TW467974B

TW467974B - Single crystal silicon wafer and process for preparing the same

Info

Publication number: TW467974B
Application number: TW088117746A
Authority: TW
Inventors: Robert J Falster; Martin J Binns; Alan Wang
Original assignee: Memc Electronic Materials
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-12-11
Also published as: JP4875800B2; CN1323362A; JP2002527895A; WO2000022198A1; EP1125008B1; KR100622884B1; US20020083889A1; DE69908965T2; DE69908965D1; EP1125008A1; KR20010079992A; US6416836B1; WO2000022198A9; CN1296526C; US6743289B2

Description

五、發明說明（1 ) 發明背景本發明大致係關於用於製造電子組件之半導體級單晶妙之製備。尤其，本發明係關於具有大致上無凝聚固有點瑕疵之矽自占間隙支配材料之第一軸向對稱區域及亦大致上興·凝聚2位瑕症之空位支配材料之第二轴向對稱區域或核心之單晶矽錠及晶圓，以及其之製法。用於製造半導體電子組件之大多數程序之起始物料之單晶矽一般係由所謂的捷可拉斯基（Cz0chralski)(「Cz J)方法製備得。在此方法中，將多晶珍加至坩禍中並嫁融，使晶種與熔融矽接觸，及經由緩慢抽出而使單晶成長。於晶頸之生成完成後，經由減低拉引速率及/或熔體溫度使晶體直徑擴大，直至達到期望或標的直徑爲止β接著經由邊控制拉引速率及熔體溫度邊補償逐漸減少的熔體液位，而使具有大致恆足直徑之晶體的圓柱形主體成長。在接近成長程序之終點但在坩堝中之熔融矽用盡之前，晶體直徑必需逐漸降低而形成端圓錐。典型上，端圓錐係經由增加拉晶速率及供應至坩堝之熱而形成。當直徑變得夠小時，則將晶體自熔體分離出來。近年來，已知曉在單晶矽中之許多瑕疵係當晶體於固化後冷卻時，在晶體成長室中生成。此種缺陷部分係由於存在過量（即濃度高於溶解度極限）稱爲空位及自占間隙之固有點瑕疵所致^自熔體成長之矽晶典型上會伴随過量之一種或另一種類型之固有點瑕疵，包括晶格空位（「V」）或矽自占間隙（「I」）之成長。已有人提出在矽中之此等點瑕本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐） -I X -- .广V (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 訂· -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製五、發明說明（2 ) 疵的類型及起始濃度係在固化時所決定，及如此等濃度在系统中達到臨界過飽和的程度，及點瑕疵的移動性夠高，則將可能發生反應或凝聚事件。在複雜及高度積體電路之製造中，在矽中的凝聚固有點瑕疵會嚴重地影響材料的降服位能。已知空位型瑕疵係可觀察到之晶體瑕疵諸如D-瑕疵、流動形態瑕疵（FPD)、閘氧化物整體性（GOI)瑕疵、晶體來源顆粒（COP)瑕疵、晶體來源光點瑕疵（LPD)，以及由紅外光散射技術諸如掃描紅外顯微術及雷射斷層掃描攝影術觀察得之某些種類之整體瑕疵的來源。在過量空位之區域亦存在成爲環氧化引發叠差（OISF)之晶核的瑕戚。據推測此特殊瑕疵係由存在過量空位所催化的高溫晶核生成氧凝聚體0 與自占間隙相關的瑕滅較未受到充分的研究。其一般被视做低密度的間隙型差排環圈或網狀結構。此種瑕斑並非閘氧化物整體性故障-一種重要晶圓性能標準-的來源，但其被廣泛認爲係通常與電流漏洩問題相關之其他類型之裝置故障的原因。習知在捷可拉斯基矽中之此等空位及自占間隙凝聚瑕疵之密度係在約1*1〇3/立方公分至約PiO7/立方公分之範園内β雖然此等値相當低，但凝聚固有點瑕疵對裝置製造商有快速增加的重要性，事實上，其現在被視作在裝置製程中之生產限制因素。至目前爲止，一般存在三種處理凝聚固有點瑕疵之問題 -------------一！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .h 舞 --線· 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格⑵〇x 297公楚y 467974 五、發明說明（3 ) A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製的主要辦法。第一個辦法包括將注意力放在拉晶技術，以降低晶键中之凝聚固有點瑕疵之數目密度之方法。此辦法可再細分爲具有導致生成空位支配材料之拉晶條件之方法，及具有導致生成自占間隙支配材料之拉晶條件之方法。舉例來説，已有人提出凝聚瑕疵之數目密度可由下列方式降低：（i)控制v/G0，以使晶格空位爲支配固有點瑕疵之晶體成長，及（ii)經由改變（一般而言爲減緩）在拉晶過程中砂·錠自約1100 至約1050 X；之冷卻速率，而影響凝聚瑕疵之晶核生成速率。雖然此辦法可降低凝聚瑕戚之數目密度，但其無法避免其生成。隨著由裝置製造商所要求的條件變得愈來愈嚴苛/此等瑕疵之存在將持續成爲更嚴重的問題。亦有人提出將在晶體本體之成長過程中的拉引速率降至低於約0.4毫米/分鐘之値。然而，此建議亦無法令人滿意’由於此一低拉引速率將導致各拉晶器之出料量降低。更重要地’此等拉引速率將導致生成具有高濃度自占間隙之單晶矽。此高濃度依序將導致生成凝聚自占間隙瑕疵及所有與此等瑕疵相關之所產生的問題。處理凝聚固有點瑕疵之問題之第二個辨法包括將注意力集中在於凝聚固有點瑕疵生成後將其溶解或消除之方法。一般而言，此係經由使用晶圓形態之矽的高溫熱處理而達成。舉例來説，Fusegawa等人在歐洲專利申請案5〇3,816 A1中’提出使矽錠在超過0.8毫米/分鐘之成長速率下成長’及將由晶錠切片得之晶圓在1150。(：至1280 °C之範圍令錢尺度適財_家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱） ' ^------------、1___ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： β ;線· 467974 A7 B7 五、發明說明（4 ) 内的溫度下熱處理，以降低在靠近晶圓表面之薄層區域中之瑕疵翁度。然而’當晶鍵之直徑增加時，此一方法可能有問題；換言之，成長速率可能不足以確保材料完全爲空位型固有點瑕戚所支配。如生成凝聚矽自占間隙瑕疯，則熱處理一般並無法有效地將其移除或溶解。處理凝聚固有點瑕疵之問題之第三個辦法係將一梦之薄的結晶層羞晶沈積於單晶砍晶圓之表面上a此方法提供具有大致上無凝聚固有點瑕疵之表面的單晶矽晶圓。然而，蟲晶沈積實質上會增加晶圓之成本。鑑於此等發展’仍持續存在對於可經由抑制產生凝聚自占間隙固有點瑕滅之凝聚反應而防止其生成，同時提供藉以接著移除所存在之凝聚空位瑕戚之方法，而製備單晶硬之方法的需求。此一方法將亦提供就每晶圓所製得之積體電路之數目而言，具有似磊晶降服位能，而無與磊晶程序相關之高成本之單晶妙晶圓。發明總結因此，本發明之目的爲提供大致上無由晶格空位或矽自占間隙之凝聚所產生之瑕疵之實質徑向寬度之軸向對稱區域之單晶矽錠或衍生自其之晶圓；提供此—晶圓，其中間隙支配材料之大致上無瑕病的軸向對稱區域包圍空位支配材料之核心；提供此一晶圓，其中空位材料之核心具有凝表ifc位瑕巍之不均勻分佈；提供单晶砂座定或衍生自其之晶圓之製法，其中控制自占間隙之濃度，以防止當晶健自固化溫度冷卻時，在晶錠之定直徑部分之軸向對稱片斷中之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） *--------I------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46797 4 A7 B7 五、發明說明（5 ) 此等瑕麻的凝聚；及提供此—方法，其中若存在之凝聚空位瑕斑藉由晶圓形態之矽的熱處理而溶解。因此，簡而言之，本發明係關於—種具有中心軸、大致垂直於中心轴之正面及背面、在正面與背面之間之中心平面、周緣、及自中心軸延伸至周緣之半徑。此晶圓包括自周緣徑向向内延伸之第一軸向對稱區域，其中矽自占間隙係王要固有點瑕疵.，JL其大致上無凝聚間隙瑕疵，及其中空位爲王要固有點瑕疵之第二軸向對稱區域，此第二軸向對稱區域包括自正面朝向中心平面延伸之表面層及自表雨層延伸至中心平面之整體層，存在於表面層中之凝聚空位瑕疵之濃度係低於整體層中之濃度。本發明更關於大致上無凝聚固有點瑕疵之單晶矽晶圓之製法。此方法包括使單晶矽晶圓在超過约1〇〇〇 t之溫度下’在氫、氬或其混合物之氣體中熱退火，該晶圓具有中心轴、大致垂直於中心軸之正面及背面、在正面與背面之間之中心平面、周緣、及自中心軸延伸至周緣之半徑、碎自占間隙爲主要固有點瑕疵且大致上無凝聚間隙瑕疵之自周緣徑向向内延伸之第一軸向對稱區域、及空位爲主要固有點瑕疵之位在第一軸向對稱區域之徑向内側之第二軸向對稱區域。熱退火可使在自正面朝向中心平面延伸之層内，存在於第二軸向對稱區域中之凝聚空位瑕疵溶解。本發明又更關於大致上無凝聚固有點瑕戚之妙晶圓之製法’此晶圓#自具有中心轴、晶種圓錐、端圓錐、及在晶種圓錐與端圓錐之間延伸之定直徑部分之單晶矽錠切片而 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I Γ I 1---友 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂·· -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------B7_________ 五、發明說明（6 ) 得’此定直徑部分具有周緣及自周緣朝向中心軸延伸之半徑’此晶錠係根據捷可拉斯基方法自矽熔體成長，然後自固化溫度冷卻。此方法包括（i)使單晶矽錠成長，其中在晶鍵之定直徑部分之成長過程中，在自固化至不低於约1325 °C之溫度之溫度範園内控制成長速度V及平均軸向溫度梯度，以致當使晶錠自固化溫度冷卻時生成定直徑部分之片斷，其包括砂自占間隙爲主要固有點瑕麻且大致上無凝聚間隙瑕拖之自周緣朝中心軸徑向向内延伸之第一抽向對稱區域’及空位爲主要固有點瑕疫之第二抽向對稱區域；（ii)將定直徑部分之片斷切片而得晶圓，此晶圓具有大致垂直於中心軸之正面及背面、及在正面與背面之間之中心平面，此晶圓包括第一及第二軸向對稱區域；及（出）使晶圓在超過約1000 X：之溫度下，在氫、氣、氧、氮、或其混合物之氣體中熱退火，以使在自晶圓之正面朝向中心平面延伸之層内，存在於第二軸向對稱區域中之凝聚空位瑕戚溶解。本發明之其他目的及特徵部分將可由後文而明瞭，及部分將於後文中指出。圖示簡單説明圖1係顯示自占間隙[I]及空位[V]之起始濃度如何随 v/Gq比之値之增加而變化之例子之圖，其中v係成長逮率，及G〇係平均軸向溫度梯度。圖2係顯示生成凝聚間隙瑕疵所需之自由能之變化 △Gt，如何隨溫度τ增加，及對一定的自占間隙⑴之起於 -----1-------Λ___ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 --線- η -9 " 46797 4 五、發嗎說明（7 ) ^度而減小之例子之圖。圖3係顯示當v/G〇比之値由於仏之値之拇時，自占間隙[I]及空位[V]之起始濃度，二而減小晶圓之半徑變化之例予之圖。可注意到在c或自空位支配.材料至自占間隙支配材料之過渡。"1發生圖4係分別顯示空位v及自占間隙心及存在於其之間之V/I邊界之單晶矽以圖。 w 7铌忒叩圓 < 頂視平面經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖5係詳細顯示晶錠之定直徑部分之軸向對稱區域之單晶矽錠之縱向橫剖面圖。 — 圖6係於一系列的氧沈搬處理後，經由掃描晶鍵之抽向切面之少數載體壽命所產生之影像，其詳細顯示空位支配材料之大致爲圓柱形的區域、自占間隙支配材料之大致爲環形的軸向對稱區域、存在於其之間之V/I邊界、及凝聚間隙瑕戚之區域。圖7係拉引速率（即晶種提升）成晶體長度之函數之圖，其顯示拉引速率如何在一部分之晶體長度上線性地減小。圖8係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描晶錠之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，如説明於實施例1。圖9係分別標示爲1-4之四個單晶矽錠之各者之拉引速率成晶體長度之函數之圖，其係用於產生標示爲V*(Z)之曲線，如説明於實施例1。圖10係説明於實施例2之兩不同情況之在熔體/固體界面處之平均軸向溫度梯度G〇成徑向位置之函數之圖° ^紙張疋度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） :.-------------A -11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 線· r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 A7 -----B7__ 五、發明說明（8 ) 圖11係説明於實施例2之兩不同情況之空位[v]或自占間隙[I]之起始濃度成徑向位置之函數之圖。圖12係溫度成軸向位置之函數之圖，其顯示説明於實施例3之兩不同情況之晶錠中的軸向溫度分佈。圖13係由如説明於圖12及如更完整説明於實施例3之兩冷卻條件所產生之自占間隙濃度之圖。圖14係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描整個晶鍵之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，如說明於實施例4 〇圖15係説明V/I邊界之位置成單晶矽錠長度之函數之圖，如説明於實施例5。圖16a係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描自距晶鍵肩部自約100毫米至約250毫米之晶錠之片斷之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，如説明於實施例6。圖16b係於一1系列乳沈殿熱處理後’經由掃描自距晶鍵: 肩部自約250毫米至約400毫米之晶錠之片斷之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，如説明於實施例6。圖17係在晶欽之不同軸向位置之秘向溫度梯度&之圖，如說明於實施例7。圖18係在晶錠之不同軸向位置之平均軸向溫度梯度G〇之徑向變化之圖，如説明於實施例7。圖19係説明在轴向對稱區域之寬度與冷卻速率之間之關係之圖，如説明於實施例7。圖20係於銅修飾及瑕疯描翁蚀刻後，自距晶鍵肩部自 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐）

