TW201719758A

TW201719758A - 磊晶矽晶圓

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Publication number: TW201719758A
Application number: TW105121188A
Authority: TW
Inventors: 小池康夫; 片野智一; 小野敏昭
Original assignee: Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2017-06-01
Also published as: TWI621182B; JP2017050490A; CN106498493B; JP6493105B2; CN106498493A

Abstract

本發明的目的是一邊確保必要的吸除能力、一邊提高晶圓外周部的強度而防止滑移差排的發生。解決手段是提供一種磊晶矽晶圓，其是氮濃度被調整在1×1012atoms/cm3~1×1013atoms/cm3、且在由COP區域構成的矽晶圓表面上形成有磊晶矽膜者，其中在施以評價熱處理後的情況，形成於矽晶圓20的內部的BMD(氧析出物)密度在矽晶圓的整個徑向全區為1×108個/cm3~3×109個/cm3。又，在從矽晶圓20的最外周向內側之1~10mm的外周部區域21內的BMD的平均密度低於中心部區域22內的BMD的平均密度。在外周部區域21的BMD密度的變異度為3以下，在外周部區域21的殘存氧濃度為8×1017atoms/cm3以上。

Description

磊晶矽晶圓

本發明是關於磊晶矽晶圓，特別是關於藉由摻雜氮而提高吸除能力(gettering ability)之磊晶矽晶圓。

磊晶矽晶圓廣泛地被使用作為半導體裝置的基板材料。磊晶矽晶圓是在矽晶圓上形成有矽磊晶膜者，具有結晶的完全性高之類的特長。

另一方面，在用於半導體裝置的磊晶矽晶圓若存在重金屬不純物，會成為引起半導體裝置的特性不良之原因，因此必須極力減少重金屬不純物。使此重金屬不純物減低的技術之一，有吸除(gettering)技術；作為此吸除技術之一，已知有被稱為本質吸除(intrinsic gettering；IG)的方法，其在矽晶圓內形成氧析出物(BMD：Bulk Micro Defect；塊體微缺陷)，在該處捕獲重金屬不純物，在近年，有提供形成於晶圓內部的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上的磊晶矽晶圓的需求。

然而，在磊晶膜的成膜過程，矽晶圓在1000~1200℃的高溫被加熱，但此時晶圓中的微小的氧析出核會藉由高溫熱處理而縮小或消滅，其後在裝置製程無法充分誘發BMD。又，伴隨著半導體裝置的微細化，裝置製程則低溫化，由於裝置製程的低溫化在裝置製程的過程，氧析出核難以成長，BMD 密度的降低顯著。因此，磊晶矽晶圓曾經有吸除能力低之類的問題。

另一方面，為了更加提高磊晶矽晶圓的吸除能力，已知使用摻雜有氮的矽晶圓的方法。摻雜有氮的矽晶圓即使在磊晶步驟受到高溫熱處理，由於在單結晶鑄錠的結晶培育階段形成難以消滅、具有熱穩定性的BMD，可以謀求吸除能力的提升。

例如在專利文獻1，使用摻雜有氮的矽晶圓進行磊晶成長處理之前，藉由在700~900℃的溫度施以15分鐘~4小時的熱處理(預退火)，可以製造BMD密度為3×10⁴個/cm³以上的磊晶矽晶圓，不拘從單結晶鑄錠切出的晶圓位置。又在專利文獻2，揭露為了抑制在與直式舟皿的C環接觸的晶圓外周部之滑移差排的成長，將矽晶圓的外周部設為OSF(Oxidation induced Stacking Fault：氧化誘發疊差)區域的方法。

【先行技術文獻】【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利第3760889號公報

【專利文獻2】日本專利第4061906號公報

為了提高吸除能力而提高形成於矽晶圓中的BMD密度是有效的，但是一方面矽晶圓中的氧由於形成BMD而被消耗，晶圓中的殘存氧濃度降低。晶圓中的殘存氧濃度的降低會引起晶圓的強度降低，特別是若晶圓外周部的氧濃度低，藉由與熱處理時的熱處理舟皿的接觸，損傷容易進入外周部，而有在晶圓的外周部發生以損傷為起點的滑移差排之類的問題。

根據專利文獻1揭露的方法，藉由在磊晶成長處理前進行的熱處理，提高晶圓內部的BMD密度，可以獲得吸除能力優異的磊晶矽晶圓。然而，未針對晶圓面內的BMD密度分布作考慮，由於在晶圓外周部的BMD密度過高，在此外周部區域的殘存氧濃度降低，而有在晶圓外周部容易發生滑移差排之類的問題。

揭露於專利文獻2的方法，藉由將晶圓外周部以環狀的OSF區域(以下稱為「R-OSF區域」)構成，而欲抑制滑移差排的發生，但若在R-OSF區域上成長磊晶膜，則有在磊晶膜發生缺陷(磊晶缺陷)的問題。還有，在氮濃度高的情況由於在結晶培育階段形成的R-OSF區域的寬度廣，而使發生磊晶缺陷的區域擴大。

