TW201905253A - 矽晶圓 - Google Patents
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Abstract
[課題] 提供亦適於低溫元件製程的矽晶圓。 [解決手段] 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y=7.88×1067×X-2.25的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108/cm3以上2.5×1010/cm3以下。
Description
本發明係關於矽晶圓，關於亦適用於低溫元件製程的矽晶圓。
已知有專利文獻1，其提供即使半導體元件的製造程序中的熱處理為低溫，也能夠得到足夠的吸除(gettering)能力的磊晶矽晶圓，該磊晶矽晶圓從依據丘克拉斯基法育成的矽單結晶切出，其直徑為300mm以上，育成時將矽單結晶的各部分從800℃降溫到600℃所需要的時間為450分以下，格子間氧濃度為1.5×1018
~2.2×1018
atoms/cm3
(old ASTM)，氮濃度和碳濃度為所定值以下，矽晶圓全面由COP區域構成，磊晶層表面的晶圓基體部的BMD密度在經過1000℃×16小時的熱處理後為1×104
/cm2
以下。
先行技術文獻 專利文獻： 專利文獻1：日本特開2014-201468號公報
[發明欲解決的問題]
但是，上述之習知技術中，進行1000℃×16小時的長時間熱處理作為評價熱處理，藉由該熱處理後的BMD密度來保證吸除能力，但有必要藉由配合半導體元件的製造程序中的熱處理之低溫化且更可靠的評價熱處理來提供保證。
本發明欲解決的課題為提供適於低溫元件製程的矽晶圓。 [解決問題的手段]
依據本發明的第1觀點，藉由後述矽晶圓解決上述課題，使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y=7.88×1067
×X-2.25
的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108
/cm3
以上、2.5×1010
/cm3
以下。
依據本發明的第2觀點，藉由後述矽晶圓解決上述課題，使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y1=7.88×1067
×X-2.25
且1.0≦Y/Y1≦1.5的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸為16nm以上且28nm以下。
依據本發明的第3觀點，藉由後述矽晶圓解決上述課題， 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y=7.88×1067
×X-2.25
的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108
/cm3
以上、2.5×1010
/cm3
以下；而且使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y1=7.88×1067
×X-2.25
且1.0≦Y/Y1≦1.5的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸為16nm以上且28nm以下。
上述發明中，亦可在其表面形成厚度1~5μm的磊晶層。此外，矽晶圓的氮濃度亦可為1×1012
~5×1014
atoms/cm3
，氧濃度亦可為8×1017
~15×1017
atoms/cm3
。 [發明效果]
依據本發明，使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y=7.88×1067
×X-2.25
的時間Y和溫度X進行評價熱處理，因此，能夠在比較低溫度且短時間的條件下可靠地保證吸除能力，其結果為，能夠提供亦適用於低溫元件製程的矽晶圓。
本發明的矽晶圓為例如，將藉由丘克拉斯基法育成的矽單結晶切片而得到的矽晶圓，因應必要可以在其表面形成較佳為1~5μm厚度的磊晶層。育成矽單結晶時，結晶中的氮濃度較佳為1×1012
~5×1014
atoms/cm3
、氧濃度較佳為8×1017
~15×1017
atoms/cm3
。
在施以用於評價的熱處理之後，可以使用例如依據紅外線斷層掃描法的結晶缺陷測定裝置(日本semilab公司製結晶缺陷測定裝置)來評價上述製造程序所得到的矽晶圓的氧析出物(BMD)的密度及平均尺寸。然後，將依據紅外線斷層掃描法的結晶缺陷測定裝置的雷射能量設定為50mW，檢出器(CCD攝影機)的曝光時間設定為50msec，在此測定條件下，測定距離磊晶矽晶圓的表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度及平均BMD尺寸，以作為其中一個評價指標。
因此，依據本發明人等的見解，用以評價的熱處理的溫度X為700~1000℃、熱處理的時間Y滿足Y=7.88×1067
×X-2.25
