TW593799B - Nitrogen-doped silicon substantially free of oxidation induced stacking faults - Google Patents

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593799 A7 B7 五、發明説明（ 曼明背景 本發明係概括地關於用於電子組件製造之半導體級單曰 矽之製備。更特定言之，本發明係關於空位主 、 T早晶石夕轉 錠與晶圓，其係經氮摻雜以安定氧沉澱作用核，且本質上 不含氧化誘導之堆積瑕疵。 單晶矽，由其可獲得單晶矽晶圓，通常係經由所謂卓克 拉斯基（CZ〇Chralski)(，，Cz”）方法製成。於此方法中 ^ 、 1 于、夕曰曰 矽添加至坩堝並熔解，使種晶接觸熔融態 件猎由緩慢 提取使單晶生長。在完成頸部之形成後，冑由減低拉取速 率及/或熔融溫度來加大晶體直徑，直到達成所需戈標的 直徑爲止。晶體之·圓柱形主體具有大約固定直徑，然後藉 由控制拉取速率和熔融溫度使其生長，同時補充減少1^ =體含量。在接近生長程序結束但在坩堝排空熔融態矽: 則，典型上係逐漸縮減晶體直徑以形成端部圓錐體。典型 上，端部圓錐體係藉由增加晶體拉取速率與供應=坩堝: 熱量來形成。當直徑變得足夠小時，接著便使晶體盘熔融 體分離。 ~ 現在已明瞭’單晶矽中有許多缺陷係隨著晶體於固化後 冷卻而在晶體生長室中形成的。此種缺陷之出#，部份係 歸因於存有過量的(意即高於溶度極限之濃度)内在點缺陷 、，其被稱爲晶格空位（τ)和石夕自身間隙（,τ.)。内在點缺陷 (類型和起始濃度係在固化時測定，而且，若此等濃度達 到系統臨界過飽和之含量且點缺陷移動性係足夠高時，則 將很可能會發生反應或黏聚情況。⑦中之點聚内在點缺陷 -4 - 本紙張尺度適财關297公羡 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) tr 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 593799 A7 B7 五、發明説明（2 ) 請 先 閱 讀 背 δ 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 可在複雜與高度積體電路生產中嚴重地衝擊材料之良率潛 力。 黏聚空位型缺陷包括此種可觀察到的結晶缺陷，譬如D-缺陷、流動方式缺陷（FPD)、晶體發生粒子（COP)缺陷、晶體 發生光點缺陷（LPD)，以及由紅外光散射技術，譬如掃描紅 外線顯微鏡術和雷射掃描局部X射線檢法，所觀察到的某 些種類總體缺陷。COP特別令人感興趣，因爲閘極氧化物 完整性破壞係與晶圓表面上之COP濃度有關聯。D. Graf, Μ· Suhren，U. Schmilke，A. Ehlert，W. v. Ammon 及 P.Wagner.，J.Electro-chem. Soc. 1998, 145,275 ; M· Tamatsuka，T. Sasaki, · Hagimoto 及 G.A.

Rozgonyi，Proc. 6th. Int. Symp.於超大型整合科學與技術"ULSI科 學與技術/ 1997”，電化學學會1997, PV97-3,第183頁；及T. Abe， Electrochem. Soc. Proc. 1998, PV98-1, 157 ； N. Adachi, T. Hisatomi, M. Sano, H.Tsuya，J. Electrochem· Soc. 2000, 147,350。COP 在 I壽鍵或晶圓内爲 八面體空隙。在晶圓表面上，COP呈現具有二氧化矽覆蓋-壁之凹孔，且典型上爲約50-300毫微米寬，並可達到約300 毫微米深。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 亦存在於其中有空位存在但尚未發生黏聚之區域者，爲 充作氧化誘導堆積瑕疵（OISF)用核之缺陷。據推測，這種一 般緊鄰V/I界面形成之特殊缺陷，係經由非黏聚空位（π自由 態空位π)存在催化之高溫成核氧沉澱物；意即，據推測， 此缺陷係由於在接近V/I界面之區域中氧與自由態空位間之 交互作用所造成。 有關於自身間隙之缺陷較無充分研究。黏聚間隙類型缺 -5- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 593799 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 陷B-缺陷，其一般被認爲是間隙簇，及缺陷，其一般被 認馬是脱位回路或網絡。此種缺陷並非閘極氧化物完整性 破壞（重要的晶圓性能標準）之原因，但其係廣泛地被認定 是經常伴隨電流滲漏問題之其他類型元件破壞之原因。 一種處理黏聚内在點缺陷問題之方式，包括以高速率生 長矽晶體鑄錠，企圖造成鑄錠爲”空位主導，，（意即其中空位 爲王要内在點缺陷之矽），接著在空位主導單晶矽晶圓表面 上，以磊晶方式沉積一薄晶層之矽，有效地填充或覆蓋黏 聚2位缺陷。磊晶沉積方法典型上包括化學蒸氣沉積程序 ，其中將單晶矽晶圓迅速加熱至約1150°C溫度，同時使氣 悲石夕化合物通過晶·圓表面上，以進行熱解或分解。雖然， 此方法提供具有本質上不含黏聚空位缺陷表面之單晶矽晶 圓，但其亦毀滅在鑄錠生長期間形成之氧沉澱作用核。在 伴h電子元件製造之後續熱加工處理期間，氧沉澱作用核 對於氧沉澱物之形成是必要的。氧沉澱物係充作吸取位置_ ，藉以在晶圓總體中捕獲金屬雜質並離開表面。若沒有此 吸取金屬雜質之能力，則晶圓之電子性質可能受到負面衝 擊；例如，晶圓可能具有縮減的少部份載體壽命、在p_n接 面之電流滲漏、介電常數不連續性及降低的擊穿強度。 一種處理在磊晶沉積期間毀滅氧沉澱作用核問題之方法 ’爲漫長的熱回火方法（例如，於約8〇〇°C下約4小時，接著 於約1000 C下10小時），以使氧沉澱作用核安定，抵禦快速 的熱磊晶沉積程序。此方法會減少通過量且顯著地增加製 造矽晶圓之成本。 _____ -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210:<297公瘦 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 ο 9 7 3 9 5 ) A7 B7 4 五、發明説明（ 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 訂 第二種方法係藉矽晶體之氮摻雜作用，使氧沉澱作用核 安定（參閱例如，F· Shimura 等人，Appl. Phys. Lett. 48 (3)，第 224 頁 ，1986)。明確言之，F. Shimura等人揭示在氮摻雜晶體中氧沉 澱作用核係安定至高達約1250°C。例如，最近報告氮摻雜 作用係產生具有高吸取能力之磊晶矽晶圓基材（參閱日本專 利局公報案號1999-189493)。但是，高吸取能力有部份係歸 因於OISF幾乎均勻分佈在整個晶圓中，其係負面衝擊磊晶 晶圓之品質。明確言之，在矽晶圓表面上之OISF，與其他 空位型缺陷不同的是，其並未因磊晶矽層之沉積而被覆蓋 。OISF持續生長而遍及全磊晶層，並造成常被稱爲磊晶堆 積瑕疵之植入缺陷·。磊晶堆積瑕疵具有之最大橫截面寬度 ，範圍係從雷射系自動檢查元件之約0.1微米電流檢測極限 至大於約10微米。 因此，一直存在對於生長單晶矽鑄鍵方法之需求，該鑄 錠包含主要係空位主導之部份或片段，且含有安定的氧沉_ 澱作用核且本質上不含OISF。此種鑄錠片段可產生特別適 合蟲晶沉積之基材晶圓。 發明摘述 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 因此，在本發明之目的與特徵中，係提供磊晶矽晶圓， 其中磊晶層本質上不含伴隨氧化誘導堆積瑕疵之缺陷；提 供其中基材係經氮摻雜之此種晶圓；提供其中空位爲主要 内在點缺陷之此種基材晶圓；及提供本質上不拿氧化謗導 堆積瑕戚之此種基材晶圓。進一步在本發明之目的與特徵 中，係提供製備單晶矽鑄錠之方法，此種基材晶圓係由該 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 593799 五、發明説明（ 鑄錠獲得。 :言因此本發明係針對一種單晶矽鑄錠，立且有 :?軸、晶種端、相反端及介於晶種端與相反端間：固 徑邵伤，孩固定直徑部份具面及 之本栌R，A 〇口 T、季由延伸至側面