本案諸位發明人為了防止在晶圓外周部發生滑移差排而精心研究的結果，瞭解到對於氮濃度低的晶圓施以退火的情況，在與R-OSF區域連接的那一側的COP區域會形成BMD密度變低的區域，而思及刻意使此BMD密度低的區域位於外周部，而達成本發明的完成。

本發明的目的在於提供一種磊晶矽晶圓，其可以一邊確保必要的吸除能力、一邊提高晶圓外周部的強度而防止滑移差排的發生。

為了解決上述問題，根據本發明的磊晶矽晶圓，是氮濃度被調整在1×10¹²atoms/cm³(每立方公分原子數)以上且1×10¹³atoms/cm³以下的範圍內、且在由COP區域構成的矽晶圓表面上形成有磊晶矽膜的磊晶矽晶圓，其特徵在於：在施以氧析出物評價熱處理後的情況，形成於上述矽晶圓的內部的氧析出物密度在上述矽晶圓的整個徑向全區為1×10⁸個/cm³以上且3×10⁹個/cm³以下；且在從上述矽晶圓的最外周向內側之從1mm到10mm的外周部區域內形成的氧析出物的平均密度，低於在上述外周部區域以外的中心部區域內形成的氧析出物的平均密度；且在上述外周部區域的上述氧析出物密度的最大值與最小值之差(最大值-最小值)為3以下；且在上述外周部區域的殘存氧濃度為8×10¹⁷atoms/cm³(舊ASTM_F121,1979)以上。

根據本發明，可以一邊在晶圓的中心部區域確保所欲的BMD密度、一邊抑制晶圓的外周部區域的殘存氧濃度的降低。因此，可以一邊確保必要的吸除能力、一邊防止在晶圓外周部的滑移差排的發生，可以提供高品質、可靠度高的磊晶矽晶圓。

根據本發明的磊晶矽晶圓，較好為：上述氧析出物密度的最大值位於上述外周部區域中的上述最外周向內側之從6mm到10mm的範圍內，上述氧析出物密度的最小值位於上述外周部區域中的上述最外周向內側未達6mm的範圍內。在此情況，較好為：在上述外周部區域的上述氧析出物密度是向上述矽晶圓的最外周漸減。根據此構成，可以在提高晶圓的中心部區域的BMD密度的同時並提高外周部區域的殘存氧濃度，而可以兼顧吸除能力與晶圓強度。

根據本發明的磊晶矽晶圓，較好為：在施以氧化誘發疊差評價熱處理後的情況，在上述磊晶矽晶圓的背面觀察的氧化誘發疊差的密度為100個/cm²以下。藉由此構成，晶圓全面成為COP區域，幾乎不存在氧化誘發疊差，因此可以抑制磊晶缺陷的發生。又由於在晶圓的外周部區域也幾乎不存在氧化誘發疊差，因此可以在外周部區域防止BMD密度變高及殘存氧濃度變低。因此，可以防止在晶圓外周部的滑移差排的發生。

在本發明，較好為：上述矽晶圓是從氧濃度被調整在8×10¹⁷atoms/cm³以上且14×10¹⁷atoms/cm³以下(舊ASTM_F121,1979)的範圍內的矽單結晶鑄錠切出。如此設定矽晶圓中的氧濃度的範圍，可以一邊在晶圓的中心部區域確保所欲的BMD密度、一邊防止在外周部區域的殘存氧濃度的降低。

根據本發明的磊晶矽晶圓，其直徑以300mm以上為佳。此一情況，較好為：上述矽晶圓是從具有目標直徑的1.02~1.07倍的直徑的上述矽單結晶鑄錠的直胴部切出，再被加工為上述目標直徑的矽晶圓。還有，上述矽單結晶鑄錠的上述直胴部之中，比上述目標直徑外側的外周研磨區域，較好為由R-OSF區域構成。如此，藉由將矽單結晶鑄錠的直胴部的直徑設為矽晶圓的目標直徑的1.02~1.07倍、使矽單結晶中的R-OSF區域位於外周研磨區域而除去，可以成為在矽晶圓中不含R-OSF區域的樣態，同時可以使存在於與R-OSF區域的交界附近之BMD密度降低的區域位於晶圓的外周部區域。因此，可以使殘存氧濃度隨著BMD密度的降低而變高的區域位於外周部區域，可以提高晶圓外周部的強度。

