TWI227286B - Silicon single crystal wafer, epitaxial silicon wafer, and methods for producing them - Google Patents
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Description
1227286 A7 —------------^ 五、發明説明（i ) 技術領域 本發明係有關存在於磊晶層中的裝置之可靠性有害的 重孟屬維頁少之4=*導體裝置製造用外延砂單晶晶圓及成爲 其基板之硼ί参_ i夕單曰η晶圓、銻丨爹雑砂單晶晶圓、及磷捧 雜矽單晶晶圓及此等之製造方法。 背景技術 外延矽單晶晶圓，係由其優越的特性長久以來即被廣 泛的使用作製造個別半導體或雙極1C等之晶圓。又對 M〇S LSI 而 s ’ 由軟體錯誤（soft err or)或（latch up) 特性亦優越的事，可被廣泛使用於微處理器單位或快閃記 憶體裝置。再者，爲使製造矽單晶時導入的由所謂內部成 長（G r 〇 w η -1 η )缺陷引起的D R A Μ之可靠性不良降低，外 延矽單晶晶圓之需要乃日益擴大著。 然而，於此種半導體裝置所使用的磊晶矽單晶晶圓上 存在重金屬雜質時，則會引起半導體裝置之特性不良。尤 其被視作最尖端的裝置所需的潔淨度，係重金屬雜質濃度 被視作1 X 1 〇1C)at〇mS/ cm2以下，存在於矽晶圓上的重金 屬雜質須予極力降低。 又，在最近的硏究，依照亦可說是此種外延晶圓外延 製程之條件及外延膜厚在磊晶成長後，被指基板晶圓表面 上存在的內部成長缺陷之影響非常顯著（木村等人，曰本 結晶成長學會誌 V〇l .24 No· 5 P .444，1 997 )。 尤其，經予摻雜銻之用作低電阻裝置的N型基板（ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線 經濟部智慈財4苟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） · 4 · 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 1227286 A7 B7五、發明説明（2 ) 以下稱作銻摻雜矽單晶晶圓）’由銻之原子半徑較矽者爲 大一事，與通常之經予摻雜硼之P型基板（以下稱作硼 摻雜5夕單晶晶圓）相比，內部成長缺陷之密度高，與其他 基板相比磊晶成長後內部成長缺陷之影響非常大，故有問 題存在。 至於爲使此種重金屬雜質降低的技術之一種，係吸氣 技術之重要性日益提高著。向來於製造邏輯裝置用外延砂 單晶晶圓時，係採用吸氣效果較高的硼摻雜矽單晶晶圓， 以電阻係數未滿1 〇 m Ω · cm之超高硼濃度之P + +型基板 (以下稱作超高硼摻雜矽單晶晶圓）用作進行磊晶成長之 基板晶圓，與以電阻係數 1 〇 m Ω · cm以上 1 〇 〇 m Q · cm以下的高硼濃度之P +型基板（以下稱作高硼矽單晶晶 圓）用作基板晶圓之情形相比，可得高裝置良品率。然而 ，超高硼摻雜矽單晶晶圓由於硼濃度非常高，故被稱作自 動摻雜（auto dope )之基板中的硼雜質一旦飛出至氣相 中，再度生成爲磊晶成長層所包圍的問題。 至於此種自動摻雜之對策，係有在減壓氣圍下進行嘉 晶成長之方法，或於基板背面貼附上CVD氧化膜用作密 封材等的方法，惟爲進行此種處理，不論何者均與生產性 惡化或成本高漲有關的問題點。 因此，以無需自動摻雜對策之高硼摻雜矽單晶晶圓用 作進行磊晶成長的基板晶圓係可予考慮的。然而，低氧濃 度之高硼摻雜矽單晶晶圓之吸氣係硼原子之偏析型吸氣， 與氧析出物引起的鬆弛型之吸氣比較，對銅或鎳等之重金 裝 訂 線 (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） -5 - Ϊ227286 A7 B7 五、發明説明（3 ) 屬雜質有吸氣能力降低的問題點存在。 另一方面，長久以來，在製造CCD用外延5夕單晶晶 圓方面，經予摻雜磷之N型基板（以下稱碟摻雜砂單晶 晶圓）或鍊摻雜5夕單晶晶圓等之N型基板係被使用作進 行嘉晶成長之基板晶圓。然而，此等N型基板，若比較 硼ί參雜砂單晶晶圓，則有氧較難析出的問題存在。此種由 於Ν型基板之氧析出量不足引起的吸氣能力之不足，係 在對C C D之歸因於重金屬雜質的結晶缺陷敏感的裝置爲 致命的問題。 尤其，銻摻雜矽單晶晶圓之情形，在利用C Ζ法使已 摻雜銻之矽單晶棒成長之際，銻濃度較高的單晶棒成長之 後半的氧濃度，欲利用氧化銻之蒸發維持高氧濃度係非常 困難的。因此由於氧濃度降低，會使由此部分經予切斷的 矽晶圓之氧析出受限制，故未能獲得製造裝置所需的吸氣 肯b力。 因此，於銻摻雜矽單晶晶圓或磷摻雜矽單晶晶圓，若 欲獲得與硼摻雜矽單晶晶圓相同程度之氧析出量時，與硼 摻雜矽單晶晶圓相較，則需要長時間之氧析出熱處理，而 有隨著生產性之惡化引起的問題存在。 例如，磷摻雜矽單晶晶圓之情形，具體而言被稱作]G 熱處理之高溫1 1 0 0 °C以上的初段熱處理，第二段在約6 0 0 〜7 00 °C之析出核形成熱處理，第三段在約10 0(TC氧析出 物形成熱處理各以數小時進行。 另一方面，爲增加此等之高硼摻雜矽單晶晶圓、銻摻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------1衣------、訂------線 (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 -6 - 1227286 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（4 ) 雜矽單晶晶圓、磷摻雜矽單晶晶圓之氧析出，可提高晶圓 之氧濃度的情形，係使氧析出促進，將此種熱處理所需的 時間縮短即成爲可能，惟晶圓之氧析出量變成過多，會引 起晶圓之變形及晶圓之強度降低等的問題。又，於此等砂 單晶晶圓之表面上形成磊晶層的情形，於磊晶層中發生雜 質氧之由於外方擴散引起的有害缺陷而對半導體裝置特性 有惡劣影響之問題點。 發明之揭示 本發明係有鑑於此種問題點而完成者，爲高硼摻雜矽 單晶晶圓、銻摻雜砂單晶晶圓、及磷摻雜矽單晶晶圓，基 板中之氧濃度不論可予抑制至不引起晶圓之變形及晶圓之 強度降低等的問題的程度，以高生產性製造並供給容易析 出氧且吸氣能力高的磊晶成長用矽晶圓及各該晶圓採用於 基板晶圓所成長的磊晶層中之重金屬雜質濃度極低的外延 矽單晶晶圓爲主要目的。 爲解決上述課題之本發明，係已摻雜摻雜劑之矽單晶 晶圓，以該矽單晶晶圓之析出熱處理後的氧析出物或氧化 誘導積層缺陷密度爲1 X 1 09個/ cm3以上爲特徵的摻雜物 予以摻雜的矽單晶晶圓。 如此，已摻雜的摻雜物之矽單晶晶圓，該矽單晶晶圓 之析出熱處理後的氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度爲1 X ] 09個/ cm3以上的矽單晶晶圓，不依摻雜物之種類而 具有高吸氣效果者，若將此晶圓用於外延矽單晶晶圓之基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -7 - -----------辦衣------、玎------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1227286 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5) 板晶圓時，可得高品質之外延矽單晶晶圓。 又，爲解決上述課題之本發明，係電阻係數1 0 m Ώ • cm以上]00 m Ω · cm以下之硼摻雜矽單晶晶圓，該硼 摻雜矽單晶晶圓中之氧濃度爲1 6 p p m a (J EID A :日本電 子工業發展協會標準）以下，且析出熱處理後的氧析出物 或氧化誘導積層缺陷密度爲1 X 1 〇 9個/ c m3以上爲特徵的 硼摻雜矽單晶晶圓。 