TW562881B - Process for preparing single crystal silicon having uniform thermal history - Google Patents

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562881 A7 五、發明說明（S ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 描紅外線顯微術及雷射掃描斷層照像）觀察到之某些巨大的 瑕疵。在過多空隙存在之部位上所具有之瑕疵，係做爲氧 化謗導堆疊瑕疵（OISF)之產生源。可以推測的是，此一特 別的瑕疵係一種由於過多空隙存在所引發之高溫核化氧氣 凝聚體。 一旦達到"凝聚門檻”時，只要矽錠之該部分之溫度係仍保 持在一第二限制溫度（亦即，一，，擴散門檻”）以上時，則固有 點狀瑕戚，諸如空隙，便會持續擴散通過矽晶格，但只要 在該限制溫度以下時，固有點狀瑕疵在正常使用期間便不 會再移動。然而當矽錠維持在此一溫度以上時，空隙固有 點狀瑕疵係會經由晶格而擴散至凝聚空隙瑕疵已經存在之 部位，而造成既有之凝聚瑕疵之尺寸會成長變大。這些凝 聚瑕戚邵位基本上係做爲”吸入源”，其係會吸收及聚集空 隙固有點狀瑕疵，這係因爲該凝聚體較有利的能量狀態所 致。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，此一凝聚體空隙瑕疵之構造及尺寸係與熱歷程有 關，更確切地説，其係與矽錠主體由”凝聚門檻”至”擴散門 檻"之溫度範圍内之冷卻速率或駐留時間有關。舉例來説， 高冷卻速率通常係會造成較多數量之較小直徑之凝聚空隙 瑕疵。舉例來説，此一狀態對於光點瑕疵（LPDs)係較有利 的’因爲積體電路製造商對於200 mm直徑之晶圓通常係需 要在尺寸上超過0.2微米之此類瑕疵數量不可超過大約20個 。然而，此一狀態之產生係不好的，因爲這通常係會使晶 圓具有一不可接受的柵極氧化物完整性（GOI);亦即，此一 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562881 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明說明（4 ) 狀態係會形成晶圓具有大量小凝聚空隙瑕疵，而該瑕疵對 於柵極氧化物完整性係有不利的影響。相反地，缓慢的冷 卻速率通常係會造成矽錠具有少量大尺寸凝聚空隙瑕疵， 這係會使得晶圓具有可接受的GOI値，但具有不可接受之 LPD 値。 與凝聚空隙瑕疵有關的問題係會由於矽錠之冷卻速率通 常無法均勻地通過主體之整個長度而更加地複雜化。因此 ，在由此一矽錠所獲得之晶圓中之瑕疵的尺寸及濃度便會 不相同。由單一矽錠所獲得之晶圓的此一相異性係會造成 在該瑕疵形成之後必須將其加以消除之問題。更確切地説 ’某些人已有提出藉由以晶圓形式來熱處理該矽，以防止 該形成在石夕錠中之瑕戚以極高的拉拔速率來形成。舉例來 說’在k洲專利申请號弟5 〇 3，8 16 A1 (F u s e g aw a等人）中係 揭露一種方法，其係以超過0.8 mm/分鐘之成長速率來成長 該矽錠，然後以ll5〇〇C至128〇〇C之溫度範圍來加熱處理該 由矽錠切割下來之晶圓，以避免在晶體成長過程中形成瑕 疵之情況。然而，所需之特定條件係可以視瑕疵之濃度及 位置而有所不同。舉例來説，此類熱處理係可以成功地將 孩由矽錠其靠近種子圓錐體之部分所獲得之晶圓之凝聚空 隙瑕疵加以分解，但無法將該由矽錠其靠近端部圓錐體之 部分所獲得之晶圓上之凝聚空隙瑕疵加以分解。因此，處 理該由具有非均勻熱歷程之矽錠所獲得之晶圓，以及其所 具有之凝聚空隙瑕斑之非均勾轴向濃度，係需要不同的處 理條件。因此，此-晶圓熱處理係不具經濟效益。再者， 本紙張尺度中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚)-----—---- 裝——·-----訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這些處理過程係有可能會將金屬雜質導入至矽晶圓中。 一給定矽錠之非均勾熱歷程有可能係因爲與該矽錠之主 體或端部圓錐體成長有關之條件所造成。更詳細地説，通 系居主體之後面邵分以及端部圓錐體之冷卻速率係與主體 之别面邵分不同，而這通常係由於⑴在主體小於20%之部 刀已經成長之後’增加該侧邊加熱器功率，以及（丨丨）在石夕錠 <端部圓錐體成長期間該側邊加熱器功率以及成長速率增 加所造成。側邊加熱器功率通常係在主體成長期間會增加 ，這係因爲當熔化程度降低時，必須增加額外之熱量來確 保多晶矽保持在一熔化之狀態；亦即，側邊加熱器功率通 常係當多晶矽熔化完成時來增加之，以確保其不會重新凝 固或’’凍住”。側邊加熱器功率及/或成長速率通常在端部圓 錐體成長期間係會增加，以造成矽錠直徑降低。 因此，便有需要一種方法，其可以在矽錠之主體具有一 較爲均句之熱歷程的情況下來使該單晶矽錠成長，其中該 熱歷程係可使晶圓具有符合LPD條件及最佳化的g〇i値。 發明摘要^ 在本發明之數個目的及特徵中，本發明係提供一種用以 控制一單晶矽錠之熱歷程之方法；其係提供此一方法，其 中該矽錠之主體之冷卻速率係相當地均勻；所提供之方^ 中，其中該晶體拉拔器之側邊加熱器功率在矽錠之主體及 端部圓錐體成長期間係保持固定的；所提供之方法中=其 中在矽錠中之凝聚空隙瑕疵之濃度係平均地分佈在主體2 長度上；所提供之方法中，其中在晶圓型式之矽中所=在 -8 -

