TW200402776A - Silicon wafer for epitaxial growth, epitaxial wafer, and its manufacturing method - Google Patents

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Description

200402776 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於，捕獲有害的重金屬雜質的除氣（ gettering )能力優異，存在於磊晶層中的結晶缺陷很少， 結晶性優異的磊晶晶圓，及製造此的磊晶成長用矽晶圓， 以及製造該等的方法。 【先前技術】 磊晶矽晶圓因具有優異的特性，從早期則被廣泛使用 來製造個別半導體或雙極1C等。同時，關於MOS、LSI 也是因爲軟體錯誤或閉鎖（latch up )特性優異，而被廣 泛使用在微處理器單元或快閃記憶裝置。而且，爲了減輕 製造矽單晶時導入的所謂成長（growing )缺陷造成的 DRAM的可靠性不良’嘉晶晶圓的需求一直在擴大。如果 ，在這種使用在半導體裝置的磊晶晶圓存在有重金屬雜質 ，便會成爲半導體裝置的特性不良的原因。尤其是，最尖 端裝置所需要得乾淨度，被認爲是重金屬雜質的濃度在 1 X 1 O9 atoms/ cm2以下，因此必須儘可能減少存在於磊晶 晶圓內的重金屬雜質。 減少這種重金屬雜質的技術之一，有除氣（gettering )技術。近年來這種除氣技術愈來愈受重視。除氣技術的 非常有效的方法之一是，在矽晶圓形成氧析出物（BMD : Bulk Micro Defect)，將重金屬雜質捕捉在其失真場的所 謂內在除氣（Intrinsic Gettering)的方法。然而，一般在 (2) (2)200402776 磊晶晶圓，因爲要在矽晶圓上堆積磊晶層，需要進行高溫 的熱處理，因此，在培育結晶時的熱環境已有某種程度的 成長的氧析出核，會因爲此磊晶製程的高溫熱處理而被消 滅掉，因而存在有很難形成BMD的問題。 因此，爲了解決這種問題，日本特開2000-443 89號 公報建議，形成磊晶層的基板使用摻雜氮的矽單晶。這是 因爲摻雜氮後，可以在矽單晶中形成起因於氮的氧析出核 (不均一核），此氧析出核在形成磊晶層時不會被消滅， 因此可以製造具有很高的除氣能力的磊晶晶圓。 另一方面，磊晶晶圓已被認知會在磊晶層上產生積層 缺陷（SF : Stacking Fault )。若在形成於磊晶層的SF上 製造裝置，便會發生電流的漏洩，成爲不良的原因。已知 ，如果在基板有異物，便會以此異物爲起點，在堆疊磊晶 層的過程形成SF。因此，形成磊晶層時，通常是要嚴格 管理，防止顆粒等異物存在於基板上。 然而，如日本特開2001 - 151596號公報所淸楚揭示 ’在磊晶層發生SF的原因不只是顆粒等異物，也會以培 育矽單晶時形成的晶圓表面附近所存在的成長缺陷爲起點 形成SF。而且是，摻雜氮的磊晶層時，其機率較未摻雜 氮的磊晶層高很多。此特開2 0 0 1 - 1 5 1 5 9 6號公報爲了防 止產發生SF ’建議使用表層不存在有成長缺陷的晶圓作 爲基板。具體上是建議使用，從培育結晶時嚴密控制結晶 成長速度等特殊製造條件，使其不會發生成長缺陷而製成 的單晶切出的晶圓，或在晶圓施加退火處理，使晶圓表層 (3) (3)200402776 的缺陷消滅的晶圓，作爲磊晶成長用基板。 然而，這種方法是要使用特殊的結晶製造方法，或進 行需要特別的裝置與運轉成本的退火處理，製作晶圓表層 無結晶缺陷的晶圓，因此，成爲製造磊晶晶圓時生產性大 幅度降低或的成本顯著增加的原因。 【發明內容】 本發明是有鑑於上述問題點而完成，其主要目的在提 供，具有很高的除氣能力，且能很容易以高生產性且低成 本製造，磊晶層上極少有會對裝置特性造成不良影響的 SF，品質很局的嘉晶晶圓。 爲了達成上述目的，依據本發明時，可以提供一種磊 晶成長用矽晶圓，是將藉由柴克勞斯基法（Czochralski method - CZ法）摻雜氮，在至少晶圓中心成爲會發生空 隙型缺陷的 V領域的領域內培育的矽單晶加以切削，而 製作成的矽晶圓，其出現在晶圓表面的上述空隙型缺陷中 ，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0.02個/ cm2以 下，爲其特徵的磊晶成長用矽晶圓。 