如此，不論電阻係數10 m Ω · c m以上1 〇 〇 m q · cm以下之硼摻雜矽單晶晶圓，該硼摻雜矽單晶晶圓中之 氧濃度爲1 6 p p m a以下的低氧濃度，析出熱處理後之氧析 出物或氧化誘導積層缺陷密度在1 xlO9個/cm3以上之容 易析出氧的硼摻雜矽單晶晶圓，對銅或鎳等的重金屬雜質 具有高吸氣能力，甚且晶圓中之氧濃度因較低、晶圓會變 形、可防止晶圓強度不足的情形。 再者’右將此種砸丨參雜砂單晶晶圓供作製作外延晶圓 而用的基板晶圓時，於磊晶層中不發生由於雜質氧之外方 擴散引起的有害缺陷，且具有較高的吸氣效果，可高生產 性製得半導體裝置製作層中的重金屬雜質濃度極低的外延 石夕單晶晶圓，同時亦可解決前述自動摻雜之問題。 又本發明’係電阻係數1 0 m Ω · c m以上1 〇 〇 m Ω · cm以下之硼摻雜矽單晶晶圓，該硼摻雜矽單晶晶圓係利 用C Z法摻雜氮並將所生長的矽單晶棒薄切而得者爲特徵 之硼摻雜矽單晶晶圓。 如此’係電阻係數]〇 1Τ1 Ω · c ηι以上1 〇 〇 m q · c m n 批衣 I n 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 汉 規 # 公 A7 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 1227286 B7 五、發明説明（6 ) 以下之硼摻雜矽單晶晶圓，該硼摻雜矽單晶晶圓若係利用 CZ法摻雜氮並將所生長的矽單晶棒薄切而得者時，則在 晶圓之體（bulk )部由於氮之存在會促進氧析出，故基板 中之氧濃度即使爲不引起晶圓變形或晶圓之強度降低等的 問題之程度的低濃度，亦成爲具有較高的吸氣效果者。 再者，若將此種硼摻雜矽單晶晶圓供作製造外延晶圓 而用的基板晶圓時，則可防止由於自動摻雜使雜質包圍磊 晶層，具有較高的吸氣效果，可高生產性的製得重金屬雜 質濃度極低的外延矽單晶晶圓。 又，此情形，可將前述硼摻雜矽單晶晶圓之氧濃度設 成 1 6 p p m a 者 ° 如此若設成1 6PPma以下的低氧時加上晶圓之變形及 晶圓強度之降低的顧慮會再減少，可抑制硼摻雜矽單晶晶 圓中的結晶缺陷之形成，可防止晶圓之表面層的氧析出物 之形成。因此於晶圓表面上形成磊晶層之情形，亦對磊晶 層之結晶性不致產生惡劣影響。另一方面，在體部由於氮 之存在會促進氧析出，故即使爲此種低氧，亦可足夠發揮 吸氣效果。 夂’爲解決上述課題之本發明，係銻摻雜矽單晶晶圓 ’該銻摻雜矽單晶晶圓表面之結晶缺陷的的密度在〇. 1個 / cm2以下爲特徵之銻摻雜矽單晶晶圓。 如此，係銻摻雜矽單晶晶圓表面之結晶缺陷的密度在 〇. 1個/ cm2以下之銻摻雜矽單晶晶圓，其晶圓表面之內 部成長（Grown-in )缺陷的密度較習用的銻摻雜矽單晶晶 (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） -9- 1227286 A7 _B7_ 五、發明説明（7 ) 圓可予抑制極小的矽單晶晶圓。因此，若將此種銻摻雜矽 單晶晶圓供製造外延晶圓用之基板晶圓時，可得具有良質 的磊晶層之外延矽單晶晶圓。 又，本發明係銻摻雜矽單晶晶圓，該銻摻雜矽單晶晶 圓之析出熱處理後的氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度爲 1 X 1 09個/ cm3以上爲特徵的銻摻雜矽單晶晶圓。 如此，係銻摻雜矽單晶晶圓，該銻摻雜矽單晶晶圓之 析出熱處理後的氧析出物或氧化誘導層缺陷密度爲1 X 1 0 9 個/ cm3以上之銻摻雜矽單晶晶圓由於吸氣能力極高，成 爲晶圓表面之重金屬雜質密度極低的矽單晶晶圓。因此， 將此種銻摻雜矽單晶晶圓供製造外延晶圓而用的基板晶圓 時，可得具有良質的磊晶層之外延矽單晶晶圓。 再者，本發明係銻摻雜矽單晶晶圓，以該銻摻雜矽單 晶晶圓表面之結晶缺陷的密度爲0. 1個/ cm2以下，且析 出熱處理後之氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度1 X ] 〇9 個/ cm3以上爲特徵之銻摻雜矽單晶晶圓。 如此，係銻摻雜矽單晶晶圓.該銻摻雜矽單晶晶圓表 面之結晶缺陷的密度爲0.1個/ cm2以下，且析出熱處理 後之氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度1 X 1 〇9個/ cm3以 上的銻摻雜矽單晶晶圓，係晶圓表面之內部成長缺陷的密 度與習用的銻摻雜矽單晶晶圓相比可予抑制至極少的矽單 晶晶圓，且由於吸氣能力極高，故成爲晶圓表面之重金屬 雜質密度極低的矽單晶晶圓。因此，若將此種銻摻雜矽單 晶晶圓供製作外延晶圓而用的基板晶圓時，可得具有極良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------私衣------、玎------^ (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 -10- 1227286 A7 B7 ___ 五、發明説明（8 ) 質的磊晶層之外延矽單晶晶圓。 又，本發明係銻摻雜的單晶晶圓，該銻摻雜矽單晶晶 圓係對利用CZ法摻雜氮而生長的矽單晶棒予以薄切而得 者爲特徵之銻摻雜的單晶晶圓。 如此，銻摻雜矽單晶晶圓，該銻摻雜矽單晶晶圓若爲 利用CZ法摻雜氮而予生長的矽單晶棒經薄切而得者時， 則由於氮之影響使晶圓表面之尺度較大的內部成長缺陷之 密度成爲經予顯著的降低者。又在晶圓之體部由於氮之存 在會促進氧析出，故基板中的氧濃度即使爲不引起晶圓之 變形或晶圓之強度降低的問題之較低濃度，亦成爲以短時 間之熱處理具有較高的吸氣效果。 再者，若將此種銻摻雜矽單晶晶圓供製造外延晶圓而 用的基板晶圓時’則因基板晶圓表面之尺度較大的內部成 長缺陷較少，故給予磊晶層之惡影響極少’以短時間之熱 處理具有較高的吸氣效果，可顯著的降低磊晶層之重金屬 摻雜濃度。因此可以高生產性製得具有極高品質之磊晶層 之外延矽單晶晶圓。 此時，可將前述銻摻雜矽單晶晶圓之氧濃度設成 20ppma(JEIDA:日本電子工業發展協會標準）以下者ϋ 如此若設成20ppma以下之中’低氧時加上無需顧慮 晶圓之變形及晶圓強度之降低’可抑制銻摻雜矽單晶晶圓 中的結晶缺陷之形成，可防止在晶圓之表面層的氧析出物 之形成。因此於晶圓表面上形成磊晶層時’亦不致對磊晶 層之結晶性生成惡劣影響。另一方面’在體部由於氮之存 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -11 - 裝 . 訂 線 (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 1227286 A7 B7 五、發明説明（9 ) 在會促進氧析出，故即使爲此種中、低氧，亦可充分發揮 吸氣效果。 又，解決上述課題之本發明，係磷摻雜單晶晶圓，該 磷摻雜矽單晶晶圓，該磷摻雜單晶晶圓中的氧濃度爲 18PPma ( JEIDA :日本電子工業發展協會標準），且析出 熱處理後之氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度爲i x 1 〇9 個/ cm3以上爲特徵之磷摻雜矽單晶晶圓。 如此，係磷摻雜矽單晶晶圓，不論該磷摻雜矽單晶晶 圓中的氧濃度爲1 8Ppma以下之中、低氧濃度，析出熱處 理後的氧析出物或氧化誘導積層缺陷密度在1 X ；! 〇9個/ cm3以上之較易析出氧的磷摻雜矽單晶晶圓，對銅或鎳等 重金屬雜質即使短時間之熱處理亦具有較高的吸氣能力， 由於晶圓中之氧濃度較低，晶圓會變形，可防止晶圓之強 度不足。 再者’將此種磷摻雜矽單晶晶圓供製造外延晶圓而用 的基板晶圓時，於磊晶層上不致發生由於雜質氧之外方擴 散引起的有害缺陷，且在短間之熱處理具有效高的吸氣效 果’可以高生產性製得重金屬雜質濃度極低的外延矽單晶 晶圓。 