TW546741B - Production method for silicon wafer and silicon wafer - Google Patents

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Yoshinobu Nakada
Hiroyuki Shiraki
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Mitsubishi Material Silicon
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    • H01L21/3225—Thermally inducing defects using oxygen present in the silicon body for intrinsic gettering

Description

546741 A7
546741
(請先閱讀背面之注意事項再 此外，在其他習知技術（例如，國際公開公報w〇 98/4 55 07所記載之技術）方面，係先於氧氣下進行熱户理 接著在非氧化性環境下進行熱處理，藉此 … 稍此，在表面層形成 DZ而在内部形成BMD。 此外，以往，在用以形成空孔的熱處理中，主要是使 用N2(氮）作為氣體。φ即以高溫分解①，並藉由在石^圓 表面形成SixNy(氮化膜），而注入空孔。 但是，上述矽晶圓的熱處理技術，會產生以下問題。 以往，例如在進行形成空孔的熱處理時，係以氧化模 覆蓋表面，並在以N2為主的氣體中進行熱處理，然而在此 情況下，為求得相當的熱處理效果’必須進行125〇它以上 且1〇秒鐘以上的熱處理。因此，在石夕晶圓上’會因高溫的 熱處理，而由與承受器（suscept〇r)或支樓銷等接觸的部分 產生滑移（slip)，而導致破裂等原因的發生。 此外，熱處理前的矽晶圓表面，雖然多少會因氧化而 ，成自然氧化膜，但因進行上述熱處理之故，表面之自然 氧化膜會因高溫而昇華，進而產生表面粗糙的問題。 [發明之概述] 本發明係鑑於上述問題而創作者，其目的在提供一種 石夕晶圓製造方法及♦晶圓，可實現熱處理的低溫化或短時 間化並抑制滑移之產生，同時亦可獲得良好的表面粗糙 度。 社 印 製 本發明係為解決前述課題而採用以下構成。亦即，本 晶圓製造^在環境氣體巾對⑦晶圓施 2 313185 546741 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - ---~— B7____ 五、發明說明（3 ) '—^ 以熱處理而於内部形成新的空孔的熱處理程序，其特徵 為··該熱處理程序的前述環境氣體，係包含有比可分解n 之溫度低之分解溫度的氮化氣體。 在該夕阳ϋ的製造方法中’因熱處理程序的環境氣 體，係包含比可分解ν2之溫度低之分解溫度的氮化氣體， 例=丽3、NO、Ν2〇、Ν2〇2、聯氨或均二甲讲等，因此即 使是較&低的熱處理溫度或較短的熱處理時間，氮化氣體 也能夠被分解’並將矽晶圓表面氮化(形成氮化膜），且能 夠在内部注入空孔，並抑制熱處理時所產生的滑移。 此外在本發明的矽晶圓製造方法中，前述氮化氣體 中最好能夠含有簡3(氨）。，亦即，在該石夕晶圓的製造方法 中，藉由使用含有随3的氮化氣體，因随3分解後所產生 的Η(氫）具有去除矽晶圓表面的自然氧化膜等的洗淨效 果因而更此夠促進表面的氮化及空孔的注入。此外， 中具有使氧化膜氮化的效果，而能夠促進空孔的注入。此 外，上述NH3的洗淨效果，係仰賴於氫的還元性，而不同 於自然氧化膜高溫時的單純蒸發（昇華）。 此外，本發明的矽晶圓製造方法，係採用將前述氮化 氣體中的前述NH3濃度設定為〇.5以上，或將Nh3的流量 設定為lOsccm以上的技術。亦即，因本矽晶圓製造方法， 係將氮化氣體中的NH3濃度設定為〇 5以上，或將NH;的 流量設定為10sccm以上，因此，依照該氣體條件，氮化 反應即反應速率之控制，若含有該條件之氮化氣體，則形 成於晶圓表面的氮化膜厚將呈一致，並可在晶圓面内注入 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x297公髮） 3 313185 (請先閱讒背面之注意事項再
