专利名称：：单晶硅半导体晶片及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及具有良好的吸除特性的单晶硅半导体晶片，其在与集成电子元件("器件")相关的区域内基本上不含缺陷。本发明还涉及用于制造此类半导体晶片的经济的方法。體駄对于高性能单晶硅半导体晶片在缺陷分布方面提出2个核心要求。因此，其中集成电子元件的半导体晶片的区域必须尽可能不含在电子元件的结构宽度尺寸范围内或更大尺寸的缺陷类型。这些缺陷类型尤其是包括COP(晶体原生颗粒)，若它们达到对应的尺寸，BMD(块体微缺陷)、OSF(氧化诱导层错)及OSF核心(氧化诱导层错的核心)。COP是晶格空位的积累物，其形成纳米范围的中空空间。具有干扰性尺寸的COP例如可以借助US5，980，720中所述的制造方法检测为"直接表面氧化物缺陷(DSOD)"，或者还可利用激光散射光形貌学，其结果与DSOD检测的结果良好地相关。尤其是日本制造商MitsuiMiningandSmelting公司的MO-6型激光扫描仪适合于自动检测直径约为40nm或更大的COP(COP测试)。此外，还可利用Secco蚀刻和光学观察将更大的COP检测为"流动图形缺陷(FPD)"。BMD是过饱和氧的析出物，其通过热处理(退火)半导体晶片而由较小的核心长大。核心的直径通常约为1nm。BMD例如通过IR-LST(红外激光散射断层谱)，利用SIRM(扫描红外谱)在红外线中共焦成像，或者在放大之后(缺陷蚀刻)例如借助含铬的蚀刻溶液，通过光学显微术而进行检测。BMD必须具有约70nm的平均直径，从而可以利用SIRM或通过缺陷蚀刻及随后的显微术进行检测。通过IR-LST，例如借助MitsuiMiningandSmelting有限公司(日本)的MO-4型BMD计数器，可以直接检测从尺寸约为20nm起的BMD。允许BMD核心在通常为IOOO"C的温度下生长16小时(BMD退火)，由此可以提高多数BMD尺寸分布超过检测界限，以利用SIRM或者利用与显微术相结合的缺陷蚀刻而进行检测。OSF是硅层错，若作为核心的直径通常在10至35nm的范围内的更大氧析出物(OSF核心)在潮湿或干燥气氛中在约1050至1100'C的温度下表面氧化若干小时之后通过氧积累而生长，则可以产生硅层错。在由熔体拉伸的硅单晶冷却时在虽然形成COP仍然具有过量晶格空位的区域内产生OSF核心。由于存在氮并通过更缓慢地冷却单晶而可以促进OSF核心的形成。因为OSF是造成栅氧化层击穿的原因，所以在半导体晶片与电子元件相关的区域中应当包含尽可能少量的OSF核心。此外，OSF核心甚至会导致厚度不大于7nm的薄栅氧化层击穿。因此，GOI(栅氧化层完整性)测试中试验电容器的击穿强度是用于检测OSF和OSF核心的可靠指标。在半导体晶片与元件相关的区域之外，即在半导体晶片内部(块体)，要求尽可能高密度的BMD。它们形成金属杂质的锚位点，即所谓的固有吸除剂，并以此方式降低其在与元件相关的区域内的浓度。因为小的BMD热不稳定，并且在制造电子元件期间热处理半导体晶片过程中被消除，所以用作吸除剂的BMD的尺寸不可低于临界尺寸。要求所述BMD的最小尺寸和最小密度，以确保尤其是针对镍和铜的足够的吸除能力(K.Sueoka等人，TheElectrochem.Soc.PV2000-17，(2000)，p.164)。EP1170404Al描述了一种单晶硅半导体晶片及其制造方法。该半导体晶片在块体内具有径向基本上均匀的高的BMD密度，因此具有良好的吸除特性。基本上通过2种措施确保该特性。一方面，提供半导体晶片的单晶用氮掺杂，因为氮的存在促进氧析出及形成热稳定性氧析出物。另一方面利用以下事实，在EP1170404A1中称作NV区域的所谓Pv区域中提供较大量的自由的晶格空位。如同氮的情况，自由的晶格空位参与氧析出物的形成。一般认识到，拉伸速率V与相界面处的轴向温度梯度G之比例V/G在拉伸硅单晶时是关键性的参数，可以利用该参数控制固有点缺陷即晶格空位和硅间隙原子及其积累物的形成。