TWI222469B

TWI222469B - Silicon wafer and production method thereof and evaluation method for silicon wafer

Info

Publication number: TWI222469B
Application number: TW089123883A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Takeno; Hideki Shigeno; Makoto Iida
Original assignee: Shinetsu Handotai Kk
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2004-10-21
Also published as: EP1170404A1; JP3787472B2; DE60044777D1; KR100774607B1; KR100747726B1; JP2001139396A; US6544490B1; KR20060134228A; KR20010102971A; EP1170404B1; WO2001036718A1; EP1170404A4

Description

1222469 A7 B7 五、發明説明1() 【技術領域】本發明係關於不依存於裝置製程（device process )或結晶位置可安定地得到氧澱積之矽晶圓及其製造方法、以及評價拉起條件爲未知之矽晶圓之缺陷領域之方法。【背景技術】近年，隨著DRAM等半導體電路之高積體化，隨伴元件之微細化，對於成爲其基板之切克勞斯基（Czochralski )法（以下，有時簡稱爲C Z法）所製作之矽單結晶之品質要求日益殷切。尤其FPD、LSTD、COP等存在有被稱爲成長（Grow-in )缺陷之缺陷，此將使裝置特性惡化導致減低其缺陷受到重視。當說明這些缺陷時，首先，關於取入於矽單結晶之空隙（Vacancy，以下有時略稱V )被稱爲空孔型之點缺陷，與取入於Interstitial-Si (以下，有時略稱爲I )被稱爲格子間型矽點缺陷之各個決定濃度之因子，說明一般已知之事項。於矽單結晶，所謂V —領域係Vacancy，亦即，因砂原子之不足所發生如凹部、孔爲多之領域，所謂I -領域，係因存在有多餘之矽原子所發生之轉位或多餘矽原子之塊爲多之領域，並且，在V -領域與I 一領域之間，存在有原子已非不足亦非多餘之中性領域（Neutral領域，以下有時略稱N -領域）。並且，上述Grown-in缺陷（F P D、 LSTD、C〇P等），畢竟爲V或I之過飽和狀態時所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶）-4 1....... g.y— I —ϋ ϋ— ϋϋ ϋ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) fr 脅經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222469 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() 發生者，即使有多少之原子偏移，但是若飽和以下時，得知不會成爲缺陷。此兩點缺陷之濃度，已知由於c Z法之結晶拉起速度 (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 一領域間之N -領域，被確認爲存在有被稱爲〇S F (氧化誘起積體缺陷、 Oxidation Indused Stacking Fault )稱爲環狀發生之缺陷。〇S F係將單結晶切割成爲晶圓時，因在.晶圓面內發生成同心圓狀，所以被稱爲〇 S F環。分類這些結晶成長所起因之缺陷時，例如成長速度爲 0 . 6 m m / m i η左右以上比較高速時，被認爲空孔型之點缺陷聚集孔隙起因之F P D、L S T D、C〇Ρ等成長缺陷爲高密度地存在於結晶徑方向之所有區域，存在有這些缺陷之領域爲被稱V -多（ntch )領域（過飽和之空孔形成孔隙缺陷之領域）。又，成長速度爲0 · 6 mm/m i η以下時，隨著成長速度之降低，上述之〇S F環爲從結晶周邊發生，在此環外側低密度地存在有被認爲起因於轉位環（loop )之L / D ( Large Dislocation :格子間轉位環之略稱，L S E P D、L F P D等）之缺陷’存在有追些缺陷之領域爲被稱爲I 一多領域（ritch area )(過飽和之格子間矽爲形成轉位環缺陷之領域）。並且，若將成長速度降速到0 · 4mm/m i η左右以下時，〇S F環凝聚於晶圓中心而被消滅，而全面將變成I 一多領域。又，最近，在V -多領域與I 一多領域之中間本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210'〆297公釐）~7Τ] — (請先閲讀背面之注意事_ J· 項再填- 裝-- :寫本頁) 訂 -JAW. 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明3() 於〇S F環外側，發現既沒有空孔起因之F P D、 LSTD、COP，或沒有轉位環起因之LSEPD、 L F P D，更且〇S F也不具N -領域之存在。此領域係位於〇 S F環之外側，並且’施加氧澱積熱處理’以X光觀察等確認了澱積之對比時，幾乎沒有氧澱積，並且，沒有那樣形成L S P E D、L F P D而有不多之I 一多領域側。這些N -領域，以通常之方法，係降低成長速度時對於成長軸呈斜向存在，所以在晶圓面內只存在於一部分。