根據本發明，可以提供一種磊晶矽晶圓，其可以一邊確保必要的吸除能力、一邊提高晶圓外周部的強度而防止滑移差排的發生。

10‧‧‧矽單結晶

11‧‧‧(矽單結晶的)外周研磨區域

20‧‧‧矽晶圓

21‧‧‧(矽晶圓的)外周部區域

22‧‧‧(矽晶圓的)中心部區域

R₁‧‧‧(矽單結晶的)直徑

R₂‧‧‧(矽晶圓的)直徑

S11~S16‧‧‧步驟

Wa、Wb‧‧‧寬度

【第1圖】是流程圖，用以說明根據本發明的實施形態之磊晶矽晶圓的製造方法。

【第2圖】是平面圖，用以將矽單結晶的剖面形狀(直徑)與矽晶圓作對比並說明。

【第3圖】是顯示V/G與缺陷的種類及分布的一般關係之圖。

【第4圖】是曲線圖，顯示氮的摻雜量與OSF區域的關係，並分別顯示橫軸為從矽單結晶的中心起算的距離、縱軸為V/G。

【第5圖】是曲線圖，顯示晶圓半徑方向的BMD密度分布，並分別顯示橫軸為從晶圓中心起算的距離、縱軸為BMD密度。

【第6圖】是曲線圖，顯示實施例4、比較例2及比較例4之晶圓半徑方向的BMD密度分布，並分別顯示橫軸為從晶圓中心起算的距離(mm)、縱軸為BMD密度。

【用以實施發明的形態】

以下，一面參照所附圖式，一面針對本發明的較佳實施形態作詳細說明。

第1圖是流程圖，用以說明根據本發明的實施形態之磊晶矽晶圓的製造方法。

如第1圖所示，在磊晶矽晶圓的製造，首先進行根據丘克拉斯基法(CZ法)的矽單結晶的培育步驟(步驟S11)。在CZ法，將種結晶浸漬於收容在石英坩堝內的矽熔液的液面，藉由一邊使種結晶旋轉、一邊往上方拉引，培育與種結晶具有同一結晶方位的矽單結晶。具體而言，以以下順序實施：觸液步驟，使種結晶觸液於矽熔液；頸縮步驟，藉由所謂的達斯縮頸(dash neck)法，將結晶直徑擰細；肩部培育步驟，將單結直徑徐徐變粗，直到到達所欲的直徑；體部培育步驟，一邊將結晶保持為大致一定、一邊繼續單結晶的培育；以及尾部培育步驟，將單結直徑徐徐變細而從矽熔液斷開。

第2圖是平面圖，用以將矽單結晶的剖面形狀(直徑)與矽晶圓作對比並說明。

如第2圖所示，在根據CZ法的矽單結晶的培育，拉引具有矽晶圓20的規定的直徑R₂(例如300mm)的1.02~1.07倍的直徑R₁的矽單結晶10。此時，控制拉引條件，使矽單結晶10中的氧濃度成為8×10¹⁷atoms/cm³(每立方公分原子數)以上且14×10¹⁷atoms/cm³以下。還有，控制拉引條件，使R-OSF區域位於比規定的晶圓直徑R₂還外側的外周研磨區域11。矽晶圓20的外周部區域21，是在直式爐作熱處理之時被直式舟皿支持的區域，且為從最外周起算至10mm的區域。

藉由CZ法培育矽單結晶10時，此單結晶所含之缺陷的種類、分布等，是依存於單結晶的拉引速度V與單結晶內的成長方向的溫度梯度G之比V/G。

第3圖是顯示V/G與缺陷的種類及分布的一般關係之圖。

如第3圖所示，V/G大的情況，空孔會變得過剩，發生空孔的凝集體之微空穴(void)(一般被稱為COP(Crystal Originated Particle；結晶起因之微粒))。另一方面，V/G小的情況，晶格間矽原子變得過剩，發生晶格間矽的凝集體之差排簇團(cluster)。還有，在發生COP的區域與發生差排簇團的區域之間，會以從V/G為大的那一方開始的順序，存在OSF區域、Pv區域、Pi區域之三個區域。OSF區域是指在高溫(一般為1000~1200℃)作完熱氧化時，發生OSF(Oxidation Induced Stacking Fault：氧化誘發疊差)的區域。Pv區域是指在生成態(as-grown)的狀態含氧析出核、且在已施作低溫與高溫(例如800℃與1000℃)的二階段熱處理時，易發生氧析出物的區域。Pi區域是指在生成態的狀態幾乎不含氧析出核，即使施以熱處理仍難以發生氧析出物的區域。

在V/G大的情況，由於OSF通常是在矽單結晶的中心軸的周圍以環狀產生，亦稱為R-OSF區域。由於出現R-OSF區域的V/G的範圍非常狹窄，關於含R-OSF區域的矽單結晶10的製造，有必要嚴密管理拉引速度V，必須控制V/G而使在結晶的徑向與長度方向進入適當的範圍。首先，針對單結晶的徑向，由於無論在哪個位置拉引速度V均為一定，必須設計CZ爐內的高溫部分(熱區)的構造，而使溫-度梯度G進入既定的範圍。接下來，針對結晶的長度方向，由於溫度梯度G依存於結晶的拉引長度，為了將V/G保持在既定的範圍，必須使V在結晶的長度方向變化。