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 :此類凝聚瑕戚之尺寸係可以縮小；所提供之方法中，其 2晶圓形式之石夕之柵極氧化物完整性係可以提升的；所 ^供之方法中，其係不需要對晶圓形式之梦進行高溫加熱 处理，或者不需要不同的高溫加熱處理；所提供之方法中 ^其，不會由於切錠之主體成長期間降錄拔速率而減 、產月匕’以及’在所提供之方法中，其中在晶體拉拔器中 〈矽叙之軸向溫度梯度係加以控制，其中在該溫度以上， 固有點狀瑕疵係保持可移動的，以增進該矽錠之主體之熱 歷程的均勻性。 簡單地説，本發明係關於一種在成長期間控制一單晶矽 叙I扁歷程的方法，其中該矽錠係依照該方法 由石夕丨容W中^拔出來，該石夕鍵係連續地具有一種子圓 錐部、一主體、以及一端部圓錐體，該方法包含控制⑴一 成長速率V，以及（u)在矽錠之主體成長期間控制一平均軸 向溫度梯度G。，使該溫度係介於固化溫度至一不小於大約 1325 C之溫度，使得空隙係主體中之主要固有點狀瑕疵； 以及在主體成長期間以一側邊加熱器及一底部加熱器來加 熱遠熱谷流’使得該側邊加熱器在主體及端部圓錐體之成 長期間係保持在一固定之功率値。 本發明亦關於一種用以製備一單晶矽錠之方法，其中由 該單晶秒鍵係可以獲得複數個單晶矽晶圓，而該晶圓係具 有至少爲50%之栅極氧化物完整性以及少於2〇個尺寸超過 0.2微米之光點瑕疵。該單晶矽錠係可以依照Cz〇chralski* 法而由一矽溶泥中被拉拔出來，在成長期間，成長速率v以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 裝——·-----訂·1 (請先閱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 562881 A7 ----- B7 五、發明說明（7 ) 及平均溫度梯度G〇係加以控制，使得其溫度係介於固化溫 度至不小於1325〇C之溫度之間，並使得空隙係其中之主要 固有點狀瑕戚。該矽錠係連續地具有一種子圓錐部、一主 體、以及一端部圓錐體。該方法之特徵在於，在主體及端 邵圓錐體之成長期間，側邊加熱器功率係保持大致固定， 而熱量係藉由一底部加熱器而由下方供應至該矽熔流，以 防止該熔流又再次固化。 本發明之其他目的及特徵係可以由以下之説明而獲得更 深入之瞭解。 J式之簡單説日Η 圖1 Α係本發明之一實施例之Czochralski型成長裝置之截 面視圖； 圖1B係一 Czochralski成長裝置之一部分的截面視圖，其 中顯π — ”緩慢冷卻”熱區之實例（該裝置4〇整體係表示絕緣 罩盍/反射器或加熱器，其可以由拉拔腔室中延伸而出 且位於熔流上方，以減緩該成長中之矽錠的冷卻速率）。 圖2係一圖表，其中顯示流動模式瑕疵之密度，以及在矽 錠 < 整個王體上之軸向變動，其中該矽錠係在一種"開放，， 型熱區中以習知方法來成長。 圖3係一圖表，其中顯示藉由習知方法及本發明之方法， 當拉拔一單晶矽錠時，該供應至側邊加熱器元件以及底部 加熱器元件之功率。 圖4係-圖表，纟中顯示在整個砍鍵之主體上流動模式瑕 斑之密度以及密度在轴向上之變化，其中該石夕錠係依照本 裝---*-----訂---- (請先閲讀背面之注意事項#'填寫本頁)

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562881 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 發明之方法而在一習知”缓慢冷卻”熱區中成長。 圖5係一圖表，其中顯示一單晶矽錠之後半部之軸向溫度 分佈（亦即，大約在軸向位置400 mm至850 mm之部位），其 係爲距溶流表面之距離之函數，其中該熔流係在_，，緩慢冷 卻’’型Czochralski成長裝置中，該裝置係具有側邊絕緣體之 整個厚度的一半。 圖6係一圖表，其中顯示一單晶矽錠之後半部之軸向溫度 分佈（亦即，大約在軸向位置400 mms 850 mm之部位），其 係爲一”緩慢冷卻”型Czochralski成長裝置中之溫度的函數， 其中該裝置係具有側邊絕緣體之整個厚度的一半。 圖7係一圖表，其中顯示一單晶矽旋之後半部之轴向溫度 分佈（亦即，大約在軸向位置400 mm至850 mm之部位），其 係爲距溶流表面之距離之函數，其中該熔流係在一，，緩慢冷 卻型Czochralski成長裝置中，該裝置係具有側邊絕緣體之 整個厚度的八分之七。 圖8係一圖表，其中顯示一單晶矽錠之後半部之軸向溫度 分佈（亦即，大約在軸向位置400 111111至85〇 mm之部位），其 係爲緩丨更冷部’型Czochralski成長裝置中之溫度的函數， 其中該裝置係具有側邊絕緣體之整個厚度的八分之七。 "圖9a圖至圖9e係直條圖，其中數個晶圓係針對超過〇2微 米之光點瑕疵之存在進行分析（¥軸=晶圓數量；乂軸=超過 〇·2微米之LPDs之數量）；圖^至％中係表示由矽錠之主體 之連續20%之部分所形成之晶圓，該單晶矽錠係在一"缓慢 、卻熱區巾製備，其中未採用底部加熱器，且該側邊加熱 裝---·-----訂i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 器功率在成長期間係增加的。 