TW475009B - Method for producing monocrystals - Google Patents

Description

4τ75009 A 7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明相關於一種方法。該方法係用以製造具有特定 缺點密度之矽單晶體。本發明亦相關於一種用以實施該方 法之裝置。 在絕大多數實用案例中，矽單晶體之製造係用坩堝抽 拉法（又稱左科拉斯基法或CZ法）或無坩堝抽拉法（又稱區 帶-熔融法或浮動區帶（FZ)法）。典型直徑為100至300公厘 之棒狀單晶體主要用作製造晶圓之基本材料，由晶圓可再 製成電子組件。對單晶體及晶圓作較深入鑑定時，常發現 在抽拉單晶體期間所產生之不同類型、不同大小及不同密 度（每單位體積或單位面積之數目）之缺點。 關於本發明，首先應討論訊息流模式缺點 （K下簡稱 FPD)。於Secco蝕刻30分鐘之後可看出該等缺點之蝕刻點 ，該等蝕刻點具有楔形尾部（山岸、布勢川、藤卷及片山 等人，「半導體科技」，第7期（ 1 9 9 2 ) A135)。FPD密度直 接影響矽晶圓所生氧化物薄膜之崩潰強度。評估崩潰強度 之重要標準是所諝之G0I (閘極氧化物完整性）屈服強度。 FPD密度高時，G0I屈服強度則低。因堪用組件之屈眼強度 亦隨高G0I屈服強度而變，供作製造電子組件之晶圓（「主 要晶圓」）之G0I屈服強度應儘量高。但是，測試晶圓（「 監控晶圓」）（該等晶圓不用於製造電子組件，僅作組件生 產程序中之檢査）之G0I屈服強度較為次要。 歐洲專利EP-504 837 A2曾揭示一項事實：在溫度超 過1150它之情況下，成長單晶體之駐留時間對G0I屈服強 度具有正面影響。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 本 頁 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 475009 A7 B7 五、發明説明（2 ) 处閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 另一類缺點包含光點缺點（M下簡稱LPD」），該等缺 點利用光學量測儀器可在磨光之晶圓表面上偵檢出來。除 非絕大多數之L P D小於0 · 1 2微米，若經偵撿出來光點缺點 之密度甚高，則該等晶圓將視作不適宜用作主要晶圓及監 控晶圓。在此狀況下，因該等缺點之大小低於組件结構現 行之標準行寬而無大礙，將，等晶圓用作監控晶圓則極為 可能。此外，若經過特別熱處理（退火），該等LPD之數目 將可大幅減少，同時GO I屈服強度可予以提昇，所M,經 如此處理過之晶圓亦可適用作主要晶圓。 本發明係採用適當之方法Μ達成改進矽單晶體生產之 目標，由抽拉單晶體切割而成之晶圓，其G0I屈服強度特 別高者，特別適用作主要晶圓，或其L P D之絕大多數小於 0.12微米者，所以，用作監控晶圓亦可能用作主要晶圓均 屬特別可行。 本發明相關於一種製造矽單晶體之方法，其中成長單 晶體係保有一特定溫度範圍內之特定駐留時間，溫度範圍 係選擇在850至1100t,在該選擇溫度範圍内成長晶體之 駐留時間係高於2 5 0分鐘或低於80分鐘。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 若溫度範圍選擇在900至1050t：及在該溫度範圍内駐 留時間大於1 5 0分鐘或小於5 0分鐘，則更為合意。 在850至1100¾溫度範圍內，若成長單晶體之駐留時 間大於2 5 0分鐘，由單晶體切割成之矽晶圓之F P D密度將非 常低及G0I屈服強度將非常高。所以該等晶圓非常適用作 主要晶圓。