TW573087B

TW573087B - Silicon wafer and method for producing silicon single crystal

Info

Publication number: TW573087B
Application number: TW90107381A
Authority: TW
Inventors: Ryoji Hoshi; Izumi Fusegawa; Tomohiko Ohta; Shigemaru Maeda
Original assignee: Shinetsu Handotai Kk
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2004-01-21
Also published as: JP2001278692A; CN1365403A; EP1275755A4; US20020157598A1; WO2001073169A1; CN1227395C; EP1275755A1; US6632411B2; KR20020019025A

Description

573087 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___五、發明説明（i )【技術領域】本發明係關於作爲記憶體等半導體裝置之基板所使用之高品質矽晶圓及製作此之單結晶及單結晶之製造方法。【背景技術】茲於第6圖表示使用捷克勞斯基法（Czochralski method CZ法）之矽單晶拉起裝置之一例。此矽單晶拉起裝置，係將塡充矽熔液4之石英坩堝5，與保護此之石墨坩堝6 ，與如圍住該坩堝5、6所配置之加熱器7與隔熱材 8爲配置於主室（main chamber ) 1內，在該主室1上部收容有所培養之單結晶3，連接有取出所用之拉起室2。使用這種製造裝置欲培養單結晶3時，對於石英坩堝5中之矽熔液4浸漬種結晶之後，經由種選擇邊使其回轉輕輕地拉起使棒狀之成長單結晶3。另者，坩堝5、6係可向結晶成長方向升降，如補充在結晶成長中結晶化所減少熔液之液面下降分使坩堝上升，藉此，將熔液表面之高度保持爲一定。又，在主室1內部係從設於拉起室2上部之氣體導入口 1 0導入氬氣等鈍氣，通過拉起中之單結晶3與氣體整流筒1 1之間，通過隔熱構件1 2下部與熔液面之間，而從氣體流出口 9排出。由上述C Z法所製造之矽單晶係大量使用於半導體裝置。另者，於半導體裝置進展高積體化，元件益形微細化，於尖端裝置，係作爲設計規則使用0 . 1 3〜 0 · 1 8 // m尺寸。當這種微細化之進展時，對於矽單晶 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T 線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -4- 573087 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 ) 之品質要求也升高，成爲問題之結晶缺陷之尺寸也變小。若缺陷尺寸變成較設計規則爲小時，未具有跨越複數元件缺陷’所以，確實地進行元件分離。又，小缺陷係容易消滅於裝置製造工程中，所以，對於裝置之不良影響爲少。現在成爲 C 〇 P ( Crystal Originated Particle : —種結晶起因之缺陷，在S C 1洗淨後成爲粒子被觀察）所觀察之結晶缺陷成爲問題之尺寸係被視爲〇 · 1 2 // m以上。因此，儘量減低0 · l//m以上尺寸之缺陷已成爲重要之事。當說明這些缺陷時，首先，說明一般已知之關於欲決定被取入於砂單晶被叫做空隙（v a c a n c y，以下有時略記爲 V )之空孔.型之點缺陷，與被叫做原子間轉移矽（ interstitial-Si ，以下有時略記爲I )之格子間型矽缺陷爲被取入之濃度因素。於矽單晶，所謂V -領域，係F / G爲較發生〇S F之領域爲大之領域，Vacancy亦即因矽原子之不足所發生之凹部，如孔者爲多之領域，所謂I -領域，係矽原子多餘存在所發生之轉移或多餘矽原子塊多之領域，並且，在V -領域與I 一領域之間，具有無（少）原子不足或多餘之中性領域（Neutral領域，以下有時略記爲N —領域 )。並且，所謂 Grown-in缺陷（FPD、LSTD、 C〇P等），係畢竟爲V或I成過飽和狀態時所發生者，即使有些許原子之偏移，若飽和以下時，曉得了不會成爲缺陷存在。此兩點缺陷之濃度，係已知由在C Z法之結晶拉起速 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 573087 Α7 Β7 五、發明説明（3 ) 度（成長速度）與結晶中之固液界面附近之溫度坡度G之關係所決定。