卓克㈣其碎賴係生長自㈣融體，然後自根據 Α μ(固化作用冷卻。此單晶料錠特徵在於 疋二k郅份包含軸向對稱區域，其中空位爲主要的内在 點缺陷、，軸向對稱區域大體上爲圓柱形，且具有延伸自中 〜轴之半從i*as，其中L爲至少約〇 95 R，軸向對稱區域具有 訂 、又^ /ϋ中〜軸度量時，爲鑄錠固定直徑部份長度之 至V约2〇。。而且·，軸向對稱區域包含氮，其濃度爲約 lxl〇13個原子/立方公分至約1χ1〇15個原子/立方公分，且 在側面向内約％毫米處包含氧，其濃度係在約7卯脱與約 10.5PPma之間。軸向對稱區域進一步特徵係在於本質上不 含會形成氧化誘導堆積瑕戚之核。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明係進一步針對一種空位主導單晶矽鑄錠，其中軸 向對稱區域包含氮，其濃度爲約1χ1〇1 3個原子/立方公分至 約lxio15個原子/立方公分。軸向對稱區域亦包含氧，且在 中心軸處之濃度爲〇ic，在側面向内约5_6毫米處之氧濃度爲 〇ie，而氧濃度之輻向梯度〇RG(由公式ORGyOic-OieyOidl· 到）爲至少約150。。 本發明亦針對一種係空位主導且本質上不含昇化誘導堆 積瑕戚之單晶碎晶圓。此晶圓包含氮，其濃度爲约lxl〇i 3個 原子/立方公分至約lxl〇l 5個原子/立方公分。此晶圓亦包 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2I0X297公聲） A7 ----------__B7______ 發明説明（6 ) s氧’且在周圍邊緣四周之氧濃度係在約7 ppma與1〇·5卯咖 之間。 斤本發明係進一步針對_種空位主導單晶矽晶圓，其包含 氮，其濃度爲約ΙχΙΟ1 3個原子/立方公分至約1χ1〇1 5個原子 / 乂方公分。此晶圓亦包含氧，且在中心軸處之氧濃度爲 0ic ’在周圍邊緣之氧濃度爲〇ie，而氧濃度之輻向梯度〇RG (由公式ORG = (〇ic-〇ie)/〇ic得到）爲至少約15。，〇。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

取後，本發明係針對生長單晶矽鑄錠之方法，其中此鑄 、走G έ中〜軸、晶種端、相反端及介於晶種端與相反端間 之固定直徑部份，該固定直徑部份具有側面、自中心軸延 伸至側面之半徑R及約D毫米之公稱直徑，此铸錠係在坩 咼中生長自矽熔融體，接著自根據卓克拉斯基方法之固化 溫度冷卻。此方法包括以速率v生長晶體之固定直徑部份 ，使其中空位爲主要内在點缺陷之軸向對稱區域形成，該 軸向對稱區域大體上爲圓柱形，且具有延伸自中心軸之半_ 徑1as，其中L爲至少約0.95R，和一種長度，當沿中心軸度 量時’其爲鑄錠固定直徑部份長度之至少約2〇。。。此方法 亦包括在軸向對稱區域形成期間，分別以速率融體和 R轉鍵使坩堝和鑄錠以相反方向旋轉，以便在側面四"周^入 至少在約7 ppma與約10.5 ppma間之氧。此方法進一步包括在 軸向對稱區域形成期間，用氮摻雜矽熔融體，以致使約 ΐχΐ〇13氮原子/立方公分至约ιχ10ΐ5氮原子/立方公分摻入 錡錠。 _ 其他目的一部份將顯而易見，而一部份將於後文指出。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 593799 A7 B7 五、發明说明（7 ) 附圖簡述 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1爲卓克拉斯基生長裝置之橫截面圖。 圖2爲單晶矽鑄錠之縱向橫截面圖，詳言之，爲鑄錠固定 直徑部份之軸向對稱區域。 圖3爲况明晶體旋轉速率、晶體直徑及輻向氧濃度之間關 係之圖表。 圖4爲磊晶單晶矽晶圓之橫截面圖（不按比例）。 發明詳述 根據本發明之方法，可由低成本晶體（譬如快速拉取cz 或連績扭取CZ晶體）製造空位主導單晶矽晶圓基材，其包 含經氮安定化之氧沉澱作用核，且本質上不含氧化謗導之 堆積瑕威。明確言之，矽晶圓基材係自具有控制氧濃度分 佈足氮捧雜單晶秒鑄錠切下。矽晶圓基材特別適合沉積磊 晶石夕層’以製造表面本質上不含黏聚内在點缺陷與磊晶堆 積瑕疵之矽晶圓，基材包含經安定化之氧沉澱作用核，其_ 可在羞晶生長程序期間抵抗溶解作用。因此，在熱處理使 安足氧沉殿作用核生長成氧沉澱物之後，磊晶矽晶圓可内 在吸取金屬雜質。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 製造本發明晶圓之起始點爲單矽鑄錠之生長，晶圓係自 孩铸鍵切下。生長矽鑄錠係利用卓克拉斯基方法，以及標 準的石夕切片、搭接、蝕刻及拋光技術，皆爲此項技藝中所 習知’且係揭示於例如F. Shimura半導體矽晶體技術（大學出 版社 ’ 1989);及石夕化學蚀刻（j Grabmaier 編著，Springer-Verlag, New York，1982)中。 - 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚 593799 五、發明説明（8 ) 現在參考圖i，其顯示晶體拉取裝置8，藉以經由 斯基万法製造石夕單晶鏵鎚。晶體拉取裝置8包含炫凝砂石 坩碼η，其係被石墨基座14圍繞，且係被容納在水冷 不銹鋼生長室16内，12保持多晶石夕溶融體17。，这： 體係藉由固體多晶矽(未示出)添加至坩堝12來提供。固髀 石夕係楮由圍繞掛禍12之加熱器18所提供之熱量溶解。加: 器18係被絕緣體20圍繞，以使熱量保持在坩堝内。 心 將單晶矽晶種24支撑於下端之晶體拉取軸心或金屬絲u 係位於矽熔融髌17上方。當種晶係被降低至熔融態矽口 中時，晶種便開始溶解。在達成熱平衡後，接著將拉取金 屬絲22抽回’而將晶種24自溶融態石夕17抽離。當晶種⑷皮 抽離，來自矽熔融體之液體便在熔融體17上方於晶種周圍 固化成單晶。拉取金屬絲22(所形成之單晶係由其懸掛）隨 著其旋轉而自熔融體連續地抽回，形成基本上呈圓柱形之 晶體26，如同習用卓克拉斯基方法。減低拉取速率，產生 向外張開之區域或晶種端28，典型上被稱爲晶體圓錐體。 當獲得所需之直徑，便控制拉取速率及其他生長條件，以 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 便在晶體26之晶種端28與相反端30之間提供基本上固定直 徑部份29。 於正在拉取單晶26的同時，經由軸心31使坩堝12以相反 於晶體26之方向旋轉。隨著單晶26生長，使坩堝12在生長 主15内上升，以補充溶融體μ之消耗。當溶融體幾乎耗盡 時’典型上係凋整方法變數以縮減晶體直徑，造成晶體％ 相反端30之形成。一旦相反端3〇之直徑係足夠小（通常爲2 11 - 593799 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