如此，如果是切削藉由Cz法摻雜氮，在至少晶圓中 心成爲會發生空隙型缺陷的V領域的領域內培育的矽單 晶，而製作成的矽晶圓，出現在晶圓表面的上述空隙型缺 陷中，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0.02個/ cm2以下的磊晶成長用矽晶圓，則可以成爲能夠製造，具 有很高的除氣能力，且磊晶成長時，SF的發生受到抑制 -6 - (4) (4)200402776 的磊晶晶圓的磊晶成長用矽晶圓。 這時，上述V領域存在於晶圓面內的80 %以上的領 域較佳。 發生空隙型缺陷的v領域佔有晶圓面內的更廣大領 域較好，如此，由於V領域存在於晶圓面內的8 0 %以上 的領域，因此可以使其成爲，出現在晶圓表面的開□部尺 寸是20 nm以下的空隙型缺陷的數目，大致上確實全面在 0.02個/ cm2以下的矽晶圓。 而，摻雜在上述矽單晶的氮的濃度爲，1 x 1013〜1 x 1014/ cm3 較佳。 如此，摻雜在矽單晶的氮的濃度爲，1 x 10 13/cm3 以上時，此後以高溫進行磊晶成長，在晶圓的大部分’氧 析出核不會被消滅，因此，可以成爲能夠獲得具有很高除 氣能力的磊晶晶圓的磊晶成長用矽晶圓。同時，如果摻雜 在矽單晶的氮的濃度爲，1 X 1014/ cm3以下時，培育矽 單晶時，單晶化也不會受到妨礙，因此，可以成爲高品質 的磊晶成長用矽晶圓。 而，依據本發明時，可以提供，在上述本發明的磊晶 成長用矽晶圓的表面形成有磊晶層，爲其特徵的磊晶晶圓 ，這時，可以使發生在上述磊晶層表面的積層缺陷（SF) 的數目在0.02個/ cm2以下。 如果是這種本發明的磊晶晶圓，便可以使其成爲具有 很高除氣能力，且發生在上述磊晶層表面的SF極少，尤 其是DF的數目在〇.〇2個/ cm2以下的高品質的磊晶晶圓 (5) (5)200402776 胃時’依據本發明時可以提供一種磊晶成長用矽晶圓 的製造方法’是藉由Cz法摻雜氮，培育成矽單晶，這時 ’培育矽單晶時的結晶成長速度爲F ( m m / m i η )，成長 界面附近的溫度坡度爲G(K/mm)時，使F/G(mm2 /min· k)爲0.30以上，且使1150〜1 050°C的通過時間 (min)爲4〇 min以上，在至少晶圓中心成爲會發生空隙 型缺陷的V領域的領域內培育的矽單晶後，切削該培育 成的矽單晶，製造磊晶成長用矽晶圓，爲其特徵的磊晶成 長用矽晶圓的製造方法。 如此，藉由Cz法摻雜氮，培育成矽單晶，這時的在 培育矽單晶時的結晶成長速度F溫度坡度G的比F/ G爲 0.30以上，且1150〜1050 °C的通過時間爲40 min以上， 在至少晶圓中心成爲會發生空隙型缺陷的V領域的領域 內培育成矽單晶後，切削該培育成的矽單晶，製造磊晶晶 圓，藉此，可以不需要特別的處理，便能夠很容易製造： 摻雜有氮，出現在晶圓表面的空隙型缺陷中，開口部尺寸 是20 nm以下的缺陷的數目在0.02個/ cm2以下的矽晶成 長用矽晶圓，能夠以優異的生產性，且以低成本製造’能 夠製成具有很高的除氣能力，且磊晶成長時’ S F的發生 受到抑制的磊晶晶圓的磊晶成長用矽晶圓。 這時，在培育上述矽單晶時，使上述F/ 〇爲0·3 5以 上較佳。 如此，在培育上述矽單晶時，使上述F/ G爲0·3 5以 -8- (6) (6)200402776 上，便能夠以高濃度將過剩的空孔（Vacancy )導入矽單 晶內’很容易使空隙型缺陷變大，因此，可以使出現在矽 晶圓表面的開口部尺寸在2 0 nm以下的缺陷的數目確實在 0.02個/cm2以下，可以製造品質更佳的磊晶成長用矽晶 圓。 這時’上述V領域存在於晶圓面內的8 0 %以上的領 域較佳。 如此’培育矽單晶，使V領域存在於晶圓面內的80 %以上的領域，便能夠以高濃度將過剩的空間導入矽單晶 內，很容易使空隙型缺陷變大，因此，可以使出現在矽晶 圓表面的開口部尺寸在2 0 nm以下的缺陷的數目，大致上 在晶圓的全面上確實在0.02個/ cm2以下， 而且，摻雜在上述矽單晶的氮的濃度爲，1 X 1 〇 13〜 1 X 1014/cm3 較佳。 如此，由於使摻雜在上述矽單晶的氮的濃度爲，1 X 1 0 13以上，可以製成，能在矽單晶中確實形成氧析出核， 以高溫進行磊晶成長，氧析出核也不會被消滅的磊晶成長 用矽晶圓。同時，使摻雜的氮的濃度爲，1 X 10“/ cm3 以下，便不會妨礙到培育矽單晶時的單晶化。 