TW201003743A - Silicon epitaxial wafer and method for production thereof - Google Patents

Description

201003743 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於P/P型矽磊晶晶圓及其製造方法。 【先前技術】 若使用以{110}面爲主面的矽晶圓，則於pMOS電晶 體中’載子移動度係會高於以{100}面爲主面之晶圓，因 此可使pMOS電晶體高速化，此事已爲習知。 另一方面’磊晶晶圓係由於磊晶層的缺陷極少，因此 被拿來當作高性能元件之素材使用。因此，以{丨i 〇 }面爲 主面的磊晶晶圓’係作爲Μ P U等之高性能元件的素材， 可預想其展現優良的特性。 然而，以{ 1 1 0 }面爲主面的磊晶晶圓，在磊晶成長 後，有時表面容易發生稱作霧（haze)的雲狀面，想要用微 粒子計數器來進行LPD(Light Point Defects，亮點缺陷） 之測定都會有困難，而不能保證晶圓的品質。 作爲其對策，習知的有，在朝<100>軸方向具有0.5 度以上3度以下傾斜之倒角的矽單晶基板上，成長磊晶 層，以降低霧度（haze level)的技術（專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2005-39111號公報 【發明內容】 -5- 201003743 [發明所欲解決之課題] 然而，在上記專利文獻1所記載之方法中，由於U〗0} 面是呈傾斜，因此載子會與傾斜的晶格發生碰撞，導致載 子移動度降低之疑慮，又表面的霧度也難以堪稱足夠降低 之程度。 本發明所欲解決之課題在於，提供一種即使{1 1 0}面 的傾斜角度很小但霧度仍爲良好的晶圓。 [用以解決課題之手段] [1 ]第1發明所述的矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵 爲，具備：以{11 〇}面爲主面，使U 1 〇}面的倒角未滿1度 的矽單晶基板，成長出磊晶層的工程；和硏磨前記磊晶層 之表面以使得前記磊晶層表面的霧度（SP2 ’以DWO模式 測定）爲0· 1 8ppm以下之工程。 [2 ]第2發明所述的矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵 爲，具備··以{ 1 1 〇 }面爲主面，使{1 1 〇 }面的倒角未滿丨度 的矽單晶基板，成長出磊晶層的工程；和硏磨前記磊晶層 之表面以使得前記磊晶層表面的表面粗度的均方根 RMS(以原子間力顯微鏡AFM在ΙΟμιπ見方的領域中測定） 爲0.060nm以下之工程。 [3 ]第3發明所述的矽磊晶晶圓之製造方法，係於上 記矽磊晶晶圓之製造方法中，其特徵爲’前記硏磨工程中 的硏磨耗損是〇 · 〇 5 μ m〜1 μ m ° [4]此情況下，前記硏磨處理後的前記磊晶層表面的 201003743 霧度係爲〇· 18ppm以下，且表面粗度的均方根RMS係爲 0.060nm以下，較爲理想。 [5] 第4發明所述的矽磊晶晶圓，係在以{110}面爲主 面的矽單晶基板上促使磊晶層成長而成的矽磊晶晶圓，其 特徵爲，讓前記磊晶層成長的矽單晶基板的倒角係爲未滿 1度：前記磊晶層表面的霧度（S P 2，以D W Ο模式測定）係 爲0 · 1 8ppm以下。 [6] 第5發明所述的矽磊晶晶圓，係在以{11〇}面爲主 面的矽單晶基板上促使磊晶層成長而成的矽磊晶晶圓，其 特徵爲，讓前記磊晶層成長的矽單晶基板的倒角係爲未滿 1度；前記磊晶層表面的表面粗度RMS (以原子間力顯微 鏡AFM在ΙΟμιη見方之領域中測定）爲〇.〇60nm以下。 [7] 第6發明所述的矽磊晶晶圓，係在以{110}面爲主 面的矽單晶基板上促使磊晶層成長而成的矽磊晶晶圓，其 特徵爲，前記磊晶層表面的霧度（S P 2，以D W Ο模式測定） 係爲0 . 1 8 p p m以下，且前記磊晶層表面的表面粗度的均方 根RMS(以原子間力顯微鏡AFM在ΙΟμηι見方之領域中測 定）爲0_060nm以下。 [8 ]第7發明所述的矽磊晶晶圓之製造方法，係屬於 具備：使用嘉晶裝置而使砂單晶基板成長晶晶層之工程； 和將完成前記工程的晶圓，從前記磊晶裝置中取出之後進 行硏磨之工程；的砂磊晶晶圓之製造方法，其特徵爲，將 前記晶圓取出起算經過了 1 〇小時後，就不進行前記硏 磨。 201003743 [9 ]第8發明所述的矽磊晶晶圓之製造方法’其特徵 爲，具備：使矽單晶基板成長磊晶層之工程；和將前記基 板的正反兩面同時進行硏磨的硏磨工程。 [11 ]此情況下，前記矽單晶基板係將{110}面當作主 面，較爲理想。 [發明效果] 若依據上記發明，則可提供一種即使U 1 0}面的傾斜 角度很小但霧度仍爲良好的晶圓。 【實施方式】 以下，說明上記發明的實施形態。 《第1實施形態》 本實施形態所製作的最佳產品，係以U 1 〇}面爲主 面，使{1 1 〇 }面的倒角未滿1度的矽單晶基板，成長出磊 晶層後，將磊晶層的表面進行硏磨而獲得。 作爲必要的硏磨耗損，若從霧度改善之觀點來看，至 少需要0.05 μηι以上，上限並無特別限定，但站在霧度改 善之觀點來看，若到了 1 μπι就已十分足夠。 實施例1 ··以C Ζ法製造出，主軸方位爲< 1 1 0>，直徑 3 05mm的ρ型矽單晶晶錠。將該晶錠作外周硏削成直徑 3 0 0mm後’進行凹痕（notch)加工，切出複數個電阻率5〜 201003743 ΙΟγπΩ cm的區塊。該區塊係使用線鋸，以使得{11〇}面的 傾斜爲表1所示的傾斜方位<1〇0>，<m>，<11〇>之3方 位，相對於各個傾斜方位的倒角爲〇度〜〗〇度的方式， 進行切片。 將該晶圚，經由去角、磨光、完工去角、蝕刻、兩面 硏磨、貼膜去角、邊緣的鏡面硏磨、表面的單面硏磨依序 加工’而獲得鏡面硏磨晶圓。此外，雖然省略了工程間的 洗淨處理之說明，但是和通常的晶圓加工製程一樣地進行 洗淨處理。 其後’使用瓣葉式磊晶爐，令其成長厚度4μπι的磊 晶膜。從嘉晶爐取出後的晶圓，立刻以SC-1洗淨液進行 鈍化處理。所得到的磊晶晶圓的一部分，係使用單面硏磨 裝置將磊晶面的表面硏磨0.3 μ m。 將所得之磊晶成長後就沒加工的晶圓、和表面硏磨過 的晶圓，使用日本KL A-Tenc or公司製的無圖案晶圓表面 異物檢查裝置（機型：Surfscan SP2)，以DWO模式（Dark Field Wide Oblique模式：暗視野.廣角·斜向入射模 式），來檢查嘉晶層表面的霧度。 又，使用AFM(原子間力顯微鏡），在測定範圍ΙΟμιηχ ΙΟμηι內測定表面粗度，算出表面粗度的RMS(R〇〇t Mean Square:均方根）。其結果不於表1。 201003743 【Is 〇· 0.85 1.B5 0.11 0.05 5 0.049 0.12 te> o’ - 2 卜· t— 0.11 0.49 丨 〇_” I in d 0.11 0.049 CD I 0.55 I U9 T· 0.12 0.49 I.