TW559956B - Production method for anneal wafer - Google Patents

Description

559956 A7 B7 五、發明説明（1 ) 【發明所屬之技術領域】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種回火晶圓的製造方法以及回火晶圓 ，尤指一種即使是大口徑晶圓，亦可降低滑動（Slip)差排產 生之回火晶圓的製造方法以及回火晶圓。 【習知技術】 近年來，推動裝置製程的高積體化、微細化，對矽晶 圓而言，謀求提昇捕獲表層的裝置活性區域的完全性與內 部（bulk)中的氧析出物構成的內部微小缺陷（BMD)的增加等 之金屬等雜質的吸附能力。 因應上述要求而嘗試各種方法。例如，爲了消除晶圓 表面的缺陷（主要是成長（Grown in)缺陷），對於以拉晶法（CZ 法）而獲得的晶圓而言，在氬氣、氫氣或上述氣體的混合氣 體環境中，以1100至1 350°C進行10至600分鐘左右的高 溫熱處理（回火）。在該高溫回火中，將高溫回火溫度設爲 1100°C以上的原因是爲了有效消除缺陷，又藉由設爲1350 t以下，可防止晶圓的變形與金屬污染等問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然而，對直徑200mm以上的矽晶圓進行上述高溫回火 時，明顯產生從晶圓背面貫通表面之滑動差排，可以目測 檢查或微粒計數器檢測出來。 這種滑動差排已知主要係因經源自身重量引起而產生 者，這種滑動差排係晶圓的口徑愈大有愈容易產生的傾向 。亦即，與對直徑200mm的晶圓施加高溫回火時相比，對 直徑300mm以上的大口徑矽晶圓施加高溫回火時，使滑動 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 559956 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 差排明顯增加，以致要防止該滑動差排的產生極爲困難。 這種滑動差排在裝置步驟訴求更成長之際，導致成爲裝置 步驟不良的原因，亦成爲產率降低的主因。/ 又，一般在進行高溫回火之際，爲了支持晶圓而使用 晶圓支持機構（晶舟），通常使用3點支持或4點支持之支持 機構。然而，以4點支持的晶舟支持晶圓時，理論上施加 在1點的應力應小於，3點支持，但是實際上在觀看回火晶 圓的滑動差排產生的傾向時，係從4點中的3點產生滑動 差排。因此，晶圓的支持不是將應力平均施加於4點，主 要是以4點中的3點予以支持，可知應力爲不均勻地施加 於晶圓。此外，使用3點支持的晶舟支持晶圓時，由於對3 點施加均勻的應力，故與4點支持的晶舟相比應力分散， 使進行高溫回火之回火晶圓產生滑動差排。 / 控制這種滑動差排的方法，一般已知有最適化昇溫速 度之方法等。然而，藉由最適化昇溫速度，使昇溫速度變 慢，實質上與高溫的回火時間變長相等，不是根本的滑動 差排控制策略。再者，由於拖延回火步驟所花費的時間， 結果將導致生產性惡化。 【發明之揭示】 本發明係有鑑於上述問題點而硏創者，提供一種回火 晶圓的製造方法以及回火晶圓，目的在於即使爲300mm以 上的大口徑單晶矽晶圓，亦可抑制在進行高溫回火之際產 生的滑動差排。 (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（21〇'〆297公釐） -5- 559956 A7 B7 五、發明説明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲達成上述目的，本發明提供一種回火晶圓的製造方 法，係在氬氣、氫氣、或上述氣體的混合氣體環境下，以 1100至135CTC的溫度對以拉晶（CZ)法製作出之單晶矽晶圓 ，進行10至600分鐘的高溫回火者，其特徵在於：在進行 回火時以支持機構僅支持上述單晶矽晶圓之從晶圓外周端 至5mm以上晶圓中心側的區域，且在進行上述高溫回火之 前，以未滿上述高溫回火的溫度進行預先回火，使氧析出 物成長。 如此，藉由在進行上述高溫回火之際，以支持機構僅 支持上述單晶矽晶圓之從晶圓外周端至5mm以上之晶圓中 心側的區域，可防止從氧析出量低的晶圓外周端至5mm以 內的晶圓周邊區域之滑動差排的產生。又，由於藉由增大 氧析出物的尺寸而可抑制滑動差排，故在進行高溫回火之 前，以未滿高溫回火的溫度進行預先回火，藉以使晶圓中 的氧析出物大幅成長，藉此，可控制晶圓中心側的區域之 晶圓與支持機構的接觸部之滑動差排的產生。 此時，在950至105(TC的溫度範圍內進行1至16小時 使上述氧析出物成長的預先回火。