TW565896B - Silicon semiconductor substrate and process for producing the same - Google Patents

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TW091117930A
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Akiyoshi Tachikawa
Kazunori Ishisaka
Atsushi Ikari
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Wacker Siltronic Halbleitermat
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Description

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五、發明說明（l) 【0001】 【本發明之工業範疇】 本發明之内容係：①一種矽半導體晶圓，該矽半導體 晶圓係由一矽單晶體藉切薄片而製成，該矽單晶體係在利 用左科拉斯基法（C Z法）及施加磁場左科拉斯基法（M C Z法） 抽拉矽單晶體時，藉控制單晶體凝聚溫度至結晶溫度範圍 内之冷卻速率及控制氮之濃度、氧之濃度等以生長晶體戶斤 生長者’及②一種製造该石夕單晶體之方法。 【0002】 【既有技術】 。至於用以製造裝置（例如：半導體積體電路）之半導 晶圓’主要使用者係由左科拉斯基法或施加磁場左科抵其 基法生長之矽單晶體切成薄片而製得之半導體晶圓。= 裝置整合最近之改進，矽半導體晶圓表面上或矽半導 圓表層附近出現微細缺陷將導致裝置操作故障。高度整2 裝置之結構極為精細，其圖案尺寸係〇· 3微米或更小又。二合 以’如眾所週知的是，〇· 1微米大小之晶體缺陷亦可導^ 裝置之操作故障，因而降低裝置製造之合格率。 【〇〇〇3】 至於石夕 生長缺陷， 矽較多之區 微粒、雷射 係發生在空 單晶體生長過程中導致裝置合格率降低之内& 環疊層缺陷（RSF )、位錯簇團係發部 奴王在日日袼間 域，而孔腔缺陷，例如空洞型缺陷（結晶起 政射斷層掃描攝影缺陷、流體圖案缺陷）及 詞較多之區域。因RSF業於左科拉斯基法或
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加磁場左科技 缺陷係空、、Π π、斤基法生長時經逐出晶體之外，絕大多數之 /IXyJ AJy Kh cop)]係晶圓$ 。因該空洞型缺陷[結晶起因微粒（ 空洞，所以、门彳製成之後於晶圓上形成、約0 · 1微米大小之 體内，該缺P起特別注意。在CZ法或MCZ法生長之矽單晶 洞，據估汁广之本質經認為係八面體形狀結晶内之一個空 r二该空洞可導致裝置之圖案失效及結構性破壞。 拉單ί ϋ 法/造石夕單晶體時係用石英作。抽 、 日石央坩堝溶離之氧係藉矽融液之流動及擴散
予以移除’大部分之氧係呈S i 0氣體自融液表面蒸發出去 但三-^分之氧係在高溫下混入晶體，且在冷卻晶體過 私中氧含里達到過飽和，在晶體内形成直徑數百毫微米或 更小、由Sl〇2或SiOx組成之氧沉澱物微細缺陷（BMD)。當由 單晶體切割成之半導體於製造電子裝置[例如：動態隨機 存取§己憶器（D R A Μ )]之前或過程中施以熱處理時，該等氧 沉殿物微細缺陷在半導體晶圓表面層部分（該處係電子裝 置之活性區）消失，而且可能增加遠離晶圓表面更深處微 細缺陷之密度及增加氧沉澱物之大小。 【0005】 但，若自矽單晶體切成之矽半導體晶圓表面部分出現 鉻、鐵、鎳及銅等重金屬雜質，製造電子裝置時該裝置之 特性將遭破壞。所以需將該等重金屬雜質局限於遠離該裝 置活性區之部位（例如：遠離表面層部分）。因此，利用 BMD，藉固有吸氣（IG)可將鉻、鐵、鎳及銅等重金屬沉殿
第6頁 565896 五、發明說明（3) 成石夕，化物在BMD上或其附近，因此可在半導體晶圓之表面 層部分形成—無缺陷區。 【0006】 =所，知者，該無缺陷區之深度及半導體晶圓内侧微細 缺=之密度視矽單晶體内之氧濃度及氮濃度及單晶體生長 過程。中之冷卻速率而定。因此，曾將氧濃度、氮濃度及冷 哥速率加以控制以控制矽無缺陷區及内侧之微細缺陷密度 【0 0 0 7】 曰本專利特開2000-21 1 995中曾建議：改進空洞型缺 缺陷區及改進固有吸氣（IG)之效果’該文獻曾揭示 一=早晶體晶圓，其中無缺陷表層之深度為2至12微米及 零日守電介質崩潰（TZDB)之C-模式非缺陷性比（以顯示一 化物胰耐壓品質評價者）為9〇%或更高。
範圍第”曾揭…單晶體晶圓内之氣濃度為1 1 X 1〇15個原子/立方公分。 I LU008 ] ”2!請專利範圍第4項曾揭示：石夕單晶體晶圓之氮 分之9'17個原子，另於第5項内曾揭示：石夕單 :曰體棒之生長方式是：在晶體生長過程中，η = c之溫度範圍内，冷卻速率係控制在丨· ^至 範圍内。在實驗例中曾顯示下列事實：一斗5 ^刀鐘之 面晶圓内之氧濃度需為百萬分之i 〇個 、石夕單日日體鏡 ⑽實際擴及高達12微米深度之條7子以Μ無缺陷區
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[ 0 0 9 ] k十π J对鮮决之問題】 在該習知技術中，* ^、曲 原 個 子/立方公分之範圍内右虱浪度係在1 x 1〇12至1 x 1〇15個 店工 ^ ^ 圍内，藉選擇氧濃度為百萬分之9至]7 因微粒數評估）之^缺制陷窃區僅可々達1 2微米深度（由結晶起 單晶體晶圓。…去衣仔無缺^區深度大於12微米之石夕 【0010】 鑑於前述情況，本發明之技術内容是：一矽半導體晶 圓’其無缺陷區（DZ)深於1 2微米或一空洞型缺陷之無缺陷 區珠度大於12微米，該半導體晶圓具有局部密化部分（由 氮分離產生），若用二次離子質量分析法量測氮濃度，其 顯示之訊號強度係其表面下1 2微米或更深處平均訊號強度 之兩倍或更多倍，而且該半導體晶圓之電子裝置製造自由 度高及裝置合格率高。製造該半導體晶圓之方法亦係本發 明之技術内容。 【0011】 在本發明中，空洞梨缺陷之無缺陷深度係指：結晶起 因微粒（COP)(粒徑〇· ；1微米或更大，由於一再用SC-1等清 洗而出現）密度之合格密度經設計為2 X 1 〇5或更低時距半 導體晶圓表面之深度。再耆，耐受電壓之合格深度係指： 在實施零時電介質崩潰（T2C»B)試驗成功率超過90%及電流 密度100亳安培/平方公分之情況下，晶圓可耐受11仟伏特 /公分處距半導體晶圓表面之深度。
565896 ι—ι 五、發明說明（5) "一--~ώ 【0012】 在本發明中，無缺陷區之深度係藉具有空洞型缺陷之 深度及耐受電壓之合格深度兩項數值之深度加以評價。 【0013】 ' 氧沉澱物密度（以表體微細缺陷BMD密度表示）係指： 由於溶解在矽單晶體内形成過飽和固體溶液、經熱處理之 晶格間氧沉澱、由Si〇2所生微細缺陷及由於疊層缺陷隨同 S i 〇2之形成所生錯位而造成之微細缺陷之密度。 【0014】 ^ 【解決問題之方法】 為解決上述諸問題，申請專利範圍第丨項所述及之發 明係一矽半導體晶圓，該晶圓係由左科拉斯基法或施加磁 場左科拉斯基法生長之矽單晶體製得並於一非氧化環境中 將該製得之矽晶圓加以熱處理而製成，其中該晶圓之盔缺 陷區（DZ)之深度為12微米或更深及該矽半導體晶圓厚度中 心處之氧沉澱物結晶缺陷密度為5 χ丨〇8 /立方公分。 【0015】 乃 該非氧化環境可能係一包括氮、氫、氬或該等氣體之 混合氣體。該矽半導體晶圓經於一非氧化環境中實施熱處 理之後可使無缺陷區之深度遠超過丨2微米且可使矽半導體 晶圓厚度中心處之氧沉澱物結晶缺陷密度成為5 χ 1〇8/立 方公分或更高。再者，由於事實可清楚地看出：由氮分離 2產生之局部密化部分（若用二次離子質量分析法量測氮 農度’該局部密化部分所顯示之訊號強度係丨2微米深或"更
m
—-- 565896 五、發明說明（6) - 深處平均訊號強度之兩倍或更多倍）較丨2微米更深，應了 解的是’該固有吸氣效果甚大及無缺陷區之深度甚深。所 以，該晶圓具有寬廣範圍製作電子裝置及極高之吸氣能力 〇 【0016】 再者’如本發明申請專利範圍第2項所述，自左科拉 斯基法或施加磁場左科拉斯基法抽拉之矽單晶體切割而成 之矽半導體晶圓[其氧濃度為9· 5 X 1 〇17個原子/立方公分 或更低（愈低愈佳），氮濃度為5 X 1〇!4個原子/立方公分或 更咼及1 X 1〇6個原子/立方公分或更低，其最大訊號強度 (藉一紅外線干涉法OPP於其中心處測得）係2伏特或更弱] 係於一非氧化環境（例如：一氬-氫混合環境）中加以選擇 及熱處理。經熱處理之半導體晶圓之特性是：若用二次離 子質量分析法（S I MS)量測，表面下1微米深、半導體晶圓 中心處之氧濃度為5 X 1 〇16個原子/立方公分或更低及半導 體晶圓厚度中心之氧濃度為9· 5 X 1 017個原子/立方公分或 更低。半導體晶圓空洞型缺陷之深度及在零時電介質崩溃 試驗中半導體晶圓耐受電壓之合格深度均可擴展至較丨2 & 米更深0 · 5微米之區域。 ' 【0017】 選5 X 1〇14個原子/立方公分作為熱處理前矽半導體晶 圓氮含量下限之理由是：若數值低於所選數值，將會造成 減小表面層缺卩曰之效果不足，所以在隨後熱處理中表面声 缺陷之消失變得困難。再者，選擇1 X ；l 〇u個原子/立方^
