TWI272322B

TWI272322B - Silicon single crystal wafer and epitaxial wafer, and method for producing silicon single crystal

Info

Publication number: TWI272322B
Application number: TW092112682A
Authority: TW
Inventors: Masahiro Sakurada; Nobuaki Mitamura; Izumi Fusegawa; Tomohiko Ohta
Original assignee: Shinetsu Handotai Kk
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2007-02-01
Also published as: CN1653213A; EP1502972A4; WO2003095716A1; EP1502972B1; KR100932742B1; KR20040107504A; US7294196B2; CN1304647C; JP2003327493A; TW200401053A; US20050252441A1; EP1502972A1; JP4092946B2

Description

1272322 1 ι , j (1) 玖、發明說明【發明所屬之技術領域】本發明係關於沒有後述之V區域、I區域、及OSF區域之一種的缺陷，也不存在藉由Cu沈積所檢側之缺陷區域’具有優異電氣特性及吸氣能力的N區域的單結晶矽【先前技術】近年來，伴隨半導體電路的高集成化的元件之微細化 ’封於成爲其之基板而以柴可拉斯基法（Czochralski Method : CZ法）所製作的單結晶矽之品質要求提高。特別是被稱爲 FPD、LSTD、COP等之內長（Grown-in )缺陷而會使氧化膜耐壓特性或裝置的特性惡化之起因於單結晶成長的缺陷存在，其密度和尺寸之降低受到重視。在說明這些缺陷之時，首先，就決定被取入單結晶矽而稱爲空白（Vacancy，以下有時略記爲「v」）之空孔型的點缺陷，及稱爲空隙矽（interstitial_Si，以下有時略記爲「I」）之晶格間型矽點缺陷之個別被取入之濃度的因子，說明一般爲所熟知者。在單結晶矽中，所謂V區域係vacancy，即由矽原子之不足所發生的凹部、孔很多的區域，所謂Ϊ區域係由於石夕原子多餘存在所發生之位錯或多餘之矽原子塊多的區域。另外，在V區域和I區域之間，存在沒有（少數）原子不足或多餘之中性（Neutral ’以下，有時略記爲「N」） 1272322 (2) 區域。而且，上述內長缺陷（FPD、LSTD、COP等）總之是V或I在過飽和之狀態時，點缺陷凝集之結果而發生，即使存在少許之原子的偏置，如在飽和以下，點缺陷不會凝集，知道不會存在爲上述內長缺陷。第7圖係顯示單結晶之成長速度和缺陷分布圖。上述之兩點缺陷的濃度係由CZ法之結晶的上拉速度（成長速度）和結晶中的固液界面附近的溫度梯度G之關係所決定，在V區域和I區域之邊界附近，稱爲OSF(氧化誘發積層缺陷，Oxidation Induced Stacking Fault)之缺陷在垂直於結晶成長軸之方向的剖面來看時，可以確認係環狀分布（以下，有時稱爲OSF環）。而且，這些起因於結晶成長之缺陷，在使用通常之結晶中固液界面附近的溫度梯度G大的爐內構造（熱區： HZ )的CZ上拉機中，在結晶成長軸方向將成長速度由高速改變爲低速食，可以獲得如第7圖所示之缺陷分布圖。如分類起因於結晶成長之缺陷時，例如，在成長速度爲0.6mm/min前後以上之比較高速時，空孔型之點缺陷集合之起因於空孔的 FPD、LSTD、COP等之內長缺陷高密度存在於結晶直徑方向，這些缺陷存在的區域成爲V區域（第7圖之線（A))。

