TW508378B - A method for producing a silicon single crystal wafer and a silicon single crystal wafer - Google Patents

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508378.. A7 B7 五、發明說明Γ〇 ) i /X 丨

發明背景：口 /fN ! j: ---------------- , ./·.、：:， 二..文/ 發明範圍： 本發明係關於以高產製率製造矽單晶晶圓之方法，其 中，在晶體內部的晶體缺陷（所謂的成長於其中的缺陷（ grown-indefect))尺寸因爲在以Czochralski法（下文中稱 爲C Z法）牽引矽單晶時摻雜氮而減小，藉由使用迅速加 熱/迅速冷卻設備對晶圓施以高溫熱處理而消除晶圓表面 的晶體缺陷，及以此方法製得的矽單晶晶圓。相關技術之 描述： 晶圓用以製造元件（如：半導體積體電路），所以主 要使用藉Czochralski法（C Z法）成長的矽單晶晶圓。這 樣矽單晶晶圓中有晶體缺陷存在時，製造半導體元件時會 使圖案失效。特別言之，近年來，高度積體化的元件的圖 案寬度非常細，至0 · 3 5微米或以下。據此，即使像 0 · 1微米般的小晶體缺陷也可能會造成元件之圖案失效 且可能會大幅降低元件的產率和性質。據此，必須要儘可 能地減少矽單晶晶圓的晶體缺陷。 最近，已有報導指出：由各種測量方法得知藉C Z法 成長矽單晶時，在晶體成長期間會納入之所謂之成長於其 中的缺陷的前述晶體缺陷。例如，以S e c c 〇溶液（ K 2 C 1： 2 0 7、氫氟酸和水之混合物）對晶體表面施以差 別蝕刻（Secco鈾刻），會偵測到以商業產製的一般成長速 率（如··約1毫米/分鐘或以上）成長之單晶有細孔狀的 晶體缺陷（請參考日本專利特許公開申請案4-192345號）。 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 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4 - 508378 A7 B7 五、發明說明（2 ) 請 先 閱 讀 背 Sj 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 認爲形成細孔的主要原因在於製造單晶時的空處聚集 或化物沉積（石英坩鍋中的氧原子聚集。當這些晶體缺陷 存在於所形成元件的表面（0至5微米）上時，它們會損及 元件的性質。據此，硏究許多減少這些晶體缺陷的方法。 例如，已經知道可以藉由大幅降低晶體的成長速率（ 如：至0 · 4毫米/分鐘或以下）來減少前述空處聚集密 度（請參考日本專利特許公開申請案2 - 2 6 7 1 9 5號 )。但是，利用此方法，會因爲有過量有空隙的矽原子聚 集所致而形成錯置迴路而形成晶體缺陷。因此，無法以此 方法解決此問題。此外，因爲晶體的成長速率由約一般的 約1·0毫米/分鐘或以上降低至0·4毫米/分鐘或以 下，所以此方法大幅降低單晶之產製和成本效益。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 要減少因爲晶圓表面的氧化物沉積所造成的晶體缺陷 ，一個方法是藉由使晶圓進行高溫（如：1 1 0 0 t或以 上）熱處理以使晶體中的氧擴散出來，藉此排出和消除氧 化物沉積。但是此方法的熱處理時間必須長至4小時或以 上，此將不利於產製和成本效益。此外，在許多情況中， 此方法因爲須要長時間來提高或降低晶圓的溫度，且在提 高或降低溫度時，在元件製造層形成氧化物沉積，所以無 法達到所欲目的或優點。 發明槪述 本發明已能解決前述問題，本發明的一個目的是要提 出一種製造矽單晶晶圓的方法，此方法製得的矽單晶晶圓 的缺陷非常少且產率高，其中，抑制以C Z法製得的矽單 -5 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 508378 A7 B7 五、發明說明（3 ) 晶中之晶體缺陷（成長於其中的缺陷）成長，特別是避免 在晶圓表層生成晶體缺陷，即使有小的晶體缺陷生成，也 能夠有把握地以短時間熱處理來移除晶體缺陷。 欲達到前述目的，本發明提出一種製造矽單晶晶圓的 方法，其中，摻有氮的矽單晶錠以Czochralski法成長，此 單晶錠被切成薄片以得到矽單晶晶圓，然後以快速加熱/ 快速冷卻設備對矽單晶晶圓施以熱處理。 