TW205110B - - Google Patents

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五、發明説明（I) Λ 6 Π 6 經濟部中央櫺準局员工消伢合作社印製 發明詳逑 本發明大致上傜關於製造半導髏材料基質之程序，尤 其是所諝之矽"片"或矽晶片，用以製造電子元件。更明 確而言，本發明偽闊於在適於控制Ν'吸收"位置或内部捕 捉位置之濃度及分佈之條件下處理矽晶片之程序。 習知上，單晶矽（即大部份製造半導體電子元件程序 中所採用之起始原料）通常都是以所諝之左卡拉斯基程序 (Czochral ski Process)製備，其中把單種晶體S人熔融 矽中，然後以慢速提取方式令其成長。由於熔融矽是置於 石英坩堝中，故會受到各種雜質所污染，尤以氧為最甚。 在矽熔融疆的溫度下，氯進入晶體格局直到其濃度到達可 以在該熔融驩之溫度下利用氯在矽之溶解度測出為止，或 其濃度到逵可利用氣在固化矽之實際離析偽數测出為止。 此濃度大於積蘐霄路之製造程序常用溫度下氣在固體矽之 溶解度，因此，當晶體從熔融體長出並冷郤下來時，於其 中之氧之溶解度迅速降低，造成産出之矽晶片中含有超飽 和濃度之氣。由於是呈超飽和澴度，後鑲之晶Η熱處理循 環會造成氧之沉潑。 氧之沉澱會同時造成正面影響和負面影轡。正面影饗 與氣沉澱物之能力有關（同時也和它的"缺陷〃相藺）, 卽其在後缅電子元件製造過程中能捕捉後續會與晶Η接觸 之金屬雜質的能力並削弱後者之性能。負面影蜜則是來自 氣沉澱物本身，因為事黄上如果處在晶Η的活化區，它們 ____ 本紙張足度遑用中《 S家標準（CNS)肀4規格(210X297公ft) · (請先閲讀背而之注意事項孙填寫本頁) Λ 6 II 6 經濟部中央榇準总β工消#合作杜印製 五、發明説明（：Η 將會形成汚染劑。相反的，在積唐霣路的製造上，郤需要 非常高的純度。 近年來，已有各種方案提出來進行矽晶片的處理，使 得矽晶片的活化區（其佔据矽晶片的表面數微米之深）比 較能避免上述"缺陷〃的發生，而其中矽晶片的剩餘厚度 部份具有密度夠高的此種缺陷〃以便能有效的捕捉不想 要的金屬雜質。 此種技術稱為捕捉技術或、、内部"吸收技術，而靠近 晶片表面避免w缺陷〃發生的區域則稱為'' 溶蝕區"。 本發明之目的偽提供一種控制矽晶Η中之捕捉中心之 邊度之方法，更明確而言，是確定矽晶片中之、'缺陷"密 度分佈形態.以便獲得良好的''溶蝕區〃及良好的内部捕 捉效應。 以更明確的方式來説，本發明的第一點偽闕於矽晶片 中氣沉澱置之控制方法。第二黠傜闋於氣沉殿物之密度分 佈形態之控制，使得分佈形態中之尖峰可作用為捕捉區， 且與元件之活化區明顯不同。故第三點係闘於具有受控沉 澱分谛髟態之矽晶Η之製造，矽晶Η中相對於元件之活化 區具有有效之溶蝕區，同時在剩餘體積中具有高度有效之 捕捉區。 依据本發明可以達致以上目的，即以一種處理矽晶片 俾適合積體電路電子元件之製造的程序達成之，其中包括 下列基本操作步驟 本紙51尺度边用中8»家欉準卬阳）肀4規格（2](1父297公*) (請先間讀背而之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂- 線. 五、發明説明（:^) (a) 把晶片投入初步熱處理，溫度介於950 t：和1150t：之 間，最好是在约1150亡的溫度，為時约15分鐘； (b) 經過標準化學刻蝕處理之後，把一對相互緊密熱结合 在一起的晶片投入一個快速退火處理，其中溫度介於 12001C和12751C之間.