TW557488B - Silicon wafer and fabricating method thereof - Google Patents
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Description
557488 A7 I —-— __ 五、發明説明(1 ) 發明背景 發明範疇 本發明係關於一種加熱處理方法,特別係關於一種可 減少接近表面區之晶體來源粒子之矽晶圓加熱處理方法。 相關技藝背景 隨著半導體積體電路元件(半導體元件)變成更為高度 记憶體’相對設計法則縮小,造成半導體元件之製造過程 愈來愈困難。如此需要改良晶圓品質來提高半導體元件製 成的良率以及改良製造的半導體元件的可信度。 如此於其上將製造元件之半導體晶圓表面必須不含 缺陷。晶體來源粒子(COPs)於晶體生長期間被導入單一矽 晶體内部,COPs存在矽晶圓表面,造成矽晶圓之電性可信 度低劣。因此曾經多方面努力發展不含C〇ps缺陷的晶圓。 此外需要一種晶圓具有捕捉過渡金屬之獲取裝置,過 渡金屬於半導體元件於晶圓上之製造過程中誘發致命缺 陷。位於晶圓主動元件區的氧沉澱物可能損害元件的操 作。但位於晶圓本體氧沉澱可能捕捉非期望的金屬雜質。 使用位於晶原本體的氧沉澱來捕捉金屬稱作為「獲取」。半 導體元件製造過程中,捕捉過渡金屬之獲取裝置設置於晶 圓’因而留下控制過渡金屬流出電路元件形成區。 「獲取」主要包括本質獲取(IG)以及外來獲取(EG)。 IG已經進行方式為作為獲取位置的本體微缺陷(BMd) 係經由於晶圓製造過程控制間隙氧(Oi)數量而於半導體製 造過程提供BMD。但因半導體元件製造過程之加熱處理溫 本紙張尺度適用巾S Η緒準(CNS) A4規格(210X297公爱) -4"""""""
--------------0^,—— (請先閲讀背面之注意事项再填寫本頁) 557488 A7 ___ ___B7_ 五、發明說明(2 ) 度傾向於降低,低溫處理造成BMD形成作為獲取位置更為 困難。 同時,EG包括多晶背封(PBS)、背側損傷(BSD)、高能 植入等。 一種製造矽晶圓而其中應用此種獲取構想的方法揭 示於韓國專利公開案第2〇〇 1-0003616號。 曾經報告或研究多層製造晶圓方法,該晶圓具有高密 度氧沉澱缺陷層但於表面區不含長入缺陷。 為了去除表面區的長入缺陷以及製備於晶圓本體之 高密度氧沉澱,曾經多方面努力研究其加熱處理。研究指 出依據加熱處理方式或條件而定對應結果有顯著差異。 例如使用快速熱處理(RTP)時,偶爾出現因RTp溫度造 成的「滑脫」。此外RTP於太短時間内進行,因而幾乎無法 去除由㈣體生長產生的長入缺陷。當使用RTp製造理想晶 圓時,於已經去除晶體生長步驟的長入缺陷後,進rrtp 來加強獲取效果。因而形成高密度難於晶圓本體内部。 因此對基板以及硬體的加熱處理有限制。 至於RTP的替代之道’有一種使用擴散爐之方法。但 此種擴散爐方法根據加熱處理條件而定顯示不同結果,加 熱處理條件例如加熱處理溫度、傾斜向上升高溫度側繪、 周圍氣體等。此外使用擴散爐方法獲得的品質係於爐内溫 度分布有重大關聯,因而經常導致品質不規則。 發明概述 如此本發明係針對一種石夕晶圓及其製造方法其可實 557488 A7 $上免除由於相關技藝的限制及缺點造成-項或多項的門 〇 Λ 本發明之目的係提供一種矽晶圓及其製造方法,該矽 曰日圓於將形成半導體元件之主動區不含COP缺陷、根據氧 辰度而疋於均一深度有裸露區段(DZ)、以及具有一高密 度氧沉澱缺陷層。 _為了達成此等目的及其他優點,根據本發明如此處具 豸說明以及廣義描述之本發明之目的,根據本發明一種製 I ^夕曰曰圓之方法,包括下列步驟:經由切片、研磨及清潔 鑄旋製備碎晶圓m圓嵌人擴散爐,擴散爐具有氯 乳、氮氣以及包括氬氣及氮氣之惰性氣體之一種氣氛;預 熱及維持擴散爐於約500。(:;連續改變氣氛成為氫氣、氬氣 或包括氫氣或氬氣之惰性氣體;藉溫度提升速度5〇〇至8〇〇 °C間為50至70。(:/分鐘,8〇〇至90(rc間為1〇至5〇。