五、發明說明（7) 分作為氮含量上限· 超過固體溶液限 =二抽拉單晶體時，防止氮沉澱 用壽命及電阻等電 夕結晶作用，因而避免載具使 在申請專利範圍第2 ' ^之改蜒。再者，即使氮濃度限定 偏低，缺陷會變得、 内 若抽拉過程中冷，卻速率 冷卻條件以^Γ ^大’所以必須採用5 °C/分鐘或更高之 但，依照最近對大首 之；度為1 2楗未或更厚。 或更大之矽丰導辨二θθ®之需要，為製得直徑200公厘 定在5分鐘甚為：：：在1100 °C溫度下，將冷卻速率設 【0018】 晶圓因ΐ藉專利範圍第1項特性之大直徑 内，於非氧化環境中二:：：減低缺陷之大小。在本發明 之濃度範圍係限制^ 2 ΐ處f之前’石夕半導體晶圓内氮 。為使矽半導卿曰 Z 利範圍第3項所界定之範圍内 所界定之、、邋声肽:圓内氮之濃度符合申請專利範圍第3項 第9項所界定之範圍内。 辰X而保持在申明專利犯圍 【0019】 中利用，2 ΐ用、Γ外線干涉法亦稱光學沉殿（0PP)法’其 /兮方^由一可觀察到半導體晶圓表面附近之微細缺陷。 M #八&上利用一極化稜鏡將波長1 · 3微米之紅外線雷 /本ΐ互極化、直徑1微米之兩個光束，並將其會聚 、l 士日日圓之表面上（該兩個光束係相互重疊〇 · 5微米） ’>卜直於光束運動方向之方向、每步i微米之方式將該
第11頁 565896 五、發明說明（8) ---------- y區加以光栅掃插’冑一個光束橫過 +導體晶圓使散射光具有-細微相差，因而；=1: 之干涉作用而偵檢出微知址π如^父 错與其他光束 私—， 缺細缺陷。在本發明中，哕ηρρ π咕 ，若空洞呈八面體’該opp訊號強度與 ς:: :出 ^應用物理學報，第37卷（1 998 )，第196_199^)成正比j日 猎沿半導體晶圓深度方向移動焦點，可 陷區。 Γ次里測無缺 【0020】 ▲在本發明中，焦點係沿半導體晶圓中心内深 變以偵檢訊號。在申請專利範圍第2項中，所選勃X σ寸 半導體晶圓之最大訊號強度（由紅外線干涉法測& < : 特或更低。若用工業上適當之溫度及時間對晶圓施轨 理，因此該選擇適於消除某一缺陷，該缺陷之體積對岸 距表層高達1 2微米或更深處之訊號強度。再者，在本發明 之熱處理範圍内，為消除空洞型缺陷（其缺陷大小對應於2 伏特或更小），首先必須藉外擴散作用使内壁氣化物&消 失，隨後必須使空洞擴散，並且必須以等於空洞型缺陷/體 積之體積將晶格間矽注射進去。經過滿足該條件之熱處理 後，表面下1微米深處之氧濃度需為5 χ 2 〇ΐ6個原子/立方 公分或更低。 [ 0 0 2 1 ] 此處，氧濃度符合下列定義。 【0 0 22】
第12頁 565896 五、發明說明（9) 第一公式】 C =C〇 erf x
其中： D x 氧 離子質 第一公 界定為 的是： 濃度達 強度與 具有下 空洞體 若 空洞體 若 空洞體 :在1 2 0 0 °C溫度下氧之擴散常數 :晶圓厚度中心處氧之濃度 :在1 2 0 0 °C或更高溫度下之熱處理時間 :表面下之深度 【0023】 · 之外擴散係以第一公式之誤差函數表示之。由二次 量分析法所測得之概略數據係利用最小二乘方法藉 式之配入而加以擴增，深度X為1微米時之氧濃度經 本發明所述之氧濃度。透過吾人之實驗，業經確認 若融液内氮之濃度及熱處理前矽半導體晶圓内氮之 到本發明所界定之範圍内，OPP所形成之最大訊號 藉透射式電子顯微鏡所觀察到空洞V之實際體積間 列之關係。OPP最大訊號強度所形成之限制將導致 積之限制。 【0024】 籲 冷卻速率為5 °C /分鐘或更高， 積V(立方毫微米）=2 0 0 0 0 X (OPP最大訊號強度）1.6 冷卻速率為1 °C /分鐘或更高及低於5 °C /分鐘， 積V(立方毫微米）= 110 X (OPP最大訊號強度）3·6。
第13頁 565S96 五、發明說明（10) --- =者’如申請專利範圍第3項所述，本發明所用之熱 處理前半導體晶圓，其氧濃度為8. 5 X 1〇17個原子/立方公 7刀或e更低，氮濃度為i χ i 〇〗5個原子/立方公分或更高及j X 1 〇16、個原子/立方公分或更低及於半導體晶圓中心藉紅外 線t法測得之最大訊號強度為7伏特。所以，用二次離 子質ϊ分析法在表面下1微米深處測得之熱處理後半導體 晶1之氧濃度為5 X 1016個原子/立方公分或更低及於半導 體晶圓厚度中心處之氧濃度為8.5 X 1〇17個原子/立方公分 或更=。在此情況下，將】χ !—個原子/立方公分選作熱 處理前半導體晶圓氮濃度之下限。其理由如下··若冷卻速 f低，空洞型缺陷之尺寸增大，所以需要藉添加氮以提高 縮該空洞之效果，俾使該大空洞之大小與高冷卻速率時 所^于之空洞相同。因此，氮之最低濃度必須是1 X 1 〇〗6個 f 立方公分。再者，若氮之濃度超過上述之值，半導 ^晶圓表面氧化所產生之氧化感應疊層缺陷（OSF),在該 ^圓用作外延晶圓時會導致問題。但，業經確認的是：以 …、處理後之半導體晶圓為例，該〇 s F因熱處理而向外擴散 者對配置在該半導體晶圓表層電子裝置不會產生影響。再 為何晶圓厚度中心處之氧濃度低於如申請專利範圍第 工項所_界定者之理由是：若冷卻速率與如申請專利範圍第3 項者同樣低’空洞型缺陷之内壁氧化物膜將增厚而難以消 ^ 因此’如申請專利範圍第3項所示，需將晶圓内之氧 /辰H内壁氧化物膜生長之源）設計為8· 5 X 1〇17個原子/立 方公分或更低。再者，如上所述，以如申請專利範圍第2
565896 五、發明說明（11) 項之同樣理由，距表層1微米深處之氣濃度必須為5 x 1 〇16 個原子/立方公分或更低。 [00253 再者，如申請專利範圍第4項所述’本發明之内容係 一矽半導體，該矽半導體係由左科拉斯基法或施加磁場左 科拉斯基法生長之單晶體製成，其中於一非氧化環境中熱 處理後之半導體晶圓深度中心處之氧濃度為9 ·5 x 1 〇17個 原子/立方公分或更低，該半導體晶圓具有一由氮分離所 產生之局部密化部分，利用二次離子質s分析法（$ IM S )量 測氮濃度時所顯示之訊號強度係其表面下1 2微米或更深處 平均訊號強度之兩倍或更多倍，空洞型缺陷之無缺陷區深 度為1 2微米或更深，因此在其厚度中心處氧沉澱物之結晶 缺陷密度可能是5 X 1 08 /立方公分或更高。在此情況下， 若矽半導體晶圓之氮濃度係用二次離子質量分析法量測， 訊號強度兩倍於平均訊號強度之位置較1 2微米更深（例如 :1 2 · 8微米或1 3. 5微米）。此種情況係如氮尖峰（Ν尖峰）深 度所示。申請專利範圍第4項之發明包含耐受TZDB試驗電 壓、超過及不超過1 2微米之合格深度，其中包括用以計算 無缺陷區深度之空洞型缺陷深度及申請專利範圍第1項發 明中对交TZDB試驗電壓之合格深度。至於空洞型缺陷，其 更深。但，為符人申所得無缺陷區之深度為12微米或 情形是：即使局；‘^㈣圍第1項之條件，則有一種 山化口F为之深度為i 2微米或更深，其條
565896 五、發明說明（12) 件亦不夠充分。所以，為藉隨後熱處理以滅小熱處理前出 現之缺陷，需要以如申請專利範圍第2及第3項之方式限制 氣濃度及冷卻速率之範圍。所以，申請專利範圍第1項之 石夕半導體晶圓可符合申請專利範圍第4項矽半導體晶圓之 結構。申請專利範圍第4項之限制較申請專利範圍第1項者 寬鬆，蓋因用SC- 1重複清洗1 〇次之後，依照非缺陷之定義 ’該缺陷係經限制在大小為〇 · 1微米或更大（用微粒計數 器量測）之空洞型缺陷。舉例言之，與申請專利範圍第5項 比較’申請專利範圍第2項僅容許具有較小OPP最大訊號強 度之缺陷。所以，如申請專利範圍第5項所述，因缺陷尺 寸大於申請專利範圍第2項者仍屬合格，如同1 2微米大小 之空洞型缺陷，具有無缺陷區之矽半導體晶圓僅需要OPP 訊號強度為4伏特或更弱者。在該種尺寸之缺陷系統内， 僅需氮濃度為2 X 1 〇14個原子/立方公分或更高。換言之， 若單晶體抽拉時之冷卻速率為5 /分鐘或更高，如申請專 利範圍第5項所述，本發明係屬於一半導體晶圓，該半導 體sa圓之製造方法是：（1)選擇一熱處理前之半導體晶圓 ’其氧濃度為9 · 5 X 1 〇17個原子/立方公分或更低，氮濃度 為2 X 1014個原子/立方公分或更高及1 X ι〇16個原子/立方 公分或更低，及用紅外線干涉法（〇pp )在其中心處測得之 最大訊號強度為4伏特或更低及（2 )在一非氧化環境中將該 晶圓加以熱處理。更明確的是：本發明屬於一半導體晶圓 ’其中半導體晶圓中心表面下1微米深處之氧濃度為5 χ 1 016個原子/立方公分或更低，半導體晶圓厚度中心處之氧
565896 五、發明說明（13) · " /辰度為9.5 X 1017個原子/立方公分或更低（用二次離子質 量分析法量測），空洞型缺陷之深度大於丨2微米，由氮分 離所產生、用二次離子質量分析法（SIMS)量測氮濃度時刀顯 不訊號強度為平均訊號強度之兩倍或更多倍之局部密化部 分之深度大於1 2微米。 ' ° [0026 ] 若矽半導體晶圓具有一丨2微米或更大尺寸空洞型缺陷 =無缺陷區，當冷卻速率為丨它/分鐘及低於5它/分鐘時， ，洞型缺陷無缺陷區之深度為12微米或更深之事實與Η⑽ 试驗合格深度為1 2微米或更深之事實相同乃該矽半導體晶 圓^特性。與；^卻速率為5 t /分鐘或更高之情形不同的是 1用sc 1重複清洗所評估之無缺陷區深度與
制π € + e ~ &冰度並無不同。再者，因由SIMS 件，所以選擇—曰n「:要付合申έ月專利祀圍第4項之條 / ☆士八V々 日日® ["亥晶圓之氧濃度為8 · 5 X 1 〇17個原子 更古刀"ι ^低，氮濃度為1 χ 1 015個原子/立方公分或 (㈣於其中心處分或更低及用紅外線干涉法 為熱處理前（如申j ΐ之最大訊號強度為7伏特或更低]作 境中熱處理過之砂\專利輕*圍第6項中所述）及於非氧化環 導體晶圓之特性β +導體晶圓。經過該熱處理之後，該半 氧濃度為5 X 1 01^他.半導體晶圓中心表面下1微米深處之 心處之氧濃度為8 =原子/立方公分或更低，半導體厚度中 體晶圓厚度中心声&χ 1〇16個原子/立方公分或更低，半導 处氣沉澱物結晶缺陷之密度為5 X 1 08 /立
