TW200305663A - Single crystal silicon producing method, single crystal silicon wafer producing method, seed crystal for producing single crystal silicon, single crystal silicon ingot, and single crystal silicon wafer - Google Patents

Description

200305663

五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本關於，製造單結晶矽時除去滑移錯位錯位之 =::錯位錯位之晶·、除去滑移錯位之單結 晶石夕晶棒、單結晶石夕晶圓。 【先前技術】 單結晶石夕之製造方法之一種為c ζ法。 這是在單結晶拉晶用容器也就是在C ζ爐内設置石英掛 鋼，在此石英掛銷内加熱多晶石夕溶融，溶融安定化後，將 裝配在晶種夾頭上之晶種浸潰於融液，一邊使晶種夾頭以 及坩鋼互相r向或纟方向$轉一邊拉&晶種夾頭使單 結晶矽成長來製造單結晶矽晶棒者。 以CZ法使單結晶矽成長時無法避免的一個問題為「滑 移錯位」。滑移錯為為一次元的結晶缺陷，矽起因於晶種 在融液附著時之熱應力而發生，沿著一定的方向傳播。 滑移錯位，若被包入成長之單結晶矽中，則基於此基 板而製作之半導體裝置的品質會被減低。因此滑移錯位有 除去的必要。 關於製造表面為<100〉結晶面之矽晶圓（<1〇〇>軸結晶） 之情況，從以往便已確立了除去滑移錯位之技術。亦即為 了使< 1 0 0 >結晶方位與晶種的軸方向一致，在拉起晶種 時，使晶種附著融液後，藉由施以緩緩的縮小晶種的直徑 之頸縮處理，可使滑移錯位容易地從單結晶矽除去。 但是’在製造表面為{110}結晶面之矽晶圓（<11〇>軸

200305663 五、發明說明（2) =)而之/日況^即為了使<UG>結晶方位與晶種的轴方向 除去：Ϊ二了解到除去滑移錯位是有困難的， 除去α移錯位的技術尚未確立。 之情ί: 了 Γ11。〉結晶方位與晶種的軸方向-致而拉起 ΐΓ ία縮將單結…直徑縮的相 不良之ί:03::::易殘存錯位，而成為半導體元件 二γ要因。早結晶之直徑若不縮的較將〈 起時細的多，便無法除去滑移錯位。 軸…Β曰拉 徑大3工：：=直Γ夕晶圓之要求，，求將大直 里之早、、、口日日矽日日棒t無問題的拉起， ，直徑縮小，耗可除去某種程度之滑移錯位： 、，、田’ 5得大重量之單結晶矽晶棒之拉晶有不可能：f徑太 (ΜΓ7、、/\，有一種稱為施加磁場切克勞斯基結晶成Ϊ、、i 法）之技術。此係藉由對融液施加磁場/ 的黏性，抑制融液中的對流來進行安定之V，，融液 法。 〜心、、、口日日成長之方 在應用施加磁場切克勞斯基結晶成 施加磁場-邊拉起單結晶石夕之情況中，對融液 =情況，若不將單結晶石夕的直徑更縮小加磁場 的滑移錯位。在實驗中已確認到若不將單3 = 2部 '、到2. 5mm左右則無法除去滑移錯位。 徑縮 在曰本專利特開平91 65298號公報中， 〈no〉結晶方位種結晶之軸方向一致而拉起時載^為了使 磁場切克勞斯基結晶成長法一邊施加磁、—’應/施加 一邊拉起單結 纖 第6頁 7〇54e5576-p^NlhAhddub.ptd 200305663 五、發明說明（3) 晶矽之頸縮工程中，使直徑未滿2.〇mm，來除去滑移錯位 之發明。 然而，若將此公報所記載之物用於大口徑、大重量之 單結晶矽晶棒之情況，則有發生頸部破斷以及結晶落下之 虞，所以無法採用。 、。日^ 又，在外國專利USP40 02523中記載著，不僅僅將單結 晶矽之直徑縮小，而是將其作成特殊的形狀，來除去 錯位之技術。 在此外國公報中，在頸縮製程中，藉由在多段實施縮 小直徑，而使其成「隆起（bulge)形狀」’來除去滑移錯 位之技術。 然而形成隆起形狀本身在技術上是可能的，但使其自 動化在製程中進行則有實際的困難。 女以上的貫狀來看，要求著可使除了頸縮處理（縮小 直徑處理）以外的手法來除去滑移錯位，且可毫無問題的 拉出大口徑、大重量之單結晶矽晶棒之技術。 、 又’關於以除了頸縮處理（縮小直徑處理）以外的手 法’來除去包括錯位之缺陷之技術，如下述從以往便 人所知。 ” μ ，日本專利特開昭5 7 -1 7 4 9 4號公報中，記載著在使 1 nSb等之化合物半導體之單結晶成長時，將晶種拉起之方 ^钍t目對於<11〇>結晶方位使其傾斜5〜10度，將該半導體 單、、Ό B曰拉起’在除去餘刻坑洞之同時，使不純物濃度均一 之發明。