另外，成長速度在0.6mm/min以下時，伴隨成長速度之降低，0 S F環由結晶之周圍發生，在此環之外側，被認爲係起因於晶格間矽集合之位錯環的 L/D(Large Dislocation :晶格間位錯環之略稱記號，LSEPD、LFPD 1272322 ι » (3) 等）缺陷（巨大位錯核團）低密度存在，這些缺陷存在之區域便成爲I區域（也有稱爲L/D區域）。另外，如成長速度低於〇.4mm/min前後以下時，OSF環收縮於晶圓中心而消滅，全面成爲I區域（第7圖之線（C ))。另外，如第7圖所示般，近年來在V區域和I區域之中間，於OSF環之外側也發現稱爲上述之N區域的起因於空孔之 FPD、LSTD、COP，起因於晶格間矽之LSEPD 、LFPD也不存在之區域的存在。依據報告此區域係在〇 s F環之外側，而且，施以氧析出熱處理，以X - r a y觀察等以確認析出的對比時，幾乎沒有氧析出，而且，在 LSEPD、LFPD形成愈不豐富之I區域側（第7圖之線（B ))° 此種N區域在通常之方法中，在降低成長速度時，係對於成長軸方向爲斜斜存在，所以在晶圓面內，只存在於一部份。關於此N區域，在伯龍科夫理論（V . V . V o r ο n k o v ; Journal of Crystal Growth，59(1982(625-643)中，倡議上拉速度（V )和結晶固液界面軸方向溫度踢度（G )之比 V/G的參數係決定點缺陷之整體濃度。如由此予以考慮時，由於在面內上拉速度（成長速度）幾乎爲一定故，所以在面內，G係具分布特性，例如，在某上拉速度中，只能獲得中心爲V區域，夾住N區域而周邊成爲I區域之結因此，最近改良面內之G分布，例如一面將上拉速 (4) 1272322 度（成長速度）慢慢降低而上拉時，變成可以製作以某種上拉速度使此種只斜斜存在的N區域擴展於橫向全面（晶圓全面）之結晶。另外，爲了使此全面N區域之結晶擴大於長度方向，如維持此區域橫向擴大時的上拉速度而上拉時，則可某種程度達成。另外，如考慮隨著結晶成長，G隨著變化，予以補正，總之使V/G成爲一定而調節上拉速度時，則得以擴大在成長方向也相應地成爲全面N 區域之結晶。修另外，在最近中，如將N區域進一步分類時，有鄰接OSF環之外側的Nv區域（空孔多之區域）和鄰接I區域之Ni區域（晶格間矽多之區域），了解在Nv區域中，於熱氧化處理時，氧析出量多，在Ni區域中，幾乎沒 * 有氧析出。因此，如地8圖所示般，在習知的N區域中的結晶成長中，以不區別氧析出量多的Nv區域和幾乎沒有氧析出層之Ni區域而混合存在的N區域使之成長，或者以Nv ® 區域或者Ni區域之某一種的區域進行單結晶矽之育成，以進行獲得全面N區域之矽晶圓。可是，如上述般，知道不單爲全面N區域，在熱氧化處理時，不產生OSF環，而且，全面爲不存在FPD、 L/D之單結晶，而且氧化膜缺陷也會顯著發生。其成爲使氧化膜耐壓特性之電氣特性劣化的原因，單單爲習知之全面爲N區域，並不足夠，期望深一層提高電氣特性。另外，在上述氧析出多的Nv區域中，即使育成結晶，在吸 -8- 1272322 (5) 氣能力也產生偏差，會有不一定能提升裝置產品率之情形，期望品質之進一步改善【發明內容】因此，本發明之目的在於提供：於藉由柴可拉斯基法以製造單結晶矽時，都不屬於空孔豐富之V區域、◦ s F 區域，及晶格間矽豐富的I區域中之一，而且，具有優異的電氣特性及吸氣能力，可以確實提升裝置產品率之單結晶石夕及嘉晶晶圓。