為時數十秒； (c) 把晶Η投入進一步熱處理，溫度介於900Χ：和lOOOt： 之間；且最後， (d) 從爐中取出晶Η,並對快速退火處理中相互緊密熱結 合在一起的晶片的表面進行表面處理。 對於兩片矽晶Η的结合，利用兩痼表面之間的機械熱 接觸就足夠了，其它结合的更緊密的方法也可以用，例如 利用兩痼表面之間的原子鍵（晶片鍵）之接合方式，但是 沒有必要這樣做。 從下面的說明可以更清楚的瞭解到本發明之處理方式 首先是在快速退火操作中製造高溫核晶中心，稱為 ''前身 物〃，這些前身物接著會得出傳統之*缺陷〃。 經濟部中央標準局员工消费合作社印31 (請先閲讀背而之注意事項#填寫本頁) 雖然在先前的出販刊物中存有這些前身物之製備方式 的報告，但是其中作業方式和架搆部與本發明大異其趣。 第一點是本發明製備前身物的時間比例要比先前的方式快 非常多。第二點是對於高溫處理而言.本發明僅需用到約 1200Τ之較低範籌的溫度。第三點是發現不須再經過大約 650力的低溫處理即可方便的獲得、、缺陷〃密度分佈形態 的産物。 本紙張尺度遑用中Β Η家標準（CNS)TM規格(210x297公*) 05110__π6_ 五、發明説明（f) (請先閲讀背而之注意事項再塡寫本頁) 最後，憑藉著在高溫快速退火處理將二矽晶片接合的 條件，在各晶片中，發現有完全不規則之分佈形態，侬据 觀察，其中一倒有非常高的"缺陷"密度，另一倒則有非 常低的''缺陷"密度，觀察發現，矽晶片冷卻模式在密度 分佈形態上扮演著甚為重要的角色。 本發明進一步的詳情舆優黠在閲畢接下來的説明内容 並配合參考所附之圖式後將會很清楚，惟該些圖示僅作參 考用.並不限制本發明之範籌.其中： 圖1顯示沉濺物之密度分佈形態為單矽晶片之深度之 函數，該矽晶片為曾分別兩次加熱至1 2 0 0 t約2 0秒和3 5秒 之砂晶π ; 圖2 a和圖2 b以比較方式顯示處理單砂晶片的倩形 和本發明處理一對結合之矽晶Η之情形； 圖3顯示沉蹬物之密度分佈形態為呈結合形式之二矽 晶Η之一之深度之凾數，該结合之矽晶片為以本發明之方 式處理者。 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印製 在詳細說明本發明之各個步驟前，有必要先說明本發 明一開始挖矽晶片在高S下（尤其是介於1200Τ：和13㈣f 之間）投入快速退火處理，觀察顯示如此可獲得大為改良 之氣沉澱物。更明確的説，觀察顯示此種強化作用是因溫 度而定，並不會很均勻地呈現在晶片内部。基於後者的原 故，觀察顯示生成物有兩値潺度尖峰，靠近矽晶片的兩艏 主要表面，中央區域刖有一個最小平原部份。 本紙疋度遑用中BH家《準(CNS>T4規格(210x297公*) Λ 6 It 6 ^05110_ 五、發明説明 t) 這一點從圈1可以很淸楚地看出，其中的兩個尖峰是 靠近於矽晶片的兩痼主要表面。同時也可以看出不同的處 理時間（2 0秒與3 0秒）也會引發不同的分佈形態。 在物理性質方面，可以確定的是此種高溫下的快速退 火處理牽涉到所諝的、、缺陷〃的形成.其可作為後續核晶 的前身物並促進氣沉澱物的生成。 進一步觀察本發明，可得知業已經過快速退火處理之 晶片即使再投入溫度约9 0 0它至1 0 0 0它之熱處理，對後讓 核晶作用亦無益處.反而會造成部份前述前身物的溶解。 當然.事實證明此種前身物在低於其生成溫度時會有 一定程度的不安定性,5故此種在9 0 0 至i 0 G 〇_'C之熱處理 會促進既有沉澱核晶之成長，亦能安定快速退火處理所産 生的''缺陷"ύ 最後，在本發明的基礎上，發現到高溫産生的前身物 的不安定性和冷卽燦件有極密切的關傜，可以假設冷卻時 晶片的内部之溫度斜率會造成高溫時、'缺陷〃溶解之不均 經濟部+央標準局只工消赀合作社印製 海!1!