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此，藉由將進行使氧析出物成長的預先回火之溫度 範圍設爲950°C以上，不致花費時間而可有效地使氧析出物 成長，又，藉由設爲l〇5(TC以下，滑動差排將不會產生， 而可使氧析出物成長。而且，藉由進行預先回火1小時以 上，爲了抑制滑動差排以使氧析出物成長至所需的尺寸。 然而，此外，當進行預先回火超過1 6小時使氧析出物成長 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 * 559956 A7 ____B7_ 五、發明説明（4 ) 時，由於容易因氧析出效果引起晶圓變形，故預先回火時 間以在1 6小時以內爲佳。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，將以支持機構支持上述單晶矽晶圓的區域設在 從晶圓中心至晶圓的半徑之60%以上外側爲佳。 如此，藉由將以支持機構支持上述單晶矽晶圓的區域 設於從晶圓中心至晶圓的半徑之60%以上外側，可使施加 於晶圓的應力均勻分散。 再者，此時，對進行上述預先回火的單晶矽晶圓以1X 1013至5x 1015atoms/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧設爲含有 10至25ppmaUEIDA:日本電子工業振興協會規格）的單晶矽 晶圓。 如此，藉由晶圓的氮濃度在lx 1013 cm3以上，可容易 獲得用以抑制滑動差排之有效氧析出物密度（例如lx l〇W 以上），又，藉由氮濃度爲5x 1015atoms/cm3以下，亦不致妨 礙在引拉CZ單結晶之際的單結晶化。而且，藉由晶圓的氧 濃度爲10至25ppma(JEIDA:日本電子工業振興協會規格） ，不致因氧析出物引起滑動差排，可因氮摻雜功效獲得足 夠的氧析出密度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後，根據本發明，即使進行上述預先回火的單晶矽 晶圓爲直徑大於300mm以上的大口徑晶圓，亦可抑制因高 溫回火所產生的滑動差排之產生。 再者，根據本發明，提供一種即使爲進行高溫回火的 高品質晶圓，亦可抑制滑動差排的產生之回火晶圓。 如以上所說明，根據本發明，係提供一種在進行11〇〇 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（210X297公釐） " ' 559956 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（5 ) °C以上的高溫回火之際，以支持機構僅支持單晶矽晶圓從 晶圓外周端致5mm以上的晶圓中心側的區域，且在進行高 溫回火之前，藉由以未滿高溫回火的溫度進行預先回火， 即使爲直徑300mm以上的大口徑單晶矽晶圓，亦無滑動差 排之回火晶圓。 【圖式之簡要說明】 第1圖係以支持機構支持矽晶圓時的晶圓與支持機構 之接觸部分之圖式。 【發明之實施形態】 以下，雖說明本發明的實施形態，惟本發明並不定於 此。 習知，使用氬氣或氫氣等進行高溫（1100至1 350°c)熱 處理之高溫回火時，有晶圓背面貫通於表面的滑動差排明 顯產生之問題。 因此，本發明者等，因這種回火晶圓所產生的滑動差 排係從晶圓與晶圓的支持機構的接觸部分產生，故在單晶 矽晶圓進行高溫回火之際，若可在矽晶圓與支持機構的接 觸部上有效控制滑動差排的產生，則推測可降低在晶圓產 生的滑動差排，根據重複的精闢檢討，而至完成本發明。 亦即，切割以CZ法育成的單結晶晶錠，對於經硏磨的 鏡面晶圓而言，在Μ氣、氫氣或上述氣體的混合氣體環境 中，以1100至1 350°C進行10至600分鐘左右的高溫熱處 (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（210X 297公釐） -8- 559956 A7 __B7 五、發明説明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 理（回火）之際，在尚溫熱處理爐投入單結晶晶圓，藉由支持 機構僅支持從單晶之外周端開始5mm以上的晶圓中心側的 區域，且在進行高溫回火之前，以未滿高溫回火的溫度進 行預先回火，使氧析出物成長，藉以製作出可降低產生滑 動差排之回火晶圓。 利用CZ法育成的矽晶棒所獲得的矽晶圓，係晶圓周邊 部爲氧濃度較低的部分，因而，該周邊部的氧析出量亦爲 較低的區域。該氧析出量的較低區域的大部分，一般是從 晶圓外周端至5mm以內的晶圓周邊區域。氧析出物具有抑 制滑動差排的產生之功效，因此，矽晶圓在這種氧析出較 低的區域以支持機構加以支持進行高溫回火時，與氧析出 量較多的區域相比，將降低滑動差排的抑制功效，且使回 火晶圓的滑動差排的產生頻率變高。