S -----^---訂---------線 β頁) 4 546741 五、發明說明（4 ) 均勻的空孔。 此外’本發明的矽晶圚.、生 柯 化氣體予以電漿化。亦即取好能夠將前述氮 亦即，在本矽晶圓製造方法中， 將前述氮化氣體予以電懸界 曰 可形成活性化之氮化氣體， 進而促進表面之氮化及空孔之注入。 此外，在本發明的矽晶圓製造方法义 溫度，係900°C到120(TC為土沾、、w洛_刚 '、、、处理的 = ·'、、的>jnL度，而前述熱處理時間， 最好在6〇SeC(秒）以下為宜。亦即，在本石夕晶圓製造方法 中’藉由前述範圍之熱處理溫度及熱處理時間，不僅可抑 制滑移之產生，並可充分、、幸 * 兄刀庄入空孔，而獲得適量的bmd 層。此外’如後述一般’由於係在12〇〇U下的溫度下進 灯熱處理，因此形成於結晶令的晶格間以將減少，且藉由 表面之氮化媒所注入之空孔，不會與晶格間以產生抵二 而可提昇注入效率。 此外，本發明的梦晶圓製造方法，在前述熱處理程序 前，最好具有用以將前述發晶圓表面的氧化膜去除或薄膜 化的氧化膜除去程序。亦即，在本石夕晶圓製造方法中，因 為在前述熱處理程序前，具有用以將前述石夕晶圓表面的氧 化膜去除或薄膜化的氧化膜除去程序，故可在晶圓表面的 自然氧化臈等氧化膜完全或幾乎被除去的狀態下，進行 RTA處理’並可避免藉由氮化氣體所產生的晶圓表面的氮 化及空孔注入因氧化膜而受到阻礙，因而可有效地進行空 孔注入。 ,_此外’本發明的梦晶圓製造方法，在前述氧化膜除去 本紙張尺度翻㈣g家鮮（CNS)A4麟⑵G X撕公复「 313185 注 項 546741 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 耘序中，當前述環境氣體中含有NHS時，最好能夠至少將 前述氧化臈去除至膜厚其膜厚未滿2nm的程度。本發明者 發見如後述一般，當氧化膜於表面上形成2nm程度之臈 尽時’依照上述熱處理條件（熱處理的溫度，係900°c到 C為止的/JHL度，而熱處理時間，係在6 〇 $㊁。（秒）以下的 夺間）’將無法充分地去除氧化膜或使之氧氮化膜化，同時 也無法充分獲得上述氮化氣體所形成的空孔注入效果。亦 即，在本矽晶圓製造方法中，係在氧化膜除去程序中，於 %境氣體中含有NHs時，至少將前述氧化膜去除至其膜厚 未滿2nm的程度，因此如後所述一般，可將剩餘的氧化膜 充分氧氮化膜化，並充分獲得空孔注入效果。 此外，本發明的矽晶圓製造方法，在前述熱處理程序 中，將前述矽晶圓配置於進行前述熱處理的反應室内，在 進行去除該反應室内的環境氣體令所含有的氧氣的清除 (purge)處理後，最好將含有前述氮化氣體的環境氣體供給 至反應室内。亦即，該矽晶圓的製造方法，係在進行去除 該反應室内㈣境氣體中所含有㈣氣之清除處理後，將 含有前述氮化氣體的環境氣體供給至反應室内，因此，熱 處理中的環境氣體中將不含氧氣，而能夠防止因表面氧化 而抑制空孔注入效果的情形發生。 本發明的石夕晶圓製造方法，其特徵為具備有：析出處 理程序’係在前述熱處理程序後，在較該熱處理程序更低 的溫度下進行前述石夕晶圓的熱處理，而於表層形成無缺陷 層’同時使氧析出至内部之空孔中。 ^紙張尺度適用中國國家標準（cns)A4規格（21G X 297公髮)— (請先閱讀背面之注咅W事項再 ^---訂-------- β頁) .線. 5 313185 B7 消 546741 五、發明說明（6 理程Γ:可明之碎晶圓製造方法，由於具備有析出處 、 、―，W述熱處理程序後，在較該熱處理程序低的 二：進：刖述矽晶圓的熱處理，而於表層形成無缺陷層 石夕1 讀出至内部之空孔中，因此，可製作出高機能 日日’切晶圓除了在表層具有適合裝置形成的Dz層 域 内"卩還包含有具鄰近吸氣效果之高BMD密度領 發月之石夕晶圓，係藉由熱處理而於内部形成新的空 孔㈣晶圓，其特徵為可藉由上述本發明之石夕晶圓製造: .製乍亦即，本石夕晶圓由於係藉由上述本發明之石夕晶 圓製k方法而製作，因此除了可抑制滑移之產生，同時可 藉由/、後的熱處理，獲得其表層具有充分之DZ層，且於 内部具有適畲之高BMD密度之高品質晶圓。 本發月之石夕晶圓，係藉由熱處理而於内部形成新的空 的夕曰曰圓其特徵為··其表面具有在進行前述熱處理時， 表面經氮化而成的石夕氧化氮化臈。亦即，該石夕晶圓在熱處 理時，因具有使表面氮化之石夕氧化氮化膜，亦即，因具有 無需使表面之自然氧化膜等矽氧化膜或氧氣蒸發，而可直 接使之氮化形成的石夕氧化氮化膜，因此除了可藉由表面之 氮化，使空孔充分注入内部之外，還具有抑制表面粗糖之 良好表面粗糙度。因此，若進一步對該矽晶圓進行用以析 出氧氣的熱處理，將可獲得一種晶圓，不僅内部含有高 BMD密度之BMD層，且表層擁有表面粗糙度良好之 層。 丨本紙張尺度適用中國國規格⑵〇 >< 297公髮 313185
(請先閱讀背面之注音心事項再頁) 6 7 546741 五、發明說明（7 ) 此外’本發明之矽晶圓，至少採用在表層形成無缺陷 層，同時使氡析出至内部之前逃空孔中的技術。亦即，咳 石夕晶圓由於是至少在表層形成無缺陷層，同時使氧析出至 内部之前述空孔中，因此，除了具有適合作為裝置形成領 域的DZ層外，盆内部、晉人
