TW201333277A - 矽晶圓之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽晶圓之製造方法，其係不須進行用以使熱施體(thermal donor)成長為BMD的析出核之低溫熱處理，且即便熱處理時間為短時間，亦可在表層部形成無缺陷層，並可在主體部提高BMD密度，再者，得以抑制晶圓表層部之氧濃度的降低，生產性高。利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶，接著，對於將矽單晶切斷而作成晶圓狀的矽晶圓施以平坦化處理及鏡面研磨處理，並對此矽晶圓進行於氧化性氣體環境中、在1250~1380℃最高到達溫度下保持1~60秒間的急速昇降溫熱處理。
Description
本發明是有關藉由於矽融液添加氮的柴氏法(以下，稱為CZ法)，在添加有氫氣的惰性氣體環境中生長矽單晶，然後對於將矽單晶切斷所得的矽晶圓施以熱處理的矽晶圓之製造方法。
做為半導體裝置形成用基板使用的矽晶圓(以下，亦簡稱為晶圓)，被要求在做為裝置活性區域的晶圓表層部(尤其是由晶圓表面起算為深度2μm~5μm的區域)，不存在COP(Crystal Originated Particle)等的長入型缺陷。此外，為了提升對混入半導體裝置製程中的金屬雜質等的吸除(gettering)能力，要求在比晶圓表層部更靠內層的主體部，提升BMD(Bulk Micro Defect，主體微缺陷)密度。
以不存在此種長入型缺陷的矽晶圓之製造方法而言，已知有如下之方法。例如，日本特開平8-330316號公報(專利文獻1)中揭示有為了利用CZ法形成無缺陷區域，而一面控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，一面生長矽單晶的技術。
又，例如，在日本特開2006-261632號公報(專利文
獻2)中，揭示有藉由將晶圓在惰性氣體或還原性氣體環境中，於1250℃以上的高溫下施行1小時以上的熱處理，而消除晶圓表層部的長入型缺陷，在主體部析出BMD的技術。
然而，專利文獻1之無缺陷區域的生長，由於BMD之析出核少的Ni(Pi)區域和析出核多的Nv(Pv)區域容易混合，所以難以在晶圓整面提升BMD的析出核。
此外，關於專利文獻2的技術，由於熱處理的時間長，故生產性會降低，且晶圓會產生滑移。又，由於晶圓表層部的氧朝外側擴散，所以該表層部的氧濃度會降低。因此，在半導體裝置製程使用此種晶圓時，因在該製程所產生的應力或變形的施加而產生的差排容易延長。因此，半導體裝置的良率會降低。
於是，在WO2007/013189號公報(專利文獻3)中，揭示有使小尺寸的氧析出核高密度形成在晶圓主體中之技術。此係在包括有含氫原子的物質的惰性氣體環境中，藉由利用CZ法生長矽單晶，而在生成態(as-grown)的狀態下使熱施體(TD)在主體結晶中形成高密度。再者，在熱施體因高溫退火(非氧化環境(Ar/H2)中，1000℃以上1300℃以下的熱處理)而消除之前，可藉由在低溫下進行熱處理(400℃~650℃)而達成。
在日本特表2001-509319號公報(專利文獻4)中揭示有藉由在1150℃以上的高溫下對矽晶圓實施秒單位的急速昇降溫熱處理，而在晶圓表層部形成無缺陷層的技術。
再者，於日本特開2006-312575號公報(專利文獻5)中揭示有同時兼備無缺陷之表面活性化區域的形成、和晶圓內部的BMD生成之技術。此乃在利用CZ法的矽單晶生長中，將生長裝置內之惰性環境中的氫分壓設為40Pa以上、400Pa以下，生長單晶直胴部做為長入型缺陷不存在的無缺陷區域。接著，藉由對晶圓整面為PI區域且氧濃度高晶圓進行快速熱退火處理而達成。
然而，專利文獻3記載的技術，雖藉由添加含氫原子的物質而使熱施體濃度提高，但是最後為了提高BMD密度，必須施行用以使熱施體成長為BMD析出核之如上所述的低溫熱處理。因此，利用此技術時，會有步驟數增加，生產性降低之問題。