565896 五、發明說明（14) 方a刀或更南及空洞型缺陷無缺陷隱之深度大於1 2微米， 並具有氣分離所形成之局部密化部分及顯示一訊號強度兩 倍或更多倍於其表面下1 2微米或更深處之平均訊號強度（ 用二次離子質量分析法量測氮濃度時）。 【0 0 2 7】 ^者’如申請專利範圍第7項所述，本發明包括··於 一非氧化環境中，在1 2 〇 0 °C (在高達約1 3 0 0 °c溫度下工業 上=屬可行）或更高溫度下，實施熱處理至少1小時（丨至2 J 4車,為有利’為提高生產力，3小時或更短亦屬需要）、 一矽半導體晶圓[其氧濃度為9·5 χ 1(F個原子/立方 最大訊號強度伏\或或%低彳時 '紅外線干涉法量得之 加磁場左科拉斯美、$ & ，且係藉左科拉斯基法或施 4^ 基法、在溫度1100 °C及冷卻速率5 t：/八# 長之矽單晶體製得]。該製造方^刀或更低θ之矽融液所生 半導體晶圓為··半導_ θ 確保所1侍之矽單晶體 度為5 X 10】6個厚、子表面下1微米深處之氧濃 心處之氧濃度為9· 5 X 1〇:個V子,低’半導體曰曰曰圓厚度中 深度大於12微米及半導 厚，無缺陷區之 之密度為5 X 1〇8/立方公分旱^度中心軋沉澱物結晶缺陷 【0028】 4文鬲。 如申凊專利範圍第8 只r所述，本發明包括： 第18頁 565896 五、發明說明（15) 於：非境中’在120(rc或更高溫度下熱處理至少1 小时一矽半導體晶圓[其氧濃度為9. 5 χ 1〇π個原子/立方 公分或更低，氮濃度為2 X 1〇]4個原子/立 1 丰 ν:6，Λ， ί id:: ί量得之最大訊號強度為4伏特或更低）， ΓΛ二Λ /分鐘或更高之情況下、利用-含氮 方八八或更柄 方公分或更高及1,5 χ 1〇19個原子/立 方i i佯所ί之石夕融液所生長之石夕單晶體製得]。該製造 ί:;?體菜曰處之氧濃度為5 χ 1016個原子/立方公分或 子/立方公八/圓厚度^心處之氧濃度為9. 5 X 1017個原 二次離子質量分析法（SIMS)量測氮濃度時，顯示卩一訊f卢用 $兩：或更多倍於其表面下i 2微米或更深處之 ，: 玉缺陷無缺陷區之深度為1 2微米或更渓，盆戶由 中心處氧沉、、奶^ ^尽 /、年度 > & l L我物之結晶缺陷密度為5 X 1 08 /立方公分或 【〇〇29】 在12〇^$二如申請專利範圍第9項中所述，本發明包括： 「盆#碎更高溫度下熱處理至少1小時一矽半導體晶圓 t ί為8.5 x 1017個原子/立方公分或更低，氣濃度 ::二 個原子/立方公分或更高及1 X 1 〇16個原子/立方 公分或更低（此時用紅外線干涉法於半導體晶圓中心處量
第19頁 565896 五、發明說明（16) 得之最大訊號 或施加磁場左 分鐘或更高及 1⑴8個原子/立 或更低之矽融 【0 0 3 0 再者，在 卻速率（低至1 氮含量之下限 陷之擴大。至 子/立方公分， 作用。 強度為7俠4 士 1 、 科拉斯或更低）’且係藉左科拉斯基法 低於ί、在溫度11〇〇°C及冷卻速率It/ 一、c //刀鐘之情況下、利用一 方公分武 ^ 各見為lx 次更向及1· 5 X 10丨9個原子/立 液所生長之矽單晶體製得]。 万a刀 ] ϊ二V二110 °。。溫度下所選者係-低冷 刀鐘或更尚及低於5 〇C/分鐘）。所以， =卻；率之情況下者…方止空洞型缺 、、隈，如以上所述，係選擇1 x 10U個原 以免在抽拉單晶體之過程中發生多結晶化 【0031】 該製造方法確保：所製矽半導體晶圓，苴 面下1微米深處氧漢度為5 χ 1〇16個原子/立方;分或= 其厚度中心處之氧濃度為8·5 χ 1〇17個原子/立方公分-更低，其厚度“處氧沉殺物之結晶缺陷密度為5 X 立方公分或更高，由氮分離產生一局部密化部分，用二a ,子質量分析法量測氮濃度時，，示一訊號強度兩倍；； 多倍於其表面下1 2微米或更深處之平均訊號強度及^洞 缺陷區之深度為1 2微米或更深。 彳 【0032】 【本發明之具體實施例】 在本發明中’石夕單晶體係由左科拉斯基法或施加磁場
第20頁 565896 - » 五、發明說明（17) 左科拉斯基法生長者。 【0 0 3 3】 動軸= 内：，禍之加熱器將配置在轉 停轉動晶種之情；原料加熱並加以溶化，在不 轉動該晶種時’抽拉該晶種使ij::觸：融液表面’在 法中’藉融液及單晶體之轉動；：體在該方 度分配之轉動對稱。 進aa體生長邊界附近溫 【0034】 施加磁場左科拉斯基法係一左 之對流作用係藉施加磁場於 土法，其中融液 法及歧點磁場施加法（同時施加水平及堂吉垂直磁場施加 内部。因此限制對流之效果亦式軛加於融液之 轉動週期同步、規律于不對稱，雜質濃度則隨 亦起伏變晶體内晶格間氧之濃度 二水平磁場施加法内之非對稱磁二；；施加法 内垂直流動導致融入融；内動平衡。但 内。所以，必須採取措施以避免而混入單晶體 點磁場施加法（利用水 象。相反地，歧 線圈相互面對且各自之 係指向另-個線圈。所動’所以每個磁場 斤β亥方法具有水平磁場施加法及 第21頁 565896 五 發明說明（18) 垂直磁場施加法兩者之優點 【0035】 “ 法生ί m:日l用f科1^斯基法或施加磁場左科拉斯基 鼠/辰度调即至不同之數值。 【0036】 法生f本發明中，由左科技斯基法或施加磁場左科拉斯基 新式f f矽單晶體錠切割而成之半導體晶圓係於氫、氬、 :忒等氣體混合氣體之環在溫度最低丨2 〇 〇它 况加以熱處理至少i小時。兄Τ 【0 0 3 7】 ^下列實驗例及比較例内，於1 1 0 0 °C至1 2 0 0 °C溫度範 。内實施熱處理過程中，溫度上井速率係設定為1 〇c /分鐘 時2該等實驗例内所顯示者是：於1 20 0 °c溫度下實施1小 步了，理之情形及於1 2 0 0它溫度下實施2小時熱處理之情 ίΜί)右考量1100 C至1200它間溫度上升速率嫌高，所示於 f溫度下實施熱處理2小時，目的是：於溫度1 1 〇 〇。(3 1 ^阿之情況下使晶圓具有充足之總駐留時間。所以，若 太1施滑動控制等措施而降低溫度上升速率，為製得具有 理/明標定品質之半導體晶圓，在1 20 0 °C溫度下實施熱處 硬i小時已足夠。 【0038】
565896 五、發明說明（19) 品劑重複清洗而出現 微粒（COP)之合格矣由大小為〇. 1微米或更大之結晶起因 體晶圓表面之深度山广：广叶為2 x 105或更低時’距半導 安培/平方公分情q T耐受電壓之合格深度係指：在100毫 於丰墓_日門主 之零時電介質崩潰（丁ZDB)試驗中， 於牛V體晶圓表面下 ^ 公分或f古少人处 度處，晶圓可耐受電壓11仟伏特/ A刀次更冋之合袼率超過90%者。 【0039】 3^·明中，仏 η 無缺陷區深度係由包含空洞型缺陷深度 及剛'5：電壓合格深谇 又 衣度兩者之最大深度加以評估。 【0040】 密产=體(，)型，：(_)密度表示之_ 在度，私.（1)溶解於矽單晶體、形成過飽和固體溶 經熱处理之晶格間氧沉澱所產生Si02導致微型缺陷及 隨同Sl〇2形成、疊層缺陷導致位錯所產生微型缺陷之密产 ，該值係由M〇4(BMD分析儀）測得。 之在度 【0041】 【實驗例】 。其次，利用若干實驗例及比較例將本發明作詳細說明 0 042
在本發明中，在溫度11 0 0 °C及冷卻速率5亡/分产 況下，用左科拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法、之 晶體以生長單晶體時，矽融液内氮濃度係選為2 X拉7石夕 原子/立方公分或更高及1· 5 X 1019個原子/立古f °17 ^
立方公分或J
565896 五、發明說明（20) 低。 [ 0 0 43 ：] 另一方面，若溫度為1 1 0 0 °C及冷卻速率為1 °C /分鐘或 更高及低於5 °C /分鐘，矽融液内氮濃度係選為1 X 1 018個 原子/立方公分或更高及1. 5 X 1019個原子/立方公分或更 低。 [ 0044 ] 於上述情況下生長之矽單晶體錠及由不含氮融液生長 之矽單晶體錠如表1所示。 [0045 ] 在表1中，第一欄所示係錠之型別。在此攔内，π比較" 一詞係指用於比較例之錠，π實驗例π —詞係指用於實驗例 之錠及’’實驗例，比較π —詞係指用於實驗例及比較例之錠 。第二欄所示係矽融液内之氮濃度，第三欄所示係在11 0 0 °C溫度下抽拉矽單晶體過程中之冷卻速率，第四攔所示係 已生長矽單晶體錠内之氧濃度，第五攔所示係矽單晶體之 抽拉速率及第六欄係表示矽單晶體錠之直徑。 【0046】
565896 五、發明說明（21) 【表1】 表1 錠 融液内之氮 濃度 (原子/立方 公分） 冷卻速率 (°c /分鐘〉 氧濃度 (原子/立方公分） 平均抽 拉速率 (公厘/ 分鐘） 錠直徑 (公厘） A (實驗例， 比較例） 5 X 1017 11 8.5-10 X 1017 2.2 150 B(實驗例〉 5 X 1017 11 7.5-8.5 X 1017 2.2 150 C(實驗例） 5 X 1017 7 7-9 X 1017 1.8 150 D (實驗例） 5 X 1017 2.5 6.5-7.5 X 1017 1.8 150 E (比較例） 5 X 1017 4.5 7.5-9 X 1017 1.4 200 F (比較例〉 5 X 1017 2.5 7 · 5-9 X 1017 1.1 20.0 G(實驗例） 1 X 1018 4.5 7.5-9 X 1017 1.4 200 Η(實驗例） 1 X 1018 2.5 7.5-9 X 1017 1.1 200 工（實驗例， 比較例） 1 X 1018 11 8.5-9.5 X 1017 2.2 150 J(實驗例， 比較例） 1 X 1018 7 8-9 X 1017 1.8 150 Κ(實驗例， 比較例） 1 . 5 X 1018 11 8.5-9.5 X 1017 2.2 150 L (實驗例， 比較例） 1 . 5 X 1018 7 8-9 X 1017 1.8 150 Μ (實驗例， 比較例） 2 X 1018 11 8.5-9.5 X 1017 2.2 150 Ν (比較例） 0 11 8 · 5_9·5 X 1017 2.2 150 〇（比較例） 5 X 1017 1.3 8.5-9.5 X 1017 1 150 Ρ(實驗例） 2 . 5 X 1017 6 8.5-9 : X 1017 1 150 Q (比較例） 1 X 1018 4.5 8.5-9 : X 1017 1.4 200 R (比較例） 1 X 101Β 2 · 5 8.5-9 : X 1017 1.1 200 S (比較例） 1 . 3 X 1017 11 8.5-9.8 X 1017 2.2 150 Τ (比較例） 0 7 8.5-10 X 1017 1.8 150