7054-5576.PF(Nl)；Ahddub.ptd 第7頁 200305663 五 發明說明（4) 然而，在此公報中，雖有記載關於蝕刻坑 :關於滑移錯,之除去則並無記載。X，此公報記：去’ ，係以1 nSb等化合物半導體單結 ^之發 結晶為對象。 7 T豕並非以矽單 又，在日本專利特開平3-80 1 8 4號公報中， f的使GaAs等化合物半導體之單結晶成長時，二栽/同 J方：’為<〇〇!>結晶方位與<m>結晶方位之二拉 播之軸上錯位之發明。 長方向直接傳 又，在此公報中，關於在化合物半導體產生之 位’記載著「藉由添加不純物來降低其產生」。之'月移錯 入 ^ 在此么報中，雖有記載關於在GaAs等半導體化 :上I ϊ t添加不純物來除去滑移錯位之事，，無記載除 去在早…晶石夕中產生之滑移錯位之技術。 本發明係有鑒於如此之實狀而做成之物，藉由在cz法 拉起曰曰種使單結晶矽成長時，藉由可在與< 1 〇 〇 >軸結晶同 ，之大口徑時除去滑移錯位，而可拉起大口徑、大重量之 單結晶矽晶棒而為解決課題。 【發明内容】 % #第1發明，係在使晶種浸潰於融液，藉由將前述晶種 沿著該軸方向拉起來製造單結晶矽之單結晶矽之製造方法 中’其特徵在於：< π 0 >結晶方位係對著前述晶種之軸方 向在傾斜的狀態下拉起該晶種。

200305663 五、發明說明（5) 第2發明，係在使晶種浸潰於融液，#由將 t者該軸方向拉起來製造單結晶石夕之單結晶石夕之 中，準備<11〇>結晶方位對於軸方向只傾斜既定角度Θ之 y姓ΐ特徵在於包括：在前述晶種對前述融液著液後， 緩縮小差排到直徑dl之錯位網除去製程；及 =早之直徑維持在大約dl，一邊使長度成長至 )dl/tan <9而去除滑移錯位之製程。 第3發明’係在第！或第2發明中，其特徵在於 對：晶種之軸方向傾斜之方向，係對於該<ιι〇> 晶方位為旋轉軸而旋轉之=位置關係之其他的<n°>結 系在使晶種浸潰於融液，藉由使前述晶種 延遠軸方向拉起來使其成善&留 έ士曰访曰技丄w七、成長為早結日日矽日日棒，藉由將此單 二=矽明棒切割來製造單結晶矽晶圓之製造 徵在於包KU0〉結晶方位對著前述晶種之軸方中向;以特 狀態’將該晶種拉起使其成長為單結晶石夕 垂 在對於 <"◦> 單結晶石夕晶圓之切割製：或略垂直之方向上切割’取出 延^1發Λ’/系在使晶種浸潰於融液’藉由使前述晶種 延泫軸方向拉起來伟1 i炎话 έ士曰&曰&丨^丨使其成長為早、纟口日日矽日日棒，藉由將此單 Ba矽aa棒切割來製造單結晶矽晶圓之製造方法中，準備 〈二〇”吉晶方位對於軸方向只傾斜既定角度Θ之晶中種丰： 寺敛在於包括·在前述晶種對前述融液著液後，將單結晶