八卩遷含有具充分之BMD密度之BMD 領域，且可獲得鄰近吸氣效果。 藉由本發明可獲得如下之效果。 根據本發明之石夕晶圓製造方法及石夕晶圓，因熱處理程 序的％ i“體中’含有較可分解&之溫度低的分解溫度的 氮化氣體，因&，即使是較N2低的熱處理溫度或較短的熱 處理時間，鼠化氣體也能夠被分解，並將_晶圓表面Μ 氮4除了可在内部；i人空孔，並抑制熱處理時的滑移發 生外，還能夠在之後的熱處理中，獲得具有充分之取層 及於内部具有適度之高BMD密度的高品質晶圓。尤並， 對於直徑比綱則更大的30(^1^，更為有效： 此外，根#本發明之石夕晶B，因減理時具有可使表 面氮化的石夕氧化氮化膜，故可於内部充分注入空孔，並擁 有可抑制表面粗糙之良好的表面粗糙度。因此，若再對石夕 晶圓進行用以析出氧氣之熱處理，即可獲得於内部且有古 BMD密度的BMD層而且於表層具有表面粗韃度良好的= 層的晶圓。 [圖面之簡單說明] 第1圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一實施 形態之熱處理爐之整體概略剖視圖。 本紙張尺度翻準（CNS)A4 iiTiTo X 297_i¥ 313185 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項
再 I 頁I
I I 气了 i I 線 ·♦ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 546741
五、發明說明（8 ) 第2A圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一實 施形悲之熱處理溫度及氣體流量（slm)的時間表圖示。 第2B圖係本發明之石夕晶圓製造方法及石夕晶圓之一實 施形態之熱處理溫度及氣體流量（slm)的時間表圖示。 第3A圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一實 施形態之RTA處理後及其後之用以析出氧氣之熱處理後 的晶圓之放大剖視圖。 第3B圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一實 施形態之RTA處理後及其後之用以析出氧氣之熱處理後 的晶圓之放大剖視圖。 弟4A圖係在本發明之石夕晶圓製造方法及石夕晶圓之一 實施形態中’於表面形成矽氧化氮化膜時之RTA處理前後 及其後之用以析出氧氣之熱處理後的晶圓之放大剖視圖。 第4B圖係在本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一 實施形態中’於表面形成矽氧化氮化膜時之RTA處理前後 及其後之用以析出氧氣之熱處理後的晶圓之放大剖視圖。 第4C圖係在本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之一 實施形態中，於表面形成矽氧化氮化臈時之RTA處理前後 及其後之用以析出氧氣之熱處理後的晶圓之放大剖視圖。 第5圖係表示根據波倫科夫理論，當V/G比在臨界點 以上時形成多空孔晶鍵（ingot)’而當V/G比在臨界點以下 時則形成晶格間多矽晶錠，且理想（perfect)領域在第1臨 界比（（V/G)〗）以上第2臨界比（（V/G)2)以下之圖示。 第6圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313185
546741 A7 -------— 防__________ 五、發明說明（9 ) 中之熱處理溫度與BMD密度之間的關係圖表。 第7圖係本發明之石夕晶圓製造方法及石夕晶圓之實施例 中之熱處理溫度與DZ寬度之間的關係圖表。 第8圖係本發明之石夕晶圓製造方法及石夕晶圓之實施例 中之熱處理溫度在^(^。(：與U5(rc時之熱處理溫度與 BMD密度之間的關係圖表。 ’ 第9圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之習知例 及變更熱處理溫度時之實施例中的滑移長度的圖表。 第1 ο A圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之習知 例及在形成矽氧化氮化膜時的實施例中，由表面到深度方 向的元素分布測定所測得之分析結果圖表。 [元件符號說明] 第10B圖係本發明之矽晶圓製造方法及矽晶圓之習知 例及在形成碎氧化氮化膜時的實施例中，由表面到深度方 向的元素分布測定所測得之分析結果圖表。 1 承受器 1 a 段部 2 反應室 2a 供給口 2b 排出口 BMD BMD層 DZ DZ層 G 環境氣體 Si 晶格間 SNO 矽氧化氮化膜 SO 自然氧化膜 V 空孔 w 矽晶圓 [發明之實施形態] 以下，參照第1圖到第5圖，說明本發明之矽晶圓製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 313185 (請先閱讀背面之注意事項再 一 --------訂---------線- ，本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 546741 A7