与临界值相比V/G越大，则进入生长的单晶中的晶格空位过量的情况越明显。与临界值相比V/G越小，则进入生长的单晶中的硅间隙原子过量的情况越明显。若在冷却单晶时点缺陷过饱和，则它们形成积累物，其如同晶格空位的情况是形成COP的原因。若在拉伸单晶时控制V/G,使得所述比例大于临界值且小于形成其中优选产生OSF核心的区域(OSF区域)时的V/G，则产生Pv区域。在Pv区域中存在高密度的晶格空位积累物。但是该积累物的平均直径小，致使其利用COP测试无法检测到。但是它们可在用铜装饰(装饰测试)之后或者借助IR-LST进行检测。例如G.Kissinger,G.Morgenstem，H.Richter，J.Vanhellemont,D.GrSf，U.Lambert,W.v.Ammon，P.Wagner,THEELECTROCHEM.SOCIETY:PROCEEDINGSVOL.97-22，32-39(1997)p.ll7描述了用于利用IR-LST检测的适当制备方法。例如可以如下方式实施装饰测试在待检测的半导体晶片或其碎块的背面上由含有HF(10ml/1HF)的CuS04水溶液(20g/1CuS04)电解沉积铜(G.Kissinger,G.Morgenstern,H.Richter，J.Mater.Res"Vol.8,No.8(1993)，p.1900)。然后，将试样在900至100(TC的温度范围内热处理5至20分钟，最后实施光泽蚀刻(HN03:HF=5:1)10至30分钟。最后用Secco蚀刻溶液处理30分钟，然后缺陷变得可见。通常通过一个或多个预先的试验确定允许的拉伸速率的范围，需要其知识从而以预定的方式控制比例V/G，在该试验中以变化的拉伸速率拉伸单晶，随后进行分析。为此，沿长度切割单晶，检测切割面的点缺陷及其积累物。根据EPl170404A1的描述，甚至完全由OSF区域组成的半导体晶片或者具有在内部和外部被Pv区域包围的OSF环的半导体晶片具有良好的吸除特性。没有考虑以下情况，一旦包含OSF区域则必须实施用于避免有害的OSF核心的措施，以及一旦在OSF环内部存在富含空位的区域则几乎无法避免由于形成COP而导致的困难。对高性能单晶硅半导体晶片的制造者的其他要求在于，可以经济地制造尽可能最大数量的半导体晶片。因此，迫切需要所用的制造方法提供高的产率。在此方面必须克服困难。本发明所提出的一个问题在于，单晶中的氮浓度由于氮的偏析系数小取决于单晶的长度而升高。在来自加工成半导体晶片的单晶段的后部的半导体晶片的情况下，比较高的氮浓度会导致其具有过大量的OSF核心，因为氮促进形成核心所需的氧析出。但是，OSF核心的数量不仅取决于氮的浓度，因为来自加工成半导体晶片的单晶段的前部的半导体晶片也可具有过大量的OSF核心。
发明内容本发明的目的在于，提供具体良好的吸除特性的单晶硅半导体晶片，其在与集成电子元件(器件)相关的区域内基本上不含缺陷，尤其是关于OSF和OSF核心。此外，本发明的目的还在于，提供以高产率制造此类半导体晶片的非常经济的方法。该目的是通过用氮掺杂的单晶硅半导体晶片实现的，其包括OSF区域和Pv区域，其中该OSF区域从半导体晶片的中心在朝向半导体晶片边缘的方向上延伸至Pv区域；块体内的BMD密度至少为3.5x108cm_3;BMD密度的径向分布由比例BMDm^/BMD^表示的波动范围不大于3，其中BMDmax禾卩BMDmin分别代表最大和最小的BMD密度；而OSF密度小于10cm一2。此外，该目的是通过用于制造单晶硅半导体晶片的方法实现的，其包括8根据cz法由熔体拉伸单晶，在拉伸单晶期间以如下方式控制拉伸速率V与相界面处的轴向温度梯度G之比例V/G，在为了制造半导体晶片而提供的单晶段内形成OSF区域和Pv区域，其中该OSF区域从单晶中心在朝向单晶外围的方向上延伸至Pv区域；在拉伸期间以如下方式用氮掺杂单晶，在为了制造半导体晶片而提供的单晶段的前部中的氮浓度为3x10"至6x10"个原子/cm、在拉伸期间以如下方式控制氧浓度，在为了制造半导体晶片而提供的段中的氧浓度为4.4至5.2x10"个原子/cm、从单晶切割单晶硅半导体晶片；在500至750。