7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第9頁 五、發明說明（6) 石:緩:s小差排到直徑dl之錯位網除去 晶矽之直徑維持在去的^彳 会 違便早結 而去除滑移鈣位夕制一邊使長度成長至少dl/tan0 ^ ，、 、曰位之I程’·更有將該晶種拉起使1成長A s ^ a ^ , I %，及將刖述早結晶矽晶棒，在對於 <u〇>結晶/位而言為垂直之方向或略垂直之方向上^對於 割，取出單結晶矽晶圓之切割製程。 第6發明，係在第4 # |。& ηα ^ 晶方位對於晶種之軸方，其特徵在於⑴〇>結 其他的偷結晶方位為旋；轴位置關係之 第7發明，係在第4或第5發明中， 結晶方位對於晶種之軸方^^ 、特敛在於· <1 1 〇> y。之範二軸方向傾斜之既定角度"、在u。 第8發明，係以CZ法製造罝έ士曰士 向傾斜之單結晶石夕製造用晶種。 '，、"曰方位係對於軸方 方位Γ/:νΛ在/二發明中’其特徵在於： 万位對於晶種之軸方向傾斜之 方位而言，以位於垂直Jim、對於該<η㈣晶 位為旋轉軸而旋轉之方向。關係之其他的<110〉結晶方 第1 0發明，係藉由CZ法製造 在於：係<110>結晶方位係對\^早結晶石夕晶棒，其特徵 單結晶石夕晶棒。 對轴方向只傾斜既定角度Θ之 第η發明’係在第1〇發明中，其特徵在於：<11〇>結 200305663 五、發明說明⑺ '" ~ 晶方位對於單結晶矽晶棒之軸方位只以既定的角度0傾斜 之方向’係對於該< 1 1 0 >結晶方位而言，以位於垂直之位 置關係之其他的<110>結晶方位為旋轉軸而旋轉之方向。 曰 第1 2發明，係在第1 0發明中，其特徵在於： <；[丨0>結 曰曰方位對於單結晶矽晶棒之軸方位傾斜之既定角度0，係 在〇 · Θ。S Θ g ；[ 〇。之範圍之單結晶矽晶棒。 第lj發明，係藉由切割以以法製造之單結晶矽晶棒而 取出之單結晶矽晶圓，其特徵在於：係將<110>結晶方位 對於軸方向只以既定角度Θ傾斜之單結晶矽晶棒，在對於 < 11 0 >結晶方位而言垂直或略垂直之方向上切割取出之 結晶矽晶圓。 根據第1發明、第4發明、第8發明、第1〇發明、第13 =月如圖2、圖3所示’為使{1⑴結晶面之稜線方向8對 =軸方向9傾斜，使用<11〇>結晶方位1〇對於轴方向9只傾 斜既定角度0之晶種丨來製造單結晶矽。 、 斜菩ϊ ϊ ΐ上述晶種1來拉起單結晶石夕時，由於滑移錯位5 ==早阳矽之軸方向9傾斜傳播，滑移錯位5到達任一 、，，口日日矽之壁面而消滅。因此，在頸縮製程曰 :I : : f滑移錯位除去。此結⑥，可拉出大口徑、大°重 里之早、、、口晶砍晶棒。 堇 去部m b®1所示’在滑移錯位除 邊使單結晶石夕之直徑維持在大& d 1，、嘉 、 度成長至少cU/t—。 彳在大約cH ’ -邊使長

200305663

由於滑移錯位5對於單結晶矽之軸方向9只以既定角度 Θ傾斜而傳播，所以若使其單結晶矽之長度只成長“/七^ Θ ’則滑移錯位5到達單結晶矽之壁面而消滅。如此在長 度至少為d 1 /1an 0之滑移錯位除去部4上，滑移錯位5從單 結晶石夕除去。之後，移往無錯位之單結晶成長製程。 根據第3發明、第6發明、第9發明、第11發明，如圖 2、圖6所示，<1 10>結晶方位1〇，係對於該〈丨丨〇>結晶方位 1〇而言，以位於垂直之位置關係之其他的<110>結晶方位 1 3為旋轉軸旋轉時之方向丨丨傾斜。此結果，在檢驗出結晶 方位時作為x射線之繞設面來使用之{ 220 }面，係與其他之 < 1 〇 〇 >軸結晶或< 111 >軸結晶中丨2 2 0 }面之位於平行之位置 關係，所以可直接共用在其他之<1〇〇>軸結晶或<;111>軸结 晶所使用之通常之加工裝置。因此，可控制定向平面= 槽之加工所需要之成本。 〆 根據第7發明、第12發明，<110>結晶方位1〇對軸 9傾斜之既定角度Θ在0.6、θ·。之範圍内對轴方向 亦即，若傾斜角度0小而淺，則如圖1所示滑移錯位 =去部4會變長，而由於在cz爐之高度有限制所以拉出a之 單結晶矽之長度會變短。又，滑移錯位除去部4愈長，則 需要無法成為製品之部分之拉晶時間，生產效率損失。因 此傾斜角度0 ，若考慮單結晶矽之拉晶製程，則愈大愈 〇〇相對於此，傾斜角度0愈大，則如圖4所示，有用之 單結晶矽晶圓30以外之不必要部分2〇a (以斜線表示）變

200305663 五、發明說明（9) 大’良率降低。因此，傾斜角度Θ ，若考慮將矽晶棒2 〇切 割之製程’則愈小愈好。 因此’考慮單結晶矽之拉晶與矽晶棒2〇之切割兩者， 則存在著最希望之傾斜角度0之範圍，其範圍在〇.6。$ Θ $ 1 0。之範圍。藉由此，可縮短單結晶矽之拉起之長 度’與拉晶時所需要之時間，可減少切割單結晶矽晶棒20 時所產生之不需要的量2〇，而使製造成本總合而言為最 小 〇 【實施 想定製 情況而 圖 不將晶 端部分 亦 鋼，在 於晶種 照同方 矽成長 在本實 單結晶 中晶種 方式】 f參照以下之圖式，一邊說明。在本實施形態中， 造表面為{110}之結晶面之矽晶圓（<110>軸結晶）之 說明。 1係說明實施形態之單結晶矽之製造方法之圖，顯 種（seed ) 1浸潰於矽融液6而拉起之單結晶矽之上 〇 即，，早結晶拉晶用容器也就是cz爐内設置石英坩 此石英坩鍋内加熱矽溶融。溶融安定化後，將裝配 夾頭之晶種1浸潰於矽融液6，使晶種夾頭與坩鍋依 向，1方向一邊旋轉一邊拉起晶種夾頭來使單結晶 。在2法中，晶種1之長軸方向9與拉晶方向一致。 施形=中，使晶種1浸潰到融液表面6 a後，施以將 之ί Ϊ緩緩縮小之頸縮處理（縮小處理）。在圖1 下方艾細之部分，係施以頸縮處理之頸部2。