然後，設定拉引速度曲線而使R-OSF區域包含於矽單結晶，對於從完成拉引的矽單結晶切出的晶圓樣本進行用於Cu(銅)裝飾(copper decoration)、OSF評價的熱處理而評價OSF區域的寬度、位置等，基於此寬度、位置等調整後續的拉引速度曲線。亦即，若R-OSF區域廣大則由於V/G過大(V過大)，在後續的拉引將V設定為低；相反地若R-OSF區域狹小則由於V/G過小(V過小)，在後續的拉引將V設定為高。

如以上，藉由以R-OSF區域的寬度、位置等為指標來調整後續的拉引的速度曲線，可以穩定地拉引在外周研磨區域11包含R-OSF區域的矽單結晶10。作為此時的結晶熱歷程，是以設為在1080℃~1150℃的溫度區為40分鐘以下、在980℃~1020℃的溫度區為30分鐘以下、在650℃~750℃的溫度區為150分鐘以下為佳。

在矽單結晶10摻雜1×10¹²atoms/cm³以上且1×10¹³atoms/cm³以下的氮。藉由摻雜氮，可以提高晶圓面內的BMD密度，藉此可以提高磊晶矽晶圓的吸除能力。

氮的摻雜量是以1×10¹³atoms/cm³以下為佳。增加氮的摻雜量可以提高晶圓全面的BMD密度，可以容易確保必要的吸除能力，但是在示於第1圖的晶圓的外周部區域21，BMD密度會進一步變高，晶圓中的殘存氧濃度則相反地變低，由於殘存氧濃度的降低則晶圓的強度降低，容易發生滑移差排。又由於氮的摻雜量愈多則R-OSF區域的寬度愈廣，亦難以控制拉引條件而使矽晶圓不含R-OSF區域。

第4圖(a)及(b)是曲線圖，顯示氮的摻雜量與R-OSF區域的關係，第4圖(a)及第4圖(b)是分別顯示氮的摻雜量多時的R-OSF區域、氮的摻雜量少時的R-OSF區域。又，第4圖(a)及(b)的曲線圖各自顯示其橫軸為從矽單結晶的中心起算的距離、縱軸為V/G。

如第4圖(a)及(b)所示，氮的摻雜量多時的R-OSF區域的寬度Wa是成為比氮的摻雜量少時的R-OSF區域的寬度Wb還寬。因此，在氮的摻雜量多的情況，會成為難以將R-OSF區域配置在矽晶圓20的外側。R-OSF區域由於即使在生成態的狀態，仍是含OSF核、也就是板狀的氧析出物的區域，在晶圓的外周部區域21含R-OSF區域的情況，晶圓的外周部區域21的BMD密度變高且殘存氧濃度變低，晶圓的外周部區域21的強度則降低。

因此，在本實施形態儘量減少氮的摻雜量而將晶圓的外周部區域21的BMD密度壓低，同時將R-OSF區域的寬度儘量變窄，使R-OSF區域收納在矽晶圓20的外側的外周研磨區域11。還有如後文所述，使R-OSF區域的邊界附近向外周部區域21的位置移動，可以降低外周部區域21的BMD密度，可以提高外周部區域21的強度而抑制滑移差排的發生。

接下來，加工矽單結晶而製作矽晶圓(拋光晶圓(polished wafer))(第1圖的步驟S12)。矽晶圓是藉由以下而製作：將單結晶鑄錠裁斷為一定的塊度(block size)，為了使直徑整齊而進行修整加工(外周研磨)後，經過切片步驟、斜切(beveling)步驟、精削(lapping)步驟、蝕刻步驟、拋光步驟、清洗步驟等。在修整加工，除去比晶圓的目標直徑R2外側的外周研磨區域11，藉此除去R-OSF區域。如此加工後的矽晶圓的全面是由COP區域構成。

另外，COP區域，是意指藉由在以下說明的觀察評價而檢測出COP的區域。首先，對矽晶圓進行SC-1清洗(亦即，藉由將氨水、過氧化氫水、超純水以1：1：15混合後的混合液清洗)，使用表面缺陷檢查裝置(例如KLA-Tencor公司製：Surfscan SP-2)觀察評價清洗後的矽晶圓表面，確定被推定為表面蝕坑的光點缺陷(LPD：Light Point Defect)。此時，觀察模式設為Oblique模式(斜向入射模式)，表面蝕坑的推定是設為基於寬窄頻(wide narrow channel)的檢測尺寸比而進行的推定。對於被如此確定的LPD，使用原子力顯微鏡(AFM：Atomic Force Microscope)，評價是否為COP。藉由此觀察評價，將被觀察到COP的區域定義為COP區域。