第25頁 565896 五、發明說明（22) [0047 ] 其次，將對表2所示之實驗例加以說明，該等實驗例 係由熱處理-自矽單晶體錠切割而成之半導體晶圓所得之 結果，該碎單晶體ί定係在溫度1 1 0 0 C及冷卻速率5 °C /分鐘 或更高之情況下抽拉而成。 [0048 ] 【表2】 表2 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立 方公分） 氧濃度 (原子/立 方公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 (ΐ/分鐘） OPP訊 號強度 (伏特） 熱處理溫度 (°C) X 時間 1微未深處 之氧濃度 (原子/立方 公分） 空洞型 缺陷深 度 (微米） 耐受電 壓合格 深度 (微米） BMD密度 (個./立方 公分> N尖峰 深度 (微米> 1 B 7xlOi4 8.5xl0±v 11 1.995 1200x2 3.2xl016 12.5 12.5 >1χ109 13.4 2 B 14xlOi4 7.6x101’ 11 0.794 1200x1 4xl016 12.5 12.5 >1χ109 12.8 3 C llxlO14 9x1017 7 1.586 1200x2 3.4χ1016 12.5 12.5 >1χ109 13.4 4 I 20χ1014 9.2x1017 11 0.316 1200x2 3.5x1016 12.5 12.5 >1χ109 13.4 5 J 30xl0l4 8.7xlOi7 7 1.26 1200x2 3.3χ1016 12.5 12.5 >1χ109 13.4 6 K 26χ1014 9x10±ν 11 1.0 1200x2 3.4x1015 12.5 12.5 >1χ109 13.4
[0049 ] 實驗例1 所用半導體晶圓係由表1内所示B錠切割而成。所以， 該錠係在溫度1 1 0 0 °C及冷卻速率1 1 °C /分鐘之情況下。自 氮濃度為5 X 1017個原子/立方公分之融液抽拉而成。晶體 之轉動及坩堝之轉動係經適當之控制，俾錠圓柱部分之氧 濃度為7.5至8·5 X 1017個原子/立方公分。在由該録:加工 製作之半導體晶圓中，所選半導體晶圓係於包括5 〇 %氫及 5 0 %氬混合氣體之環境中、在1 2 0 0 °C溫度下經熱處理2小 時，其氮濃度為7 X 1014個原子/立方公分，氧濃度為8. 5
第26頁 565896 五、發明說明（23) 1 0個原子/立方公分及其最大訊號強度為丨· 9 9 5伏把 =線干涉法（OPP )在半導體晶圓中心處量測微型缺陷斤用紅 得）。」結果，空洞型缺陷之深度及半導體晶圓内經則 驗耐叉電壓之合格深度二者均係i 2 · 5微米，半導體曰。忒 度中〜處之氧濃度為8.5 X l〇i?個原子/立方公分或圓厚 BMD，度為i X 1〇19/立方公分或更高，半導體晶圓更低’ ，下1微米深處之氧濃度為3.2 χ 1〇16個原子/立方二表 :尖尖峰)深度為13.4微米。Ν尖峰刀及 用二次離子質量分析法量測氮濃度時，由氮分離==指 顯示訊號強度兩倍或更多倍 ^產生並 22曰曰®表面下13. 4微米深處開始出現。所以：分 熱處理後之半導體晶圓内 在經 之合格深度二者=5微；=缺：：深度及耐受電Μ 係12. 5微米。”至少"一詞及所以無缺陷區之深度至少 #12 ^ Ά ^ η ^ '、曰·實驗例中拋光之實際备乂古 係1 2· 5掀未及無缺陷區可能擴展、不數值 區之深度遠較1 2微米深及可用 ' ，無缺陷 深度將擴展0.5微米之多因用/製造半導體裝置之薄層區 由度。 目&增加半導體裝置製造之自 【0050】 實驗例2 所用半導體晶圓類似地係 但所用半導體晶圓係於包括表1内所示B錠切割而成， 中、在1 2 0 0 t：溫度下經熱處°虱及50%氬混合氣體之環境 1 〇15個原子/立方公分，氧％ 小時，其氮濃度為1 · 4 χ /辰度為7·6 X 1(F個原子/立方公
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五、發明說明（24) 分及其最大訊號強度為〇· 794伏特（用紅外線干涉法（〇pp) 在半導體晶圓中心處量測微型缺陷時測得）。結果，空〜 沒缺陷之深度及半導體晶圓内經TZDB試驗耐受電壓之人/同夂 深度二者均係丨2· 5微米，半導體晶圓厚度中心處 二， 為7· 6 X 1(F個原子/立方公分或更低，BMD密度為1 χ lQ= /曲立方公分或更高，半導體晶圓中心表面下1微米深處之— 濃度為4 X l〇i6個原子/立方公分及n尖峰深度為12·8微米鼠 。雖Ν尖峰深度較實驗例1者短0· 6微米，此仍在量测誤^ 【0051】
實驗例3 所用半導體晶圓係由表1内所示C疑切割而成。所以， 該錠係在溫度11 〇 〇 °c及冷卻速率7它/分鐘之情況下，自氮 派度為5 X 1 〇17個原子/立方公分之融液抽拉而成。晶體之 轉動及坩堝之轉動係經適當之控制，俾錠圓柱部分之氧濃 度為7· 〇至9. 〇 X 1〇ΐ7個原子/立方公分。該切割成之半導 體晶圓[其氧濃度為9 X ΙΟ〗7個原子/立方公分，氮濃度為 11 X 1〇14個原子/立方公分及其最大訊號強度為丨· 585伏特 (★用紅外線干涉法（ΟΡΡ)在半導體晶圓中心處量測微型缺陷 時測得）係於包括1 〇%氫及90%氬混合氣體之環境中、在 1 2 〇 〇 C溫度下經熱處理2小時。結果，空洞型缺陷之深度 及半導體晶圓内經TZDB試驗耐受電壓之合格深度二者均係 1 2 · 5微米，半導體晶圓厚度中心處之氧濃度為9 X ^ 〇ιγ個” 原子/立方公分或更低，BMD密度為i χ 10ιν立方公分或更
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五、發明說明（25) 高’半導體晶圓中心表面下1微米深處之氧濃度為3 4 L〇16個原子/立方公分及N尖峰深度為13· 4微米。 · [0052 ] 汽驗例4 於包括1 0%氫及90%氬混合氣體之環境中 ^度下，將一半導體晶圓[由表i内所示I錠切割而成，其 氧濃度為9·2 x l〇n個原子/立方公分，氮濃度為2 X 1〇1、5 個原子/立方公分及其最大訊號強度為0 316伏特（用红外 、^干涉法（GPP)在半導體晶圓中心處量測㈣ 測 施以熱處理2小時。結果，空洞型缺陷之深度及二=二了） 圓内經TZDB試驗耐受電壓之合格深度—者 曰曰 所么从价广 又一有均係1 2 · 5微米， 所：，無缺陷區之深度為12.5微米，半 心處之氧濃度為9.2 X，個原子/立方八八/厚度之〒 密度為i X，/立方公分或更高，低’議 1微米深處之氧濃度為3.5 X ^固#^體;曰士固中心表面下 深度為13.4微米。 原子/立方公分及N尖峰 [0053 ] 實驗例5及6 在實驗例5中，所用半導體晶 割而成，其氮濃度為3 X l〇i5個原子/、表1内所示J錠切 8.7 X ΙΟ”個原子/立方公分及其最 f公分，氧濃度為
[用紅外線干涉法（OPP)在半導體晶^旎強^為1 · 26伏特 時測得]。在實驗例6中，所用半導:處K測微型缺陷 錠切割而成，其氮濃度為2. 6 X 1〇15初曰曰圓係由表1内所示K 個原子/立方公分，氧
第29頁 565896 五、發明說明（26) ί [度用：I綠1 〇:個原子/立方公分及最大訊號強度為1 · 0伏 陷時測y 涉法（〇ΡΡ )在半導體晶圓中心處量測微型缺 1 2〇 η ^、于。母個晶圓均係於包括100%氬之環境中、在 表面下度下施以熱處理2小時。結果，半導體晶圓中心 或3 4 χ微米6深處之氧濃度為3· 3 χ 1〇16個原子/立方公分 體曰X 1〇ΐ6個原子/立方公分，空洞型缺陷之深度及半導 米阳所、2TZDB試驗耐受電壓之合格深度二者均係12·5微 度中心/^、、^陷區（DZ)之深度為1 2 · 5微米，半導體晶圓厚 或U 農度為8·7 X 1〇17個原子/立方公分或更低， /立方八八、個f子/立方公分或更低，BMD密度為1 x 1019 A分或更高及N尖峰深度為1 3 · 4微米。 【0 0 54】 述J i ί諸實驗例之清楚說明及申請專利範®第？項所 或更古 體日日圓[其氮濃度為5 X 1 014個原子/立方公分 X個j 〇16個原子/立方公分或更低，氧濃度為9. 5 更低[用I、I 6立方公分或更低及最大訊號強度為2伏特或 缺陷時，Γ/線：i歩法(嶋 ，該石夕單:辦半導體晶圓係由一石夕單晶體錠切割而成 子/立方Γ錠係藉：（1)調節融液氮濃度為5 x 1〇17個@ 、⑵更高及丨.5 x 1019個原子/立方公分或更'ί 卻迷率為1Ϊ斯产法或施加磁場左科拉斯基法、控制冷-係於一非& ^鐘及在110 〇它溫度下抽拉該錠而製得]， 小時。中i ^ % &中 '在12 G G c溫度τ施以熱處理至少1 ❺專利範圍第1項所述無缺陷區之深度可遠較工 第30頁 565896 五、發明說明（27) 微米為深，可製得一厚度中心處氧沉澱物結晶缺陷密度為 5 X 1 08 /立方公分或更高之矽半導體晶圓（亦即如申請專 利範圍第2項之矽晶圓）。再者，經發現上述諸實驗例亦滿 足申請專利範圍第8項製造方法之要求及申請專利範圍第4 及5項之要求。 [0 0 5 5 ] 【比較例】 其次，若干案例列作比較例（參閱表3 )，其中實施快 速冷卻熱處理係利用一半導體晶圓，該半導體晶圓係由一 錠切割而成，該錠係在生長矽單晶體時，在冷卻速率5 °C / 分鐘或更高及溫度1 1 0 0 °C之情況下抽拉者，但其氮濃度及 氧濃度均超出申請專利範圍第2、5、7及8項所界定之範圍 [0056 ] 【表3】 表3 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立方 公分） 氧濃度 (原子/立方 公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 (°c/分鐘） OPP訊 號強度 (伏特） 熱處理溫度 (°C) X 時間 1微米深處 之氧濃度 (原子/立方 公分） 空洞型 缺陷深 度 (微米） 耐受電 壓合格 深度 (微米） BMD密度 (個/立方 公分） Ν尖峰 深度 (微米> 1 T 0 9.3xl017 11 5.0 1200x2 3.6xl016 7 7 >5xl08 無尖峰 2 〇 6.6xl014 9.1xl017 1.5 6.31 1200x2 3.6xl016 7 7 >1χ109 13.4 3 〇 9.8xl014 9. lxlΟ17 1.5 10 1200x2 3.6x1016 10 8 >1χ109 13.4 4 A 8.3xl014 9.8x1ο3·7 11 0.794 1200x2 3.7x1016 8 8 >1x1Ο9 13.4 5 A llxlO14 9.6x1017 11 0.301 1200x2 3.6x1016 8 8 >1χ109 13.4 6 S 1.2xl014 8.6χ1017 11 1.26 1200x2 3.2χ1016 8 8 >5χ10β 13.4 7 E 7.2xl014 8.5χ1017 11 1.995 1150x4 3.2χ1016 8 6 >1χ109 8 8 I 24xl014 9.1χ1017 11 0.50 1150x4 3.4χ1016 8 6 >1χ109 8 9 K 25xl014 8.6χ1017 11 1.0 1150x4 3.2χ1016 8 6 >1χ109 8 10 L 25xl014 8.2χ1017 7 0.398 1150x4 3χ1016 8 6 >1χ109 8
【0057】 565896 五、發明說明（28) 比較例1 於包括25%氫及75%氬之環境中，在12〇(rc溫度下， 將了半導體晶圓[由表1内所示I鍵切割而成，其度為 ’氮濃度為9.3 X 1〇1?個原子/立方公分及最大訊號強度 5. 〇伏特[用紅外線干涉法（0PP)在半導體晶圓中心處測得 ，以下簡稱OPP訊號強度]施以熱處理2小時。結果，半導 體晶圓中心表面下1微米深處之氧濃度為（以下 米深處之氧濃度）為3· 6 X 1〇〗6個原子/立方公分、空”洞型 缺陷之深度為7微米及TZDB試驗耐受電壓之合格深度為7微 米，BMD选度為5 X 108/立方公分或更高、半導體晶圓厚 度中心處之氧濃度為為9· 3 X 1 017個原子/立方公分或更低 及N尖峰：無尖峰。半導體晶圓無缺陷區之深度僅為了微米 且僅考量空洞型缺陷之深度，可製得一深度低如7微米之 晶圓。此乃由於融液内及半導體晶圓内之氮濃度為〇及〇pp 訊號強度太高之故。 【0 0 58】 比較例2 於包括25%。氫及75%氬之環境中，在1 20 0。〇溫度下， 將一半導體晶圓[由表1内所示〇錠切割而成，該錠係在溫 度1100 °C及冷卻速率1· 5。〇 /分鐘之情況下抽拉單晶體而生 長成，其氣派度為6.6 X i〇h個原子/立方公分，氧濃度為 9·1 X 1〇17個原子/立方公分及〇pp訊號強度為6·31伏特。 結果’半導體晶圓1微米深處之氧濃度為3 · 6 X 1 〇ie個原子
第32頁 565896 五、發明說明（29) /立方公分、空洞型缺陷之深度為7微米及TZDB試驗耐受電 壓之合格沬度為7微米，bmd密度為i χ 1〇9/立方公分或更 高、半導體晶圓厚度中心處之氧濃度為為9 · j χ 1〇n個原 子/立方公分或更低。在此情況下，空洞型缺陷之深度及 耐受電壓之合格深度二者均係低如7微米。此乃經考量係 由於在1 1 0 0 °c溫度下抽拉矽單晶體時，冷卻速率為丨· 5艺/ 分鐘（低於5 °C /分鐘）而且半導體晶圓未經加熱處理前之 OPP訊號強度高出2伏特至4伏特。 【0059】
比較例3
於比較例1之同樣環境中，在1 2 〇 〇。〇溫度下，將一半 導體晶圓[由表1内所示〇錠切割而成，該錠係在溫度丨丨〇 〇 c及冷卻速率1 · 5。〇 /分鐘之情況下抽拉單晶體而生長成， 其u氮濃度為9 · 8 X 1 014個原子/立方公分，氧濃度為9 · 1 X 1017個原子/立方公分及0pp訊號強度為10伏特]施以熱處理 2 ^時。結果，半導體晶圓1微米深處之氧濃度為3. 6 X 」個原子/立方公分、空洞型缺陷之深度為1 0微米及TZDB 甙驗耐受電壓之合格深度為8微米，BMD密度為1 X 1〇v立 A为或更鬲，N尖峰深度為13.4微米及半導體晶圓厚度 處之氧濃度為H x 個原子/立方公分或更低。X在 4情況下，空洞型缺陷之深度及耐受電壓之合格深度二者 =ΐ低如10微米。此乃經考量由於冷卻速率低及0pp訊號 &與比較例2者同高。 【0060】
565896 五、發明說明（30) 比較例4 於包括25%氫及75%氬之環境中，在12〇〇 °c溫度下， 將一半導體晶圓[由表1内所示A錠切割而成，其氮濃度為 8·3 X 1〇14個原子/立方公分，氧濃度為9·8 個
立方公分及OPP訊號強度為0· 794伏特]施以熱處理2小時。 結果，1微米深處之氧濃度為3· 7 X 1，個原子/立方公分 、空洞型缺陷之深度為8微米及TZDB試驗耐受電壓之合& 深度為8微米，如比較例1之同樣方式無缺陷區之深度未達 10微米。BMD密度為1 X 10V立方公分或更高、N尖|深产 為13.4微米及半導體晶圓厚度中心處之氧濃度為9 8 χ又 1(F個原子/立方公分或更低。纟此比較例中，I然熱處理 之條件與實驗例1者相同，經考量為何無缺陷區深度淺之 理由是：矽半導體晶圓之氧濃度為9.，8 χ 1〇1?個原子/立方 公分，較9. 5 X 1 (F個原子/立方公分高。 [ 0 0 6 1 ] 比較例5 成：圓係以比較例4之同樣方式自Α鍵切割而 二個U方t較例4之不同處僅為：氮濃度為i.1 X 1 0lb個原子/立方公公、彔、、曲&&^。 分及OPP訊號強度為0 3〇1 …:x 1〇17個原子/立方公
x l〇i6個原子/立方八八、果，1微米深處之氧濃度為3. 6 TZDB試驗耐受電壓二二==型缺陷之深度為8微米，
109/立方公分或更古口w〇/木度為8微米’BMD密度為1 X 更问，N尖峰深度為13 4微米，與比較例2
第34頁 565896
$耐受電壓之合格深度值為 〉辰度高於9 · 5 X 1 〇17個原子/ 五、發明說明（31) 者相同。空洞型缺陷之深度值 何低之理由，經考量係由於氧 立方公分。 [0062 ] 比較例6 於包括氫25%及氬75%之庐位丄 一半導體晶圓[由表1内所示^兄’在120〇W度下，將 公分及OPP訊號強伏特]施以 立方 ，！微米深處之氧濃度為3.2 χ 1〇16個原子/立方：：： 二型缺陷之深度及耐受電壓之合格深度 Β_^5 X 公分或更高及Ν尖峰深度為^憎 米:半導體晶圓無缺陷區之深度為何低如8微米之理由是 走嘁液内之氮濃度係低如丨· 3 χ丨〇1?個原子/立方公分及熱 处理前之氮濃度係低於2 χ 1 〇14個原子/立方公分。 [0063 ] 比較例7、8、9及1 0 在比較例7中，所用半導體晶圓係由表丨内所示錠 切割而成，其氮濃度為7· 2 X 1014個原子/立方公分，氧浪 度為8.5 X 1(F個原子/立方公分及0PP訊號強度為1995伏 特； 在比較例8中，所用半導體晶圓係由表1内所示之I鍵 ^而成’其氣濃度為2·4 X 1015個原子/立方公分，氧濃 度為9·1 X 1017個原子/立方公分及ΟΡΡ訊號強度為〇.5〇伏
第35頁 565896 五、發明說明（32) 特； 在比較例9中，所用半導靜曰 切割而成，其氮濃度為2.5 表1内所示之Κ鍵 度為8.6 X 1〇π個原子/立方八八^子/立方公分，氧濃 ;及 方Α刀及0ρρ訊號強度為1.0伏特 在比較例1 〇中’所用半導體 切割而成，其氮濃度為2.5ΜΓ個®^表1内所示之L鍵 度為8.2 X 1(Ρ個原子/立方八子/立方公分’氧濃 特； Α刀及0ρρ訊號強度為0.398伏 所有該等半導體晶圓％ # ^ > 施以熱處理4小時。結果及 缺陷深度為8微米，TZDB試比較例中，空洞型 ’咖密度為…0V立方壓之=深度為6微米 米及i微米深處之氧 ：刀或更二N尖峰深度為8微 缺ΐ ί比較例Γ，雖然熱處理實施4小時之久，空洞型 心ϋ及耐爻電壓之合格深度均低如10微米。此現象 、、工考置係由於熱處理溫度為115(rc，低於120(rc之 【0 0 64 】 其次，參考表4將對若干實驗例加以說明，該等實驗 2所加熱處理之半導體晶圓，其氧濃度為9·5 χ 1〇1?個原 立^方公分或更低，氮濃度為2 X l〇U個原子/立方公分 I ^向及tx 1016個原子/立方公分或更低，該半導體晶圓 式、A 一矽單晶體切割而成，該矽單晶體係藉左科拉斯基法 3砭加磁場左科拉斯基法、利用一含氮量2 x i 〇1?個原子/
565896 五、發明說明（33) 立方公分或更高及1 · 5 X 1 019個原子/立方公分或更低之矽 融液、在溫度1 1 0 0 °C及冷卻速率5 °C /分鐘之情況下抽拉而 生長者。 [0065 ] 【表4】 表4 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立方 公分） 氧濃度 (原子/立方 公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 (°c/分鐘) ΟΡΡ訊 號強度 (伏特） 熱處理溫度 (°C) X 時間 1微米深處 之氧濃度 (原子/立方 公分） 空洞型 缺陷深 度 (微米） 耐受電 壓合格 深度 (微米） BMD密度 (個/立方 公分） N尖峰 深度 (微未） 7 B 7.1xlOi4 8.6x1017 11 1.995 1200x1 4.4χ1016 12.5 9 >1χ109 12.8 8 A 11 xlO14 8.9χ1017 11 1.585 1200x1 4.7χ1016 12.5 9 >1χ109 12.8 9 I 21 xlO14 9. lxlΟ17 11 0.316 1200x1 4.8χ1016 12.5 9 >1χ103 12.8 10 J 31 xlO14 8.6χ1017 7 1.26 1200x1 4.6χ1016 12.5 9 >1χ109 12.8 11 K 25 xlO14 9.1χ1017 6 1.0 1200x1 4.8χ1016 12.5 9 >1x10^ 12.8 12 P 6.1χ1014 9.2x1017 11 3.16 1200x1 4.9χ1016 12.5 9 >1x1Ο3 12.8