而，依據本發明時，可以在藉由本發明的磊晶成長用 矽晶圓的製造方法製造的磊晶成長用矽晶圓的表面，形成 磊晶層，藉此製造磊晶晶圓。 藉由本發明的嘉晶成長用砂晶圓的製造方法製造的嘉 晶成長用矽晶圓係如上述，摻雜有氮，其出現在晶圓表面 -9- (7) (7)200402776 的空隙型缺陷中，開口部尺寸是2 0 nm以下的缺陷的數目 在0.02個/ cm2以下，因此在此磊晶成長用矽晶圓的表面 ’形成磊晶層’便能夠以優異的生產性，且以低成本製造 ，具有很高的除氣能力，在磊—晶層的S F非常少的高品質 的磊晶晶圓。 而且’依據本發明時，可以提供，在矽晶圓的表面形 成磊晶層，以製造磊晶晶圓的方法，上述矽晶圓是使用， 將藉由c Z法摻雜氮，在至少晶圓中心成爲會發生空隙型 缺陷的V領域的領域內培育的矽單晶加以切削，而製成 ，其出現在晶圓表面的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是 2 0 nm以下的缺陷數目是0.02個/ cm2以下的矽晶圓，而 在該矽晶圓的表面形成磊晶層，藉此製造磊晶晶圓，爲其 特徵。 使用如上述的矽晶圓，在其表面形成磊晶層，便能夠 以高生產性，且以低成本製造，具有很高的除氣能力，在 磊晶層的SF非常少的高品質的磊晶晶圓。 如以上所說明，依據本發明時，能夠以高生產性，且 以低成本製造，具有很高的除氣能力，在磊晶層的S F非 常少的局品質的嘉晶晶圓。 【實施方式】 茲說明本發明的實施形態，但本發明並不限定如此。 以往，爲了提高磊晶晶圓的除氣能力，在作爲磊晶成 長用基板的矽晶圓摻雜氮。然而，如果在如此摻雜氮的矽 -10- (8) (8)200402776 晶圓上形成磊晶層時，會在此磊晶層上產生高密度的SF ，製造裝置時成爲出現不良的原因。 因此，本發明人等便爲了要製造，在磊晶成長用矽晶 圓摻雜氮，仍可以降低在磊晶層上產生S F的磊晶晶圓， 而重複進行實驗及檢討的結果發現，使用出現在晶圓表面 的空隙型缺陷中，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是 0.02個/ cm2以下的矽晶圓，作爲磊晶成長用的基板非常 有效，經由淸查有關製造矽晶圓的各項條件，而完成本發 明。本發明人首先嘗試查明，在什麼情況下會以成長（ growing )缺陷爲起點，在磊晶晶圓上產生SF。其方法是 ，摻雜氮以培育矽單晶時，慢慢改變結晶成長速度，使成 長缺陷的大小產生變化以培育矽單晶，製成成長缺陷大小 不相同的種種砂晶圓。 在此，簡單說明成長缺陷。一般都知道，藉由CZ法 培育矽單晶時，結晶成長時已經產生缺陷，叫做成長缺陷 。此成長缺陷包括有Interstitial型（格子間型）的缺陷 及Vacancy型（空孔型）的缺陷（所謂空隙型缺陷）。 此等缺陷的產生已知是，依藉由Cz法拉上矽單晶時 的結晶成長速度F(mm/min)，與成長界面附近的拉上 軸方向的溫度坡度G ( K/ mm )間的關係F/ G而定，F / G大時，例如第8圖所示，成爲Vacancy優勢（V領域 )，反之，F/G 小時’成爲 Interstitial Silicon 優勢（ I領域）。 而且已被確認，在此V領域與I領域間，存在有原子 -11 - (9) 200402776 無超過或不足的中間領域（Neutral領域：N領 時在V領域與I領域的境界附近會因熱氧化，而 的成長軸垂直的截面內環狀產生叫做 OSF ( Induced Stacking Fault :氧化感應積層缺陷）的丨 如果使用像這種在各領域製作的矽晶圓中的 域製作的矽晶圓作爲磊晶成長用基板，則如 2000 - 2 1 9598號公報所揭示，會發生在磊晶層 多突起狀的缺陷等弊害。因此，從防止這種缺陷 生產性等的理由，最好是使用在V領域製作的 爲磊晶成長用基板。因此，本發明是對藉由CZ 單結晶時，以至少晶圓中心成爲會發生空隙型 領域的領域內培育者，進行以下的實驗。 爲了調查空隙型缺陷與發生在磊晶晶圓上的 係，如上述使結晶成長速度慢慢變化，藉此使空 的尺寸變化，以培育矽單晶，而製作矽晶圓。 亦即，固定結晶成長界面附近的溫度坡度 變結晶成長速度F，則可以使F/ G變化。這時 在V領域使F/ G變化’可以使矽的結晶化後導 的空孔的濃度變化，例如，在V領域內使F / G 可以使導入矽單晶的過剩的空孔的濃度變大。空 是過剩的空孔經過其後的熱履歷而凝集而形成， 的熱履歷相同，則過剩的空孔愈多，亦即F/ G 隙型缺陷的大小會愈大。 