另一方面，在該溫度範圍內，若駐留時間縮短 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 475009 A7 B7 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 至小於8 0分鐘，由單晶體切割成之晶圓之L P D密度將非常 高。由於該等缺點絕大多數小於0 . 1 2微米，此等晶圓非常 適用作監控晶圓。若於氩氣環境或氫氣環境中，在約1100 至1200¾溫度範圍內，予以熱處理，缺點之數目將減少， 將該等晶圓用作主要晶圓亦屬可能。成長單晶體之抽拉速 率及熱屏障效果可嚴重地影響駐留時間之設定。抽拉速率 愈高，在特定溫度範圍內成長單晶體之駐留時間愈短。成 長單晶體之冷卻速率與單晶體之熱屏蔽效果有密切關係。 特別是熱源（例如：坩堝加熱系統）之屏蔽尤需納入考量。 就CZ法矽單晶體之抽拉而言，屏障成長單晶體K免熱量散 逸所用之熱屏障有許多不同設計乃眾所週知者。熱屏障對 熱輻射及熱傳導之透熱度愈高，單晶體成長部分冷卻速率 愈慢，該部分在特定溫度範圍內保持在一定溫度之時間愈 久。單晶體抽拉速率及熱屏蔽之適當調和以達成預期溫度 範圍内之預期駐留時間，可藉預設之電腦模擬及嗜試予K 簡化易行。舉例言之，依據杜普萊特等人之模型計算法（ 杜普萊特等人，「熱量質量傳送」學報，第33卷，第9期 ，第1849至1871頁，1990),可發展出一種適當模擬程式 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 值氈 型 中 價墨 良 其 之石 改 ， 度及 該 置 明墨 ， 裝 透石。障 之 射、體屏 體 幅片合熱 晶 熱ΙΘ複¾單 及：構良 矽 導是建改 造 傳料壓種。製 熱材層一法 Μ 對障之出方用 障屏料展該種 屏熱材發施 一 熱之等已實於 是知該在於關 的熟係現用相 意，障等適亦 注之屏人別明 別言熱明特發 特例干發障本 應舉若 屏 ο ο ο 執川 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 475009 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 熱弱情分片之敞藉片置需 與與之點狀同之，個裝之 導區變缺環不間地一該率 傳緣不期之度段性熱，速 熱絕常預叠明片擇加統卻 之熱恒到重透 Μ 選或系冷 區強率達相射所。卻制期 鄰，速而交輻，區冷控預 相之拉，由熱連高地該體 個言抽率能與相特效於晶 兩例在速可 > 導柱度有助單 是舉俾卻障傳支明能藉足 徵，，冷屏熱用透可，滿 特以列之熱由僅射亦統 Μ 之所排體之係間輻，系可 區。複晶明段之熱置制果 等異重單發片段個裝控效 該差序長本近片一熱一熱 。所依成。鄰個成加供加 區有能整度。兩形或提或 之度可調密成。能卻可果 緣明區 Μ 點而成可冷且效 高透緣，缺合組隙一而卻 障射絕下及組料間於，冷 屏輻熱況布段材開助段之 A7 B7 五、發明説明（4 ) 用一熱屏障圍繞著成長單晶體，該熱屏障係再细分為至少 兩個介於低緣及高緣間之環狀區及熱傳導與熱輻射透明度 有所差異之鄰近區。 在抽拉操作期間，假若成長單晶體特別部分隨時間之 溫度變化（溫度史）將受到影響，改良型熱屏障經常是有利 的。 所K,本發明亦相關於一種用Μ製造矽單晶體之方法 ,其中成長單晶體之冷卻速率受一熱屏障之影響，該熱屏 障圍繞著成長單晶體，且經细分為介於低緣及高緣間之環 狀區及熱傳導與熱輻射透明度有所差異之鄰近區。 習知之熱屏障係由熱傳導與熱輻射透明度均勻之勻質 材料所組成。本發明之熱屏障係细分為至少2個（但以2至 5個更佳）環狀區。自熱屏障之低緣開始，緊接著係鄰近熱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