關於此N —領域，於普隆科夫理論（V · V · V 〇 r ο n k 〇 v : Journal of Crystal Growth，59 ( 1982) 625〜643)，提倡有拉起速度（F )與結晶固液界面軸方向溫度坡度（G )之比率F / G之參數爲決定點缺陷之總計濃度。若據此來思考時，在面內拉起速度應該爲一定，所以，爲了在面內具有 G分布，只能得到例如於某拉起速度於中心爲V -多領域挾住N -領域在周邊能夠變成I -多領域之結晶。於是，最近，爲了改良面內之G分布，將只在此斜向所存在之N -領域，例如緩慢地降低拉起速度拉起時，在某拉起速度就可製造N -領域向橫向全面擴展之結晶。又，欲將此全面N -領域之結晶向長度方向擴大時若維持將此N -領域向橫向擴大時之拉起速度拉起時就可達成某程度。又，考慮隨著結晶之成長而G會發生變化，而將此補正，終究使F / G可變成一定，調節拉起速度時，同樣地在成長方向，可擴大全面變成N -領域之結晶。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 6 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 1222469 A7 ____B7 五、發明説明4() (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 若將此N -領域再分類時，已知具有鄰接於〇 S環外側之N V領域（未檢出空孔多之孔隙缺陷之領域）與鄰接於I -多領域之N I領域（格子間矽爲多但是未檢出轉位環缺陷之領域）。並且，於C Z法矽基板，除了減低這種成長（Grow -in )缺陷之重要性之外，從對於重金屬不純物之內部消滅（ internal gettering )效果之觀點，氧澱積之控制變成更加重要。但是，因氧澱積強烈地依存於熱處理條件，所以，依各使用者而不同之裝置製程，欲得到適當氧澱積爲極爲困難之問題。並且，晶圓不只是裝置工程，也受到從結晶拉起工程，從熔點被冷卻到室溫之熱處理（結晶熱履歷）之影響。因此，在as grown結晶中已經存在有結晶熱履歷所形成之成長澱積核（grown-in澱積核）。此grown-in澱積核之存在更加使氧澱積之控制將變成困難。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在裝置工程中之氧澱積過程爲可分類爲2種類。其一爲在裝置工程之初期熱處理所殘留之grown-m澱積核所成長之過程。另一爲在裝置工程中發生核，其核成長之過程。後者之情形爲強烈地依存於氧濃度，所以，藉氧濃度即可控制氧澱積。另者，前者時grown-in澱積核之熱安定性 (於製程初期溫度究竟以甚麼程度之密度殘留）將成爲重要事項。例如，即使grown-in澱積核爲高密度而尺寸卻小時’ 變成熱不安定因會在裝置工程之初期熱處理就被消滅所以不能確保氧澱積。於此之問題係grown-in澱積核之熱安定本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 7 _ 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明) 性因強烈地依存於結晶熱履歷，所以，即使初期氧濃度爲同一晶圓時，也依結晶拉起條件或結晶軸方向之位置，致使在裝置工程之氧澱積舉動會大爲發生偏差。因此，爲了控制在裝置工程之氧澱積，不僅是氧濃度，藉控制結晶熱履歷，控制grown-in澱積核之熱安定性將變成重要之事。現在減低如上述之gr〇wn-in缺陷技術之開發已有所進展，但是，以這種方法所製作之低缺陷結晶，係爲了減低 grown-in缺陷來控制結晶熱履歷。藉此，認爲grown-in澱積核之熱安定性也發生變化。但是，究竟發生甚麼程度之變化卻完全不知。因此，在此低缺陷結晶之裝置工程之氧澱積舉動預料將大有偏差，結果來說導致裝置良率之降低。又，缺陷領域爲未知之晶圓時，因尙未建立其晶圓爲從那一缺陷領域所製作之判斷方法，所以欲預測在裝置工程出現甚麼氧澱積舉動爲困難之事。【發明之揭示】於是，本發明係鑑於這種問題所發明者，其目的係提供一種，不依存於結晶位置或裝置製程可安定地得到氧澱積之矽晶圓及其製造方法。又’本發明之其他目的係提供一種’評價拉起條件爲未知而缺陷領域爲未淸楚之砂晶圓之缺陷領域之方法。本發明係爲了達成上述目的所發明者，關於本發明之矽晶圓，其特徵爲矽晶圓之全面，爲N V領域、包含氏張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210χ297公慶)~「8 _ — l·--------裝-----«—許----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 __五、發明説明β ) 〇S F環領域之Ν V領域、〇S F環領域之任一’並且格子間氧濃度爲14 ppma (日本電子工業振興協會（J E I D A )規格）以下。像這樣，矽晶圓之全面爲N V領域或全面爲〇 S F環領域或這些混雜在一起之領域時，將適當地存在有熱性安定度大的grown-in澱積核，所以即使裝置製程爲不同’氧澱積之偏差爲少，也可安定地得到B M D (被稱爲Bulk Micro Defect之氧澱積物）。又，格子間氧濃度爲1 4 p p m a以下時，因grown-in澱積核之密度爲低，所以將變成依氧澱積物之結晶位置之偏差減低之矽晶圓。又，本發明係一種矽矽晶圓，其特徵爲：以切克勞斯基（Czochralski )法，從摻雜氮所培養之砂單結晶棒所切割得到之矽晶圓，該矽晶圓之全面，爲N V領域、包含〇 S F環領域之N V領域、〇S F環領域之任一。像這樣，是一種摻雜氮之矽晶圓，並且，全面爲N V 領域或0 S F環領域或這些混雜在一起之領域時，因可用高密度得到熱性安定爲大的grown-in澱積核，所以於裝置製程將變成可得到充分消滅效果之矽晶圓。