⑽I 0.49 0.12 | 0.05 0.35 n 0.12 0.05 »— o' 0.051 「0.11 0.4S CO 0·25 α> 5 0.049 i 0.49 0.12 0.05 T— 0.65 0.11 0.051 丨 0.12 1 0.051 0.048 产 § 0,15 0.12 0.048 ο 0.049 r·- u> CO d 5 j 0.11 0.11 α〇5 1 °·11 I 0.51 0.049 CD i °·15 I 0.16 0.11 in 〇 0.11 0.05 5 LO 〇 o esi 0.12 I 0.04? ! I °·12 1 0.049 T" y·» d 0.049 2 o 0.25 0.11 0.048 1 〇·” .丨 s 0.11 0.51 〇 〇> s 0.11 0.049 1 ^2-J 0.048 0.11 0.49 倒角os) I Haze(ppm) RMSCnm) HazeCppm) RMS(nm) HazeCppm) RMSCnm) HazeCppm) | RMS(fim) 磊晶後硏磨 傾斜方位 <100> <111> I <110> -10- 201003743 實施例1的磊晶層形成後經過硏磨的磊晶晶圓，係無 論傾斜方位、倒角爲何，霧度均爲良好。 本實施形態所述之製造方法所得到的以{ 1 1 〇}面爲主 面的磊晶晶圓，係由於是硏磨拋光因此霧度良好，可藉由 微粒子計數器來進行LPD等之品質管理，且爲倒角小、 載子移動度方面皆爲良好。 《第2實施形態》 順便一提，磊晶晶圓，由於其結晶構造的完整性，因 此被當作高性能元件的素材使用。隨著近年來元件工程的 細微化，相較於先前，對於表面平坦度或純度的要求變得 更爲嚴苛，因此在磊晶成長後進行表面硏磨的方法，已爲 周知（例如參照日本特開2 0 0 6 - 1 2 0 9 3 9號公報）。 然而，以這些方法進行磊晶處理過的晶圓，若進行硏 磨處理，則有時候晶圓表面的霧度會顯著惡化。當霧度較 高的情況下，無法使用表面異物檢查裝置進行LPD之測 定，會有無法進行品質評價之問題。 於是，本實施形態的目的在於，將磊晶處理過的晶圓 進行溼式洗淨或硏磨處理後會發生的異常霧度變高之現 象，提供一種不發生該現象的磊晶晶圓之製造方法。 本發明人們係發現，在進行硏磨處理時所會發生的異 常的霧狀（haze)，係因爲從磊晶裝置的爐中取出後，研磨 是在取出起算1 〇小時後進行，就會發生。 雖然其中的原因並不清楚，但推測可能是因保管晶圓 -11 - 201003743 的氛圍中的某種氣體成分，與晶圓的構成元素亦即矽發生 反應而變成反應生成物，若以硏磨使其脫離就會生成凹坑 而使霧度惡化。 實施例2 : 以CZ法製造出，主軸方位爲<11〇>，直徑305mm的 P型矽單晶晶錠。將該晶錠作外周硏削成直徑3 00mm 後，進行凹痕（notch)加工，切出電阻率5〜lOmOcm的區 塊。將該區塊，使用線鋸，以倒角0度進行切片。 將該晶圓，經由去角、磨光、完工去角、蝕刻、兩面 硏磨、貼膜去角、邊緣的鏡面硏磨、表面的單面硏磨依序 加工，而獲得鏡面硏磨晶圓。此外，雖然省略了工程間的 洗淨處理之說明，但是和通常的晶圓加工製程一樣地進行 洗淨處理。 其後’使用瓣葉式磊晶爐，令其成長厚度5μηι的嘉 晶膜。從磊晶爐取出後的晶圓，立刻以SC- 1洗淨液進行 鈍化處理。所得到的磊晶晶圓，放入FOUP，在無塵室內 保持所定時間後，使用單面硏磨裝置將磊晶層的表面，硏 磨 0.3 μ m。 