向上从(100)平面倾斜基本恒定的角度时，可以防止COP向硅外延层表面的转移，进而可以抑制LPD的出现。
也就是说，根据本发明的第一方面，本发明的硅外延晶片包含单晶硅基材，在其主表面上具有COP，和在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成的硅外延层，其中所述主表面相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，且θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。
在这里，
方向、
方向和
方向分别表示
图1A至1C中显示的方向。
根据本发明，单晶硅基材的主表面相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面成θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面成φ角度，而且θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。所以，当在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层时，可以防止在主表面上的COP转移到硅外延层的表面上。因此，可以抑制由COP引起的LPD的出现。
在这里，θ角和φ角中的至少一个是0°-15’的原因如下。即，当单晶硅基材的主表面上具有COP且相对于(100)平面的θ角和φ角都大于15’时，COP易于转移到硅外延层的表面上，结果，出现了由COP引起的LPD。
此外，本发明的硅外延晶片优选是这样的，其中θ角和φ角满足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，和更优选θ角和φ角满足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。在这种情况下，可以确保抑制出现由COP引起的LPD。
根据本发明的第二方面，本发明的生产硅外延晶片的方法包括以下步骤在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层，其中当使用在其主表面上具有COP的单晶硅基材时，所述主表面相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，而且θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。
根据本发明，使用这样的单晶硅基材其主表面相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，而且夹角θ和夹角φ中的至少一个是0°-15’。所以，当在形成COP的单晶硅基材主表面上通过气相外延生长形成硅外延层时，可以防止在主表面上的COP转移到硅外延层的表面上。因此，可以抑制出现由COP引起的LPD。
此外，在本发明的生产硅外延晶片的方法中，在气相外延生长中使用的单晶硅基材优选是这样的，其中θ角和φ角满足以下不等式
0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，和更优选θ角和φ角满足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。在这种情况下，可以确保抑制出现由COP引起的LPD。
附图简述图1A显示
方向。
图1B显示
方向。
图1C显示
方向。
图2是本发明硅外延晶片的纵向截面图。
图3显示单晶硅基材的主表面的倾斜(夹角)。
图4显示单晶硅基材的主表面的倾斜范围。
图5显示单晶硅基材的主表面的夹角与在一个硅外延晶片的主表面上检测到的LPD数目之间的关系。
图6是显示COP和LPD之间关系的纵向截面图。
图7A至7C显示检测为LPD的凹陷。图7A是LPD的平面图，图7B是LPD的透视图，图7C是LPD的纵向截面图。
图8显示COP位置和LPD位置之间的关系。
实施本发明的最佳方式下面将参考附图描述根据本发明的硅外延晶片的实施方案。
图2是本发明硅外延晶片W的纵向截面图。
如该图所示，硅外延晶片W具有单晶硅基材1，其中在主表面11上通过气相外延生长形成硅外延层2。
在单晶硅基材1的主表面11上，形成COP 100。此外，单晶硅基材1的主表面11被调节到基本仅仅沿着特定方向从(100)平面倾斜恒定的角度(夹角)。在这里，单晶硅基材1的主表面11的夹角参考图3描述。
现在，在(100)平面3内的一个点被设定为起点O。此外，在(100)平面3内提供经过起点O的晶体轴
、
、
和
。此外，在(100)平面3上排布着长方形平行六面体4。更具体地说，长方形平行六面体4的一个顶点位于起点上。那么，在该顶点汇集的三个边分别符合
、
、[100]轴，从而排列成长方形平行六面体4。
此时，当假设在长方形平行六面体4的侧面5上的对角线OA与[100]轴之间的夹角以及在长方形平行六面体4的侧面6上的对角线OB与[100]轴之间的夹角分别是θ角和φ角时，具有长方形平行六面体4的对角线OC作为法线的单晶硅基材1是这样的基材其主表面11相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜φ角度。如图4所示，θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。所以，如图2所示，防止了在硅外延层2的表面上出现由COP100的转移引起的LPD 101。
下面描述本发明的生产硅外延晶片W的方法。
首先，单晶硅块(未显示)是使用CZ方法拉制的。此时，在单晶硅块内出现孔隙。
接着，单晶硅块进行切块和倒角。