如前述者，在單晶錠以C Z法成長時，在單晶成長期 間內，可藉由摻雜氮來抑制晶體缺陷的成長。此外，因爲 晶體的成長速率因抑制矽單晶晶圓成長而提高，所以能夠 大幅改善晶體之產製。 使用快速加熱/快速冷卻設備對自摻有氮的矽單晶切 下的晶圓施以熱處理時，晶圓表層上的氧和氮向外擴散， 因此能夠有效地消除晶圓表層中的晶體缺陷。據此，所得 晶圓表面上的晶體缺陷量非常少。此外，因爲能夠迅速提 高和降低溫度，所以在提高或降低溫度時，不會再有新的 氧化物沉積而形成的晶體缺陷，並且可以大幅縮短熱處理 所須時間。 因爲存在於晶圓整體部分中的氮會加速氧的沉積，所 以能夠製造出所謂本徵吸氣效果（I G效果）極佳的晶圓。 摻有氮的矽單晶錠以Czochralski法成長時，摻雜的氮 濃度以1 X 1 01Q〜5 X 1015原子/立方公分爲佳。 因爲，欲達到足夠之抑制晶體缺陷成長的效果，氮濃 度以1 X 1 〇1C)原子/立方公分或以上爲佳，爲了不要妨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 閱 讀 背 面 之 注 意 事 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6- 508378 A7 ______ B7 五、發明說明（4 ) 礙矽單晶結晶，氮濃度以5 X 1 0 1 5原子/立方公分或以 下爲佳。 搶有氮的砂單晶錠以Czochralski法成長時，單晶鏡中 的氧濃度以1 . 2X1 〇18/立方公分（根據 ASTM 9 7的値）或以下爲佳。 如前述者，較低的氧濃度促使進一步抑制晶體缺陷之 成長，並避免在表層形成氧化物沉積。整體部分中，氧沉 積因爲氮的存在而加速，並因此達到足夠的I G效果，即 使於氧濃度低時亦然。 本發明的實施例中，以快速加熱/快速冷卻設備於 1 1 0 0 °C至矽之熔點的溫度下對晶圓施以爲時1至6 0 秒鐘的熱處理。 以快速加熱/快速冷卻設備於高溫（由1 1 0 0 t至 矽之熔點）對晶圓施以熱處理時，晶圓表層中的氧和氮充 分向外擴散，可以使熱處理時間縮短至6 0秒鐘或以下。 本發明之實施例中，使用快速加熱/快速冷卻設備施 於晶圓的熱處理以於氧、氫、氬氣氛或它們的混合氣氛下 進行爲佳。 此熱處理於這樣的氣氛中進行時，氧和氮可以有效地 向外擴散而不會形成對於矽晶圓有害的表面覆層，可藉此 消除晶圓表層的晶體缺陷。 由根據本發明之方法製得的矽單晶晶圓的晶體缺陷非 常少。晶圓表面上的晶體缺陷密度可以是1 0個缺陷/平 方公分或以下，由晶圓表面至0.2微米深處的COP密 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

先 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項4 I裝 頁I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508378 A7 一 _B7__ 五、發明說明（5 ) 度能夠是8 · 0 X 1 04個缺陷/平方公分或以下，藉此大 幅改善元件的產率。 根據本發明，以CZ法製得的矽單晶中之晶體缺陷成長 可以藉由使用快速加熱/快速冷卻設備對摻有氮的矽單晶 晶圓施以熱處理而抑制，可以消除晶圓表層的晶體缺陷。 據此，可以高產率方式製造出缺陷相當少的矽單晶晶圓。 附圖簡述 附圖1顯示在實例1和比較例1的S e c c 〇触刻及熱處理 之後，以顯微鏡觀察晶圓表面的細孔密度之測定結果，黑 點爲摻有氮的本發明方法之結果，黑色圈代表未摻氮的傳 統方法的結果）。 附圖2顯示：熱處理之後，晶圓的氧化物介電破壞電 壓性質（C -模式）的測定結果。 附圖3是用於矽晶圓之快速加熱/快速冷卻處理的設 備例。 附圖4顯示實例2和比較例2的結果。 主要元件對照表 1 :鐘形罩 2 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事I裝 頁I 一 I I I I I I 訂 镟 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 ’ ：加熱器 水冷室 支撐軸 晶圓 熱處理爐 框架 底板 台架 9 :馬達 本發明和實施例之描述 現將更詳細地描述本發明。但本發明不限於此。 