C的装载温度下将单晶硅半导体晶片装入炉中；将单晶硅半导体晶片的温度以如下升温速率从装载温度提升至保持温度，在从装载温度至IOOO'C的温度范围内的升温速率为至少3.5°C/min，而在从IOO(TC至保持温度的温度范围内的升温速率小于3.5°C/min;及在1075。C至IIO(TC的范围内的保持温度下热处理该单晶硅半导体晶片。根据本发明的半导体晶片满足了所有重要的要求。其具有接近表面的区域(洁净区denudedzone)，因为该区域基本上不含缺陷，所以提供用于集成电子元件的最佳前提条件。接近表面的区域不含BMD，不含具有干扰性尺寸的COP，仅含有少量的OSF核心。在氧气中标准氧化及用光学显微镜观察(OSF测试)之后，OSF密度小于10cm—2。半导体晶片在块体内的BMD密度至少为3.5x108cm-3，优选为至少7x108cnT3，其中径向波动范围BMDmax/BMDmin不大于3倍，优选在考虑2mm的边缘排除范围的情况下。需要适当考虑了形成缺陷的决定性影响因素的方法，以获得具有该特性的半导体晶片。这可由本发明方法实现，此外本发明方法是非常经济的，因为以高产率制造半导体晶片，而且在作为该方法一部分的热处9理半导体晶片期间的热能消耗(热预算)比较低。在拉伸单晶期间，以如下方式控制比例V/G，在单晶中心产生OSF区域，其从单晶中心在朝向单晶外围的方向上延伸。因此，OSF区域以圆盘状构成，而不是以环状在环中心具有其中没有发现OSF核心的区域的方式构成。在单晶中心限制比例V/G的值，从而不形成干扰性COP。此外，以如下方式控制V/G，使该比例虽然在径向走向上降低，并且离开OSF区域，但是保持该比例大于形成硅间隙原子过量的区域所需的数值。因此，圆盘状OSF区域与Pv区域相邻，其延伸至单晶外围。OSF区域和Pv区域内过量的晶格空位促进在由单晶制得的半导体晶片块体内形成大量的吸除性氧析出物。因此，该半导体晶片具有OSF区域，其从半导体晶片中心在朝向半导体晶片边缘的方向上延伸，并与Pv区域相邻，其由OSF区域延伸至半导体晶片边缘。必须同样小心地控制氧和氮在单晶中的引入。需要氧以形成BMD，而氮在此发挥促进作用。但是两种元素也促进OSF核心的形成。因此，在氮的情况下应当注意，在拉伸期间用氮掺杂单晶，从而使在为了制造半导体晶片而提供的单晶段的前部中的氮浓度为3x10"至6x1013个原子/cm3。若该浓度由于偏析而提升至最高2.5xl0"个原子/cm3的值，则由此确保在该段的后部中的氮浓度仍保持足够低。为了制造半导体晶片而提供的单晶段是位于圆锥形段之间的具有单晶的名义直径的圆柱形段。用氮掺杂熔体的一种可能性例如在于，在拉伸单晶之前用特定体积的含氮气体如NH3对熔体进行通气。还可以由对应量的氮化物涂布的硅晶片的形式提供所需量的氮，该硅晶片在制造熔体时共熔融。在氧的情况下应当注意，在拉伸单晶期间在为了制造半导体晶片而提供的单晶段中占据不小于4.4x1017个原子/(^13且不大于5.2x1017个原子/cm3(根据新的ASTM)。在形成足够数量的BMD和避免OSF的能力方面，以此方式最佳地相互协调氮浓度和氧浓度。小心地控制氧在单晶中的引入在该方法的经济性方面具有特别的意义。在拉伸单晶的开始阶段，若坩埚装有熔体，则熔体溶解比较大量的来自坩埚材料的氧。因此，存在此时多于预定的氧进入单晶中的危险。通常对熔体施加磁场，以限制氧在单晶中的引入。根据DE10339792Al，尤其是CUSP磁场和移动磁场(TMF)适合于此。适合于产生该场的线圈排列如图1(CUSP磁场)和图2(TMF)所示。借助移动磁场能够在熔体中产生对流旋涡，由此保持熔体流使氧以SiO的形式从熔体出来经由坩埚输送至周围的气体空间。