完成製作的矽晶圓的全面是否為COP區域，可以對晶圓樣本進行使OSF外顯化的評價熱處理(氧化誘發疊差評價熱處理)而確認(第1圖的步驟S13)。具體而言，作為評價熱處理，對晶圓樣本在溼氧氣氛進行例如1140℃×2小時的氧化熱處理後，進行以賴特蝕刻(Wright etching)液對晶圓表面作2μm蝕刻處理後，藉由以光學顯微鏡測定在晶圓表面被觀察到的蝕坑而計數OSF密度。氧化熱處理的溫度為1000~1200℃即可，熱處理時間為1~16小時即可。被觀察到的矽晶圓的OSF密度為 100個/cm²以下的情況，可以說是矽晶圓的全面為COP區域。而若OSF密度為100個/cm²以下，則可以抑制磊晶缺陷的發生。

接下來，進行使BMD核成長的退火處理(預退火)(第1圖的步驟14)。預退火是在不到900℃的溫度進行的10~60分鐘的熱處理。如上述，若減少矽晶圓中的氮的摻雜量，則晶圓全面的BMD密度變低，在晶圓的中心部區域無法得到所欲的BMD密度(例如為1×10⁸個/cm³以上)。特別是，若未進行預退火而實施磊晶步驟，則由於非常小的氧析出核會在磊晶步驟中消滅，無法得到所欲的BMD密度。然而，在進行磊晶步驟之前已進行預退火的情況，即使是氮的摻雜量少的情況仍可以確保所欲的BMD密度。

還有，在本實施形態，將R-OSF區域配置在外周研磨區域11，而可以縮小晶圓的外周部區域21的BMD密度。

第5圖是曲線圖，顯示晶圓半徑方向的BMD密度分布，並分別顯示橫軸為從晶圓中心起算的距離(mm)、縱軸為BMD密度(個/cm³)。矽晶圓的直徑為300mm，最外周的位置為距晶圓的中心150mm。因此從最外周起算1mm的位置，是從晶圓的中心起算149mm；從最外周起算10mm的位置，是從晶圓的中心起算140mm。而矽晶圓20的外周部區域21是被定義為從最外周起算1~10mm的範圍。矽晶圓20之比最外周還外側，是矽單結晶的外周研磨區域11。

如第5圖所示，矽晶圓20的全面為COP區域，R-OSF區域位於外周研磨區域11。晶圓半徑方向的BMD密度在中心部區域22內大致為固定，而可看到在與R-OSF區域的交界附近的外周部區域21則一度變低、在R-OSF區域則再度變高的傾向。

原因是：著眼於如本實施形態的BMD密度降低的現象，藉由使R-OSF區域位於矽單結晶的外周研磨區域11、並使R-OSF區域與COP區域的交界附近之BMD密度降低的區域位於晶圓的外周部區域21，減少晶圓的外周部區域21的BMD密度。

接下來，進行在矽晶圓的表面形成矽的磊晶膜之磊晶步驟(第1圖的步驟S15)。此磊晶方法並未特別受限，在直徑300mm以上的大口徑的矽晶圓則較好為使用薄片式的氣相成長裝置。矽晶圓是被設置在氣相成長裝置的反應室內，將三氯矽烷(SiHCl₃)等的原料氣體與H₂氣體等的載體氣體及摻雜物氣體一起導入反應室內，使藉由原料氣體在被加熱至1000~1200℃的高溫的矽晶圓上的熱分解或還原而生成的矽，以0.5~6.0μm/分的反應速度成長。其後，藉由矽晶圓的清洗，完成磊晶矽晶圓。

如此完成製造的磊晶矽晶圓的BMD密度分布，可以以進行模擬裝置製程的評價熱處理(氧析出物評價熱處理)而使BMD核成長來確認(步驟S16)。另外，BMD密度是指對於磊晶矽晶圓在氧氣氣氛中進行900~1100℃×16小時的氧析出物評價熱處理後，在厚度方向劈開磊晶矽晶圓，進行選擇蝕刻處理而對此劈開斷面使用賴特蝕刻(Wright etching)液作深度2μm的蝕刻後，以光學顯微鏡觀察在矽晶圓的厚度中心部的劈開斷面，將100μm×100μm見方區域內的蝕坑密度定義為BMD密度。而根據本實施形態的磊晶矽晶圓，關於BMD密度具有以下的特徵。

首先，晶圓全面的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上。如此，藉由晶圓全面的BMD密度為1×10⁸個/cm³以上，可以提高磊晶矽晶圓的吸除能力。又，晶圓全面的BMD密度是以3×10⁹個/cm³以下為佳。若晶圓的BMD密度過高則晶圓中的殘存氧濃度降低，因此晶圓的強度降低，特別在晶圓的外周部區域21容易發生滑移差排。