此時，摻雜於矽晶圓之氮濃度爲1 X 1 0 10〜5 X 1 0 I5個 / c m 3。亦即，由於摻雜氮之效果以得到極高密度之B M D，至少需要1 X 1 0 1()個/ c m 3以上之氮濃度，與於5 X 1〇1 5個/ c m 3以上時在C Z法拉起單結晶棒時，可能妨礙單結晶化所致。本紙*張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210父297公釐1 ~Γ〇Ί '" (請先閲讀背面之注意事 •項再填· :寫本頁) 1222469 A7 B7 五、發明説明7() (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，即使於摻雜氮之晶圓時，倘格子間氧濃度爲1 4 p p m a以下時由於小grown-in澱積核之密度爲低，所以可減低依結晶位置之氧澱積物之偏差。接著，關於本發明之矽晶圓之製造方法，其特徵爲以切克勞斯基法培養矽單結晶時，將拉起速度視爲F ( m m / m i η )，從砂之熔點到1 4 0 0 °C間之拉起軸方向之結晶內溫度坡度之平均値以G ( °C / m m )表示時，從結晶中心到結晶周邊之距離D ( m m )作爲橫軸，將 F / G ( m m 2/ °C · m i η )値作爲縱軸表示缺陷分布之缺陷分布圖之Ν V領域或〇S F環領域內之結晶欲拉起結晶時，使格子間氧濃度變成爲1 4 p p m a以下。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製像這樣，解析實驗·調查結果所求得之第8圖之缺陷分布圖爲依據，能夠位於V -多領域與Ν V領域之境界線及Ν V領域與Ν I領域之境界線所圍繞之領域內，控制結晶之拉起速度F與從矽熔點到1 4 0 0 °C間之拉起軸方向之結晶內溫度坡度之平均値G以拉起結晶時，切割所培養之單結晶棒得到之矽晶圓全面，就可成爲Ν V領域、包含〇S F環領域、〇S F環領域之任一、不僅如此可將格子間氧濃度控制成1 4 p P m a以下拉起結晶。因此，若這種領域時，由於適當地存在有熱性安定大的g r 〇 w η - i η澱積核，所以，即使裝置製程不同，氧化丨殿積之偏差爲少，可安定地得到B M D。又格子間濃度成爲 1 4 p p m a以下所以可減低小grown-in澱積核之密度，可減低依結晶位置之氧澱積物之偏差。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 1 〇 _ 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明《 ) 又，本發明之方法，係一種矽晶圓之製造方法，其特徵爲：以切克勞斯基法培養矽單結晶時，將拉起速度視爲 F ( m m / m i η )，從矽之熔點到1 4 Ο 0 °C間之拉起軸方向之結晶內溫度坡度之平均値以G ( °C / m m )表示時.，從結晶中心到結晶周邊之距離D ( m m )作爲橫軸，將F / G ( m m 2/ °C · m i η )値作爲縱軸表示缺陷分布之缺陷分布圖之Ν V領域或0 S F環領域內之結晶欲拉起結晶時，邊進行摻雜氮而拉起結晶。在此條件下拉起結晶時，切割所培養之單結晶棒所得到之矽晶圓摻雜有氮，並且，可將全面，變成Ν V領域、包含0 S F環領域之Ν V領域、〇S F環領域之任一。像這樣，其係一種摻雜有氮之矽晶圓，並且全面爲 Ν V領域或0 S F環領域或這些所混雜在一起之領域時，就可用高密度得到熱性安定之大的grown-in澱積核，所以於裝置製程可製造得到充分消滅效果之晶圓。此時，可將使上述欲摻雜之氮濃度變成1 X 1 0 1()〜 5X1015 個/ cm3。並且，於此情形，依上述C Z法培養結晶時’格子間濃度能夠變成1 4 p p m a以下拉起結晶。像這樣，以摻雜氮欲得到本高密度之B M D就需要1 X 1 0 10〜5個/ c m 3以上之氮濃度，若超過5 X 1 〇 15個 / c m 3時，以C Z法拉起單結晶棒時，因可能妨礙單結晶化，所以成爲5 X 1 0 15個/ c m 3以下較佳。又，即使摻雜氮時，若格子間氧濃度爲1 4 p p m a 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~. 1' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__五、發明説明< ) 以下時，因小的grown-in澱積核之密度爲低，所以可減低依結晶位置之氧澱積物之偏差。並且，關於本發明評價之方法，係以C Z法所製作之砂晶圓之缺陷領域之評價方法，藉比較以下述工程所測定之至少2個氧澱積物密度來評價屬於評價對象之矽晶圓之缺陷領域之方法。 (1 )將評價對象之晶圓分割爲2枚以上之晶圓片（A、、、 ··· ··· ··· ^ 〇 (2 )將被分割之晶圓之晶圓片A喂給保持於從6 0 0〜 9〇0 °C溫度範圍所選擇之溫度T 1 ( t )之熱處理爐內〇 (3 )在從T 1 ( °C )以升溫速度t ( °C / m i η )升溫到1 0 0 0 °C以上之溫度Τ 2 ( °C )，保持爲成長到到可檢出晶圓片A中之氧澱積物之尺寸（但是，t € 3 〇C / m i η )。 (4 )從熱處理爐取出晶圓片A，測定晶圓內部之氧澱積物密度。 (5 )將被分割之晶圓之另外晶圓片B喂給保持於從8 0 ◦〜1 1 0 0 °C之溫度範圍所選擇之溫度T 3 ( °C )之熱處理爐內（但是，成爲T1<T3<T2)。 (6)從T3 (°C)在上述升溫速度t (t：/min)升溫到上述T 2 ( °C )，保持到晶圓中之氧澱積物成長到可檢出之尺寸。 (7 )從熱處理爐取出晶片B，測定晶圓內部之氧澱積物 (請先聞讀背面之注意事_ 1· ▼項再填· :寫本頁) 裝· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 12 - 1222469 A7 B7 五、發明説明<〇 ) 密度。以往，倘缺陷領域爲未知之晶圓時，其晶圓究竟從那一缺陷領域所製作加以判斷之方法尙未建立，所以，在裝置工程欲預測出現那一種氧澱積舉動爲困難之事，但是，若依據上述缺陷領域之評價方法，就可評價拉起速度爲未知而缺陷領域不淸楚之矽晶圓之缺陷領域，同時可預測裝置工程之氧澱積舉動。像這樣，若依據本發明，因不必依靠結晶位置或裝置製程得到安定之氧澱積，所以可得到氧澱積物密度之偏差少具有安定消滅能力之晶圓。並且，可容易比較拉起速度爲未知而缺陷領域不淸楚之矽晶圓之缺陷領域。【實施發明之最佳形態】茲再詳細地說明本發明如下。本發明人等藉進行以下之實驗，調查了 Grown-in澱積核之熱性安定性。首先，準備具有不同缺陷領域之數種類之晶圓’對於這些晶圓實施如下熱處理。將晶圓插入於設定爲T °C ( T = 7 0 0、8 0 0、 9 0 0、1 0 0 0 )之爐內之後，從τ °C到1 0 5 0 °c以 1 . 5 °C / m i η速度升溫，而在1 0 5 0 °C保持4小時。於此熱處理，以慢速度之升溫在T °C以上成長到安定之 Grown-in澱積核在1 0 5 0 °C不消滅，並且，在1 0 5 0 °C保持4小時以既有之評價方法使其成長到可檢出之尺寸本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 13 _ (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 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明<1 ) 〇重要之事，爲藉升溫速度使Gr〇wn-in澱積核充分成長 ’並且’在熱處理工程變成不發生新的澱積核之條件。因此’此熱處理後之氧澱積物（BMD : Bulk Micro Defect )密度將在T °C以上呈現安定之Grown-in澱積核密度。熱處理後之B M D密度係以紅外線散射X射線斷層照相術法 (tomography ) ( L S T )測定。測定位置係從邊緣進入到1 0 m m之處1 〇 m m間隔到中心部，深度爲從表面約 5〇//m〜180//m領域。如以上之貫驗結果，Grown-in澱積核之熱性安定性，曉得了會受到將〇S F環作爲指標之缺陷（環內側、環領域、環外側）氧濃度、結晶軸方向位置之影響。以下表示其結果。 (1 ) Grown-in澱積核與缺陷領域之關係茲於第1圖表示熱處理開始溫度T °C與B M D密度之關係。記號之塗黑部係表示低氧物（1 2〜1 4 p p m a )’反白部分係表示高氧物（15〜17 ppma)。按 ’記β形狀不同，係表示晶圓種類（結晶拉起條件）之不同’但是這些不同將不在此討論。圖表之看法，係例如7 0 CTC B M D密度爲1 X 1〇9 /cm日寸’在7 〇〇°c可殘留之Grown-in澱積核之密度爲表示1 X 1 0 9/ c m 3。理論上，若溫度變,高時在其溫度可歹！胃β 核之尺寸（臨界尺寸）將變大。在高溫可殘留本紙張尺度適用中國國家標準—(CNS ) Α4規格（21GX297公菱）~: 14 _ — (請先閱讀背面之注意事_ J# 項再填· 裝-- :寫本頁) 許 1222469 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明《2 ) 之大澱積核也可殘留。因此，在7 〇 Q C之BMD饴度，將變成在7 0 0。(：以上之溫度可殘留之所有澱積核之密度〇 (1 一 1 )〇S F環內側領域（V —多（ritch )領域）第1 ( a )圖係表示〇S F環內側之結果。熱處理開始溫度愈高B M D密度愈變低。亦即，澱積核之尺寸愈大其密度變愈低。尤其，在9 0 0 °C以上將變成1 0 6/ c m 級以下變成極低。從此事，在〇 S F環內側領域，曉得熱性比較安定大的之Grown-in殿積核之密度極低。又，因溫度依靠性強烈，所以若裝置製程條件（初期熱處理溫度）爲不同時推測B M D密度將大爲不同。 (1 一 2 )〇S F環領域與Ν V領域茲於第1 (b) (c)圖表示OSF環領域與NV領域之結果。兩者約略呈現相同傾向。與〇S F環內側比較，曉得在9 0 0 °C以上之B M D密度明顯地變高。亦即，熱性安定之澱積核密度變高。因溫度依靠性變弱，所以即使裝置製程條件不同曉得B M D密度不太有變化。在〇S F環領域與Ν V領域，是否以高溫氧化而發生〇s F 爲太有差異。此差異係被認爲在較1 0 Q Q °c更高溫度起因於安定之澱積核之不同所致。 (1 — 3 ) Ν I與I —多領域 (請先閱讀背面之注意事 J· •項再填、裝-- ;寫本頁) 訂聲本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） 1222469 A 7 B7 五、發明説明1(3 ) 茲於第1 ( d )圖表示N I與I 一多領域之結果。雖然資料數爲少，但是傾向爲與〇S F環內側之情形大約相同。從以上之結果，例如開始溫度爲測定於8 0 0 °C與 1 _〇0 0 °C之熱處理之B M D密度時，曉得了就可判斷其晶圓成爲屬於那一缺陷領域。 (2 )氧濃度依靠性（2 - 1 ) 於第2圖表示B M D密度之氧濃度依靠性。記號之不同（圓、三角、四角）係表示結晶位置之不同，分別從各個結晶肩分類爲0〜4 0 c m、4 0〜8 0 c m、8〇 c m〜0 於第2 ( a)圖係表示在7 0 0°C之BMD密度與在 8 0 0 °C之B M D密度之差値。