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'發明説明（ A半導體工業之趨勢係朝向較大直徑之半導體晶圓（例如， 2製成150耄米、200毫米及3〇〇毫米之晶圓直徑）；然而， ^直徑增加，最大拉取速率典型上會減低。目前，具有高 達约300毫米公稱直徑之空位主導矽鑄錠，可經由以^少= α7耄米/分鐘之速率拉取晶體來生長。具有小於約300毫 ，（例如150耄米和200毫米）公稱直徑之空位主導矽鑄錠， 了以大於0.7耄米/分鐘之速率容易地生長，且較佳係以至 ;約〇.9-1.0毫米/分鐘之速率生長。最佳情況是，鑄錠係以 對^斤需公稱直徑而言最快的可能速率生長。以最快的可能 L率生長鑄鍵係提供數個利益，包括使鑄鍵空位主導區域 =寬度達到最大，其較佳係自中心軸延伸至側面，增加晶 隨生長裝置之通過量及減低晶圓成本。 叙可含有一或多種摻雜劑，以賦予自其所切下晶圓所 而之兒f生貝。例如，鑄錠可爲&型鑄錠（意即鑄錠係已摻雜 週期表第3族元素，譬如硼、㉟、鎵及銦，最典型爲硼)或· 型鐸鍵（意即錡錠係已接雜週期表第5族元素，譬如鱗、 鋒最典型爲鱗）。較佳情況是，鏵鍵爲型轉鍵，且 自其所切下〈晶圓具有約1〇〇Ω ·公分至约請知•公分之電 阻率。對相摻㈣而言，前述電阻率數値係分別相應於 約W7個原子/立方公分至约個原子/立方公分之 摻雜劑漢度。更佳情況是，該p-型騎具有约則·公分至 W心公分之電阻率（通常係被稱爲〆〜。又更佳的是， •錠具：侧·公分至约⑽·公分之電阻率。_ 除了工位《外’利用卓克拉斯基方法製備之單晶矽鑄錠 本紙張尺度適财關 請. 先 閱-讀 背· & 之 注 意 事 項 再 填 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

-13- 593799 A7 五、發明说明（11 含有乳卓克拉斯基生長之轉鍵，可具有範圍從約5x10! 7個 原子/立方公分至約9χ1〇ΐ7個原子/立方公分（換言之，約 1〇 ppma至約18 ppma，ASTM標準F-121-80)之平均氧濃度，且 典蜜上具有範圍從約6x1ο1 7個原子/立方公分至約&5xi〇l 7 個原子/立方公分（意即約12 ppma至約17 ppma)之平均氧濃 度。 經氮安定化之氧沉澱作用核 根據本發明之方法，本發明之矽晶體包含氮摻雜劑原子 ，以安足鐸錠中之氧沉澱作用核。在矽晶體中之氮濃度較 隹爲約lxl〇l 3個原子/立方公分（約〇 〇〇〇2卯咖）至約丨χΐ〇ι5個 原子/立方公分（約0.02 ppma)。 鈽ϋ T |曰由數種方法摻雜氮，包括例如，將氮氣引入生 長室及/或將氮添加至多晶矽熔融體中。添加至生長中晶 體之氮量，係藉由將氮添加至多晶矽熔融體而更精確地加 以控制，因此，其爲較佳方法。明確言之，添加至晶體之-氮量可容易測得，其方式是例如在已知直徑之矽晶圓上， 沉積一層已知厚度之氮化矽，其係在形成矽熔融體 之前，隨多晶矽一起被引入坩堝中（％%密度爲約318克/ 立方公分）。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 在不受特足理論束缚下，目前咸認，氮接雜劑原子係經 由阻滞空位在矽晶體中擴散，而熱安定化氧沉澱作用核。 明確言之’已知隨著生長中晶體冷卻，空位濃度會達到臨 界過飽和之含量（意即此時會發生黏聚情況），其會造成黏 聚空位缺陷或微空隙之形成。例如，過飽和可能發生在約 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 593799 A7 --------B7 五、發明説明（12 ) ' 50 1050 C之/皿度。隨著晶體冷卻，微空隙會大幅生長，因 ，工位持續擴散至這些位置。雖然黏聚情況與微空隙之持 、’貝生長，顯著地降低晶體中非黏聚或，，自由態"空位之濃度 仁在持績冷部時’會達到第二階層之臨界過飽和，其中 曰曰敝中之自由怨义位與氧會行交互作用，而形成氧沉澱作 用核對於操氮摻雜晶體而言，第二階層之臨界過飽和係 發生在晶體冷卻至約就以下時。但是，在氮摻雜矽中， 微工隙在黏聚情況期間之形成係稍微受到抑制，此係歸因 於2位較緩慢之擴散速率。這會造成在第一個黏聚情況之 後、’有較高濃度之自由態空位留在晶體中。氮摻雜碎中增 问之自由怨2位濃度，會增高第二階層臨界過飽和發生的 溫度，例如在約_。(：至約1〇5(rc。在增高之溫度下，晶體 I足氧原子較具移動性，且更多氧原子會與自由態空位行 X互作用，此造成更安定之氧沉澱作用核。經安定化之氧 沉澱作用核在隨後熱加工處理，譬如磊晶矽層之生長期間 ’更能抵抗溶解作用。 本貨上不含氧化誘導堆積瑕戚之内在吸取石夕 如上述，所生長之單晶矽鑄錠可包含一些缺陷，其係在 矽内充作氧化誘導堆積瑕疵（0ISF)之核。在製造自鑄錠切下 之石夕晶圓期間，經熱處理之後，該核可在晶體中生長並形 成OISF，其典型上係集中在環狀區域。〇ISF密度主要係取 決於氧和自由態空位之濃度，其兩者在整個鑄靛中係做軸 向與輻向的變化。因此，可見於晶圓表面之〇isf密度將以 輻向距離之函數變化。 --- ---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )从規格（2lGx297公瘦） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