I I -J — — — — — · -------I ---------ι»ϊ/· <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) V 467974 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（9 ) 約235宅米至約350毫米之晶鍵之片斷之抽向切面之照片，説明於實施例7。圖21係於銅修飾及瑕斑描續·拙刻後，自距晶鏡肩部自約305毫米至約460毫米之晶鍵之片斷之軸向切面之照片，説明於實施例7。圖22係於銅修飾及瑕痴描繚蚀刻後，自距晶錠肩部自約140毫米至約275毫米之晶鍵之片斷之軸向切面之照片，説明於實施例7。圖23係於銅修飾及瑕疵描缯·蝕刻後，自距晶鍵肩部自約600毫米至約730毫米之晶艘之片斷之轴向切面之照片，説明於實施例7。圖24係説明可發生於各種形態之熱區中之自晶錠中心至約一半之晶錠半徑之平均軸向溫度梯度之徑向變化G〇(r) (經由將自固化溫度至X -軸上之溫度平均而測得）之圖。圖25係説明在四種不同熱區形態中之晶錠之軸向溫度分佈之圖。圖26係説明單晶妙晶圓在熱退火前後之光散射展..斑分析之結果（瑕疵大小超過〇.〇9微米）之圖，如説明於實施例 8 〇圖2 7係説明單晶矽晶圓在熱退火前之光散射瑕疵分析之結果（瑕疵大小在0.09-0.11微米之間）之圖，如説明於實施例8。圖28係説明單晶矽晶圓在熱退火後之光散射瑕疵分析之結果（瑕疵大小在〇,〇9-0.11微米之間）之圖，如説明於實 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-I JS, 訂： -線 β 經濟部中央標準局員工消費合作‘社印裝 46 797 4 第眶7746號專利申請案 kl ! "8ft Γ ί Mr J：L·

中文說明書修正¥C90年I月1 D_ I if a S-：I 87 _ - "Ι'ΗΊ ΛΑ 五、發明説明（〖〇 ) 施例8。圖29係說明單晶矽晶圊在熱退火前之光散射瑕疵分析之結果（瑕疵大小在0.11-0.13微米之間）之圖，如說明於實施例8。圖30係說明單晶矽晶圓在熱退火後之光散射瑕疵分析之結果（瑕疵大小在0.11-0.13微米之間）之圖，如說明於實施例8。圖31係說明單晶矽晶圓在熱退火前之光散射瑕疵分軒之結果（瑕疵大小在0.13-0.15微米之間）之圖，如說明於實施例8。圖3 2係說明單晶矽晶圓在熱退火後之光散射瑕疵分軒之結果（瑕疵大小在〇· 13-0.15微米之間）之圖，如說明於實施例8。圖33a至33c係說明在v/G〇與單晶矽内之空位核心之寬度之間之關係’以及核心内之固有點瑕截之濃度之圖β 主要元件符號說明 2 V/I邊界 4 半徑 " 6 間隙支配材料 8 空位支配材料 .9 區域 10 單晶砂鍵；、 12 中心轴 14 晶種圓錐 ' -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(DNS〉Μ規格（21〇χ297公釐）~~ ' (請先聞讀背面之注意事喟再填赛本耳) 、-'β -Λ

狐 K 71Th M i年β曰修止j 上7 1 .捕矣I λ 6 m 號專利申請案中文說明書修正百f9〇车1 五、發明説明（IQA) 16 端圓錐 18 定直徑部分 20 周緣較佳具體實例詳述根據到目前為止的實驗證據，在單晶矽晶圓中之固有點瑕疵’諸如矽晶格空位或矽自占間隙之類型及起始濃度看來最初係由當製得此等晶圓之晶鍵自固化溫度（即約Μ10 °C )冷卻至大於1300 °c之溫度（即至少約1325 °C，至少約 1350 °C或甚至至少約1375。(：）時所決定；換言之，此等瑕病1之類型及起始濃度係由v/G0比所控制，其中v為成長速度，及G〇為在此溫度範圍之平均軸向溫度梯度。現參照圖1，對增加的v/G〇值，在接近v/G〇之臨界_值 {‘靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装_ 訂