此差値係可在7 0 0 °C殘留，但是在8 0 Ot不會殘留之Grown-in澱積核，亦即表示只極小澱積核之密度。從此結果，就可曉得小澱積核密度之氧濃度依靠性爲強烈，氧濃度變低時密度就減少。又，也具結晶位置依靠性，可看出在從結晶肩8 0 c m以上之位置密度爲減少。如第2 ( b )所示，即使於8 0 0〜9 0 0 °C之安定澱積核之密度也可看出氧濃度依靠性，但是，結晶位置之影響則沒有明確地出現。另者，如第2 (c) 、（d)所示，在900〜 1〇〇 0 °C及1 0 0 0 °C以上於只有安定之大澱積核之密本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）·，6 _ -裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) IT·--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____________- 五、發明説明<4 ) 度，可看出幾乎無氧濃度依靠性或結晶位置之依靠性。 (2 - 1 )考慮缺陷領域之影響時第3圖係表示於B M D密度之氧濃度依靠性’考慮缺陷領域之影響結果。省略了缺陷領域之境界附近之資料° 缺陷領域之影響係溫度領域愈高，亦即澱積核尺寸變成愈大就會明確地出現。如第3 (c) 、（d)所不’在 9 0 0〜1 0 〇〇°C及1 0〇0°C以上安定大的澱積核之密度，係在〇 s F環領域與N V領域顯著地變高。但是’ 幾乎無氧濃度依靠性。 (2 - 1 )與（2 - 2 )之總合結果就曉得如下事情。較小Grown-in澱積核密度，雖然強烈地依靠氧濃度與結晶位置，但是不易受到缺陷領域之影響。另者，在高溫安定性大的Growiwn澱積核密度，幾乎不依靠氧濃度或結晶位置，但是強烈地依靠缺陷領域。 (3 )氧化澱積之面內均勻性如上述，曉得了 Grown-in澱積核之熱安定性係強烈地依靠0 S F環作爲指標之缺陷領域。因此，於含有複數缺陷領域之晶圓，係可容易想到氧澱積之面內均勻性會惡化。將其結果表不於第4圖及第5圖。 (3 - 1 )高氧物之情形時本紙張尺度適用中酬家標準（CNS ) A4規格（2iGX297公釐)~—-- _ -·ν - 1· I 00ί - - I— s - - n (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 1222469 A7 __B7 五、發明説明t5 ) 於第4圖表示高氧物之（1 5〜1 7ppma )之結果。記號之不同係表示熱處理開始溫度之不同。包括有複數缺陷領域之晶圓（第4 ( c )〜（f )圖），高溫時 B M D密度之面內均勻性變壞。此係如（2 )所述，於高溫安定爲大之Grown-m澱積核密度將強烈地受到缺陷領域之影響所致。但是，倘溫度變低時面內均勻性就會變好。此係小的Grown-in澱積核密度，爲幾乎不會受到缺陷領域之影響而強烈地依靠於氧濃度所致。從此結果，考慮裝置製程之影響時，初期溫度爲低之低溫製程（7 0 0〜 8 0 0 °C )雖然B M D密度之面內均勻性不會變壞，初期溫度爲高之高溫製程（〜9 0 0 °C )被推測爲面內均勻性會變壞。此係在以往之低缺陷結晶將變成爲問題。 (3 - 2 )低氧物之情形時第5圖係表示低氧物（1 2〜1 4ppma )之結果。若與高氧物比較時於低氧物，即使熱處理開始溫度爲低溫時B M D密度之面內分布變壞。此係於氧濃度爲低時因小澱積核密度之減少，即使於任何溫度強烈受到缺陷領域之之澱積核將變成支配性所致。從此結果，於低氧物即使於任何裝置製程啓示B M D密度之面內均勻性爲變壞。本發明人，係依據以上之（1 )〜（3 )所得到之見解之後不斷努力檢討之結果，從高溫製程到低溫製程於所有裝置製程，對於安定地得到B M D密度之方法進行下述之檢討終於完成本發明。有關以下檢討之槪念圖表示於第本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210 X 297公釐）-18- ----*-----^壯衣-----^---1T-----.· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222469 A7 B7 五、發明説明X6 ) (請克閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6圖。〈檢討1〉依結晶位置減低B M D密度之偏差方法於氧澱積控制之大的問題，係依結晶位置之偏差爲大。於此次之實驗，曉得了結晶位置之影響係在7 0 0〜8 0 0 °C對於安定之小澱積核之密度很顯著。此澱積核係被認爲在結晶履歷之7 0 0 t以下之溫度帶所形成。亦即，欲減低依結晶位置之偏差，只要將7 0 0 C以下之熱履歷在結晶之頂部（肩部側（K側））與底部（尾部側（p側））變成相同即可，但是此係極爲困難之事。於是，認爲若減低密度時就可減低結晶位置之偏差。從第2圖之結果，爲了減低小澱積核密度，必須將氧濃度變成1 4 p p m a以下。若超過1 4 p p m a時就不能減低本發明目的之結晶位置之偏差。欲消除此氧澱積核之結晶位置依靠性之想法，也適用於摻雜氮之情形，只要使氧濃度變成1 4 p p m a以下即可。〈檢討2〉形成熱性安定之Grow-in澱積核之方法即使裝置製程爲不同也欲得到安定之B M D，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製就需要熱性安定之大的澱積核。大的澱積核密度強烈地依靠缺陷領域，在0 S F領域與Ν V領域變高。但是，在〇S F環領域係因高溫製程時有可能發生◦ S F之可能性，所以最佳領域係被認爲Ν V領域。