475009

A7 B7五、發明説明（5 ) 要。假若藉助於有效冷卻或加熱，在一習知熱屏障內提供 若干適當區，亦可製得本發明之熱屏障。但是，關於此點 有一要求是··冷卻或加熱作用本質上保持局限於熱屏障之 特定區而且不立即藉肋於熱傳導而輸送至鄰近區。 經驗證熱屏障對C Z法中之單晶體抽拉特別有利，尤其 在抽拉之速率超過0.5公厘/分鐘時更為有利。依據諸發明 人之發規，在圍繞單晶體與融體間相界之融體表面上之徑 向溫度梯度必須儘可能的高，如此單晶體則呈柱狀成長， 而不致沿垂直成長方向形成任何凸出物。就熱屏障之特別 具體實施例而言，誠屬可能的是，使徑向溫度梯度昇高， 而且即使在若干抽拉速率下雖用習知熱屏障可形成不穩定 之晶體成長，仍能使晶體穩定成長。在此具體實施例中， 位於熱屏障（該熱屏障緊接著單晶體與融體間之相界）低 緣之區，其發射係數為0.3至0.9及熱導率為0.02至5瓦公 尺-1絕對溫度-1 ,所Μ具有特別之熱絕緣作用。 參閲兩個附圖，茲將本發明作更詳细之說明。如圖一 所示，在一縱斷面圖中，係CZ法抽拉單晶體所用抽拉系統 之圖解结構。但是，本發明亦可應用於FZ法。因CZ法及FZ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 文來表圍 從 多出中範 係 許示其度 1 經顯，溫 體 早分解 Ρ 晶 已部圖50單 構點一10長 结特示至 成 本之顯00該基明並¢9, 之發果— 1 統本结 Θ 體 晶 系解之 晶 拉瞭例 „ 單 長 抽於驗 。長 之助實 係成 體有逑—關出 猿 晶將下之看 單僅於化可 造以關變中 製所相U間 一 Μ ，二II時圖 用開圖 G 留在 通公 出駐 法獻 現内 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 475009 A7 B7 五、發明説明（6 ) 融體2中抽拉出來者。所顯示之熱屏障3 ,護蓋7及額外 絕緣體8係該裝置之特點。熱屏障3圍繞著單晶體。在其 高緣6處，熱屏障係由護蓋7支撐，護蓋7將抽拉系統周 圍之空間區分為下部及上部。在抽拉系統之上部，單晶體 之保溫作用係由熱屏障3及選擇性地額外絕緣體8達成。 熱屏障可影響單晶體冷卻之溫度史及額外絕緣作用。依據 本發明，該熱屏障係细分為介於低緣5與高緣6間之環狀 區，熱傳導及熱輻射透明度有所差異之鄰近區。所示熱屏 障包括五個環狀片段4a至4e,該等片段依序上、下重叠。 每個片段形成一區，各區具有特定熱導率及熱輻射透明度 。該等片段之材料最好選自一個族群，該族群包括：石墨 、石墨氈、石英、矽、碳纖維複合物、鉬、銀及兩種或更 多種該等材料之層壓複合结構。 位於熱屏障低緣5處之片段最好具有特別熱絕緣作用 ，如此，圍繞單晶體與融體間相界之融體表面上之徑向溫 度梯度（簡稱為” DT^d”）儘可能高。 實驗例： 經濟部中央標準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) 直徑1 5 0公厘至3 0 0公厘之矽單晶體係由C Z法抽拉而成 且經切割為晶圓。在抽拉操作期間抽拉速率保持幾乎完全 不變。在900至10501C溫度範圍內，單晶體之駐留時間有 所變化。晶圓之G0I缺點密度業經檢査出來。 檢査结果如圖二所示。代表受拉單晶體直徑之數字係 置於所示每個量測值之前面。數字6、8及12代表之直徑為 150公厘、200公厘及300公厘。數字後面之字母（A至E)代 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 475009 A7 B7 五、發明説明（ 表單晶體之特定熱屏蔽。缺點密度及駐留時間係Μ標準化 之單位表示。 可清楚看出的是：缺點密度視單晶體在該溫度範圍內 之駐留時間而定。若駐留時間短暫，缺點密度將非常高， 因而G 0 I屈服強度則低。但是，缺點之大小絕大多數保持 在0 . 1 2微米以下，如此該等晶圓即適宜作為監控晶圓，而 且經於氫氣環境內及約1100¾溫度下加以熱處理之後，亦 非常適宜作為主要晶圓。若單晶體在900至1050¾溫度範 圍内之駐留時間超過150分鐘，經發現由該等單晶體切割 成之晶圓之缺點密度最低及G0I屈服強度最高。該等晶圓 非常適宜作為主要晶圓。 請 先 閲· 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 訂 圖式簡單說明： 圖一 示KCZ法抽拉單晶體之系統； 圖二 示G0I缺點密度隨著成長單晶體在900至1050C溫度 範圍內駐留時間變化之關係。

I 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 號 編 段 片 吠 單 障 牛 暖^ ^ Μ Ρ ^ 要^至 主 1 2 3 4 橿 ΛΗ 晶 5 6 7 緣緣蓋 低高護 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 1· 一種製造矽單晶體之方法，包括 t溫度範圍850s110(rc内保持一生長晶體之駐留時 間，及 在上述溫度範圍内保持一大於250分鐘之生長晶體駐 留時間。 2· 一種製造矽單晶體之方法，包括 在μ度範圍850至ll〇〇°c内保持一生長晶體之駐留時 間； 在上述溫度範圍内保持一小於⑽分鐘之駐留時間； 由發單晶體切割成晶圓；及 在大氣中冷卻晶圓，該大氣係選自由氟與氫組成之族 群。 3· 一種製造石夕單晶體之方法，包括 在溫度範圍900至1050°C内保持一生長晶體之駐留時 間；及 在上述溫度範圍内保持一大於150分鐘之生長晶體駐 留時間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1T---------線I 經濟部智慧財產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規格（210 X 297公釐）