〇/分鐘, 900至1〇〇〇 ◦間為〇 5至1〇。〇 /分鐘以及ι〇⑻至丨25〇。〇間為 0.1至0.5 c /分鐘升南擴散爐溫度;維持擴散爐於12〇〇至 1250 C經歷1至120分鐘時間;連續改變擴散爐内部氣氛成 為氬氣、氮氣或包含氫氣及氬氣之惰性氣體氣氛;以及經 由1250至1〇〇〇 c間為0.1至0.5 C/分鐘,1〇〇〇至9〇〇°c間為 | 〇_5至10°C/分鐘,900至800t:間為10至5(TC/分鐘以及800 至500t間為50至7(TC/分鐘之溫度降低速度而將擴散爐溫 度下降至500°C。 較好該方法進一步包括於維持擴散爐於約12〇〇至 1250 C經歷1-120分鐘時間之步驟後,維持擴散爐於約12〇〇 —---—------- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格⑵0X297公爱)— ";-
.、可| C-...... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明(4 ) °c溫度經歷約一小時時間之步驟。 、本發明之另一方面,一種石夕晶圓具有-石夕本體環繞緣 以及—幾乎彼此平行之平坦面,㈣晶圓包含—裸露區 段,該裸露區段之深度距離—平坦面約15微米,A中衫 在有氧沉殿’以及抑本體於裸露區段下方之獲取區,1 :BMD晶格漠度至少為5χ 平方厘米,梦本體内部氧 濃度較好比裸露區段頂面之氧濃度高2至5倍。 需了解前文概略說明以及後文詳細言兒明部份僅供舉 例說明及解釋之用’意圖對申請專利之發明提供進-步解 其他本發明之優點、目的及特點部份將陳述於後文說 明’部分由熟諸技藝人士研讀後文將㈣自明,或可由本 發明之實施中習得。本發明之目的及其他優點可由書面說 明及申請專利範圍以及附圖特別指示的結構實現與達成。 圖式之簡要說明 、涵括附圖係為了進—步了解本發明且結合於本案構 成本案之—部份’附圖舉例說明本發明之具體實施例,連 同說明部份用來解釋本發明之原理。附圖中: 第1圖顯示根據本發明之具體實施例之高溫加熱處理 線圖; 第2圖頌不根據本發明之另一具體實施例之高溫加熱 處理線圖; 第3圖顯示根據本發明之晶圓氧濃度之線圖;以及 第4圖顯示根據本發明之晶圓氧沉澱之略圖;
本紙張尺度適财關家標準(咖)A4規格⑵_7公爱) 557488 五、發明説明( 性 發明之詳細說明 現在將對本發明之較佳具體實施例之細 範例聚例說明於附圖。 。β“ 士:先,經由切片石夕鑄旋而製備晶圓,當鑄旋被切片 時,晶圓表面不均勻因而粗糙。 為了讓此種晶圓粗糙面變光滑及均勻,於晶圓之不均 :、上進行磨光」《「研磨」讓表面變相對均句。二 然後進行清潔處理,俾便去除於「研磨」期間附著於 表面粒子及污染物。 此種清潔處理使用SC1清潔溶液(ΝΗ4〇ί^ η2〇2 : =1:5)。此外可加入使用氫氟酸溶液之清潔過程。2 隨後於晶圓主動區於預定深度形成裸露區段,然後於 晶圓進行加熱處理,形成後來欲用作為獲取位置的BMD、 格。此種加熱處理造成晶格生長,形成高密度BMD,高從 度BMD可去除由晶體生長產生的長入缺陷以及獲取金屬 粒子、生長、因而製造理想晶圓。 第1圖顯示根據本發明之-具體實施例之高溫加熱處 理線圖。 參照第1圖,爐内氣氛係以氬氣、氮氣或包 氮氣之惰氣氣體氣氛維射,將晶圓饋進爐内。隨後將盧 預熱製約500°C。 卜隨後爐氣氛變更為氫氣/氬氣或包括氫氣/氬氣之惰 軋體。然後於晶圓上藉加熱處理進行高溫加熱處理。 為了控制氧沉澱粒子,氧沉澱粒子對晶圓品質特性造 本紙張尺度適财關家標準(⑽A4規格(21GX297公釐) 曰曰 密