的情況下，BMD密度為5×108
/cm3
以上之時，能夠獲致在半導體元件製程的例如1000℃以下的低溫元件製程中，具有充分吸除能力的矽晶圓。相反地，施以同樣的用以評價的熱處理的情況下，BMD密度未滿5×108
/cm3
時，在半導體元件製程的例如1000℃以下的低溫元件製程中無法發揮充分吸除能力。
而且，依據本發明人等之見解，用以評價的熱處理的溫度X為700~1000℃、熱處理的時間Y滿足Y1=7.88×1067
×X-2.25
且1.0≦Y/Y1≦1.5的情況下，若平均BMD尺寸為16nm以上、28nm以下，則能夠獲致不發生滑移的矽晶圓。相反地，施以同樣的用以評價的熱處理的情況下，平均BMD尺寸未滿16nm或超過28nm時，或者熱處理的時間Y不滿足1.0≦Y/Y1≦1.5時，則發生滑移。
因此，為了要獲致在低溫元件製程中發揮充分吸除能力、且不發生滑移的矽晶圓，為後述矽晶圓尤佳：時間為Y(min)，溫度為X(℃,但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y=7.88×1067
×X-2.25
的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時，距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108
/cm3
以上、2.5×1010
/cm3
以下，且時間為Y(min)，溫度為X(℃,但700℃≦X≦1000℃)的情況下，以滿足Y1=7.88×1067
×X-2.25
且1.0≦Y/Y1≦1.5的時間Y和溫度X進行熱處理後，使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時，距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸為16nm以上、28nm以下。 實施例
《實施例1》 依據丘克拉斯基法，分別改變結晶中的氮摻雜濃度(1×1012
~5×1014
atoms/cm3
)和氧濃度(8×1017
~15×1017
atoms/cm3
)來育成各種矽單結晶，以準備矽晶圓，以相同條件(磊晶層的厚度為1~5μm)在這些矽晶圓上進行磊晶成長，成為磊晶晶圓。
對這些磊晶晶圓進行各種溫度及時間的評價熱處理，使用依據紅外線斷層掃描法的結晶缺陷測定裝置(日本semilab公司製結晶缺陷測定裝置)，測定熱處理後的磊晶矽晶圓的氧析出物(BMD)密度。BMD密度的測定條件為，雷射能量設定為50mW，檢出器(CCD攝影機)的曝光時間設定為50msec，在此測定條件下，測定距離磊晶矽晶圓的表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度。
此BMD密度的評價結果顯示於圖1。在該圖中，檢出BMD為5×108
/cm3
以上的熱處理水準表示為○、未檢出的熱處理水準表示為╳。以上述紅外線斷層掃描法的測定條件檢出BMD為5×108
/cm3
以上的熱處理水準，為圖1中的連結○和╳的交界處的直線，時間為Y(min)， 溫度為X(℃)的情況下，其為以Y=7.88×1067
×X-2.25
(但、700℃≦X≦1000℃)為臨界線的右上方的區域。
進行了這些測定的相同水準的磊晶矽晶圓上，設想有重金屬汙染並將Ni以1×1012
/cm2
汙染之，之後，進行模擬半導體製造製程的低溫元件處理的熱處理(後述熱處理1及熱處理2)，此模擬熱處理後，使用光蝕刻液，將形成於晶圓表面的矽化物坑化(淺坑，shallow pit)，觀察淺坑之有無。
＜低溫元件相當熱處理1＞ 第1步驟：於650℃中保持100分鐘 第2步驟：於900℃中保持20分鐘 第3步驟：於825℃中保持30分鐘 第4步驟：於725℃中保持100分鐘 (升降溫速度均為5℃/min)
＜低溫元件相當熱處理2＞ 第1步驟：於650℃中保持100分鐘 第2步驟：於1000℃中保持60分鐘 第3步驟：於875℃中保持30分鐘 第4步驟：於825℃中保持100分鐘 (升降溫速度均為5℃/min)
其結果為，圖1所示的○之熱處理水準、亦即以紅外線斷層掃描法的測定條件檢出BMD為5×108
/cm3
以上的磊晶矽晶圓，未觀察到淺坑。相對於此，可以得知，圖1的╳的熱處理水準的磊晶矽晶圓中，觀察到淺坑，吸除能力低。
亦即，在半導體製造製程的低溫元件製程中，顯示吸除能力的晶圓為，時間為Y(min)且溫度為X(℃)的情況下，在Y=7.88×1067
×X-2.25
(但、700℃≦X≦1000℃)的熱處理後(亦即，設定時間使得Y相對於溫度X為上述以上)，使用紅外線斷層掃描法的結晶缺陷測定裝置(日本semilab公司製結晶缺陷測定裝置)，雷射能量設定為50mW，檢出器(CCD攝影機)的曝光時間設定為50msec，測定距離磊晶矽晶圓的表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度的情況下，檢出該BMD密度為5×108
/cm3
以上檢出的晶圓。另外，上述結晶缺陷測定裝置的測定上限為2.5×1010