將如此所得之磊晶層表面硏磨過的晶圓，使用日本 KLA-Tencor公司製的無圖案晶圓表面異物檢查裝置（機 型：Surfscan SP2)，以 D W Ο 模式（D ar k F i e I d W i d e Oblique模式：暗視野.廣角.斜向入射模式），來檢查晶 晶層表面的霧度。其結果示於表2。 -12 - 201003743 [表2] 保持時間(時間) 1 10 12 16 24 48 Haze(ppm) 0.05 0.05 0.10 0.35 1.50 1.55 可以看出’保持時間到10小時以前，Haze Level係 爲良好’但一旦保持時間超過1 〇小時，則霧度會徐徐惡 化。 本實施形態之方法所得到的磊晶晶圓，係沒有異常的 霧狀發生，可穩定地以表面異物檢查裝置來進行LPD測 定，可理想作爲元件用晶圓。 《第3實施形態》 如上述’晶晶晶圓’由於其結晶構造的完整性，因此 被當作高性能元件的素材使用。然而，隨著近年來元件工 程的細微化，相較於先前，對於表面平坦度的要求變得更 爲嚴苛。作爲改善晶晶晶圓之平坦度的方法，係有在嘉晶 成長後進行表面硏磨之方法，已爲周知（例如參照日本特 開 2006-120939 號公報）。 又，若使用以{ 1 1 〇 }面爲主面的矽晶圓，則於ρ Μ Ο S 電晶體中，載子移動度係會高於以{1 00}面爲主面之晶 圓，因此可使pMOS電晶體高速化，此事已爲習知。 另一方面，晶晶晶圓係由於晶晶層的缺陷極少，因此 被拿來當作高性能元件之素材使用。因此，以{ 1 1 〇 }面爲 主面的晶晶晶圓，係作爲MPU等之局性能兀件的素材， 可預想其展現優良的特性。 -13- 201003743 然而，以{1 1 〇}面爲主面的磊晶晶圓，在磊晶成長 後，有時表面容易發生稱作霧（haze)的雲狀面，想要用微 粒子計數器來進行LPD之測定都會有困難，也無法保證 晶圓的品質。 本實施形態的目的在於，提供一種表面平坦度良好， 且沒有翹曲的磊晶晶圓。 本實施形態的最佳製法係爲，將以通常磊晶晶圓之製 造方法所製造的晶圓，以兩面同時硏磨裝置進行硏磨的方 法。兩面同時硏磨時的硏磨耗損，係並不一定要爲相同厚 度，可正反面爲不同之硏磨耗損，這可藉由正反面的硏磨 耗損是隨著兩面硏磨裝置的旋轉速度而不同’或是硏磨墊 材質是上下設成不同等等而達成之。高速旋轉墊片側的表 面其硏磨耗損會較大，又，氧化膜厚越薄的面則硏磨耗損 會越大。 以本實施形態之方法所得的磊晶成長後經過兩面硏磨 的晶圓，係具有平坦度良好而無翹曲之特性’再者，若使 用以{1 1 〇 }面爲主面的矽單晶基板’則可獲得霧度良好的 以{1 1 0 }面爲主面的磊晶晶圓。 此外，以上說明的實施形態’係爲了容易理解上記發 明而作的記載，並不適用來限定上記發明而作的記載。因 此，上記實施形態中所揭露的各要素’係亦包含上記發明 技術範圍內所屬之所有設計變更或其均等物之意旨。 例如，在已形成磊晶層之晶圓基板加以硏磨的工程 中，藉由將硏磨定盤所作的硏磨時間設定成所定値’以硏 -14- 201003743 磨掉恰好至所定的硏磨耗損（硏磨量）。此時，在磊晶層的 表面會形成氧化矽膜，該當氧化矽膜的厚度係隨著洗淨後 的經過時間而不同，因此會發生氧化矽膜的硏磨耗損上的 誤差。 然而，本發明人們在探究此一問題時，觀察到從氧化 矽膜開始硏磨起至該當氧化矽膜完全去除，接著進入磊晶 膜之硏磨之際，驅動硏磨定盤的馬達的負載電流，係呈現 如圖1所示的特有的輪廓側寫。亦即，當正在硏磨氧化矽 膜時的馬達負載電流係呈現增加傾向，但一旦進入磊晶膜 之硏磨，則馬達的負載電流會呈現恆定或漸減之傾向。 基於該輪廓側寫，就可控制硏磨耗損。亦即，偵測出 馬達的負載電流，開始計測氧化矽膜硏磨結束起算的硏磨 時間，基於如圖2所示的硏磨耗損-硏磨時間之關係，以 硏磨掉目標之硏磨耗損。 【圖式簡單說明】 [圖1 ]將矽磊晶晶圓進行硏磨時的馬達負載電流之輪 廓側寫的圖形。 [圖2 ]硏磨時間與硏磨量之關係之一例的圖形。 -15-