又本發明係磷摻雜矽單晶晶圓，該磷摻雜矽單晶晶圓 係以利用CZ法摻雜氮予以生長的矽單晶棒經薄切而得者 爲特徵之磷摻雜單晶晶圓。 如此’係磷摻雜矽單晶晶圓，該磷摻雜矽單晶晶圓若 係利用CZ法摻雜氮予以生長的矽單晶棒經薄切而得者’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） · /|2 - I扯衣 I I n 訂 線 (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 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 1227286 A7 B7 五、發明説明（1〇) 則在晶圓之體部由於氮之存在而促進氧析出’故即使基體 中的氧濃度爲不致引起晶圓之變形或晶圓之強度降低等的 問題之比較低濃度，在短時間之熱處理亦成爲具有較高的 吸氣效果。 再者，若將此種磷摻雜矽單晶晶圓供製造矽外延晶圓 而用的基板晶圓時，則在短時間之熱處理具有較高的吸氣 效果，可以高生產性製得重金屬雜質濃度極低的外延矽單 晶晶圓。 此情形，可將前述磷摻雜矽單晶晶圓之氧濃度設成 18ppma以下者。 如此若設成1 8 P P m a以下之中，氧濃度時，加上晶圓 之變形及晶圓強度之降低的顧慮會更減少，可抑制磷摻雜 矽單晶晶圓中的結晶缺陷之形成，可防止在晶圓之表面層 的氧析出物之形成。因此於晶圓表面上形成磊晶層之情形 ，對磊晶層之結晶性亦不致生成惡劣影響。另一方面，在 體部由於氮之存在可促進氧析出，故即使以此種低氧亦可 充分發揮吸氣效果。 再者，於生長已摻雜氮並生長矽單晶之情形，前述矽 單晶晶圓之氮濃度爲lxl〇1G〜5xl〇]5atoms/cm3爲宜。 此爲利用氮抑制矽晶圓中的尺度之大內部成長缺陷之 形成，同時使具有能充分促進氧析出之效果，以作成1 X 1 〇1Gatoms/ cm3以上爲宜，及爲作成使不妨礙CZ法之矽 晶Η的早晶化’以δ又成5x10 atoms / cm3以下爲較宜所 致。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- ---------^-------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1227286 B7 '— 一一一 -- 一 五、發明说明（11 ) 再者，前述矽單晶晶圓，係以施加900°C〜矽熔點以 下的溫度之熱處理者爲佳。 如此，若爲對矽單晶晶圓施加900 °C〜矽熔點以下的 溫度之熱處理者時，則矽單晶晶圓表面之氮或氧係予外方 擴散，乃成爲晶圓表面層之結晶缺陷極少者。又其後在進 行嘉晶層之形成等的局溫之熱處理之際’成爲亦無析出核 會溶解且不引起析出，具有足夠的吸氣效果之晶圓。 因此，本發明係外延砂單晶晶圓，以於本發明之砂單 晶晶圓之表層部形成有磊晶層者爲特徵之外延矽單晶晶圓 〇 如此，於本發明之矽單晶晶圓之表層部形成有磊晶層 之外延矽單晶晶圓，由於無自動摻雜之問題，故成爲具有 所期待電阻値之高品質的嘉晶層者，同時不論生產性高且 可予抑制基板中的氧濃度至不引起晶圓之變形及晶圓之強 度降低等的問題之程度，對銅或鎳等的重金屬，具有較高 的吸氣效果，成爲重金屬雜質濃度極低的外延矽單晶晶圓
C 又’本發明係電阻係數1 0 m Ω · c m以上】〇 〇 m Ω · 以下之硼摻雜矽單晶晶圓之製造方法，其特徵在於利 用c Z法摻雜硼之同時生長已摻雜氮的矽單晶棒，將該矽 單晶棒薄切並加工成矽單晶晶圓之硼摻雜矽單晶晶圓之製 造方法。 如此’於電阻係數爲]0 τη Ω · c m以上10 0 ni Ω · c m以下之硼摻雜矽單晶晶圓之製造方法，利用c Z法摻 本紙張尺度適用家標準（CNS ) M規格（21〇χ 297公釐） ―― 批衣------、玎-------^ (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 1227286 A7 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 B7五、發明説明（12) 雜硼之同時生長已摻雜氮的矽單晶棒，將該矽單晶棒薄切 並加工成矽單晶晶圓，製造硼摻雜矽單晶晶圓時，在晶圓 之體部由於氮之存在會促進氧析出之故，即使基板中的氧 濃度爲不致引起晶圓之變形或晶圓之強度的降低之程度， 亦可製造具有較高的吸氣效果之硼摻雜矽單晶晶圓。 再者，若將以此種方法製造的硼摻雜矽單晶晶圓供製 造外延晶圓用之基板晶圓時，則可防止由於自動摻雜至磊 晶層引起的雜質之包圍，具有較高的吸氣效果，可以高生 生性製得重金屬雜質濃度極低的外延矽單晶晶圓。 此情形，可將該單晶棒所含有的氧濃度設成1 6 p p m a 以下。 若如此進行時，亦對磊晶層之結晶性不致生成惡劣影 響，可充分的發揮吸氣效果。 又，本發明係於銻摻雜矽單晶晶圓之製造方法，以利 用CZ法摻雜銻之同時，生長已摻雜氮之矽單晶棒，將該 矽單晶棒薄切以加工成矽單晶晶圓爲特徵之銻摻雜矽單晶 晶圓之製造方法。 如此，於銻摻雜矽單晶晶圓之製造方法，係利用 CZ 法摻雜銻之同時5生長已摻雜氮之矽單晶棒，若將該矽單 晶棒薄切並加工成矽單晶晶圓，製造銻摻雜矽單晶晶圓時 ，由於氮之影響成爲使晶圓表面之內部成長缺陷的密度顯 著的降低者。又，在晶圓之體部由於氮之存在會促進氧析 出，故即使爲基板中之氧濃度不引起晶圓之變形或晶圓之 強度降低等的問題之比較低的濃度，亦以短時間之熱處理 ---------辦衣-------、玎------$ (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 ) Α4規格（210X 297公釐） -15- 1227286 kl 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（13) 可製造具有高的吸氣效果之銻摻雜矽單晶晶圓。 再者，若以此種方法製造的銻摻雜矽單晶晶圓供製造 外延晶圓用之基板晶圓時，則基板晶圓表面之內部成長缺 陷賦與磊晶層之惡劣影響極少，以短時間之熱處理具有較 高的吸氣效果，可顯著的降低磊晶層之重金屬雜質濃度， 故可以高生產性製得具有極高品質的磊晶層之外延矽單晶 晶圓。 此時，可將該單晶棒所含有的氧濃度設成2 0 p p m a以 下。 若如此進行時，亦對磊晶層之結晶性不致生成惡劣影 響，可充分的發揮吸氣效果。 又，本發明係於磷摻雜矽單晶晶圓之製造方法，以利 用CZ法摻雜磷之同時，生長已摻雜氮之矽單晶棒，將該 矽單晶棒薄切以加工成矽單晶晶圓爲特徵之磷摻雜矽單晶 晶圓之製造方法。 如此，於磷摻雜矽單晶晶圓之製造方法，係利用 CZ 法摻雜磷之同時，生長已摻雜氮之矽單晶棒，若將該矽單 晶棒薄切以加工成矽單晶晶圓。製造磷摻雜矽單晶晶圓時 ，在晶圓之體部，由於氮之存在會促進氧析出，爲氧析出 較難引起的磷摻雜矽單晶晶圓，即使爲基板中之氧濃度不 致引起晶圓之變形或晶圓之強度降低等的問題之濃度，在 短時間之熱處理亦可製造具有較高的吸氣效果之磷摻雜矽 早晶晶圓。 再者，若以此種分法製造的磷摻雜矽單晶晶圓供製造 ---------私衣-------1T-------^ (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（210X 297公釐） -16- 1227286 A7 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 B7五、發明説明（Ή) 外延晶圓用之基板晶圓時，以短時間之熱處理具有較高的 吸氣效果，可以高生產性製得重金屬雜質濃度極低的高品 質之磊晶層之外延矽單晶晶圓。 此時，可將該單晶棒所含有的氧濃度設成1 8ppma以 下。 若如此進行時，亦對磊晶層之結晶性不致生成惡劣影 響，可充分的發揮吸氣效果。 再者，此情形，於利用CZ法生長已摻雜氮之矽單晶 棒之際以將摻雜入該單晶棒內之氮濃度設成1 X 1 〇 1 ^〜1 X 1 0 1 5 a t 0 m s / c m 3爲宜，又對前述砂單晶晶圓施加9 0 0 °c〜 矽之熔點以下的溫度之熱處理爲宜。 