7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第13頁 200305663 五、發明說明（10)

在c z法使單結晶石夕成長時無法避免的問題之1為「滑 ^ π移錯位係1次元之結晶缺陷，係起因於晶種1 :者液於融液6時之熱應力而產生，係沿著一定的方向J /月移錯位，若進入成長之單結晶矽，而 作之半導體裝置之品質低下。因此有除去 機制H:如下述，在矽結晶中發現滑移錯位發生之 機制，而達到找出除去滑移錯位之方法。 5、圖6、圖7、圖8來說明。 开一以下圖 立方mi、！晶之排列構造立方晶系之構造。圖5表示 立方曰曰糸之基本結晶方位。如同圖所示之 原點ϋ來疋義方位。圖5所示斜線為⑴0}結晶面。 圖6係表示矽結晶7之立體圖。圖6 ί=;;:ν结晶面之法線方向之結晶方2 箭號8係（1 1 1 )結晶面之稜線方向。 向8傳本播發明者們’發現滑移錯位沿⑴1}結晶面之棱線方 之姑顯示使用㈣將單結晶石夕拉起時之晶種1 ίιο Ί }、，，Γ曰曰拉起方向）9 ’與石夕結晶7之<110>結晶方 位1 0、{ 111}結晶面之稜線方向8之關係。 將圖7從圖式正面看的方向，係相當於圖6之箭號視線 Α方向，將圖8從圖式正面看的方向，係相當於圖6之箭號 國 第14頁 7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 200305663

五、發明說明（11) 視線B方向。 種1 2:：J 圖J :不二為使⑴U結晶面稜線方向8係與晶 ，9致而，若使<11〇>結晶方位與晶種1之軸方 向9 一致而拉起晶種丨，則滑移錯 神万 向傳播，戶斤以將滑移，丄從單：曰:：：結晶石夕之轴方 估曰錄1基y执^ 矽除去是很困難的。 :種者液於融液表面63後，施以將單結 =之，理’即使將單結晶石夕之直徑縮到相當= 因“。曰中心权錯位容易殘存，而成為半導體裝置*良之要 因此，如圖2、圖3所示，使⑴1}結晶面棱線方向 晶種1之軸方向（結晶拉起方向）9傾斜，使<11〇〉結晶、 ίο對晶種丨之軸方向（結晶拉起方向）9傾斜而拉起晶種1。 藉由此，由於滑移錯位5對於單結晶矽軸方向9傾斜而 播，所以滑移錯位5會到達任一單結晶矽之壁面而消滅。 因此，在頸縮製程中，若將單結晶矽之直徑縮小到盘 <100〉軸結晶同程度，則可容易的除去結晶中心部之錯 位。 在此，圖2、圖3係分別對應於圖7、圖8之圖，顯示使 用CZ法將單結晶矽拉起時之晶種丨之軸方向（結晶拉起方 向）9，與矽結晶7之< 110>結晶方位丨〇、{丨丨丨丨結晶面之稜 線方向8之關係。將圖2從圖式正面看的方向，係相當於圖 6之箭號視線A方向，將圖3從圖式正面看的方向，係相當 於圖6之箭號視線B方向。 在圖2與圖3中，<110〉結晶方位1〇對於晶種1之軸方向

7054-5576-PF(Nl)；Ahddub.ptd 200305663 五、發明說明（12) 9傾斜之方向互異。圖2係如圖6中箭號11所示，〈11 〇 >結晶 方位10對晶種1之軸方向9傾斜之方向’為與{110}結晶面 相鄰之{111}結晶面之方向11之情況，亦即，顯示對於 < 11 0 >結晶方位1 0而言，以位於垂直之關係之別的< 11 〇 >結 晶方位1 3為旋轉軸旋轉之方向11之情況。

圖3係如圖6中箭號1 2所示，< 1 1 0 >結晶方位1 0對晶種1 之軸方向9傾斜之方向，為與{11 0 }結晶面相鄰之{1 0 0 }結 晶面之方向1 2之情況，亦即，顯示對於< 11 0 >結晶方位1 0 而言，以位於垂直之關係之別的< 1 0 0 >結晶方位1 4為旋轉 軸旋轉之方向1 2之情況。 以下，說明圖2之實 (晶種之準備） 首先，如圖1所示，為使{111}結晶面稜線方向8，對 軸方向9傾斜（參照圖2)，準備<11〇>結晶方位1〇對軸方向9 只以既定之角度0傾斜之晶種1。在此情況，如圖6中箭號 11所示，<110〉結晶方位10對晶種i之軸方向9只以既定角化 度Θ傾斜之方向，係與U10}結晶面相鄰之{111}結晶面之 方向11，亦即，對於<110>結晶方位1〇而言，以位於垂直 之關係之別的<110>結晶方位13為旋轉軸旋轉之方向u。 (錯位網除去製程）