驗時也 有 兩一實低卻 明 和中上降冷 發 同其合為的 本 不 * 配大 Η 和 的宰設性晶 。質 值射假射此護性 峰發該發因防本 尖同時的 ，熱基 之不同射 了作痼 度的 .發除身 一 密面的熱消本中 明表糙作份面其 說二粗面部表 ， 以該是表大在 S 可自痼過也用考 先珩 一透峰利的 首其另當尖如要 設使而了之例重 假-的證面 ，常 項傺滑驗表缓非 這閟光亦於減此 。的是 ，對為以 性一Η 面業相大 勻表表作 ，就 本紙張尺度遑用中a 81家標準(CNS) Τ4規格（210X297公龙) (請先W請背而之注意事項孙塥寫扣S) 裝· " 線_ Λ 6 Β 6 ^05110 五、發明説明（知） 願，當中包括矽晶片不是個別投入處理，而是在物理形態 上結合起來呈緊密接觸的形式，如此可獲致相互熱防護@ 功效。如此，則如画2 a之箭頭所示之"缺陷"雙峰式分 佈形態（即其中僅有單一晶片有作熱暴露之情況）能夠·维 持如圖2 b之箭頭II所示之雙峰式分佈形態.但是此種由 兩片結合晶片所成之分佈形態，一旦分開，將具有一種尖 峰靠近其中一個表面而靠近另一値表面之處則為一平原區 的、'缺陷〃密度分佈形態。這正是我們所想獲得的结果， 不必绖過長時間和繁雜的步驟邸能製造出良好的溶蝕區. 適合於後缰積體電路之製造： 在圖3 ,可以更清楚地看到氧沉澱物之密度分佈形態 為深度之函數之情形，其中矽晶片是呈二组結合之形式， 且是在兩種溫度下，即1 2 0 0 1C和1 2 5 0 1C。 綜合上述觀察情形，依据本發明之程序基本上包含下 列處理操作。 在第二操作中.於經過標準化學刻蝕處理後，把晶Η 以兩片兩Η相互緊密结合之方式投入快速退火處理，在其 中它鬥接受數十秒時閭之煞流，溫度是介於大约1200力和 1 2 7 5 T：之間。由於w缺陷〃密度之生成須視時間與溫度而 定（如圖1與圖3之所示），故這些參數必須取決於所欲 之"缺陷〃密度。 操作至此，接下來是S —艏溫度介於950f和11501C 之間的熱處理，最後分成兩痼階段（例如第一屆階段是在 本紙Λ尺度遑用中a Η家樣準(CNS)肀4規格(210X297公龙) (請先閲讀背而之注意事項#塡寫本1) 装- 經濟部中央櫺準局员工消费合作社印51 五、發明説明（γ) 9 0 0 第二階段是在1 0 0 0 1C，各別為時4小時和16小時之 時段）。此操作之目的是為了安定先前産出之沉澱物，並 令其繼缜成長，同時消除其中不安定的部份。態縱使 不箄是受晶片上之大氣氣匾所決定，亦會受晶片上之大氣 氣鱧所影饗（尤其是氮）。 因此.保護矽晶片的其中一面所獲得之不對稱分佈形 態，亦是因為受保護之一面不受氮之影繼之故。 再者，必須強調的是並不一定要以把兩片矽晶Η結合 在一起的方式才能達成保護的目的，利用其它保護元件亦 能達成同樣功效，例如採用石英片。 同時可以預見的是，不對稱的分佈形態绒使不算是會 被雙重大氣氣饉所促進，亦會有良好的影響，尤其是其中 一面以氬氣處理，另一面以氮氣處理。 以上已掲示本發明之較佳實施例，但必須澄清的是其 中可有許多變更方式和改良，而不脱離本發明之範圍C. (請先閱讀背而之注念事項孙填寫4貝) 裝-

經濟部中央櫺準局员工消伢合作社印M -1 η - 本紙张尺度逍用中®困家標準（CNS) Τ4規格（210x25^公*)

Claims (1)