若如此製造矽單晶晶圓時，則可進一步製造吸氣能力 高，表面缺陷少，適用作能進行各種特性優越的磊晶成長 之基板晶圓之矽單晶晶圓。 因此，本發明係於外延矽單晶晶圓之製造方法，以利 用本發明之矽單晶晶圓之製造方法製造矽單晶晶圓，於該 矽單晶晶圓之表層部形成磊晶層爲特徵之外延矽單晶晶圓 之製造方法。 如此，於外延矽單晶晶圓之製造方法，利用上述的矽 單晶晶圓之製造方法，製造矽單晶晶圓，若於該矽單晶晶 圓之表層部形成磊晶層時，則基板晶圓表面之內部成長缺 陷給予磊晶層之影響極少，即使抑制基板中之氧濃度至不 引起晶圓之變形及晶圓之強度降低的問題之程度，由於對 重金屬以短時間之熱處理具有較高的吸氣效果，故可顯著 ---------辦衣------1T------il (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） - 17- A7 1227286 ___ B7 五、發明説明（15 ) 的降低磊晶層之重金屬雜質濃度，以高生產性可製造具有 局品質之磊晶層的外延砂單晶晶圓。 如以上說明般，在本發明係藉由採用已摻雜氮的矽晶 圓作爲外延矽單晶晶圓之基板，不論於低氧濃度之高硼摻 雜矽單晶晶圓或氧析出較難的銻摻雜、磷摻雜矽單晶晶圓 ，具有容易析出氧之較高的吸氣能力，於晶圓表面上進行 磊晶成長之情形，可以高生產性且簡單的製作磊晶層中之 缺陷密度及重金屬雜質濃度較低的高品質之外延矽單晶晶 圓。 圖式之簡單說明 第1圖爲於實施例1、比較例1，使氧析出物析出的 熱處理之後，顯示利用〇 p P法之晶圓的氧析出物缺陷密 度之測定結果的結果圖。 第2圖爲於實施例2、比較例2，顯示利用粒子計數 器測定磊晶成長前後的晶圓表面之結晶缺陷密度的測定結 果之結果圖。 第3圖爲於實施例1、比較例1，使氧析出物析出的 熱處理之後，顯示利用〇 P P法之晶圓的氧析出物缺陷密 度之測定結果的結果圖。 第4圖爲於實施例3、比較例3，顯示利用OPP法之 晶圓的氧析出物缺陷密度之測定結果的結果圖。 實施發明之最佳形態 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 11 n 111 ϋ ^ I— I n 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -18- A7 B7 1227286 五、發明説明（16 ) 以下進一步詳細說明本發明，惟本發明並非受此等所 限定者。 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 馬 本 頁 本發明係利用C Z法所製造的電阻係數〗〇 nl Q · c m 以上1 Ο 0 m Ω · c m以下的高硼摻雜矽單晶晶圓，或銻摻 雜矽單晶晶圓或磷摻雜矽單晶晶圓，尤其藉由以於結晶成 長中摻雜氮之技術可得低氧濃度且氧析出物或氧化誘導積 層缺陷密度較高的砂單晶晶圓，供作製造外延砂單晶晶圓 而用的基板晶圓’發現可以高生產性、低成本製造於磊晶 層上不致發生由於雜質氧之外方擴散引起的有害缺陷，月 具有較高的吸氣效果’重金屬雜質濃度極低的外延單晶晶 圓，並精心檢查各種條件以至完成本發明。 亦即，若將氮摻雜入矽晶圓中時，則被指出可助長矽 中的氧原子之凝集，氧析出物濃度變高（T. Abe and Η. Takeno, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vo] . 2 62, 3，1 992 ) 。此效果係可被視作氧原子之凝集過程係 行至以雜質氮爲核的不均勻核形成所致。 經濟部智慈財產局g(工消費合作社印製 由均勻核形成移 際摻雜氮時，可 晶而得的矽單晶 磊晶層成長，即 氧析出較難的銻 的氧析出物密度 晶層。再者，由 之變形或晶圓強 氧引起之惡劣影 因此，若於利用CZ法生長矽單晶之 得氧析出物濃度較高的矽單晶及加工此單 晶圓。因此藉由以此矽單晶晶圓爲基板使 使爲低氧濃度之硼摻雜矽單晶晶圓或原本 矽單晶晶圓或磷摻雜單晶晶圓，可得較高 ，其結果可成長重金屬雜質密度極少的磊 於可降低晶圓中的氧濃度，不致引起晶圓 度降低等的問題，對磊晶層亦無由於雜質 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慈財產局Μ工消費合作社印製 I227286 A7 ___B7 五、發明説明（17) 響。 因此，如此於矽單晶成長時摻雜氮而予製造的矽單晶 晶圓，硼之摻雜量以電阻係數換算計，即使爲1 0 m Ω · cm以上1 00 m Ω · cm以下程度者或原本氧析出較難的鍊 經予摻雜者或經予摻雜磷者，亦具有較高的吸氣效果，可 得局品質之嘉晶層，且亦不需對自動摻雜之對策，不僅夕^ 延矽單晶晶圓之品質之提高，亦可期待生產性及成本之改 善。 於本發明，利用C Z法摻雜氮之同時，生長已摻雜氮 之矽單晶棒，例如若依日本特開昭6 0 - 2 5 1 1 9 0號所述的 公知方法即可。 亦即，CZ法係令晶種與石英坩堝中所收容的多晶矽 原料之熔液接觸，邊令此旋轉邊徐徐提拉以生長所期待直 徑之矽單晶棒的方法，惟事先將經予摻雜硼之多晶矽原料 放入石英坩堝內，同時事先將氮化物放入石英坩堝內，或 將氮化物投入矽熔液中，或藉由以氣圍氣爲含有氮之氣圍 等，可於提拉結晶中摻雜氮。此際，藉由調整氮化物之量 或氮氣之濃度或導入時間等，可控制結晶中的氮摻雜量。 如此，利用C Z法生長單晶棒之際，藉由摻雜氮，欲 使經予導入的尺度較大的內部成長缺陷減少，同時助長矽 中的氧原子之凝集，可提高氧析出物濃度。此方法係爲無 需減緩使習用內部成長缺陷減少而進行的提拉速度，採用 習知的製造裝置，因係可容易實施的方法，不需新增設製 造裝置等，可以高生產性製造矽單晶。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -20- 訂I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1227286 A7 經濟部智慧財產局貞工消費合作社印製 B7五、發明説明（18) 又，向來係電阻係數1 〇 m Ω · c m以上1 0 0 m Ω · cm以下之高硼摻雜矽單晶晶圓之情形，與電阻係數未滿 1 0 m Ω · cm之超高濃度硼摻雜矽單晶晶圓相比，氧析出 可予抑制，又在銻摻雜矽單晶晶圓及磷摻雜矽單晶晶圓之 情形，與硼摻雜矽單晶晶圓相比，較難引起氧析出，未肯έ 獲得裝置製造上所需的吸氣能力。 尤其，於銻摻雜矽單晶晶圓之情形，利用CZ法使已 摻雜銻之矽單晶棒成長之際，銻濃度較高的成長單晶棒之 後半的氧濃度，係藉由氧化銻之蒸發欲維持高氧濃度係非 常困難的，因此藉由使氧濃度成爲極低，使由此部位經予 裁切的矽晶圓之氧析出可予抑制，未能獲得製造裝置時所 需的吸氣能力。 另一方面，對此等的晶圓，爲解決此問題若提高晶圓 內之氧濃度時，則引起晶圓之變形或晶圓強度之降低，又 於晶圓表面上已形成磊晶層之情形，由於雜質氧之向磊晶 層的外方擴散引起之缺陷會發生，反之會帶來特性之劣化 。然而，如本發明，藉由將氮摻雜於矽單晶中，不使氧濃 度提高，亦可獲得製造裝置時所需的吸氣能力。 若將氮摻雜入矽單晶中時，則會助長矽中的氧原子之 凝集，使氧析出濃度變高的理由，可被視作如前述般，氧 原子之凝集過程係由均勻核形成移行至以雜質氮爲核之不 均勻核形成所致。 因此，摻雜的氮之濃度以充分引起不均勻核形成的1 X 1 O1()at〇ms/ cm3以上爲宜。由此可充分的提高氧析出物 裝 訂 線 (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（210X 297公釐） -21 - I227286 A7 B7 五、 發明説明（19) 濃度。