一將上述晶種丨裝配於晶種夾頭，使晶種丨著液於曰 〜表不口P刀所示產生錯位網。因 陰 結晶石夕之直徑緩緩縮小，使錯位罔，將拉起之單 汉錯位、、周之錯位密度緩緩減少。

200305663 五、發明說明（13) 在除去錯位網時置姓B 、 dl。如此在徑（以下稱為做小直徑）為 去。 斤不之錯位除去部3，錯位網從單結晶石夕除 (滑移錯位除去製程） 在錯位網除丰制扣+ 1 為滑移錯位而殘存於^結晶石夕，早結晶石夕除去之錯位，成 使單：二將二梦之最小直徑維持在以，更 成長長度dl/ta“。又，最小直徑大約維； 在此，如前述所示，滑移錯位5 向9只依既定…傾斜傳播之故，所以=方 f長長純/ta…滑移錯位5到達單結晶=== 滅。如此如圖1所示在滑移錯⑽ 』面= 單結”除去。之後，移往無錯位之單結晶從 又在錯位除去製程中，一邊將單結晶梦之維持在大約 dl，一邊使單結晶矽長度成長至少dl/ 可 ^ 單結晶石夕成長較長度dl/tan0還長。在實驗；了二： 之最小直徑d 1縮小到6 m m左右，確認到滑移錯位之除°去曰曰。 在上述之頸縮製程中，一般而言，藉 同於拉起之<1G()>軸結晶之縮小部之直徑之程度，，可容易相 心部之錯位。由於在大直徑除去滑移錯位所 以可谷易的拉起大口徑、大重量之單結晶矽晶棒。 若^结晶石夕之最小直徑心―以下，則確認滑移錯 位可以兩確率完全去除。如此’以往殘存於結晶中心部分 第17頁 7054-5576-PF(Nl)；Ahddub.ptd 200305663 五、發明說明（14) 之錯位可以高確率且完全去除，而大幅增加單結晶之取得 率。以往之單結晶化成功率為1 0 %，但應用本實施形態可 使單結晶化成功率增加到95°/〇。 (石夕晶棒製程） 在接著錯位除去製程之製程中，更將晶種1拉起，如 ，4 (a)所不，製造單結晶矽晶棒2 〇。亦即，經過肩部製作 製程來形成頭部2 2，經過直軀體製程形成直軀體部，再經 過尾部製程形成尾部2 3。 、 (切斷製程） 接著將單結晶矽晶棒20，對<1 10〉結晶方位1〇而言垂 =之方向切割，如圖4(b)所示，表面為丨11〇}結晶面之單 =曰：”3〇 ’亦即可取出〈110>結晶方位為表面之法線 方向之早結晶矽晶圓30(<110>軸結晶）。 然而，特別是將單結晶梦晶棒20，在 位10而沿垂畫之方結日日方 e i置之方向切割取出晶圓30後，在後段之取Θ + 長製程中，將氣體導人於日"拉^錢之取向成 因此，為了擗备… 圓時’有表面粗糙之虞。 為了避免此’而從單結晶矽晶 …直之角度僅偏離"度左右之角度二 圓上設置取向成長声而H。又’不僅限於在單結晶石夕晶 相故 '^丄 ㈢ 製k晶圓之情況’根墟苴物制口 況。 角度朿切割而有可製作高品質之晶圓之情 使用如上述而取出 置，由於在以往殘存於：：：矽晶圓30來製造半導體裝 、早、、、口日日矽晶圓30之面内申央部之滑 7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第18頁 200305663 五、發明說明（15) 移錯位完全被除去，所以在製作裝置時之良率大幅增加。 接著’考察關於< 11 〇 >結晶方位丨0對於軸方向9傾斜之 角度0之較佳範圍。 ^若傾斜角度小而淺，則如圖1所示滑移錯位除去部4會 變長1而由於在C Z爐之高度有限制所以拉出之單結晶矽之 長度會變短。又，滑移錯位除去部4愈長，則需要無法成 為製品之部分之拉晶時間，生產效率損失。因此，傾斜角 度Θ ’若考慮單結晶石夕之拉晶製程，則愈大愈好。 〇相對於此，傾斜角度0愈大，則如圖4所示，有用之 單結晶石夕晶圓30以外之不必要部分2〇a (以斜線表示）變 大，良率降低。因此，傾斜角度0 ，若考慮將矽晶棒2〇切 割之製程’則愈小愈好。 因此’考慮單結晶矽之拉晶與矽晶棒2 〇之切割兩者， 則存在著最希望之傾斜角度<9之範圍，在實驗上確認到其 範圍在0.6 之範圍。其理由如下所述。 首先想定傾斜角度0未滿〇 · 6。之情況。使晶種丨接觸 融液6，為了藉由將直徑縮小來除去錯位網，需要錯位網 除去部3長100mm左右。錯位網除去部3之最小直徑dl為311^ 之情況，傾斜角度0未滿〇_6。中，接著之錯位除去部4之 長度(114&110，由(11/1^110=3/*^11〇.6。，為大約29〇111111， 超過290mm。因此，與錯位網除去部3之長度1〇〇mm合併， 頸縮部2全體超過39〇mm之縮小長度為必要。通常由於縮小 長度在20 Omm以内，可製造之單結晶矽之長度至少超過 19〇mm而變短，而導致製造成本之上升。在錯位網除去部