又，專利文獻4記載的技術並非為了提高BMD密度，且熱處理時間短。因此，僅藉由此熱處理，在提高主體部的BMD密度上有其限制。
再者，在專利文獻5記載的技術中，為了控制V/G以生長無缺陷區域的矽單晶，必須將V(提拉速度)控制得較低。故，會有生產性降低之問題。
本發明係有鑑於上述問題而開發者。其不須進行用以使熱施體成長為BMD的析出核之低溫熱處理，且即便熱處理時間為短時間，亦可在表層部形成無缺陷層，可在主體部提高BMD密度。又，可提供得以抑制晶圓表層部之氧濃度的降低，且生產性高之矽晶圓之製造方法。
本發明的矽晶圓之製造方法的第1態樣的特徵為具備：利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶之步驟；將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且進行鏡面研磨處理的步驟；以及對前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓，於惰性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的急速昇降溫熱處理的步驟。
又，本發明之矽晶圓之製造方法的第2態樣的特徵為具備：利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶之步驟；將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且進行鏡面研磨處理的步驟；以及對前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓，於惰性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的第1急速昇降溫熱處理的步驟；以及於前述第1急速昇降溫熱處理後，於氧化性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的第2急速昇降溫熱處理的步驟。
前述添加有氫氣的惰性氣體環境中所含的氫氣分壓較佳為3%以下。
根據本發明，不須進行用以使熱施體成長為BMD的析出核之低溫熱處理，且即便熱處理時間為短時間，亦可在表層部形成無缺陷層，可在主體部提高BMD密度。又，可提供得以抑制晶圓表層部之氧濃度的降低，且生產性高之矽晶圓之製造方法。
10‧‧‧矽單晶提拉裝置
12‧‧‧爐體
12A‧‧‧監視窗
14‧‧‧坩堝
14a‧‧‧石英坩堝
14b‧‧‧碳坩堝
16‧‧‧矽融液
18‧‧‧加熱器
20‧‧‧熱遮蔽體
22‧‧‧第1保溫構件
24‧‧‧第2保溫構件
26‧‧‧排出口
28‧‧‧載氣供給口
32‧‧‧種晶夾頭
34‧‧‧提拉用引線
36‧‧‧引線旋轉昇降機構
38‧‧‧坩堝旋轉昇降機構
40‧‧‧坩堝旋轉軸
42‧‧‧熱遮蔽體支持構件
43‧‧‧質流控制器
44‧‧‧載氣供給部
46‧‧‧蝶形閥
48‧‧‧載氣排出部
50‧‧‧種晶
60‧‧‧拍攝手段(CCD相機)
G1‧‧‧載氣
t1、t2、t3、t4‧‧‧既定時間
T0‧‧‧所期望的溫度
T1‧‧‧第1溫度
T2‧‧‧第2溫度
T3‧‧‧第3溫度
△Td1‧‧‧第1降溫速度
△Td2‧‧‧第2降溫速度
△Tu1‧‧‧第1升溫速度
△Tu2‧‧‧第2升溫速度
圖1為顯示在本發明之矽晶圓之製造方法中，在矽單晶的生長段階所適用的矽單晶提拉裝置的一例之剖面示意圖。
圖2為顯示連續進行第1RTP和第2RTP時該RTP的熱處理程序的一例之示意圖。
以下，參照圖式等，詳細說明本發明實施形態。