與檢討1 一倂，不依靠結晶位置或裝置製程可安定地得到B M D之晶圓，係氧濃度爲1 4 p p m a以下，並且全面爲可說爲變成Ν V領域（或全面爲包含〇S F環領域之Ν V領域，或全面爲〇S F環領域）之晶圓。但是，以往之Ν V領域，澱積核密度爲1 0 7 / c m 3級不能說是充本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 19 - 1222469 A7 _ B7 五、發明説明<7 ) 分。〈檢討3〉增加於N V領域之澱積核密度之方法 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如第3圖所示，因熱性地安定之大的澱積核密度幾乎不依靠氧濃度，所以，不能期待高氧化密度之增加。於此，於N V領域考慮形成安定之澱積核之機制。在第7圖表示其槪念圖。藉控制結晶拉起條件：F / G ( F :拉起速度，G:在成長界面附近之溫度坡度），在NV 領域空孔之過飽和度就減少而抑制孔隙（void )之形成。藉此，於較孔隙形成溫度帶更低溫度’爲較形成孔隙之領域N V領域者將變成空孔過剩。因空孔過剩在較高溫之氧澱積核形成受到促進之現象，係往往以實驗已被確認。亦即，被認爲於N V領域因過剩空孔在較高溫（被認爲 1〇0 0〜7 5 0 °C左右之範圍）之澱積核形成受到促進。在高溫形成核時，在其後之冷卻過程就可充分成長，所以將變成熱性安定之大尺寸之澱積核。若依據上述之機制，藉提高空孔濃度將增加熱性安定之澱積核密度。但是，當空孔濃度變高時就會促進孔隙形成，所以結果有助益於澱積核形成之空孔濃度就會降低。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製因此，即使提高空孔濃度卻需要可抑制其凝聚之某種方法〇於是有了摻雜氮之想法。雖然也表示於第6圖，但是若進行摻雜氮時，空孔之凝聚就受到抑制因促進所殘留之過剩空孔爲高溫之澱積核形成，結果將熱性安定之澱積核密度將會增加。但是，〇S F環內側領域係由於微小 C〇P (微小孔隙缺陷）之頻發會使裝置特性變成惡化所氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~. 2〇 - I222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ·—--- ----B7___五、發明説明切 ) 以不能使用。因此，摻雜氮結晶之N V領域爲較佳，不必依靠裝置製程具有可得到安定氧澱積核之效果。茲依據第7圖說明本發明所使用以C Z法之單結晶拉起裝置之構成例如下。如第9圖所示，此單結晶拉起裝置 3 ·〇’係備有由：拉起室31、與設於拉起室31之坩堝 3 2、與配置於坩堝3 2周圍之加熱器3 4、與迴轉坩堝 3 2之坩堝保持軸3 3及其迴轉機構（未圖示）、與保持形7之種結晶5之種結晶夾具6、與拉起種結晶夾具6之繩索7、與迴轉或捲取繩索7之捲取機構（未圖示）所構成 °坩堝3 2係在收容其內側之矽熔液2側設有石英坩堝，在其內側設有石墨坩堝。又，在加熱器3 4外側周圍配置有隔熱材3 5。又，爲了設定關於本發明之製造方法之製造條件，在結晶1之固液界面4外周設環狀固液界面隔熱材8，在其上配置有上部圍繞隔熱材9。此固液界面隔熱材8，係在其下端與矽熔液2之熔液面3間設3〜5 c m之間隙1 〇所設置。上部圍繞隔熱材9係依條件有時爲不使用。並且，噴吹冷卻氣體，或也可以阻隔幅射熱冷卻單結晶裝設未圖示之筒狀冷卻裝置。另外，於最近，在拉起室3 1之水平方向外側’設置未圖示之磁鐵，在矽熔液2施加水平方向或垂直方向的磁場，來抑制熔液之對流’以促進單結晶之安定成長’使用所謂C Z法也多。茲作爲以上述單結晶拉起裝置3 0之單結晶培養方法本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格(210 X 297公釐）~-21 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ▼項再填· 裝· 訂脅 1222469 A7 R7_ 五、發明説明货) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之一例關於摻雜氮培養方法說明如下。首先’在坩堝3 2 內將矽之高純度多結晶原料加熱至熔點（約1 4 2 0 r) 以上加以熔化。此時，爲了摻雜氮，例如喂給附氮化膜矽晶圓。其次，藉捲出繩索7在矽熔液2之表面約略中心部接觸或浸漬種結晶5先端。其後，將坩堝保持軸3 3向適當方向迴轉時，並且，邊迴轉繩索7拉起捲取種結晶5 ’ 就開始單結晶培養。以後，藉適當地調節拉起速度就可得到約略圓柱狀形狀摻雜有氮之單結晶棒1。此時，於本發明，爲了控制結晶內之溫度坡度，如第 9圖所示，不僅調整上述固液界面隔熱材8下端與矽熔液 2之熔液面3間之間隙1 0之間隔，並且，於拉起室3 1 之熔液面上之單結晶棒1中之液狀部分之外周空間，熔液附近之結晶溫度爲例如從1 4 2 0 t：到1 4 0 0 °C之溫度域，裝設環狀固液界面隔熱材8，在其上配置上部圍繞隔熱材9。並且，也可以視其需要在此隔熱材上部裝設冷卻結晶之裝置，對於此從上部噴吹冷卻氣體以冷卻結晶，在筒下部安裝幅射熱反射面加以控制。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製茲舉出本發明之具體實施例說明，但是本發明爲並非限定於這些者。 (實施例1 ) 使用C Z法，在直徑2 4英吋之石英坩堝喂給原料多結晶矽，控制F / G使全面形成具有N V領域之領域單結晶棒，拉起了直徑8英吋、P型、方位〈1 〇〇〉、格子本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）-22 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222469 A7 B7 五、發明説明2(0 ) 間氧濃度 12 〜14ppma (JEIDA( Japan Electromc Industry Devel〇pment Associatl〇n )換算之單結晶棒。