造方法及矽晶圓之一實施形態。 第1圖係用以實施本發明之石夕晶圓製造方法的葉片型 熱處理爐。該熱處理爐係如第i圖所示，具備有：可載置 矽晶圓w的圓環狀感應器1;以及可將該反應器i收容於 内部之反應室2。Λ外’反應室2之外部，則配置有將矽 晶圓W加熱的燈泡（省略圖示）。 感應器1 ’係由梦碳化物等所形成，其内側設有段部 la’在該段部la上可載置矽晶圓评的周邊部。 在反應室2中，設置有：可將環境氣體G供給至矽晶 圓W的表面的供給口 2a及用以排出環境氣體G的排出口 2b ° (請先閱讀背面之注咅？事項再頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 此外，供給口 2a與環境氣體G的供給源（省略圖示） 相連接。 環境氣體G係比可分解N2的溫度低的分解溫度的氮 化氣體’例如丽3、_、比〇、义〇2、聯氨、均二 或二上氣體之混合氣體或該等氮化氣體與&(氮）、N2(氣）、 02(氧）H2(氫）等之混合氣體。此外，在本實施形態中，係 使用以NH3為主之環境氣體g。 關於使用該熱處理爐而於環境氣體中對石夕晶圓w進 行RTA處理（熱處理），並於内部形成新的空孔的方法，以 及在4曰曰® W的表層形成Dz層且於内部形成層的 熱處理實施方法，說明如下。 首先，在進行用以注入空孔的RTA處理前，最好先將 ，形成於_晶圓w面的自然氧化膜或因其他處理所產生的 本紙張尺度適用中_冢標準（CNS)A4_規格（⑽χ挪公爱）--__ - 訂 線•伞 10 313185 11 546741 五、發明說明（ 二化膜T以去除或薄膜化。亦即，利用I氫 的石夕晶圓w洗淨，以㈣去除面的氧化膜。此時 氧：除至其膜厚未滿2nm。而在自然氧化膜臈= 謹時，如後述一般，無需特別進行氧化膜去除處可 藉由該熱處理爐對石夕晶圓w進行熱處理，特別是i 處理(急速加熱及急速冷卻的熱處理)時，係將矽晶圓 置於感應器"爰，在由供給口 2a將上述環境氣體^供紙 至矽晶圓W的表面的狀態下，以90吖到12〇〇。。為止的範 圍的熱處理溫度，且60秒以下的熱處理時間，進行短時間 的急速加熱·冷卻（例如，5(rc/秒的昇溫或降溫）的熱處曰 理。此外，該熱處理係包含上述熱處理溫度下的熱處理時 間屬短時間（未滿lseC)之尖峰退火（spike _eai)處理。 在該熱處理溫度及熱處理時間的範圍内，除了可抑制 滑移的產生之外，亦可藉由後述之2階段式熱處理，獲得 充分的DZ層及BMD密度。此外，本實施形態係以更ς合 抑制滑移產生的條件，亦即以9〇〇〇C到i〗8〇〇c為止的熱處 理1度且熱處理時間在3 〇秒以下的條件，進行RT A處理。 此外，上述熱處理中，例如第2A及2B圖所示一般， 首先在進行到達8(TC為止的昇溫前，先進行清除處理，即 以馬流ΐ供給Ar以作為環境氣體而置換熱處理爐内的環 i兄氣體以去除氧氣。在氡氣完全從爐内去除的狀態下，僅 以Ar作為環境氣體並一面以預定流量進行供給，一面昇 溫至800°C。 _ 其次’以預定流量將NH3導入熱處理爐，並將與Ar 頂國家標準（CNS)A4規^^^7公爱丁 313185 Ϊ 頁 訂 11 546741 12 A7 B7 五、發明說明（12 ) 與NH3的混合氣體當作環境氣體供給，同時進行魚速加埶 昇溫而將該混合氣體由8001昇溫至預定之熱處理溫度加(例、 如1180。〇，在該熱處理溫度固定下進行預定時間之熱處 理後，再急速冷卻至800°C。 之後’在固定為8001的狀態下，僅將Ar作為環境氣 體並提高流量進行供給，直到完全將ΝΗ3排出為止，待完 全排出後再度只在Ar的環境氣體中進行降溫。如此，由 昇溫時的途中到及急冷降溫時的途中為止供給上述低分解 溫度之氮化氣體以作為環境氣體。此外，將NH3導入時的 熱處理溫度設定為與熱處理後之洗淨時為同一溫度（8⑼。C ) 的理由，係為了減輕裝置的負擔。 此外，上述熱處理後，可藉由將晶圓w從熱處理爐中 取出以進行急速冷卻。此時，藉由上述洗淨時的熱處理（8 〇 〇 °C )及取出時的急冷效果可削除内部氧氣施體（d〇n〇r)。 藉由上述熱處理，在矽晶圓w之表面上，與習知相 較，即使在較低的熱處理溫度下，氮化氣體亦能被充分分 解而將表面氮化，亦即形成氮化膜，如第3A圖所示，可 於内部注入充分的空孔V(Vaeancy)。 此外，為了在上述熱處理後（RTA處理）後，在比該熱 處理更低的溫度下，對空孔V進行氧氣析出處理，而利用 熱處理爐等進行熱處理（例如，8〇(rC4小時的熱處理，N2/〇2 環境），藉此，如第3B圖所示，在表層上，藉由隨著空孔 的向外擴散與氧化膜的形成而由晶袼間si的注入所形成 I的空孔與晶格間Si的抵銷，而於表層上形成DZ層DZ， ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格_ (210 X 297公釐^----- 313185 頁 線