7 8 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 508378 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 藉由硏究各種條件，本發明者發現：藉由合倂以C Z 法成長矽單晶時，於其中摻雜氮的技巧及使用快速加熱/ 快速冷卻設備對矽單晶晶圓施以熱處理以消除晶圓表面的 晶體缺陷的技巧，可以高產率方式得到元件加工層（晶圓 表層）中之晶體缺陷非常少的矽單晶晶圓，並藉此而完成 本發明。 換言之，報導指出：在矽單晶中摻雜氮，可以抑制空 處聚集於矽中，以此減少晶體缺陷（T. Abe and H· Takeno, Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,1992 )。認爲由聚集過程 由形成均勻的核改變成形成雜核可以達到此效果。據此’ 以C Z法使矽單晶和摻雜的氮成長，可以得到晶體缺陷非 常少的矽單晶，並因此可以藉由對其加工而得到晶體缺陷 非常少的矽單晶晶圓。根據此方法，不一定要降低晶體的 成長速率，此與傳統方法不同，因此，能夠以產製性高的 方式製造矽單晶晶圓。 但是，已經知道矽單晶中的氮原子加速氧的沉積（如 F. Shimura and R. S. Hockett，Appl.Phys.Lett. 48,224，1 986 中 所述者）。以C Z法成長的矽單晶中摻雜氮時，製造元件 期間內會因爲氧沉積而形成許多缺陷（如：〇S F (氧化 反應引發的堆疊缺陷））。據此，傳統上未使用有氮摻雜 的C Z矽單晶晶圓作爲製造元件的晶圓。 本發明的一個優點在於：有氮摻雜於晶體中時，因爲 氧沉積加快而造成的缺陷可以藉由高溫熱處理而使位於表 層中的氧和氮向外擴散而得以避免，所以晶體缺陷（生長

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9 - 508378 A7 ____ B7_ 五、發明説明（7 ) 於其中的缺陷）很難生長，因此能夠得到晶圓表面的晶體 缺陷非常少的矽單晶晶圓。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 因爲晶圓的整體部分中含有氮而使得氧沉積加速，沉 積量比不含氮但氧濃度相同的一般晶圓中來得多，因此增 進I G效應。據此，可以降低本晶圓中的氧濃度，並因此 而進一步抑制表面上的晶體缺陷形成。 此外，因爲不一定要降低在C Z法中的晶體牽引速率 ，所以能夠獲致產製率高的優點。 本發明中，摻有氮的矽單晶錠可根據已知方法（如： 曰本專利特許公開申請案6 0 - 2 5 1 1 9 0號中所述者 )藉C Z法成長。 C Z法包含使晶核與石英坩鍋中含的多晶矽原料熔融 物接觸，旋轉的同時牽引成具所欲直徑的矽單晶錠，可以 先將氮化物置於石英坩鍋中、將氮化物加至矽熔融物中或 者藉由使用含氮的大氣，藉此將氮摻雜於矽單晶中。調整 氮化物量、氮氣的引入濃度或時間，能夠調整在晶體中的 摻雜量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如前述者，以C Z法使單晶錠成長時，可以藉由摻雜 Μ來抑制在晶體成長期間內所引入的晶體缺陷成長。此外 ，不必將晶體的成長速率降低至，如：〇 · 4毫米/分鐘 或以下，以抑制晶體缺陷形成，因此可大幅改善晶體的產 製性。 認爲能夠抑制矽中的晶體缺陷成長的原因在於：空位 聚集方式由形成均勻核變成形成雜核。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） _ ] η _ 508378 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 據此，摻雜的氮濃度以1 x 1 ◦ 1 ◦原子/立方公分或 以上爲佳，特別是5 X 1 〇 1 3原子/立方公分或以上’此 時可以形成足量的雜核。 此外，氮濃度超過5 X 1 0 15原子/立方公分（此爲 氮在矽單晶中的固體溶解度）時，單晶的結晶作用受到抑 制。據此，控制其濃度使其不超過此値。 本發明中，摻有氮的矽單晶錠以C Z法成長，單晶錠 中所含的氧濃度以1 · 2 X 1 018原子/立方公分或以下 爲佳。 這樣低的氧濃度和所存在的氮一起進一步抑制晶體缺 陷的成長，及抑制前述的〇s F形成。 矽單晶成長時，可利用傳統方法將氧濃度降低至前述 範圍內。例如，可以藉由降低坩鍋的旋轉次數、提高流動 的氣體氣體、降低大氣壓、控制溫度分佈及矽熔融物對流 之類的方式而簡便地將氧濃度調整在前述範圍內。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉此能夠得到氮依所欲濃度摻雜且所含氧濃度在C Z 法所欲範圍內的矽單晶錠。