此際，氧濃度之控制，係藉控制拉起中之坩堝迴轉進行，又’在多結晶原料中依據是否投入具有預先既定量之氮化矽膜之矽晶圓拉起2種類之單結晶棒，從這些單結晶棒製作了全面爲由N V領域所成之鏡面硏磨晶圓（摻雜氮晶圓及非摻雜氮晶圓）。按，摻雜氮晶圓，係對於原料多結晶中之係投入量，與由氮之分凝（segregation)係數所算出之氮濃度從變成 1 X 1 0 14個/ c m 3所成位置切割而加工成晶圓者。對於這些晶圓，替代裝置製程之初期熱處理，插入於設定爲1 0 0 0 °C爐內之後，進行了從1 〇〇〇 t：到 1050°C 以 1 · 5°C/min 速度升溫，在 10 5CTC 保持4小時之熱處理。並且，將熱處理後之B M D密度使用紅外線散射X光斷層照相法（L S Τ )分別加以測定。測定位置係從邊緣進入於1 0 m m之處以1 〇 m m間隔到中心部，深度爲從表面約5 0〜1 8 0 // m之領域。其結果，B M D密度係摻雜氮晶圓爲3 X 1 0 9〜8 X 1 0 9個/ c m3，非摻雜氮晶圓爲2 X 1 0 7〜5 X 1 0 7個 / c m 3。因此，即使在裝置製程之初期進行較高溫熱處理，任一晶圓，曉得了具有優於面內均勻性之相當量之 B M D密度。亦即此係兩晶圓都表示，在高溫安定之尺寸大的Grown-in氧澱積核在面內均勻地形成。又，摻雜氮晶圓之情形時則得到相當高密度之B M D，曉得具有極高消本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）-23 - l·---------------^—IT------ί (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 1222469 A7 _ B7 五、發明説明2(1 ) 滅效果。 (實施例2 ) 將缺陷領域未知之晶圓分割爲2，將1片插入於設定爲8〇〇t爐內之後，從8〇0 °C到1 0 5 0 以1 · 5 °C / m 1 η之速度升溫，保持於1 〇 5 0 °C保持4小時，使澱積核成長到可檢出之尺寸。同樣將其餘之1片插入於設定爲1 0 0 0 °C爐內之後，從1 0〇〇t：到1〇5〇°C以1 · 5 t： / m i η之速度升溫，保持於1 Ο 5 Ο °C保持4小時，使澱積核成長到可檢出之尺寸。並且，將熱處理後之B M D密度使用紅外線散射X光斷層照相法（L S Τ )分別加以測定。測定位置係從邊緣進入於1 0 m m之處以1 0 m m間隔到中心部，深度爲從表面約5 0〜1 8 0 //m之領域。 B M D密度係從8 0 0 °C升溫者爲1 X 1 〇 9個/ c m ’從1000°C升溫者爲3xl06個/ cm3。亦即，在 8〇0°C與1 〇〇〇°C因BMD密度之差値爲具有2位數以上，此晶圓之缺陷領域係可判斷爲〇S F環內側之V — 多領域。按，本發明係並非限定於上述實施形態。上述實施形態只是例如示而已，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上爲同一之構成，可發揮同樣作用效果者任何皆包括在本發明之技術的範圍。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐）7〇4 - '" I.-------•冬------ ^------0 (請先W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 1222469 A7 B7 五、發明説明苹) 例如，於上述實施形態，關於培養直徑8英吋之矽單結晶時舉例說明，但是本發明並非限定於此，也可以適用於直徑1 0〜1 6英吋或超過其大小之矽單結晶。圖式之簡單說明第1圖係表示熱處理溫度與B M D密度關係之圖。 (a )〇S F環內側領域， (b )〇S F環領域， (c ) N V領域， (d ) N I領域與I 一多領域。第2圖係表示B M D密度之氧濃度依靠性之圖。 (a )在7〇〇°C之BMD密度與在8 0 0°C之ΒΜ D密度之密度差，亦即只有極小澱積核之結晶位置別密度分布。 (b ) 8 0 0 °C與9 0 0 °C之B M D密度差與結晶位置別密度分布， (c ) 9 0〇°C與1〇0 0 °C之B M D密度差與結晶位置別密度分布， (d )於1 〇 0 °C以上之結晶位置別B M D密度分布〇第3圖係表示考慮B M D密度之氧濃度依靠性之缺陷領域之影響之結果之圖。 (a) 700°C與800°C之BMD密度差與缺陷領域別B M D密度分布，表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）~-25- " K AW ^ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222469 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明农 ) (b ) 8 0 0 °C與9 0 0 °C之B M D密度差與缺陷領域別B M D密度分布， (c) 900°C與1000°C之BMD密度差與缺陷領域別B M D密度分布， (d )於1 〇〇〇 Τ：以上之缺陷領域別B M D密度分布。第4圖之（a )〜（f )係表示高氧物之BMD密度之面內分布之圖。第5圖之（a )〜（h)係表示低氧物之BMD密度之面內分布之圖。第6圖係表示依減低氧澱積核密度之結晶位置偏差之方法之說明圖。