於是，利用此性質’藉由C z法摻雜氮，慢 域），同 在跟結晶 Oxidation 缺陷。 ，在I領 曰本特開 上產生很 ，並提高 矽晶圓作 法培育矽 缺陷的V SF的關 隙型缺陷 G時，改 ，由於是 入的過剩 變大，便 隙型缺陷 如果其後 愈大，空 慢改變結 -12- (10) (10)200402776 晶成長速度，控制F / G，而培育成使空隙型缺陷的大小 不同的矽單晶。在從此結晶切出的各矽晶圓形成磊晶層後 ，測量出現在此磊晶層上的SF的數目，進行評價。其結 果，愈是從F / G小的矽晶圓，亦即從空隙型缺陷的尺寸 較小的政晶圓製作的磊晶晶圓，產生在磊晶層上的S F的 數目大幅度增加。 從這一點可以知道，起因於空隙型缺陷而產生於磊晶 層上的S F，是以尺寸較小的空隙型缺陷爲起點而產生。 因此，進行使用透過型電子顯微鏡（TEM )的觀察或計算 機模擬 DEFGEN. X ( T. Sinno and R. A. Brown, Journal of Electrochemical Society，Vol. 146，pp 23 00 ( 1 999 )) 等，調查使磊晶層上產生空隙型缺陷的尺寸。其結果，查 明是起因於出現在晶圓表面的空隙型缺陷中，開口部尺寸 是20 nm以下的缺陷而產生SF。 再者，在模擬上，在晶圓中集中兩個空孔，或集中更 多空孔者爲數不少。這種多數空孔集中者的尺寸有時會達 數nm，但是不認爲會在磊晶層上形成這種集中數個程度 的空孔。因此，上述的出現在晶圓表面的空隙型缺陷中， 開口部尺寸是20 nm以下的缺陷，應該是指被辨認爲是空 隙型缺陷的尺寸以上，內部有內壁氧化膜（膜）者。例如 ’第1 〇圖所示，是指產生於摻雜氮的矽晶圓的棒狀、板 狀的缺陷中，出現在晶圓表面部分的開口部尺寸是20 nm 以下者。 從以上的結果，在令空隙型缺陷成長，晶圓表面幾乎 -13- (11) 200402776 完全不存在有開口部尺寸是20 nm以下的空隙型缺 晶圓形成磊晶層，便可以製作磊晶層上未產生SF 晶圓。然而，實際上缺陷的大小是有分布，同時在 ，決不會出現晶圓表面的開口部尺寸是20 nm以下 型缺陷的數目成爲零的可能，不管如何，總會在矽 存在有幾個開口部尺寸是2 0 nm以下的空隙型缺陷 因此，實際上是，出現在晶圓表面的空隙型缺 開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0.02個/ c] 便可以。這種空隙型缺陷的數目是從實際而現實的 圓的品質位準加以規定。例如，從不摻雜氮的矽晶 的磊晶晶圓，至少會在晶圓內產生幾個S F。然而 數個程度的SF，尤其是在產生有〇.〇2個/cm2以 的S F的磊晶晶圓上製作裝置，也不會起因於S ρ， 的製成率極端降低，如果是這種程度的S F，現今 製造過程幾乎可以不必顧慮。 亦即，只要是，藉由Cz法摻雜氮，在至少晶 成爲會發生空隙型缺陷的V領域的領域內培育矽 切削此矽晶圓製作成的矽晶圓，而出現在晶圓表面 型缺陷中開口部尺寸是2 0 nm以下的缺陷數目是 / cm2以下的磊晶成長用矽晶圓，便是能夠製造， 除氣能力，且磊晶層的S F很少的高品質的磊晶晶 晶成長用矽晶圓。 其次說明製造這種磊晶成長用矽晶圓的方法。 如上述，爲了要製造，出現在晶圓表面的空隙 陷的矽 的嘉晶 模擬時 的空隙 晶圓上 〇 陷中， ?以下 嘉晶晶 圓製作 ，這種 下程度 使裝置 的裝置 圓中心 單晶， 的空隙 >•02 個 具有高 圓的磊 型缺陷 -14- (12) (12)200402776 中，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0·02個/ cm2 以下的磊晶成長用矽晶圓，必須適當控制，藉由Cz法摻 雜氮，培育成矽單晶時，培育矽單晶時的結晶成長速度 F ( mm/ min )，與固液界面附近的拉上軸方向的溫度坡 度 G(K/mm)的關係 F/GCmrr^/min· k)。 在此，第9圖表示，本發明所使用的藉由Cz法的矽 單晶培育裝置的一個例子。此矽單晶培育裝置在主處理室 1內設置：塡充有矽融液4的石英坩鍋5 ;保護坩鍋5的 黑鉛坩鍋6 ;圍繞該坩鍋5、6狀配置的加熱器7 ;及隔熱 材8，在該主處理室1的上部連接有用以收容培育成的單 晶3，並取出用的拉上室2。 