mm 7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第19頁 200305663 五、發明說明（16) 3，若使最小直徑dl為3mm以下，則可多少縮短縮小長度的 長，但若最小直徑dl在3mm以下，則變的無法拉起大重量 之矽晶棒。因此，傾斜角度之下線為0. 6 ° 。 接著，想定傾斜角度0超過1 0 °時。若將在此傾斜角 度0所製造之單結晶矽晶棒20切成4塊，則直徑200mm之矽 晶圓30之情況，在圖4中不必要之部分20a之長度，以200 X tanlOx 4而求得為約141mm。此相當於重量約l〇kg。一 個單結晶矽晶棒20且重量l〇kg為良率損失之界限。 如以上之傾斜角度0，係在〇 · 6。S 0 $ 1 〇。之範圍 内為佳。 接著如圖3所示，說明<110〉結晶方位10對晶種1之軸 方向只以既定角度0傾斜之方向，係如圖6所示相鄰於 {11 0 }結晶面之{1 0 0 }結晶面之方向1 2之情況，亦即對 < 11 0 >結晶方位1 0而言，以位於垂直關係之< 1 〇 〇 >結晶方位 1 4為旋轉軸旋轉之方向1 4之情況之實施形態。 (晶種之準備） 首先，如圖1所示，為使{111 }結晶面稜線方向8，對 軸方向9傾斜（參照圖3)，準備<110>結晶方位1〇對軸方向9 只以既定之角度0傾斜之晶種1。在此情況，如圖6中箭號 1 2所示’< 11 0 >結晶方位1 〇對晶種1之軸方向9只以既定角 度0傾斜之方向，係與{110}結晶面相鄰之〇〇}結晶面之 方向12，亦即，對於<ιι〇>結晶方位1〇而言，以位於垂直 之關係之別的< 1 〇 〇 >結晶方位1 4為旋轉軸旋轉之方向i J。 以下之（錯位網除去製程）、（滑移錯位除去製程）、

200305663 五、發明說明（17) (晶棒製造製程）、（切割製程），係與示於圖2之實施形陣 相同’所以省略說明。在本實施形悲中，也可得到同於示 於圖2之實施形態之效果。 但是，圖2所示之實施形態以施以定向平面或凹槽加 工為佳。其理由說明如下。 曰 在半導體元件用結晶中，需要加工表示特定之結晶方 位之定向平台或凹槽。這些定向平台或凹槽，係在加工成 晶圓狀之結晶上顯示其結晶方位之印記，而作為半導體元 件製造時之基準來使用。 通常’這些定向平台或凹槽，係切割而在加工成晶圓 狀之前之晶棒2 0之狀態來進行，在大部分之情況，為了進 行此之加工機中，包括：將結晶之外周部之凹凸除去機 構、檢測出結晶方位之機構、基於檢出之方位來加工定向 平台或凹槽之機構。 為檢出結晶方位，以X射線繞設法為主流。藉由X射線 繞δ又法來檢出結晶方位之情況，一般而言，以與{ 1 1 〇 }面 平行之{ 2 2 0 }面作為繞設面來使用。此對於 < 丨丨〇 >軸結晶以 外之<100〉軸結晶或<111>軸結晶也相同。 X射線繞設法，係以一邊在結晶上照射X射線，一邊以 拉晶轴為旋轉中心來使結晶旋轉，藉由檢出X射線之繞設 波峰來檢出{ 2 2 0 }面之順序來進行。此時，< 丨丨〇 >結晶方位 1 〇對於相鄰之{111}結晶面之方向傾斜，亦即，< 丨丨〇〉結晶 方位10，係以對於該<11〇>結晶方位10而言為垂直之位置 關係之其他之< Π 〇 >結晶方位丨3為旋轉軸來旋轉之方向傾