在旋涡中，熔体沿坩埚壁流向熔体表面，由此沿径向向内，在大约对应于坩埚半径一半的距离之后转而朝向坩埚底部的方向。CUSP场对熔体流具有衰减作用，由此减少氧在单晶中的引入。因为在拉伸单晶过程中提升坩埚以保持熔体表面的位置，所以在拉伸单晶的结束阶段熔体中的磁通密度下降，由此使磁场减少氧的作用减弱。根据本发明方法的一个优选的实施方案，在拉伸单晶期间实施一个或多个措施，从而使氧浓度至少在为了制造半导体晶片而提供的段内保持在4.4x1017个原子/0113至5.2x1017个原子/^113的范围内。尤其是在拉伸单晶的开始阶段实施的第一措施包括，围绕单晶的常用的绝热的挡热板通过气体输送管而延长，该气体输送管在下端变宽成为与熔体表面相对的环。环与表面之间的间隙的高度优选不大于20mm且不小于10mm。在该间隙中，朝向熔体表面的诸如氩的清洗气体被引导至表面附近并加速。经加速的清洗气流有效地带走从熔体逸出的SiO，因此还使氧在单晶中的引入减少。与挡热板不同，气体输送管具有良好的导热性，所以保持其对单晶及因此对比例V/G的热影响是可忽略的。气体输送管优选由诸如钼的不污染的金属材料组成。通过提高清洗气体的压力或清洗气体的体积流速或两者，气体输送管减少氧的作用也可以被增强。特别优选地，压力为1至4kPa，而体积流速为2300至32001/h。尤其是在拉伸单晶的结束阶段实施的另一措施包括，提高CUSP磁场的场强和/或提升电磁线圈，以保持熔体中的磁通密度，并由此保持磁场减少氧的作用。通过将磁动势即电流强度I与匝数N之积例如由60000安匝提高20%，可以使单晶内的氧浓度减少约0.7x10"个原子/cm3。与此相关地提高电功率与增加电磁线圈一样是比较耗费的。在不太复杂且因此优选的方法中，在拉伸单晶期间首先对熔体施加CUSP磁场。然后，若拉伸待加工成半导体晶片的单晶段的后部，则对熔体施加由CUSP磁场和向上取向的移动磁场的组合组成的磁场。上CUSP线圈的磁动势优选为53000至60000安匪，更优选为57600安匝，而下CUSP线圈的磁动势优选为95000至105000安匝，更优选为100800安匝。优选地调节TMF的场强，使得线圈变换地产生具有在3600安匝至-2400安匝的范围内的实部的磁动势。TMF的频率优选为50至75Hz。组合的磁场保持对流旋涡，以促进从熔体逸出SiO。因此，实施至少一个前述用于控制单晶中氧浓度的措施，从而基于单晶的圆柱形段，其氧浓度在4.4至5.2x1017个原子/(^13的所需范围内的半导体晶片的产率为至少90%。反之，若省略这些措施，则产率下降至少35%。从单晶切割半导体晶片，并准备实施根据本发明的热处理。准备过程包括将半导体晶片转变为经抛光的状态的机械和化学加工。热处理与所述半导体晶片的特性相协调。由此"洁净区"具有足够的深度，其中不存在BMD，几乎完全消除OSF核心，并且在半导体晶片块体内产生具有高密度的稳定BMD且BMD均匀地径向分布的区域。热处理的特征还在于，尤其是通过比较短的持续时间和比较低的保持温度而实现的经济的"热预算"。热处理优选在炉中进行，在炉中多个半导体晶片同时进行热处理，并且在惰性或还原性气氛中进行。优选的还原性气氛包含氢。还原性气氛可以除了一种或多种还原性气体以外还包含惰性组份。惰性气氛仅包含雍热处理条件下不与半导体晶片的表面反应的组份。例如可以使用诸如氮气或稀有气体的惰性气体，其中优选为稀有气体，更优选为氩气。装载温度为500至750°C。采用更低的装载温度则热处理会不必要地延长，而采用更高的装载温度则会消除氧核心，氧核心是达到所期望的BMD密度所需的。以至少3.5°C/min的升温速率将温度从装载温度提升至1000。C的温度，从而达到在1075。C至IIOO'C，优选1075。C至1090°C的范围内的保持温度。特别优选地，直至90(TC的温度的升温速率为5°C/min，而直至IOO(TC的温度的升温速率为3.5'C/min，或者直至800°C的温度的升温速率为1(TC/min，直至90(TC的温度的升温速率为5°C/min，而直至IOO(TC的温度的升温速率为3.5°C/min。