[0066 ] 實驗例7 所用之半導體晶圓係由表1所示之B錠切割而成，其氮 濃度為7·1 X 1014個原子/立方公分，氧濃度為8.4 X 1017 個原子/立方公分及ΟΡΡ訊號強度為1 · 9 9 5伏特，且係於一 包括25%氫及75% 氬之環境中，在1 2 0 0 °C溫度下施以熱處 理1小時。結果，1微米深處之氧濃度為4. 4 X 1 016個原子/ 立方公分，空洞型缺陷之深度為12. 5微米，TZDB試驗耐受 電壓之合格深度為9微米，BMD密度為1 X 1〇9/立方公分或 更高，N尖峰深度為12.8微米及半導體晶圓厚度中心處之 氧濃度為9 · 5 X 1 017個原子/立方公分或更低。在此實驗例 中，雖然空洞型缺陷之深度為1 2 · 5微米（大於1 2微米），耐
第37頁 565896 五、發明說明（34) 文電壓之合格深度則為9微米。但，N尖峰深度為丨2 · 8微米 。所以’在藉二次離子質量分析法（s〖MS)作氮之分析時， 由氣分離所產生之局部密化部分且顯示一訊號強度兩倍或 更多倍於平均訊號強度係位於丨2 · 8微米深處。可製得對應 於申請專利範圍第4及5項之半導體晶圓。 【0 0 6 7】 實驗例8 、所用之半導體曰曰圓係由表1所示之Δ鍵切割而成，其氮 濃f為1·1 X UP個原子广立方公分，氧濃度為8·9 X ι〇ιγ 個，、子/立方公分及ΟΡΡ訊號強度為丨· 58 5伏特，且係於一 =括2=氫及75%氬之環境中，在测。〇溫度下施以熱處 同實驗例Ό。、结果，1微米深處之氧濃度為4.7 χ為9:1、二立Λ么:分及半導體晶圓厚度中心處之氧濃度 為8· 9 X 1〇π個原子/立方八 深度為12.5微米，耐受電但’空洞型缺陷之 為1 χ⑽/二二、J二合格深度為9微米，BMD密度 ‘、、、 立方么刀或更高及Ν尖峰深度為12.8微米（與實 例7者相同）。所以，可势 ' '、、 項之半導體晶圓。 1侍對應於申凊專利範圍第4及5 【0068】 實驗例9、1 〇、11及1 2 切割：：驗中”所用半導體晶圓係由表1内所示之1鍵 产別1 ’二：：/為2. 1 X 1015個原子/立方公分，氧濃 ; 10個原子/立方公分及OPP訊號強度為。.316伏
第38頁 565896 五、發明說明（35) …在實驗例1 0中，所用半導體晶圓係由表1内所示之；鍵 切副而成’其氮濃度為3 · 1 X 1 〇15個原子/立方公分，氧濃 度為8.6 X 1〇〗7個原子/立方公分及OPP訊號強度為126伏辰 特； 入 —在實驗例1 1中，所用半導體晶圓係由表1内所示之](鍵 切务i而成，其氮濃度為2 · 5 X 1 〇ι5個原子/立方公分，曲 d x 1017個原子/立方公分及OPP訊號強度為1.585伏 > 及 切割在實驗例12中，所用半導體晶圓係由表1内所示之p錠 度為而成’其氮》農度為6 · 1 x 1 〇17個原子/立方公分，氣濃 二“、'9·2 x 1F個原子/立方公分及0PP訊號強度為16伏特i 【0 0 6 9】. 處 下 格 等 心 深 得 基 王里 如同實驗例8，上述實驗例9至1 2所示丰墓麯曰m 實:於一包括25%氣及75%氮之環境中’在MIC溫度、 深小時。結果，空洞麼缺陷之深度、耐受電壓之人 實ς、ν尖峰深度及BMD密度均與實驗例7及8者 ; 知例與實驗例7及8之不同處僅為··半 μ Ϊ之氣濃度為8. 6至9.2 X，個原子/立方體晶圓厚度中 4氣之濃度為4.6至4.8 X 1〇ι6個原子/立^么/分’丨微米 【00 70】 立方公分。 ，^迷實驗例7至1 2内之半導體晶圓係由〜 法讀砂單晶體係利用左科拉斯基法或施加^單晶體製 、在溫度1 1 0 0 °C及冷卻速率5 °c /分鐘夕^場左科拉斯
第39頁 情況下抽拉而 565896 五、發明說明（36) 成。可製得之半導體晶圓，其氮濃度為2 X 1 〇14個原子/立 方公分或更高及1 X 1 016個原子/立方公分或更低，氧濃度 為9· 5 X 10i7個原子/立方公分或更低及opp訊號強度為4伏 特。此時，所用矽融液其氮濃度範圍為2 X 1 〇17個原子/立 方公分或更高及1 · 5 X 1 019個原子/立方公分或更低，上述 製得之半導體晶圓係於一非氧化環境内及在1 2 0 0 °C溫度下 實施熱處理至少1小時之結果。 [ 0 0 7 1 ] 該等實驗例内製得之半導體至少滿足申請專利範圍第 4及5項半導體晶圓之要求條件。 [0072 ] 參閱表5，茲將比較例1 1至1 5加以說明。 [0073 J 【表5】 表5 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立方 公分） 氧濃度 (原子/立方 公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 rc/分鐘） OPP訊 號強度 (伏特） 熱處理溫度 CC) X 時間 1微米深處 之氧濃度 (原子/立方 公分） 空洞型 缺陷深 度 (微米） 耐受電 壓合格 深度 (微米） BMD密度 (個/立方 公分） N尖峰 深度 (微米> 11 N 0 9.3xl017 11 5.0 1200x1 4.9xl016 6 6 >5x108 無尖峰 12 G 2.5 xlO14 8.6X101， 4.5 1.995 1200x1 4.5xl016 9 9 >1x10^ 12.8 13 S 1.8 xlOi4 9.1χ1017 11 1.26 1200x1 4.8x10^ 10 8 >5x10a 12.8 14 Μ 3.8 xlO14 9.9x10^ 11 1.26 1200x1 5.2x1016 10 6 >1χ109 12.8 15 C 8.7 xlOi4 8 · 8x1017 7 1.585 1200x4 3.3χ1016 8 6 >1x10^ 8 【0074】 比較例1 1至1 5 在比較例1 1中，所用半導體晶圓係由表1内所示N錠切
第40頁 565896 五、發明說明（37) 割而成，其氮濃度為〇，氧濃度為9· 3 X 1 〇17個原子/立方 公分及OPP訊號強度為5. 0伏特； 在比較例1 2中’所用半導體晶圓係由表1内所示g鍵切 割而成’其氣》辰度為2·5 X 1〇13個原子/立方公分，氧濃度 為8·6 X 1017個原子/立方公分及ΟΡΡ訊號強度為丨· 9 95伏特 在比較例1 3中，所用半導體晶圓係由表1内所示s錠切 割而成，其氮濃度為1 · 8 X 1 〇14個原子/立方公分，氧漠度 為9·1 X 1017個原子/立方公分及ορρ訊號強度為126伏特 ;及 在比較例14中，所用半導體晶圓係由表i内所示Μ錠切 割而成，其氮濃度為3. 8 X 1〇15個原子/立方公分，氧濃度 為9.9 X 1(F個原子/立方公分及〇ρρ訊號強度為126伏特" 該等比較例1 i至14所示之所有半導體晶圓均係於包括 25%風及75%氬之環境中，在120〇t溫度下施以熱處理丨小 二6者。由比較例U之結果微米深處之氧濃度為4 9 χ 1二個原子/立方公分，空洞型缺陷之深度及耐受電壓之合 I朱f均甚淺如6微米，讎密度為5 χ 1〇8/立方公分或更 ;it ΓίΓΛ蜂。空洞型缺陷深度及财受電壓合格深 =之王里由經考量係由於錠之氡丨農度為〇。由比較例12 U，1微米深處之氧濃度為4.5 χ 1〇16個原子/立 微米，麵密度為! ： 公電壓二合格深度為9 A分或更咼及N尖峰深度為
565896 五、發明說明（38) ' 1 '一" 12. 8微米。在此情況下，因在u〇〇Qc溫度下錠之冷卻速率 低於5 C /分鐘，基於不能滿足申請專利範圍第8項之要求 條件，而使空洞型缺陷深度及耐受電壓合格深度變淺。 【0 0 75】 在比較例13中，空洞型缺陷深度及耐受電壓合格深度 亦分別低如10微米及8微米。此種情形經考量係由於半導 體晶圓在未經熱處理前之氮濃度不能滿足申請專利範圍第 8項所示下限之要求條件：2 χ 1〇14個原子/立方公分。 【0076】 在比較例1 4中，空洞型缺陷深度及耐受電壓合格深度 亦分別低如10微米及6微米。此種情形經考量係由於半導 體晶圓在未經熱處理前之氧濃度不能滿足申請專利範圍第 8項所示下限之要求條件：9.5 χ 1〇η個原子/立方公分或 更低。 【0 0 77】 比較例1 5 於包括25%氫及75%氬之環境中，在丨丨5〇。〇溫度下將 一由表1所示c錠切割而成之半導體晶圓（其氮濃度為8· 7 10“個原子/立方公分，氧濃度為8·8 χ 1〇π個原子/立方八 分及ΟΡΡ汛號強度為1 · 585伏特）施以熱處理4小時。結果， 1微米深處之氧濃度為3· 3 X 1 〇16個原子/立方公分，空〜 型缺陷之深度為8微米，耐受電壓之合格深度為6微米洞 BMD密度為1 X 10V立方公分或更高，Ν尖峰深度為/微 。因熱處理溫度較1 2 0 0。(：低50 t，所有該等深度均經訪、、、