要使用這種單晶培育裝置培育矽單晶3時，是在石英 坩鍋5內的矽融液4浸泡種晶後，經過榨種令其轉動同時 小心拉上’使其成長成棒狀的單晶3。另一方面’i甘鍋5 、6是可以在結晶成長軸方向昇降，因此令坩鍋上昇以補 償結晶成長中因結晶化而減少的融液的液面下降分，藉此 ，將融液表面的高度保持一定。同時，在主處理室1內部 ，從設在拉上室2上部的氣體導入口 1 0導入氬氣等的惰 性氣體，通過拉上中的單晶3與氣體整流筒1 1之間，通 過隔熱構件1 2下部與融液面之間，從氣體流出口 9排出 o t 如此培育矽單晶時，如上述導入單晶的空孔濃度因F / G値而定，因此，控制F/ G是控制形成在矽單晶的空 隙型缺陷的大小的很重要的要素之一。亦即，如F/ G小 -15- (13) (13)200402776 ，導入單晶的過剩的空孔濃度也變小，結果是空隙型缺陷 的尺寸變小。因此，要培育加大空隙型缺陷的尺寸，減少 尺寸小的空隙型缺陷的矽單晶，培育矽單晶時使F/ G的 値稍大很重要。 因此，爲了要求出，製造出現在晶圓表面的空隙型缺 陷中，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0.02個/ cm2以下的矽晶圓的F/ G，令F/ G作不同的變化以培育 矽單晶，觀察所獲得的各晶圓的表面，以實驗方式求出適 當的F/ G値。其結果獲悉，使F/ G値爲0.30以上，便 能夠以充分大的濃度將過剩的空孔導入矽單晶內。 這時，此F/G的値是愈大愈能夠以高濃度將過剩的 空孔導入矽單晶內，但因通常要使直徑200 mm以上的單 晶安全成長，結晶成長速度F的上限是3 mm/ min，而矽 單晶的可結晶化的溫度坡度G的最小値是0.3 K/ mm程 度，F/G最大也不要超過10.00較好。 又如上述，雖然使F / G値爲0.3 0以上，便能夠以充 分大的濃度將過剩的空孔導入矽單晶內，但如果過剩的空 孔集中以形成空隙型缺陷的時間太短，空隙型缺陷的尺寸 會變小。因此，在培育矽單晶時，令被認爲對空隙型缺陷 的尺寸有很大影響的1150〜105CTC的溫度領域的通過時 間在某値以上是很重要。因此，從這一次的實驗結果或模 擬結果求出1 1 5 0〜1 〇 5 0 °c的溫度領域的適宜的通過時間 的結果獲悉，適當的時間是40 min。 再者，Π50〜1 05 0 °C的通過時間是，以結晶成長速 -16- (14) (14)200402776 度除依單晶培育裝置的爐內構造而定的1 1 5 〇〜1 〇 5 0 °C的 溫度幅度的値。而’此1 1 5 0〜1 0 5 0 °C的通過時間是只要 降低結晶成長速度F ’便可以無限制延長’在可能的範圍 內較長時對形成大尺寸的空隙型缺陷較有利。但是’如果 考慮矽單晶的生產性，或在滿足上述F/ G値在0 · 3 0以上 的條件的結晶成長速度範圍內，1 150〜1 05 0 °C的通過時 間的上限自然受到限制。具體言之，在能夠確保目前在產 業上成立的某種程度的生產性的下限的結晶成長速度是 0.1 mm/min，而在單晶培育裝置的1150〜1050 °C的溫度 幅度，最大幅度是200 mm前後，1 150〜1 0 5 0 °C的通過時 間以2 0 0 0 m i η較佳。 亦即，製造磊晶成長用矽晶圓的方法，如果是採用， 藉由Cz法摻雜氮，以培育成矽單晶，這時，在培育矽單 晶時的結晶成長速度是F，成長界面附近的溫度坡度是G 時，F/ G在0.30以上，且1 150〜1 050°C的通過時間爲 40 min以上，在至少晶圓中心成爲會發生空隙型缺陷的v 領域的領域內培育成矽單晶後，切削該培育成的矽單晶， 以製造磊晶成長用矽晶圓的磊晶成長用矽晶圓的製造方法 ’便可以不需要高溫的退火等特別的處理，能夠很容易製 成：摻雜有氮，出現在晶圓表面的空隙型缺陷中，開口部 尺寸是20 nm以下的缺陷的數目在〇.〇2個/ cm2以下的矽 晶成長用矽晶圓。 這時，若在培育矽單晶時使F/ G爲0.35以上，便能 夠以高濃度將過剩的空孔導入矽單晶，可以很容易使空隙
