TW573087B - Silicon wafer and method for producing silicon single crystal - Google Patents
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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 (1)
- 573087Α8 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-
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