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五、發明說明（13 ) 同時，為達到氡氣析出核的穩定，更藉由進行長時間的熱 處理（例如，100〇°c 16小時的熱處理），進行析出物的成長， 而於内部形成高BMD密度之BMD層BMD。 另外，無需特別進行用以形成上述DZ層或氧氣析出 的熱處理’而進行隨著其後的裝置製作程序所進行的熱處 理亦可。 如上所述，在本實施形態中，由於環境氣體〇係比可 分解A之溫度低的低分解溫度的Nh3等氮化氣體，因此， 可達到RTA處理中的熱處理溫度的低溫化，並可抑制熱處 理時的滑移之產生。 此外，因具有藉由使用以NHS為主的環境氣體〇，而 由NH3所分解產生的η可將矽晶圓W表面的自然氧化臈 等去除的洗淨效果，因此可更進一步促進表面的氮化與空 孔V的注入。此外，νη3具有使氧化膜氮化的效果，因而 能夠促進空孔V的注入。 另外，在本實施形態中，係在900°c到1200°C的溫度 範圍内進行熱處理，而該熱處理時間係在60sec以下的時 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 間’故可抑制滑移之產生，且充分注入空孔V，因而可獲 得適量的BMD層。 此外，如以往一般，在超過1200°C的高溫熱處理下， 結晶中同時會產生被稱為弗倫克爾線對（Frenkel pair)的空 孔（Vacancy)與晶格間Si，且利用RTA處理所注入之空孔 會與晶袼間S i相互抵銷，而使實際有助於析出的空孔密度 降低。相對於此，在本實施形態中，由於係在較少產生弗 本紙7艮&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x 297公釐） 13 313185 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 546741
發明說明（14 倫克爾線對的低溫下，亦即120(rc以下進行熱處理，故於 結晶中所形成的晶袼間Si少，而藉由表面之氮化膜所注入 的空孔V也不會與晶格間s i相抵銷，不僅可提高注入岐 果，同時可較以往更易注入於内部深處。 此外，RTA處理前，已先將矽晶圓w表面的氧化膜予 以去除或薄膜化，因此可在晶圓W表面的自然氧化膜等氧 化膜完全去除或幾乎被去除的狀態下，進行RTA處理，因 此可防止氮化氣體將晶圓W表面氮化或氧化膜對空孔注 入的阻礙，而達到有效的空孔注入。此外，因為至少將氧 化膜去除到其膜厚未滿2nm，因此，可藉由νη3的洗淨效 果或氮化效果將所剩之氧化膜予以去除或予以氧氮化膜 化’而獲得充分之空孔V注入效果。 此外，在RTA處理後，藉由在比該熱處理低的低溫下 對石夕晶圓W進行熱處理’而於表層形成dz層DZ，同時 使氧析出至内部之空孔V而形成BMD層BMD，因此可製 作一種咼機能碎晶圓，不僅於表層具有適合裝置形成的Dz 層DZ ’於其内部還具有具鄰近吸氣效果之高bmd密度之 BMD 層 BMD 〇 此外，本發明之技術範圍並不限於上述實施形態，只 要在不超越本發明之意旨的範圍内，均可做任何變更。 例如，在上述實施形態中，雖將熱處理溫度下降至較 習知者為低，但即使是與以往所使用的環境氣體的Ν2相同 的鬲熱處理溫度，也能夠將熱處理時間設定成較Ν2為短， 在該情況下，亦可與降低熱處理溫度的情形相同，大幅減 本紙張尺度適用中關家標毕（CNS)A4規格（21G X 297公爱) — ----- 313185
546741 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ~" ------------— B7 _ 五、發明朗（15 ) " " ---- 低滑移之發生。 此外，亦可將電漿化的上述氮化氣體作為環境氣體。 在省隋况下，因上述氮化氣體被電漿化而活性化，因此可 進一步促進表面的氮化及空孔的注入。 此外，環境氣體為三種以上的混合氣體時，其中只要 有一種類以上為NH3等氮化氣體即可。 此外，當環境氣體為二種以上的混合氣體時，所含有 的氮化氣體最好在〇·5%以上或1〇sccm以上，且以絕對量 較少的量為佳。亦即，在該範圍内的氮化反應為反應速率 之控制，若含有該最低限度以上的氮化性氣體時，則形成 於晶圓表面的氯化臈厚將相同，其結果，所導入之原子空 孔濃度將會相同，而釋出量也會相同。此外，在該範圍以 下的0.05%以上未滿〇 5%，或超過lsccm而在1〇swm下 的範圍内，當氮化膜厚在同一溫度及時間下，可藉由氮氣 的分壓，氮化！