-17- (15) 200402776 型缺陷的尺寸加大。因此，可以確實使出現 空隙型缺陷中，開口部尺寸是2 0 nm以下的 0· 02個/ cm2以下，能夠製造品質更良好的 晶圓。 同時’藉由CZ法培育矽單晶時，最好 成’發生空隙型缺陷的V領域佔有晶圓面 域，特別是，V領域存在於晶圓面內的 8 〇 。因爲如此培育矽單晶，因此可以很容易將 面導入矽單晶’藉此可以獲得，出現在晶圓 尺寸是20 nm以下的空隙型缺陷的數目在大 在0.02個/ cm2以下的矽晶圓。 而且’藉由Cz法摻雜氮，培育成矽單 矽單晶的氮的濃度爲，：[X 1013/ cm3以上 使摻雜在矽單晶的氮的濃度爲，1 X 1 0 13 / 可以在矽單晶中確實析出氧析出核，而所形 在高溫進行磊晶成長時也不會被消滅，因此 夠製作具有很高除氣能力的磊晶晶圓的磊晶 。另一方面，如果摻雜在矽單晶的氮的濃度 / cm3時，培育矽單晶時，單晶化可能受到 會招致生產性的降低，因此，圓晶的氮濃度 cm3以下較佳。 如上述製作磊晶成長用矽晶圓後，可以 用矽晶圓的表面，形成磊晶層，藉此製造磊 亦即，可以使用，藉由CZ法摻雜氮， 在晶圓表面的 缺陷的數目在 嘉晶成長用5夕 將矽單晶培育 內的更廣大領 %以上的領域 過剩的空孔全 表面的開口部 体上整面確實 晶時’慘雜在 較佳。如此， cm3以上時， 成的氧析出核 可以製成，能 成長用矽晶圓 超過1 X 1 014 妨礙，有可能 以 1 X 1〇14/ 在此嘉晶成長 晶晶圓。 在至少晶圓中 -18- (16) 200402776 心成爲會發生空隙型缺陷的V領域的領域內培育的 晶，而切削此矽單晶所製成，出現在晶圓表面的上述 型缺陷中，開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是 個/ cm2以下的矽晶圓，而在該矽晶圓的表面形成磊 ，藉此製造磊晶晶圓。 如此製造磊晶晶圓，便能夠以高生產性，且以低 製造，具有很高的除氣能力，且在磊晶層很少有對裝 性有不良影響的S F，特別是在磊晶層上發生的S F的 是0.02個/ cm2以下的高品質的磊晶晶圓。 再者，在矽晶圓的表面形成磊晶層的方法不特別 ，可以使用平常使用的方法形成磊晶層。 茲表示實施例及比較例，具體說明本發明如下， 發明並非限定如此。 (實施例1 ) 首先，在直徑800 mm的石英i甘鍋加入320 kg的 料，以MCZ法施加中心磁場強度4000G的橫磁場， 將平均結晶成長速度F設定爲0.68 mm/min，使其 V領域培育矽單晶，而培育成直徑3 00 mm，體軀部 度120 cm的摻雜氮的矽單晶。這時，以2 X 1013〜 9χ1 013/ cm3的濃度範圍在矽單晶摻雜氮。 檢查這一次培育結晶所用的HZ ( Hot Zone )的 坡度G的結晶徑方向的分布結果，獲得如第3圖所 分布。同時，結晶徑方向的F/ G的分布是如第1圖 矽單 空隙 0.02 晶層 成本 置特 數目 限定 但本 矽原 同時 能在 的長 溫度 示的 所示 -19- (17) (17)200402776 ，中心部的F / G的値是〇 · 3 0，而在徑方向的8 0 %以上（ 100 % )爲〇·30，而成爲 V領域。而且，測量1 150〜 1 05 0 °C的通過時間結果，如第2圖所示是76分。 從如此製成的矽單晶切出晶圓，施加拋光、去角、硏 磨，製成磊晶成長用矽晶圓。在此磊晶成長用矽晶圓以 1 1 3 0 °C形成 4 μιη的磊晶層。然後，以顆粒計數器 Surfscan SP1 ( KLA - Tencor公司製）進行磊晶層表面的 顆粒計數（尺寸：〇·〇9 μηι以上）。其結果，觀察到14 個/ 300 ηιηαφ晶圓（0.02個/ cm2 )的顆粒。再使用多雷 射共焦檢查系統 M3 5 0 ( MAGICS : LASER TECH.公司製 )觀察嘉晶層的表面的結果，確認8個/ 300 πιιηφ晶圓（ 0.01 1個/ cm2 )是SF。其結果，雖摻雜有氮，但是SF非 常少，是高品質的磊晶晶圓。 (實施例2 ) 其次準備，具有，雖然溫度坡度G的結晶徑方向分 布的均一性較差，但具有可以使結晶成長速度F較高速， 結果可以使F / G較實施例1大的HZ的單晶培育裝置。 在此直徑800 mm的石英坩鍋加入3 20 kg的矽原料，以 MCZ法施加中心磁場強度3 5 00G的橫磁場，同時將平均 結晶成長速度F設定爲1·1〇 mm/ min，使其能在V領域 培育矽單晶，而培育成直徑3 00 mm，體軀部的長度12〇 c m的摻雜氮的矽單晶。這時，以2 X 1 0 13〜9 X 1 〇 13 / cm3的濃度範圍在矽單晶摻雜氮。 -20- (18) (18)200402776 而，這時的結晶徑方向的F / G的分布是如第1圖所 示，中心部的F/ G的値是0.41，而在徑方向的80 %以上 爲0 · 3 5以上，成爲V領域。