广〇a圖至圖10e係直條圖，其中數個晶圓係針對超過〇.2 微米之光點瑕狀存在進行分析（γ軸：晶圓數量；χ抽：超 過〇·2微米之LPDs之數量）；圖1〇a至1〇e中係表示由矽錠之 主體之連續20%之部分所形成之晶圓，該單晶矽錠係在一 ’’緩慢冷卻，’熱區中製備，其中係採用有底部加熱器，且該 側邊加熱器功率在成長期間係保持固定的。 輕佳實施例之詳細説明 本發明之方法係相當具有優點地提供一種可以成長一 Czochralsla型單晶矽錠，且最好一矽錠係以矽晶格空隙來 做爲主要的固有點狀瑕疵，其中該熱歷程係均勻地分佈在 矽錠之整個主體。更確切地説，依照本發明之方法，成長 條件係可加以控制，使得矽錠之主體之任何給定部分係以 相同於主體之其他部分之冷卻速率來加以冷卻，且其溫度 範圍係介於凝聚門檻溫度及擴散門檻溫度之間。換言之， 成長狀態係可加以控制，使得主體之任何給定部分駐留在 凝聚門檻溫度以及擴散門檻溫度之間的時間係與主體之其 他邵分相同。因此，相反於習知方法，其中側邊加熱器功 率在主體與端部圓錐體成長期間係增加的，且在本發明中 之矽錠之主體的熱歷程係藉由將供應至側邊加熱器之功率 維持固定値來加以控制（至少部分地），同時由一底部加器敎 來提供熱量（亦即，一加熱器係定位在晶體拉拔器中，其中 該拉拔器係位在容置矽熔流之坩堝下方）。 在此應瞭解的是，所用之術語”大致固定”係參考側邊加敎 .、Ύ -12 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝 訂i # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562881 A7 -------- —__ 五、發明說明（12 ) 一固化部分通常係具有一低於後面部分之溫度，然而成長 條件及/或熱區設計亦可加以控制，以改變此一結果。 做爲上述之一實施例，在習知方法（亦即，一種其中該側 邊加熱器功率在主體之成長期間增加，且在端部圓錐體成 長期間該側邊加熱器功率以及拉拔速率皆增加之方法）條件 下，在一標準的，，開放式”熱區設計中（亦即，未具有反射器 、肤射盍、清洗管、光管或輔助加熱器存在於上述熔流中 ，以減緩成長中之矽錠冷卻之速率），一 2〇〇毫米直徑矽錠 成長之溫度梯度在由矽熔流分離之後，在靠近端部圓錐體 頂端處係會馬上達到大約1400〇C，而在接近種子圓錐體之 邵位則係小於750。(：。再者，由於增加的拉拔速率以及矽錠 由熔流中脱離出來，而造成矽錠失去了由熔流中吸收傳導 熱之優點，因此矽錠之主體之後面部分以及種子圓錐體係 會比主體前面部分還快速地冷卻。 現請參照圖2，由矽錠不同部位具有不同冷卻速率，因此 會影響到在矽錠之整個長度上之凝聚瑕疵之尺寸及分佈， 邊如流動模式瑕戚或光點瑕巍（例如，可參考在大約9 〇 〇毫 米之軸向位置之瑕疵密度相對於先前固化及冷卻部分之密 度）。換T之，由於針對矽錠之各部分而有不同的冷卻速率 ’由石夕叙之後面邵分所獲得之晶圓係具有較高之小光點瑕 戚或流動模式瑕疵之密度，以及具有較差的G〇i値，這係相 較於由矽錠之前面部分所得到之晶圓而言。 如前所述，熱區外形設計係會影響成長中之矽錠在晶體 拉拔器中之冷卻速率，因此，這亦會影響到瑕疵之尺寸及 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝——.— (請先閱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 562881 A7 一圓" 五、發明說明（13 ) 分佈。舉例來説，相反於由_標準"開放式，，熱區所預期得 到之結果，若上述方法係在一”緩慢冷卻，，熱區中來進行時 (亦即’具有反射器、照射蓋、清洗管、光管、輔助加熱器 或這些元件組合存在於熔流上方之熱區（其在圖丨B中整體係 以標號40來加以標示）以限制成長矽錠之溫度分佈，通常係 大約爲2〇C/mm，PC/mm或以下），則在側邊加熱器功率之 增加係會造成該矽錠後面部分之軸向溫度分佈，而造成此 部分以相較於前面部分而較缓慢的速率來冷卻。甚至若該 成長速率在端部圓錐體形成之期間係增加時，其亦會得到 此一結果。 現请參照圖9a至9e，其中係顯示數個晶圓藉由業界習知 的方式來分析大於0.2微米之LPDs存在之結果。詳言之，數 個曰曰圓係由在一緩冷卻’’熱區中製備之石夕錠所獲得，其 中该側邊加熱奋功率係在每一石夕錠已經成長5 〇%之後而增加 之。由這些結果可以看出（在圖9a至9e中係表示由矽錠之主 體之連續20%之部分所形成之晶圓），該側邊加熱器功率之 增加係會逐漸地影響較大之LPDs之形成數量。詳言之，可 以瞭解的是，由矽錠主體之前面40%部分所形成之晶圓中 (參照圖9a及9b)，僅有五個晶圓其具有超過〇2微米之LPDs 數量係無法接受的（亦即超過大約20個LPDs)。相反地，由 相同石夕錠主體下一個40%之邵分所形成之晶圓中（參照圖9C 及9d)，大約有8個晶圓係無法接受的。然而，最明顯的係 該由該相同矽錠之主體的最後20%部分所形成之晶圓中（參 照圖9e)，其係具有超過25個晶圓係無法接受的。 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事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562881 A7 ------ B7 五、發明說明（14 ) 不需侷限於任何特定之理論，一般相信增添至熱區中以 限制熱分佈之材料係會吸收由側邊加熱器（當功率增加時）所 供應之熱量，且接著將該熱量輻射至矽錠之主體的鄰近部 分。