會產生變化。因此，該領域為擴散速率 之控制，並可藉由氮氣量來控制析出量。 此外’上述環境氣體的壓力，可以是在減壓、常壓或 加壓的狀態下。 此外，藉由上述實施形態而形成於晶圓表面的氮化 膜、氧氮化膜（矽氧化氮化膜）係以Si3N4&代表的SiN。 x y 此外將氧化膜氮化時，會形成以Si2N20為代表的 Si2Nx〇4」&。亦即，形成矽氧化氮化膜。該矽氧化氮化膜 係自然氧化膜、化學氧化膜或熱氧化膜經氮化而形成者。 此外，該等氮化膜，其膜中亦可包含氫。 本紙張尺度剌巾關家標厚（CNS)A4規格（210 X 297公髮) --- 15 313185 ϋ ϋ ·ϋ ·ϋ ϋ 一OJI I n ϋ ϋ n I » {請先閱讀背面之注咅？事項再 消 546741
此外，在上述實施形態中，熱處理前的矽晶圓表面上 雖有形成自然氡化膜的情形’但只要是自然氧化膜之類的 氧化膜’便可籍由上述之丽3等之洗淨效果或氧化膜的氮 化而獲得充分的空孔注入效果。 但是’在藉由NH3等上述氮化氣體所進行的熱處理 前’利用包含氧氣的環境氣體等進行熱處理，而於石夕晶圓 表面形成較自然氧化膜更厚的氧化膜時，將無法藉由叫 等的表面氮化作用獲得充分的空孔注入效果。此乃因為表 面的氧化膜過厚之故，即使在随3等環境氣體下進行敎處 理，也無法於Si表面形成具良好空孔注入效果的氮化膜（包 含氧氮化膜）。 因此，在藉由本實施形態中的簡3等上述氮化氣體進 行熱處理前，不適合積極於石夕晶圓上形成較自然氧化膜更 厚的氧化膜，或在該熱處理前，於包含氧氣的環境氣體中 進行熱處理之處理程序。此外，在本實施形態令，將丽3 等上述氮化氣體供給至反應室前，最好先進行將包含於環 境氣體中的氧氣去除的清除處理程序。 此外，參照第4A至4C圖，針對藉由上述RTA處理 形成上述矽氧北氮化膜時的情形進行說明。 在熱處理前的矽晶圓W上’如第4八圖所示，於表面 上形成自絲侧㈣氧化臈加，而並未㈣施以氧化膜 去除處理。在該狀態下，進行上述RTA處理，並藉由丽3 將表面的自然氧化膜S〇及石夕予以氮化後，如第4B圖所4 一般於内部注入空孔6夕，於苴砉而介if ί紙張尺度適财酬綠孕(CNS)A4規格⑵…、μ θ > > 313185
(請先閱讀背面之注音5事項再本頁) 1^— . 16 546741 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印1 五、發明說明（17 氧化氮化膜SNO。 該石夕晶圓係在熱處理時因具備有使表面氮化的氧氮化 臈’亦即’在熱處理時具有使表面的自然氧化臈so氮化 而形成的石夕氧化氮化膜SNO,因此可藉由表面的氮化，於 内部注入充分的空孔V，並具有可抑制表面粗輪之良好的 表面粗糖度。因此，若再對該石夕晶圓施以用 熱處理，則將如第4C圖所示，可獲得—種晶圓，除氧;於的 内部具有高鶴密度的BMD層BMD之外，於其表層亦 具有表面粗糙度良好之DZ層DZ。 β此外，在上述實施形態中，雖使用藉由一般的〇2法 而提拉成長的晶錠所切片而成之矽晶Β，但使用藉由其他 之CZ法而提拉成長之晶錠所形成的的矽晶圓亦無妨。例 如，在上述矽晶圓方面，將於有矽單結晶晶錠内存在有晶 格間矽型點缺陷的領域設定為[η，將存在有空孔型點缺= 的領域設定為[V] ’而將不存在晶格間矽型點缺陷的凝集體 與空孔型點缺陷的凝集體的理想領域（無缺陷領域）設Ζ為 [Ρ]時，亦可使用不存在由理想領域[Ρ]形成之晶錠所Χ切成 之點缺陷的凝集體的矽晶圓。此外，空孔型點缺陷，係指 一矽原子由矽結晶晶格且正常的一個晶格中脫離而成之空 孔所形成的缺陷，而晶格間矽點缺陷，係指原子位於矽結 晶之晶格點以外的位置（晶袼側邊）時的缺陷。 亦即，由該理想領域[Ρ]所形成的矽晶圓，如曰本特開 平1-1393號公報所提案一般，係藉由cz法從熱區内的矽 •融液中，以根據波倫科夫（Voronkov)理論的提拉速度輪 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS)A4規格（210 x 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) t 訂---------_ 17 313185 546741 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 18 五、發明說明（18 ) 將晶鍵予以提拉，而將該晶錠切片製成。該晶錠係在將提 拉速度設為V(mm/分），而將坩堝中的矽融液與晶錠之界面 附近的晶錠垂直方向的溫度梯度設為Grc/mm)時，為了使 進打熱氧化處理處理時，以連結狀產生的〇SF(〇xidati〇n