又，在從晶圓的最外周(邊緣)向內側之從1mm到10mm的外周部區域21內的BMD密度，是低於在從外周部區域21向內側的中心部區域內的BMD密度。如此，藉由晶圓的外周部區域21的BMD密度低於中心部區域內的BMD密度，可以提高外周部區域21的殘存氧濃度，可以抑制滑移差排的發生。

又，在從晶圓的最外周向內側之1mm~10mm的外周部區域21的BMD密度，是向著晶圓的最外周漸減，在外周部區域21的BMD密度的最大值(Max)與最小值(Min)之差除以在外周部區域21的BMD密度的平均值(Ave)之值((Max/Min)/Ave：BMD密度的變異)為3以下。還有，BMD密度的最大值存在於從晶圓的最外周向內側之6mm~10mm的範圍內，BMD密度的最小值存在於從晶圓的最外周未達6mm的範圍內。如此，藉由在外周部區域21使BMD密度降低，可以提高晶圓的外周部區域21的殘存氧濃度，藉此可以提高晶圓的外周部區域21的強度。另外，將晶圓的外周部區域21設為從晶圓的最外周起算1mm以上的範圍的理由是：晶圓的邊緣不僅僅是被去角的狀態，在最外周(從最外周起算0mm)的位置測定BMD密度之本身為不可能。

另一方面，在外周部區域21的殘存氧濃度為8×10¹⁷atoms/cm³以上。藉由使外周部區域21的殘存氧濃度為8×10¹⁷atoms/cm³以上，可以抑制滑移差排的發生。晶圓中的殘存氧濃度，BMD密度愈低的區域則變高、BMD密度愈高的區域則變低。我們認為這是因為晶圓中的氧因為形成BMD而被消耗，氧析出物愈是增加則殘存氧愈是減少。由於在本發明的外周部區域21的BMD密度低，可以提高外周部區域21的殘存氧濃度，而可以提高外周部區域21的晶圓強度。

如以上說明，根據本實施形態的磊晶矽晶圓，由於晶圓的外周部區域21的BMD密度低，可以提高晶圓的外周部區域21的強度，可以防止滑移差排的發生。因此，在直式爐對晶圓作熱處理時，可以防止在收容於直式晶舟的晶圓的支持位置產生微損傷、滑移差排以此損傷為起點而發生、延伸的事態。

以上，已針對本發明的較佳實施形態作說明，但本發明並未被限定於上述的實施形態，可以在不脫離本發明的主旨的範圍作各種的變更，上述變更亦當然包含於本發明的範圍內。

例如，在上述實施形態主要是以300mm的晶圓為對象作說明，但直徑300mm以上的晶圓亦可，例如以直徑450mm的晶圓為對象亦可。

【實施例】

第一，進行將氮濃度、氧濃度及預退火之有無設為參數的磊晶矽晶圓的特性評價。

在此特性評價，是藉由CZ法培育摻雜有氮的直徑 310mm的矽單結晶，藉由外周研磨將矽單結晶的直徑修整為300mm之後，實施晶圓加工。接下來，在實施磊晶步驟前對一部分的晶圓樣本進行在890℃、20分鐘的熱處理作為預退火。在磊晶步驟，在1100℃的溫度下將4μm的磊晶膜成膜。

在BMD密度的測定，對於磊晶矽晶圓在氧氣氣氛中進行1000℃×16小時的評價熱處理後，在厚度方向劈開，進行選擇蝕刻處理而對此劈開斷面使用賴特蝕刻液作深度2μm的蝕刻後，以光學顯微鏡觀察在矽晶圓的厚度中心部的劈開斷面，測定BMD密度。BMD密度的測定是從晶圓的中心向半徑方向以10mm間距(pitch)進行，特別在晶圓的外周部區域(從最外周起算1mm~10mm)，以1mm間距進行。

磊晶矽晶圓中的殘存氧濃度的測定，是從晶圓的中心向半徑方向以1mm間距進行，求其平均值。

耐滑移性試驗，是在具有支持晶圓的外周部區域的舟皿形狀的直式爐進行追加的熱應力負荷熱處理。熱應力負荷熱處理的條件是設為投入溫度700℃、升溫速率8℃/min、在1100℃保持30分鐘、降溫速率3℃/min，取出溫度設為700℃。然後以X光位像(X-ray topography)觀察熱處理後的晶圓，將滑移差排的長度未達2mm評價為「○」、2~5mm評價為「△」、超過5mm評價為「×」。

在吸除能力的評價，在上述評價熱處理後的磊晶矽晶圓的表面塗布的1×10¹²atoms/cm²的Ni，進行在900℃的溫度30分鐘的熱處理後，對晶圓的表面進行2μm的賴特蝕刻。然後以光學顯微鏡觀察賴特蝕刻後的晶圓的表面，將未被觀察到 Ni矽化物的蝕坑者設為「○」、被觀察到蝕坑者設為「×」。