593799 A7 B7 五、發明説明（13 OISF環之位置主要係視晶體生長速率而定。事實上，一 種於矽晶圓消除氧化誘導堆積瑕疵或〇ISF環存在之方式， 係控制單晶矽鑄錠（晶圓係由其獲得）之生長條件，以致使 OISF環通過鑄錠側面被"推送”或伸展出去。此典型上可單 純地經由以高速率生長鑄錠，使空位爲主要的内在點缺陷 而達成。殳位缺陷之存在並不被認爲是具精密決定性的， 因爲磊晶沉積程序會填充因此等空位所造成存在於晶圓表 面之任何凹孔或空隙。然而，隨著鑄錠直徑持續增加，在 鑄錠主體可觀部份達到及/或維持生長速率，則要使〇ISF 不存在’若非不可能也是很困難的。此外，如前文所指出 者，已發現將氮摻雜劑原子引至矽熔融體（例如大於約 lxlO13原子/立方公分），會進一步使事情複雜，此係因增 加OISF環寬度，以致使習用晶體生長程序不能夠從大直徑 晶體（意即150毫米、200毫米、300毫米或更多）消除〇iSF環 (尤其是H-帶）〇 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 已發現爲製造具有經氮安定化之氧沉澱作用核之富含空 位鑄錠，其本質上不含OISF且具有足以供内在吸取目的所 用之氧沉澱物濃度（從軸至側面四周），係控制快速生長程 序’以致使在側面向内約5-6毫米處之氧濃度〇ie，係在約 7 ppma與約1〇·5 ppma之間，如根據ASTM標準F-121-83所度量 者。於本文中使用之本質上不含氧化誘導之堆積瑕疵，係 說明矽：⑻當其接受下文所述之目視檢測黏聚蜂陷之方法 時，未具有可辨識之氧化誘導堆積瑕疵環；及/或⑻當以 設定檢測最大橫截面寬度範圍從約0·1微米至大於約10微米 -16- + '氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 593799 14 五、發明説明（ 之雷射系自動檢查元件檢查時， 此氧化誘導堆積❹濃度。〃具有母平方公分小於约 實質上均勻之氧沉澱物濃度 一般而言，在卓克拉斯基生長矽 轴向側面漸減，此係歸因於氧在辰度’係從中心 周图S^ 、虱在日曰體/熔融體界面彎月面 其 ;知失。已考慮必須盡量限制或抑制接近側 度減少，以製造具有均勻氧沉澱 ，在習用功Ρ γ山；a F用刀佈足石夕麵錠。因此 鍵中，在鑄錠中心或軸處之氧漢度A與側面 辰度〇ie之差，被稱爲氧濃度之輕向梯度㈣，其 土本上係均勻的（例如〇RG = (〇i。叫则。< 約肥小 -訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 /已發現’儘管於鍀鉸半徑保持氧濃度基本上均勾，但隨 =成之氧沉;殿物濃度在氮摻雜晶體側面附近會增加。這 口垅成問嗵’因爲增高的氧沉澱物濃度可能造成變形小片 二且側面爲晶圓中特別可能出現變形小片的位置。目前咸 二，在氮摻雜晶體側面附近氧沉澱物之增加，係歸因於儘 &係以决速率拉取晶體，仍有帶留在側面附近。於此情 况中’與所接受之知識相反的是，降低氧濃度（ORG)之輻向 不力勻f生’貫際上會在隨後形成氧沉澱物之濃度造成不均 勾性。亦已發現氮摻雜作用會加重此不均勻性。明確言之 ’具基本上均勻輻向氧濃度（ORG小於約10。。）之氮摻雜晶體 ’具有比無氮摻雜晶體更不均勻的氧沉澱物分佈。爲改良 根據本發明之氧沉澱物輻向均勻性，身爲漸增福向距離函 數之氧濃度，基本上是不均勻的（例如〇RG爲至少約15% )。 幸又佳h況是’ 〇RG爲約15。/。至約5〇σ。，更佳爲约2〇。。至約40 本紙張尺度^ -17- ο 9 7 3 9 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 。〇，且又更佳爲約30%。 如上述，在側面四周之氧濃度較佳係在約7 ppma與約 10.5 ppma之間，以預防OISF之形成。因此，具有ORG至少約 15。。之晶體，將具有中心（軸）處濃度Oic爲至少約8-12 ppma。 較佳情況是，〇ic爲約10 ppma至約16 ppma，更佳爲約12 ppma 至約15 ppma，且又更佳爲約12.5 ppma至約14.5 ppma。 控制氧之掺入 本發明之矽晶體鑄錠係經由控制氧進入生長中鑄錠之摻 入作用（例如平均氧濃度與氧濃度輻向分佈）而製成。氧之 摻入主要係藉由控制坩堝與晶體之旋轉速率來控制。 在晶體中之氧主要來源爲熔凝矽石坩堝，其將氧引入矽 熔融體中。所摻入生長中晶體之氧總量，主要係依坩堝旋 轉速率R溶融體而定。一般而言，增加掛禍旋轉速率會增加 所摻入生長中晶體之氧量。至少約2-3 rpm之掛瑪速率是必 要的，以避免溶融體中之擾動對流流體。較佳情況是，甜-禍旋轉速率爲約4 rpm至約10 rpm，且更佳爲約5 rpm至約 8 rpm。 晶體旋轉速率鍵爲控制生長中晶體氧輻向分佈之主要 方式。旋轉生長中晶體會誘導熔融體中之流體，其自鑄錠 底部上升至坩堝中心附近，並向外朝向坩堝内壁（或晶體側 面）。在坩堝底部附近，相較於熔融體表面而言，熔融體係 含有較高的氧濃度，因此流體將氧自底部朝向熔融體/晶 體界面運送，使氧摻入生長中晶體。增加晶體旋轉速率會 增加近熔融體表面附近之高氧流體輻向距離，此增加鑄錠 -18- 本纸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)

9 9 7 3 9 5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) 中氧之輕向均勻性。因此，企圖提高氧濃度輕向均勾性之 習用生長方法，係使晶體以相對較高速率（例如大於約 2000/D每分鐘轉數（rpm)，其中D爲晶體直徑，以毫米表示） 旋轉。反之，根據本發明，係控制晶體旋轉速率，以製造 基本上不均勻之輻向氧濃度。明確言之，係控制晶體旋轉 速率，以致使ORG大於約15°/。，較佳爲約15°。至約50°/。，更 佳爲約20。'。至約40。/。，且又更佳爲約30。。。參考圖3，已測 定出基本上不均勻之輻向氧濃度（意即大於約15°。之ORG)， 係藉由控制晶體旋轉速率使其小於約1600/D ipm而達成。較 佳晶體旋轉速率爲約600/D rpm至約1600/D rpm，更佳爲約 750/D rpm 至約 1500/D rpm，且又更佳爲約 1200/D rpm。 晶圓基材 參考圖4，單晶碎晶圓基材59，其係自如本文所述之珍鏵 錠空位主導材料Γ富含空位之晶圓基材"）之軸向對稱區域 切下，其包含中心軸60、前表面61與後表面62 (其大體上係-垂直於中心軸60 )、連接前表面61與後表面62之周圍邊緣64 、自中心軸60延伸至周圍邊緣64之半徑65及空位主導材料 之軸向對稱區域67，其大體上爲圓柱形，具有半徑66，其 較佳係自中心軸60延伸至周圍邊緣64四周（意即半徑65之至 少約 95°/。）。 在矽晶圓表面上之不規則物，無論其是否爲粒子（例如拋 光砂粒）、黏聚間隙缺陷或黏聚空位缺陷（例如COP)，典型 上皆係以雷射散射檢查工具檢測。適當市購可得雷射散射 檢查工具之實例，包括得自 KLA-Tencor (Mountain View，California， -19- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