而且，測量1 1 5 0〜1 0 5 0 °C的 通過時間結果，如第2圖所示是4 7分。 從如此製作成的矽單晶，與實施例1同樣製作磊晶成 長用矽晶圓後，以1 130°C形成4 μιη的磊晶層。然後，與 實施例1同樣，以顆粒計數器SP 1進行磊晶層表面的顆粒 計數。其結果，如第4圖所示，觀察到3個/ 3 00 mmφ晶 圓（0.004個/ cm2 )的顆粒。再使用MAGICS進行觀察 的結果，確認 2個/ 300 πιιηφ晶圓（ 0.003個/ cm2)是 SF。SF比實施例1更少，獲得更高品質的磊晶晶圓。 (比較例1〜3 ) 使用跟實施例1相同的HZ，在直徑8 00 mm的石英 坩鍋加入3 20 kg的矽原料，以MCZ法施加中心磁場強度 4000G的橫磁場，同時令結晶成長速度F從0·7 mm/ min 慢慢降低到0.3 mm/ min，而培育成直徑3 00 mm，體軀 部的長度120 cm的摻雜氮的矽單晶。這時是，以2 χΙΟ13 〜9 X 1013 / cm 3的濃度範圍在矽單晶摻雜氮。 從製作的矽單晶切出樣本晶圓，調查單晶中的〇SF 的產生位置。OSF的產生位置的調查是以1 150°C進行1〇〇 min的濕氧化後，使用由氟酸、硝酸、醋酸、水所成的有 選擇性的混酸液進行選擇蝕刻，在集光燈下及顯微鏡下觀 察樣本晶圓。其結果，在相當於成長速度0.40 mm/min -21 - (19) (19)200402776 的位置，在晶圓面內的整面產生有OSF。 因此，從以上述方式製成的矽單晶的相當於結晶成長 速度 0.40 mm/min(比較例 1) 、〇.45mm/min (比較 例2 ) 、〇 · 6 0 m m / m i η (比較例3 )的部分，與實施例1 同樣製作磊晶成長用矽晶圓。這時，求出切出晶圓的矽單 晶的各位置的F/ G的結果，是第5圖所示之値。各晶圓 的中心的F / G分別是〇 · 1 8、0.2 0、0 · 2 7。此等値並不是 可以滿足本發明的條件的値。在用ΤΕΜ觀察存在於比較 例1的磊晶成長用矽晶圓表面的缺陷結果，在晶圓表面之 開口部尺寸在20 nm以下的缺陷很容易找到，確認存在非 常多的缺陷。 然後，以1 1 3 0 °C在此磊晶成長用矽晶圓形成4 μιη的 磊晶層後，以顆粒計數器SP 1進行磊晶層表面的顆粒計數 。其結果，如第6圖所示，雖然隨著結晶成長速度的加快 顆粒數目有減少，但任一晶圓均可觀察到多數顆粒，第6 圖所示的比較例1的磊晶晶圓因爲顆粒太多，超出顆粒計 數器的容量，致無法測量到外周部。而比較例2及3的晶 圓則分別觀察到17384個/ 300 ηιηιφ晶圓（24.6個/ cm2 )、33個/ 300 晶圓（〇·〇47個/ cm2)的顆粒。再使 用MAGICS進行觀察的結果，比率例3的晶圓觀察到18 個/ 300 ιηιηφ晶圓（ 0.025個/cm2)的Sf，較之低速成 長的開口部的尺寸爲2 0 nm以下者爲高密度的比較例1， 雖然SF激減，卻是品質較未摻雜氮者低的磊晶晶圓。 又以晶圓中心部的F/ G的値作爲橫軸，在第7圖描 -22- (20) (20)200402776 繪上述實施例1、2及比較例1〜3所製作的磊晶晶圓所 觀察到的顆粒及SF的個數。從此第7圖也可以看出，使 F/G値爲0.30以上，便可以獲得產生在磊晶層上的SF 的數目在〇·〇2個/ cm2以下的高品質的磊晶晶圓。 再者，本發明並非限定如上述實施形態。上述實施形 態只是例示，與本發明申請專利範圍所記載的技術思想具 有實質上同一架構，可發揮同樣的作用效果者，不論何者 均包含在本發明的技術範圍內。 例如，上述實施例是舉出施加磁場培育直徑3 00 mm 的矽單晶時爲例子進行說明，但本發明並不限定如此，矽 單晶可以是具有直徑200 mm或350mm，或更大的直徑者 ’同時’培育矽單晶時不施加磁場者也可以應用本發明。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示實施例1及實施例2的F/ G在結晶徑 方向的分布圖。 第2圖是表示實施例1及實施例2的各溫度領域的通 過時間的圖。 第3圖是表示實施例1及比較例1〜3所使用的HZ 的成長介面附近之溫度坡度G ( K/ mm )在結晶徑方向 的分布圖。 第4圖是表示實施例2的磊晶晶圓，在Sp〗觀察磊晶 層上的顆粒的結果的圖。 第5圖是表示在比較例1〜3的F/G的面內分布的 (21) 200402776 圖。 弟6圖是表不比較例1〜3的嘉晶晶_，在π〗觀寂 磊晶層上的顆粒的結果的圖。 第7圖是描繪實施例1、2及比較例1〜3的嘉晶晶 圓的顆粒（LPD : Light Point Defect)及的數目的曲 線圖。 第8圖是表示培育單晶矽結晶時導入的結晶缺陷與f / G的關係的圖。 第9圖是本發明所使用的單晶培育裝置的槪要圖。 第1 〇圖是觀察摻雜氮的矽晶圓的截面的結果的放大 圖。 〔圖號說明〕 1 :主處理室 2 :拉上室