本發明之矽晶圓之製造方法的第1態樣係具備下列步驟：以藉由在矽融液添加氮的CZ法，在添加氫氣的惰性氣體環境中形成空位型點缺陷存在的區域之方式，控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，且生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶。又，具備：切斷前述已生長的矽單晶而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且施以鏡面研磨處理之步驟。進一步具備：對前述已進行鏡面研磨處理的矽晶圓，在氧化性氣體環境中，以1250
℃~1380℃的最高到達溫度進行保持1秒~60秒間之急速昇降溫熱處理(以下，簡稱為RTP(Rapid Thermal Process))的步驟。
如此般地，本發明由於是在矽單晶的生長中以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G，所以比起形成無缺陷區域的情況，更能提升提拉速度(V)。
再者，由於是在添加氫氣的惰性氣體環境中生長矽單晶，所以能在矽單晶內增加BMD的析出核，在之後的RTP中，能提高BMD密度。
此外，由於是在矽融液添加氮以生長矽單晶，所以即便在形成有空位型點缺陷存在的區域的情況下，也能使該區域所含的COP的尺寸變小。因此，在之後的RTP中，可消除晶圓表層部的COP。
此外，在矽融液添加氮的方法，可藉由下列方法進行：例如，在矽單晶的生長開始前，於石英坩堝內填充做為原料的多晶矽時，同時填充被覆氮化膜的晶圓片之方法。或者，可藉由於前述惰性氣體環境中，同時添加氫氣與氮氣之方法等習知的方法來進行。
此外，將生長之矽單晶的氧濃度設為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3，將氮濃度設為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3，藉此可在晶圓的主體部中使前述增加之BMD的析出核，被析出做為BMD，而不會於之後的RTP中被消除。
因此，沒有必要進行為了使前述的熱施體成長成BMD
的析出核，而進行低溫熱處理。此外，調整前述氧濃度的方法，係可藉由在矽單晶生長時，調整石英坩堝的旋轉數、爐內壓等的習知方法來進行。
再者，由於是在氧化性氣體環境中進行RTP，所以比起僅在惰性氣體環境(例如Ar100%)中進行，更能夠抑制氧從表層部朝外側擴散。因此，可抑制因氧濃度的降低所致之滑移差排的釘扎力(pinning force)降低。
此外，此處所謂的氧化性氣體環境是指除了100%的氧氣外，還包含在惰性氣體環境(較佳為氬氣環境)中於分壓下含有20%~100%的氧氣(100%除外)之混合氣體環境的情況。
再者，由於是在1250℃~1380℃的最高到達溫度下進行前述RTP，所以容易使存在於表層部之COP的內壁氧化膜溶解。此外，由於是在氧化性氣體環境中進行，所以比起在惰性氣體環境中進行的情況，可使大量的格隙矽導入前述表層部。因此，即使熱處理時間為短時間(1秒~60秒)，亦可消除表層部的COP。
在前述氧濃度小於1.0×1018atoms/cm3的情況，又，即便在前述氧濃度為1.0×1018atoms/cm3以上且氮濃度亦小於2.8×1014atoms/cm3的情況，於之後的RTP中，由於前述產生的BMD的析出核容易消除，所以不佳。在前述氧濃度超過1.8×1018atoms/cm3的情況，由於表層部的氧濃度變高，所以在之後的RTP中，會有存在於表層部之COP的內壁氧化膜難以溶解的情況。而且，即使導入大量的格隙
矽，亦無法埋入COP內，所以會有在該表層部殘存COP的情況。在前述氮濃度超過5×1015atoms/cm3的情況，於矽單晶生長時，會在矽融液中產生氮析出物，所以難以獲得無差排的結晶。
當前述RTP的最高到達溫度小於1250℃時，由於存在於表層部之COP的內壁氧化膜難以溶解，所以會有難以消除表層部的COP的情況。當前述最高到達溫度超過1380℃時，由於溫度變高，所以於晶圓產生滑移差排的可能性變高，又，由做為使用之RTP裝置的壽命的觀點來看，會有不理想的情況。