經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ -13A- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） 467974 A7 B7 五、發明說明（η ) 時’會發生自逐漸減低的自占間隙支配成長至逐漸增加之空位支配成長的過渡，根據目前所可取得的資訊，v/G。之臨界值似乎係约2.1xl(T5平方公分/秒K(cm2/sK)，其中G〇係在軸向溫度梯度在定義於上之溫度範園内爲定値之條件下測定。在此臨界値下，此等固有點瑕疵之濃度達到平衡。然而，當v/G〇之値超過臨界値時，空位之濃度增加。同樣地’當v/G〇之値低於臨界値時，自占間隙之濃度增加。如此等濃度在系統中達到臨界過飽和的程度，及如點瑕疵的移動性夠高，則將可能發生反應或凝聚事件。因此，如其他文獻所發表（參見，例如， PCT/US98/07365 及 PCT/US98/07304)，經發現可抑制砂母體内之空位反應產生凝聚空位瑕疵及矽母體内之自占間隙反應產生凝聚間隙瑕疵之反應。不受限於特殊理論，一般相信如在晶鍵之成長及冷卻過程中控制空位及自占間隙之濃度，以致系統之自由能變化（△〇)從未超過會自動發生此等凝聚反應之臨界値’則可抑制此等反應。換言之，據信當晶錠自固化溫度冷卻時，可經由防止系統之空位或間隙成爲臨界過飽和，而避免空位及間隙之凝聚。此等瑕戚生成的防止可經由建立相當低之空位或間隙的起始濃度（由v/G0(r)所控制’其中v/G〇(r)代表v/G〇成徑向位置之函數，如進一步論述於下），以致絕不會達到臨界過飽和而達成°然而’事實上’很難在整個晶體半徑上達到此等濃度，因此，一般可經由抑制晶體固化後（即於建立如由v/G〇(r)所測得之起始濃度後）之起始空位濃度或起 -14 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I - 111 - — — II - I - I I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂！ --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 A7 ----------g.7 .______ 五、發明說明（) 始間隙濃度而避免臨界過飽和。 -------------. I I (讀先閱讀背面<注%事項再填寫本貢> 由於自占間隙之相當大的移動性（其一般爲約1〇_4平方公分/秒），及空位之較低程度的移動性，因而可經由自占間隙之徑向擴散至位在晶體表面的槽或至位在晶體内之空位支配區域，而在相當大的距離（即約5公分至約1〇公分以上之距離）影響間隙及空位之抑制。設若可有足夠的時間使起始濃度之固有點瑕疵徑向擴散，則可有效地使用裡向擴散於抑制自占間隙及空位之濃度。一般而言，擴散時間將視自占間隙及空位之起始濃度的徑向變化而定，較小的徑向變化需要較短的擴散時間。 ;線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製典型上’對於根據捷可拉斯基方法成長之單晶秒，平均軸向溫度梯度G〇係成增加半徑之函數而增加。此意謂 v/G。之値在晶錠之半徑上典型上並不爲單—値。由於此變化的結果，固有點瑕疵之類型及起始濃度並非一成不變。如在沿晶錠之半徑4之某點達到在圖3及4指示爲V/I邊界2之v/G〇之臨界値’則材料將自空位支配過渡爲自占間隙支配。此外’晶錠將包含包園空位支配材料8之大致爲圓柱形區域（其中空位之起始濃度成增加半徑之函數而減小）之自占間隙支配材料6之軸向對稱區域（其中矽自占間隙原子之起始濃度成增加半徑之函數而増加）。當包含V/I邊界之晶錠自固化溫度冷卻時，間隙原子及玄位之徑向擴散由於自占間隙與空位之再結合，而造成 V/I邊界之徑向向内移動a此外，當晶體冷卻時，將發生自占間隙之徑向擴散至晶體表面。當晶體冷卻時，晶體表 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 46 797 4 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___B7_____五、發明說明（13 ) 面可維持接近平衡的點瑕疵濃度。點瑕疵之徑向擴散將傾向於降低v/ι邊界外部的自占間隙濃度及νπ邊界内部的空位濃度。因此，如有足夠的時間進行擴散，則在各處之空位及間隙的濃度可使得AGV及Δ&將低於會發生空位凝聚反應及間隙凝聚反應之臨界値。現參照圖5 ’控制晶體成長條件（包括成長速度v、平均軸向溫度梯度Go及冷卻速率），以使根據捷可拉斯基方法成長之單晶矽錠10的生成包括中心軸12 、晶種圓錐 Η 、端圓錐16及在晶種圓錐與端圓錐之間的定直徑部分 18較佳。定直徑部分具有周緣20及自中心軸12延伸至周緣20之半徑4 。可控制晶體成長條件，以生成⑴間隙支配材料6之大致上無瑕疵的軸向對稱區域，及/或㈤）空位支配材料8之大致舄圓柱形區域，其亦可包含大致上無瑕戚的軸向對稱區域9。當存在軸向對稱區域6及9時，其可具有變化寬度，如進一步詳細論述於下。典型上控制成長速度v及平均軸向溫度梯度G(j (如先前所定義），以致v/G〇比之値係自V/Gc之臨界値的約〇 5至约2.5倍（即根據目前對v/Gq之臨界値所可取得的資訊爲約IxlO-5平方公分/秒K至約5χ1〇-5平方公分/秒κ)。wg〇比之値係在v/G〇之臨界値的約〇·6至約15倍較佳（即根據目前對之臨界値所可取得的資訊爲約13χ1〇_5平方公分/秒Κ至'約3XW平方公分/移、κ)。ν/〇。比之値係在 A之臨界値的約0.75至約125倍最佳(即根據目前對之臨界値所可取得的資訊爲約ΐ 6χΐ〇_5平方公分/秒κ -16 μ -_1--------I______ (請先閱讀背面之d意事項再填寫本頁) 灯· --線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 467974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14 ) 至約2‘1χ1〇-5平方公分/秒K) ^在一特佳具體實例中，在大致爲圓柱形之區域9内之v/G0具有落在WG〇之臨界値與 v/G〇之臨界値之】j倍之間的値，而在另一較佳具體實例中’在大致爲圓柱形之區域6内之v/G〇具有落在V/G0之臨界値之約0.75倍與v/g0之臨界値之間的値。爲使軸向對稱區域6及/或9之寬度最大化，使晶錠在下列期間中自固化溫度冷卻至超過約105〇 X之溫度較佳：（i)對150毫米標稱直徑之矽晶爲至少約5小時，以至少約10小時較佳，及至少约15小時更佳，（i i )對2〇〇冥米標稱直徑之秒晶爲至少約5小時，以至少約小時較佳’至少約20小時更佳，至少約25小時又更佳，及至少约30小時最佳，及（iii)對具有大於200毫米之標稱直梗之矽晶爲至少約20小時，以至少約40小時較佳，至少約小時更佳，及至少約75小時最佳。冷卻速率之控制可經由使用目前在技藝中已知用於使熱傳減至最低之任何裝置達成，包括使用絕緣器、加熱器、輻射屏障、及磁場。平均軸向溫度梯度G〇之控制可透過拉晶器之「熱區」 (即石墨或尤其组成加熱器、絕緣、熱及輻射屏障之其他材料）之設計而達成。雖然設計項目可视拉晶器之構造及型式而異，但一般而言，可使用目前在技藝中已知用於抑制在熔體/固體界面處之熱傳的任何裝置控制G〇 ,其包括反射器、輻射屏障、排淨管、光管、及加熱器。—般而 & ’經由將此一裝置設置於懷體/固體界面上方之约1個晶B愈直徑内，而使G〇之徑向變化減至取小e G〇可經由周 -17- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） — ill — ! — — V衣----I ! 1 訂·! •線，丨. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 46797 4 A7 B7 五、發明說明（l5 -____；__1_______ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 整裝置相對於熔體及晶體之位置而作進一步控制。此係經由碉整裝置在熱區中之位置，或經由調整熔體表面在熱區中之位置而完成^此外，當使用加熱器時，可經由調整供應至加熱器之功率而作進一步控制。在批式捷可拉斯基程序中，其中溶體體積在程序中消耗，可使用任何或全部的此等方法。 -線- 對於製備大致上無瑕疵之基材晶圓之方法的一些具體實例，平均軸向溫度梯度Gc成晶錠直徑之函數而相當保持定値一般爲較佳。然而，應注意隨熱區設計的改良，Go 的變化可減至最低，而與維持恆定成長速率相關的機械問題成爲愈來愈重要的因素<5此係由於成長程序變得對拉引速率之任何變化甚爲敏感，其依序會直接影響成長速率 V «就程序控制而言，此意謂使之値在晶錠之半徑上不同爲有利。然而，G〇値的顯著差異會導致高濃度的自占間隙一般朝晶圓邊緣而增加，因而使避免生成凝聚固有點瑕斑的困難度增加。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製鑑於前述説明，G0之控制涉及在使之徑向變化減至最> 與維持有利的程序控制條件之間取得平衡。因此，在約1個直徑之晶體長度後之拉引速率典型上將係自約〇 2 毫米/分鐘至約0.8毫米/分鐘。拉引速率係自约〇·25毫米/ 分鐘至約0.6毫米/分鐘較佳，自約〇‘3毫米/分鐘至约〇 5 毫米/分鐘更佳。應注意拉引速率係視晶體直徑及拉晶器設計而定。所説明的範圍爲200毫米直徑晶體之典型値。一般而言，拉引速率將隨晶體直徑之增加而減小。然而， -18- 467974 A7 B7 五、發明說明（I6 可將拉晶器設計成容許超過此處所説明之拉引速率。因此，將拉晶器設計成使拉引速率可儘可能地快，同時仍可根據本發明而生成抽向對稱區域最佳。對於商業上的實際用途，經由控制當晶錠自固化溫度 (約1410 )冷卻至矽自占間隙變得不可移動之溫度之冷卻速率，而控制自占間隙擴散之量。砂自占間隙在接近梦之固化溫度，即約1410 °C之溫度下，似乎極度可移動。然而，此移動性随單晶矽錠之溫度的減低而減小。一般而言，自占間隙之擴散速率有相當大程度的減緩，以致其在低於约700 °C之溫度下，及或許在高至800、900。匚、 1000 °C、或甚至1050 °c之溫度下，對商業上實際的時間長度基本上不移動。經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) -線_ 應注意在此方面，雖然發生自占間隙凝聚反應的溫度理論上可在寬廣的溫度範圍内變化，但實除上，對於習知的捷可拉斯基成長矽，此範圍似乎相當窄。此係在根據捷可拉斯基方法成長之矽中典型上製得之起始自占間隙濃度之相當狹窄範園的結果。因此，一般而言，若有發生自占間隙凝聚反應的話，其可發生在約11〇〇τ至約8〇〇Ό範圍内之溫度下，及典型上係在约1050 °C之溫度下。因此，在自占間隙似乎可移動之溫度範園内，及視熱區中之溫度而定，冷卻速率典型上係自約〇1 t /分鐘至約3 X/分鐘。冷卻速率自約〇1。〇/分鐘至約15。〇/分鐘將較隹，自約（U Ό/分鐘至約！。(：/分鐘更佳，及自約〇1 口分鐘至約0.5 °C /分鐘又更佳^ -19- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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經由控制晶錠在自占間隙似乎可移動之溫度範園内之冷卻速率，自占間隙可有更多時間擴散至位在晶體表面的槽或至空位支配區域，在此其可被消除。因此可抑制此等間隙之濃度，而可防止發生凝聚事件。利用間隙之擴散性，經由控制冷卻速率，可使以其他方式所可能需要之嚴格的 V/G0條件放寬，以製得大致上無凝聚瑕疵之軸向對稱區域。換種方式來説，由於可控制冷卻速率以使間隙有更多時間擴散的結果，對於製得無凝聚.瑕疵之軸向對稱區域，可以接受相對於臨界値之較大範園的v/G〇値。爲在晶體之定直徑部分之些許長度上獲致此等冷卻速率，亦必須考慮晶錠之端圓錐的成長程序，以及一旦端圓錐成長完成時之晶錠的處理。典型上，當晶錠之定直徑部分的成長完成時，將增加拉引速率，以開始形成端圓錐所需的推拔程序（tapering)。然而，此—拉引速率之增加將導致足直fe部分之下方片斷在間隙充分可移動之溫度範圍内更快速地冷卻，如以上所論述。結果，此等間隙不會有足夠的時間擴散至槽中而消除；換言之，在此下方片斷中之濃度不會獲得充分程度的抑制，且會產生間隙瑕疵之凝聚。因此’爲防止在晶錠之此下方片斷中發生此等瑕疵之生成’晶錠之定直徑部分具有根據捷可拉斯基方法之均勻熱史較佳。均勻的熱史可經由不僅在定直徑部分之成長過程中’並且在晶體之端圓錐的成長過程中，及可能在端圓錐之成長後，在相當恆定的速率下，將晶錠自矽熔體拉出而 -20- 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） IIIIIIIIII1H I · ! I {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 --線· 467974 A7