Induced Stacking Fault;氧衍生之層疊缺陷）得以在晶圓中 心部消滅，而決定V/G(mm2/分·。c )值所製成者。 根據波倫科夫理論，如第5圖所示，以V/G作為橫軸， 而以空孔型點缺陷的濃度與晶格間矽型缺陷濃度作為同一 縱軸，而以圖表顯示V/G與點缺陷濃度間的關係，並說明 空孔領域與晶袼間矽領域的境界係由V/G所決定。更詳細 而吕，V/G比在臨界點以上時，可形成空孔型點缺陷濃度 高的晶錠，另一方面，V/G比在臨界點以下時，則會形成 晶格間石夕型點缺陷濃度高的晶錠。在第5圖中，⑴係分配 有晶格間矽型點缺陷，表示晶格間矽型點缺陷所存在之領 域（（V/Gh以下），而[ν]係在晶錠内分配有空孔型點缺陷， 表示空孔型點缺陷的凝集體所存在的領域（（V/G)2以下）， [P]則表示空儿型點缺陷的凝集體及晶格間矽型點缺陷凝 集體所不存在的理想領域（（…(^至…/⑺2)。與領域[p]鄰 接的領域[V]尹存在有形成〇SF核的領域[〇SF] ((V/G)2至 (V/G)3)。 2 口此被供給至♦晶圓的晶鍵的提拉速度輪廓，在將 晶錠由熱區内的矽融液中提拉出來時，可決定使相對於溫 度梯度之提拉速度的比（V/G)維持在於用以防止晶格間石夕 型點缺陷凝集體產生的第1臨界比（（V/G)1)以上，且維持 本紙張尺度適用中國國家標卑（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 313185 -------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再liPP本頁) 546741 A7
五、發明說明（19 ) 在將空孔型點缺陷之凝集體限制在位於晶錠中央之空孔型 點缺陷所存在之領域内的第2臨界比（（V/G)2)以下。 該提拉速度輪廓，係藉由實驗性地將基準晶錠沿軸方 向切片或模擬方式而根據上述波倫科夫理論來決定。 、如上所述，在理想領域[P]中所製作的矽晶圓，雖將成 為不具有OSF、cop等之無缺陷晶圓，但另一方面，因IG 效果較差，若對其進行上述實施形態所述之熱處理，即可 充分地於内部形成高密度之BMD層，並具有鄰近吸氣效 果。 此外，COP等點缺陷凝集體可藉由檢測方法表示檢測 感度、檢測下限值不同之值。因此，於本說明書中，所謂 的「無點缺陷凝集體存在」係指：對經過鏡面加工後的矽 單結晶進行無攪拌射哥蝕刻後，藉由光學顯微鏡，將觀察 面積及餘刻厚度的積作為檢查體積來觀察時，將流動樣式 (空孔型缺陷）及錯位團塊（晶袼間矽型點缺陷）的各凝集體 相對於lxio 3cm3的檢查體積而檢測出一個缺陷之情況設定 為檢測下限值（1 χΙΟ3個/em3)時，即表示點缺陷的凝集體數 量在上述檢測下限值以下。 [實施例] 接下來，藉由實施例來具體說明本發明之矽晶圓的製 造方法及矽晶圓。 根據上述實施形態，將NH3/Ar:2SLM/2SLM、NH3m2 : 2SLM/2SLM作為環境氣體而分別施放時的熱處理溫度（退 火度）及B M D密度之間的關係，如第6圖所示。此外， 本紙張尺度適用中國國家標羊（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 313185 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 546741 Α7
五、發明說明（20 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 ^ ^ NH3/Ar ： 2SLM/2SLM，NH3/N2 : 2SLM/2SLM 作為環境氣體實而分別施放時的熱處理溫度（退火溫度）與 DZ寬度之間的關係，如第7圖所示。此外，作為比較例 而與習知相同，將N2:4SLM當作環境氣體而予以施放時 的情形亦如圖表所示。由第6圖及第7圖得知，在包含環 境氣體之NH3的本發明的熱處理中，即使在較低的熱處理 溫度下也能獲得較以往更高的BMD密度，並獲得具充分 實用性的DZ宽度。 此外，在以NIVN2 : 2SLM/2SLM作為環境氣體的條 件下，將熱處理溫度設定在ll〇〇°c與U5〇〇c時的熱處理時 間（退火時間）與BMD密度之間的關係，如第8圖所示。由 第8圖得知，在相同的熱處理時間之下，在高溫的115〇它 的情況下比在lioot的情況下可獲得更高的BMD密度。 此外，其效果的差異，在熱處理時間較短時更為顯著。 此外，根攄其他種種條件進行實驗的結果發現，根據 本發明’即使較習知更低溫也能夠獲得充分的BMd密度， 同時’即使變更本發明中的上述氮化氣體的環境氣體中的 /爪直比’ BMD密度也不會有太大的變化。此外，還瞭解到 在本發明中，當提昇冷卻速度時，其析出量會隨之增加。 此外，在滑移長度方面，可知在低溫下的熱處理其滑 移長度較短，而冷卻速度高時則滑移長度將變短。另外， 尚得知當環境氣體中含有氨時，其氨含量較少時，其滑移 長度將變短。此乃氨被分解後，熱傳導率較高的Η(氫）會 變少的緣故。因此，使用較低溫且包含流量比較少的氨的 本紙張尺度適用中國國家標洋（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 313185 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂---------線