當前述RTP之最高到達溫度的保持時間小於1秒時，由於熱處理時間少，所以會有難以充分地將表層部的COP消除，並使主體部的BMD析出的情況。當前述保持時間超過60秒時，會有生產性降低的情況。
圖1為顯示在本發明之矽晶圓之製造方法中，適用於矽單晶的生長段階之矽單晶提拉裝置的一例之剖面示意圖。
在本發明的矽晶圓之製造方法中，適用於矽單晶的生長段階的矽單晶提拉裝置10係如圖1所示，具備：爐體12；坩堝14，其係配置於爐體12內，且保持矽原料(主要為多晶矽)；以及加熱器18，其係設置於坩堝14的外周圍，將坩堝14加熱，將保持於坩堝14內的矽原料熔融以作成矽融液16。而且，具備：圓筒狀的熱遮蔽體20，其係配置於矽融液16的上方，用來遮斷朝向利用CZ法由矽融液16
所提拉之矽單晶(未圖示)的輻射熱。
坩堝14具備：保持矽融液16的石英坩堝14a；和收容石英坩堝14a的碳坩堝14b。
於加熱器18的外周圍設有第1保溫構件22。於第1保溫構件22的上部，與加熱器18保持一定間隔地設有第2保溫構件24。
在熱遮蔽體20的上方，設有供給載氣(添加有氫氣的惰性氣體環境)G1的載氣供給口28，該載氣G1係在熱遮蔽體20的內周側，通過熱遮蔽體20與矽融液16之間，從位在坩堝14下方的排出口26排出至爐體12外。
在坩堝14的上方，設有安裝有種晶夾頭32的提拉用引線34，該種晶夾頭32係保持用於生長矽單晶(未圖示)的種晶50。提拉用引線34係安裝於設於爐體12外之可旋轉昇降自如的引線旋轉昇降機構36。
坩堝14安裝於坩堝旋轉軸40，該坩堝旋轉軸40係貫通爐體12的底部，且藉由設於爐體12外的坩堝旋轉昇降機構38而可進行旋轉昇降。
熱遮蔽體20係經由安裝於第2保溫構件24上面的熱遮蔽體支持構件42而保持於坩堝14的上方。
用以將載氣G1供給到爐體12內的載氣供給部44係經由質流控制器43連接於載氣供給口28。於排出口26隔著蝶形閥46連接有載氣排出部48，該載氣排出部48係將在熱遮蔽體20的內周側通過熱遮蔽體20和矽融液16之間的載氣G1加以排出。藉由調整質流控制器43，來控制供
給至爐體12內之載氣G1的供給量，藉由調整蝶形閥46來控制自爐體12內排出之排出氣體(亦包含載氣G1及自矽融液16產生的SiOx氣體等)的排出量。
又，可從設置於爐體12的監視窗12A，藉由拍攝手段60(CCD相機)，測定生長矽單晶的態樣、或矽融液16的液面溫度等。
將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓的方法係使用線鋸或內徑刀片，利用習知的方法來進行。
前述平坦化處理係針對切斷前述矽單晶所得的矽晶圓，使用游離磨粒研磨其雙面的研光(lapping)處理，使用電沉積有鑽石磨粒的鑽石磨石研磨其單面或雙面的研磨(grinding)處理、使用氫氟酸或硝酸及醋酸的混合溶液、或者氫氧化鈉或氫氧化鈣的水溶液主要對雙面進行化學拋光的化學拋光處理等，藉由習知方法進行。
前述鏡面研磨處理係藉由以單片式或批次式，將形成半導體裝置的表面或雙面推壓到研磨布，使其一邊旋轉一邊供給研磨劑的習知方法來進行。
此外，本發明所謂的RTP是表示使用例如日本特開2011-233556號的圖1所記載的習知RTP裝置所進行的熱處理。該熱處理是在以既定的投入溫度(例如400℃~600℃)保持的反應管內，投入前述將鏡面研磨處理後的矽晶圓。然後，以1℃/秒以上的升溫速度急速升溫到前述最高到達溫度為止，將前述最高到達溫度保持1秒以上60秒以下後，以1℃/秒以上的降溫速度急速降溫到前述既定的投
入溫度為止。
前述升溫速度及降溫速度較佳為5℃/秒~200℃/秒。
藉由設成此種速度，可提高生產性，且可抑制因此升溫及降溫時之急遽的溫度變化所致之滑移的發生。