達成。更明確言之，當端圓錐之成長開始時， w 圓錐之拉引速率，以確保晶錠之定直徑部分之任何片斷維持在超過約1050 °C之溫度下，將可經歷與已冷部至低於約 1050 C之溫度之包含無凝聚固有點瑕疵之軸向鮮稱區域^ 晶錠之定直徑部分之其他片斷相同的熱史。相當值定的速率可例如利用下列方式達成：⑴相對於在晶體之定直徑部分之成長過程中之坩堝及晶體旋轉速率，降低在端圓錐之成長過程中之坩堝及晶體的旋轉速率，及/或（ii)相對於在端圓錐成長過程中習慣供應之功率，增加在端圓錐之成長過程中供應至加熱器用於加熱矽熔體之功率。此等程序變數的額外調整可獨立或結合發生。如先前所指出，存在可達到抑制凝聚間隙瑕疵之空位支配區域的最小半徑。最小半徑之値係视V/G()(r)及冷卻速率而定。由於拉晶器及熱區設計將會改變，因而以上關於 WG0(r)、拉引速率、及冷卻速率所呈現之範圍亦將随之變化。同樣地，此等條件可沿成長晶體之長度而變化。亦如月'J所扣’使無凝聚間隙瑕疵之間隙支配區域之寬度最大化較佳。因此，希望將此區域之寬度維持於儘可能接近，但不超過在指定拉晶器中，在沿成長晶體長度之晶體半徑與空位支配區域之最小半徑之間之差的値。可以驗方式決定對於指定的拉晶器熱區設計，使軸向對稱區域6及視需要使9之寬度最大化所需之拉晶速率分体。一般而言，此實驗辦法包括先對在特殊拉晶器中成長之晶鍵求得在軸向溫度分佈上所可容易取得的數據，以及 -21- 本紙張尺度顧中國國家標準（CNS)A4規格⑵0 x 297公楚） II----------1 - 1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 46 7974 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（19 ) 對在相同拉晶器中成長之晶錠求得平均軸向溫度梯度的徑向變化整體使用此數據於拉引一或多個單晶妙欽，然後分析凝聚間隙瑕疵之存在。以此方式可決定最適拉引速率分佈。除了由於G〇在晶錠半徑上之增加所造成之v/(J〇的徑向變化外，v/G0亦可由之變化，或由於可歸因於捷可拉斯基程序之G〇的自然變化而在軸向上變化。對於標準的捷可拄斯基程序，於在整個成長週期中調整拉引速率而改變’以使晶健維持定直徑。拉引速率之此等調整或變化依序使v/G0在晶錠之定直徑部分之長度上改變。因此，希望控制拉引速率，以使晶錠中之軸向對稱區域6及/或 9之寬度最大化。然而，因此會發生晶鍵半徑的變化。因此，爲確保所產生之晶錠具有恆定的直徑，使晶錠成長至較所期望者大的直徑較佳。然後使晶錠進行技藝中之程序標準，以自表面移除過量材料，因此而確保製得具有定直徑部分之晶錠。再次參照圖5 ，本發明之基材晶圓係自單晶矽錠1〇切片而得，單晶矽錠10包括間隙支配材料6之大致上無瑕疵的區域，其可另包園空位支配材料之大致爲圓柱形的區域8 (其之一部分或全部亦可大致上無瑕疵）。或者，區域6可自中心延伸至邊緣，或區域9可自中心延伸至邊緣；換言之，大致上無瑕疵之區域6或區域9之寬度可大約等於晶錠之寬度。軸向對稱區域6 —般具有一自周緣2〇徑向向内朝 — I — ·1 I — 1 I I I ^ - III — ^ —\J. .,y J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 467974 Α7 _____ Β7 五、發明說明（20) 軸1 2測得之寬度，其在一些具體實例中係晶錠之定直徑部分之半徑的至少約5%、1〇%、20%及甚至约3〇%，而在其他具體實例中’其係半徑之至少约4〇%、至少约 60%、或甚至至少約80%較佳。另外，當存在軸向對稱區域9時，其一般具有一沿半徑自V/I邊界2延伸至軸12測得之寬度’其之寬度至少約15毫米，以爲晶錠之定直徑部分之半徑的至少約7.5%較佳，至少約15%更佳，至少約25%又更佳，及至少約50%最佳。在一特佳具體實例中，軸向對稱區域9包括晶錠之軸12，即抽向對稱區域9 與大致爲圓柱形的區域8 —致。轴向對稱區域6及9典型上延伸於晶錠之定直徑部分長度之至少約20%的長度上。然而，此等區域具有晶鍵之定直徑郅分長度之至少約40%的長度較佳，至少約6〇„/〇更佳，及至少約80%又更佳。應注意轴向對稱區域6及9之寬度可沿中心抽12之長度而有一些變化。因此，對於指定長度之軸向對稱區域 6 ’其寬度係經由徑向測量自晶錠10之周緣20朝向最遠離中心軸之點之距離而測得。軸向對稱區域9之寬度係以類似方式經由徑向測量自V/I邊界2朝向最遠離中心軸之點之距離而測得。換言之，測量各區域之寬度，以測得在轴向對稱區域6或9之指定長度内之最小距離。對於具有V/I邊界之晶鼓，即含有空位支配材料之晶鉸’低氧含量之材料，即低於約13 PPMA (每百萬份原子之份數，ASTM標準IM21-83 )，典型上爲較佳。單晶珍包 _ -23- 本紙^尺度適用甲關家標準（CNS)A4規格⑽_公楚了 ' --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 五、發明說明（21 ) 含低於约12 PPMA氧更佳，低於約u PPMA氧又更佳，及低於约1〇 PPMA氧最佳。低氧含量爲較佳，由於在中至高氧含量晶圓中（即14PPMA至18PPMA)，氧引發曼差及恰在邊界内之增進氧聚集之帶的生成變得更爲顯著。其各爲在指定積體電路製程中之問題的可能來源。增進氧聚集之效應可經由單獨或結合使用許多方法而進 —步降低。舉例來説，在於約35〇 τ至约75〇。〇範園内之溫度下退火的矽中，典型上會生成氧沈澱晶核生成中心。因此，對於一些應用，晶體爲「短」晶體可能較佳，即爲在捷可拉斯基程序中於晶錠快速冷卻後已成長至晶種端自矽之熔點（約1410。〇冷卻至約750 I之晶體。以此方式，才匕費在對晶核纟成中心之生成爲重要之溫度範園内的時間維持於最小値，及氧沈澱晶核生成中心在拉晶器中生成之時間不充分。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製然而，在單晶之成長過程中生成之氧沈澱晶核生成中心經由使由根據本方法製備得之晶錠切片得之單晶矽晶圓退火而溶解較佳。切片，以及標準的矽搭接、蚀刻、及拋光技術揭示於’例如，F.版mura ，半導體矽晶祜| i^g3nkQMu_ct〇r. Silicon Cry.staLTechn〇l〇ev^ ，學術出版社 (Academic Press)，1989 ，及贫化學蝕刻（silieon Chemical Etching)，(J. Grabmaier 編輯）Springer-Verlag，紐约， 1982 (以提及的方式併入本文中）。設若其尚未進行安定熱處理，則氧沈澱晶核生成中心可經由將發快速加熱至至少約875 C之溫度而由矽晶圓退火，及以繼續將溫度增加 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复) 467974 A7