因此，主體之此_部分之冷卻速率，以及主體其餘待 成長I邵分之冷卻速率係會降低的。換言之，主體這些部 分在臨界溫度範圍（亦即，以”凝聚門檻”溫度爲上限且以，，擴 散門檻’’溫度爲下限之溫度範圍）中之”駐留時間，，係增加的。 由夕錠此4为所形成之晶圓將因此具有較低密度之小尺 寸的凝聚瑕疵以及較多數量之大型瑕疵，這係相對於由矽 叙之主體之前面部分所形成之晶圓而言。 如則所述，咼度積體電路之製造商在晶圓上之凝聚瑕疵 <數量及尺寸，對於可接受之程度係設下相當嚴格的限制 。有鑑於以上所述，可以很清楚地瞭解到，最好在矽錠之 主體之成長期間係能夠維持某些平衡，以確保在矽錠之整 個長度上係可以符合這些限制。更詳細地説，最好成長之 條件係可以加以維持，以確保該矽錠之任何給定之部分能 夠很快地冷卻，使得由矽錠所形成之任何給定之晶圓在大 糸0.2微米之LPDs之數量上係不會超過所設定之限制値，但 又不會冷卻過快，而使相同之晶圓不會具有太多的小型 LPDs ’且因此具有不可接受的G〇I値。 一般而言，本發明之方法係相當具有優點地提供一種可 成長Czochralsla型單晶矽錠之方式，其中該熱歷程係均勻 地分佈在整個矽錠之主體。依照本發明，矽錠之熱歷程係 控制在該固有點狀瑕疵會移動之門檻溫度以上（亦即，該" -17- 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 裝---.---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂·丨 562881 五、 發明說明（ 15 擴散門摇”，其通常係大約爲800〇C、900〇C、950〇C或甚至 H、050 C)，使得錢之整個主體係能以相同之速率來加以 P或者正個主體駐留在此一溫度以上之時間係相同 、相反万、白决口 ^法，其中該側邊加熱器功率係在主體盘 端部圓錐體之成長期間增加，在本方法中，其係藉由在： 體及端邵圓錐體成長期間使該側邊加熱器功率係以固定 熱量來供應而料_定之功率，使得該冷卻速率或駐留 間係至少邵分地加以控制。 、在成長一單晶矽錠期間維持該侧邊加熱器功率大致固〜 之熱量’係藉由以—底部加熱器來供應熱量至料流來達 成（亦即 疋仏在成長腔室中而位在坩堝及矽熔流下方之 加熱器），且更詳細地説，係藉由在主體之後面部分及端部 圓錐體成長期間，增加供應至底部加熱器之功率而達成。 大體而：’雖然側邊加熱器功率係可以維持大致固定， 而在主體之成長期間，於側邊加熱器功率增加的相同時 點上’亦可由底部加熱器供應熱量至溶流。舉例來説， 習知的，，開放式"熱區中之標準成長方法中，其通常係在王 體已成長20%至3G%或甚至以上時，使該侧邊加熱器功率增 加。相反地，該底部加熱通常係在該主體之4〇%、5〇%、 60%或以上已經成長完成時於_”緩慢冷卻”熱區中來奸 行。因此，應瞭解的是，底部加熱開始之精確時間點係 少部分地爲所採用之熱區之外形設計的函數，因此，其 一日日m拉拔器至下一個拉拔器係會有所不同的。、 現請參照圖10 a至i 0 e，其中係顯示數個晶圓藉由業界習 的時 定 然間在 主 進 至由 裝---*-----訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

參 I -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐^ 562881 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（16 ) t的方式來分析LPDs之結果，其中該數個晶圓係由在一，，緩 k、卻”、、區中所製備之矽錠所形成，其中該侧邊加熱器功 率係保持固疋不變，而功率係在該梦鍵之主體已經成長卿。 之後才曰加由這些結果可以看出（在圖i〇a至i〇e中係表示 由石夕叙 <王體之連續2〇%之部分所形成之晶圓），相較於在 圖9a至圖9e中所示之對應結果，保持一固定之側邊加熱器 力率係可以大大地降低内含大型LpDs之晶圓數量。詳言之 ，可以看出在矽錠之主體之第二個4〇%部分所形成之晶圓中 ，僅發現大約兩個晶圓係不可接受的，且在最後2〇%部分所 形成之晶圓中，則僅有大約2個晶圓係不可接受的。 在單晶矽錠之主體成長期間供應至側邊及底部加熱元件 之功率的精確値，係視熱區外形設計及多晶矽充填之情況 而有所不同。然而’一般而言，在整個主體(亦即，大約 80%、90%、95%或以上）以及端部圓錐體於’’緩慢冷卻"熱區 中之成長期間供應至側邊加熱器之功率，係保持在大約1〇〇 及150仟瓦之間’且最好係保持在大約及仟瓦之間， 若保持在約124及約126仟瓦之間則更佳。相反地，就相同 或類似之熱區而言，於主體前半部成長期間（亦即，介於主 體之40%至60%之間）供應、至底部加熱器之功率係料在〇至 5仟瓦之間，且最好係保持在〇至3仟瓦之間，而在主體其餘 部分及端部圓錐體之成長期間，供應至底部加熱器之功率 通常係由起始値緩慢地增加至小於3〇 25什瓦:若小於2。什瓦則較佳，且若小於 就底部加熱器功率之增加方式而言，可以瞭解的是，在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） Μ--------^--------- (請先閱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 562881 A7 - ...... B7 五、發明說明（17 ) 某些實施例中，該功率係沿著一二次方程式之曲線來增加 ，如圖3所示，而在其他實施例中，該功率之增率爲大約 0.01至0.1仟瓦/毫米，且最好係0 01至0 05仟瓦/毫米，若爲 0.02至0.03仟瓦/毫米則更佳。 