1. 205110 ^ C7 :___D7______________ 六、申請專利範園 {請先間請背面之注意事項再滇篇本頁) 1. 一種處理矽晶片之程序，得以獲致受控之沉澱物密度 分佈形態，其持戡在於包括下列操作： (a) 把晶片投入初步熱處理，其中溫度介於950°C«I 11 5 0 t：之間，最好是在約11 5 0 C的溫度，為時約 15分鐘； (b) 經過標準化學刻蝕處理之後，把一對對相互緊密 熱結合在一起的晶片投入一値快速退火處理，其 中溫度介於1 2 0 0 t：和1 2 7 5 T：之間，為時數十秒； (c) 把晶片投入進一步熱處理，其中溫度介於900t 和1 0 0 ο υ之間；且最後， (d) 從轤中取出晶片，並對快速退火處理中相互緊密 熱結合在一起的晶Η的表面進行表面處理。 2. 如申請專利範圍第1項所逑之矽晶片處理程序，其中 該初步熱處理是在約1100Τ的溫度進行，其作用在於 進一步減少''缺陷〃密度並建立均勻的起始條件。 3. 如申請專利範圍第1項所逑之矽晶Η處理程序，其中 該快速退火處理包括把把一對對结合在一起的晶片投 入一膣熱流，為時10秒到40秒的時段，以産生沉澱锪 前身物。 4. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶片處理程序，其中 該進一步熱處理是以單階段或雙階段進行。 5. 如申請專利範圍第4項所逑之矽晶片處理程序，其中 該進一步熱處理是以雙階段進行，其中第一階段是在 本纸張尺度通用中國困家揉準（CNS)甲4規格(210x297公釐） Α7 Β7 C7 D7 六、中锖專利範面 9 0 0 t：,第二階段是在lOOOt：,各別為時4小時和16小 時之時段。 6. 如申諳專利範圍第1項所述之矽晶Η處理程序，其中 該相互緊密熱结合在一起的晶Η是以簡單之表面之間 之機械熱接觸達成。 7. 如申請專利範圍第1項所述之矽晶片處理程序，其中 該相互緊密熱結合在一起的晶片是以緊密結合技術達 成，且其中是以表面之間之原子鍵结合（晶片鍵）。 8 . —種處理矽晶片之程序，得以獲致受控之沉澱物密度 分佈形態，其特馓在於包括下列操作： (a )把晶Η投入初步Μ處理，其中溫度介於9 5 0 t和 11 5 (TC之間，為時约1 5分鐘； (b) 绖過標準化學刻蝕處理之後，把其中一面受保護 之晶片於惰性氣醴下投入一個快速退火處理，其 中溫度介於1 2 0 0 t和1 2 7 5 Ό之間，為時數十秒； (c) 把晶Η投入進一步熱處理，其中溫度介於9001C 和1 ο ο ο υ之間；且最後， 挝浒部屮央櫺準工消费合作社印51 (猜先閱請背面之注意事項再填商本頁) (d )從壚中取出晶Η ,並對快速退火®理中相互緊密 熱結合在一起的晶片的表面進行表面處理。 9.如申諳專利範圍第8項所逑之矽晶片處理程序，其中 該惰性氣體為氮氣。 1 0.如申請專利範圍第8或9項所述之矽晶片處理程序， 其中該保護方式是以另一片矽晶片達成。 -2 - 衣纸ft尺度適用中ag家堞準（CNS)T4規格(210x297公嫠） 六、中請專利範ffl A7 B7 C7 D7 , ，其 序 序在 程 程以 理 理是 處處法 片 片方 晶 晶的 矽 矽鎏 之。之影 逑成述氣 所達所氮 項片項受 9 英 9 不 。 或石或面成 8 以 8 一 達 第是第之而 困式圍片氣 範方範晶氬 利護利護施 專保專保佈 請該讅該上 申中申中面 如其如其表 • · 12 ................................f ..................it(……：................訂……!....................線 (請先閑讀背面之注意事項再填寫本ΪΓ) 本纸》尺度適用中困困家標準（CNS)甲4規格（210x297公釐）