第42頁 565896 五、發明說明（39) 減小。 [0078】 其次，參閱表6將對若干實驗例加以說明，該等實驗 例中，經加熱處理之半導體晶圓係由一矽單晶體切割而成 ，該矽單晶體係在溫度1 1 0 0 °c及冷卻速率1 °c /分鐘或更高 及低於5 °C /分鐘之情況下抽拉而成。 [0079】 實驗例1 3至1 8 【0080】 【表6】 表6 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立方 公分） 氧濃度 (原子/立方 公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 (°c/分鐘） OPP訊 號強度 (伏特） 熱處理溫度 (°C) X 時間 1微米深處 之氧濃度 (原子/立方 公分） 空洞型 缺陷深 度 (微米） _受電一 壓合格 深度 (微米） BMD密度 (個/立方 公分） N尖峰 深度 (微米〉 13 G 12 xlO14 7.2Χ101) 4.5 1.26 1200x2 2.7χ101δ 12.5 12.5 >1χ109 13.4 14 G 40 xlO14 8.5x1017 4.5 1.26 1200x2 3.2x1016 12.5 12.5 >1x10^ 13.4 15 Η 15 xlO14 β.ΙχΙΟ1^ 2.5 6.31 1200x2 3 xlO10 12.5 12.5 >1χ109 13.4 16 Η 32 xlO14 7.5xlOiV 2.5 1.26 1200x2 2.8χ1016 12.5 12.5 >lxlOs 13.4 17 D 27 xlO14 6.6x1017 2.5 1.995 1200x1 3.5x1016 12.5 12.5 >1x10^ 12.8 18 Η 41 xlO14 7 xlO17 2.5 1.585 1200x1 3.7χ1016 12.5 12.5 >1χ109 12.8 [ 0 0 8 1 ] 該等實驗例内之半導體晶圓係由表6内第2欄所示諸錠 切割而成，其氮濃度如第3欄所示及氧濃度如第4欄所示。 如第5搁所不’用左科拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法 抽拉單晶體時，在1 1 0 0 °C溫度下之冷卻速率為低於5 °C /分 鐘。第6攔所示之最大訊號強度係用紅外線干涉法（opp)於
565896
L V ==圓中心處測得；第7攔所示係於包括25%氫及75% ί ί二2中貝知*熱處理之溫度及時間；第8欄所示係半導 一曰曰1 ”〜處之氧濃度第9、1 0、1 1及1 2攔所示者係空洞 型缺陷深度、耐受電壓合格深度、β〇密度 【0 0 8 2 ] $該等實驗例可看出··即使半導體晶圓係用左科拉斯 基或施加磁場左科拉斯基法、在溫度1100。(：及冷卻速率 低於5 °c/分鐘之情況下抽拉之錠切割而 圓。C溫度下實施熱處理！或2小時，其氧遭度為8Η5χ 10個原子/立方公分或更低、氮濃度為1 X 1〇15個原子/立 =或更高及1 x 1〇u個原子/立方公分或更低及〇pp訊 二強度為7伏特時，空洞型缺陷深度及耐受電壓合格深度 j均可達12· 5微米。所以，應了解的是：無缺陷區之深 :亦係12.5微米，N尖峰深皮為13·4微米或12·8微米，半 導，，圓具有一氮分離所產生之局部密化部分，用二次離 子質量分析法（SIMS)量測氮濃度時顯示一訊號強度兩倍或 更多倍於其表面下丨2微米或更深處之平均訊號強度。再者 ’應了解的是：BMD密度係大於1 X 109/立方公分。再者 ’1、微米深處之密度值為2· 7至3·7 X 1016個原子/立方八八 ii:體晶圓中心處之氧濃度低於熱處理前半導體晶二 【00 83】 右在11 0 0 C溫度下抽拉單晶體之冷卻速率為i它/分鐘 或更高及低於5 °c/分鐘及於一非氧化環境中，在溫度
第44頁 565896 五、發明說明（41) °C或更高及1 3 0 0 °C或更低之情況下處理該半導體晶圓（氧 濃度為8 · 5 X 1 017個原子/立方公分或更低及氮濃度為1 X 10i5個原子/立方公分或更高及1 X 10!6個原子/立方公分或 更低及OPP訊號強度為7伏特或更低）至少1小時及有利地1 小時至2小時，亦可得到上述之效果。 [ 0 0 84 ] 比較例1 6至2 3 相反地，如表7内所示，比較例1 6至2 3内半導體晶圓 之品質下降乃說明氮濃度、氧濃度及熱處理條件均不能滿 足本發明之要求。 [0085 ] 【表7】 表7 實 施 例 錠 氮濃度 (原子/立 方公分） 氧濃度 (原子/立 方公分） 抽拉過程 中之冷卻 速率 (°c/分鐘) 熱處理 溫度 (°C) X 時間 空洞型 缺陷深 度 (微米） 耐受電 壓合格 深度 (微米） BMD 密度 (個/立 方公分） N尖峰 深度 (微米） 16 Q 13xlOi4 8.9xl017 4.5 1200x2 9 9 >lxlOy 13.4 17 Q 25xl014 8.7xl0lv 4.5 1200x2 10 10 >lxlOy 13.4 18 R 15xl014 8.7xlOiV 2.5 1200x2 10 10 >1x10^ 13.4 19 R 30xl014 8.6xl017 2.5 1200x2 10 10 >lxlOy 13.4 20 E 7.2χ1014 8.2xlOiV 4.5 1200x2 7 7 >1x10^ 13.4 21 F 9.1xl014 7.5xl0lv 2.5 1200x2 8 8 >1χ109 13.4 22 Η 31xlOi4 7.9xl0lv 2.5 1200x8 6 6 >1χ109 10.5 23 Η 28xl014 7.6xl017 2.5 1200x4 3 3 >1χ109 8 [0086 ] 在該等比較例中，熱處理環境内所用之混合氣體包括 25%氫及75%氬。
565896 五、發明說明（42) [ 0 0 8 7 ] 在比較例16、17、18及19中，氧濃度為8·9 χ 1〇17/個 原子/立方公分至8·6 X 10π/個原子/立方公分，該濃度並 不對應於申請專利範圍第3、6及9項所界定之氧濃度之情 況：8 · 5 χ 1 017 /個原子/立方公分或更低。 【0088】 ~ 在比較例2 0及2 1中，氮濃度為7 · 2 χ 1 〇u個原子/立方 a刀及9· 1 χ 1(Γ4個原子/立方公分，該濃度並不對應於申 利範圍第3、6及9項所界定之氮濃度下限之情況：丨χ 0個原子/立方公分或更高。 【008 9】 在比較例22及23中，埶虚报、、西麻* n ΓΛ 〇 χ ^ ® ^ ^ ^ 熱慝理溫度為1150 t：，該溫度並 不對應於熱處理溫度下限之情況：丨2〇 【0090】 用左科拉斯基法或施加磁曰曰刀割而成，該晶體係利 及冷卻速率為分鐘或 科拉斯基法、在溫度1100 拉而成）之氧濃度、氮濃声及"^及^低於5 °c/分鐘之情況下抽 缺陷深度及耐受電壓合4各1 ，、、、處理溫度及時間，空洞型 。 彳X 一者將均不能達到預期深度 【0091】 應〉主意的是：在上述實
或更高及1 3 0 〇。(：或更低較為赞例中，熱處理溫度以1 2 0 (TC Λ ”、、有利。由生產力之觀點而言，
第46頁
尤以2小時或更矩則更佳 565896 五、發明說明（43) 熱處理必須實施至少1小時 【0 0 92】 【本發明之效果】 依照本發明，於非氧化環产 一半導體晶圓施以熱處理至w 在 〇 〇 c溫度下，將 度及OPP訊號強度各值之預定小時，選擇氮濃度、氧濃 一矽單晶體錠切割而成，哼趣1圍（其中該半導體晶圓係由 法或施加磁場左科拉斯基：生用左科拉斯基 产#铖滴去、$樓、人” a * 長而成，其中融液内之氮濃 厪係、.工適田選擇，冷部速率為5。〇 /分鐘或更令 v 鐘或更高及低於5。(：/分鐘），可製得一半導體"晶圓1其C中= 洞型缺陷深度及耐受電壓合格深度二者均大於12微米，或 無缺陷區深度大於12微米且具有由氮分離產生之局部密化 部分’用二次離子質量分析法量測氮濃度時顯示一訊號強 度兩倍或更多倍於晶圓表面下1 2微米或更深處之平均訊號 強度）。所以，用該半導體晶圓製造電子裝置之自由範圍 可獲得增加，而且氧沉澱物結晶缺陷之密度亦可大於5 X 1 08 /立方公分或更高，因此固有吸氣效果可獲得改善。
第47頁

Claims (2)

  1. 56589
    省一务左4拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法所味县 矽皁晶體製得之矽半導體晶圓，#中包括 ;熱處理之後，…體晶 &之冰度至/為1 2 u未，矽半導體晶圓厚度中 之晶體缺陷密度至少為5 χ 1〇8/立方公分。 "又物 2.如申請專利範圍第1項之半導體晶圓，其中該矽 體晶圓中心表面下1微米深處之氧濃度高達5 X i 〇16 /立方公分，該半導體晶圓厚度中心處之氧濃度高達9.1 1 01’個原子/立方公分，該丰導體晶圓係於一非氧化環产 經熱處理後製得^該矽晶圓之氧濃度高達9· 5 x 1〇π個兄原 子/立方公分，氮濃度至少為5 χ i 〇14個原子/立方公八及 高達1 χ 1016個原子/立方公分，及藉紅外線干涉法（〇jp) 於其中心處所測最大訊號強度高達2伏特。 3 ·如申請專利範圍第1項之半導體晶圓，其中該矽半 體晶圓中心表面下1微米深處之氧濃度為5 χ 1〇u個原子/ 立方公分，該半導體晶圓厚度中心處之氧濃度高達8.5 χ 1 017個原子/立方公分，該半導體晶圓係於一非氧化環境X中 經熱處理後製得，該矽晶圓之氧濃度高達8· 5 x 1 〇n個&原 子/立方公分，氮濃度至少為！ X 1 個原子/立方公分及 高達1 χ 1016個原子/立方公分，及藉紅外線干涉法（〇pp) 於其中心處所測最大訊號強度高達7伏特。 4· 一種半導體晶圓，其中 於一非氧化環境中經熱處理半導體晶圓厚度中心處之 氧》辰度為9·5 χ 1017個原子/立方公分，該半導體晶圓之巧
    第48頁 ^65896 ^65896 六 、申請專利範圍 4选化部分係由I分離 S^S) * „ ^ λ /Λ" - ^ ^ ^ ^ ^ 表面下至少12 fl Φ ~ / 部分顯示之訊號強度係复 米處平均訊號強度之至少兩倍， :”陷區之深度至少為12微米。及 1 08個^二;公二處氧沉殺物之晶體缺陷密度至少為5 x 5中4 Γΐ〗專二範圍第4項之半導體晶圓，該半導體晶圓 公：ί;:二處之氧濃度高達5 X 1016個原子 心刀及泫半導體晶圓厘洚 '^方 個原子/立方公分，圓厚度中心處之氧濃度高達9·5 χ 1〇1? 該半導體晶圓係於一 JL ，該石夕晶圓之氧濃声礼化環境中經熱處理後而製得 濃度至少為2 X :;個=^ 大訊號強度高達4伏特。線干涉法⑽）於其中心處所卿最 6中心：：；專利：圍第4項之半導體晶圓，該半導體晶圓 :=::L深處之氧濃度高達5 X…個原子 個原子/立方公分，旱度中心處之氧濃度高達8.5 X 1〇1? π中ί: ί體晶圓係由矽單晶體(錠)抽拉、於-非氧化π 處，Γ製得，其氧濃度高達un二原·^ 刀虱/辰度至少為1 x 1015個原子/立方公分及高達 1 X 1 016 個；f t a 、 7 淑。飧％ /η 方厶/刀，及藉紅外線干涉法（ΟΡΡ)於其 中處所測最大訊號強度高達7伏特。
