515117 A7 B7 五、發明説明（彳） 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於，利用R Τ A裝置，於半導體晶圓（以 下略稱晶圓）做熱處理工程之半導體晶圓的製造方法。特 別是關於可抑制大直徑矽晶圓滑動轉位之熱處理法。 【先前技術】 在半導體晶圓之製造工程或使用其半導體晶圓來製作 兀件工程，亦有使用R T A ( Rapid Thermal Annealing)裝 置做熱處理。特別是近年，以半導體晶圓爲代表的矽單結 晶晶圓，朝著大尺寸化進行，因此利用燈泡加熱方式之 R Τ A裝置，經常的被使用於急速加熱，急速冷却之熱處 理。 使用R Τ A裝置之熱處理可列舉如下：例如，去除晶 圓表面缺陷之熱處理，去除氧施主之熱處理，形成淺擴散 層之熱處理，形成薄氧膜之熱處理。 且，本發明所使用之RTA裝置之熱處理亦包含使用 燈泡加熱裝置之單片式基板處理的磊晶生長。 過去，使用RTA裝置做熱理時，當溫度在1 〇 〇 〇 °C以上之高溫時，其滑動轉位是無法避免。以R Τ A做高 溫處理之晶圓的滑動轉位，與一般以阻力加熱式之直型爐 或橫型爐（擴散爐）做處理之晶圓所發生之滑動轉位是相 同的。此爲從晶圓內側至晶圓表面，以目測檢查，或顆粒 計數器可檢測出。此種滑動轉位在元件工程，將造成元件 良品率之低下。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I- si II I- V V - ........ I - - n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 -4- 515117 A7 B7 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，因此種滑動轉位主要發生在支撐熱處理中的晶圓 之治具與晶圓之接觸點，所以其解決對策，卽試著改善支 捧晶圓治具之形狀及材質，雖可改善至某種程度，但並沒 有得到太大之效果。 近年，熱處理晶圓朝著大口徑化行進。晶圓週邊部或 熱處理治具與晶圓之接觸點，其晶圓之重力所產生之應力 變大，所以更易產生滑動轉位之傾向。特別是，爲去除晶 圓表面之缺陷，所以必需以1 1 0 0 °c之高溫做熱處理， 但滑動轉位之發生卻愈易產生，本發明卽爲尋求此對策。 【發明所予解決之課題】 本發明係有鑑於上述之問題點，而進行開發完成的。 其目的在於提供：即使利用R T A裝置實施熱處理，亦可 抑制滑動轉位發生之半導體晶圓之製造方法。 【用以解決課題之手段】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲解決上述課題，本發明之半導體晶圓之製造方法的 第一形態，係針對於具備有：利用R T A裝置，將半導體 晶圓以所定溫度做熱處理工程之半導體晶圓的製造方法。 其特徵爲：將上述半導體晶圓與支撐半導體晶圓之治具間 的接觸部分之溫度，控制在比半導體晶圚中心部溫度低於 於3〜2 0 °C之狀態，施行熱處理。 另外，本發明半導體晶圓之製造方法的第二形態，係 針對於具備有：利用R T A裝置，將半導體晶圓以所定溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ •5- 515117 A7 B7 五、發明説明（3) 度做熱處理工程之半導體晶圓的製造方法。其特徵爲··上 述熱處理中之半導體晶圓之溫度分佈係爲：該半導體晶圓 之中心部爲所定溫度，從該半導體晶圓中心部，朝著該半 導體晶圓之外圍部，具備從所定溫度做降低之分佈。且， 將該半導體晶圓中心部及支撐該半導體晶圓之治具間的接 觸部分的溫度差，控制在備有3〜2 0 t之範圍的溫度分 佈狀態，施行熱處理。 如上述，將易發生滑動轉位之支撐半導體晶圓之治具 及其接觸部分（一般爲晶圓外圍部），利用比所定溫度較 低之溫度狀態，做熱處理，即可抑制滑動轉位之發生。 此時，上述所定溫度爲1 1 0 0〜1 3 0 0 °C較爲理 想。亦即，對於滑動轉位之成長是發生在1 0 〇 0 °c以上 之溫度，但爲了要去除晶圓表面之缺陷，所以其熱處理需 在1 1 0 0 °c以上。因此，若將熱處理溫度設定在 1 1 0 0 °c以上，即可得到去除缺陷效果，亦可得到抑制 滑動轉位之效果。但，相反的，若在1 3 0 0 °C以上，反 而會導至滑動轉位，及易發生金屬污染之可能性。 