以切片設備（如：內徑刀切片 器或鋼絲鋸或之類）切割之後，施以削角、重疊、蝕刻、 拋光或之類的程序，成爲矽單晶晶圓。當然，這樣的程序 僅爲例子而已，可以進行其他程序（如：潔淨或之類）， 可以視需要地改變程序，亦即，可以改變程序的順序，可 以省略一些程序。 之後，使用快速加熱/快速冷卻設備對矽單晶晶圓施 以熱處理，以使晶圓表層中的氧和氮向外擴散以消除晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508378 A7 B7 五、發明説明（9 ) 缺陷。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此快速加熱/快速冷卻是指，如：立刻將晶圓置於溫 度已達預定範圍的熱處理爐中，經過預定的熱處理時間之 後立刻移出，或者，在晶圓已經置於熱處理爐的預定位置 ±之後，立刻以燈加熱器之類對晶圓施以熱處理。所謂的 “立刻置於”或“立刻移出”是指在此期間內未提高或降 低溫度，而傳統上所謂的置入或取出操作中，晶圓緩慢地 置於熱處理爐中及緩慢地移出。當然，使晶體到達爐中的 預定位置也要花一些時間，如，視放置矽單晶晶圓所用的 傳送設備的效用而定，爲數秒鐘至數分鐘。 本發明中所用的快速加熱/快速冷卻設備包括加熱器 ’如：有燈放熱的燈加熱器。市售設備的例子有S H S -2 8 0 0 ( AST corp.)。此設備不會很複雜，也不會很昂 貴。 先描述本發明中所用的快速加熱/快速冷卻設備。附 圖3是快速加熱/快速冷卻設備之圖示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附圖3所示的熱處理爐包括由如：碳化矽或石英製的 鐘形罩1，晶圓於此處熱處理。加熱器2和2 ’環繞者此 鐘形罩1以加熱此鐘形罩1。加熱器順著垂直方向隔開。 各個加熱氣的電力供應各自獨立。未限定加熱方法，但也 可以使用所謂的幅射加熱及導熱。加熱器2和2 ’周圍有 作爲隔熱物的框架3。 爐的較低部分配備有水冷室4和底板5，以便將鐘形 罩1內部和大氣隔開。晶圓8置於台階7上，此台階與藉 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508378 A7 ___B7__________ 五、發明説明（1〇 ) 馬達9垂直移動的支撐軸6的頂端結合。爲了要將晶圓置 入或自爐中順著水平方向移出，水冷室4有一個晶圓通道 (未示於此附圖中）以開關開啓或關閉。底板5中有氣體 入口和氣體出口，以調整爐內的氣氛。 在具前述構造的熱處理爐1 〇中，用於矽晶圓之快速 加熱/快速冷卻的熱處理之實施方式如下。 首先，以加熱器2和2 ’在所欲氣氛中將鐘形罩1內 部加熱至所欲溫度（1 1 0 0 °C至矽的熔點），之後維持 於所欲溫度。藉由個別控制加熱器的電力供應，順著垂直 方向在鐘形罩1內建立溫度分佈。據此，由台架7決定晶 圓的熱處理溫度（即支稱軸6插入爐中的量）。 鐘形罩1內部維持於所欲溫度時，利用位於熱處理爐 1 0旁之未示的晶圓處理設備，晶圓經由晶圓通道插入水 冷室4中。插入的晶圓置於，如：位於台架7 (此台架位 於底部經調整妥當的位置）上的S i C容器中。因爲水冷 室4和底板5係水冷式，所以位於此經調整妥當位置的晶 體未被加熱至高溫。 將晶圓置於台架7上之後，立刻啓動馬達以便將支撐 軸6插入爐中，使得台架7提高至已達到所欲溫度（ 1 1 0 0 °C至矽的熔點）的熱處理位置，藉此於此溫度對 晶圓施以熱處理。此處，因爲台架7由水冷室4之底部經 調整妥當的位置移動至熱處理位置僅約2 0秒鐘（例如） ，所以砂晶圓加熱迅速。 台架7於所欲溫度位置停頓預定時間（如，1至6 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 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（21〇χ297公釐） -13- 508378 A7 _____B7 五、發明説明（11 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 秒鐘）’藉此使晶圓於此停頓時間內進行高溫熱處理。高 溫處理達預定時間之後，立刻驅動馬達9將支撐軸6由爐 內拉出，藉此將台架7降低至水冷室4中之底部經調整妥 當的位置。此降低動作於’如：約2 〇秒鐘內完成。因爲 水冷室4和底板5係以水冷卻，所以台架7上的晶圓迅速 冷卻。