第7圖係表示增加在N V領域之氧澱積核密度之方法之說明圖。第8圖係將矽單結晶內之結晶之徑向位置作爲橫軸，將F / G値作爲縱軸時之諸缺陷分布圖。第9圖係於本發明所使用以C Z法之單結晶拉起裝置之槪略說明圖。主要元件對照 30 單結晶拉起裝置 31 拉起室 32 坩堝 34 加熱器本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）-26 - ---------•装-----rIIT------9 C请Λ聞讀背面之注意事項存填寫本貢) 1222469 A7 B7 五、發明説明和 ) 33 坩渦保持軸 5 種結晶 6 種子夾具 2 矽熔化液 4 固液界面 35 隔熱材 3 熔化液面 10 間隙 8 固液界面隔熱材 9 上部圍繞隔熱材 1 單結晶棒 (請洗閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，項再填· 裝· 訂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）-27 -

Claims

1222469 公告本i_ 六、申請專利範圍 ^^> " 附件2 第891 23883號專利申請案中文申請專利範圍修正本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國92年ό月13日修正 1 . 一種矽晶圓，其特徵爲：矽晶圓之全面爲Ν V領域或包含〇S F環領域之Ν V領域，並且格子間氧濃度爲1 4 ρ p m a以下。 2 . —種矽晶圓，其係使用切克勞斯基（Czochralski) 法摻雜氮所培養之矽單結晶棒切割所得到者，其特徵爲：矽晶圓之全面爲Ν V領域或包含〇S F環領域之Ν V領域。 3 .如申請專利範圍第2項之矽晶圓，其中上述被摻雜之氮濃度爲lx 1 01°〜5x 1 015個/cm3。 4 ·如申請專利範圍第2項或第3項之矽晶圓，其中上述砂晶圓之格子間氧濃度爲1 4 p p m a以下。 5 . —種矽晶圓之製造方法，其特徵爲：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製使用切克勞斯基（Czochralski)法培養矽單結晶時，將拉起速度視爲F ( m m / m i η )，從矽熔點到1 4 0 0 °C 間之拉起軸向之結晶內溫度坡度之平均値以G ( °C / m i η )表不時’將從結晶中心到結晶周邊之距離D (mm)作爲橫軸，將F / G ( m m 2/ °C ; m i η )之値作爲縱軸表示缺陷分布在缺陷分布圖之Ν V領域或包含0 S F環領域之 Ν V領域內拉起結晶時，拉起結晶使格子間氧濃度爲能夠變成14ppma以下。 6 . —種矽晶圓之製造方法，其特徵爲：使用切克勞斯基（Czochralski)法培養砍單結晶時’將本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1222469 A8 B8 C8 D8 _六、申請專利範圍拉起速度視爲F ( m m / m i η )，從矽熔點到1 4 Ο 0 °C 間之拉起軸向之結晶內溫度坡度之平均値以G ( °C / m i η )表示時，將從結晶中心到結晶周邊之距離D ( m m )作爲橫軸，將F / G ( m m 2/ °C ; m i η )之値作爲縱軸表示缺陷分布在缺陷分布圖之NV領域或包含◦ S F環領域之 N V領域內拉起結晶時，邊摻雜氮拉起結晶。 7 .如申請專利範圍第6項之矽晶圓之製造方法，其中將上述欲摻雜之氮濃度定爲1 X 1 0 1()〜5 X 1 0 15 個 / c m 3。 8 .如申請專利範圍第6項或第7項之矽晶圓之製造方法，其中使用切克勞斯基（Czochralski)法培養矽結晶時，拉起結晶使格子間氧濃度爲變成1 4ppma以下。 9 . 一種矽晶圓之缺陷領域之評價方法，其係使用切克勞斯基（Czochralski)法所製作之砂晶圓，藉比較由下述工程所測定之至少2個氧澱積物密度來評價屬於評價對象之矽晶圓缺陷之方法， (1 )將評價對象之晶圓分割爲2枚以上之晶圓片（A、B 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (2 )將被分割之晶圚之晶圓片A喂給保持於從6 0 0〜 9 0 0 °C溫度範圍所選擇之溫度T 1 ( °C )之熱處理爐內， (3 )在從T 1 ( °C )以升溫速度t ( °C / m i η .)升溫到 1 0 0 0 °C以上之溫度Τ 2 ( °C )，保持爲成長到到可檢出晶圓片A中之氧澱積物之尺寸（但是，t $3°C/m i η) (請先閲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 ) Α4規格（210Χ297公釐） _ 2 - 1222469 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (4 )從熱處理爐取出晶圓片A，測定晶圓內部之氧澱積物密度， (5 )將被分割之晶圓之另外晶圓片B喂給保持於從8 0 0 〜1 1 0 0 °C之溫度範圍所選擇之溫度T 3 ( °C )之熱處理爐內（但是，成爲T1<T3<T2)， (6 )從Τ 3 ( °C )在上述升溫速度t ( °C / m i η )升溫到上述Τ 2 ( °C )，保持到晶圓中之氧澱積物成長到可檢出之尺寸， (7 )從熱處理爐取出晶片B，測定晶圓內部之氧澱積物密度0 (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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）