/cm3
，使用該裝置時的上限即為此數值。
《實施例2》 依據丘克拉斯基法，分別改變結晶中的氮摻雜濃度(1×1012
~5×1014
atoms/cm3
)和氧濃度(8×1017
~15×1017
atoms/cm3
) 來育成各種矽單結晶，以準備矽晶圓，以相同條件(磊晶層的厚度為1~5μm)在這些矽晶圓上進行磊晶成長，成為磊晶晶圓。
對於這些磊晶矽晶圓進行實施例1所示的各種溫度及時間的評價熱處理，使用紅外線斷層掃描法的結晶缺陷測定裝置(日本semilab公司製結晶缺陷測定裝置)，測定熱處理後的磊晶矽晶圓的氧析出物(BMD)的平均尺寸(nm)。BMD密度的測定條件為，雷射能量設定為50mW，檢出器(CCD攝影機)的曝光時間設定為50msec，在此測定條件下，測定距離磊晶矽晶圓的表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸(nm)。
此時的評價熱處理以後述方式進行。首先由Y1=7.88×1067
×X-2.25
(但、700℃≦X≦1000℃)所示之關係，先決定溫度X(℃)並求出時間Y1。並且，在實際的處理時間Y為1.5Y1＞Y＞1.0(亦即，1.5＞Y/Y1＞1.0)的範圍中實施。
對於上述的評價熱處理中所示的成長了各種尺寸BMD的磊晶矽晶圓進行實施例1所示的低溫元件相當熱處理(上述熱處理1及熱處理2)。在該熱處理後，使用閃光燈退火(Flash Lamp Anneal)熱處理爐，對於磊晶矽晶圓連續實施5次的最高到達溫度為1200℃的毫秒退火，以作為熱應力負荷試驗。之後，對磊晶矽晶圓的表面進行光蝕刻，確認磊晶矽晶圓的表面的滑移蝕刻坑之有無。其結果顯示於表1。表1的「熱應力負荷試驗」之欄中，有觀察到滑移蝕刻坑(熱應力負荷試驗的結果並非良好)者以「╳」表示，未見有滑移蝕刻坑(熱應力負荷試驗的結果為良好)者以「○」表示。在有觀察到滑移蝕刻坑的磊晶矽晶圓上產生了大的翹曲。
[表1]
Y/Y1為1~1.5的磊晶矽晶圓中，平均BMD尺寸超過28nm的磊晶矽晶圓(樣本5,8,10,13,14)，在低溫元件熱處理後的閃光燈熱處理後發生了滑移，在晶圓產生翹曲。可認為是，在這些樣本中，低溫元件上成長的BMD造成Slip滑移發生。相對於此，就平均BMD尺寸為16nm~28nm者並未觀察到滑移的發生，是良好的。另外，樣本13中，雖然平均BMD尺寸為28nm以下，還是發生了滑移。這是因為，Y/Y1為2，並非在1.5以下，所以並不適合做為表示晶圓強度的指標。
無。
[圖1]表示本發明的實施例1中評價熱處理溫度與熱處理時間的關係之圖。
Claims (6)
- 一種矽晶圓， 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下， 以滿足Y=7.88×1067 ×X-2.25 的時間Y和溫度X進行熱處理後， 使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108 /cm3 以上。
- 一種矽晶圓， 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下， 以滿足Y1=7.88×1067 ×X-2.25 且1.0≦Y/Y1≦1.5的時間Y和溫度X進行熱處理後， 使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸為16nm以上且28nm以下。
- 一種矽晶圓， 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下， 以滿足Y=7.88×1067 ×X-2.25 的時間Y和溫度X進行熱處理後， 使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的BMD密度為5×108 /cm3 以上、2.5×1010 /cm3 以下；而且 使時間為Y(min)，使溫度為X(℃，但700℃≦X≦1000℃)的情況下， 以滿足Y1=7.88×1067 ×X-2.25 且1.0≦Y/Y1≦1.5的時間Y和溫度X進行熱處理後， 使用紅外線斷層掃描法，將雷射能量設定為50mW，檢出器的曝光時間設定為50msec時的距離晶圓表面80μm~285μm的範圍中的平均BMD尺寸為16nm以上且28nm以下。
- 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載的矽晶圓，在其表面形成厚度1~5μm的磊晶層。
- 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載的矽晶圓，氮濃度為1×1012 ~5×1014 atoms/cm3 、氧濃度為8×1017 ~15×1017 atoms/cm3 。
- 如申請專利範圍第4項所記載的矽晶圓，氮濃度為1×1012 ~5×1014 atoms/cm3 、氧濃度為8×1017 ~15×1017 atoms/cm3 。
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