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i、發明說明（ 21 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 兄氣體來進订熱處理，並以高冷卻速度冷卻時，將更能 夠抑制滑移，並獲得充分的BMD密度。 第9圖係利用習知方法（N2/Ar、1220。(：）與本發明 (ΝΗ3/Αι·)降低熱處理溫度以達到其滑移效果，而為了明綠 表示其效果’ ®示以石英製的銷保持晶圓時，由銷的痕跡 所形成的滑移長度。滑移長度係藉由射哥（Sec〇)餘刻測定 13一後的錯位位元的最大間隔。在習知方法中係延伸 為3mm長度的，骨移，而在本發明中貝】為〇 4匪以下。 而在113 0 C以下’則變為〇 ’且得知滑移長度已大幅降低。 卜關於將Ν2/Αγ作為環境氣體使用的以往的rTa 處理λ施隋开與根據上述實施形態而於表面形成氧化氮 化膜的情形’力藉由XPS與濺射所組合而成的分析法，分 析實際表面反應膜的組成，其分析之結果顯示於第Μ圖 及第10BI由該分析結果得知，在習知例的情況下如 第10A圖所不，於表面幾乎無法檢測出氧，而僅能檢測出 碎與氮’相對於此’根據本實施形態之實施例，則如第刚 圖所示，可於表面檢測出與氮相同程度的氧，並形成石夕氧 化氮化膜。 (請先閱讀背面之注意事項再¾pf本頁) 訂---------線
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 €格（210 X 297公餐）_ 21 313185

Claims (1)

  1. H3 第90127991號專利申請案 申請專利範圍修正本 ,_ (92年3月2α曰 、種矽曰曰圓之製造方法，具有於環境氣體中對矽晶圓 進行熱起理*於内部形成新的空孔的熱處理程序， 勺人其考夺徵為：前述熱處理程序的前述環境氣體，係 匕3有車又可分解Ν2的溫度低的分解溫度的氮化氣體。 义申月拳利範圍弟j項之矽晶圓之製造方法，其中， 如述氮化氣體係包含有νη3。 3.=申睛拳利範圍第2項之矽晶圓之製造方法，其中， 刚述虱彳匕氣體係將前述NH3之濃度設定在〇·5%以上式 將ΝίΪ3的流量設定在lOsccm以上。 芝 4·如申凊拳利範圍第1項之石夕晶圓之製造方法，其中， 前述氮化氣體係被電漿化。 /、， 5·=申請拳利範圍第！項之石夕晶圓之製造方法，其中， 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 月j熱處理的溫度係在9⑽。c到12〇(rc之間的溫度， 而前述熱處理的時間係在6〇sec以下的時間。里又 6.如申凊拳利範圍第j項之石夕晶圓之製造方法，其中， 在刚述熱處理程序前，尚具有：將前述 惫於胳工、丨丄 7日日W表面之 獏予以去除或予以薄膜化的氧化膜去除程 7·如申凊拳利範圍第6項之矽晶圓之製造方法，其 前述氧化膜去除程序，係在前述環境氣體中含有’ 時，至少將前述氧化膜去除至其膜厚未 3 8·如申讀皇 啊2nn!的程度。 甲明拳利範圍弟！項之矽晶圓之製造方法，其中 "^狀度適用中國國家標^格⑽X 297公爱） 1 31318$ 546741 二序’係將前述石夕晶圓配置在進行前述熱 处、…至内，在進行去除該反應室内的環产#财 中所含有的氧氣的清除處理後，將含有前述氮：氣： 的環境氣體供給至反應室内。 /且 9. 如申請專利範圍第！項之石夕晶圓之製造方法， 具備有： 八 在前述熱處理程序後，在比該熱處王里程序低的溫 度下對前述石夕晶圓進行熱處理，而於表層形成無缺陷 層，同時使氧析出至内部的空孔令之析出處理程序。 10. 種石夕B日圓，係藉由在包含有較可分解N2的溫度低的 分解溫度的氮化氣體之環境氣體中進行的熱處理而於 内部形成新的空孔的矽晶圓。 11. -種H，係藉由熱處理而㈣部形成新的空孔的 矽晶圓:其特徵為：其表面具有在進行前述熱處理時 表面經氮化而成的矽氧化氮化膜。 12·如申請專利範圍第n項之矽晶圓，其中， 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 至少表層形成有無缺陷層，並且内部之前述空孔 中析出有氧。 313185
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