最後，以晶圓處理設備自水冷室4內部取出晶圓， 藉此完成此熱處理。 有更多的晶圓要進行熱處理時，這些晶圓可以順序地 置入並於熱處理1 0中於預定高溫下進行熱處理。 本發明之晶圓利用前述快速加熱/快速冷卻設備進行 的熱處理以於1 1 0 0 °C至矽之熔點的溫度處理1至6 0 秒鐘爲佳。 於1 1 0 0 °c至矽之熔點的溫度下進行熱處理時，晶 圓表層中的氧和氮足以向外擴散，以確切減少晶體缺陷， 且所用的熱處理時間極短（6 0秒鐘或以下）。 將處理時間定爲1至6 0秒鐘的原因在於：氧和氮足 以向外擴散需要至少一秒鐘，6 0秒鐘足敷使用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，因爲能夠快速加熱和快速冷卻，所以不會形成 新的晶體缺陷或新的氧沉積。 至於熱處理氣氛，可以選擇氧氣、氫氣、氬氣或它們 的混合氣體，以使氧和氮有效地向外擴散而不會形成不利 於矽晶圓的表面塗膜，並因可能夠消除晶圓表層中的晶體 缺陷。 特別地，高溫熱處理以於不具氧化力或還原力的氣氛 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐） " "" 508378 Α7 Β7 五、發明説明（12) (如：氫氣、氬氣或他們的混合氣體）中實施爲佳，因爲 lit 0寺容易消除晶圓表面上的晶體缺陷。已經證實在氫和氬 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) @》昆合氣氛中進行熱處理期間內，不容易發生晶圓滑動的 情況。 可藉此摻雜氮而由C Z法製得矽單晶晶圓，其中，存 €於矽單晶晶圓表面上的晶體缺陷非常少。特別地，晶圓 表面上的晶體缺陷密度可以降低至1 〇個缺陷/平方公分 或以下，或者能夠降低至實質上爲0。 此外，由晶圓表面至0 · 2微米深處的C〇P密度可 以是8 · Ox 1 〇 4個缺陷/平方公分或以下。藉此確實 改善元件的產率。 〔實例〕 下列實例和比較例用以進一步解釋本發明。不欲以這 些實例限制本發明之範圍。（實例1，比較例1 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據C Z法，將4 0公斤矽的多晶材料引至直徑1 8 英吋的石英坩鍋中，牽引1 0個直徑爲6英吋、指向爲< 1 0 0 >的矽單晶錠，牽引速率一般介於〇 · 8毫米/分 鐘和1 · 5毫米/分鐘之間。其中的五個在牽引時先摻雜 0 · 1 2克的氮化矽膜。另五個在在牽引時未摻雜氮。每 一者的牽引期間內，控制坩鍋的旋轉次數，使得單晶中的 氧濃度爲〇·9至1·〇χ1〇18原子/立方公分。 由F Τ - I R測定得知摻氮之晶體錠尾端的氮濃度平 均是5 · 1 X 1 0 1 4原子/立方公分（氮的離析係數非常 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210x297公釐）-15 - 508378 A7 B7 五、發明説明（13 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 小，晶體錠之平直主體中的濃度將低於此値）。由F T -I R測定得知所有晶體錠的氧濃度約0 · 9至1 .〇X 1 0 18原子/立方公分。 使用鋼絲鋸由藉此而得的單晶錠切下晶圓，削角，重 疊，蝕刻和鏡面拋光。其中所有者幾乎皆以相同條件製得 ，差別僅在於是否摻雑氮。製得兩種類型的砂單晶經鏡面 拋光的晶圓，其直徑爲6英吋。 對藉此而得的矽單晶晶圓施以S e c c 〇鈾刻，以顯微鏡觀 察其表面以測得細孔密度，及定出晶體缺陷（生長於其中 的缺陷）密度。 其結果示於附圖1。黑點爲摻有氮的本發明方法之結 果，黑色圈代表傳統方法的結果。 結果顯示以本發明之方法得到之摻氮的晶圓的晶體缺 陷密度降低至由傳統方法得到的晶圓之缺陷密度的二十分 之一，即使其以1·0毫米/分鐘或以上的牽引速率牽引 (與傳統方法相同）時亦然。亦即，晶體缺陷的成長顯然 受到摻氮的抑制，藉此降低能夠被偵測到的晶體缺陷數目 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇 之後，晶圓於1 2 0 0 t進行爲時1 0秒鐘的快速加 熱/快速冷卻處理，此處理使用附圖3所示的快速加熱/ 快速冷卻設備，於1〇0 %氧、1 0〇％氬、1 0 0 %氫 或5 0 %氬和5 0 %氫的混合氣氛中進行。 