將上述評價試驗的結果示於表1。實施例1~6為本發明技術，比較例1~5為習知技術。

從表1明確得知，滿足本發明的條件的實施例1~6是兼得耐滑移性與吸除能力。

另一方面，比較例1由於氮濃度低且未進行預退火，成為BMD密度低、吸除能力不足的結果。

比較例2亦是未進行預退火者，但由於氮濃度高達5×10¹³atoms/cm³，已確認有可得到吸除能力的BMD密度，然而在晶圓的外周部區域的最低殘存氧濃度為低至7.8×10¹⁷atoms/cm³的殘存氧濃度。又，在晶圓的外周部區域的BMD密度的變異((Max-Min)/Ave)高達3.8，成為滑移長度變長的結果。我們認為這是在晶圓的外周部區域的BMD密度的變異變得過大，在晶圓的支持位置的熱傳發生變化，而使應力增大的結果。

比較例3亦與比較例2同樣，晶圓的外周部區域的殘存氧濃度為7.5×10¹⁷atoms/cm³，而成為8×10¹⁷atoms/cm³以下的低殘存氧濃度，BMD密度的變異((Max-Min)/Ave)亦高達5.7，成為滑移長度變長的結果。

比較例4及5均是使用氮濃度高於1×10¹³atoms/cm³的晶圓，完成預退火處理的進行之結果。已確認在晶圓內的BMD密度超過3×10⁹個/cm³。過度的BMD的形成由於會誘發起因於BMD的磊晶缺陷之發生，故不佳。又，由於在晶圓的外周部區域的BMD密度亦高、在晶圓的外周部區域的殘存氧濃度低，成為耐滑移性差的結果。

第6圖是曲線圖，顯示實施例4、比較例2及比較例4之晶圓半徑方向的BMD密度分布，並分別顯示橫軸為從晶圓的中心起算的距離(mm)、縱軸為BMD密度。又，表2顯示在晶圓的外周部區域的BMD密度分布。

如第6圖所示，實施例4與比較例4的BMD密度，是成為在晶圓的外周部區域漸減的分布，然而比較例4的BMD密度是達1×10⁹個/cm³之高密度，吸除能力充分，但瞭解到由於晶圓的外周部區域的殘存氧濃度為8×10¹⁷atoms/cm³，其滑移長度長、耐滑移性低。

又針對比較例2，BMD密度是成為向晶圓的最外周上升的分布，外周部區域的BMD密度為到1×10⁹個/cm³以上的高密度，由於BMD密度高導致的殘存氧濃度的降低，成為耐滑移性劣化的結果。

根據以上的結果，瞭解到BMD密度是以在晶圓面內為1×10⁸個/cm³以上(且1×10⁹個/cm³以下)、面內分布為在晶圓的外周部區域漸減的分布為佳。

表2是針對上述實施例4、比較例2及比較例4之晶圓，以相隔1mm的間距詳細研究BMD密度分布的結果。如表2明確得知，若是BMD密度的最大值存在於從晶圓的中心起算140~144mm(從最外周起算6~10mm)的範圍內、BMD密度的最小值存在於從晶圓的中心起算超過144mm(從最外周起算未達6mm)的範圍內，已確認成為耐滑移性優異的晶圓。

第2，進行使用氮濃度及直徑不同的複數個矽單結晶完成製造的磊晶矽晶圓的特性評價。

在此特性評價，藉由CZ法培育氮濃度不同的複數根的矽單結晶，藉由外周研磨將矽單結晶的直徑修整為300mm後，實施晶圓加工。在培育矽單結晶時使結晶直徑變化，而使在一根的矽單結晶鑄錠中含有外周研磨區域變寬的部位與變窄的部位。

接下來，求得完成加工的矽晶圓(拋光晶圓)的OSF密度的最大值。在OSF密度的測定，是在1140℃的溫度進行2 小時的評價熱處理，進行2μm的賴特蝕刻後，以光學顯微鏡測定晶圓表面的OSF密度。

接下來，在實施磊晶步驟之前，在890℃的溫度進行20分鐘的熱處理作為矽晶圓的預退火。其後，在磊晶步驟，是在1100℃的溫度將4μm的磊晶膜成膜。

在BMD密度的測定，對於磊晶矽晶圓在氧氣氣氛中進行1000℃×16小時的評價熱處理後，在厚度方向劈開，進行選擇蝕刻處理而對劈開斷面使用賴特蝕刻液作深度2μm的蝕刻後，以光學顯微鏡觀察在矽晶圓的厚度中心部的劈開斷面，測定BMD密度。BMD密度的測定是從晶圓的中心向半徑方向以10mm間距進行，特別在晶圓的外周部區域(從最外周起算1mm~10mm)，以1mm間距進行。