爲了達成上述目的，如依據本發明係提供一種單結晶矽晶圓，是針對藉由柴可拉斯基法所育成的單結晶矽晶圓，其特徵爲：在進行熱氧化處理時，發生於環狀之OSF 的外側之N區域，且藉由Cu沈積所檢測之缺陷區域不存在，而且至少晶圓中心其氧析出處理後的BMD密度在 IX 107個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30 // sec 以下之數値的高氧析出Nv區域內者。此種單結晶矽晶圓係沒有形成V區域之FPD等之缺陷、I區域之巨大位錯核團（cluster ) (LSEPD、LFPD)、及OSF缺陷之N區域’且不存在藉由Cu沈積所檢測之缺陷（Cu沈積缺陷），藉由晶圓壽命期變低程度之高氧析出，具有極高之吸氣能力，而且，具有高氧化膜耐壓上優異的電氣特性’㉟夠確貫提升裝置產品率。在此情形下’最好上述高氧析出Nv區域存在於晶圓面內之8 0 %以上的區域。 -9- (6) 1272322 雖然如上述之高氧析出Nv區域以佔有晶圓面內之更廣的區域爲佳，但是只要是晶圓面內之80%以上的區域爲高氧析出Νν區域的晶圓，則晶圓之幾乎整體具有足夠高的吸氣能力，可以充分提升裝置產品率。另外，提供一種磊晶晶圓，其特徵爲：在上述之單結晶矽晶圓形成磊晶層。 ‘ 如係上述之磊晶晶圓，則可以形成無缺陷之磊晶層，會成爲電氣特性及吸氣能力也優異的磊晶晶圓。 · 另外，如依據本發明，提供一種單結晶矽之製造方法，是針對藉由柴可拉斯基法所進行之單結晶矽之製造方法，其特徵爲：在進行熱氧化處理時，發生於環狀之OSF 一的外側之Ν區域，且藉由Cu沈積所檢測之缺陷區域不存，在，而且至少晶圓中心在氧析出處理後，BMD密度在 IX 107個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30 // sec 以下之數値的高氧析出Νν區域內，育成單結晶。如依據此種製造方法，可以獲得在將育成之結晶作成 ® 晶圓時，係沒有形成V區域之FPD等之缺陷、I區域之巨大位錯核團、及OSF缺陷之Ν區域，且不存在Cu沈積缺陷，產生足夠之氧析出使晶圓壽命期降低，而具有吸氣能力的同時，也具有優異的電氣特性之單結晶矽晶圓。在此情形下，最好上述高氧析出Νν區域存在於晶圓面內之80 %以上的區域而育成單結晶。如此高氧析出Νν區域佔有面內之80%以上的區域以育成單結晶矽時，可以確實獲得幾乎涵蓋全面而具有極高 -10- (7) 1272322 的吸氣能力之單結晶砂晶圓。另外’提供其他之單結晶砂之製造方法，是針對藉由柴可拉斯基法之單結晶矽之製造方法，其特徵爲：控制爲在漸減上拉中的單結晶矽之成長速度時，在由於OSF環消滅後殘存的Cu沈積所檢測之缺陷區域消滅的邊界成長速度，及更漸減成長速度時，在進行氧析出處理時，BMD 密度在1X1 07個/cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30 // sec以下之數値的高氧析出Nv區域消滅的邊界成長速春度之間的成長速度，以育成單結晶。即使藉由此種方法，也不會形成FPD等之V區域缺陷、巨大位錯核團等之I區域缺陷、及OSF曲線，也不存 ~ 在Cu沈積缺陷，可以獲得具有優異電氣特性及吸氣能力 - 之單結晶矽晶圓。在此情形下，以氧析出處理係在400〜700°C之氮氣環境中，施以20分鐘〜5小時之前處理，接著，以700〜900 °C ，施以3〜5小時之乾氧化後，以900〜1 100t：，進行 β 1 0〜20小時之乾氧化處理爲佳。以施以此種氧析出處理而所測量之ΒΜ〇密度及/或者晶圓壽命期爲基準，如上述般以育成單結晶矽時，可以獲得確實具有所期望之吸氣能力的單結晶矽晶圓。