之後，作過前述熱處理的晶圓進行Secco蝕刻，再度以 顯微鏡觀察其表面以測定其細孔密度，以得知晶體缺陷密 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508378 A7 B7 五、發明説明（14) 度是否改變。 摻雜氮的結果示於附圖1 ° (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其結果顯示：快速加熱/快速冷卻處理之後，摻有氮 的晶圓表面上的晶體缺陷降低至約1 〇個/平方公分或以 下。 換言之，氮和氧藉由熱處理而向外擴散，以消除晶圓 表面上的晶體缺陷。晶體缺陷密度能夠實質上降低至〇。 之後，測定進行過前述熱處理之晶圓的氧化物介電破 壞電壓性質（c 一模式）。 於下列條件下測定氧化物介電破壞電壓性質（c -模 式）。氧化物膜厚度·· 2 5毫微米’測定用的電極：摻有 磷的多矽，電極面積：8平方毫米，測定時的電流密度： 1毫安培/平方公分。 通常，將氧化物介電破壞電場爲8百萬伏特/公分或 以上者視爲良好的晶片。測定的結果示於附圖2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之含有摻雜氮且經過快速加熱/快速冷卻處理 的矽單晶晶圓示於曲線A至D，就任何熱處理氣氛來看， 其中有高比例是氧化物介電破壞電場爲8百萬伏特/公分 或以上的良好晶片。根據傳統方法，如曲線E所示者，所 製得者中，氧化物介電破壞電場低於8百萬伏特/公分的 不良晶片比例約7 0 %。 (實例2，比較例2 ) 利用C Z法，根據附表1所列條件，以與實例1和比 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508378 A7 ___ B7 五、發明説明（15 ) 較例1相同的方式，製得5個直徑爲8英吋、指向爲< 1 0 0 >的p 一型單晶錠。製得5種直徑8英吋之矽單晶 鏡磨晶圓（a、b、c、d、e)。 附表1 : rl ----- — 氮濃度 氧濃度 牽引速率 (原子/立方公分） (原子/平方公分） (毫米/分鐘） 實例2 a 2 X 1〇14 1.3 X 1018 1.8 b 2X10“ 0.8 X 1018 1.7 c 3 X 1013 0.8 X 1018 1.6 比較例2 d 0 1.3 X 1018 0.95 e 0 0.7 X 1018 1.6 測定藉此而得的五種晶圓表面上的c〇P (源自於晶 體的顆粒）數，此C〇P是空位聚集成的晶體缺陷。 形成約0 . 4 4微米厚的熱氧化物膜，以氫氟酸移除 氧化物膜，以顆粒計數器（由K L A / Tencor Corporation ，S P 1製造）計算存在於晶圓表面上之直徑0 · 1 0微 米或以上的C〇P，藉此測定C〇P。利用此方法，測定 由晶圓表面至約0 · 2微米深處的存在的C〇P數目。 另一組五種類型的晶圓以快速加熱/快速冷卻設備（ AST corporation 製造，S H S — 2.8 〇〇）在 5 〇 ％ 氬和 5 0 %氫的混合氣氛下於1 2 0 0 °C熱處理1 0秒鐘。之 後，其上有約〇 . 4 4微米的熱氧化物膜形成，移除此氧 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 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（210X 297公釐） 18- 508378 A7 B7____ 五、發明説明（16 ) 化物膜。之後，測定C〇P。藉此測得的C 0 P數示於附 圖4。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 附圖4顯示使用快速加熱/快速冷卻設備進行熱處理 ，能夠使摻有氮的晶圓之C〇P (附圖4中的a 、b、c )値降至比未摻氮者（附圖4中的d、e )來得低。 此外，已經發現：在8英吋晶圓表面至約〇 · 2微米 深處範圍內的C〇P數確實可以降低至5 0 0個/晶圓（ C〇P /晶圓），即，C〇P密度約8 X 1 0 4個/立方 公分或以下。 本發明不限定於前述實施例。前述實施例僅是例子而 已，構成與所附申請專利範圍中所述者相同並提供類似的 作用和效果者含括於本發明之範圍內。 例如，摻有氮的砂單晶錠以Czochralski法成長時，可 以在熔融物上施以或不施以磁場。本發明的說明書中，所 謂的Czochralski法也是指有施用磁場的M C Z法。 此外，雖然前文中顯示當氧濃度低時，可以達到降低 晶體缺陷密度的效果，但本發明不限於此，即使在氧濃度 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲 ο 匕匕 子： 原圍 f範 1 利 專 請 X 申 5 〇 •果 1 效 至此 2 到 •達 1 夠 也 時 上 以 或 分 公 方 立 A4 NS C _____ |準 標 I家 國 一國 中 用. 適 度 一尺 I張 -紙 本 |釐 公 7 9 2