随后，单晶硅块进行切晶片。更具体地说，单晶硅块进行切晶片，使得要生产的单晶硅基材1的主表面11相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜φ角度，而且使得θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。此外，单晶硅块进行表面处理，例如研磨、蚀刻、镜面抛光和洗涤以生产单晶硅基材1。此时，在单晶硅基材1的主表面11上出现孔隙，结果，在主表面11上形成COP 100。
然后，在单晶硅基材1的主表面11上通过气相外延生长形成硅外延层2。此时，防止了在单晶硅基材1的主表面11上的COP100转移到硅外延层2的表面上，从而抑制出现由COP引起的LPD 101。
在上述实施方案中，描述了单晶硅基材1的主表面11相对于[100]轴沿着
方向和
方向从(100)平面倾斜。主表面11可以沿着
方向和
方向倾斜，或可以沿着
方向和
方向倾斜，或可以沿着
方向和
方向倾斜。
实施例下面将参考实施例和对比例详细描述本发明。
实施例1在实施例1中，在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层，其中该单晶硅基材的主表面上具有COP，且主表面具有满足以下不等式的θ角和φ角3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
所用单晶硅基材的直径是200mm。
对比实施例在对比实施例中，在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层，其中该单晶硅基材的主表面上具有COP，且主表面具有满足以下不等式的θ角和φ角15’＜θ≤40’或15’＜φ≤40’。
所用单晶硅基材的直径是200mm。
图5显示了在通过以上实施例1和对比实施例生产的硅外延晶片的主表面上、即硅外延层的表面上检测到的LPD的数目。
如该图所示，在实施例1中，在一个硅外延晶片的主表面上检测到的LPD数目在所有硅晶片中等于或小于100块。在实施例中的LPD数目小于对比实施例中的LPD数目，对比实施例中的LPD数目在所有硅晶片中超过100块。换句话说，在实施例中可以抑制在单晶硅基材的主表面上出现由COP引起的LPD。
实施例2制备三个单晶硅基材(1号至3号)，其主表面相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向从(100)平面倾斜φ角度。表1显示三个单晶硅基材的每个的θ角和φ角。
表1 在单晶硅基材中观察到COP。结果，发现在任何单晶硅基材中按照每晶片基材计有多于1000个COP。
这些单晶硅基材的主表面上，通过气相外延生长形成硅外延层，从而生产硅外延晶片。发现在任何硅外延晶片的主表面中没有出现由COP引起的LPD。
在这里，θ角和φ角可以互换。从实施例1和2的结果可见，当θ角和φ角符合0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’，更优选3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’时，在单晶硅基材的主表面上由COP引起的LPD得到显著抑制。
工业应用性根据本发明，当在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层时，可以防止主表面上的COP转移到硅外延层的表面上。因此，由COP引起的LPD得到抑制。所以，根据本发明的硅外延晶片和生产硅外延晶片的方法适用于抑制出现由COP引起的LPD的情况。
权利要求
1.一种硅外延晶片，包含单晶硅基材，在其主表面上具有COP，和在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成的硅外延层，其中所述主表面相对于[1001轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，且θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。
2.根据权利要求1的硅外延晶片，其中θ角和φ角满足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’。
3.根据权利要求2的硅外延晶片，其中θ角和φ角满足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
4.一种生产硅外延晶片的方法，包括以下步骤在单晶硅基材的主表面上通过气相外延生长形成硅外延层，其中当使用在其主表面上具有COP的单晶硅基材时，所述主表面相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，而且θ角和φ角中的至少一个是0°-15’。
5.根据权利要求4的生产硅外延晶片的方法，其中使用的单晶硅基材是这样的，θ角和φ角满足以下不等式0°≤θ≤5°，0°≤φ≤15’，或0°≤φ≤5°，0°≤θ≤15’。
6.根据权利要求5的生产硅外延晶片的方法，其中使用的单晶硅基材是这样的，θ角和φ角满足以下不等式3’≤θ≤30’，0°≤φ≤15’，或3’≤φ≤30’，0°≤θ≤15’。
全文摘要
本发明涉及一种硅外延晶片(W)，其特征在于包含单晶硅基材(1)，在其主表面(11)上具有COP(100)；和在单晶硅基材(1)的主表面(11)上通过气相外延生长形成的硅外延层(2)，其中所述主表面(11)相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜θ角度，以及相对于[100]轴沿着
方向或
方向从(100)平面倾斜φ角度，且θ角和/或φ角是0°－15’。
文档编号C30B25/02GK1791705SQ20048001325
公开日2006年6月21日 申请日期2004年4月2日 优先权日2003年5月15日
发明者吉田知佐, 角田均, 加藤正弘 申请人:信越半导体株式会社