另外，以將單結晶矽之初期氧濃度控制在 20ppma(ASTM，79)以上而育成單結晶爲佳。控制爲如上述之初期氧濃度以育成單結晶矽時，在氧析出熱處理後，可以獲得特別具有優異吸氣能力之單結晶 -11- 1272322 (8) 石夕晶圓。如上述般，如依據本發明，在藉由柴可拉斯基法以製造單結晶矽時，可以提供不屬於空孔豐富之V區域、OSF 區域、Cu沈積缺陷區域、及晶格間矽豐富的I區域之任一者’基於高耐壓及高析出，具有優異電氣特性和吸氣能力之單結晶矽。另外，藉由利用此矽晶圓，可以提供在磊晶層不會形成缺陷，另外，具備優異吸氣能力之磊晶晶圓。如利用這些矽晶圓或者磊晶晶圓，可以大幅提升在裝置 # 工程之產品率。【實施方式】以下，雖就本發明而做詳細說明，但是本發明並不限定於此。另外，在說明之前，預先就各用語加以解說。 1) FPD(Flow Pattern Defect:流動樣式缺陷）係由成長後的單結晶矽棒切出晶圓，以氟酸和硝酸之混合液蝕刻表面之變形層而予以去除後，以K2Cr2 07和氟酸與水之混合液蝕刻表面（Secco蝕刻），以產生凹坑及微波模樣。將此微波模樣稱爲FPD，晶圓面內之FPD密度愈高，氧化膜耐壓之不良增加（參考日本專利特開平4- 1 92345 號公報）。 2) SEPD(Secco Etch Pit Defect: Secco 飩亥[J 凹坑缺陷）係在施以和FPD相同之Secco触刻時，將伴隨流動模樣（flow pattern )者稱爲FPD，而將不伴隨流動模樣者稱爲SEPD。其中，l〇//m以上之大的SEPD(LSEPD)被認 -12- (9) 1272322 爲係起因於位錯核團，在裝置存在位錯核團時，通過此位錯，電流洩漏，無法達成作爲P-N接面之機能。 3) LSTD(Laser Scattering Tomography Defect:雷身寸散射斷層攝影法）係由成長後之單結晶矽棒切出晶圓，以氟酸和硝酸之混合液蝕刻表面之變形層而去除後，劈開晶圓。藉由此劈開面射入紅外光，檢測由晶圓表面射出之光，可以檢測由於存在於晶圓內之缺陷所導致的散射光。關於此處所觀察到的散射體，在學會等全部有相關報告，被鲁視爲氧析出物（參考 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32, P3 679, 1 993 )。另外，在最近的硏究中，也有報告係八面體之孔 (穴）之結果。 ^ 4) COP(Crystal Originated Particle:結晶引發顆粒） · 係使晶圓之中心部的氧化膜耐壓劣化原因的缺陷，在

Secco蝕刻中，成爲 FPD之缺陷在 SC-1清洗（藉由 nh4〇h ： h2o2 ： Η2Ο = 1:1:10之混合液之清洗）中，作用爲選擇蝕刻液，而成爲COP。以光散射法硏究時，此凹坑 ® 之直徑在1 // m以下。 5 ) L/D (Large Dislocation :晶格間位錯環之簡稱）有 LSEPD、LFPD等，認爲矽起因於晶格間矽凝集之位錯環的缺陷。LSEPD如上述般，指在SEPD中爲大至10 // m以上者。另外，LFPD係指上述之FPD中，前端凹坑之大小在1 〇 // m以上者，這些都認爲係起因於位錯環。 6 ) Cu沈積法，係正確測量半導體晶圓之缺陷位置，提升對於半導體晶圓之缺陷的檢測限度，即使對於更微細 -13- (10) 1272322 之缺陷’也可以正確測量、分析之晶圓的評估法。具體之晶圓的評估方法係在晶圓表面上形成特定厚度的氧化膜’破壞形成在上述晶圓之表面附近的缺陷部位上的氧化膜，在缺陷部位析出Cu等之電解質（沈積）。即 Cu沈積法係利用在Cu離子溶解之液體中，對形成在晶圓表面之氧化膜施加電位，於氧化膜劣化之部位流過電流， Cu離子變成Cu而析出之評估法。如此可知道在氧化膜容易劣化之部份，存在有COP等之缺陷。