從而，藉由僅從其外 周端至5mm以上的晶圓中心側區域上支持單晶矽晶圓，可 防止晶圓周邊區域的滑動差排之產生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，此時爲了確實抑制因高溫回火引起滑動差排產生 ，在矽晶圓與支持機構的接觸部上之抑制滑動差排的成長 ,必須形成具有足夠大小的氧析出物。因此，在進行高溫 回火之前，以未滿高溫回火的溫度進行預先回火，可使氧 析出物充分成長，藉此確實抑制在矽晶圓與支持機構的接 觸部上所產生的滑動差排。 從而，即使是直徑300mm以上的大口徑單晶矽晶圓， 在進行高溫回火之際，僅從其外周端至5mm以上的晶圓中 心側的區域上支持晶圓，且以未滿高溫回火的溫度進行預 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 559956 A7 B7 五、發明説明（7 ) 先回火，可獲得無滑動差排的大口徑回火晶圓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，支持晶圓的區域不能太靠近晶圓的中心側，否 則施加於晶圓的應力的平衡將變差（變成僅支持晶圓的中央 區域）。因此，藉由支持機構支持單晶矽晶圓的區域設在從 晶圓中心至晶圓半徑的60%以上外側爲佳。 又，在進行預先回火之際，預先回火的溫度在未滿950 t時，由於必須花費相當的時間使氧析出物成長，因此較 沒有效率，又，當超過l〇5(TC時，在氧析出物成長的同時 亦有產生滑動差排之慮。因此，進行預先回火的溫度範圍 以950至1050°C爲佳。 而且，藉由至少進行預先回火1小時以上，可有效抑 制滑動差排或氧析出物的成長尺寸。然而，若預先回火超 過1 6小時，則其後的熱處理步驟容易因氧析出功效引起晶 圓變形，故預先回火的時間在1 6小時以內較佳。 此時，預先回火與ll〇(TC以上的高溫回火不須將晶圓 從爐中取出可連續進行，在進行預先回火之後，暫時降溫 並從爐出取出晶圓，重新投入熱處理爐中進行高溫回火亦 可〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，本發明所使用的晶圓以摻雜氮的單晶矽晶圓較 佳，若爲以lx l〇13/cm3以上的濃度摻雜氮的單晶矽晶圓， 可獲得能抑制滑動差排的有效氧析出物密度（例如1 X 109/cm3以上）。然而，在氮濃度超過5x 1015/cm3時，於引拉 CZ單結晶之際，恐有妨礙單結晶化之虞，招致生產性降低 。因此，在單結晶晶圓所摻雜的氮濃度以lx 1013至5x 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 559956 A7 _____B7 五、發明説明（8 ) 1015 / c m3 爲佳。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，此時，晶圓所含有的晶格間氧若爲1〇ppm(JEIDA) 以上的濃度，則因摻雜氮可獲得充足的氧析出密度。然而 ，當晶格間氧濃度超過25ppma時氧析出物過多，容易因析 出物引起新的滑動差排。因此，單晶矽晶圓所包含的晶格 間氧濃度以10至25ppma較佳。 以下，雖具體說明本發明之實施例及比較例，惟本發 明並不限定於此。 (實施例、比較例） 首先，在石英坩鍋放入原料多晶矽，在此投入附氮化 膜的矽晶圓，並利用CZ法育成摻雜氮之直徑300mm、P型 、方位< 1 00 >的單晶矽晶錠。此時，所獲得的單晶矽晶錠 之氮含有量爲5x 1015atoms/cm3(計算値），氧含有量爲 14ppma(JEIDA)。繼而，將單結晶晶錠切爲薄片並進行磨光 、去角、硏磨，準備鏡面晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此時，使用與上述鏡面晶圓相同規格的晶圓，進行 1050°C、10 小時的熱處理之後，以〇PP(Optical Precipitate Profiler)觀察氧析出物密度。結果，顯示1χ 1〇9個/cm3左右 的密度。從而，確定在該晶圓中存在多數以1050°C的熱處 理無法消滅的氧析出物（氧析出核）。 繼而，以下述的回火條件對所獲得的鏡面晶圓進行熱 處理。下述的熱處理係使用任一個與300mm對應的縱型爐（ 日立國際電氣公司製Zes tone)而進行。熱處理爐的投入條件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 559956 A7 B7 五、發明説明（9 ) 係在700 °C將單晶矽晶圓投入爐中，此時的晶舟速度設爲 50mm/min。又，熱處理條件係：昇溫速度爲5°C/min、降溫 速度爲2°C/min、在100%氬之熱處理環境中進行。 