在从IOOO'C至保持温度的温度范围内，升温速率小于3.5r/min。特别优选地，直至105(TC的温度的升温速率为2°C/min，而直至保持温度的升温速率为rC/min。在温度/时间图中从装载温度至保持温度的温度曲线的斜度优选总是正的。在保持温度下的热处理持续时间优选不短于45min并且不长于180min。可以通过保持温度的大小及在保持温度下的热处理持续时间而良好地控制"洁净区"的深度。优选为5至30nm。在热处理之后，尽可能迅速地冷却半导体晶片，并从炉中取出。为了避免由热应力导致的滑移，优选缓慢地提高冷却速率。特别优选地，直至1050'C的温度的冷却速率不大于rC/min，直至IOO(TC的温度的冷却速率不大于2°C/min，直至90(TC的温度的冷却速率不大于3.5°C/min，直至80(TC的温度的冷却速率不大于5°C/min，而直至卸载温度的冷却速率为5至10'C/min,卸载温度优选在装载温度的范围内。下面阐述实际上基于优选的实施方案而实施的本发明的结果，并借助附图加以说明。图1(CUSP磁场)和图2(TMF)所示为适于产生磁场的线圈排列。图3所示为确定热传输的结构("热区")。图4所示为气体输送管13和变宽的环14。图5禾卩6所示为对熔体施加CUSP磁场和TMF的组合(图6)和单独的CUSP场(图5)时熔体中的氧浓度。图7所示为单晶中氧浓度的径向分布根据TMF的相对强度的下降。图8至10所示分别为利用铜装饰测试、利用MO-4型BMD计数器的IR-LST测量及OSF测试的结果。图11所示为在实施BMD退火并评定之后的结果。图12和13所示为在对不同锭位置的2个半导体晶片实施BMD退火并评定之后的结果。图14所示为对不同锭位置的2个半导体晶片不实施预先BMD退火而直接评定的结果。图15所示为用于消除OSF核心的热处理的结构的重要意义。图16和17所示为试验电容器的击穿位置根据氧化层厚度为5nm的GOI测试由于热处理的改变。具体实施例方式为了根据本发明方法拉伸具有300mm的名义直径的硅单晶，使用一种装置，其确定热传输的结构("热区")如图3所示。该结构的基本组件是位于可旋转且可提升的坩埚轴1上的支撑的坩埚2，其中包含硅熔体3。在坩埚周围设置有电阻加热器4作为用于熔化多晶硅及从侧面向熔体输入热量的侧面加热器，以及用于产生影响熔体对流的磁场的磁性装置的3个电磁线圈5，6，7。在坩埚下方设置有电阻加热器8，作为用于从下方给熔体输入热量的底部加热器。另一个加热元件9位于熔体3的紧邻上方，作为用于降低由熔体拉伸的单晶10与熔体3之间相界面的边缘范围内的轴向温度梯度G的环形加热器。在单晶周围设置有绝热的挡热板11和冷却外套12。该结构的一个特别的组件是由钼制成的气体输送管13，其固定在挡热板上，且在其下端变宽成为环14。熔体表面与环下侧之间的间隙优选为10至20mm，在实施例中为20mm。图4所示为气体输送管13和变宽的环14。箭头所示为清洗气体的流动方向以及在熔体表面与环下侧之间的间隙中气流的加速。在所选的"热区"的预先试验中确定拉伸速率的允许范围，必须在该范围内控制比例V/G，从而可以拉伸在固有点缺陷及其积累物的分布方面具有所期望的特性的圆柱形段。为了测定气体输送管对单晶内氧浓度[Oi]的影响，在其他相同的条件下分别在有和没有借助气体输送管的情况下拉伸单晶，并比较在单晶的圆柱形段开始处的氧浓度。该试验的结果汇总于表1。其表明，在拉伸圆柱形段的开始部分时需要气体输送管以控制氧浓度在4.4至5.2x1017个原子/cmS的所期望的范围内。表l/4.4至5.2x10'7个原子/cm3轴向位置1mm100mm300mm400mm采用气体输送管适当适当适当适当不采用气体输送管过高过高过高适当为了测定磁场对单晶内氧浓度的影响，在其他条件相同的情况下拉伸单晶，一种情况下通过将用于产生CUSP磁场而施加的电功率提高20X而增强CUSP磁场，及一种情况下不增强CUSP磁场，及一种情况下在拉伸圆柱形段的最后三分之一开始时变换成组合的CUSP磁场/TMF。