    565896
    、申請專利範圍 7於—一種製造石夕半導體晶圓之方法，其中包括： 9、「非氧化環境中，在最低1 200。〇溫度下，將氧濃度高 少1 :日i〇1，7個原子/立方公分之矽半導體晶圓施以熱處理至 由乂該矽半導體晶圓係由一矽單晶體（錠）製得，該錠係Μ 少上科拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法，利用一含氮2 公八H原、子/立方公分及高達15 χ 1〇19個原子/ 鐘：ί=ί長二㈣溫度下’以冷卻速率至少…分 •—種製造矽半導體晶圓之方法，其中包括： 高達9於5—非ϋ環境中，在最低12〇〇°C溫度1Γ，將氧濃度 理至少以 原子/立方公分之矽半導體晶圓施以熱處 由=矽半導體晶圓係由一矽單晶體（錠）製得該錠係經 工科拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法，利用一含氮至 八八X Ιί^Μ固原子/立方公分及高達丨.5 χ 1〇〗9個原子/立方 二刀之矽融液、在11〇〇 溫度下’以冷卻速率至少5。〇/分 隹里之情況下生長者。 9·、 一種製造矽半導體晶圓之方法，其中包括： 8於一非氧化環境中，在最m1 2 00 t:溫度下，將氧濃度高達 ，丨· X ίο〗7個原子/立方公分之矽半導體晶圓施以熱處理至 夕丄小時， 該矽半導體晶圓係由一矽單晶體（錠）製得該錠係經 二科拉斯基法或施加磁場左科拉斯基法，利用一含氮至
    第50頁 565896 六、申請專利範圍 少1 X 1018個原子/立方公分及高達1.5 X 1019個原子/立方 公分之矽融液、在1 1 0 0 °C溫度下，以冷卻速率至少1 °C /分 鐘及高達5 °C /分鐘之情況下生長者。 I· 第51頁 ) ,* Γ. ^1 申請曰 -_ 丨案號: q π γ^< hi七 i 類別： h^/ΰί SSyj〇r /ν^/β〇 ^ ^ __i---1- (以上各襴由本局填註) 發明專利說明書 565896 中文 矽半導體晶圓及其製造方法 發明名稱 英文 姓名 (中文） t英 St) Silicon Semiconductor Substrate and Process for Producing the Same •立川昭義 2. 石拔和紀 3. 石定敦 發明人 1. Akiyoshi Tachikawa 2. Kazunori Ishisaka 3. Atsushi Ikari
    Γ德商•瓦克 i 夕電子公f 蚌名
    申請人 姓名 0稱) (央文) 居所 (事務所) 代表人 (中文) 1.德國 —-- i·德國雜祕市約_-海 1.1·麥克勒•彳兄才特博士一 拜恩哈德·席密特 1.1. Dr. Michael Nitzert
  2. 2. Bernhard Schmitt 代表人 (英#)
    第1頁
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4615161B2 (ja) * 2001-08-23 2011-01-19 信越半導体株式会社 エピタキシャルウエーハの製造方法
JP4567251B2 (ja) * 2001-09-14 2010-10-20 シルトロニック・ジャパン株式会社 シリコン半導体基板およびその製造方法
KR101045309B1 (ko) * 2004-02-03 2011-06-29 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 반도체 웨이퍼의 제조 방법 및 반도체 잉곳의 절단 위치결정 시스템
KR100705939B1 (ko) 2004-08-26 2007-04-11 주식회사 하이닉스반도체 반도체 웨이퍼 제조 방법
JP2006273631A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Komatsu Electronic Metals Co Ltd シリコン単結晶の製造方法およびアニールウェーハおよびアニールウェーハの製造方法
JP5121139B2 (ja) * 2005-12-27 2013-01-16 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト アニールウエハの製造方法
JP4997829B2 (ja) * 2006-05-25 2012-08-08 株式会社デンソー 半導体素子の製造方法
JP5119677B2 (ja) 2007-02-16 2013-01-16 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハ及びその製造方法
CA2690303C (en) 2007-06-11 2016-10-18 Smith & Nephew, Inc. Ceramic layered medical implant
DE102007056115A1 (de) 2007-11-15 2009-05-20 Freiberger Compound Materials Gmbh Verfahren zum Trennen von Einkristallen
JP5304206B2 (ja) * 2008-12-04 2013-10-02 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法および単結晶の製造装置
JP5346744B2 (ja) * 2008-12-26 2013-11-20 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト シリコンウエハ及びその製造方法
EP2309038B1 (en) * 2009-10-08 2013-01-02 Siltronic AG production method of an epitaxial wafer
US9945048B2 (en) 2012-06-15 2018-04-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor structure and method
JP6296001B2 (ja) * 2015-05-20 2018-03-20 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及び評価方法
CN105297140B (zh) * 2015-09-10 2019-10-25 上海超硅半导体有限公司 硅片及退火处理方法
JP6711320B2 (ja) * 2017-06-26 2020-06-17 株式会社Sumco シリコンウェーハ
KR102003506B1 (ko) 2018-12-17 2019-07-24 ㈜엔텍 고인성 및 자기치유 기능을 가진 내진보강 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수·보강 공법
EP4151782B1 (de) * 2021-09-16 2024-02-21 Siltronic AG Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2080780B (en) 1980-07-18 1983-06-29 Secr Defence Heat treatment of silicon slices
US4437922A (en) 1982-03-26 1984-03-20 International Business Machines Corporation Method for tailoring oxygen precipitate particle density and distribution silicon wafers
JPH0786289A (ja) 1993-07-22 1995-03-31 Toshiba Corp 半導体シリコンウェハおよびその製造方法
US5994761A (en) * 1997-02-26 1999-11-30 Memc Electronic Materials Spa Ideal oxygen precipitating silicon wafers and oxygen out-diffusion-less process therefor
TW589415B (en) * 1998-03-09 2004-06-01 Shinetsu Handotai Kk Method for producing silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer
JP3975605B2 (ja) 1998-11-17 2007-09-12 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハおよびシリコン単結晶ウエーハの製造方法
JP2000281490A (ja) * 1999-03-26 2000-10-10 Nippon Steel Corp シリコン半導体基板及びその製造方法
JP3903655B2 (ja) * 1999-08-11 2007-04-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハのｉｇ処理法
JP3994602B2 (ja) * 1999-11-12 2007-10-24 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ

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