一較爲均勻的熱歷程係可使矽錠在其主體之整個長度上 具有較均句的凝聚空隙瑕疵分佈；亦即，藉由將矽錠之主 體的冷卻溫度控制在凝聚瑕疵開始形成之溫度與該空隙不 會在實際使用時間内移動之溫度之間，如此便可以得到較 爲均勻的FPDs之分佈。更詳細地説，側邊加熱器功率係維 持在一大致固足的量値，且熱量係由坩堝正下方供應至熔 流，以使成長中之矽錠之主體能以大致相同的速率冷卻至 由900〇C至1150〇C之溫度範園，且最好係冷卻至1〇〇〇。〇至 1100°C之間。換言之，若主體之每一部分駐留在上述溫度 範圍内之時間相同時，則瑕戚之均勻度便可以增加。 有鑑於以上所述，本發明之方法係在矽錠之主體及端部 圓錐體成長的整個期間使用大致固定之側邊加熱器功率， 且時採用一底邵加熱器來供應熱量至矽熔流。一般而言， 底部加熱器係視需要來使用，以確保充填之多晶矽在整個 製程期間可以保持熔化狀態。更詳細地説，在主體大約形 成40%、50%、60%或以上之後，熱量便供應至位在，，緩慢冷 卻型熱區中之、丨谷流’以確保主體之後面部分係以大致相同 於前面固化部分之速率來加以冷卻。因此，該主體之給定 邵位之冷卻速率係加以控制，使得其相對於其他部分之變 動率係小於50%，且使該變動率小於35%、2〇%及1〇%則更 -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝—·——訂ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Φ 562881 A7 B7 五、發明說明（18 :二而對於該主體之給定部位之冷卻速率相對於JL他 部分之變動率係小於5%以下爲最佳。 …、 現請參照圖5至圖8，其中顯示依照本發明之方法，一大 夂口疋之侧邊加熱器功率係配合由坩堝與矽熔流正下方之 熱二，以，砂鍵之主體之轴向溫度梯度小於大約2〇C/mm 乂而最好遠轴向溫度梯度係不會超過丨5cC/mm，且最 好係小万；1.0 c/mm，且以小於〇 5〇c/mm爲最佳。 石夕鍵之主體之熱歷程係可藉由在主體與端部圓錐體之整 個成長/、月間維持_較固足之拉拔速率來進一步地加以控制 ，，並且，若有需要，可進一步藉由調整矽錠及坩堝轉動速 率來加以&亲!）。在本方法中，在主體成長期間（包括前半部 及後半4) A秒I之平均拉拔速率係大致相同於端部圓錐體 〈平均拉拔速率。因此，對於主體之前半部、主體之後半 部以t端部圓錐體之平均拉拔速率的變動係不超過观。然 而，最好，该則半邵、後半部以及端部圓錐體之平均拉拔 速率之變動係不會超過35%，且最好係不會超過2G%，若 超過10%則更佳。甚至，針對前半部、後半部以及端部圓 體之平均拉拔速率之變動，以不超過5%爲最佳。 在主體及端部圓錐體成長期間之拉拔速率通常係介於04 毫米/分鐘至1.25毫米/分鐘。更詳細地説，針對主體之前 部、後半部以及端部圓錐體之平均拉拔速率係介於〇45 米/分鐘至0.75毫米/分鐘，且最好係介於〇45毫米/分鐘土 0.65毫米/分鐘。然而，應瞭解的是，該拉拔速率係至少部 分地爲矽錠直徑之函數，因此，針對超過2〇〇 mm之矽錠直 不 錐 半毫 至 裝---*-----訂i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公董Γ -21 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562881 A7 --------2Z_—___ 五、發明說明（19 ) 徑而言，該拉拔速率通常係較低的。 在一較佳實施例中，本方法係可以在”緩慢冷卻”型熱區中 來進行，並且採用一底部加熱器，並配合固定之側邊加熱 器功率以及拉拔速率控制，以確保該主體之後面部分（亦即 ，大约後面60%、50%或以下）能以小於約2〇c/分鐘之速率來 加以冷卻，且最好係以PC/分鐘之速率來加以冷卻，若爲 〇.5°C/分鐘則更佳。換言之，一底部加熱器係配合拉拔速率 及側邊加熱器功率之控制，而使得矽錠之整個主體係駐留 在大約900〇C及1150〇C之間的溫度中，且最好係在1〇〇〇〇c及 n〇〇°C之間的溫度，達25分鐘，且最好係達至少50分鐘， 且以達75分鐘爲最佳，且在某些情況下係達至少1〇〇分鐘、 150分鐘或甚至以上。然而，應瞭解的是，最好該，，駐留時 間係足夠長’以獲得較南的G〇i値’然而該時間不應導致 該無法接受之超過0.2微米之LPDs之數量過多。因此，通常 一給定之矽錠部分不會駐留在此一溫度範圍中達250分鐘之 然而’應瞭解的是，冷卻速率以及駐留時間之絕對値係 視熱區形狀、矽錠直徑以及拉拔速率而有所不同。因此， 爲了達到瑕疵均勻性，該絕對値對於本發明並不重要；相反 地’在冷卻速率以及駐留時間之間任何給定部分之相對差 異値才是重要的考量。 現凊參照圖4，藉由此方法之單晶矽錠的成長係具有一相 當均勻的空隙型凝聚瑕疵（諸如FPDs)之軸向濃度，尤其係 在石夕錠之主體上。此一均勻度係可以降低不均勻晶體之後 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 裝 i — r —--—訂! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