另一方面 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 X 1 0 1 5 a t 〇 m s 故以設成不 又，在 較高，利用 棒所含有的 ’已摻雜銻 形則可設成 若將矽 晶層之結晶 止經予形成 於矽單晶晶 另一方面， 低氧亦可充 在生長 圍之方法， 旋轉數之減 ，矽熔液之 成上述氧濃 如此， 雜所期待濃 含有所期待 刀片薄切器 刻、硏磨等 /cm 超過此 本發明 CZ法 氧濃度 之情形 1 8 p p m 單晶中 性降低 於矽單 圓之表 在體部 分發揮 矽單晶 若依向 少，導 溫度分 度範圍 於CZ 度之氮 濃度之 或線鋸 的步驟 氮濃度若超過矽單晶中的固熔界限之5 時，則因矽單晶之單結晶化本身受阻， 濃度爲宜。 ，即使在低氧濃度，氧析出物濃度由於 生長已摻雜氮之矽單晶棒之際，使單晶 在已ί爹雜棚之情形可設成 1 6 p p m a以下 則可設成2 0 p p m a以下，已摻雜銻之情 a以下之中、低氧濃度。 的氧濃度設成上述之値以下時，則使磊 的氧析出物等之缺陷，因可約略完全防 晶晶圓之表面上，故可防止對經予成長 面上的磊晶層之結晶性生成惡劣影響。 由於氮之存在可予促進氧析出，故即使 吸氣效果。 棒之際使所含有的氧濃度降低至上述範 來慣用的方法時即可。例如，藉由坩堝 入氣體流量之增加，氣圍氣壓力之降低 布及對流之調整等的手段，可簡單的設 〇 法，在摻雜硼、銻或磷之同時’經予摻 ，可得尺度較大的結晶缺陷較少，同時 氧的矽單晶棒。依通常的方法，以內周 等裁切裝置薄切後，經去角、硏磨、蝕 ，加工成矽單晶晶圓。當然’此等步驟 請 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -22- 1227286 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（20) 係止於例示已列舉的’此外亦可得淸洗’熱處理等各種步 驟，因應步驟順序之變更’部分省略等目的，可變更適當 步驟並予使用。 其次，在進行嘉晶成長之則’以於所得的砂單晶晶圓 上施加9 0 0 °C〜矽之熔點以下的溫度之熱處理爲宜。藉由 在形成磊晶層之前進行此熱處理’可使矽單晶晶圓表面之 氮向外方擴散。 將砂單晶晶圓表面之氮外方擴散，係藉由氮之氧析出 促進效果，在砂單晶晶圓表面層析出氧，利用以此爲準的 缺陷之形成，可防止對其後之磊晶層有惡劣影響所致。 此情形，氮之在矽中的擴散速度，係較氧顯著快速， 故藉由施加熱處理，可確實的將表面之氮向外方擴散。至 於具體的熱處理之條件，以在9 00 °C〜矽之熔點以下，較 宜爲Π 0 0 °C〜】2 0 0 °C之溫度範圍進行爲宜。 藉由在此種溫度範圍進行熱處理，可充分的將矽單晶 晶圓表面層之氮向外方擴散，同時亦可使氧向外方擴散， 故可約略完全防止歸因於在表面層之氧析出物的缺陷之發 生，可防止對磊晶層之結晶性有惡劣影響。 又，於進行磊晶成長之前不進行上述的熱處理，若直 接施加爲磊晶成長而用的高溫熱處理時，則氧析出核會熔 解，即使藉由其後的熱處理亦不充分的析出5而有未能獲 得吸熱效果之顧慮，惟在進彳了嘉晶成長之局溫熱處理之削 不進行上述的熱處理，於磊晶層形成時可得足夠的吸氣效 果’可得重金屬雜質濃度之極底的外延矽單晶晶圓。 ---------辦衣------、玎---I---^ (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -23- A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1227286 ____ B7 五、發明説明（21 ) 再者，至於副帶的作用，係藉由晶圓之體部（bulk ) 中的氧析出物再成長，誘導堆疊缺陷（BSF: Bulk Stae king Faults )，亦有發揮較強力的吸氣效果之情形。 以下’舉本發明之實施例及比較例並具體的說明，惟 本發明並非受此等所限定者。 實施例1 利用CZ法，於直徑24英吋之石英坩堝內，喂入已 添加指定濃度之硼的原料多晶矽至使電阻係數成1 〇 m Ω • C ill以上1 Ο 0 m Q · c m以下，且同時喂入原料多晶砂及 具有氣化砂膜之砂晶圓並熔融，以通常的提拉速度之 1 . 0 m m / m i η之速度提拉直徑8英吋、P型' 方位< 1 〇 〇 > 之單晶棒。又在提拉結晶之際控制坩堝旋轉，.使單晶中之 氧濃度成爲1 4〜1 6 p p m a ( J Ε I D A )。 氮濃度係以偏析係數之計算値計爲2〜7 X 1 〇]4atoms / c m 3。又，利用氣體熔化（g a s f u s i 0 n )法測定單晶棒之 辑濃度時’確認出係形成1 4〜1 6 p p m a之氧濃度。 由在此而得的單晶棒，採用線鋸切出晶圓，進行去角 、硏磨、蝕刻、鏡面硏磨加工，製作四片直徑8英吋之砂 單晶鏡面晶圓。在測定此四片矽單晶晶圓之電阻係數時， 四片均爲約1 4〜1 7 m Ω · c m，爲由已添加的硼之摻雜量 可予期待的範圍內。 將此等矽單晶晶圓之四片中二片於表面形成磊晶層之 則’施加1 0 5 0 °C之溫度之熱處理，可使晶圓表面之氮向 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21OX 297公釐） * 24 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 1227286 A7 A7 ____ B7 五、發明説明（22 ) 外方擴散。 於是，此等各二片之矽單晶晶圓之內，一片在1 1 70 °c，另一片在1 1 3 0 °C之溫度進行厚度6 A m之砂晶晶層之 成長。磊晶成長爐係葉片式型，加熱方式爲燈加熱方式者 。於其中藉由導入SiHCh + H2，可使於硼摻雜矽單晶晶 圓上使矽進行磊晶成長。 爲測定如此而得的外延晶圓之吸氣能力，利用N2氣 圍氣在8 00 °C進行4小時之熱處理之後利用〇2氣圍氣施 以1 000 °C 1 6小時之熱處理，使氧析出物析出。其後，以 矽晶圓之體部中的氧析出濃度評估此等外延矽單晶晶圓之 吸氣效果。 此氧析出物濃度之測定係以 OPP ( Optical Preeipitate Profiler)法進行。此0PP法，係應用正常透 視型微分干擾顯微鏡者，首先將由光源射出的雷射光以偏 光稜鏡分離成二根相互正交成9 0 °位相不同的直線偏光 光速，使由晶圓鏡面側入射。此時一個光束若橫切缺陷時 會生成位相移動，生成與另一光束間之位相差。於透過晶 圓背面後，利用偏光分析器偵測此位相差，可偵測缺陷。 此測定結果示於第1圖。在此已示於第1圖右側之繪 製圖形’係顯不出氮慘雜量2〜7乂1〇142丨0 1115/(：1：113之晶圓 之氧析出物缺陷密度，圓形繪製圖形係在1 1 7 0 °C進行磊 晶成長之情形，以三角形繪製圖形顯示在1 1 3 0 °c進行嘉 晶成長時之氧析出物缺陷密度。 由第1圖可知，於已摻雜氮之硼摻雜矽單晶晶圓之表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公慶） ---------辦衣------一、玎------i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局1工消費合作社印製 I227286 A7 _— B7 五、發明説明（23 ) 面上進行磊晶成長之晶圓，不依磊晶成長前熱處理之有無 不論興丨辰度低至 1 4〜1 6 p p m a，在任一溫度進彳了慕晶成 長的情形亦同樣的顯示較高的氧析出物密度，具有較高的 吸氣效果，比較磊晶成長前熱處理之有無的情形，可知吸 氣效果以具有熱處理之一者更大。於是，由於氧濃度較低 ’磊晶層之結晶性係非常良好的。再者，在此程度之硼摻 雜濃度因不需採行自動摻雜之對策，乃可期待生產性之提 高。 比較例1 除未摻雜氮外，餘與實施例1同法，提拉直徑8英吋 、？型、方位<1〇〇>、氧濃度14〜16ppma之硼摻雜矽單 晶棒。於是由此單晶棒與實施例1同法製作直徑8英吋之 矽單晶鏡面晶圓二片。此二片矽單晶晶圓之電阻係數係與 貫施例1同樣的二片均爲約1 4〜1 7 m Ω · c m。 