又，在V -領域與I —領域間之N -領域確認爲存在有被叫做〇S F (氧化感應積體缺陷，〇xldatlon Induced Stacking Fault )成環狀發生之缺陷。分類這些結晶成長起因之缺陷時，例如成長速度爲 0 · 6 m m / m i η左右以上，比較高速時，被認爲集聚空孔型之點缺陷之空隙起因之FPD、LSTD、C〇P 等Grow-m缺陷爲存在於結晶徑向全域高密度地存在，使氧化膜特性劣化。存在有這些缺陷之領域，係被叫做V -多領域。又，成長速度爲0 · 6mm/mi η以下時，隨著成長速度之降低，Intemtial變成優勢上述〇S F環爲從結晶周邊發生，在此環外側被認爲轉移圏起因之L/D ( Large Dislocation :格子間轉移圈之略記、L S E P D、 L F P D等）之缺陷低密度存在，發生洩漏等重大不良。這些缺陷所存在之領域係被叫做I 一多領域。並且，因將成長速度成爲0 · 4mm/m i η左右以下之低速時，〇S F環爲凝集於晶圓中心而消滅，而全面變成I -多領域。作爲可獲得良好之缺陷特性之單結晶製造方法，具有例如控制點缺陷取入之日本專利特開平8 — 3 3 0 3 1 6 號公報所揭示之技術。雖然通常係V -多領域爲優勢之成長條件下成長結晶，但是，屬於此揭示技術並非任何點缺陷優勢之中間領域之Ν -領域進行結晶成長。若依據此方法就可製造不具C 0 Ρ等之結晶。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ----------- 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 6 - 573087 A 7 B7 五、發明説明（4 ) 但是’結晶成長速度爲〇 . 5mm/m i η以下之通常之結晶之1 m m / m i η左右比較顯著地變慢，降低生產力，成本會偏高。並且，Ν -領域係具有容易發生氧® 積之不均勻性之缺陷。另者，使所取入之空孔型點缺陷不會大爲成長就未顯現化之方法爲揭示於日本專利特開平1 1 — 1 1 6 3 9 1 號公報。於此技術，係凝集點缺陷，使縮短通過被視爲成長爲COP之1 150〜1080 °C之溫度帶之時間，來減少C 0 P缺陷。然而，於此揭示技術爲〇 · 1 〇 # m以上之粒子爲1 0個/cm2以下左右，可謂尙未達到充分減低之狀況。【發明之揭示】本發明係鑑於上述習知技術之問題所創作者，其主要目的係提供一種製造方法，其特徵爲：更加減低C〇P等缺陷之密度與尺寸，可充分對應近年之0 . 1 3〜 0 · 1 8 // m之線寬之裝置提升優於裝置特性之高品質矽晶圓之生產力，以減低成本。爲了解決上述問題，關於本發明之矽晶圓，係由C Z法在V -多領域成爲優勢條件下培養之矽單晶棒所切出之鏡面矽晶圓，以粒子計數器計數粒子時，0 · l//m尺寸以上之計數數目爲1個/ cin2以下。像這樣，本發明之在V -多領域成爲優勢條件下培養之矽單晶棒所切出之鏡面矽晶圓，以粒子之〇 . 1 # m尺本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------I 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 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 ) 寸以上之計數數目爲i個/ c m 2以下之鏡面矽晶圓，係缺陷極微少’低缺陷密度，所以近年之裝置也可充分對應優於裝置特性之高品質矽晶圓’並且，因係在V 一多領域以高速成長者，所以，成爲低成本。並且’此情形時，0 · 1 # m尺寸以上之計數數目爲 0 · 1個/ cm2以下者較佳。像這樣’於本發明係可提供，粒子〇 · 1 m尺寸以上之計數數目爲0 · 1個/cm2以下之超低缺陷密度者。關於本發明之矽單晶之製造方法，其特徵爲··使用捷克勞斯基法培養矽單晶時，從矽之熔點到1 4 0 0 °C間之拉起軸方向之結晶中心之溫度坡度視爲G ( K / m m )、從1 1 5 0 °C到1 〇 8 0 °C之溫度領域長度視爲L ( m m )、結晶成長速度視爲F ( m m / m i η )時，從其等所計算之從1 1 5 0 °C到1 0 8 0 °C之溫度領域通過時間L /F (mi η)成爲〇. 28/(?/0-0 · 225) 2mi η以下，且將F/G成爲〇 · 22mm2/ Κ· mi η以上進行培養。像這樣規定F / G値與從1 1 5 0 °C到1 0 8 0 Τ：之溫度領域通過時間培養時，就可減少形成C 0 P缺陷之 vacancy之導入總量，且因縮短通過時間可抑制C〇P缺陷尺寸爲小，裝置特性、氧化膜耐壓特性之良品率也提升，及至缺陷全面以極低缺陷密度之矽單晶及晶圓可安定地維持高生產力進行製造。 ' 此時，將1 1 5 0 °C到1 0 8 0 °C之溫度領域之通過 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 573087 A7 B7 五、發明説明（6 ) 時間L/F定爲40min以下，將F/G定爲0·27 1^1112/1^.111丨11以下培養較佳。像這樣做時，就可達成更安定之超低密度。又，於本發明係於矽單晶之製造，可摻雜氮。像這樣，藉摻雜氮與未添加之情形比較就可使C〇p 尺寸變成更小。此時，將欲摻雜之氮濃度成爲1 X 1 0 1 5個/ c m 3 以下較佳。像這樣，於氮濃度範圍，不至於發生〇S F，刻意摻雜氮就可再使C〇P缺陷尺寸有效縮小。並且，若依據本發明，就可提供達成由上述製造方法所培養之C ◦ P等缺陷密度與尺寸之更加減低之矽單晶，又，可提供從上述矽單晶切割之高品質之矽晶圓。如以上所詳細說明，若依據本發明之結晶成長條件，可將矽結晶中之C 0 P等缺陷密度及尺寸減少，可提供不會對於裝置特性，氧化膜耐壓特性等發生影響之極低缺陷之高品質矽晶圓。並且，將不產生成爲裝置製作上問題之尺寸缺陷，可與以往同等或其以上之結晶成長速度製造，可達成生產力之提升與成本之減低。【實施發明之最佳形態】茲就本發明詳細地說明，但是本發明並非限定於這些者。在現在之尖端裝置所使用之設計規則，成爲問題之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j -裝 -訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7 五、發明説明（7 ) c〇P尺寸係被認爲〇 · 1 2 # m左右以上。因此，減少 0 . 1 2 //m左右以上之粒子成爲重要之事。因而，V — 多領域成爲優勢之種種製造條件下所製造之單結晶所切割得到之矽晶圓，係S C I洗淨後使用粒子計數器S P 1調查0 . 10//m以上及〇 · 12//m以上尺寸之計數數目，調查了相關關係。其結果，如第1圖所示，若0 · 1 0 # m以上尺寸之粒子數目爲1個/ c m 2以下時，就曉得幾乎沒有0 · 12//m以上之粒子數。於此，SCI 係 H2〇一H2〇2 — NH4〇H (5 : 1 :1 )系之鹼混合洗淨液，其有機汙染物與金屬雜質去除作用很強。S P 1係KLA-Tencor公司製之粒子計數器，叫做 surfscan SP1 〇因而，從V -多領域成爲優勢之拉起條件所製造之結晶所切割，以S C 1洗淨光製之鏡面矽晶圓，係使用 SP1或LS — 6 0 3 0 (日立電子工程公司製商品名）粒子計數器所計數時，尺寸爲0 · 1 0 // m以上之計數爲 1個/ c m 2以下之極微少尺寸而低密度之矽晶圓時，就曉得優於裝置特性或氧化膜耐壓特性之高品質之矽晶圓。並且，認爲從今後裝置之微細化更加進展時〇 . 1 〇 // m以上之計數爲〇 · 1個/ c m 2以下之矽晶圓及其結晶將變成更佳。此種也可從本發明之V -多領域成爲優勢之拉起條件所培養之結晶切割獲得。於此所以將粒子計數數目定爲0 · 1個/ c m 2，係在矽晶圓上除了 C 0 P之外也存在有實粒子所致。其個數雖本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ----------I 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 573087 A7 B7 五、發明説明（8 ) 然也依存於保管狀態，但是在8英吋（面積：〜3 1 4 c m2 )以上具有數個〜數十個。欲分離這些實粒子與 C〇P —般爲困難。因此，也考慮到實粒子個數成爲〇 . 1個/cm2以下時，就可確實提升裝置特性等。欲培養如上述之筒品質砂單晶，在如以下之結晶成長條件成長爲重要之事。真性點缺陷之結晶中之平衡濃度，係溫度之函數愈變成高溫平衡濃度就高。在結晶成長中，結晶溫度係從熔點依序變化爲低溫。此時，因快速地降低點缺陷之平衡濃度，所以變成過剩之點缺陷被留下，其等凝集形成爲C〇P 被觀察爲缺陷。因此，欲減少大尺寸之C〇P缺陷，有下列方法：（ 1 )減少欲變成C 0 P缺陷之原本過剩空孔型點缺陷濃度，（2)變成過剩之空孔型點缺陷成長到二次缺陷之 C〇P缺陷所需之時間儘量縮短使其不能成長爲大。欲減少（1 )之過剩空孔型點缺陷，則必須考慮在結晶成長界面之溫度坡度G與結晶成長速度F。隨著從如上述之熔點之溫度降低，就會發生過剩之點缺陷。此過剩之點缺陷濃度係與平衡濃度相反變成愈低溫變成愈大。並且，此過剩之點缺陷之濃度差成爲驅動力過剩之點缺陷將排出於熔液側。溫度坡度愈大此驅動力會變愈大。但是，點缺陷排出於熔液側之溫度爲限於高溫。因此，若結晶成長速度變高時，有助於擴散之時間就變短。因此，結晶成長速度之高速化將增多點缺陷之過剩量。從以上之原理，過本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ----------I 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