Cu沈積之晶圓的缺陷部位，在聚光燈下或直接以肉眼予以分析，可以評估其之分布或密度，另外，也可以顯微鏡觀察、透過型電子顯微鏡（TEM )或者掃描型電子顯微鏡（SEM )等予以確認。 7) BMD(Bulk Micro Defect:塊材微缺陷）係在 CZ 結晶矽中，過飽和固融之晶格間氧由於熱處理而以S i Ο 2等形式析出之氧化析出物，BMD在存在於晶圓內部時，可以有助於本質吸氣（IG)。本發明者們爲了調查在即使沒有內長缺陷之N區域中成長結晶，也有氧化膜耐壓特性差者之原因，藉由Cu 沈積法，就N區域更詳細予以調查，發現在Ο S F區域之外側的N區域（Nv區域），析出熱處理後，在氧析出容易發生之區域的一部份，存在以Cu沈積處理所檢測之缺陷也顯著發生之區域。然後，查明此係使氧化膜耐壓特性之電氣特性劣化的原因。因此，將此OSF之外側的N區域，且藉由Cu沈積所 1272322

1 I (11) 檢測之缺陷區域（Cu沈積缺陷區域）不存在的區域擴展於晶圓全面時，可以獲得上述種種之內長缺陷變不見的同時，氧化膜耐壓特性獲得提升之晶圓。可是，在不含上述之Cu沈積缺陷區域的Nv區域內育成單結晶矽以製作晶圓時，雖然氧化膜耐壓特性提升，但是，吸氣能力大有偏差，有無無法獲得足夠之吸氣效果。如此吸氣能力不足夠時，會降低裝置工程之產品率。因此，本發明者們調查吸氣能力降低之原因，就在 ·

Nv區域所育成之單結晶矽的氧析出量予以詳細調查。其結果爲，Nv區域之氧析出量在OSF附近最高，愈接近Ni 區域愈爲減少而分布，知道有大幅度之偏差。即即使在 ' N v區域中，育成單結晶矽，在接近N i區域之N v區域中 - ，氧析出量不足，因此，知道無法充分獲得吸氣能力。另外本發明者們就在Nv區域中所育成的矽晶圓予以詳細調查的結果，發現到如係在不含V區域、OSF區域、I區域、及Cu沈積缺陷區域之Nv區域，且氧析出處理 © 後的BMD密度在1X1 〇7個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期（WLT )顯示在30 // sec以下之數値的Nv區域（高氧析出Nv區域）內之單結晶矽晶圓時，由於高耐壓而且高析出，會變成不單電氣特性，吸氣能力也極爲優異之N 區域的單結晶矽晶圓，以至完成本發明。以下，一面參考圖面而一面詳細做說明，但是，本發明並不限定於此。第2圖係顯示可以使用在製造本發明之單結晶矽晶圓 -15- (12) 1272322 時的單結晶上拉裝置之一例。此單結晶上拉裝置30係具備：上拉室3 1，及設置在上拉室3 1中的坩鍋3 2，及配置在坩鍋32周圍的加熱器3 4，及使坩鍋3 2旋轉之坩鍋支持軸3 3及其之旋轉機構（未圖示出），及保持矽之種晶的種晶夾頭6，及上拉種晶夾頭6之纜線7，及旋轉或者 · 捲取纜線7之捲取機構（未圖示出）。另外，在加熱器 34之外側周圍設置隔熱材35。坩鍋3 2係在其內側之收容矽融液2側設置石英;t甘鍋馨，在其外側設置石墨坩鍋。另外在最近，於上拉室3 1之水平方向的外側設置未圖示出之磁鐵，藉由在砂融液2施加水平方向或者垂直方 - 向等之磁場’以抑制融液之對流，以謀求單結晶之穩定成 _ 長之MCZ法被廣爲使用。另外，爲了設定關於本發明之製造方法的製造條件，設置有環狀之石墨筒（隔熱板）12，另外，在結晶之固液界面4附近的外側設置環狀的外側隔熱材1 〇。此外側隔 · 熱材1 〇係設置爲在其之下端和矽融液2之液面3間留有 2〜20cm之間隔。