直至变换成组合的CUSP磁场/TMF，由2个位于外部的电磁线圈5，7产生CUSP磁场。不输送电流通过中间线圈6。在变换之后，继续由最上和最下的线圈5，7产生CUSP磁场(磁动势分别为57600和100800安匝)。对所有3个电磁线圈5，6，7额外施加三相交流电，以同时产生移动磁场。接通电磁线圈，从而除了CUSP磁场以外还对熔体施加向上取向的频率为50Hz的移动磁场。线圈变换地产生具有3000至15-1500安匝的实部的磁动势。该试验的结果汇总于表2。其表明，在拉伸圆柱形段的后部时需要改变对熔体施加的磁场以控制氧浓度在4.4至5.2x1017个原子/0113的所期望的范围内。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>这些结果与模拟计算的数据一致，由此测定熔体中的氧浓度。所采用的氧输送模型取自A.D.Smirnov，V.V.Kalaev，"DevelopmentofoxygentransportmodelinCzochralskigrowthofsiliconcrystals",JournalofCrystalGrowth,2008;310(12),pp.2970-2976。如图5禾口6所示，若对熔体施力口CUSP磁场与TMF的组合(图6)代替单独的CUSP场(图5)，则熔体中的氧浓度明显降低。氧浓度以任意标准化的单位给出。图7所示为单晶中氧浓度的径向分布取决于TMF的相对强度的下降。在考虑所获得的认识的情况下，利用所述"热区"拉伸单晶，在此用所需量的氮进行掺杂，因此圆柱形段的前部中的氮浓度为3x1013个原子/cm3。此外，通过在拉伸单晶的圆柱形段的最后20X时结合CUSP场和TMF而将引入单晶中的氧限制在4.4至5.2x10"个原子/cm3范围内的浓度。此外，选择拉伸速率的变化曲线在预先确定的拉伸速率的允许范围之内。将圆柱形段加工成为经抛光的半导体晶片。测试一部分半导体晶片在点缺陷及其积累物方面的特性。在用Secco溶液准备之后无法检测到FPD。利用MO-6的测试同样表明不存在具有更大COP的区域。利用铜装饰测试、利用MO-4型BMD计数器的IR-LST测量及OSF测试的结果如图8至10所示。所测半导体晶片在中心范围显示出圆盘状区域，其具有特别高密度的缺陷积累物，并从中心Z以半导体晶片半径的约30至50%的有效范围在朝向半导体晶片边缘R的方向上延伸，相邻的区域具有明显更低的缺陷密度，并一直延伸至晶片边缘。OSF测试表明，在中心区域具有高密度的OSF，而在相邻的外部区域则没有发现OSF(图IO)。该分析结果对于在中心具有圆盘状OSF区域及与其相邻的Pv区域的半导体晶片而言是典型的，Pv区域一直延伸至晶片边缘。将另一部分的半导体晶片分成3组，根据本发明实施热处理。升温速率及温度范围汇总于表3。对于各组分别选择不同的温度曲线(斜线I、n和m)。表3斜线I斜线II斜线III装载温度500。C500°C500。C升温至800°C10。C/min升温至卯O'C5。C/min5。C/min5。C/min升温至1000。C3.5。C/min3.5。C/min3.5。C/min升温至1050。C2。C/min2。C/min2°C/min升温至1075'CrC/minl°C/min升温至1100'CrC/min保持温度/保持时间1075。C/120min1075。C/120min1100'C/120min在冷却半导体晶片期间的温度控制汇总于表4。17<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>检测经热处理的半导体晶片是否存在BMD。图11所示为在实施BMD退火并借助匈牙利的Semilab的基于SIRM的BMD计数器评定之后的结果，其中根据斜线III对半导体晶片实施热处理。