前述升溫速度及降溫速度更佳為10℃/秒~150℃/秒。
添加有前述氫氣的惰性氣體環境中所含的氫氣分壓較佳為3%以下。
藉由設成此種氫氣分壓，可抑制氫急遽地添加至矽單晶，所以可抑制矽單晶內產生氫缺陷。
前述RTP中的最高到達溫度更佳為1250℃~1300℃。
前述最高到達溫度愈高的話，矽單晶生長時所產生的BMD的析出核愈有在不會成為BMD的情況下被消除的傾向，所以藉由設成此溫度範圍，可進一步提高BMD密度。
此外，在利用CZ法所進行的矽單晶生長中，會有根據因其生長環境(加熱器輸出或提拉速度等)的偏差不均(變化)，致使在所生長的矽單晶之空位型點缺陷存在的區域內產生的COP尺寸變大的情況。此時，會有僅藉由前述之氧化性氣體環境中的RTP，難以將表層部的COP消除的情況。
於此情況，較佳為在前述的氧化性氣體環境中實施RTP之前，進一步在惰性氣體環境中實施RTP。
亦即，本發明的矽晶圓之製造方法的第2態樣，其特徵為具備：利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方
式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶之步驟(以下，稱為第1步驟)；將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且進行鏡面研磨處理的步驟(以下，稱為第2步驟)；對前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓，於惰性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的第1急速昇降溫熱處理的步驟(以下，稱為第3步驟)；和在前述第1急速昇降溫熱處理後，於氧化性氣體環境中進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的第2急速昇降溫熱處理的步驟(以下，稱為第4步驟)。
此外，前述第1步驟、第2步驟及第4步驟由於與前述相同，故省略說明。
藉由以上方式，利用CZ法進行矽單晶生長時，即便在因生長環境的偏差不均而導致在矽單晶之空位型點缺陷存在的區域內所產生的COP的尺寸變大時，亦可藉由進行前述第3步驟，使該COP的內壁氧化膜溶解，縮小COP尺寸。因此，可在表層部更確實地形成無缺陷層。又，前述第3步驟由於熱處理時間短(1秒~60秒間)，所以因該步驟的增加所導致生產性的降低也可抑制為最小限度。
此外，由於前述第3步驟係在惰性氣體環境中進行，所以會有表層部的氧朝外側擴散，該表層部的氧濃度降低的情況。然而，在之後的第4步驟中，由於可使氧朝內側
擴散到該表層部，所以可在前述第4步驟中補充前述第3步驟中降低的氧濃度。因此，能抑制晶圓表層部之氧濃度的降低。
前述第3步驟中的第1RTP係以在惰性氣體環境中進行為佳。
當前述第1RTP為氮氣體環境時，會在該RTP中於晶圓表面形成氮化膜。然而，為了去除此氮化膜，必須新增加蝕刻步驟等，生產性會大幅降，所以不理想。
當前述第1RTP為氫氣環境時，於之後的第4步驟中，在導入氧化性氣體的關係上，會有爆炸等的危險性，所以不佳。
又，當前述第1RTP為氧化性氣體環境時，實質上前述第2RTP會進行兩次。此時，由於氧化性氣體環境的熱處理時間變長，所以在熱處理後半，表層部的氧濃度變高。在此段階，由於矽單晶生長時所產生的COP的尺寸變大，所以會導致在未完全消除而殘留的COP內形成內壁氧化膜。因此，即便因氧化性氣體環境而導入大量的格隙矽，也會有在表層部殘存COP的情況。
前述惰性氣體較佳為氬氣。藉由使用氬氣，可在不會形成氮化膜等其它膜或不會產生化學反應等的情況下，進行前述第1RTP。
前述第3步驟的第1RTP係以在1250℃~1380℃的最高到達溫度下進行較佳。
藉由在前述最高到達溫度下進行前述第1RTP，可使存