200305663 五、發明說明（18) 斜，則檢出結晶方位時，作為X射線之繞設面來使用之 { 2 2 0 }面，係與其他之< i 〇 〇 >軸結晶或〈丨丨丨 > 軸結晶中丨2 2 〇 } 面之位於平行之位置關係，所以可直接共用在其他之. < 1 0 0〉軸結晶或< 111 >軸結晶所使用之通常之加工裝置。 相對於此，上述方向以外之使<1丨〇>結晶方位丨〇傾斜 之情況，例如如圖3之實施形態，使< π 〇 >結晶方位丨〇，以 相W於{ 1 1 0 }結晶面之{ 1 〇 〇 }結晶面之方向，亦即對於 <110〉結晶方位10而言位於垂直之位置關係之<100>結晶方 位1 4為旋轉軸來旋轉之方向傾斜之情況中，此時之丨2 2 〇 } 面與其他之<100〉軸結晶與〈1U〉軸結晶面中之丨22〇}面之 平行關係消失。沒有平行關係，意味著在X射線之繞設方 向7者相異。因此，需要有X射線繞設裝置之位置變更、 或疋準備負數台之X射線繞設裝置、或是另外準備專用加 工機等之對應，所以製造成本上升。 、由以上的理由來看，從抑制定向平台或凹槽之加工為 必要之成本之點來看，以圖2之實施形態為佳。 在上述之實施形態中，可有各種之變形，更可將下述 之技術應用於上述之實施形態。 (晶種之預熱） “ 由於起因於使晶種1著液於融液6時產生之熱應力而產 生滑移錯位，所以若將著液時之熱應力降低，料朝命不 使滑移錯位導入晶種1之方向。 ^此，為使在著液前之晶種丨之先端溫度與融液6之溪 又AT縮小，將晶種在著液前先預熱。藉由此，晶種}著

200305663 五、發明說明（19) =::液6時產生之熱應力變低，由於接觸融液6而使接觸 社里1:方向產生之錯位密度’較不預熱之情況低。從此 :士，看，滑移錯位之對晶種丨之導入，較不預熱之情況 而^父可抑制。又，由於相較於不預熱之情況，滑移錯位 之導入被抑制之故’其多出來的部分，可使錯位網除去部 3之最小直徑dl變粗。在實驗中，若先將晶種1預熱，則最 小直徑即使粗到8mm，也確認到可完全去除滑移錯位5。 (晶種中添加不純物） 根據文獻「K· Hoshikawa，X. Huang，T· Taishi， et.al., "Dislocation-Free Czochralski Silicon ， Crystal Growth without the

Dislocation-Elimination一Necking Process”， Jpn j Ajpl，Phys，v〇l. 38 ( 1 999 ) PP· Lueg-LUn」，’揭示 著「作為在被育成之結晶中不導入錯位之條件，在晶種I 必要之硼（B)之濃度為lE18at〇ms/cm3以上」之實驗結果。 因此，在晶種1中添加硼（B)作為不純物，其不純物 度為lE18at〇ms/Cm3以上為佳。藉由此，可抑制滑移錯位 晶種1中之導入。又，相較於不添加不純物之情況，可丁 制滑移錯位之導入，所以該部分可使錯位網除去部3之 小直徑dl變粗。又’除了以硼（B)作為不純物以外^，也可 添加鍺（Ge)、銦（In)於晶種1來實施。 又’上述（晶種之預熱）、（在晶種中添加不純物）之 術也可適用於傾斜角度0為零之情況也可。亦即，在製= 表面為{11 0 }之結晶面（< 1 0 0 >結晶方位為表面法線方白）之

7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第23頁 200305663

7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd

第24頁 200305663 圖式簡單說明 圖1係況月使用實施形態之晶種來姓 程之圖。 早、、、°晶矽之製 圖2係說明石夕έ士曰 έ士曰士 向之關 係之圖 係之 圖。 y μ日日之、纟口日日方位與種結晶之軸方 圖3係說明石夕&士 θ ☆士 a七 圖。 、、、〇日日之釔日日方位與種結晶之軸方向之關 圖4(a)、（b)係說明切割單結晶矽晶棒來 矽晶圓之狀況之圖。 取出早結晶 圖5係，、、、員示立方晶系之基本結晶方位之立 圖6係顯示矽結晶之構造之立體圖。 圖。 圖7係。兒月石夕結晶之結晶方位與 之圖。 曰裡i釉方向之關係 之關係 之圖 圖8係說明石夕結晶之結晶方位與晶種之軸方向 【符號說明】 1〜晶種； 3〜錯位網除去部； 5〜滑移錯位； 7〜碎結晶； 1 0〜< 11 0 >結晶方位； 2 0〜早結晶石夕晶棒； 2 3〜尾部； 9〜晶種方向（結晶拉起 2〜頸縮部（單結晶矽） 4〜滑移錯位除去部； 6〜融液； 8〜{ 1 11 }面稜線方向 11、12〜傾斜之方向 2 2〜頭部； 3 0〜單結晶矽晶圓； 方向）。

7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第25頁

Claims (1)