因此除不進行氮之外方擴散的熱處理外，與實施例1 同樣的，以此等二片之矽單晶晶圓之內，一片在1] 70 °C ，另一片在1 1 3 0 °C之溫度進行厚度6 β m之矽嘉晶層之成 長。 於是，於所得的嘉晶晶圓內，再與實施例1同時，利 用熱處理使氧析出物析出，利用OPP法，以矽晶圓之體 部中的氧析出物濃度評估此等之磊晶矽單晶晶圓之吸氣效 果。 將此測定結果合倂示於第1圖。在此第1圖左側所示 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -26 - ---------餐------------線、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1227286 A7 ——__ B7 _ 五、發明説明（24 ) 的繪製圖形係表示未摻雜氮之晶圓的氧析出物缺陷密度， 圓形繪製圖形爲在1 1 70。(：進行磊晶成長的情形，三角形 繪製圖形爲在1 1 3 0 °C進行磊晶成長的情形之氧析出物缺 陷密度。 由第1圖’可知未摻雜氮之硼摻雜矽單晶晶圓之表面 上進行磊晶成長的晶圓，由氧濃度低至14〜16ppma，在 任一溫度下進行磊晶成長的情形亦同樣的氧析出物密度較 低，可知吸氣效果低。 實施例2 利用CZ法，於直徑24英吋之石英坩堝內，喂入已 添加指定濃度之銻的原料多晶矽，且同時喂入原料多晶矽 及具有氮化矽膜之矽晶圓並熔融，以通常的提拉速度之 1 .Omm/ min之速度提拉直徑8英吋、N型、方位<loo> 之單晶棒。又在提拉結晶之際控制坩堝旋轉使單晶中之氧 濃度成爲 20ppma ( JEIDA )以下。且在此單晶棒之提拉 ’各自改變氮摻雜量並提拉二根單晶棒。 此二根單晶棒之底部的氮濃度以偏析係數之計算値估 6 十各爲〗.〇xl〇】4atoms / cm3 及 5.0xl0】4atoms/cm3。又 利用氣體熔化法測定單晶棒之氧濃度時，確認出係形成二 根均爲10〜20ppma之氧濃度。 由在此而得的二根單晶棒，採用線銀切出晶圓，進行 去角、硏磨、蝕刻、鏡面硏磨加工，由一根單晶棒各二片 製作直徑8英吋之矽單晶鏡面晶圓合計四片。在測定此四 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝-------訂丨--------線丨丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局g(工消費合作社印製 -27- A7 !227286 _!L____ 五、發明説明（25) 片矽單晶晶圓之電阻係數時，四片均爲約7〜25 m Ω · c m，爲由已添加的硼之摻雜量可予期待的範圍。 將此等的矽單晶晶圓之表面上形成磊晶層之前’施力口 1 l 〇〇°C之溫度之熱處理，可使晶圓表面之氮向外方擴散。 再者，爲測定磊晶成長前的晶圓表面之結晶缺陷密度 ’充分淸洗此等四片之矽單晶晶圓後，採用粒子計數器測 定晶圓表面上之結晶缺陷密度。 於是，由此等二根之矽單晶棒切取的四片之矽單晶晶 圓之中的由相同單晶棒切取的二片之中，一片在1 200 °C ，另一片在1 1 2 5 °C之溫度進行厚度6 μ m之矽磊晶層之成 長。磊晶成長爐係葉片式型者，加熱方式爲燈加熱方式者 。於其中藉由導入 SiHCl3 + H2，可使於銻摻雜矽單晶晶 圓上使矽進行嘉晶成長。 爲測定如此而得的磊晶晶圓之吸氣能力，利用N 2氣 圍氣在8 0 0 °C進行4小時之熱處理之後，利用0 2氣圍氣 施以1 0 0 0 °C 1 6小時之熱處理使氧析出物析出。其後’ 以矽晶圓之體部中的氧析出濃度評估此等磊晶矽單晶晶圓 之吸氣效杲。此氧柝出物濃度之測定以前述OPP法進行 〇 另一方面，爲測定基板晶圓表面之結晶缺陷對磊晶層 的影響，各以〇 . 1 3 // m以上尺度之粒子，採用粒子計數器 測定磊晶層成長後之此等磊晶矽單晶晶圓表面之結晶缺陷 密度。 首先，將磊晶成長前後的結晶缺陷密度之測定結果示 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------辦衣--------IT------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 陘齊郎智慈財產局貨工消費合作社印製 -28- 1227286 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（26) 於第2圖。在此於第2圖之中央所示的繪製圖形表示氮摻 雜量1 . Ο X 1 0 1 4 a t 〇 m s / c m 3之晶圓表面的結晶缺陷密度， 於右側顯示的繪製圖形則表示氮摻雜量5. Ox 1 0 14 atoms/ cm3之晶圓表面之結晶缺陷密度。於是，圓形繪製圖形係 表示磊晶成長前之結晶缺陷密度，三角形繪製圖形係表示 磊晶成長後之結晶缺陷密度。且，此等數値係各自表示相 同氮摻雜量之二片晶圓之平均値者。 由第 2圖，氮摻雜量 1 . 0 X 1 0 1 4 a t 〇 m s / c m 3、氮摻雜 量 5.0 X 1 0I4at〇ms/ cm3之情形之兩者，均可得知進行磊 晶成長之前後的晶圓表面之結晶缺陷密度在〇 . 1個/ cm2 以下係極少的。 其次，將氧析出熱處理後的氧析出物密度之測定結果 示於第3圖。在此於第3圖之中央所示的繪製圖形表示氮 摻雜量1 . 〇 X 1 〇 ] 4 a t. 〇 m s / c m。之晶圓表面的結晶缺陷密度 ，於右側顯示的繪製圖形測表示氮摻雜量 5.0 X ] Oi'toms / cm3之晶圓表面之結晶缺陷密度。於是圓形繪製圖形係 表示在1 200 °C進行磊晶成長之情形，三角形繪製圖形係 表示在1 ] 2 5 °C進行磊晶成長之情形的氧析出物缺陷密度 〇 由第3圖，於已摻雜氮之銻摻雜矽單晶晶圓之表面上 進行磊晶成長之晶圓，不論在任一溫度儘管進行磊晶成長 的情形亦同樣的顯示較高的氧析出物密度，可知具有較高 的吸氣效果。再者，此實施例之磊晶矽單晶晶圓之製造上 所需的吸氣熱處理時間，與以採用硼摻雜矽單晶晶圓基板 辦衣------1T-----—ί ^ (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 ) Α4規格（210X297公釐） -29- 1227286 A7 B7 五、發明説明（27) 晶圓之情形僅需要相同程度之時間，可期待生產性之提高 經濟部智慧財產局a(工消費合作社印製 比較例2 除未摻雜氮外，餘與實施例2同法，提拉直徑8英吋 、N型、方位< 1 00 >、氧濃度200ppma以下之銻摻雜砂 單晶棒。於是由此單晶棒與實施例2同法製作直徑8英吋 之矽單晶鏡面晶圓二片。此二片矽單晶晶圓之電阻係數係 與實施例1同樣的二片均爲約7〜2 5 m Ω · cm。 因此不進行氮之外方擴散的熱處理外，與實施例2同 樣的，利用粒子計數器測定此等矽單晶晶圓表面之結晶缺 陷密度，再者以此等二片之晶圓之內、一片在1 200 °C， 另一片在1 1 2 5它之溫度進行厚度6 // m之矽磊晶成長。 因此於所得的磊晶晶圓上以與實施例同法，利用熱處 理使氧析出物析出，藉由 OPP法以矽晶圓之體部之中的 氧析出物濃度評估此等的磊晶矽單晶晶圓之吸氣效果之同 時，利用粒子計數器測定磊晶成長後之晶圓表面的結晶缺 陷密度。 將此比較例之晶圓之磊晶成長前後的結晶缺陷密度之 測定結果合倂表示於第2圖。在此第2圖之左側所示的繪 製圖形係表示不摻雜氮之晶圓之表面的結晶缺陷密度、三 角形繪製圖形係表示磊晶成長後之結晶缺陷密度，且此等 數値係表示各二片晶圓之平均値。 由第2圖可知，不摻雜氮之銻摻雜矽單晶晶圓係在磊 裝 . 訂 . 線 (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（210X：297公釐） -30- A7 1227286 B7 五、發明説明（28 ) 晶成長之前後’晶圓表面之結晶缺陷密度係超過〇. 5個/ cm2，與摻雜著氮之晶圓相比，有更高的結晶缺陷密度。 