593799 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17 ) U.S.A.)之 SURFSCAN 6220 與 SURFSCAN SP1 和得自 ADE光學系統 公司（Charlotte, North Carolina，U.S.A.)之 CR80、CR81 及 CR82。此 種工具可測定矽晶圓表面上缺陷（常被稱爲LPD)之大小和位 置。此項技藝中習知，當利用雷射散射檢查工具來度量晶 圓表面上LPD之大小時，並非測定LPD之實際大小，而是檢 測出之缺陷（意即光散射情況）係散射相當於特定直徑乳膠 球體（LSE)之光（例如具有大於約0.095微米直徑之乳膠球體 ，其係爲雷射散射檢查工具如SURFSCAN 6220和SURFSCAN SP1之目前檢測極限）。富含空位之晶圓在晶圓前表面上， 典型上具有大於約8 LPD /平方公分之LPD濃度。 •磊晶矽層 再一次參考圖4，磊晶層68可藉此項技藝中已知之方法而 沉積或生長於晶圓基材59之前表面61上。（參閱例如美國專 利5,789,309)典型上，磊晶層之生長係藉由化學蒸氣沉積達 成，因爲這是在半導體材料上生長磊晶層最爲彈性且成本_ 效益高的方法之一。一般而言，化學蒸氣沉積包括將揮發 性反應物（例如SiCl4，SiHCl3，SiH2 Cl2或SiH4 )伴隨載氣（通常爲 氫）一起引入磊晶反應器中。雖然處理條件可改變，但在單 晶層沉積之情況中，溫度一般範圍係在1080°C與1150°C之間 。此外，發生沉積之環境較佳是乾淨的（意即不含微粒子污 染物），且具有小於約1 ppma之氧含量。 根據本發明，迄今之經驗指出，一般期望使用本質上不 含氧化誘導堆積瑕戚之氮掺雜單晶矽基材。此種基材之所 以令人期望，係因爲在沉積期間，當與圍繞此等堆積瑕疵 -20- 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)

593799 A7 五、發明説明（18 位置之平坦表面比較時，沉積在晶圓表面 在該位置更迅速地蓄積。矽姑拉六& β 1 ， 、 材料在此等缺陷位置之沉積金 蓄積，會造成在羞晶層内形成植入缺陷，意即隆起或堆積 瑕戚。特別關切的是大面積植入缺陷，當藉由常見於此項 技藝中之雷射光束表面掃描設備（譬如獲scan622〇)度量 時，其具有大於或等於約1〇微米之直徑。 在不文任何特足理論束縛下，一般認爲磊晶層中之缺陷 可由坪多不同原因造成。例如，存在於基材表面上之微粒 子及其他有機〉、亏染物，係可伴隨氧化謗導之堆積瑕戚，在 沉積期間充作石夕材料蓄積之位置。因此，本發明可搭配其 他方式使用’譬如經改良之基材清潔與處理方法，以盡力 全消除磊晶層内之缺陷。但是，若單獨採用，本發明可 有效地消除磊晶層缺陷之一項重要原因，因而降低此種缺 陷之整體濃度。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 再者，一般亦認爲黏聚2位缺陷（亦被稱爲空隙）在基材-表面之存在，對於製造本質上不含植入缺陷之磊晶層而言 並不具精街決疋性。反而’一般認爲當碎材料沉積於基材 表面時，此等空隙係有效地被覆蓋或”填充"。結果，黏聚 丄位缺陷並未傳遍全蟲晶層。然而，爲確保空隙或”凹孔” 不存在於邱日日層表面，蟲晶層一般將具有足以覆蓋存在於 基材表面上黏聚空位缺陷之厚度，該厚度係隨此種缺陷之 大小或深度增加而增加。典型上，層厚度範圍係從至少約 1械米至鬲達約15微米或更多。較佳情況是，蟲晶層將具 有之厚度範圍係從約1微米至約10微米，更佳爲約i微米至 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 79 3 9 5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______— B7 _ 五、發明説明（19 ) 約8微米’且最佳爲約1微米至約4微米。關於此點應注意 的是’通常較佳爲較薄之層，只要黏聚空位缺陷有效被覆 盍即可，因爲其係用以降低所形成磊晶晶圓之成本。在磊 晶表面上之LPD濃度較佳係降低至小於約丨LpD /平方公分 ，更佳係小於約〇·5 LPD /平方公分，又更佳係小於約〇丨LpD /平方公分，且又更佳係小於約〇 〇5 LPD /平方公分。 黏聚缺陷之目視檢測 黏聚缺陷可藉許多不同技術檢測。例如，流動方式缺陷 或D-缺陷之檢測’典型上係經由在Secc〇蝕刻溶液中優先蝕 刻單晶矽試樣約30分鐘，然後使試樣接受顯微檢測。（參閱 例如 H.Yamagishi 等人，Semiccmd· Sci. Technol. 7, A135 (1992))。雖然 “準係供檢測黏聚2位缺陷，但此方法亦可用來檢測黏聚 間隙缺陷。當使用此項技術時，此種缺陷當存在時，係在 試樣表面上呈現大凹孔。 黏聚缺陷亦可使用雷射散射技術（譬如雷射散射局部χ射_ 線檢法）來檢測，其典型上比其他蝕刻技術具有較低之缺陷 密度檢測極限。 此外’黏聚内在點缺陷可藉由以當施熱時能夠擴散至單 曰曰矽基質之金屬，裝飾此等缺陷而以目視方式檢測。明確 言之，單晶矽試樣，譬如晶圓、金屬塊或平板，可目視檢 查此種缺陷之存在，其方式是先以含有能夠裝飾此等缺陷 金屬之組合物（譬如濃硝酸銅溶液）塗覆試樣表面。然後將 經塗覆試樣加熱至約90(TC與約i〇〇(TC間之溫度，-歷經約5分 鐘至約15分鐘，以使金屬擴散至試樣中。然後使經熱處^ •22- 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}