五、發明說明（22 ) 至至少1000 °C、至少11〇〇X：以上較佳。當矽達到_ec 時，大致上所有（例如，>99%)的此等瑕疵皆經退火。應快速地將晶圓加熱至此等溫度，即溫度增加速率爲至少約每分鐘10 τ，及以至少約每分鐘5〇更佳。否則一些或所有的氧沈澱晶核生成中心會經由熱處理而安定化。平衡似乎會在相當短的時間内達成，即在約6〇秒左右或者更短。因此，單晶矽中之氧沈澱晶核生成中心可經由使其在至少約875 °C之溫度下，以至少約95〇 °C較佳，及至少約 1100 X更佳，退火至少約5秒之時間，及以至少約1〇分鐘較佳，而溶解。溶解可於習知之爐或快速熱退火（RTA)系統中進行。矽之快速熱退火可於許多市售快速熱退火（「rTA」）爐之任何一者中進行，其中晶圓係由一组高功率燈泡個別加熱。 R T A爐可快速加熱矽晶圓，例如’其可在數秒内將晶圓自室溫加熱至1200 °C。一此種市售的RTA爐爲購自AG 會社（AG Associates)(加州山景市（Mountain View))之 610 型爐。此外’溶解可於秒錠或矽晶圓上進行，以晶圓較佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 '-------------,Ά___ (請先閱讀背面之注音ί事項再填寫本頁) 線· 在本發明方法之一具體實例中，在晶錠之軸向對稱、自占間隙支配區域6中控制矽自占間隙原子之起始濃度。再次參照圖1 ，一般而言，矽自占間隙原子之起始濃度係經由控制晶體成長速度v及平均軸向溫度梯度〇〇，以致在發生V/I邊界處，v/G〇比之値相當接近此比之臨界値而控制。此外，可建立平均軸向溫度梯度G。，以致亦控制成晶錠半徑之函數之變化（即G0(r)，及因此， -25- 本紙張瓦度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^6 797 ^ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（23 ) v/G〇(r))。在本發明之另一具體實例中，控制v/G0，以致沿晶鍵之至少一部分長度之半徑不存在V/I邊界。在此長度，矽在自中心至周緣爲空位支配，及主要經由控制v/G。’而在自晶錠之周緣徑向向内延伸之軸向對稱區域中避免凝聚空位瑕疵。換言之，控制成長條件，以致v/Go具有落在Vj/G〇之臨界値與之臨界値之1.1倍之間的値。應注意根據本發明製備得之晶圓適合使用作爲其上可沈積磊晶層之基材。磊晶沈積可利用技藝中常用之方式進行。此外，如以下的實施例8所説明，亦應注意根據本發明所製備得之晶圓尤其相當適合與在氫、氬、氧或氣’以及其混合物之高純度氣體中之熱退火處理結合使用°更明確言之，如在晶圓内存在空位支配區域，且此區域包含凝聚空位瑕疵，則可使晶圓進行熱退火；退火之溫度、期間及氣體環境係使得凝聚空位瑕疵可在晶圓之表面層内有效地消除、溶解、或減小尺寸。一般而言，此熱退火之條件係技藝中常用於溶解此等瑕疵者。（參見，例如，Fusegawa 等人，歐洲專利申請案5〇3,816 Al ; S· Nadahara等人，「氫退火砂晶圓（Hydrogen Annealed Silicon Wafer)」’固態現象（Solid State Phenomena)，57-58 卷，19-26 頁（1997);及 D. Graf 等人，「高溫退火秒晶圓（High-Temperature Annealed Silicon Wafers)」），電化學學會會報（Electrochemical Society Proceedings)，97-22 卷，18-25 頁（1997) 〇 )另外，適當地 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --1丨訂---丨丨線 J. 467974 Α7 Β7 五、發明說明（24 ) 選擇晶圓載入條件、溫度升溫及推/拉速率，以確保可避免滑動及彎曲。 (請先閲讀背面之注意事頊再填寫本頁) 在熱退火之前，典型上使晶圓進行清潔程序，以移除存在於晶圓表面或其附近之任何金屬污染物，及防止此等淨染物在退火過程中被帶入晶圓本體内。另外，可使用rCA 型SC-1清潔溶液（參見’例如，f· ghimura ’半導體硬晶技術· ’學術出版社，1989，188-191頁及附錄χπ，以提及的方式併入本文中）重複地清潔晶圓，以移除若未經移除的話’會導致表面霧度問題之任何存在的表面氧化物。根據本方法，晶圓典型上將係在一溫度下加熱_段足以使存在於自表面延伸至期望深度之表面層中之凝聚空位瑕疵溶解之期間，此溫度及期間随期望深度之增加而增加。更明確5之’晶圓將係在習知的石英管型爐中，在超過約 1000 之溫度下加熱至少約i小時，然而，將晶圓加熱至自約1100°C至約13〇〇τ之溫度範園約：！小時至約4小時較佳’及加熱至自約1200 C至約1250 之溫度範園約2 至約3小時更佳。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製應注意凝聚空位瑕痴亦可使用RTA系統溶解，主將可使用較短的處理時間。典型上，如使用此—方法，則晶圓將被快速地加熱至標的溫度，並在此溫度下退火相當短的時間。一般而言，使晶圓受到超過約1 1〇〇之溫度，以約1150 X：較佳，及约1200 °C更佳。晶圓一般將在此溫度下維持至少1秒，典型上爲至少數秒（例如，2、6、10 以上），及視晶圓之期望特性而定，維持可達約60秒之期 -27- 本紙張尺度適用中國國家標單（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 467974 A7 B7 五、發明說明（25 ) 間（其幾乎係市售快速熱退火器之極限）。更應注意將使用高純度的石英或碳化矽爐组件，諸如營及船形容器，以避免在熱退火之過程中引入污染物較佳。除了熱退火的溫度、期間、氣體及升溫條件（即達到榡的退火溫度之速率）之外，待溶解之凝聚瑕疵的大小係返火對於移除此等瑕疵之效率的一項因素。因此，可經由對許夕樣品改變處理溫度、時間及氣體組合物，直至達到期望深度之層爲止，而以實驗方式決定達到期望結果所需的條件。自晶圓之表面朝中心或中心平面測得之表面層的期望深度可自數微米（即約1、2、4、6、8、10微米）至數十微米（即20 、40 、 80微米以上），至數百微米 (100、200、300微米以上），直至晶圓之中心。如進一步論述於以下的實施例8，使晶圓進行此瑕疵溶解處理將導致存在於表面層内之凝聚空位瑕戚之數目密度相較於整體層（即自晶圓之表面層延伸至中心或中心平面之層）的顯著降低。更明確言之，在此表面層内之此等瑕疵之數目密度相較於晶圓之本體可降低約20%、40%、 60%、80%以上然而，使此表面層大致上無凝聚空位瑕痴較佳。另外，應注意存在於表面層内之凝聚空位瑕疵之大小亦可顯著地降低。更應注意此等瑕疵之起始大小會影響本方法之結果，由於較小的凝聚瑕疵更容易經由熱退火處理而溶解或減小尺寸。一般而言，凝聚瑕濟之大小隨含有此等瑕疵之空位支配區域之寬度的減，j、而減小。因此，對於一 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） Γ清先閱讀背面之注意亊項再填寫本頁> 、^il----訂-- -----線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46 7974 A7 ---—-sz_____ 五、發明說明（26 ) 些具體實例，使空位區域之寬度減至最小，以使此等凝聚瑕疵當存在時可更有效率地溶解較佳。相較於習知之快速拉引方法，其中晶錠係在高速率下成長，以嘗試使材料成爲完全空位支配，本發明之方法當單晶矽錠之直徑增加時，可能爲特佳。不受限於任何特殊理論，一般相信對於具有甚大直徑之晶錠（例如，至少約 300毫米以上）了能播法維持夠高的成長速率，以確保珍材料爲完全空位支配。換言之，當晶錠直徑増加時，晶錠之定直徑部分將更可能包含具有間隙支配材料之區域之片斷。因此，必需適當地控制成長條件，以避免在此區域内生成凝聚間隙瑕疫。孽聚瑕减之視覺檢杏凝聚瑕疵可利用許多不同技術偵測。舉例來説，流動形態瑕疵、或D-瑕疵典型上係經由先將單晶矽樣品在塞可 (Secco)蚀刻溶液中蚀刻約3〇分鐘，然後對樣品進行顯微檢查而偵測得。（參見，例如，H. Yainagishi等人，半導體科學技術（Semicond· Sci. Technol.) 7，A135(1992))。雖然此係偵測凝聚空位瑕疵之標準方法，但亦可使用此方法於偵測凝聚間隙瑕斑。當使用此技術時’此等瑕痴當存在時，其在樣品表面上以大坑洞出現。凝聚瑕戚亦可使用雷射散射技術，諸如雷射散射斷層攝影術偵測，其典型上較其他蝕刻技術具有更低的瑕疵密度偵測極限。另外，凝聚固有點瑕疵可經由以當施加熱時可擴散至單 -29- ϋ張尺國國家標準（CNS)A4規格（2J0 X 297公f ) ' -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -— IK 1« - 訂---------線 J· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46797 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（27 ) 晶秒母體内之金屬修飾此等瑕疵，而作視覺偵測。明確言之單09碎樣品’諸如晶圓、金屬塊或厚板，可經由先將樣品之表面塗布含有可修飾此等瑕疵之金屬之组合物，諸如濃硝酸鋼溶液，而以視覺方式檢查此等瑕疵之存在。然後使經塗布樣品加熱至在約900 X：及約1000 °C之間之溫度約5分鐘至約15分鐘，以使金屬擴散至樣品内。然後使經熱處理之樣品冷卻至室溫，因此而使金屬成爲臨界過飽和’及在樣品母體内存在瑕疵之部位沈澱。於冷卻後’經由以亮光蝕刻溶液將樣品處理約8至約 12分鐘，先使樣品進行非瑕疵描繪蝕刻，以移除表面殘留物及沈澱物。典型的亮光蝕刻溶液包含約55百分比硝酸（70重量百分比溶液），約2〇百分比氫氟酸（49重量百分比溶液），及约25百分比氫氣酸（濃溶液）β 然後以去離子水滌洗樣品，並經由將樣品浸於塞可或萊特（Wright)蝕刻溶液中，或以其處理約35至約55分鐘，而進行第二次蝕刻步驟。典型上，樣品將使用包含約1:2比例之0_15 Μ重鉻酸鉀及氫氟酸（49重量百分比溶液）之塞可蝕刻溶液蝕刻。此蝕刻步驟可顯示出或描繪出可能存在的凝聚瑕疵。一般而言，無凝聚瑕疵之間隙及空位支配材料之區域可藉由以上説明的鋼修飾技術，而與彼此或與含有凝聚瑕歲之材料作區別。無瑕疵間隙支配材料之區域不包含經由蚀刻所顯示出之經修飾特徵，而無瑕疵空位支配材料之區域 (在如前所述之高溫氧核溶解處理之前）包含由於氧枝之麵 t請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) I I I I--—訂 ---- --- _ 30-