又將比較例之晶圓之氧析出熱處理後的氧析出物密度 之測定結果合倂表示於第3圖。在此於第3圖之左側所示 的繪製圖形係表示著未摻雜氮之晶圓的氧析出物密度。於 是圓形繪製圖形爲在1 200 °C進行磊晶成長的情形，三角 形繪製圖形爲在1 1 2 5 °C進行磊晶成長的情形之氧析出物 缺陷密度。 由第3圖可知，於未摻雜氮之銻摻雜矽單晶晶圓之表 面上進行磊晶成長之晶圓，係與以硼摻雜矽單晶晶圓爲基 板之情形相同程度之熱處理時間，氧濃度由於在2〇Ppm a ]、爲中寺程度之故’在任一·溫度進彳了嘉晶成長之情形氧析 出物密度亦低，可知吸氣效果較低。 實施例3 利用CZ法，於直徑1 8英吋之石英坩堝內，喂入已 添加指定濃度之磷的原料多晶矽，且同時喂入原料多晶石夕 及具有氮化矽膜之矽晶圓並熔融，以通常的提拉速度之 1 . 0 m m / m i η之速度提拉直徑6英吋、N型、方位< 1 〇 0〉 之單晶棒。又在提拉結晶之際，控制坩堝旋轉’使單晶中 之氧濃度成爲1 8 p p m a ( J ΕID A )。 利用F T — I R測定此單晶棒之尾部的氮濃度時爲 5.0 X 1 0 14 a t 〇 m s / c m3。又，利用F T - I R測定單晶棒之 氧濃度時，確認成爲1 8ppma之氧濃度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I I I 訂 I 键 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財"局資工消赏合作社印製 -31 - A7 B7 I227286 五、發明説明（29 ) 採用線鋸由在此而得的單晶棒切取晶圓，施加去角、 硏磨、蝕刻、鏡面硏磨加工，製作直徑6英吋之矽單晶鏡 面晶圓四片。測定此四片之矽單晶晶圓之電阻係數時，四 片均爲約5〜1 〇 m Ω · c m，由已添加的磷之摻雜量爲在 可予期待的範圍內。 對此等砂單晶晶圓之四片中二片，於表面上形成嘉晶 層之前，在1 1 0 0 °C施加3 0分鐘之熱處理使晶圓表面之氮 向外方擴散。 因此’此等各二片之砂單晶晶圓之內，一片在1170 °C ’另一片在113 0°C之溫度進行厚度20# m之矽磊晶層 之成長。磊晶成長爐係於擒筒型之鐘形甕（bell jar)內 配置有載置基板晶圓之承接器者，加熱方式係輻射加熱方 式者。藉由於其中導入SiHCl3 + H2，於磷摻雜矽單晶晶 圓上使矽進行磊晶成長。 爲測定如此而得的磊晶晶圓之吸氣能力，利用N2氣 圍氣在8 0 0 °C進行4小時之熱處理後利用〇2氣圍氣，施 以1 6小時1 0 0 0 °C之熱處理，使氧析出物析出。 此後’以矽晶圓之體部中的氧析出物濃度評估矽晶圓 之體部中的氧析出物濃度。此氧析出物濃度之測定係利用 前述的OPP法進行。 將此測定結果示於第4圖。在此於第4圖之右側所示 的繪製圖形，係表示氮摻雜量5.0 X 1 0]4at〇ms/ cm3之晶 圓之氧析出物缺陷密度，圓形繪製圖形在於1 1 7(TC進行 磊晶成長之情形，三角形繪製圖形係表示在1 1 3 0 °C進行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 閱 背 1¾ 之 注 意 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -32- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1227286 A7 B7 五、發明説明（3〇) 磊晶成長之情形的氧析出物缺陷密度。 由第4圖，於已摻雜氮之磷摻雜矽單晶晶圓之表面上 進行磊晶成長的晶圓，儘管氧濃度爲Uppma成中等程度 ’在任一溫度進行磊晶成長之情形亦同樣的表示1 X 1 〇 9 個/ cm3以上的較高氧析出物密度，可知具有較高的吸氣 效果。比較磊晶成長前熱處理之有無的情形，可知吸氣效 果，以有熱處理之一者爲更大。因此，因氧濃度較低，嘉 晶層之結晶性非常良好。再者，此實施例·之磊晶成長前的 析出熱處理時間，係完全無熱處理，或與習用的IG熱處 理比較，在非常短的時間可完成，可期待生產性之提高。 比較例3 除未摻雜氮外，餘與實施例3同法，將直徑6英吋、 N型、方位< 1〇〇>、氧濃度 18ppma之磷摻雜矽單晶棒 ’因此，由此單晶棒與實施例同法製作直徑6英吋之矽單 晶鏡面晶圚四片。此四片之矽單晶晶圓之電阻係數，係與 實施例3同樣二片均爲約5〜]Ο Ο Ω · cm。 對此等四片之晶圓之中二片，再施加可使氧析出物促 進的IG熱處理。亦即於最初在1 l〇(TC施加30分鐘之初 段熱處理，其次進行6 5 0 °C之析出核形成熱處理4小時， 再者加上1 0 0 (TC之氧析出物形成熱處理1 6小時。此等每 一片β砂早晶晶圓之內’ 一片在1170C ’另一*片在1130 t：之溫度進行厚度2 0 // m之矽磊晶層之成長。因此，對 所得的磊晶晶圓再與實施例同法利用熱處理使氧析出物析 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -33- 批衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1227286 B7 五、發明説明（31 ) 出，利用 OPP法，以矽晶圓之體部中的氧析出物濃度評 估此等的磊晶矽單晶晶圓之吸氣效果。 將此測定結果合倂表示於第4圖。在此第4圖之左側 所示的繪製圖形，係表示未摻雜氮之晶圓的氧析出物缺陷 密度，隱形繪製圖形爲在 η 7 (TC進行磊晶成長之情形， 三角形繪製圖形係表示在1 1 3 (TC進行磊晶成長之情形的 氧析出物缺陷密度。 由第4圖，於未摻摻雜氮之磷摻雜矽單晶晶圓之表面 上進行磊晶成長的晶圓，在磊晶成長之前未進行IG熱處 理的情形，由於氧濃度爲1 8 p p m a的中等程度，故在任一 溫度進行磊晶成長之情形，氧析出物密度亦同樣的低，可 知吸氣效果較低。又，即使於經上述長時間之IG熱處理 之情形，摻雜氮僅可得與磊晶成長前未進行熱處理的情形 相同程度之析出物密度。 且，本發明並非受上述實施形態所限定者。上述實施 形態係例示，具有與本發明之申請專利範圍所記載的技術 思想相同的構成，達成相同的作用效果，即使爲任一者亦 被包含於本發明之技術範圍內。 例如，於本發明.，在利用CZ法生長已摻雜氮之矽單 晶棒之際，係不問對熔液是否施加以磁場者。本發明之 CZ法係亦包含施加所謂磁場之M CZ法。 又，於進行磊晶成長之際，不限於CVD法之磊晶成 長，利用Μ Β Ε法進行磊晶成長，製造磊晶矽單晶基板時 亦可適用於本發明。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ^ 裝------—訂---------,—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經、¾部智慧財產局員工消費合作社印製 -34- 1227286 A7 B7 五、發明説明（32) 再者’在上述實施形態，不論爲高硼摻雜濃度且低氧 濃度之高硼摻雜矽單晶晶圓，又中、低氧濃度之銻摻雜矽 單晶晶圓或磷摻雜砂單晶晶圓，尤其對具有較高的吸氣效 果之晶圓利用摻雜氮而得的情形爲中心予以說明，惟本發 明並非受此所限定者，電阻係數爲1 0 m Q · c m以上1 〇 〇 m Ω · cm以下的高硼摻雜矽單晶晶圓，該矽單晶晶圓中 之氧濃度在1 6 p p m a以下的較低者，且析出熱處理後之氧 析出物或氧化誘導層合缺陷密度爲多至1 X 1 0 9個/ c m 3以 上者，或銻摻雜矽單晶晶圓，該矽單晶晶圓表面之結晶缺 陷的密度係少至〇 . 1個/ cm2以下者，析出熱處理後之氧 析出物或氧化誘導層合缺陷密度多至1 xlO9個/cm3以上 者，或磷摻雜矽單晶晶圓，該矽單晶晶圓中的氧濃度爲 1 8ppma以下之中、低濃度者，且析出熱處理後的氧析出 物或氧化誘導積層合缺陷密度若多至】xlO9個/cm3以上 者時，則被包含於本發明之範圍內。 又，在本發明所謂的氧析出物或氧化誘導層合缺陷密 度爲1 X 1 0 9個/ c m 3以上，不論於對砂晶圓施加析出熱處 理之後，抑或在施加供裔晶成長而用的熱處理之後施加析 出熱處理之情形，同樣的若爲可得上述的氧析出物或氧化 誘導缺陷密度者，則可被包含於本發明之範圍內。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財/|為Η工消費合作社印製 -35-