另外，本發明適用於較易產生滑動轉位之直徑200 臓或3 0 0腿，或是超過其以上之矽單結晶晶圓，且可得 到極高之效果。再加上，若本發明適用於做晶晶生長之晶 圓的全面溫度分部的話，卽可得減低滑動轉位半導體晶圓 之嘉晶晶圓。 以下，爲說明本發明之經緯。過去，在使用R T A裝 置實行熱處理時，爲了要防止滑動轉位，或是爲了要將表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 (請先閲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 -6- 515117 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 面所形成膜的膜厚（：氧膜或磊晶層）均一，所以儘可能將 熱處理中之晶圓的面內溫度做均一分佈。此爲，利用將面 內溫度均一分佈，加於熱處理中之熱應力，儘可能使其面 內均一，來抑制其滑動轉位之發生。以及，成長膜之成長 速度，盡可能使其面內均一，而使其膜厚分佈提昇。 相反的，在使用R Τ A之晶圓製造過程或元件製作過 程中，亦未必要有溫度均一性之存在。但在現實中，即使 如上述之製作過程，一般而言，使用溫度均一性可做良好 之溫度控制。 另外，根據本發明人等之詳細調查得知：有關利用 R Τ A而發生之滑動轉位，是因將晶圓與晶圓支撐具間的 接觸部當爲起點而發生，或從晶圓外圍部所發生的。另外 亦可得知，此種滑動轉位是發生在1 0 〇 0 °C以上之高溫 熱處理，其滑動轉位之長度是隨著高溫變大。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據以上之見解本發明人等，在本發明中可抑制滑動 轉位發生，並非取決於熱處理中之晶圓面內溫度分佈之均 一性，而是將滑動轉位起點之晶圓與晶圓支撐具之間的接 觸部分之溫度，與周圍溫度相比較，將其溫度稍做降低， 來抑制滑動轉位之發生。 【發明之實施形態】 本發明方法係針對：可將矽晶圓做急速加熱，急速冷 却之裝置。其代表例可列舉爲利用熱放射之燈泡加熱裝置 。在本發明中被適當使用之矽晶圓急速加熱，急速冷却裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 515117 A7 _____B7____ 五、發明説明（5) 置（R T A裝置）一例，係以第2圖佐以說明。第2圖係 顯示R T A裝置一例的槪略說明圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在第2圖中，10係爲熱處理裝置，換言之，亦即 RTA裝置。此熱處理裝置1 〇，備有以石英做成之處理 室，在此處理室內行晶圓1 8之熱處理。其加熱方式爲： 以加熱燈泡1 2將處理室上下左右圍繞施以加熱。此加熱 燈泡1 2係爲各自獨立，可控制供給之電力。 在處理室1 1之氣體導入側，設有氣體導入口 1 9， 在氣體排氣側有裝設自動關閉門1 3 ,可封鎖外氣。在自 動關閉門1 3中，圖中無顯示出，但設有利用其閘閥之關 閉可能設置晶圓插入口。此外，在自動關閉門1 3中，設 有氣體排氣口20，可調整爐內狀況。 之後，將晶圓1 8配置於，例如在石英托盤1 4上形 成3點支撐部15之支撐治具上。在石英托盤14之氣體 導入口側，設有石英製的緩衝器1 6 ,此可防止當從氣體 導入口 1 9導入氣體時，不會直接碰觸到晶圓1 8。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外，在處理室1 1中，圖中雖無列示，但設有溫度 測定用特殊窗口。利用在處理室1 1之外部設置高溫計 1 7，透過特殊窗口可測定晶圓1 8之溫度。 利用上述之熱處理裝置1 〇 ,來實行如下之晶圓1 8 的急速加熱，急速冷却處理。 首先，圖中雖無列示，利用配置在鄰接於熱處理裝置 1 0之晶圓處理裝置，將晶圓1 8從圖無顯示之晶圓插入 口放入處理室1 1內，放置於石英托盤1 4上之後，將自 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 515117