3 :單晶 4 :矽融液 5 :石英坩鍋 6 :黑鉛坩鍋 7 :加熱器 8 :隔熱材 9 :氣體流出口 1〇 :氣體導入口 11 :氣體整流筒 -24- (22)200402776 1 2 :隔熱構件
-25-

Claims (1)

  1. (1) 200402776 拾、申請專利範圍 1 · 一種磊晶成長用矽晶圓，其特徵爲 法 （Czochralski method — 柴克勞斯基法 至少晶圓中心成爲會發生空隙型缺陷的V 培育的矽單晶加以切削，而製作成的矽晶圓 圓表面的上述空隙型缺陷中，開口部尺寸是 缺陷數目是0.02個/ cm2以下。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之磊晶 ，其中，上述V領域存在於晶圓面內的8 0 〇 3 ·如申請專利範圍第1項所述之磊晶 ’其中，摻雜在上述矽單晶的氮的濃度爲， ίο1 V cm3。 4·如申請專利範圍第2項所述之磊晶 ’其中’摻雜在上述矽單晶的氮的濃度爲， 101 V cm3。 5 · 一種磊晶晶圓，其特徵爲，申請專手 至第4項中任一項所述的磊晶成長用矽晶圓 晶晶層。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之磊晶 上述嘉晶層上發生的積層缺陷（S F )的數目 cm2以下。 7 · —種磊晶成長用矽晶圓的製造方法 ’藉由C Z法摻雜氮，培育成矽單晶，這時 是將藉由CZ )摻雜氮，在 令貝域的領域內 ，其出現在晶 20 nm以下的 成長用矽晶圓 %以上的領域 成長用砂晶圓 1 X 1013 〜1 X 成長用矽晶圓 1 X 1013 〜1 X 1J範圍第1項 的表面形成有 晶圓，其中， 是 0 · 02個/ ’其特徵在於 的培育矽單晶 -26- (2) (2)200402776 時的結晶成長速度爲F (mm/min)，成長界面附近的 溫度坡度爲G (K/mm)時，使F/G (mm2/min· k )爲0.30以上，且使1150〜1050 的通過時間（min) 爲4 0 m i η以上，在至少晶圓中心成爲會發生空隙型缺陷 的V領域的領域內培育矽單晶後，切削該培育成的矽單 晶’製造嘉晶成長用砂晶圓。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之磊晶成長用矽晶圓 的製造方法，其中，培育上述矽單晶時，使上述F/ G爲 0.3 5以上。 9·如申請專利範圍第7項所述之磊晶成長用矽晶圓 的製造方法，其中，上述V領域存在於晶圓面內的8 0 % 以上的領域。 1 〇·如申請專利範圍第8項所述之磊晶成長用矽晶圓 的製造方法，其中，上述V領域存在於晶圓面內的8 0 % 以上的領域。 1 1 ·如申請專利範圍第7項至第1 〇項中任一項所述 之磊晶成長用矽晶圓的製造方法，其中，摻雜在上述矽單 晶的氮的濃度爲，1 X 1013〜1 X 10i4 / cm3。 12. —種磊晶晶圓的製造方法，其特徵爲，在藉由申 請專利範圍第7項至第1 0項中任一項所述的方法製造的 嘉曰Η成長用砂晶圓的表面’形成嘉晶層，藉此製造嘉晶晶 圓。 13. —種磊晶晶圓的製造方法，其特徵爲，在藉由申 請專利範圍第1 1項所述的方法製造的磊晶成長用矽晶圓 -27- 200402776 (3) 的表面，形成磊晶層，藉此製造磊晶晶圓。 14. 一種磊晶晶圓的製造方法，是在矽晶圓的表面形 成磊晶層，以製造磊晶晶圓的方法，其特徵在於，上述矽 晶圓是使用，將藉由CZ法摻雜氮，在至少晶圓中心成爲 會發生空隙型缺陷的V領域的領域內培育的矽單晶加以 切削，而製成，其出現在晶圓表面的上述空隙型缺陷中， 開口部尺寸是20 nm以下的缺陷數目是0.02個/ cm2以下 的矽晶圓，而在該矽晶圓的表面形成磊晶層，藉此製造磊 晶晶圓。
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