1. 200305663 六、申請專利範圍 1 · 一種單結晶石夕之製 由將前述晶種沿著該轴方，，使晶種浸潰於融液，藉 其特徵在於：方向拉起來製造單結晶石夕， 〈11 0〉結晶方位倍斜装1丄 態下拉起該晶種。、，者别述晶種之軸方向在傾斜的狀 2 · —種單結晶矽之萝 由將前述晶種沿著該轴f ’使晶種浸潰於融液，藉 其特徵在於L 向拉起來製造單結晶石夕， 曰種準ΐ〈」二〉曰結晶方位對於軸方向只傾斜既定角度θ之 :差排到二後及將單結晶鑛縮 長至 3·如申睛專利範圍第1或2 其中，<110〉結晶方位對於曰福、早、、、口日日矽之製造方法， 對於該<110〉結晶方位而二日日、7轴方向傾斜之方向’係 日万位而έ ，以位於垂吉 他的<110>結晶方位為旋轉軸而旋轉之2位置關係之其 4 · 一種單結晶矽晶圓之製 : 液，藉由使前述晶種延該軸方向來於融 石夕晶棒，藉由將此單結晶石夕晶棒:成長為早結晶 圓， 悴刀割來製造單結晶矽晶 其特徵在於包括： <110〉結晶方位對著前述晶種之 Θ傾斜之狀態，將該晶種拉起車向只以既定角度 丹成長為單結晶矽晶棒之 7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 200305663 六、申請專利範圍 拉晶製程；及 將前述單結晶矽s婊，— 之方θ弋畋子古 曰日棒在對於< 11 〇 >結晶方位a千古 之方向或略垂直之方向切割， 乃位為垂直 程。 出皁結晶石夕晶圓之切割製 5 · 種早結晶秒晶圓之制、1 液，藉由使前述晶種延該軸k:法，使晶種浸潰於融 石夕晶棒，藉由將此單妹晶:夕拉起來使其成長為單結晶 圓， 早、、σ B曰矽晶棒切割來製造單結晶矽晶 其特徵在於包括： 準備< 11 0 >結晶方位斜於ά 曰括,_ ^ 万位對於軸方向只傾斜既定角度0之 I # iik 5.1 * ^ 1 W液者液後，將單結晶矽緩緩縮 小差排到直徑d 1之製程； …邊使單結晶石夕之直徑維持在大⑽，一邊使長度成 長至：>、d 1 /1 a η 0而去除滑移錯位之製程； 更有將該晶種拉起使其成長為單結晶矽晶棒之拉晶製 程；及 將則述單結晶石夕晶棒，在對於 < 丨丨〇 >結晶方位為垂直 之方向或略垂直之方向切割，取出單結晶矽晶圓之切割製 程0 6 ·如申請專利範圍第4或5項之單結晶石夕晶圓之製造方 法，其中，< 11 0 >結晶方位對於晶種之軸方向只依照既定 的角度傾斜之方向，係對於該< 11 〇 >結晶方位而言，以位 於垂直之位置關係之其他的< 11 〇 >結晶方位為旋轉軸而旋 轉之方向。

   7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第27頁 200305663

   7.如申請專利範圍第4 曰^ ^ ^ ^ 法，其中，<11〇>妹曰“二曰/、，、°曰曰矽曰曰B之製泣万 角度Θ係在。.6。、:;曰：：對之軸方向傾斜之耽定 ^ ^ ^ 1 0 之範圍。 矽時8使用種早結晶矽製造用種結晶，⑥以CZ法製造單結晶 其特徵在於： <11 〇>結晶方位係對於軸方向傾斜。 Φ，< 1 1 fl >申/0專利範圍第8項之單結晶矽製造用晶種，其 、、、σ θ3方位對於晶種之軸方向傾斜之方向，係對 於該< 11 0 >結晶方付而. κ 曰方位而吕，以位於垂直之位置關係之其他 的< 11 〇>、、、口日日方位為旋轉軸而旋轉之方向。 1 〇 ·.種單結晶矽晶棒，藉由C Ζ法製造， 其特徵在於： < 110 >結晶方位係對軸方向只傾斜既定角度0。 11 ·如申請專利範圍第丨〇項之單結晶矽晶棒，其中， < 1 1 0 >、、、σ Θ3方位對於單結晶石夕晶棒之軸方位只以既定的角 度Θ傾斜之方向’係對於該〈丨丨〇 >結晶方位而言，以位於 垂直之位置關係之其他的<110>結晶方位為旋轉軸而旋轉 之方向。 1 2·如申請專利範圍第丨〇項之單結晶矽晶棒，其中’ < 11 0 >結晶方位對於單結晶矽晶棒之軸方位傾斜之耽定負 度0 ，係在0·6° $0^10。之範圍。 1 3. —種單結晶矽晶圓，藉由切割以cz法製造之單〆 晶矽晶棒而取出，

   7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd 第28頁 200305663

   7054-5576-PF(Nl);Ahddub.ptd

   第29頁