動關閉門關上。之後，電力供給至加熱燈泡i 2，將晶圓 1 8昇溫至1 1 5 0〜1 3 5 0 °C之所定溫度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，到其目的之溫度所要時間例如約需2 〇秒左右 〇 其;人，在其溫度中，利用保持所定時間，於晶圓1 8 可做高溫加熱處理。經過所定時間，若高溫處理結束的話 ，將加熱燈泡1 2之輸出功率及晶圓1 8之溫度下降。此 降溫也可以約2 0秒左右來實行。最後，利用晶圓處理裝 置將晶圓取出，完成熱處理。 在本發明中係針對：主要利用調整加熱燈泡1 2之輸 出功率，調節對其目的之熱處理溫度，至少將晶圓1 8與 支撐治具，例如石英托盤1 4之支撐部之間的接觸部分之 溫度，調節至比其它部分低於3〜2 0 t的面內溫度分佈 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，因一般晶圓1 8與接觸部分其支撐部1 5是設 計於靠近晶圓1 8之外圍部，所以當晶圓1 8之面內溫度 分佈是以晶圓1 8之中心部爲目的之溫度，從晶圓1 8之 中心部往晶圓1 8之外圍部，其溫度慢慢降低，且若將中 心部與支撐晶圓1 8之治具，如石英托盤1 4之支撐部 1 5之間的接觸部分之溫度差，設定在3〜2 0 C範圍之 溫度分佈的話，將可容易的控制其溫度分佈。 另外，若以磊晶成長裝置做上述之燈泡加熱方式施以 急速加熱，急速冷却來累積磊晶層的話，利用將磊晶成長 中之晶圓面內之溫度分佈，設定如上述，如此將可得到抑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 515117 A 7 B7 五、發明説明（7) 制滑動轉位之發生的磊晶晶圓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，雖在本發明中所做熱處理之半導體，若適切使用 於直徑2 0 0歷或3 0 0腫，或是超過其以上之大直徑之 矽單結晶晶圓的話，將可得到極高之效果。此外，本發明 係不限於上述，亦適用於小直徑之矽單結晶晶圓，或是如 G a P，G a A s之化合物半導體晶圓。 實施例 以下，係例擧實驗例來具體說明本發明。 (實驗例1 ) 在此之RT A裝置是使用Applied Materials社製的RTP Centura。施行熱處理半導體晶圓是使用直徑3 0 0腿，P 型，方位（1 0 0 )，電阻率1 0 Ω cm之矽單結晶晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖是顯示在本實驗例中，所使用的R T A裝置 5 0之剖面構造槪略圖。RTA裝置5 0備有金屬製處理 室21,在此處理室內行晶圓28之熱處理。其加熱方式 爲：利用配置於處理室2 1之上部之加熱燈泡2 2施以加 熱。此加熱燈泡從裝置上部看的話，爲蜂窩狀之配置，其 爲各自獨立，可控制供給之電力。 在處理室2 1之氣體導入側，設有氣體導入口 2 9 , 在氣體排氣側有裝設自動關閉門2 3 ,可封鎖外氣。在自 動關閉門2 3中，圖中無顯示出，但設有利用其閘閥之關 閉可能設置晶圓插入口。此外，在自動關閉門2 3中，設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 515117 A7 __B7_ 五、發明説明（8) 有氣體排氣口 3 0 ,可調整爐內狀況。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之後，將晶圓2 8放置於，S i C製之環狀托盤2 4 上，其構造爲在熱處理中時，隨環狀托盤24朝水平方向 回轉。在環狀托盤24之氣體導入口 29側，設有S i C 製的緩衝器2 6，此可防止導入氣體，不會直接碰觸到晶 圓2 8。 又，在晶圓2 8之下方，從晶圓2 8之中心至外圍部 ，設置有7條溫度感應器，可測定從晶圓2 8之中心至外 圍部之溫度分佈。利用將此測定値回授至加熱燈泡2 2之 輸出功率，即可得到所希望之溫度分佈。 熱處理條件係以：其目標之熱處理溫度爲1 0 0 0 °C ，105CTC，1100 t，115CTC, 1200。。之 5條件，及在1 0 0 %乾燥氧狀態中。以上之熱處理時間 任何一條件均爲3 0秒。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 晶圓與支撐治具（環狀托盤2 4 )之接觸部分，因是 從晶圓外圍約2 mm之部分（支撐環狀），所以調整燈泡輸 出功率，將晶圓外圍部（溫度感應器2 7之最外圍部）之 溫度設定，設定成比中心部低2 · 5〜2 0 t。