回火條件1 :昇溫至900°C，以900°C保持1小時，再 昇溫至1150°C，以115(TC保持1小時。然後降溫，到700 °c時取出晶圓。 回火條件2 :昇溫至950°C，以950°C保持1小時，再 昇溫至115(TC，以115(TC保持1小時。然後降溫，到700 °C時取出晶圓。 回火條件3 :昇溫至1000°C，以1000°C保持4小時， 再昇溫至115(TC，以1150°C保持1小時。然後降溫，到 700°C時取出晶圓。 回火條件4 :昇溫至1150°C，以1150°C保持1小時， 再昇溫至1150°C ,以1150°C保持1小時。然後降溫，到 700°C時取出晶圓。 再者，支持矽晶圓的支持機構（晶舟）係準備與晶圓的接 觸部分如第1圖所示的3種晶舟。在第1圖中，黑色部分 顯示矽晶圓與晶舟的接觸部分。首先，晶舟1係使用從晶 圓的外周端至10mm的位置上具有支持部（與晶舟的接觸部） 之4點支持晶舟（a);晶舟2係使用晶圓的支持部從晶圓外 周端至30mm內側之一般4點支持晶舟（b);晶舟3係使用 比一般的晶圓支持部使用的晶舟長，從晶圓外周端至中央 區域的4點支持晶舟（c)。 組合以上3種晶舟與4種回火條件所獲得之合計1 2種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •I装. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 559956 A7 ____B7_五、發明説明（1〇) 條件，進行回火處理，然後，藉由表面檢查裝置SP-1(KLA-Tencor公司製）觀察以各條件所獲得的回火晶圓表面，進行 滑動差排的產生（所產生的滑動差排總長度L)之檢查。其結 果顯示於下表1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (表1 ) 所使用 回火 滑動差捏 ，的產生 晶舟 條件 晶圓周邊區域 晶圓中心區域 實施例1 晶舟1 條件1 〇 Δ 實施例2 晶舟1 條件2 〇 〇 實施例3 晶舟1 條件3 〇 〇 比較例1 晶舟1 條件4 〇 X 比較例2 晶舟2 條件1 X X 比較例3 晶舟2 條件2 Δ 〇 比較例4 晶舟2 條件3 Δ 〇 比較例5 晶舟2 條件4 X X 比較例6 晶舟3 條件1 X X 比較例7 晶舟3 條件2 Δ 〇 比較例8 晶舟3 條件3 Δ 〇 比較例9 晶舟3 條件4 X X 〇：無滑動差排產生（LS30mm) △:產生少量的滑動差排（30mm<L< 100mm) x :產生滑動差排（L$ 100mm) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ••I裝· 、訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 559956 A7 B7 五、發明説明（11) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如表1所示，使用僅從晶圓的外周端至5mm以上之晶 圓中心側的區域上具有支持部之晶舟1，在進行950°C、1 小時（回火條件2)或1000°C、4小時（回火條件3)的預先回火 之回火晶圓（實施例2及實施例3)上，觀察晶圓表面沒有滑 動差排的產生。相對於此，當於晶圓外周端至5mm以內的 晶圓周邊區域上使用與晶舟具有接觸部之晶舟2及晶舟3 時，即使在預先回火使氧析出物充分成長的回火條件2及3 下進行熱處理（比較例3、4、7及8)，在晶圓的周邊區域上 可觀察出滑動差排。 另外，即使僅於晶圓中心側的區域上使用具有支持部 的晶舟1，不進行預先回火而以進行高溫回火的回火條件4 進行熱處理時（比較例1)、在所獲得的回火晶圓中心側的區 域上，觀察出與晶舟的接觸部分產生之滑動差排。又，在 預先回火溫度低，時間亦短的回火條件1下，氧析出物的 成長不足（實施例1)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形 態僅爲例示，舉凡具有與本發明專利申請範圍所述之技術 思想實質上相同之構成，且可達到相同作用功效者，皆包 含於本發明之技術範圍內。 例如，在上述實施形態中，雖舉出將高溫熱處理的環 境設爲氬環境時之例，惟本發明亦同樣可應用在氫、氫與 氬的混合環境中進行高溫熱處理之情況，又，高溫熱處理 溫度或熱處理時間在本發明的範圍內亦同樣適用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 -

Claims (1)