，1T 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 573087 A7 B7 五、發明説明（9 ) 剩之點缺陷濃度係隨著成長速度之增大而增加，認爲溫度坡度之增加而減少。因此點缺陷過剩量係大約從成長速度 F與熔點附近之溫度坡度G，曉得比例於F / G値之形式表示。並且，V -多領域係F/G値爲較發生〇S F領域爲大之領域。另者爲了使取入（2 )之空孔型點缺陷成長爲大，如曰本專利特開平1 1 一 1 1 6 3 9 1號公報所揭示，縮短點缺陷凝集向C〇P缺陷成長之1 1 5 0〜1 0 8 0 °C溫度領域長度L，以成長速度F除之通過時間L / F爲有效〇使用種種Η Z ( Hot Zone :也稱爐內構造）變化F / G及L / F以培養結晶，從其結晶切出之晶圓進行粒子測定之結果表示於第2圖。從此圖，使用粒子計數器計數粒子時，欲形成0 . 1 // m尺寸以上之計數數目爲1個/ c m 2以下之矽晶圓時’ 曉得將培養該矽單晶時之條件成爲在結晶中心部之熔點成爲到1 4 0 0 °C之溫度坡度G ( K / m m )，從 1 1 5 0 °C到1 0 8 0 t：之溫度領域之長度L ( m m ) ’ 結晶成長速度F ( m m /m i η )時，從其所計算之 1 1 5 0 Τ：到1 0 8 0 °C之溫度領域之通過時間L / F爲 0 · 28/(F/G - 〇 · 225) 2 以下之時。但是，F/G値爲〇 · 22mm2/K· mi η以下時，就變成〇S F之發生或空孔型點缺陷並非優勢領域之培養，會發生因〇S F之不良問題或氧澱積不均勻之問題等本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-12- 573087 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明説明（10 ) ，有可能發生其他問題之危險性。因此’ L/F爲 0 · 28/(F/G — 0 · 225)2 以下且 1^//(?爲〇 · 2 2以上之結晶培養條件下成長之結晶成長方法爲重要之事。但是，最外周〜2 0 mm左右將變成點缺陷之外方擴散領域，因並非二次缺陷之發生’所以不限於此。亦即，所謂本發明之V -多領域變成優勢之條件’係從結晶中心周邊2 0 m m爲變成V —多領域。並且，爲了得到C〇P缺陷尺寸小之良好品質’從 1 1 5 0 °C通過1 0 8 0。(：之溫度領域之通過時間L / F 爲40分鐘以下，又F/G爲0 · 22mm2/K· mi η 以上而0 · 2 7 m m 2 / Κ · m i η以下較佳。欲使缺陷尺寸變小必須縮短1 1 5 0 °C〜1 0 8 0 °C 之溫度領域之通過時間L / F之事如上所述’但是將此時間取爲橫軸，尺寸爲對於〇 · 1 2 β m以上之粒子個數之尺寸爲0 · 1 0 # m以上之粒子個數之比取爲縱軸所繪之圖爲第3圖。表示縱軸之個數比之値愈大時小缺陷將變成支配性’ 亦即缺陷尺寸容易變小。由第3圖L / F爲4 0分鐘以下，曉得個數比快速地變大。因此，爲了缺陷尺寸之縮小L / F爲4 0分鐘以下較佳。關於滿足此L / F爲4 0分鐘以下之培養條件’在橫軸取F / G，縱軸取〇 · 1 0 // m以上之個數加以繪成者表示於第4圖。從此就曉得從第4圖F / G較〇 · 2 7小時，0 · 1 0 //m以上之COP幾乎都沒有。因此’在L I . I批衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7__ 五、發明説明（H ) /F 爲 4〇分鐘，且 F/G 爲 0 · 22mm2/K· min 以上0 . 2 7 m m 2 / K · m i η以下之培養條件，係 0.10//111尺寸以上之計數數目爲0.1個/〇1112以下將得到特別良好之品質。按，在此所使用之G或L値係使用綜合傳熱解析軟體 F E M A G ( F. Dupret, P. Nicodememe, Y. Ryckmans, P. Wouters, and M, J. Vrechet, Int. J. Heat Mass Transfer, 33, 1849(1990))之quasi-steady模式所計算之値，但是，這些値係計算上之參數，例如改變矽之熱傳導率等就會改變者，本發明人等之計算，係使用合倂在實際培養中之結晶溫度分布之參數。因此，別人所計算時認爲得到與此不同値，但是，本發明之主旨係儘量使L / F變小，F / G係在V -多領域成爲優勢之領域內儘量變成小之點。並且，在上述培養條件下欲培養矽單晶時，可摻雜氮。具體上爲結晶中之氮濃度爲1 X 1 0 1 6個/ c m 3以下，或將矽晶圓在1 1 5 0 t X 1 0 0分之濕氧環境下進行氧化處理，以具有選擇性之混酸液（氟酸：硝酸：醋酸：水=1 : 1 5 : 3 : 5 )下即使進行8 // m選擇飩刻，在其表面未觀察到0 S F程度之微量氮藉刻意地摻雜，就可使缺陷尺寸變成更小。