在於表層部的COP內壁氧化膜溶解，將表層部的COP的尺寸縮小或消除。因此，即便熱處理時間為短時間(1秒~60秒間)，也能降低表層部的COP。
當前述第1RTP的最高到達溫度小於250℃時，會有因存在於表層部之COP的內壁氧化膜不易溶解，故難以使表層部的COP減少的情況。當前述最高到達溫度超過1380℃時，因溫度變高，故在晶圓產生滑移差排的可能性會變高，又，由做為所使用之RTP裝置的壽命的觀點來看，會有不佳的情況。
前述第1RTP和前述第2RTP亦可分別進行，亦可連續進行。
圖2為顯示連續進行第1RTP和第2RTP時該RTP的熱處理程序的一例之示意圖。
連續進行前述第1RTP和第2RTP時，係如圖2所示，在以所期望的溫度T0(例如400℃)保持的習知RTP裝置的反應管內，設置前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓。接著，在惰性氣體環境中，以第1升溫速度△Tu1急速升溫至第1溫度(1250℃~1380℃)T1，以既定時間(1秒~60秒間)t1保持前述第1溫度T1。然後，以第1降溫速度△Td1從前述第1溫度T1急速降溫至第2溫度T2為止，將前述第2溫度T2保持既定時間t2(第1RTP)。然後，接續第1RTP，在前述第2溫度T2下從前述惰性氣體環境切換至氧化性氣體環境。更且，將前述第2溫度T2保持既定時間t3後，以第2升溫速度△Tu2從前述第2溫度T2急速升溫至第3
溫度(1250℃~1380℃)T3為止。接著，將前述第3溫度T3保持既定時間(1秒~60秒間)t4後，以第2降溫速度△Td2從前述第3溫度T3急速降溫至晶圓搬出溫度(例如T0)(第2RTP)。
前述第2溫度T2係以600℃~800℃較佳。
當前述第2溫度T2小於600℃時，會有RTP的生產性變差的情況。當前述第2溫度T2超過800℃時，會有從惰性氣體環境切換至氧化性氣體環境時發生表面粗糙的情況。
保持前述第2溫度T2的保持時間t2、t3係以分別為1秒~30秒較佳。藉此，可實現生產性高的RTP。前述保持時間t2、t3係以分別為1秒~15秒更佳。
前述升溫速度△Tu1、△Tu2及降溫速度△Td1、△Td2較佳為5℃/秒~200℃/秒。
藉由設成此種速度，可抑制因生產性高，且升溫及降溫時急遽的溫度變化所致之滑移的發生。
前述升溫速度△Tu1、△Tu2及降溫速度△Td1、△Td2係以10℃/秒~150℃/秒為更佳。
以下，依據實施例更具體地說明本發明，但本發明並非基於下述實施例而作限定式解釋者。
使用圖1所示的矽單晶提拉裝置10，在直徑32吋的石英玻璃坩堝14a中填充矽原料及披覆氮化膜的晶圓片
後，藉由加熱器18使其溶解而作成矽融液16。
其次，將在氣體分壓下添加有3%的氫氣的惰性氣體環境設成載氣G1並供給至爐體12內，使種晶50浸漬於矽融液16。然後，提拉前述種晶50，利用縮頸法(dash neck method)生長200mm之直徑4mm~5mm的頸部後，使結晶直徑擴大到310mm為止而生長擴徑部。接著，一邊維持310mm的直徑，一邊生長具有長度為1800mm的直胴部之矽單晶。此時，以在直胴部形成空位型點缺陷存在的區域之方式，將V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)控制成0.20~0.35mm2/(℃‧min.)，並使評價部分的氧濃度及氮濃度變化而分別生長矽單晶。
其他具體的製造條件係如下所述。
‧載氣G1的供給量：50L/min
‧爐內壓：90~100mbar
‧種晶50的旋轉數：10rpm
‧坩堝14的旋轉數：1~5rpm
‧種晶50及坩堝14的旋轉方向：逆向
使用線鋸將所得到的各個矽單晶的直胴部切斷成晶圓狀。對因切斷所獲得的矽晶圓，進行研光(lapping)處理、雙面研磨處理及利用氫氟酸、硝酸及醋酸的混合溶液所進行的雙面化學蝕刻處理。再者，將雙面施行鏡面研磨，而製得直徑300mm、厚度750μm之經雙面研磨後的矽晶圓。