Claims (1)
1227286 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 1 . 一種磊晶矽單晶晶圓，其係磊晶矽單晶晶圓，其特 徵係在摻雜電阻係數1 0 m Ω · c m以上1 〇 〇 ηι Ω · c m以下之 硼之矽單晶晶圓之表層部形成磊晶層者，該摻雜硼之矽單 晶晶圓係將利用CZ法摻雜氮成長之矽單晶棒，經薄切所 得者，該摻雜硼之矽單晶晶圓之氮濃度爲1 X 1 〇 1 ^〜 5xl〇15atonis/cm3，氧濃度爲 16ppma 以下。 2 .如申請專利範圍第1項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 摻雜硼之矽單晶晶圓係施加900 °C〜矽之熔點以下之溫度 的熱處理者。 3 .如申請專利範圍第1項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 摻雜硼之矽單晶晶圓之析出熱處理後之氧析出物或氧化誘 導層合缺陷密度爲1 x 1 〇9個/cm3以上。 4 .如申請專利範圍第1項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 摻雜硼之ΐ夕單晶晶圓係由利用c z法以1 · 〇 m m /m」n以上之 提拉速度成長之矽單晶棒所得者。 5 . —種磊晶矽單晶晶圓，其係磊晶矽單晶晶圓，其特 徵係在摻雜銻之矽單晶晶圓之表層部形成磊晶層者’該摻 雜銻之矽單晶晶圓係將利用CZ法摻雜氮成長之矽單晶棒 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，經薄切所得者，該摻雜銻之矽單晶晶圓之氮濃度爲 1 X 1 0 】G 〜5 X 1 0 1 5 a t 〇 m s / c ηι3，氧濃度爲 2 0 p p m a 以下。 6.如申請專利範圍第5項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 摻雜銻之矽單晶晶圓係被施加9 0 0 °C〜矽之熔點以下之溫 度的熱處理者。 7 .如申請專利範圍第5項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1227286 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 慘雜鍊之砂單晶晶圓之晶圓表面之結晶缺陷的密'度爲〇」 個/'cm2以下。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 .如申請專利範圍第5項之磊晶矽單晶晶圓，其中該 慘雜鍊之砂單晶晶圓係由利用C Z法以1 . 0 m m / m i η以上之 提拉速度成長之矽單晶棒所得者。 9 . 一種磊晶矽單晶晶圓，其係磊晶矽單晶晶圓，其特 徵係在摻雜磷之矽單晶晶圓之表層部形成磊晶層者，該摻 雜磷之矽單晶晶圓係將利用C Ζ法摻雜氮成長之矽單晶棒 ，經薄切所得者，該摻雜磷之矽單晶晶圓之氮濃度爲 lxl01G 〜5xl〇i5atoms/cm3，氧濃度爲 18ppma 以下。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之磊晶矽單晶晶圓，其中 該摻雜磷之矽單晶晶圓係被施加9 0 0 °C〜矽之熔點以下之 溫度的熱處理者。 1 1 ·如申請專利範圍第9項之磊晶矽單晶晶圓，其中 該摻雜磷之矽單晶晶圓之析出熱處理後之氧析出物或氧化 誘導層合缺陷密度爲1 X 1 〇9個/ c m3以上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 ·如申請專利範圍第9項之磊晶矽單晶晶圓，其中 該摻雜磷之矽單晶晶圓係由利周CZ法以1 .Omm/min以上 之提拉速度成長之矽單晶棒所得者。 1 3 · —種磊晶矽單晶晶圓之製造方法，其特徵係利用 C Z法同時摻雜硼及氮，使長成電阻係數1 〇 m Ω · c m以上 1 OOm Ω · cm 以下，氮濃度爲 1 χ 1 〇 1G 〜5 χ ] 0 】5atoms/cm3， 氧濃度爲1 6ppma以下之矽單晶棒，該矽單晶棒經薄切並 加工成電阻係數1 0 m Ω · c m以上1 〇 0 m Ω · c m以下之矽單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） -e?--—-- 1227286 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 晶晶圓，該矽單晶晶圓之表層部形成磊晶層。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之磊晶矽單晶晶圓之製造 方法，其中對於該砂單晶晶圓施加9 0 0 °C〜矽之熔點以下 之溫度的熱處理後’形成磊晶層。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之磊晶矽單晶晶圓之製造 方法，其中藉由CZ法以1 .Omm/min以上之提拉速度，使 該矽單晶晶圓成長。 1 6. —種嘉晶矽單晶晶圓之製造方法’其係嘉晶矽單 晶晶圓之製造方法，其特徵係利用C Z法同時摻雜銻及氮 ，長成氮濃度爲lxl〇】G〜5xl〇15atomS/cm3 ’氧濃度爲 20PPma以下之矽單晶棒，該矽單晶棒經薄切並加工成矽 單晶晶圓，該矽單晶晶圓之表層部形成嘉晶層。 ]7 .如申請專利範圍第1 6項之磊晶砂單晶晶圓之製造 方法，其中對於該矽單晶晶圓施加900 °C〜砂之熔點以下 之溫度的熱處理後，形成磊晶層。 1 8 .如申請專利範圍第I 6項之嘉晶砂單晶晶圓之製造 方法，其中藉由C Z法以1 . 〇 ni m / m i η以上之提拉速度.，使 該砂單晶晶圓成長。 19. 一·種嘉晶砂單晶晶圓之製造方法’其係硕曰0砂卓 晶晶圓之製造方法，其特徵係利用C Ζ法同時丨寥雜碟及氮 ，長成氣濃度爲lxlO】G〜5><10】5atoms/crrr ’氧濃度爲 1 8PPma以下之矽單晶棒，該矽單晶棒經薄切並加工成石夕 單晶晶圓，該矽單晶晶圓之表層部形成嘉晶層° 2 〇 .如申請專利範圍第1 9項之磊晶矽單晶晶圓之製造 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） ---------^-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •—m 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1227286 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 方法，其中對於該矽單晶晶圓施加90(TC〜矽之熔點以下 之溫度的熱處理後，形成磊晶層。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項之磊晶矽單晶晶圓之製造 方法，其中藉由CZ法以l.Omm/min以上之提拉速度，使 該矽單晶晶圓成長。 -- (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 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）
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