▲ 562881 A7 —_________Β7_____ 五、發明說明(20 ) "' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 續成長之製程問題以及成本。然而，除了獲得在砍鍵長产 上之瑕巍分佈的均句性以外，對於可控制所形成之凝聚瑕 规之尺寸及數量亦係相當重要的。因此，本發明方法係可 以最佳化地限制尺寸超過0·2微米之光點瑕斑的數量，且確 保具有-可接受之G0I値（亦即，至少50%、60%、70%或以 上之G_。詳言之，藉由上述方法來控制熱歷程，在主 體中之大型光點瑕戚之密度及均勻度便可加以控制，同時 亦可限制較小瑕瘫之數量，諸如FPDs，其對於G〇I値係有 不好的影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，一般而T，本方法係可使所製備之單晶矽錠在主 體之整個部分上（亦即，70%、80%、90%或以上）具有較均 勻的FPDs密度，而該密度通常係小於15〇個瑕疵/平方公分 ，且最好係小於1〇〇個瑕疵/平方公分，若小於75個瑕疵/平 方公分則更佳，且以小於50個瑕疵/平方公分爲最佳。再者 ，本方法係可使一由該矽錠所形成之晶圓，在其表面上之 大型LPDs(亦即，大於〇.2微米）之數量係小於2〇個瑕疵/晶圓 ’且取好係小於15個瑕戚/晶圓，且以小於丨5個瑕戚/晶圓爲 最佳。因此，本方法係可使由該矽錠所形成之晶圓可以符 合或超越現行積體電路製造廠所設定之條件。 在此一方面亦應瞭解的是，該FPDs以及LPDs係可以藉由 業界習用的方式來加以偵測及測量。舉例來説，就FPDs而 言，其通常係將一具有相當多空隙之晶圓 浸入在一 Secco腐 触溶液中達30分鐘，且接著在一顯微鏡下方觀察以偵測此 類瑕症。1_^〇5通常係藉由8\11^〇&11 6200或丁611(：〇18?-1設備 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562881 五、發明說明（21 ) 而由晶圓表面反射之雷射光來加以偵測及測量。 亦應瞭解的是，除了LPD限制以外，積體電路之製造商在 石夕，圓之栅極氧化物完整性上亦設上有限制，其通常係需 要每日口圓具有至少5〇%〈G〇I^，其中該⑻Τ値係以業界 所習知的標準來加以測定。因此，藉由上述方式來控制石夕 叙I王體的熱歷程，由該石夕錠所形成之石夕晶圓便可具有至 少50%之柵極氧化物完整性（G〇I)，且最好係大約爲6〇%， 且以70%爲佳，若爲8G%則更佳，若爲85%則極佳。因此， 本方法係相當具有優點的，因爲其所提供之矽晶圓在單晶 矽叙之整個可使用之長度（亦即，至少爲7〇%、、 95〇/°或以上）係可符合現行之LPD及GOI條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除了在矽錠之王體於成長期間加以控制加熱器功率以外 ，對於在端部圓錐體之成長期間控制加熱器功率亦係相當 地重要。更詳細地説，在該主體及端部圓錐體之成長的整 個期間保持該加熱器具有大致固定之輸出，然而供應至底 部加熱器之功率通常係增加的，且一旦開始之後，其係在 主體及端部圓錐體之整個成長期間增加該功率。如上所述 ，在某些實施例中，該功率係沿著一二次方程式之曲線來 增加，如圖3所示。再者，可以瞭解的是，在端部圓錐體之 成長期間’供應至底部加熱器之平均功率通常係具有至少 ^亥在主成長期間供應至底部加熱器之平均功率的1 1 〇%， 且以至少200%、3〇〇%或甚至400%以上之功率爲佳。 然而’可以瞭解的是，在成長製程期間在底部加熱器功 率上 < 增加，在某些情況下，供應至底部加熱器之平均功 -24- 本紙張尺&聊τ _冢標準（CNS)A4規格⑽χ撕公爱） 562881 22 五、發明說明（ 率不僅係供應至加熱元件之總功率之次要部分。更詳細地 説:在端部圓錐體之成長期間，供應至底部加熱器之功率 通¥僅係在邮邓圓錐體成長期間供應至側邊加熱器之功率 的5%至15%之間。 針對侧邊加熱器功率而言，如前所述，最好其在錢之 正個成長期間(亦即王體以及端部圓錐體之成長期間)係可以 保持固定。然而在端部圓錐體成長期間，該功率値可能會 有所交化’其所供應之平均功率係該侧邊加熱器在主體成 長期間所供應之功率的90%至110%之間。 。了控制加熱器功率及拉拔速率以外，在主體及/或端部 圓欠錐體^絲期間，該石夕錠及堦攝之轉動速率亦可加以調 鉴 般而s，在王體之成長期間該矽錠轉動速率以及坩 螞之轉動速率係分別維持在大約1G卿至15㈣之間以及5 至10 rpm之間。在端部圓錐體成長期間，該轉動速率通 “系s降低的’且在端邵圓錐體成長期間之平均値係小於 主體成長期間之平均値。舉例來説，在端部圓錐體之成長 期間的轉動速率最好係小於1〇 rpm，而在端部圓錐體之成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 長期間，料之轉動速率最好係小於6啊。H細地説， 砍疑及掛碼之轉動速率係會陡然下降。最好，該秒錠及坩 網之轉動速率係分別由大㈣rpm下降至大約5啊，以及 由6 rpm下降至1 rpin。 本發月之方法係特別地適合用以增進栅極氧化物完整性 、、可以I艮制在由孩單晶珍疑所形成之秒晶圓中超過〇 2微 米之LPDs的數量，其中該單晶石夕錠係在一，，緩慢冷卻，，熱區 297公釐） -25- 562881 A7 B7 五、發明說明（ 23 經 濟 部 智 慧 財 產 局員 工 消費 合 作 社 印 製 中製備而成’且其成長狀態係會造成矽晶格空隙在其實質 部分上（且最好爲整個長度上）爲主要固有點狀瑕疵。