467974 A7 B7 五、發明說明（28 ) 修飾所造成的小蝕刻坑洞。定義文中所使用之下列片語或術語將具有所指示的意義：「凝聚固有點瑕疵」係指由下列因素所造成之瑕疵：（i)由空位凝聚產生D-瑕疵、流動形態瑕疵、閘氧化物整體性瑕歲、晶體來源顆粒瑕麻、晶體來源光點瑕巍、及其他此等與空位相關之瑕疵之反應，或（ii)由自占間隙凝聚產生差排環圈及網狀結構、及其他此等與自占間隙相關之瑕疵之反應；「凝聚間隙瑕疵」將係指由矽自占間隙原子凝聚之反應所造成之凝聚固有點瑕疵；「凝聚空位瑕疵」將係指由晶格空位凝聚之反應所造成之凝聚空位點瑕疵；「半控」係指自晶圓或晶錠之中心軸測量至周緣之距離；「大致上無凝聚固有點瑕疵」將係指凝聚瑕疵之濃度低於此等瑕疵之偵測極限，其目前係約103瑕疵/立方公分；「V/I 邊界」係指材料自空位支配改變成自占間隙支配之沿晶錠或晶圓之半徑的位置；及「空位支配」和「自占間隙支配」係指材料中之固有點瑕疵分別主要爲空位或自占間隙。實施例實施例1至7説明可製得晶圓之單晶矽錠之製備，此晶圓適合於根據本發明熱退火；換言之，此等實施例説明可製備得具有間隙支配材料之大致上無瑕疵之軸向對稱區域，其包園空位支配材料之核心之單晶矽晶圓。實施例8 説明熱退火對存在於此一晶圓之核心中之凝聚空位瑕疵的 -31- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -ill--丨—訂 -------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 A7 B7 五、發明說明（29 ) 影響。關於實施例1至7，應注意此等實施例説明可用於達到期望結果的—組條件。存在另一種決定指定拉晶器之最適扛引速率分佈之辨法。舉例來説，替代使一系列的晶錠在不同^引速率下成長，可使單晶在沿晶體長度增加及減小 <扭引迷率下成長；·，在此辦法中，將使凝聚自占間隙瑕疵在單晶之成長過程中出現及消失多次。然後可對許多不同晶體位置決定最適拉引速率。所有實施例係僅呈現供説明用途用，因此不應將其以限制意味解釋。實施例1 具有預存在熱區設計之拉晶器之最適化程序使前200毫米之單晶矽錠在拉引速率在晶體長度上自約〇·75愛米/分鐘線性升溫至約〇35毫米/分鐘之條件下成長。圖7顯示拉引速率成晶體長度之函數D將在拉晶器中之成長中之200毫米晶錠之預先設定的軸向溫度分佈及平均軸向溫度梯度G0之預先設定的徑向變化，即在橡體/固體界面之軸向溫度梯度列入考慮，選擇此等拉引速率，以確保晶鍵在晶錠之一端在自中心至邊緣將係空位支配材料’及在晶錠之另一端在自中心至邊緣將係間隙支配材料。將長成的晶錠縱向切片及分析，以測定在何處開始生成凝聚間隙瑕痴。圖8係於一系列顯現出瑕疵分佈形態之氧沈澱熱處理後’經由掃描在距晶錠肩部自約635毫米至約760毫米部 -32- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------— 訂 i! I線 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（3〇 ) 仝上之晶錠之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像。在約680毫米之晶體位置，可看到凝聚間隙瑕疵28之帶。此位置對應於v*( 680毫米）=0.33毫米/分鐘之臨界拉引速率。在此點，軸向對稱區域6 (爲間隙支配材料，但缺少凝聚間隙瑕疵之區域）之寬度爲其之最大値；空位支配區域8之寬度Rv (680)爲約35毫米，及軸向對稱區域之寬度R：i*(680)爲約65毫米。然後使一系列之四個單晶砂鍵在稍大於及稍低於製得前 200毫米晶錠之最大寬度之軸向對稱區域之拉引速率的穩態拉引速率下成長。圖9顯示分別標示爲1-4之四侗晶體之各者之拉引速率成晶體長度之函數。然後分析此四個晶體’以測定最先出現或失去凝聚間隙瑕疵之軸向位置（及對應的拉引速率）。此四個實驗測定點（標示爲「*」）示於圖9。在此等點之間内插及自此等點外插得到在圖9標示爲v * ( Z )之曲線。此曲線代表軸向對稱區域在其最大寬度之200毫米晶體之拉引速率成在拉晶器中之長度之函數的第一次概算。其他晶體在其他拉引速率下之成長及此等晶體之進一步分析將可進一步修正/(Z)之實驗定義。實施例2 σ〇(Γ)之徑向變化的降低圖10及11説明可經由降低在溶體/固體界面處之軸向溫度梯度之徑向變化Go(r)而獲致之品質改良β對具有不同G0(r)之兩情況計算空位及間隙之起始濃度（約距熔體/固 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇 χ 297公釐） {請先閱讀背面之生意事項再填寫本頁) — --------訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46797 4 A7 ____B7_______ 五、發明說明（31 ) 體界面 1 公分）：（1) G〇(r) = 2.65 + 5xlO-V (K/ 毫米），及（2) G〇(r) = 2.65 + 5xlO~5r2 (K /毫米）。對各情況，調整拉引速率，以致在富含空位之矽與富含間隙之矽之間的邊界係在 3公分之半徑處。對情況1及2所使用之拉引速率分別爲 0.4及0.35毫米/分鐘。由圖u ，可清楚看到在晶體之富含間隙部分中之間隙的起始濃度随起始軸向溫度梯度之徑向變化的降低而劇烈地降低。如此由於更容易避免可歸因於間隙過飽和之間隙瑕疵團簇的生成，而導致材料品質的改良ΰ 實施例3 間隙的增加向外擴散時間圖12及13説明可經由增加供間隙向外擴散用的時間而獲致的品質改良a對在晶體中具有不同軸向溫度分佈 dT/dz之兩情況計算間隙濃度。在熔體/固體界面之軸向溫度梯度對兩情況爲相同，因此間隙之起始濃度（約距橡體/ 固體界面1公分）對兩情況爲相同。在此實施例中，調整拉引速率，以致整個晶體爲富含間隙。兩情況之拉引速率皆爲0.32毫米/分鐘。在情況2中較長之供間隙向外擴散用之時間導致間隙浓度的整體降低。如此由於更容易避免可歸因於間隙過飽和之間隙瑕疵圈簇的生成，而導致材科品質的改良。實施例4 使700毫米長、150毫米直徑之晶體以變化的拉引逮率成長。拉引速率幾乎成線性地自在肩部之約1 ‘2毫米/分鐘 -34- 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ----訂---------線. —靡： 467974 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（32 ) 變化至在距肩部430毫米之約0‘4毫米/分鐘，然後再幾乎成線性地在距肩部700毫米處回到約0.65毫米/分鐘。在此等條件下，在此特殊拉晶器中，在距晶體肩部自約32〇毫米至约525毫米之晶體長度範圍内使整個半徑在富含間隙之條件下成長。參照圖14 ，在約525毫米之軸向位置及約0.47毫米/分鐘之拉引速率下，晶體在整個直徑範圍無凝聚固有點瑕戚團讓。換言之，在晶體之一小段中，軸向對稱區域，即大致上無凝聚瑕疵之區域的寬度等於晶錠之半徑》實施例5 如實施例1所説明’使一系列之單晶梦鍵在變化拉引速率下成長，然後進行分析以測定凝聚間隙瑕疵最先出現或消失之軸向位置（及對應的拉引速率）。在拉引速率對軸向位置之圖上作圖，由此等點之間内插及自此等點外插，得到代表軸向對稱區域在其最大寬度之200毫米晶體之拉引速率成在拉晶器中之長度之函數之第一次概算之曲線。然後使其他晶體在其他拉引速率下成長，及使用此等晶體之進一步分析於修正此實驗測定的最適拉引速率分佈。使用此數據及依照此最適拉引速率分佈，使長度約 1000毫米及直徑約200毫米之晶體成長。然後使用技藝中標準的氧沈澱方法，分析由不同軸向位置得到之長成晶體之切片’以（i)測定是否生成凝聚間隙瑕疵，及（U)測定V/I 邊界之位置成切片丰徑之函數。以此方式測定轴向對稱區域之存在’以及此區域之寬度成晶體長度或位置之函數。 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -i --------訂---------線 U- 467974

對距晶銳肩部自約毫米至約950毫米之轴向位置所得的結果呈現於圖15《圖中。此等結果顯示可決定單晶梦鍵之成長的拉5丨速率分佈，以m之定直徑部分可包含具有足直徑部分之半徑之至少約桃長度之由周緣徑向朝向晶錠之中心軸測得之寬度的轴向對稱區域。此外，此等結果顯示此軸向對稱區域可具有约爲晶錠之定直徑部分之75%長度之沿晶鍵之中心軸測得的長度。實施例6 使具有約1100毫米長度及約15〇毫米直徑之單晶矽錠以逐漸減小的拉引速率成長。在晶錠之定直徑部分之肩部的拉引速率爲'約1冑米/分鐘。拉？|速率以指數方式減低至對應於距肩邵約200毫米之軸向位置的約〇 4毫米/分鐘。扛引速率接著以線性方式減小，直至在接近晶錠之定直控部分之末端達到約〇. 3毫米/分鐘之速率爲止。在此等方法條件下，在此特殊熱區形態中，所產生之晶錠包含軸向對稱區域具有約等於晶錠半徑之寬度的區域。現參照圖16a及16b，其係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描晶錠之一部分之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像’其呈現軸向位置自約100毫米至约25〇毫米及约 250當米至约400毫米之晶錠的連續片斷。由此等圖可以看到在晶錠内’在軸向位置自距肩部約17〇毫米至約290 毫米之範圍，存在在整個直徑範園無凝聚固有點瑕疵之區域。換言之，在晶錠内存在軸向對稱區域，即大致上無凝聚間隙瑕疵之區域的寬度約等於晶錠半徑之區域。 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Γ I I--------I I (請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) ----訂---------線J· 1Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ 6797^ Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（34 ) 此外，在軸向位置自約125毫米至約170毫米及自約 290毫米至大於400毫米之區域中，存在無凝聚固有點瑕疵之間隙支配材料之軸向對稱區域，其包園亦無凝聚固有點瑕疵之空位支配材料之大致爲圓柱形的核心。最後’在轴向位置自約1〇〇毫米至約125毫米之區域中，存在無凝聚瑕疵之間隙支配材料之軸向對稱區域，其包圍么位支配材料之大致爲圓柱形的核心。在此空位支配材料内’存在一無凝聚瑕疵之軸向對稱區域，其包圍含有凝聚空位瑕疵之核心。實施例7 冷卻速率及V/I邊界之位置使用以技藝中常用之方式設計，在超過約1〇5〇。〇之溫度下會影響矽之滞留時間之不同的熱區形態，使一系列之單晶矽錠（標稱直徑15〇毫米及200毫米）根據捷可拉斯基方法成長。沿晶錠之長度改變各晶錠之拉引速率分佈，以嘗試產生自凝聚空位點瑕疵之區域至凝聚間隙點瑕疵之區域的過渡。一旦長成，則沿中心軸平行於成長方向將晶錠縱向切割，然後進一步分成厚度各約2毫米之部分。然後使用先前説明的銅修飾技術，將一組此等縱向切片加熱，並故意以銅污染，此加熱條件係適合於使高濃度之銅間隙溶解。於此熱處理後，接著使樣品快速冷卻，其間銅不純物向外擴散或沈澱於存在氧化物團簇或凝聚間隙瑕疵之部位。於標準的瑕疵描繪蝕刻後，以視覺檢查樣品之沈澱不純物的 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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46797 4 五、發明說明（35 ) 存在；無此等沈;殿不純物之區域即讲愈认取即對應於無凝聚間隙瑕疵之區域。使另一组縱向切片進行一系列的氧沈澱熱處理，以在載體壽命製圖之前，造成新氧化物團簇之晶核生成及成長。利用壽命製圖中之對比帶，以測定及測量在各晶錠中在^ 同軸向位置處之瞬間熔體/固體界面之形狀。然後如進一步論述於下，使用熔體/固體界面之形狀的訊息，於估計平均軸向溫度梯度G0之絕對値，及其徑向變化。亦使用此訊息結合拉引速率於估計v/G〇之徑向變化β 爲更嚴密地檢查成長條件對單晶矽錠之所得品質的影響’根據到目前爲止所可取得的實驗證據作出數項據信爲正確的假設。首先，爲簡化熱史的處理，就冷卻至發生間隙瑕病i之凝聚之溫度所需時間而言，假定約105Q。〇係發生梦自占間隙之凝聚之溫度的合理近似値。此溫度似乎與在使用不同冷卻速率之實驗過程中觀察到之凝聚間隙瑕痴密度之變化一致。雖然如前所指，是否發生凝聚亦係間隙之濃度的因素，但據信凝聚將不會發生在高於約1〇5〇 t 之溫度下，由於設若間隙濃度之範圍爲捷可拉斯基型成長程序的典型，則可合理地假設在高於此溫度，系統將不會被間隙變成臨界過飽和。換言之，對於捷可技斯基型成長程序典型的間隙濃度，可合理地假設系統將不會變成臨界過飽和，因此，在高於约1050 °C之溫度下將不會發生凝聚事件。用於將成長條件對單晶矽之品質之影響參數化所作的第 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) .^,1-----訂---------線 1" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 *46797 4