其次，使用習知的RTP裝置，在以400℃保持的反應管內，投入前述經雙面研磨後的矽晶圓。然後，在氧氣100
%環境中，以升溫速度10℃/秒急速升溫到1250℃(最高到達溫度)，將前述最高到達溫度保持30秒的時間後，以降溫速度50℃/秒急速降溫至400℃為止。藉由此熱處理，依前述矽單晶的各生長條件製作退火晶圓。
對所得到的退火晶圓，使用RAYTEX公司製LSTD掃描器MO601，評估由表面至深度5μm區域為止之表層部的缺陷密度。
進而，對所得到的退火晶圓，以1000℃進行16小時的熱處理後，以IR斷層掃描(RAYTEX股份有限公司製MO-411)評價主體部(深度5μm以後)的BMD密度。
此外，針對所得到的退火晶圓，藉由以X射線拓樸(Rigaku股份有限公司製XRT300)測定於晶圓背面產生的滑移長度，而評估產生於晶圓面內之滑移長度的最大值。
表1為顯示試驗1的試驗條件及試驗結果。
如表1所示，在氮濃度為2.0×1014atoms/cm3的情況，即便氧濃度為1.8×1018，BMD密度亦小於1×109個/cm3(比較例1~5)。在氮濃度2.8×1014atoms/cm3以上的情況，除了氧濃度為0.8×1018atoms/cm3的情況(比較例6、7)外，其餘情況的BMD密度為1×109個/cm3以上(實施例1~8)。此外，各條件均為，表層部的缺陷密度小於1.0個/cm2，滑移長度亦短，沒有問題。
將RTP的最高到達溫度設為1300℃，其他部分係利用與試驗1同樣的方法，依各條件製作退火晶圓。
針對所得到的退火晶圓，利用與試驗1同樣的方法，分別評價從表面至深度5μm區域為止之表層部的缺陷密
度、主體部(深度5μm以後)的BMD密度及滑移長度。
表2為顯示試驗2的試驗條件及試驗結果。
如表2所示，即便是將RTP的最高到達溫度設為1300℃的情況，亦與試驗1同樣，當氮濃度為2.0×1014atoms/cm3時，即便氧濃度為1.8×1018，BMD也小於1×109個/cm3(比較例8~12)。在氮濃度為2.8×1014atoms/cm3以上的情況，除了氧濃度為0.8×1018atoms/cm3的情況(比較例13、14)外，其餘情況的BMD密度為1×109個/cm3以上(實施例9~16)。又，各條件均為，表層部的缺陷密度小於1.0個/cm2，滑移長度亦短，沒有問題。
將RTP的最高到達溫度設為1350℃，其他部分係利用
與試驗1同樣的方法，依各條件製作退火晶圓。
對所得到的退火晶圓，利用與試驗1同樣的方法，分別評價從表面至深度5μm區域為止之表層部的缺陷密度、主體部(深度5μm以後)的BMD密度及滑移長度。
表3為顯示試驗3的試驗條件及試驗結果。
如表3所示，即便是將RTP的最高到達溫度設為1300℃的情況，亦與試驗1同樣，當氮濃度為2.0×1014atoms/cm3時，即便氧濃度為1.8×1018atoms/cm3，BMD密度亦小於1×109個/cm3(比較例15~19)。在氮濃度為2.8×1014atoms/cm3以上的情況，除了氧濃度為0.8×1018atoms/cm3的情況(比較例20、21)外，其餘情況的BMD密度為1×109個/cm3以上(實施例17~24)。又，各條
件均為，表層部的缺陷密度小於1.0個/cm2，滑移長度亦短，沒有問題。
此外，由表1至3的結果，大抵得知RTP的最高到達溫度愈高，BMD密度愈有降低的傾向。此被認為是因熱處理溫度愈高，矽單晶生長時增加的BMD的析出核因RTP而消除的緣故。因此，由進一步提凹高BMD密度的觀點來看，前述RTP的最高到達溫度係以1250℃~1300℃更佳。
將利用與試驗1同樣的條件所得到之氮濃度及氧濃度不同且為直徑300mm、厚度750μm之經雙面研磨後的矽晶圓，使用習知的RTP裝置，投入在400℃下所保持的反應管內。然後，將第1溫度T1(第1RTP的最高到達溫度)設為1250℃，以圖2所示的熱處理程序進行第1RTP及第2RTP。