1. S88 559956第91119581號專利申請案 中文申請專利範圍修正本民國92年g月雜日呈 六、申請專利範圍J 1·一種回火晶圓的製造方法，係在氬氣、氫氣、或上述 氣體的混合氣體環境下，以11〇〇至135(rc的溫度對以拉晶 (CZ)法製作出之單晶矽晶圓，進行1〇至6〇〇分鐘的高溫回 火者，其特徵在於，在進行回火時，以支持機構僅支持上 述單晶矽晶圓之從晶圓外周端至5mm以上之晶圓中心側的 區域’且在進行上述高溫回火之前，以未滿上述高溫回火 的溫度進行預先回火，使氧析出物成長。 2.如申請專利範圍第丨項之回火晶圓的製造方法，其中 在950至1 050°C的溫度範圍內進行1至16小時使上述氧析 出物成長的預先回火。 3·如申請專利範圍第1項之回火晶圓的製造方法，其中 將以支持機構支持上述單晶矽晶圓的區域設在從晶圓中心 至晶圓的半徑之60%以上外側。 4.如申請專利範圍第2項之回火晶圓的製造方法，其中 將以支持機構支持上述單晶矽晶圓的區域設在從晶圓中心 至晶圓的半徑之60%以上外側。 5·如申請專利範圍第1項之回火晶圓的製造方法，其中 對進行上述預先回火的單晶矽晶圓以1 X 1〇13至5 X 1 015 a t 〇 m s / c m3的濃度摻雜氮，晶格間氧設爲含有1 〇至 25ppma(JEIDA)的單晶矽晶圓。 6.如申請專利範圍第2項之回火晶圓的製造方法，其中 對進行上述預先回火的單晶矽晶圓以1 x 1〇13至5 X 1015atoms/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧設爲含有10至 25ppma(JEIDA)的單晶砂晶圓。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------·裝—— (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 559956 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍2 7·如申請專利範圍第3項之回火晶圓的製造方法，其中 對進行上述預先回火的單晶矽晶圓以1 X 1〇i3至5 χ 1015at〇ms/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧設爲含有1〇至 25ppma(JEIDA)的單晶矽晶圓。 8 ·如申請專利範圍第4項之回火晶圓的製造方法，其中 對進行上述預先回火的單晶矽晶圓以1 X 1〇13至5 χ 1015atomS/cm3的濃度摻雜氮，晶格間氧爲含有1〇至 25ppma(JEIDA)的單晶矽晶圓。 9·如申請專利範圍第1項之回火晶圓的製造方法，其中 進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大口 徑晶圓。 1 〇·如申請專利範圍第2項之回火晶圓的製造方法，其 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大 口徑晶圓。 11·如申請專利範圍第3項之回火晶圓的製造方法，其 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大 口徑晶圓。 12. 如申請專利範圍第4項之回火晶圓的製造方法，其 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大 口徑晶圓。 13. 如申請專利範圍第5項之回火晶圓的製造方法，其 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大 口徑晶圓。 14. 如申請專利範圍第6項之回火晶圓的製造方法，其 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 〜 -2 - (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 559956 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍3 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300mm的大 口徑晶圓。 15·如申請專利範圍第7項之回火晶圓的製造方法，其 中進行上述預先回火的單晶矽晶圓爲直徑大於300inm的大 口徑晶圓。 1 6·如申請專利範圍第8項之回火晶圓的製造方法，其 中進丫了上述預先回火的單晶砂晶圓爲直徑大於3〇〇mm的大 口徑晶圓。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 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揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3-