大體而 吕’單晶石夕鍵係可以藉由控制WGg比値使得此一比値係大 於v/Gq臨界値而成長爲”空隙型”，（其中該V/Gg臨界値，根 據目前可以得到之資料，係大約出現在2.1X10-5 cmVsk，其 中G〇係在轴向溫度梯度於固化溫度以及大於13⑼。c之溫度 範圍内爲IU定値之狀m下所決定）。豸⑽比値之控制係詳 細揭硌在國際專利PCT/US98/03686號、PCT/US98/07365號 以及PCT/US98/〇73〇4號中，其内容在此援引爲參考。 如在以下實例中所説明者，本發明之方法係可用以更精 確地调整單晶秒錠之熱歷程。藉由調整分佈至側邊加熱器 及底部加熱器S件之功率分佈，晶體之熱歷程的均勾度係 可以增進的。加以控制功率之分佈亦可以增進熱歷程之均 勻度’其係藉由使得晶體之拉拔速率/成長速率更爲固定而 達成。因此，一依照本發明之方法所製備之單晶矽錠係可 以進：步地藉由業界習用的方式來加以處理，以持續性地 在石夕叙〈正個長度上獲得單晶硬晶圓，且該晶圓係具有較 佳的柵極氧化物完整性以及較少的光點瑕疵。 以下之實例係説明可用以達到適當結果之條件。然而， 應瞭解的是，視諸切錠㈣直徑、熱區外形設計、、掛禍 直徑以及充填尺寸而定，其係可以改變這些條件，長 期間某些料時間點上來調整成長速率、調整錢及^ <轉動速率，以及調整供應至加熱器之功率。因此，這此 條件不應視爲具有限制之意涵。 乂些 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公楚） 裝——·---(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Φ -26 - 562881 A7 五、發明說明（24 、依照本發明之方法，數個單晶矽錠係依照Cz0chralskl* 法來製備，其係在可確保空隙在矽晶體中係主要固有點狀 版疵之狀態下來成長（亦即，該矽旋係空隙型）。詳言之，每 一矽錠係成長成具有大約200 mm之直徑，以及具有大約85〇 _之主體長A，每一额係由一 22封直徑之㈣由拉出

，其中在坩堝中係内含有100公斤之多晶矽。在所有例子中 係白铋用一具有一 ”緩慢冷卻”熱區之流化鐵晶體拉拔器。 Φ 員 工 消 費 在主體成長期間，拉拔速率係由〇6至1毫米/分鐘（該速率 係可針對用以確保可以維持空隙型梦錠之目的來加以調整 <)矽錠 <轉動速率係大約爲15 rpm，而坩堝之轉動速率 則係大約爲6 rpm至8 rpm。在主體及端部圓錐體成長期間供 應至側邊加熱器之功率係大致較的，其範圍係由⑶什瓦 至13〇仟瓦。供應至底部加熱器之功率係保持關閉，直到大 約有-半之主體（即，大约彻mm)已經成長完成之後，在 ，時：功率係開始供應，並且沿著一二次方程式曲線而緩 〖又地增加至大約3〇仟瓦之最後量値。更詳細地説，在彻 mm至yo mm之軸向位置上，該功率係由〇什瓦增加至1〇什 瓦:當端部圓錐體之成長開始時，掛瑪及/或石夕錠轉動速率 係g加的，或者爲了造成逐漸開始所需要而增加成長速率 ，，功率供應係由H)仟瓦增加至大約3G仟瓦的最後量値。 爲了做爲比較之用，數個單晶石夕錠係同樣地加以製備（亦 即’相同的成長速率、㈣及㈣轉動速率、晶體拉拔器/ 熱區形狀等等)，除了未採用底部加熱器且該側邊加熱器功 _ -27- 本紙張尺度適用中國-

I 562881 A7 _ B7 五、發明說明（25 ) 率在成長期間係增加以外。更詳細地説，在整個製程期間 該底部加熱器係保持關閉狀態，而侧邊加熱器功率則係逐 漸地增加，在主體大約一半已經長成以後係由12〇仟瓦增加 至140仟瓦。此外，隨著端部圓錐體開始成長之後，侧邊加 熱器功率係由大約140仟瓦增加至160仟瓦。 一旦成長之後，每一矽錠之主體係藉由業界所習知的方 式來切割成晶圓，而該晶圓接著係依照其由主體所形成之 20%部分來加以分組。該晶圓接著便藉由業界習用的方式來 加以分析，以檢測超過0.2微米之LPDs的存在。本發明方法 之結果係顯示在圖l〇a至圖l〇e，而由那些矽錠成長中未使 用側邊加熱器功率/底部加熱器之比較性結果係顯示在圖9a 至圖9e。如上所詳述者，可以看出，當側邊加熱器功率增 加時，在矽錠後面部分中超過0.2微米之LpDs之數量係明顯 地增加。 如上所述，可以看出本發明之數個目的係可以達成的。 在上述方法條件中係可以進行許多改變，而不會脱離本發 明之範圍，因此在上述説明中所涵蓋之所有元件皆應解釋 爲示例性之説明，而不具有限制之意涵。 (請先閱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 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 562881 第〇89117988號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(91年11月) A8 B8 C8 D8 中清專#範園 修正lue ]

   公告本 1· 一種在成長期間控制一單晶矽錠之熱歷程的方法，其中 該碎錠係依照該Czochralski方法而由一碎溶流中拉拔出 來’該碎錠係連績地具有一種子圓錐部、一主體、以及 一端部圓錐體，該方法包含： 控制⑴一成長速率ν’以及（ii)在矽錠之主體成長期間 控制一平均轴向溫度梯度G G ’使該溫度係介於固化溫度 至一不小於實質上l325°c之溫度，使得空隙係主體中之 一 主要固有點狀瑕疵；以及 在主體成長期間以一侧邊加熱器及一底部加熱器來加 熱該熱溶流’使得該侧邊加熱器在主體及端部圓錐體之 成長期間係保持在一固定之功率值。 2·根據申請專利範圍第1項之方法，其中在主體成長期間 ，該底部加熱器功率係在該主體已經成長實質上4〇%之 後才開始供應。 3·根據申請專利範圍第1項之方法，其中在主體成長期間 ，該底部加熱器功率係在該主體已經成長實質上5〇%之 後才開始供應。 ° 4·根據申請專利範圍第1項之方法， 該底部加熱器功率係在該主體已經成長實質上6〇%之 其中在主體成長期間