Claims (1)

1. 201003743 七、申請專利範園 1 . 一種矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵爲，具備·· 以{1 1 0 }面爲主面’使{1 1 0 }面的倒角未滿】度的砂單 晶基板，成長出磊晶層的工程；和 硏磨前記晶晶層之表面以使得前記磊晶層表面的霧度 (SP2，以DWO模式測定）爲0.18ppm以下之工程。 2. —種矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵爲，具備： 以{110}面爲主面，使{110}面的倒角未滿1度的矽單 晶基板，成長出磊晶層的工程；和 硏磨前記磊晶層之表面以使得前記磊晶層表面的表面 粗度的均方根RMS(以原子間力顯微鏡AFM在ΙΟμηι見方 的領域中測定）爲〇.〇60nm以下之工程。 3 ·如申請專利範圍第1項或第2項所記載之矽磊晶 晶圓之製造方法，其中，該矽磊晶晶圓之製造方法的特徵 爲， 前記硏磨工程中的硏磨耗損是〇. 〇 1 μ m〜1 μ m。 4.如申請專利範圍第3項所記載之矽磊晶晶圓之製 造方法，其中，該砂晶晶晶圓之製造方法的特徵爲， 前記硏磨處理後的前記磊晶層表面的霧度係爲 〇.18ppm以下，且表面粗度的均方根 RMS係爲 〇.〇60nm 以下。 5 . —種矽磊晶晶圓，係在以{1 1 0}面爲主面的矽單晶 基板上促使磊晶層成長而成的矽磊晶晶圓’其特徵爲， 讓前記幕晶層成長的砂單晶基板的倒角係爲未滿1 -16- 201003743 度； 前記磊晶層表面的霧度（SP2 ’以DWO模式測定）係爲 0.1 8ppm 以下。 6 . —種矽磊晶晶圓，係在以{ 1 1 0 }面爲主面的矽單晶 基板上促使晶晶層成長而成的砍幕晶晶圓，其特徵爲， 讓前記磊晶層成長的矽單晶基板的倒角係爲未滿1 度； 前記磊晶層表面的表面粗度RMS(以原子間力顯微鏡 AFM在ΙΟμιη見方之領域中測定）爲〇.〇60nm以下。 7 . —種矽磊晶晶圓，係在以{ 11 〇 }面爲主面的矽單晶 基板上促使磊晶層成長而成的矽磊晶晶圓，其特徵爲， 前記磊晶層表面的霧度（SP2，以DWO模式測定）係爲 0.18ppm以下，且前記磊晶層表面的表面粗度的均方根 RMS(以原子間力顯微鏡AFM在1 〇 μιη見方之領域中測定） 爲〇.〇60nm以下。 8 _ —種矽磊晶晶圓之製造方法，係屬於具備： 使用磊晶裝置而使矽單晶基板成長磊晶層之工程；和 將完成前記工程的晶圓，從前記磊晶裝置中取出之後 進行硏磨之工程； 的矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵爲， 將前記晶圓取出起算經過了 1 〇小時後，就不進行前 記硏磨。 9. 一種矽磊晶晶圓之製造方法，其特徵爲，具備： 使矽單晶基板成長磊晶層之工程；和 -17- 201003743 將前記基板的正反兩面同時進行硏磨的硏磨工程。 10.如申請專利範圍第9項所記載之矽磊晶晶圓之製 造方法，其中，該矽磊晶晶圓之製造方法的特徵爲， 前記矽單晶基板係將{ 1 1 0 }面當作主面。