本發明人等係在矽單晶內即使添加1 X 1 〇 1 α個/ ^ m 3左右之極微量之氮時，與未添加時比較發現了 C〇P尺寸變小。此尺寸縮小效果係隨著氮濃度之增加，也確認了變化更大。然而，若添加氮時就容易發生〇S F 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-14- 573087 A7 B7 五、發明説明（12) 。雖然受到結晶之培養條件之支配，但是在氧濃度爲> 16ppma — JEIDA程度時，氮濃度爲lxlO16 個/ cm3左右，氧濃度爲>i〇ppma - JEIDA ( 曰本電子工業振興協會規格）程度之低氧濃度時，氮濃度爲5 xlO16個/ cm3左右，氧濃度爲>5 ppma — J E I D A以下之極低氧濃度時，氮濃度爲在3 X 1 0 1 4 個/cm3左右發生OSF。因此，未發生OSF程度之濃度範圍將氮刻意摻雜時，就可有效地縮小C 0 P缺陷尺寸。在這種結晶成長條件下所製造之矽單晶及其單結晶所製作之晶圓時，就可得到如上述目的之高品質晶圓。茲關於本發明之實施形態，參照圖面詳細說明如下。首先，本發明所使用之C Z法之單結晶拉起裝置之槪略構成例從第5圖說明如下。如第5圖所示，此單結晶拉起裝置2 0，係具有爲了拉起熔化原料矽所需之構件或結晶化矽之機構，這些係被收容於主室1內。從主室1之頂板部係連接有向上延伸之拉起室2，在此上部設有將單結晶3拉起機構（未圖示）。在主室1內，設有收容被熔化之原料熔液4之石英坩堝5與收容其石英坩堝5之石墨坩堝6，這些坩堝5 ，6 係由驅動機構（未圖示）被支持成升降自如。坩堝之驅動機構係單結晶之拉起係隨著熔液面降低之補償將坩堝只有坩堝液面降低分量使其上升。並且，如圍住坩堝5，6配置有熔化原料之加熱器7 。在此加熱器7外側，從加熱器7之熱防止直接幅射主室本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------I 裝-- (請先閱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 -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7 五、發明説明（13) 1之隔熱材8設成爲如圍住加熱器7周圍。在主室1內部，在設拉起室2上部之氣體導入口10導入氬氣等鈍氣，通過拉起中之單結晶3與氣體整流筒1 1之間，通過隔熱構件1 2下部與熔液面之間，從氣體流出口 9排出。到此之爐內構造係與以往者約略相同。爲了培養本發明之單結晶，如上述必須將培養條件之參數L/F與F/G都變小。成長速度F係L/F之分母與F / G之分子，需要將兩者變小，不能有大的變動。因而必須將L變小且將G變大。爲了達成此’必須進行習知技術所沒有之急冷。於是，如第5圖所示，將可快速冷卻培養結晶之冷卻筒1 3配置於主室1內，在其下方裝備隔熱構件1 2以達成急冷。在此冷卻筒1 3內從冷卻媒體導入口 1 4導入冷卻媒體，而循環冷卻筒1 3內後排出於外部。作爲冷卻媒體係從冷卻特性，經濟性使用水較佳。並且，使用由熱傳導率高之材質所成之隔熱構件1 2 (石墨），將吸收於此之熱經由冷卻補助構件（石墨等）傳導於冷卻筒1 3，透過冷媒釋出於外部，來急冷單結晶。並且，在冷卻筒1 3外側設有冷卻筒保護蓋1 5，防止在原料熔化時所飛濺之熔液附著於冷卻筒1 3，以遮蔽來自加熱器7等之幅射熱。茲列舉本發明之實施例與比較例將本發明更具體地說明如下，但是本發明並非限於這些者。 (實施例1 ) (請先閱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） -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7 五、發明説明（14) 使用上述第5圖所示單結晶拉起裝置2 0進行單結晶棒之培養。在裝備直徑2 4英吋坩堝之Η Z，係計算爲G二 3.661<[/111111，]^=:25.2 1111111。在此財禍放入 1 5 0 k g之多結晶矽加以熔化。