五、發明說明（36 ) 一固假設爲矽自占間隙擴散度之溫度相關性可忽略。換言 I，假定自占間隙在約1400 eC及约1050 °C之間的所有溫度下’在相同速率下擴散。瞭解到約1〇5〇被視爲凝聚溫度的合理近似値，此假設之重點爲出自熔點之冷卻曲線的細節播關緊要。擴散距離僅視自溶點冷卻至約1050 °C 所花費的總時間而定。使用對各熱區設計之軸向溫度分佈數據及對特殊晶錠之實際拉引速率分佈，可計算得自约14〇〇 t至約1〇5〇〇c之總冷卻時間。應注意各熱區之溫度變化速率係合理地均句。此均句度意謂在對凝聚間隙瑕疵選擇晶核生成溫度 (即約1050 C )時的任何誤差，將僅會有爭議地導致計算冷卻時間之放大誤差。爲測定晶錠之空位支配區域的徑向範圍（r空位），或者軸向對稱區域之寬度’進一步假設如利用壽命圖所測得之空位支配核心之半徑等於在固化之點，其中v/G〇==v/G〇臨界。換言之，一般假設軸向對稱區域之寬度係根據於冷卻至室溫後之V/I邊界的位置而定。由於如前所述，當晶錠冷卻時’會發生空位及矽自占間隙之再結合，因而指出此项事實。當發生再結合時，V/I邊界之實際位置朝向晶錠之中心軸向内移動。其係在此所指之此最終位置。爲簡化Go、在固化時在晶體中之平均轴向溫度梯度之计#’假_設溶體/固體界面形狀爲溶點等溫線。使用有限元素模型（FEA)技術及熱區設計之細節，計算晶體表面溫度。經由以適當的邊界條件，即沿熔體/固體界面之熔點 -39- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----II--------- \丨、 {請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂· *線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467974 A7 B7 五、發明說明（37 ) 及沿晶體轴之表面溫度之FEA結果，解拉普拉斯（La—) 、浐式而推斷出叫體内之整個溫度場，及因而推斷出 1由在製備得及進行評估之其中—個晶艘之不同軸向位置得到的結果呈現於圖17。爲估计Go之彳二向變化對起始間隙濃度之影響，假定一徑向位置R' ’即在V/I邊界與晶體表面間之中途的位置， Μ自占㈣可來自晶錠中之槽之最遠的难，無論該槽是否在工位支配區域中或在晶體表面上。經由使用以上晶錠之成長速率及G。數據，在位£R，之計算v/G。與在ν/ι邊界（v/G〇 (即臨界WG〇値）之間的差提供起始間隙濃度之徑向變化的^ 7P ’以及其對過量間隙到達在晶體表面上或在空位支配區域中之槽之能力的影響。對此特殊的數據組，晶體品質對之徑向變化似乎並無系統相關姓。如可於目18看到，晶錠中之軸向相關性在此樣品中爲最小。在此系㈣驗中所涉及的成長條件呈現相當狹窄範園的G()之徑向變化。結果，此數據組太窄而無法解析品質（即存在或不存在凝聚固有點瑕疵之帶）對G0之徑向變化之可辨識的相關性。如所指出，評估製備得之各晶錠之樣品在不同軸向位置之凝聚間隙瑕疵的存在與否。對於所檢查的各軸向位置，可在樣品品質與軸向對稱區域之寬度之間作出關聯。現參照圖19 ，可製備得比較指定樣品之品質與使樣品在該特殊軸向位置下自固化冷卻至約1050 °C之時間之圖。如所預期’此圖顯示軸向對稱區域之寬度（即與在此 I ____ -40- 本紙張尺度適用帽國家標準（CNS)A4規格⑵〇 X 297公爱） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -ιί^--------訂---------線·^ 一 467974 A7 B7 消費合作社印製五、發明說明（38 ) 特殊溫度範園内之樣品的冷卻史有強烈的相關性。爲使轴向對稱區域之寬度增加，此趨勢建議需要較長的擴散時間或較慢的冷卻速率。 ’ 根據呈現於此圖中之數據，可計算出大致代表矽之品質由「好」（即無瑕疵）過渡至「壞」（即含有瑕疵）成使二定晶錠直徑可在此特殊溫度範園内冷卻之時間之函數的^隹迴歸線。在軸向對稱區域之寬度與冷卻速率間之此—般關係可由以下方程式表示： (Ras*-R«*) = Deff^tjoso'C 其中 R -ΐί*爲晶鍵之半徑， R㈣爲在間隙支配材料中發生自無瑕疵至含有瑕疵之過渡之在樣品中之一軸向位置之軸向對稱區域之半徑，或反之亦然，

Deff爲約9.3*10-4平方公分/秒之常數，其代表間隙擴散性之平均時間及溫度，及 tiOMTc係樣品之指定軸向位置自固化冷卻至約1〇5〇。〇所需之時間。再次參照圖19 ，可以看到對於指定的晶錠直徑，可估計冷卻時間，以得到期望直徑的軸向對稱區域。舉例來説，對於直徑約150毫米之晶錠，如在約i4i〇。〇及約 1050 C之溫度範園之間，使晶錠之此特殊部分冷卻約1〇至、·力15小時，則可彳于到具有約等於晶錠半徑之寬度的軸向對稱區域。同樣地，對於直徑約2〇〇毫米之晶錠，如在 -41- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ---------------4· — — \ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕訂· 線.

d6797A A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _B7_________五、發明說明（39 ) 此溫度範園之間，使晶錠之此特殊部分冷卻約25至約3 5 小時，則可得到具有約等於晶錠半徑之寬度的軸向對稱區域。如將此線進一步外插，則爲得到約等於具有約300毫米直徑之晶鍵之半徑之寬度的轴向對稱區域，可能需要約 65至約75小時之冷卻時間》在此方面應注意隨晶錠直徑之增加，由於間隙所必需擴散以到達在晶錠表面或空位核心之槽之距離的增加，而將需要額外的冷卻時間。現參照圖20、21 ' 22及23 ’可觀察到不同晶錠之增加冷卻時間的效應。各此等圖描繪具有200毫米標稱直徑之晶錠的一部分，其中自固化溫度至1〇5〇。(：之冷卻時間自圖20漸進地增加至圖23。參照圖20 ’其顯示軸向位置自距肩部自約235毫米至約350毫米之晶錠的部分。在約255毫米之軸向位置處，無凝聚間隙瑕疵之軸向對稱區域之寬度爲最大値，其約爲晶錠半徑之45%。超過此位置，則發生自無此等瑕疵之區域至存在此等瑕疵之區域的過渡。現參照圖21 ，其顯示軸向位置自距肩部自約3〇5毫米至約460亳米之晶錠的部分。在約36〇毫米之軸向位置處’無凝聚間隙瑕疵之軸向對稱區域之寬度爲最大値，其約爲晶錠半徑之65%。超過此位置，則開始生成瑕疵。現參照圖22 ，其顯示軸向位置自距肩部自約140毫米至約275毫米之晶錠的部分。在約210毫米之軸向位置處’軸向對稱區域之寬度約等於晶錠之半徑；換言之，在此範圍内之晶錠的一小部分無凝聚固有點瑕疵。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 政 ----訂---------線· β- f紙張尺度適种“冢標準（CNS)A4規格⑵Q x 297 )~- 467974 A7

(請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 11----—訂---------線 _ 467974 A7 B7 五、發明說明（41 ) 實施例8 具有凝聚望位瑕痛i之核心之晶圓的熱退火現參照圖26 ，由本發明之方法製得許多2〇〇毫米晶圓，其中利用技藝中常用之雷射光束表面掃描設備（參見，例如，購自加州山景市天工公司（Tencor lnc.)之天工 SP1雷射掃描器）分析，以測定存在於每平方公分之晶圓表面上之具有大於約0.09微米尺寸之光點瑕疵（LPD)，包括凝聚空位瑕戒之平均數目。（分析結果係以成距晶圓中心軸之距離之函數呈現》)然後使晶圓熱退火，使晶圓加熱至約1200 °C約2小時。然後再次利用相同方法分析晶圓。如結果所顯示’晶圓一開始在距中心袖約5 〇毫米之距離上包含平均約5 LPD /平方公分（每平方公分之光點瑕症）至約0·2 LPD/平方公分，此數目隨距中心軸之距離的增加而減小。然而，於熱退火完成後，晶圓在相同區域内包含平均約1 LPD/平方公分至約〇.2 LPD/平方公分。結果清楚地顯示在空位型材料之軸向對稱區域内，凝聚空位瑕疵由於熱退火而溶解或減小尺寸。在超過約〇.〇9微米之LPD 之數目最高的區域内，即自中心轴延伸至約1〇毫米之區域’瑕疵大小減小至低於0.09微米（即所偵測得之瑕疵大小的下限），而有效地使此尺寸範圍内之瑕疵數目降低约 80% (即數目密度降低約80%)。應注意關於每平方公分所偵測得之瑕疵數目，光散射分析亦偵測存在於晶圓表面上，不可歸因於凝聚空位瑕麻之 -44· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之沒咅？事項再填寫本頁} 訂---------線.