   到孫瑪邵圓錐H風长芫成為止。 6·根據申請專利範圍第1項之方法， 其中該主體係具有小 本纸張尺度適用中國國家搮準(CNS) A4規格(210X297公釐) 562881 六 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 於實質上1°C/毫米之平均軸向溫度梯度。 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該主體係具有小 於實質上0.5°C/毫米之平均軸向溫度梯度。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中矽錠之主體之至 少75%係具有一流動模式瑕疵濃度，該濃度係小於實質 上100個瑕疵/平方公分。 9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中矽錠之主體之至 一 少85%係具有一流動模式瑕疵濃度，該濃度係小於實質 上100個瑕疵/平方公分。 10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中在主體及端部圓 錐體成長期間，該侧邊加熱器功率係維持在實質上120 仟瓦至實質上130仟瓦之間。 11. 根據申請專利範圍第10項之方法，其中一旦啟動時，該 底部加熱器功率係由實質上0仟瓦增加至實質上25仟瓦 以下。 12. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該矽錠之主體的 主要部分係駐留在實質上1000°c至實質上1100°C之間 之溫度中達實質上25分鐘至實質上100分鐘。 13. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中該矽錠之主體的 主要部分係駐留在實質上1000°c至實質上1100°C之間 之溫度中達實質上50分鐘至實質上75分鐘。 14. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該矽錠之主體的 主要部分係加以切割以形成矽晶圓，其中該晶圓係具有 少於實質上20個尺寸小於實質上0.2微米之光點瑕疵。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 562881 申請專利範圍 =申：專:範_項之方法，其中_ 錠；王體i至少實質上85%所得到。 16. 根據申請專利範圍第15項 錠之主體之至少實質上95%所得到。其中㈣叙係由财 17. 範固第14、15或16項之方法，其中該晶圓 ::有少於實質上15個尺寸小於實質上。·2微米之光點 18·根據中請專利㈣第14'15或16項之方法，其中該晶圓 係具有至少實質上70%之柵極氧化物完整性。 20. 根據申請專利職第14、15或16項之方法，其中該晶圓 係具有至少實質上80%之柵極氧化物完整性。 一種用以製備—單晶錢之方法，其中由該單晶梦錠係 可以獲得複數個單晶矽晶圓，而該晶圓係具有 質上5〇%之柵極氧化物完整性以及少於實質上20個尺寸 超過實質上G.2微米之絲瑕施，該單晶料係可以依 照Czochralski方法而由一矽熔流中被拉拔出來，在成長 期間，成長速率v以及平均溫度梯度Gq係加以控制，使 得其溫度係介於固化溫度至不小於實質3 又 之間，並使得空隙係其中之主要固有點狀瑕戚，該矽錠 係連績地具有一種子圓錐部、一主體、以及一端部圓錐 體，該方法之特徵在於，在主體及端部圓錐體之成長期 間，侧邊加熱器功率係保持大致固定，而熱量係藉由一 底部加熱器而由下方供應至該矽熔流，以防止該熔流 再次固化。 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公复) 562881 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 21. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該晶圓係具有至 少實質上70%之柵極氧化物完整性。 22. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該晶圓係具有至 少實質上80%之柵極氧化物完整性。 23. 根據申請專利範圍第20、21或22項之方法，其中該晶圓 係具有少於15個尺寸超過實質上0.2微米之光點瑕疵。 24. 根據申請專利範圍第20、21或22項之方法，其中該晶圓 一 係具有少於10個尺寸超過實質上0.2微米之光點瑕疵。 25. 根據申請專利範圍第20、21或22項之方法，其中該晶圓 係由矽錠之主體之至少實質上85%所獲得。 26. 根據申請專利範圍第20、21或22項之方法，其中該晶圓 係由矽錠之主體之至少實質上95%所獲得。 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)