從此熔液矽培養直胴部之平均成長速度F以1 · 10mm/mi η而直胴長度約 1 2 0 c m之直徑8英吋Ρ型單結晶。因此成爲L / F二 22 · 92mi η，F/G = 〇 · 300mm2/K· m i n滿足了本發明之培養條件。按，此時未考慮對流之影響即可，使磁場中心能夠變成4 0 0 〇高斯（Gauss )施加了橫磁場。於此所得到之單結晶之電阻率係約1 Ο Ω c m，氧濃度爲約 15ppma — JE IDA。將從此結晶切割所製作之鏡面矽晶圓以S C 1洗淨淸洗之後，使用粒子計數器SP1計數了〇 · l〇//m尺寸以上之粒子數。其結果，係如第7圖所示之尺寸分布，與後述之比較例1之尺寸分布比較’得到了尺寸·密度都極爲小之良好晶圓。此晶圓之〇 · 1 0 # m尺寸以上之粒子總數係8英吋全面爲2 3 8個’平均密度係〇 · 7 6 / c m 2，而是變成良好品質之晶圓。 (實施例2 ) 使用與於實施例1所使用之條件相同之Η Z，從 1 5 0 k g之熔化矽培養了直胴長度約1 2 0 c m之直徑本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） -17- (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 573087 A7 __B7 五、發明説明（15) 8英吋P型單結晶。此時，將直胴部之平均成長速度f成爲較實施例1稍慢之0 · 9 1 m m / m i η。因此，計算出 L/F = 27 · 7〇mi n，F/G = 〇 · 249 mm2 / K · m i n。此結晶也與實施例；l同樣電阻率爲約i 〇 Ωοιη ’氧濃度爲約1 5ppma — JE IDA。按，此時也施加中心磁場爲4 0 〇〇高斯之橫磁場。將從此結晶切割所製作之鏡面矽晶圓使用S C 1洗淨淸洗後，使用粒子計數器S P 1 ，計數0 · 1 〇 m尺寸以上之粒子數。其結果，呈現如第7圖所示之尺寸分布，與實施例1之尺寸分布比較，尺寸，密度都得到更良好之晶圓。0 · 1 0 // m尺寸以上之粒子係在8英吋全面爲6 個，平均密度爲0 · 0 2 / c m 2，得到了非常良好品質之晶圓。 (實施例3 ) 使用與於實施例1所使用之條件相同之Η Z，從 150kg之熔化矽，直胴部之平均成長速度爲1·1〇 m m / m i η與實施例1相同速度培養直胴長度約1 2 〇 c m之8英吋Ρ型單結晶。但是，此時在切割矽晶圓位置之氮濃度之能夠變成3 X 1 0 1 2個/cm3添加了氮。此結晶也與實施例1同樣具有電阻率爲約1 0 Ω c m，氧濃度約1 5 p P m a — J E I D A。按，此時也施加了中心磁場爲4 0 0 0局斯之橫磁場。在從此結晶所切割製作之鏡面矽晶圓，在1 1 5 0 °c 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-18- 573087 A7 B7 五、發明説明（16) ’ 1 0 0 0分鐘之濕〇2環境下進行氧化處理，以具選擇性之混酸液（氟酸：硝酸：醋酸：水=1 : 1 5 : 3 : 5 ) 即使進行8 // m之選擇蝕刻，在其表面未觀察到〇 s ρ。又，使用粒子計數器SP1 ，計數〇·lovm尺寸以上之粒子數。其結果，0 · 1 0 // m尺寸以上之粒子係在8 英吋全面爲192個，平均密度爲〇 · 61/cm2，可較實施例1更加減少了缺陷密度。 (實施例4 ) 使用與於實施例1所使用之條件相同之Η Z，未施加磁場，從1 5 0 k g之熔化矽，培養了直胴部長度爲約 1 2 0 c m之直徑8英吋P型單結晶。此時，直胴部之平均成長速度F成爲1 · 〇2mm/mi η。計算出L/F =24 · 72mi η，F/G = 〇 · 279mm2/K. m i n。此結晶係具有電阻率爲約1 〇 Ω c m，氧濃度約 16ppma — JEIDA。從此結晶所切割製作之鏡面矽晶圓以S C 1洗淨淸洗之後，使用粒子計數器SP1計數了〇 · 10//m尺寸以上之粒子數目。其結果，0 · 10//m尺寸以上之粒子係在8英吋全面爲228個，平均密度爲0·73/cm2, 得到了良好品質之晶圓。 (比較例1 )

未使用如第6圖所示之冷卻筒準備了通常之HZ。於此裝備直徑24英吋坩堝之HZ ’計算出G=3 · 04K 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (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 $ 古