第1RTP及第2RTP的其他具體的製造條件係如下所述。
‧惰性氣體環境：氬100%氣體
‧升溫速度△Tu1：10℃/秒
‧第1溫度T1的保持時間t1：30秒
‧降溫速度△Td1：50℃/秒
‧第2溫度T2：800℃
‧第2溫度T2的保持時間t2：15秒
‧氧化性氣體環境：氧100%氣體
‧第2溫度T2的保持時間t3：15秒
‧升溫速度△Tu2：10℃/秒
‧第3溫度T3：1250℃
‧第3溫度T3的保持時間t4：30秒
‧降溫速度△Td2：50℃/秒
對所得到的退火晶圓，利用與試驗1同樣的方法，分別評價從表面至深度5μm區域之表層部的缺陷密度、主體部(深度5μm以後)的BMD密度及滑移長度的最大值。
又，針對所獲得的退火晶圓，利用二次離子質譜儀(SIMS；佳鎂佳公司製Ims-6f)測定由表面至5μm之深度方向的氧濃度剖面圖，藉此來評價此氧濃度剖面圖之氧濃度的最小值。
表4為顯示試驗4的試驗條件及試驗結果。
如表4所示，若在進行氧化性氣體環境的RTP(第2RTP)前，先進行惰性氣體環境的RTP(第1RTP)的話，則與表1相比較，主體部的BMD密度不會增加，反而會有降低的傾向。此被認為是因第1RTP的熱處理溫度為1250℃以上的高溫，所以在矽單晶生長時所產生的BMD的析出核會在該第1RTP被消除的緣故。然而，即便在此情況，在實施例25~32中，BMD密度仍為1×109個/cm3以上。
此外，由所得到之退火晶圓的表面至5μm之深度方向的氧濃度剖面圖中的氧濃度的最小值，在任一條件中，均為矽單晶提拉時的氧濃度以上，沒有觀察到晶圓表層部之氧濃度的降低。
t1、t2、t3、t4‧‧‧既定時間
T0‧‧‧所期望的溫度
T1‧‧‧第1溫度
T2‧‧‧第2溫度
T3‧‧‧第3溫度
△Td1‧‧‧第1降溫速度
△Td2‧‧‧第2降溫速度
△Tu1‧‧‧第1升溫速度
△Tu2‧‧‧第2升溫速度
Claims (4)
- 一種矽晶圓之製造方法，其特徵為具備：利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶之步驟；將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且進行鏡面研磨處理的步驟；以及對前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓，於惰性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的急速昇降溫熱處理的步驟。
- 一種矽晶圓之製造方法，其特徵為具備：利用在矽融液添加氮的柴氏法，在添加有氫氣的惰性氣體環境中，以形成空位型點缺陷存在的區域之方式控制V/G(V：提拉速度，G：矽單晶的提拉軸向的溫度梯度)，而生長成氧濃度為1.0×1018~1.8×1018atoms/cm3且氮濃度為2.8×1014~5.0×1015atoms/cm3的矽單晶之步驟；將前述已生長的矽單晶切斷而作成矽晶圓後，施以平坦化處理，且進行鏡面研磨處理的步驟；以及對前述經鏡面研磨處理後的矽晶圓，於惰性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1 秒~60秒間的第1急速昇降溫熱處理的步驟；以及於前述第1急速昇降溫熱處理後，於氧化性氣體環境中，進行在1250℃~1380℃的最高到達溫度下保持1秒~60秒間的第2急速昇降溫熱處理的步驟。
- 如請求項1所記載之矽晶圓之製造方法，其中前述添加有氫氣的惰性氣體環境中所含的氫氣分壓為3%以下。
- 如請求項2所記載之矽晶圓之製造方法，其中前述添加有氫氣的惰性氣體環境中所含的氫氣分壓為3%以下。
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