Claims (1)

1. 508378

   六、申請專利範園 附件一 A: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第88 102765號專利申請案 中文申請專利範圍修正主— V. i 民串孕1萨I f肖修ΊΕ .— 補充丨 1 . 一種製造砂單晶晶圓之方法，其特徵在於：摻有 氮的矽單晶錠以Czochralski法成長，單晶錠切成薄片以得 到矽單晶晶圓，然後使用快速加熱/快速冷卻設備，對石夕 單晶晶圓於1 1 0 0 °C至矽熔點之溫度下施以熱處理1秒 鐘以上之時間。 2 .如申請專利範圍第1項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，當摻有氮的矽單晶錠以Czochralski法成長時，在 矽單晶錠中摻雜的氮濃度是1 X 1 〇 1 °至5 X ；L 〇 1 5原子 /立方公分。 3 .如申請專利範圍第1項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，摻有氮的砂單晶錠以Czochralski法成長時，在石夕 單晶錠中的氧濃度是1 · 2 X 1 0 1 8原子/立方公分或以| 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 下。 4 .如申請專利範圍第2項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，摻有氮的砂單晶錠以Czochralski法成長時，在砂 單晶錠中的氧濃度是1 . 2 X 1 0 1 8原子/立方公分或以 下。 5 .如申請專利範圍第1項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，晶圓以快速加熱/快速冷卻設備進行的熱處理係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508378 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申請專利乾圍 於1 1 0 0 t：至矽之熔點的溫度下進行1至6 0秒鐘。 6 .如申請專利範圍第2項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，晶圓以快速加熱/快速冷卻設備進行的熱處理係 於1 1 0 0 °C至矽之熔點的溫度下進行1至6 0秒鐘。 7 ·如申請專利範圍第3項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，晶圓以快速加熱/快速冷卻設備進行的熱處理係 於1 1 0 0 °C至矽之熔點的溫度下進行1至6 0秒鐘。 8 .如申請專利範圍第4項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，晶圓以快速加熱/快速冷卻設備進行的熱處理係 於1 1 0 0 °C至矽之熔點的溫度下進行1至6 0秒鐘。 9 .如申請專利範圍第1項之製造矽單晶晶圓之方法 ，其中，晶圓以快速加熱/快速冷卻設備進行的熱處理係 於氧、氣、氬或它們的混合氣氛下進行。 1 0 . —種矽單晶晶圓，其特徵爲其以如申請專利範 圍第1項之方法製得。 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之矽單晶晶圓，其中 ，晶圓表面上的晶體缺陷密度是1 0個/平方公分或以·下. 〇 1 2 _如申請專利範圍第1 〇項之矽單晶晶圓，其中 ，由晶圓表面至0 . 2微米深處的_c〇p密度是8 · Ox 104/平方公分或以下。 ϊ - - - m —EUMV—ii. I— ml n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr 费- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2 -