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7 五、發明説明（17) /mm，L = 41 · 09mm。在此坦堝放入]_5〇kg 之原料多結晶矽加以熔化。從此熔化矽培養了直胴部之平均成長速度F 0 · 9 8mm/m i η而直胴長度約1 2 0 cm之8英吋Ρ型單結晶。因此，L/F = 41 . 93 mi η，F/G=〇 · 323mm2/K· mi η，此値爲本發明之範圍外。其結晶之電阻率爲約1 0 Ω c m，氧濃度係約1 5 p p m a — J E I D A。按，此時也爲了比較，施加了中心磁場4 0 0 0高斯之橫磁場。從此結晶所切割製作之鏡面矽晶圓以S C 1洗淨淸洗之後，使用粒子計數器SP1計數了 0 · ΙΟ/zm尺寸以上之粒子數目。其結果，具如第7圖所示之尺寸分布，與實施例1及實施例2之尺寸比較，曉得尺寸，密度都大。 0 · 1 0 //m尺寸以上之粒子係在8英吋全面爲1 1 8 1 個，平均密度爲3 · 7 6/cm2，與本發明相較變成缺陷多之晶圓。 (比較例2 ) 使用與實施例1所用之條件相同之Η Z，從1 5 0 k g之熔化矽培養了直胴長度約1 2 0 c m之8英吋Ρ型單結晶。此時，將直胴部之平均成長速度F較實施例1相當快速· 7 5mm/mi η實施。因此，L/F = 14 · I4mi η，F/G = 〇 · 478mm2/K· m i n ’此値爲本發明之範圍外。此結晶也與實施例i同樣電阻率爲約1 〇 Ω c m，氧濃度爲約1 4 ρ p m a - 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)

-20- 573087 Α7 Β7 五、發明説明（18) J E I D A。按此時也施加了中心磁場爲4 0 〇〇高斯之橫磁場。從此結晶所切割製作之鏡面矽晶圓以S C 1洗淨淸洗之後，使用粒子計數器SP1計數了〇 · 10//m尺寸以上之粒子數目。其結果，具如第7圖所示之尺寸分布，與比較例1比較，雖然C〇P尺寸爲變小，但是與實施例1 相較密度爲變大。0 · 1 0 // m尺寸以上之粒子係在8英吋全面爲1031個，平均密度爲3 · 31/cm2，與本發明相較變成缺陷多之晶圓。按，本發明並非限定於上述實施形態。上述實施形態係例示而已，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上同一次構成，發揮同樣作用效果者，無論任何者皆包含於本發明之技術思想。例如，於本發明之實施形態，雖然成長直徑2 0 0 m m ( 8英吋）之矽單晶棒，但是也可適用於近年之 250mm (英吋）〜400mm (16英吋）或更大直徑之晶圓。又，本發明之實施形態，主要曾就矽單晶之拉起時施加磁場之 M C Z 法（Magnetic field applied Czochralski crystal growth method )做了說明，但是，本發明並非限於此’當然也可同樣適用於通常之捷克勞斯基法，在本發明說明書中所使用之捷克勞斯基法之術語，皆包含通常之捷克勞斯基法或M C Z法之任一。圖式之簡單說明本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I--------. I 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ -線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573087 A7 B7 五、發明説明（19) 第1圖係表示對於0 · 1 0 // m以上之粒子數之〇· 12//m以上之粒子數之關係之關係圖。第2圖係對於種種拉起條件之F / G通過1 1 5 0〜 1 0 8 0 °C之溫度領域之時間L / F所描繪，識別 0 · 1 0 # m以上之粒子密度爲1個/ c m 2以下之條件之關係圖。第3圖係表示對於通過1 1 5 0〜1 0 8 0 t之溫度領域L/F之〇 · l〇//m以上與0 · 12/zm以上之粒子密度比關係之關係圖。第4圖係表示限於通過1 1 5 0〜1 〇 8 0 °C之時間 L / F爲4 0. m i η以下條件，對於F / G之〇 · 1 〇 // m尺寸以上之粒子密度關係之關係圖。第5圖係表示具有於本發明所使用之冷卻筒之C Z法單結晶拉起裝置之說明圖。第6圖係表示通常之C Z法單結晶拉起裝置之說明圖〇第7圖係表示在實施例1 ，2及比較例1 ，2所得到從結晶所製作之矽晶圓之粒子尺寸分布之結果圖。主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1 主室 2 拉起室 3 單結晶 4 矽熔液本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 573087 A7 B7 五、發明説明（2〇) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 石英坩堝 6 石墨坩堝 7 加熱器 8 隔熱材 1 〇氣體導入 P 1 1 氣體整流筒 1 2 隔熱構件 1 3 冷却筒 1 4 冷却媒體導入 P 1 5 冷却筒保護蓋 2 0 單結晶拉起裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） -23-