593799 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2〇 試樣冷卻至室溫，由此造成金屬變成臨界過飽和，而沉澱 於試樣基質内缺陷所存在之位置。 於冷卻後’使试樣先接受無缺陷描纟會j虫刻，經由以透明 钱刻溶液處理試樣約8至約12分鐘，以移除表面殘留物和 沈殿劑。典型透明蝕刻溶液包含約55百分比硝酸（7〇α。重量 。。溶液）、約20百分比氫氟酸（49°。重量。。溶液）及約25百分 比鹽酸（濃溶液）。 然後以去離子水沖洗試樣，並使其接受第二個蚀刻步驟 ，其方式是將試樣浸潰於Secco或Wright蝕刻溶液，或經其 處理約35至約55分鐘。典型上，將使用包含比例約丨·· 2之 〇·15 Μ重鉻酸鉀與氫氟酸（49%重量。。溶液）之⑺蝕刻溶液 來蝕刻試樣。此蝕刻步驟係用以顯現或描繪出可能存在之 黏聚缺陷。 -般而言，藉由上述鋼裝飾技術’不含黏聚缺陷之間隙 與空位主導材料之區域可互相區$，並與含有黏聚缺陷之 材料區別。無缺陷間隙主導材料之區域未含有藉㈣顯現 之裝飾特色，，然而無缺陷空位主導材料之區域（在如前述之 高溫氧核溶解處理之前）含有小蝕孔，此係歸因於氧枝 裝飾作用。 '_ 另外，氧化誘導足堆積瑕疵可藉由濕式氧化矽，而 晶圓基材或磊晶矽晶圓表面上以目視檢測。明確+、矽 係在約1100至1150Χ：經濕式氧化約1至 '曰κ ’玲 用在晶圓表面上產生約丨微米厚之氧化 虱化作 利用Wdght蝕刻劑自矽表面剥離。將晶7 ° 5化物層係 元、乾燥，然後 -23- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) 公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

9 9 7 3 9 5 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（21 ) 在顯微鏡下觀察氧化謗導堆積瑕疵環之存在，或使用雷射 系之表面檢查器檢查之。於本文中使用之本質上不含氧化 誘導之堆積瑕疵，係説明矽：⑻當使其接受上述目視檢測 方法時，其未具有可辨識之氧化誘導堆積瑕疵環，；或⑼ 當以設定檢測最大橫截面寬度範圍從約0.1微米至大於約10 微米之雷射系自動檢查元件檢查時，其具有每平方公分小 於約10之氧化誘導堆積瑕疵平均濃度。 實例 實例1 具有200毫米直徑與{100}結晶學定向作用之P-型單晶鑄 錠，係自含有約140公斤多晶矽與約320毫克氮化矽之24英 吋坩堝拉取。拉取速率爲約1.0毫米/分鐘。坩堝旋轉速率 係控制在鑄鍵晶種端附近之約5 rpm至鍀鍵尾端附近之約 8 rpm間，而在晶體中心產生約13 ± 0.5 ppma之氧濃度（Oic)。 晶體旋轉速率爲約6 rpm，而氧在固定直徑部份全長離邊緣· 6毫米處之濃度，係在約10.4 ppma至約9.3 ppma之間。氧濃度 分佈之輻向梯度爲約20。。至約40。。。在鑄錠頂部之標的氮 濃度爲約6X1013個原子/立方公分。在錡鍵底部之標的氮濃 度爲約22Χ101 3個原子/立方公分。由於氮在矽熔融體中之 極低分配係數（約0.0007)使然，氮濃度係與熔融體量成反比 而增加。 將铸錠切成晶圓基材，將其拋光成足供磊晶沉積之鏡面 光澤。使用化學蒸氣沉積反應器，譬如由Applied Materials (Santa Clara, California，U.S.A·)所製造之 EPI CENTURA 反應器或可 -24- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 11^.------夢------I-IT------緣« (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 593799 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（22 ) 得自ASM (Bilthoven，Netherlands)之磊晶反應器EPSILON系歹，使 3微米厚系晶層沉積在數種晶圓基材之前表面上。 測試晶體之OISF性質，其方式是在潮濕大氣下，將數種 磊晶矽晶圓加熱至約1100°C歷經約80分鐘，接著使用Wright I虫刻劑優先触刻。使一些經熱處理之晶圓接受目視亮光檢 查，並無看見伴隨OISF之環狀渦形圖樣。雷射表面檢查顯 示約0.5 /平方公分或較小之OISF平均濃度，遠低於所考慮 可接受之約10 /平方公分平均濃度。最高OISF濃度爲2.5 / 平方公分。 測試晶體之氧沉澱作用性質，其方式是在氮大氣中，使 數種磊晶晶圓於約800°C回火約4小時，接著於1000°C 16小時 。此兩步驟回火程序之結果係列示於表1。 表1 氧沉澱作用性能 晶圓上位置 每鍵頂部 鑄錠中央 鑄錠底部 沉澱前 氧濃度（ppma) 中心 13.40 12.99 13.35 離邊緣 6毫米處 10.18 9.35 9.75 沉澱後 氧濃度（ppma) 中心 0.30 0.35 0.42 離邊緣 6毫米處 0.36 0.28 0.52 總體微缺陷 (缺陷/立方 公分） 中心 3·9χ108 4.5χ108 7.2χ108 離邊緣 6毫米處 4·8χ108 5.5χ108 8.5x10s 此等結果顯示，晶圓儘管接受已磊晶沉積程序，但其本 質上不含磊晶OISF，且具有極佳的内在吸取能力（意即， BMD濃度超過約lxlO8 /立方公分）。而且，在回火之前， -25- 本纸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)

ο 9 7 3 9 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（23 ) 基本上不均勻之輻向氧濃度，會造成基本上均勻之氧沉澱 物輻向濃度。 比較實例1 使用如實例1中所使用之相同晶體拉取器，自含有約140 公斤多晶矽與約160毫克氮化矽之24英吋直徑坩堝，拉取具 有約200毫米直徑與{100}定向作用之p-型矽單晶鑄錠。拉取 速率爲約1.0毫米/分鐘。坩堝旋轉速率係控制在約6 rpm與 約9 rpm之間，而沿鑄錠軸產生約14 土 0.5 ppma之氧濃度。晶 體旋轉速率爲約12 rpm，且氧在固定直徑部份全長離邊緣6 毫米處之濃度，係在約14.5至約12.9 ppma之間。氧濃度分佈 之輻向梯度係小於約5°。。在鑄錠頂部之標的氮濃度爲 3X1013個原子/立方公分。在錡錠底部之標的氮濃度爲 llxlO13個原子/立方公分。 將鑄錠切成晶圓，將其拋光並沉積3微米之磊晶矽。評估 晶體之OISF性質-亮光檢查顯現出典型OISF環狀圖樣，而雷-射檢查顯示約130 /平方公分之OISF濃度。 測試晶體之氧沉澱作用性質，並列示於表2。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