所测半导体晶片来自圆柱形段的中间三分之一(锭位置为400至460mm)。因此，所测半导体晶片的BMD密度为至少1x109cnf3，而BMD密度的径向分布的波动小于2.7(BMDmax/BMDmin<2.7)。所有所测半导体晶片的氮浓度均在8至15x1013个原子/113的范围内。图12所示为在对不同锭位置(从锭开始处起以毫米计)的2个半导体晶片实施BMD退火及借助基于IR-LST的MO-4型BMD计数器评定之后的结果，其中根据斜线II对半导体晶片实施热处理。因此，所测半导体晶片的BMD密度为至少7x108cm—3，而BMD密度的径向分布的波动小于2.8(BMDmax/BMDmin<2.8)。2个半导体晶片的氮浓度均在3至6x1013个原子/0113的范围内。图13所示为在对不同锭位置(从锭开始处起以毫米计)的2个半导体晶片实施BMD退火及借助基于IR-LST的MO-4型BMD计数器评定之后的结果，其中根据斜线I对半导体晶片实施热处理。因此，所测半导体晶片的BMD密度为至少1x109cm'3，而BMD密度的径向分布的波动小于2.4(BMDmax/BMDmin<2.4)。2个半导体晶片的氮浓度均在9至13x1013个原子/^113的范围内。图14所示为对不同锭位置(从锭开始处起以毫米计)的2个半导体晶片不实施预先BMD退火而直接评定的结果，其中借助基于IR-LST的MO-4型BMD计数器进行评定，并根据斜线II对半导体晶片实施热处理。因此，所测半导体晶片的BMD密度为至少3x108cm'3，而BMD密度的径向分布的波动小于3.0(BMDmax/BMDmin<3.0)。2个半导体晶片的氮浓度均在3至6x1013个原子/cm3的范围内。此外，测定"洁净区"(DZ)的厚度。结果汇总于表5。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>对另一部分的半导体晶片，而具体而言，对未实施热处理(TT)的和根据本发明实施热处理的半导体晶片进行OSF测试。于1050'C下在潮湿气氛中氧化4小时并由Wright蚀刻准备之后通过光学显微检测OSF。在光学显微中，从半导体晶片中心至边缘每5mm评定0.1ci^的测量面积。OSF测试的结果汇总于表6。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>由图15可以清楚地看出用于消除OSF核心的热处理的结构的特殊意义。其表明，消除OSF核心的程度尤其是取决于保持温度和保持时间。将根据斜线III提供(试验A)的在IIO(TC的保持温度及2h的保持时间的情况下的消除能力同与其仅小幅偏差的保持温度105(TC及保持时间4h(试验B)的情况进行比较。因此，根据OSF测试，试验A中的OSF密度比试验B约小2倍，恒定地低于1个缺陷/cm2。在未实施热处理的对比晶片中，根据OSF测试发现均匀的OSF密度为63个缺陷/cm2。如图16和17所示，在另一个比较中，试验电容器的击穿位置根据氧化层厚度为5nm的GOI测试由于热处理而改变。测试来自单晶的圆柱形段的最后三分之一的半导体晶片。未实施热处理的半导体晶片在中心具有圆盘状失效区域，这表明存在OSF核心，而根据本发明实施热处理的半导体晶片中则不存在圆盘状失效区域。GOI测试显示了在增加的流动电荷量Qbd的情况下试验电容器的失效百分比，以及每cri^的缺陷数量。典型的临界值强调了在最高至0.1C的电量时产生的失效。该比较表明，由于伴随热处理消除了OSF核心，而使失效率明显下降。权利要求1、用氮掺杂的单晶硅半导体晶片，其包括OSF区域和Pv区域，其中该OSF区域从半导体晶片的中心在朝向半导体晶片边缘的方向上延伸至Pv区域；块体内的BMD密度至少为3.5×108cm-3；BMD密度的径向分布由比例BMDmax/BMDmin表示的波动范围不大于3，其中BMDmax和BMDmin分别代表最大和最小的BMD密度；而OSF密度小于10cm-2。