•訂— €:· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 557488 A7 _ B7 _ 五、發明説明(6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 成重大影響,此種高溫加熱處理之進行方式為,於氣體混 合氫氣及惰性氣體之氣氛下,於每個特定加熱處理間隔時 間藉由變更溫度升高速度及降低速度而將溫度提升至1200 °C至1250°C,以及隨後於惰性氣體周圍氣氛進行加熱處理 經歷1分鐘至120分鐘時間。 由預熱溫度提升溫度之過程係以讓各步驟溫度可作 妥適調整之方式進行。換言之500至800°C間溫度提升速度 設定為50至70°C/分鐘,800至900°C間設定為1〇至50°C/分 鐘,900至1000 °C間設定為〇·5至10 °C /分鐘,以及1〇〇〇至 1250°C間設定為0.1至〇.5°C/分鐘。 於溫度升高處理後,爐溫於1200至1250°C之加熱處理 間隔期間維持1至120分鐘。於此間隔維持時間係根據控制 晶圓之不含COP之深度以及氧沉澱密度之目的設定。 於爐内氣體氣氛改變成氬氣/氮氣或包括氬氣/氮氣之 惰性氣體後,開始降溫過程。於此降溫過程中,溫度降低 速度設定為1250至1000°C間設定為〇·1至〇.5°C/分鐘,1〇〇〇 至900t間設定為〇.5至10°C/分鐘,900至800°C間設定為1〇 至50°C/分鐘以及800至500°C間設定為50至70°C/分鐘。 第2圖顯示根據本發明之另一具體實施例之高溫加熱 處理線圖。 參照第2圖,同第1圖之進行方式,爐於氬氣、氮氣或 包括氬氣及氮氣之惰性氣體氣氛下被預熱至約5〇〇°C。爐内 氣體氣氛改變成氫氣、氬氣或包括氫氣及氬氣之惰性氣體 後,藉加熱晶圓進行高溫加熱處理。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 557488 A7 ___ _B7_ 五、發明説明(7 ) 本例中’溫度的升高係以變更各溫度階段之溫度提升 速度進行。換言之於500_80(TC間溫度提升速度設定為 50-70°C/分鐘,800-900°C 間設定為 10-50°C/分鐘,900-1000 °C間設定為0.5-10 °C /分鐘以及1000-1250 °C間設定為 0· 1-0.5 °c/分鐘。於此種溫度提升步驟後,爐溫維持於 1200-1250°C加熱處理間隔經歷ι_12〇分鐘時間。溫度升高 方法如同第1圖所示般有效。 於溫度維持時間後,維持爐内氣體氣氛下的溫度係以 0.1-0.5°C/分鐘之降溫速度降至1200X:。於1200°C之狀態維 持約一小時。 將爐内維持於相同氣氛下,再度降低溫度。至於各溫 度階段’溫度的減低係以1250至1000X:間0.1-0.5。(:/分鐘之 降溫速度,1000至900°c間0.5-HTC/分鐘之降溫速度,900 至800 C間10-50 °C /分鐘之降溫速度以及800至500 間 0.5-70°C/分鐘之降溫速度。最後溫度降至5〇〇°c。 本發明方法中溫度升高速度及溫度降低速度設定為 慢速,藉此將加熱處理過程中對晶圓造成的熱震減至最低。 除了溫度的變化緩慢之外,加熱處理進行時間相當 I 長’藉此去除晶圓表面的晶體缺陷。於晶圓中呈點缺陷的 空位聚集因而產生空隙及氧沉澱(si0x)。此種缺陷與氣氛 I 氣體反應而擴散入表面。間隙碎原子移動至空隙而重新被 整合,因而結晶結構重新分布。於此種機轉,氧化物粒子 在度分割成為氧氣及石夕’因而氧原子由晶體結構中被提取 出’以及矽原子進入空隙内部。如此重整晶體。因而由晶 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公酱) 10
C-! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、可I 557488 A7 I-------- -B7 五、發明説明(8 ) "~~~" - 目表面至預定深度形成不含晶體缺陷區,同時來自被提取 纟氧原子及BMD晶格聚集成為小型晶格而存在於晶圓深 I 處彳立置。 第3圖顯示根據本發明晶圓之氧濃度線圖。 參照第3圖,顯示藉本發明製造之晶圓表面與預定深 1間之乳濃度線圖。由表面至約15微米深度之氧濃度大減 至低於晶圓本體氧濃度平均值。 第4圖顯示根據本發明晶圓之氧沉澱之略圖。 