9 9 7 3 9 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（24 ) 表2 氧沉澱作用性能 在晶圓上 之位置 鑄錠頂部 鑄錠中央 鑄錠底部 回火前 氧濃度（ppma) 中心 14.15 13.79 14.07 離邊緣 6毫米處 13.80 13.17 13.58 回火後 氧濃度（ppma) 中心 0.39 0.27 0.67 離邊緣 6毫米處 0.76 0.58 1.15 總體微缺陷 (缺陷/立方 公分） 中心 3.0x10s 2.2xl08 6.0x10s 離邊緣 6毫米處 1.2xl09 8.5x10s 2.5xl09 晶圓邊緣處之較高氧沉澱物密度顯示H-帶的存在。 實例2 具有300毫米直徑與{100}定向作用之ρ·-型單晶鑄錠，係 自含有約250公斤多晶矽與約600毫克氮化矽之32英吋坩堝 拉取。拉取速率爲約0.7毫米/分鐘。坩堝旋轉速率係控制 在約4.5 rpm與约6.5 rpm之間，而在晶體中心產生約12.5 土 0.5 ppma之氧濃度。晶體旋轉速率爲約4 rpm，而氧在固定直 徑部份全長離邊緣6毫米處之濃度，係在約9.0 ppma至約 7.5 ppma之間。氧濃度分佈之輻向梯度爲約20°。至約40°。。 在鑄錠頂部之標的氮濃度爲6X1013個原子/立方公分。在鑄 錠底部之標的氮濃度爲15X1013個原子/立方公分。 將錡錠切成晶圓，將其拋光成鏡面光澤，並在晶圓基材 前表面上沉積2.5微米厚之磊晶層。評估晶體之OISF性質-亮 光檢查顯現出晶圓上沒有OISF，而雷射檢查顯示晶圓上之 -27- 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)

9 7 3 9 A7 B7 五、發明説明（25 ) 平均OISF濃度爲約0·5 /平方公分或較小。最高OISF濃度爲 1.5 /平方公分。 晶體之氧沉澱作用性質係列示於表3。 表3 氧沉澱作用性能 在晶圓上之 位置 鑄錠頂部 鑄錠中央 鑄錠底部 回火前 氧濃度（ppma) 中心 12.63 12.07 12.23 離邊緣 6毫米處 8.52 7.9 8.00 回火後 氧濃度（ppma) 中心 0.26 0.21 0.32 離邊緣 6毫米處 0.38 0.29 0.45 總體微缺陷 (缺陷/立方 公分） 中心 2.5xl08 1.7xl08 3·4χ108 離邊緣 6毫米處 2.8x10s 2.1xl08 4·2χ108 此等結果顯示，300毫米晶圓儘管已接受磊晶沉積程序， 但其本質上不含磊晶OISF，且具有極佳的内在吸取能力（意 即BMD濃度超過約lxlO8 /立方公分）。而且，在回火之前 基本上不均勻之輻向氧濃度，會造成基本上均勻之氧沉澱 物輻向濃度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 鑒於上述，將明瞭本發明之數個目的已經達成。因爲各 種改變可以上述組合物與方法施行，而未偏離本發明之範 圍，故意欲包含在上述説明之所有事項係解釋爲説明性， 而非於限制意義。 . -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 593799— I 丨公 號專部凍讀案 ^ ^ 4s ,r,n / B8 左範圍^ϊ(93年4月广 申清專利範圍 1· 一種單晶矽鑄錠，其具有中心軸、晶種端、相反端及介 於晶種端與相反端間之固定直徑部份，此固定直徑部份 具有側面及自中心軸延伸至側面之半徑R，此單晶珍鱗 鍵係生長自矽熔融體，然後自根據卓克拉斯基方法之固 化作用冷卻’此單晶碎轉鍵之特徵在於： a.固定直徑部份包含軸向對稱區域，其中空位為主 要的内在點缺陷，該軸向對稱區域大體上為圓柱形，且 具有延伸自中心軸之半徑ras，其中ras為至少〇.95r，該 軸向對稱區域具有之長度當沿中心軸度量時，係為鑄錠 固定直徑部份長度之至少20% ; b·軸向對稱區域包含氮，其濃度為1χΐ〇ι3個原子/ 立方公分至lxlO1 5個原子/立方公分；且 c· 軸向對稱區域在側面向内5-6毫米處包含氧，其 濃度係在7ppma與10.5ppma之間；及 d· 軸向對稱區域本質上不含會形成氧化誘導堆積瑕 戚之核。 2·如申請專利範圍第1項之單晶矽鑄錠，其中軸向對稱區 域在中心軸處包含氧，其氧濃度為至少8_12 ppma。 3.如申請專利範圍第1項之單晶矽鑄鉸，其中軸向對稱區 域在中心軸處包含氧，其濃度為丨〇 ppma至16 ppma。 4·如申請專利範圍第1項之單晶矽鑄錠，其中軸向對稱區 域在中心軸處包含氧，其濃度為12 ppma至15 ppma。 5.如申請專利範圍第1項之單晶矽鑄錠，其中軸向對稱區 域在中心軸處包含氧，其濃度為12.5 ppma至14.5 ppma。 O:\73\73592-930413.DOC 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 州799