2、根据权利要求1的半导体晶片，其特征在于，所述氮浓度不小于3x1013个原子/0113且不大于2.5x10"个原子/cm3。3、根据权利要求1或2的半导体晶片，其特征在于厚度为5至25^irn的"洁净区"。4、用于制造单晶硅半导体晶片的方法，其包括根据CZ法由熔体拉伸单晶，在拉伸单晶期间以如下方式控制拉伸速率V与相界面处的轴向温度梯度G之比例V/G，在为了制造半导体晶片而提供的单晶段内形成OSF区域和Pv区域，其中该OSF区域从单晶中心在朝向单晶外围的方向上延伸至Pv区域；在拉伸期间以如下方式用氮掺杂单晶，在为了制造半导体晶片而提供的单晶段的前部中的氮浓度为3x1013至6x1013个原子/cm3;在拉伸期间以如下方式控制氧浓度，在为了制造半导体晶片而提供的段中的氧浓度为4.4至5.2x10"个原子/cm35从单晶切割单晶硅半导体晶片；在500至75(TC的装载温度下将单晶硅半导体晶片装入炉中；将单晶硅半导体晶片的温度以如下升温速率从装载温度提升至保持温度，在从装载温度至1000'C的温度范围内的升温速率为至少3.5。C/min，而在从IOO(TC至保持温度的温度范围内的升温速率小于3.5°C/min;及在1075'C至IIOO'C的范围内的保持温度下热处理该单晶硅半导体曰b!r5、根据权利要求4的方法，其特征在于，在拉伸单晶期间引导清洗气体通过在熔体表面与气体输送管的环之间的间隙，其高度不大于20mm且不小于10mm。6、根据权利要求4或5的方法，其特征在于，对熔体施加CUSP磁场，在拉伸为了制造半导体晶片而提供的单晶段的后部期间提高CUSP磁场的场强。7、根据权利要求4或5的方法，其特征在于，对熔体首先施加CUSP磁场，然后施加由CUSP磁场和向上取向的移动磁场的组合。8、根据权利要求4至7之一的方法，其特征在于，从装载温度直至卯(TC的温度的升温速率为5°C/min，而从900'C直至1000'C的温度的升温速率为3.5°C/min。9、根据权利要求4至7之一的方法，其特征在于，从装载温度直至80(TC的温度的升温速率为10°C/min，从800'C直至90(TC的温度的升温速率为5°C/min，而从卯O'C直至1000。C的温度的升温速率为3.5°C/min。10、根据权利要求4至9之一的方法，其特征在于，从100(TC直至1050。C的温度的升温速率为2'C/min，而从105(TC直至保持温度的升温速率为rC/min。11、根据权利要求4至10之一的方法，其特征在于，在热处理之后将半导体晶片以如下冷却速率冷却至卸载温度，直至105(TC的温度的冷却速率不大于rC/min，从105(TC直至IOO(TC的温度的冷却速率不大于2°C/min，从IOO(TC直至900。C的温度的冷却速率不大于3.5'C/min，从90(TC直至80(TC的温度的冷却速率不大于5'C/min，而从800'C直至卸载温度的冷却速率为5至10°C/min。全文摘要本发明涉及用氮掺杂的单晶硅半导体晶片。该半导体晶片具有OSF区域和P<sub>v</sub>区域，其中该OSF区域从半导体晶片的中心在朝向半导体晶片边缘的方向上延伸至P<sub>v</sub>区域；该半导体晶片的OSF密度小于10cm<sup>-2</sup>，块体内的BMD密度至少为3.5×10<sup>8</sup>cm<sup>-3</sup>，BMD密度的径向分布由比例BMD<sub>max</sub>/BMD<sub>min</sub>表示的波动范围不大于3，其中BMD<sub>max</sub>和BMD<sub>min</sub>分别代表最大和最小的BMD密度。本发明还涉及用于制造此类半导体晶片的方法。文档编号C30B29/06GK101671843SQ20091017289公开日2010年3月17日申请日期2009年9月10日优先权日2008年9月10日发明者G·基辛格,M·韦伯,T·莫勒,W·霍伊斯尔申请人:硅电子股份公司