又，外圍 部與中心部間之範圍之溫度設定是以，從晶圓中心部朝外 圍部，做直線降低之溫度坡度之設定。 另外，爲了做實驗之比較，所以調整燈泡輸出功率， 將晶圓外圍部及中心部之溫度設定均一（溫度差0 °C ), 或是將晶圓外圍部之溫度設定比中心部低於2 · 5〜2 0 °C 。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 515117 A7 B7 五、發明説明（9) 施行如上述之溫度設定，做晶圓熱處理之後，將其所 發生之滑動轉位以表面檢查裝置（KLA-Tencoi*社製Surf Scan SP1)觀察，及測定全部滑動轉位之長度。 在第一圖之結構，係將熱處理中之晶圓中央部及外圍 部之溫度差與滑動轉位之全長（滑動轉位之長度）之關係 。又，在此將滑動轉位之長度規格化，當在熱處理溫度爲 1 2 0 0 t，晶圓中央部及外圍部之溫度差爲0 °C的時候 ，其長度視爲1。 由第一圖之結果可得知，不管是任何一個熱處理溫度 ，其外圍部（晶圓與支撐部之間的接觸部）之溫度，比晶 圓中央部之溫度低於3〜2 0 t時，其滑動轉位之發生可 有效的抑制。特別是在熱處理溫度爲1 1 0 0 °C以上，其 效果更加顯著。 另外，在其它之實驗中，確認到若與中央部之溫度相 比較，其外圍部溫度低於2 0 t時，會因爲晶圓面內之溫 度差的起因，産生熱應力，而易發生滑動轉位，以及，滑 動轉位以外之特性極易惡化，如晶圓表面缺陷之去除，或 累積膜厚不均一等之面內不均一問題。 且，本發明並不僅限於上述之實施形態。上述實施形 態僅爲一例，即使是具有與本發明之申請專利範圍，所記 載的技術槪念及具有同一實質構成之效果相同，其亦爲包 含本技術發明之範圍。 例如，在上述實驗例中，雖晶圓外圍部與中心部間的 範圍之溫度設定是爲，從中心部朝著外圍部做直線下降溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（2ΐ〇χ297公釐） (請先閲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 -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 515117 A7 B7 五、發明説明（ 度坡度之設定。但並不限如上述之溫度坡度。其溫度坡度 之設定亦可在每一固定範圍做階狀之降低。另外僅在外圍 部1 0 Aim左右之溫度設定低於3〜2 0 t。此設定是配合 其所必要之熱處理條件（熱處理溫度，熱處理時間，熱處 理狀態，昇降溫速度等）， 其適當之設定可將滑動轉位之發生降低至最小。 此外，在上述實驗例中，雖是使用第3圖所記載的 r τ A裝置，但除了此裝置以外，亦可使用如第2圖之裝 置，或是完全不同構造之RTA裝置。 【産業上之利用可能性】 如以上所述，若利用本發明，即使是利用R Τ A裝置 施行熱處理，亦可達到抑制滑動轉位發生之效果。 【圖面之簡單說明】 第1圖係顯示在實驗例1中，其熱處理中之晶圓中央 部與外圍部之溫度差，及滑動轉位全長之關係的曲線圖。 第2圖係顯示急速加熱，急速冷却裝置（RTA裝置 )之一例的槪略說明圖。 第3圖係顯示在實驗例1中，使用之R Τ A裝置的剖 面構之槪略說明圖。 主要元件對照表 10 熱處理裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-13- 515117 A7 B7 五、發明説明（〇 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 1 1 石 英 處 理 室 1 8 晶 圓 1 2 加 熱 燈 泡 1 9 氣 體 導 入 □ 1 3 白 動 關 閉 門 2 0 氣 體 排 氣 □ 1 4 石 英 托 盤 1 6 緩 衝 器 1 7 高 溫 計 1 5 支 撐 部 5 〇 R Τ A 裝 置 2 1 金 屬 處 理 室 2 8 晶 圓 2 2 加 熱 燈 泡 2 9 氣 體 導 入 □ 2 3 白 動 關 閉 門 3 〇 氣 體 排 氣 □ 2 4 環 狀托 盤 2 7 溫 度 感 應 器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） -14-