Claims

573087

Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種矽晶圓，其係使用捷克勞基斯法在V -多領域成爲優勢之條件下所培養之矽單晶棒所切出者，其特徵爲：使用粒子計數器計數粒子時，0 · 1 0 // m尺寸以上之計數數目爲1個/ C m 2以下。 2 ·如申請專利範圍第1項之矽晶圓，其中上述〇 . 10//m尺寸以上之計數數目爲〇 · 1個/cm2以下 3 . —種矽單晶之製造方法，其特徵爲：使用捷克勞斯基法培養矽單晶時，將矽熔點到 1 4 0 0 °C間之拉起軸方向之結晶中心之溫度坡度，視爲 G ( K / m m )，從1 1 5 0 °C到1 〇 8 0 °C之溫度領域長度視爲L ( m m ) ’將結晶成長速度視爲F ( m m / m 1 η )時，將其等所計算之1 1 5 0 °C到1 Ο 8 0 °C溫 ----------I ·-- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 度領域之通過時間L / F 成爲Ο 2 8 / ( F G 0.22 以下，且將F/G成爲〇經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 2mm / K · m i η以上加以培養。 4 ·如申請專利範圍第3項之矽單晶之製造方法，其中將從上述1 1 5 0 °C到1 〇 8 0 t之溫度領域之通過時間L / F成爲4 0 m i η以下加以培養。 5 ·如申請專利範圍第3項之矽單晶之製造方法，其中將上述F/G成爲0 · 2 7mm2/K· mi η以下加以培養。 6 ·如申請專利範圍第4項之矽單晶之製造方法，其中將上述F/G成爲〇 · 27mm2/K· mi η以下加以 -f. 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 573087 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍培養。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 7 ·如申請專利範圍第3項之矽單晶之製造方法，其中將氮摻雜加以製造。 8 ·如申請專利範圍第4項之矽單晶之製造方法，其中將氮摻雜加以製造。 9 ·如申請專利範圍第5項之矽單晶之製造方法，其中將氮摻雜加以製造。 1 〇 ·如申請專利範圍第6項之矽單晶之製造方法，其中將氮摻雜加以製造。 1 1 ·如申請專利範圍第7項之矽單晶之製造方法，其中將上述所摻雜之氮濃度成爲1 X 1 〇15個/cm3以下。 1 2 ·如申請專利範圍第8項之矽單晶之製造方法，其中將上述所摻雜之氮濃度成爲1 X 1 〇 1 5個/ c m 3以下。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之矽單晶之製造方法，其中將上述所摻雜之氮濃度成爲1 X 1 〇15個/cm3以下。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 4 ·如申請專利範圍第1 0項之矽單晶之製造方法，其中將上述所摻雜之氮濃度成爲1 X 1 0 1 5個/ c m 3以下。 1 5 · —種矽單晶其特徵爲由申請專利範圍第3項至第1 4項之任一項之製造方法所培養者。 1 6 · —種矽晶圓，其特徵爲：從申請專利範圍第本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25 573087 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 1 5項之矽單晶所切割製造者。 --裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- ;禮· 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標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26-