   6·=申請專利範圍^项之單晶㈣錠，其中轴向對稱區 7 2又長度為鑄錠固定直徑部份長度之至少40%。 •:申請專利範圍^项之單續鍵，纟中轴向對稱區 8 2 <長度為鑄錠固定直徑部份長度之至少60%。 •:申請專利範圍第工項之單晶矽鑄錠，纟中軸向對稱區 / <長度為鑄錠固定直徑部份長度之至少8〇%。 9· ”請專利範圍第i項之單晶輯鍵，纟中輪向對稱區 域 < 長度為鑄錠固定直徑部份長度之至少9〇%。 ^申請專利範圍第i項之單晶㈣鍵，其中轴向對稱區 域之長度為铸鈹固定直徑部份長度之1〇〇%。 u.如申請專利範圍第！項之單晶梦鑄鍵，λ中鑄錠之固定 直徑部份具有至少150毫米之公稱直徑。 12·如申請專利範圍第1項之單晶矽鑄錠 直徑部份具有200毫米之公稱直徑。 ’如申請專利範圍第1項之單晶碎錡錠 直徑部份具有300毫米之公稱直徑。 14·〜種單晶矽鑄錠，其具有中心軸、晶種端、相反端及介 於晶種端與相反端間之固定直徑部份，該固定直徑部份 具有側面及自中心軸延伸至側面之半徑R，此單晶矽鑄 錠係生長自矽熔融體，然後自根據卓克拉斯基方法之固 化作用冷卻’此單晶碎缚錠之特徵在於·· a·固定直徑部份包含軸向對稱區域，其中空位為主 要的内在點缺陷，該軸向對稱區域大體上為圓柱形，且 具有延伸自中心軸之半徑ras，其中、為至少〇.95R，該 O:\73\73592-930413.DOC 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 其中铸錠之固定 其中鏵錠之固定 2- 訂 593799 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 軸向對稱區域具有之長度當沿中心軸度量時，為鑄錠固 定直徑部份之長度； b. 軸向對稱區域包含氮，其濃度為lxlO1 3個原子/ 立方公分至lxlO15個原子/立方公分；及 c. 軸向對稱區域包含氧，且在中心軸處之氧濃度為 Oie，在側面向内5-6毫米處之氧濃度為Oie，而氧濃度之輻 向梯度ORG (由公式ORG = (Oic -Oie )/Oic得到）為至少15%。 15. 如申請專利範圍第14項之單晶矽鑄錠，其中氧濃度之輻 向梯度為15%至50%。 16. 如申請專利範圍第14項之單晶矽鑄錠，其中氧濃度之輻 向梯度為20%至40%。 17. 如申請專利範圍第14項之單晶矽鑄錠，其中氧濃度之輻 向梯度為30%。 18. 如申請專利範圍第14項之單晶矽鎢錠，其中固定直徑部 份具有200毫米之公稱直徑。 19. 如申請專利範圍第14項之單晶矽鑄錠，其中固定直徑部 份具有300毫米之公稱直徑。 20. 如申請專利範圍第14項之單晶碎鏵錠，其中〇ie為7 ppma 至 10.5 ppma 〇 21. —種單晶石夕晶圓，其具有中心軸，大體上垂直於中心軸 之前表面與後表面，周圍邊緣及自晶圓中心軸延伸至周 圍邊緣之半徑R ;此晶圓之特徵在於： a. 晶圓包含軸向對稱區域，其中空位為主要的内在 點缺陷，該軸向對稱區域具有延伸自中心軸之半徑ras， O:\73\73592-930413.DOC 5 - 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593799 A B c D 六、申請專利範圍 其中ras為至少0.95R ; b. 晶圓包含氮，其濃度為lxlO1 3個原子/立方公分 至lxlO15個原子/立方公分； c. 晶圓包含氧，且在周圍邊緣向内5-6毫米處之氧 濃度係在7 ppma與10.5 ppma之間；及 d. 晶圓本質上不含氧化謗導之堆積瑕疵。 22. 如申請專利範圍第21項之單晶矽晶圓，其中在中心軸四 周之氧濃度為至少8-12 ppma。 23. 如申請專利範圍第21項之單晶矽晶圓，其中在中心軸四 周之氧濃度為10 ppma至16 ppma。 24. 如申請專利範圍第21項之單晶梦晶圓，其中在中心軸四 周之氧濃度為12 ppma至15 ppma。 25. 如申請專利範圍第21項之單晶矽晶圓，其中在中心軸四 周之氧濃度為12.5 ppma至14.5 ppma。 26. 如申請專利範圍第21項之單晶矽晶圓，其在矽晶圓前表 面上包含砉晶碎層。 27. 如申請專利範圍第26項之單晶矽晶圓，其中磊晶層為1 微米至15微米厚。 28. 如申請專利範圍第26項之單晶矽晶圓，其中磊晶層為1 微米至10微米厚。 29. 如申請專利範圍第26項之單晶矽晶圓，其中磊晶層為1 微米至8微米厚。 30. 如申請專利範圍第26項之單晶矽晶圓，其中磊晶層為1 微米至4微米厚。 O:\73\73592-930413.DOC 5 - 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 8 8 8 8 A B c D 593799 六、申請專利範圍 31. —種單晶碎晶圓，其具有中心軸，大體上垂直於中心軸 之前表面與後表面，周圍邊緣及自晶圓中心軸延伸至周 圍邊緣之半徑R ;此晶圓之特徵在於： a. 晶圓包含軸向對稱區域，其中空位為主要的内在 點缺陷，該軸向對稱區域具有半徑ras，其中ras為至少 0.95 R ； b. 晶圓包含氮，其濃度為lxlO1 3個原子/立方公分 至lxlO1 5個原子/立方公分；及 c. 晶圓包含氧，且在中心軸處之氧濃度為Oie，在 周圍邊緣處之氧濃度為Oie，而氧濃度之輻向梯度 ORG (由公式ORG =(〇ic -Oie )/〇ic得到）為至少15%。 32. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其中氧濃度之輻 向梯度為15%至50%。 33. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其中氧濃度之輻 向梯度為20%至40%。 34. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其中氧濃度之輻 向梯度為30%。 35. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其中該半徑為 100毫米。 36. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其中該半徑為 150毫米。 37. 如申請專利範圍第31項之單晶碎晶圓，其中〇ie為7 ppma 至 10.5 ppma 〇 38. 如申請專利範圍第31項之單晶矽晶圓，其在矽晶圓前表 O:\73\73592-930413.DOC 5 " 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）

   593799 六 申请專利祀圍 面上包含羞晶硬層。 39· ^種生長單晶料錠之方法，其中該鱗鍵包含中心轴、 曰曰種场相反袖及介於晶種端與相反端間之固定直徑部 h3固疋直徑邵份具有側面、自中心軸延伸至側面之 半I R及D $米之公稱直捏，該錡錠係在掛瑪中生長自 矽溶融體，然後自根據卓克拉斯基方法之固化溫度冷 卻，此方法包括： 以速率v生長晶體之固定直徑部份，使其中空位為主 要内在點缺陷之軸向對稱區域形成，該軸向對稱區域大 體上為圓柱形，且具有延伸自中心軸之半徑、，其中& 為至少0.95 R，和一種長度，當沿中心軸度量時，其為 鑄錠固定直徑部份長度之至少2〇% ; 在軸向對稱區域之形成期間，分別以速率R炫融體和r 鑄錠使坩堝和鑄錠以相反方向旋轉，以便在側面向内5_6 毫米處摻入7 ppma與10.5 ppma間之氧，·及 在軸向對稱區域之形成期間，用氮摻雜矽熔融體， 以致使lxl〇i3氮原子/立方公分至lxl〇ls氮原子/立方公 分择入每鍵中。 40. 如申請專利範圍第39項之方法，其中軸向對稱區域之長 度為鑄錠固定直徑部份長度之至少4〇%。 41. 如申請專利範圍第39項之方法，其中軸向對稱區域之長 度為鱗錠固定直徑部份長度之至少。 42. 如申請專利範圍第39項之方法，其中軸向對稱區域之長 度為鑄錠固定直徑部份長度之至少8〇%。 O:\73\73592-930413.DOC 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） -6 593799 A8 B8 C8

   43.如申請專利範圍第39項之方法’其中軸向對稱區域之長 度為鑄錠固定直徑部份長度之至少奶％。 44·如申請專利範圍第39項之方法，並士紅a料 〜乃次，其中軸向對稱區域之長 度為鍚錠固定直徑部份長度之至少1〇〇%。 45·如申請專利範圍第39項之太、本 ^ ^ , 、 年㈤不，、〈万去，其中V為至少〇·7毫米/ 分鐘。 46. 如申請專利範圍第39項之方法，其中v為至少咖〇毫米 /分鐘。 47. 如申請專利範圍第45項之方法，其中d為15〇。 48. 如申請專利範圍第45項之方法，其中〇為2〇〇。 49. 如申請專利範圍第45項之方法，其中d*3〇〇。 50. 如申請專利範圍第45項之方法，其中以融體為至少2_ 3 rpm 〇 51. 如申請專利範圍第45項乏女、土 甘士 d '-k a ^ 不 月义万法，其中R熔融體為4 rpm至 10 rpm ° 52·如申請專利範圍第45項之方法，其中R熔融體為5至 8 rpm 0 53·如申請專利範圍第5〇項之方法，其中r鑄錠係小於 1600/D rpm 〇 54.如申請專利範圍第5〇項之方法，其中R鑄錠為6〇〇/D 至 1600/D rpm ° 55·如申請專利範圍第5〇項之方法，其中R鑄錠為75〇/〇 至 1500/Drpm 〇 56.如申請專利範圍第5〇項之方法，其中R鋒錠為1200/D rpm。 O:\73\73592-930413.DOC 5 飞· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格297公寶） '

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