參照第4圖,裸露區段出現於表面至約2〇微米深度 間。此外,具有晶格密度量至少5x 105ea/平方厘米之多數 BMDS形成於裸露區段下方。各個bmd變成元件製造過程 中捕捉金屬的一個獲取位置。 I 此種加熱處理後,晶圓溫度根據一般製程降至室溫。 然後進行磨光及最終清潔處理。 如此藉本發明方法製造之晶圓具有不含COP缺陷之第 區7丨於表面與晶圓正面之預定深度(約20微米)間,於該 晶圓正面將製造半導體元件,以及具有含多數BMD晶格之 | 第二區於第一區下方。 根據本發明之晶圓,晶圓表面氧濃度比晶圓本體内側 氧濃度低五倍,於本體方向裸露區段距晶圓表面深度至少 15至20微米,提高半導體製程之獲取效果之bmd濃度至少 為5x l〇5ea/平方厘米。 因此根據本發明藉加熱處理製造的晶圓具有裸露區 段於半^體元件形成區,也提供絕佳獲取效果,因而適合 本紙張尺度適用中國Η家標準(CNS) A4規格(21〇\297公^·) ' ~
----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 557488 ________B7__ 五、發明説明(9 ) 用於製造半導體記憶體元件。 前述具體實施例僅供舉例說明之用而非視為囿限本 發明之範圍。本教示方便應用至其他類型裝置。本發明之 說明僅供舉例說明之用而非視為囿限申請專利範圍之範 圍。熟諳技藝人士顯然可作出多種替代、修改之變更。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、可— 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 12
Claims (1)
- 557488 、申請專利範園 2. 3. -種製造矽晶圓之方法,包括下列步驟: 經由切片、研磨及清潔鑄錠製備矽晶圓; 將矽晶圓嵌入擴散爐,擴散爐具有氬氣、氮氣以 及包括氬氣及氮氣之惰性氣體之一種氣氛; 預熱及維持擴散爐於約5〇(rc ; 連績改變氣氛成為氫氣、1氣或包括1氣或氛氣 之惰性氣體; 藉溫度提升速度500至800。(:間為5〇至7(rc/* 釦8〇〇至900 (:間為1〇至50。〔〕/分鐘,9〇〇至1〇〇〇。〇間 為0.5至1(TC/分鐘以及1000至125〇。〇間為〇丨至〇 5Ό/ 分鐘升高擴散爐溫度; 維持擴政爐於1200至1250 °C經歷1至12〇分鐘時 間; 連續改變擴散爐内部氣氛成為氬氣、氮氣或包含 氫氣及氬氣之惰性氣體氣氛;以及 經由1250至1〇〇〇 C間為0.1至〇.5°C/分鐘,1〇〇〇至900°C 間為 0.5至 10°C/分鐘,900至 800°C 間為 1〇至 5〇。〔 /分鐘以及800至500°C間為50至7(TC /分鐘之溫度降低 速度而將擴散爐溫度下降至500°C。 如申凊專利範圍第1項之方法,進一步包含於維持擴 散爐於約1200至1250 °c經歷1-120分鐘時間之步驟 後,維持擴散爐於約1200°C溫度經歷約一小時時間之 步驟。 一種具有石夕本體環繞邊緣以及二幾乎彼此平行之平 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)訂丨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) t 557488 A8 B8 C8 D8六、申請專利範園 坦面之矽晶圓,該晶圓包含: 一裸露區段,其距一平坦面深度約15微米,其中 不存在有氧沉澱物,及 一獲取區,其係於矽本體内於裸露區段下方, 其中BMD晶格濃度至少為5x 105ea/平方厘米。 4. 如申請專利範圍第3項之矽晶圓,其中矽本體内部之 氧濃度係比裸露區段頂面之氧濃度高2至5倍。 (請先閲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) A4規格(210X297公釐) 14
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