耐滑移性試驗，是在具有支持晶圓的外周部區域的舟皿形狀的直式爐進行追加的熱應力負荷試驗。熱應力負荷試驗的條件是設為投入溫度700℃、升溫速率8℃/min、在1100℃保持30分鐘、降溫速率3℃/min，取出溫度設為700℃。然後以X光位像觀察試驗後的晶圓，將滑移差排的長度未達2mm評價為「○」、2~5mm評價為「△」、超過5mm評價為「×」。

將上述評價試驗的結果示於表3。實施例1~9為本發明技術，比較例1~9為習知技術。另外，實施例1、4、7及比較例1等氮濃度相同的晶圓，其意義是從同一個單結晶鑄錠切出的晶圓。

【表3】

從表1明確得知，在滿足本發明的條件的實施例1~9，氮濃度低至1.0×10¹²atoms/cm³~1.0×10¹³atoms/cm³，矽單結晶的直徑相對於晶圓直徑的比值為1.02~1.07。這些晶圓的OSF密度為100個/cm²以下，晶圓全面為COP區域的結晶。又，磊晶矽晶圓的外周部區域的BMD密度的變異((Max-Min)/Ave)為3以下，耐滑移性亦良好。

另一方面，在比較例1~3，瞭解到：矽單結晶的直徑比小至1.01，而且OSF密度的最大值高達109~163個/cm²，藉此R-OSF區域不僅僅存在於矽單結晶的外周研磨區域，亦存在於矽晶圓內。因其影響，成為誘發磊晶缺陷、使磊晶品質劣化的結果。

比較例4~6的氮濃度高達1.9×10¹³atoms/cm³~9.5×10¹³atoms/cm³，藉由OSF環的寬度擴展，即使是對直徑比1.05的矽單晶作過修整加工的情況仍無法排除R-OSF區域，而為 OSF密度非常高的結果。因其影響，成為誘發磊晶缺陷的結果。又，瞭解到：在晶圓的外周部區域的BMD密度亦高且變異成為3以上，滑移特性亦劣化。

比較例7~9亦是氮濃度達1.9×10¹³atoms/cm³~9.5×10¹³atoms/cm³的高濃度，但由於矽單結晶的直徑比高達1.08，可以以修整加工將R-OSF區域排除。然而，由於在晶圓的外周部區域的BMD密度亦高、且在晶圓的外周部區域的殘存氧濃度低，成為耐滑移性差的結果。又，矽單結晶的直徑需要有324mm，由於在製造時需要較多的矽原料，成為產能差、不適合量產的結果。

11‧‧‧(矽單結晶的)外周研磨區域

20‧‧‧矽晶圓

21‧‧‧(矽晶圓的)外周部區域

22‧‧‧(矽晶圓的)中心部區域

Claims

一種磊晶矽晶圓，其是氮濃度被調整在1×10¹²atoms/cm³(每立方公分原子數)以上且1×10¹³atoms/cm³以下的範圍內、且在由COP區域構成的矽晶圓表面上形成有磊晶矽膜的磊晶矽晶圓，其特徵在於：在施以氧析出物評價熱處理後的情況，形成於上述矽晶圓的內部的氧析出物密度在上述矽晶圓的整個徑向全區為1×10⁸個/cm³以上且3×10⁹個/cm³以下；且在從上述矽晶圓的最外周向內側之從1mm到10mm的外周部區域內形成的氧析出物的平均密度，低於在上述外周部區域以外的中心部區域內形成的氧析出物的平均密度；且在上述外周部區域的上述氧析出物密度的最大值與最小值之差(最大值-最小值)為3以下；且在上述外周部區域的殘存氧濃度為8×10¹⁷atoms/cm³(舊ASTM_F121,1979)以上。
如申請專利範圍第1項所述之磊晶矽晶圓，其中上述最大值位於上述外周部區域中的上述最外周向內側之從6mm到10mm的範圍內，上述最小值位於上述外周部區域中的上述最外周向內側未達6mm的範圍內。
如申請專利範圍第2項所述之磊晶矽晶圓，其中在上述外周部區域的上述氧析出物密度是向上述矽晶圓的最外周漸減。
如申請專利範圍第1至3項任一項所述之磊晶矽晶圓，其中在施以氧化誘發疊差評價熱處理後的情況，在上述磊晶矽晶圓的背面觀察的氧化誘發疊差的密度為100個/cm²以下。
如申請專利範圍第1至4項任一項所述之磊晶矽晶圓，其中上述矽晶圓是從氧濃度被調整在8×10¹⁷atoms/cm³以上且14×10¹⁷atoms/cm³以下(舊ASTM_F121,1979)的範圍內的矽單結晶鑄錠切出。
如申請專利範圍第1至5項任一項所述之磊晶矽晶圓，其直徑為300mm以上。
如申請專利範圍第1至6項任一項所述之磊晶矽晶圓，其中上述矽晶圓是從具有目標直徑的1.02~1.07倍的直徑的矽單結晶鑄錠的直胴部切出，再被加工為目標直徑的矽晶圓。