V 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 797 4 A7 _____B7____ 五、發明說明（42 ) (請先間讀背面之注項再填寫本頁) 顆粒及其他瑕痛。舉例來説，結果顯示在大於約5 〇毫米之徑向位置處存在許多LPD。然而，此材料爲間隙型，因此’其不包含凝聚空位瑕疵。因此，雖然結果顯示於熱退火後仍存在LPD，但應明瞭此等瑕疵可爲或不可爲已經過熱退火之凝聚空位瑕痼；。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製現參照圖27至32 ’以瑕戚尺寸將表面分析之起始及最終結果進一步細分。首先可觀察到熱退火成功地使尺寸自約0·09微米直至約0.15微米之凝聚空位瑕疵溶解或減小尺寸。由此等結果可更觀察到所偵測得之大多數的Lp]〇爲自約0.09微米直至约0.13微米。不受限於任何特殊理論’據信此係由於空位核心之寬度一般不大，僅延伸於半徑之約50%的結果。因此，應注意大致上無凝聚間隙瑕疵之軸向對稱區域之寬度爲晶圓半徑之至少約5〇%，以確保凝聚空位瑕疵（若存在的話）更容易被溶解較佳；換言之，空位核心之寬度低於晶圓半徑之約50%較佳。現參照圖 33a至33b ，可觀察到當單晶矽材料之自中心至邊緣經長成爲空位支配時（表示爲「情況I」；見圖33a及33b)，材料中之所生成的空位濃度相較於根據本發明製備得之材料（表示爲「情況II」；見圖33a及33c)非常高。由本方法製備成具有最小寬度之空位核心之材料具有甚低濃度的更位固有點瑕疯，因此若有生成之所生成之凝聚瑕戚的大 <J、甚小。如可由圖27至30看到，較小的瑕疵更容易被溶解。鑑於以上説明，可以看到已達成本發明之數個目的。 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 467974 A7 _____B7___________ 五、發明說明（幻）由於可不脱離本發明之範圍而在以上之組合物及方法中進行各種變化’因而應將在以上説明中所包含之所有内容解釋爲説明性，而非具限制意味。 — — — I1IIIIII1 — * I I I {諝先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐）

Claims

- 種單日9發日日圓’具有中心軸、大致垂直於中心轴之正面及背面、在正面與背面之間之中心平面、周緣、及自中心轴延伸至周緣之半徑，此晶圓包括：自周緣捏向向β延伸之第一軸向對稱區域，其中矽自占間隙係主要固有點瑕疵，且其大致上無凝聚間隙瑕疵；及其中空位為主要固有點瑕疵之第二軸向對稱區域，此第二軸向對稱區域包括自正面朝向中心平面延伸之表面層及自表面層延伸至中心平面之整體層，存在於表面層中之凝聚空位瑕疵之數目密度係低於整體層中之濃度。 2. 如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該表面層具有至少2微米之自正面朝向中心平面測得之深度。 3. 如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該表面層具有至少4微米之自正面朝向中心平面測得之深度。 4. 如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該表面層具有至少.8微米之自正面朝向中心平面測得之深度。經濟部t央標隼局貝工消費合作社印策 5·如申請專利範園第1項之晶圓_，其中該表面層具有至少10微米之自正面朝向中心平面測得之深度。 6.如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該第二軸向對稱區域具有半徑之至少25%長度之自中心軸徑向朝向周緣測得之寬度。 _ 7-如申請專利範園第1項之晶圓，其中該第二軸向對稱區域具有半徑之至少50%長度之自中心料徑向朝向周 467974

緣測得之寬度β 8. 如申請專利範圍第1項之晶圊’其中該晶圓具有低於 13 ΡΡΜΑ之氧含量。 9. 如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該第—軸向對稱區域具有半#之至少10%長度之自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 10. 如申請專利範圍第1項之晶圓’其中該第—軸向對稱區域具有半徑之至少30%長度之自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 11. 如申請專利範圍第1項之晶圓’其中該第—軸向對稱區域具有半徑之至少60%長度之自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 12. 如申請專利範圍第1項之晶圓’其中該第一軸向對稱區域具有半徑之至少80%長度之自周緣徑向朝向中心軸須！I得之寬度。 13. 如+請專利範圍第1項之晶圓，其中該存在於表面層中之凝聚空位瑕疵之數-目密度較整體層之數目密度低 20%。 — 經濟部t央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} •訂 -Α 14. 如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該存在於表面層中之凝聚空位瑕疵之數目密度較整體層之數目密度低 40%。 15. 如申請專利範圍.第1項之·晶圓，其中遠存在於表面層中之凝聚空位瑕疵之數目密度較整體層之數目密度低 80%。本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（21〇><297公釐）

經濟部中央揉準局負工消費合作社印«. K如申請專利範圍第！項之晶圓，其中該表面層大致上無凝聚固有點瑕截。 17.如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該晶圓具有至少 150毫米之直徑。 18·如申請專利範圍第1項之晶圓，其中該晶圓具有至少 200毫米之直獲。 19. 一種製備大致上無凝聚固有點瑕疵之單晶矽晶圓之方法’此方法包括使單晶矽晶圓在超過1〇〇〇。〇之溫度下’在氫、氬或其混合物之氣體中熱退火，該晶圓具有中心轴、大致垂直於中心軸之正面及背面、在正面與背面之間之中心平面、周緣、自中心軸延伸至周緣之半徑、矽自占間隙為主要固有點瑕疵且大致上無凝聚間隙ν瑕威之自周緣徑向向内延仲之第一轴向對稱區域、及空位為主要固有點瑕疵之位在第一軸向對稱區域之徑向内侧之第二軸向對稱區域，熱退火可使在自正面朝向中心平面延伸之層内，存在於第二軸向對稱區域中之凝聚空位瑕斑溶解β 2〇.如申請專利範圍第19項之方法'，其中該晶囱係在氬氣中熱退火。 + 21. 如申請專利範圍第19項之方法’其.中荈晶圓係經由將晶圓加熱至自1100至1300亡之溫度範圍而熱退火。 22. 如申請專利範圍第21項之-方法，其中該晶圓係經熱退火1至4小時。 - 23. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該晶圓係經由將本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） --------裝— (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ A8 -B8 C8 D8

1^9- 46797 4 六、申請利細 · LIT 誠/ΰ 晶圓加熱至自1200至i25(rct溫度範圍而熱退火。 24‘如申請專利範圍第23項之方法，其中該晶圓係經熱退火2至3小時。 25. 如申請專利範園第19項之方法，其中該層自正面朝向中心平面延伸至4微米之深度。 26. 如申凊專利範園第19項之方法，其中該層自正面朝向中心平面延伸至8微米之深度。 27. 如申請專利範gf第19項之方法，其中該層自正面朝向中心平面延伸至10微米之深度。 28. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該層自正面朝向中心平面延伸至20微米之深度。 29. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該第—軸向對稱區域具有半徑之至少1〇%長度之自周緣徑向朝向中心轴測得之寬度。 3〇,如申請專利範圍第19項之方法’其中該第—軸—向對稱區域具有半徑之至少30%長度之自周緣徑向朝向中心抽測得之寬度。 31.如申請專利範園第ι9項之方法，其中該第一轴向對稱區域具有半徑之至少6〇%長.度之自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 j»2.如申請專利範圍第19項之方法，其中該第一轴向對稱區域具有半徑之至少80%長度之自周緣徑向朝向中心轴測得之寬.度。 ~ j3·如申請專利範圍第19項之方法’其中該晶圓具有至少 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ‘裝. 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 7 9 7 6 4 ABCD

經濟部中央棹準局β；工消費合作社印$L 六、申請專利範圍 150毫米之直徑。 34. 如申請專利範園第〗9項之方法，其中該晶圓具有至少 200毫米之直徑。 35. —種製備大致上無凝聚固有點瑕疵之矽晶圓之方法，此晶圓係自具有中心軸、晶種圓錐、端圓錐、及在晶種圓錐與端圓錐之間延伸之定直徑部分之單晶矽錠切片而得’此定.直徑部分具有周緣及自周緣朝向中心軸延伸之半性’此晶键係根據捷可拉斯基（Czochralski)方法自矽溶體成長，然後自囷化溫度冷卻，此方法包括：使單晶矽錠成長，其中在晶錠之定直徑部分之成長過程中，在自固化至不低於1325。(：溫度之溫度範圍内控制成長速度v及平均軸向溫度梯度，以致當使晶鍵自固化溫度冷卻時生成定直控部分之片斷，其包括矽自占間隙為主要固有點瑕疵且大致上無凝聚間隙瑕痛之自周緣朝中心轴徑向向内延伸之第一軸向對稱區域’及空位為主要固有點瑕疵之第二軸向對稱區域；將足直徑部分之片斷切片而.得晶圓，此-晶圓具有大致垂直於中心軸之正面及背面、及在正面與背面之間之中心平面’此晶圓包括第一及第二軸向對稱區域；及使η日圓在超過1000 c之温_度下，在氣、氬、氧、氮、或其混合物之氣體中熱退火，以使在自晶圓之正面朝向中心平面延伸之層内，存在於第二軸向對稱區裝-- (詩先聞诗背面之注意事碩再填寫本頁) 訂 ΰτ - k 竿得 ly s 公 7 9 2 在6797 4 申請專利範圍 A8 BS C8 D8

域中之凝聚空位瑕疵溶解。 36. 如申請專利範圍第35項之方法，其中該晶圓係在氬氣中熱退火。 37. 如申請專利範圍第35項之方法，其中該晶圓係經由將晶圓加熱至自1100至1300 °C之溫度範園而熱退火。 38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該晶圓係經熱退火1至4小時。 39. 如申請專利範圍第35項之方法，其中該層自正面朝向中心平面延伸至至少4微米之深度。 40. 如申'請專利範圍第3 5項之方法，其中該第一軸向對稱區域具有半徑之至少60%長度之自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度5 --------,.>裝-- (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) -5 經濟部t央標準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（2I0X297公釐）