如此一來，結晶中心部份之溫度梯度 G c [ °C / c m ]和結晶周圍邰份之溫度梯度g e之差變小，例如，也可以控制爐內溫度成爲結晶周圍之溫度梯度比結晶中心還低。外側隔熱材1 〇係位在石墨筒12之外側，在石墨筒 1 2之內側也設置內側隔熱材1 1。另外，在石墨筒1 2之上有冷卻筒14 ’流通冷卻媒體以強制冷卻。另外，也可以 -16 - 1272322 (13) 設置吹以冷卻氣體，遮蔽輻射熱以冷卻單結晶之筒狀的冷卻手段。在利用此種單結晶上拉裝置30以製造單結晶砂時，首先，在坩鍋32內將矽之高純度多結晶原料加熱至熔點 (約1420°C )以上使之熔解。接著，藉由捲出纜線7，使種晶之前端接觸或浸漬於砂融液2之表面略中心部。之後。使坩鍋支持軸3 3旋轉的同時，一面使纜線7旋轉一面進行捲取。藉此，種晶也一面旋轉一面被上拉，開始單結晶之育成，以後，藉由適當地調節上拉速度和溫度，可以獲得略圓柱狀的單結晶棒1。此時，在習知的無缺陷結晶育成中，係在N區域全體或者Nv區域或者Ni區域之其中一種區域內，進行單結晶砂之育成。但是，在本發明中，係在進行熱氧化處理時，環狀發生之OSF之外側的N區域，且藉由Cu沈積所檢測之缺陷區域不存在，而且至少單結晶之中心在進行氧析出處理時，BMD密度在1X1 07個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30// sec以下之數値的高氧析出Nv區域的區域內育成單結晶。如此育成單結晶而加工爲晶圓時，由晶圓中心至周圍之廣大區域中，都變成無缺陷區域，另外藉由氧析出處理，具有極高之吸氣能力和優異的電氣特性，爲可以確實提升裝置產品率。第1圖係表示在上述之本發明的高氧析出Nv區域內的成長速度圖。如此圖所示般，在使上拉中的單結晶矽之成長速度由結晶肩部向直筒尾部係由高速漸減爲低速時， -17- (14) 1272322 因應成長速度，以V區域、OSF環區域、Cu沈積缺陷區域、N v區域、N i區域、I區域（巨大位錯核團產生區域 )之順序而形成各相，在本發明中，可以於Nv區域區域中，控制在由於OSF環消滅後殘存的Cu沈積所檢測之缺陷區域消滅的邊界成長速度，及更漸減成長速度時，在進行氧析出處理時，BMD密度在1X107個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30// sec以下之數値的高氧析出Nv 區域消滅的邊界成長速度之間的成長速度，以育成單結晶全體。如此育成單結晶矽時，如第1圖所示般，至少在單結晶的中心成爲高氧析出Nv區域（極低壽命期區域），例如，可以容易育成由中心向周圍在50 %以上，或者面內之80%以上的區域中，存在高氧析出Nv區域之單結晶。控制爲成爲此種高氧析出Nv區域（極低壽命期區域 )之成長速度以育成單結晶，而予以加工爲晶圓，可以不含FPD等之V區域缺陷、巨大位錯核團（LSEPF、LFPD )等之I區域缺陷、0SF缺陷，藉由Cii沈積所檢測之缺陷也沒有，而且，在氮氣以及乾氧環境下，進行氧析出處理時，氧析出物與V區域同等，或者在其以上地形成在塊材中，不單氧化膜耐壓良好，也成爲具有非常優異之吸氣能力的矽晶圓。另外，BMD密度雖依具氧析出處理之溫度或時間而不同，但是本發明之氧析出處理最好以在4〇〇〜700 °C之氮氣環境內，施以20分鐘〜5小時之前處理，接著’以 7 00〜900 °C，施以 3〜5小時之乾氧化後，以900〜1100 -18- (15) 1272322 °C，進行1 〇〜20小時之乾氧化處理爲基準。即在施以如上述之氧析出處理後，在測量塊材中的BMD密度或者晶圓壽命期時，以個別爲1Χ107個/ cm3以上，或者顯示在 30// sec以下之數値之Nv區域爲判斷基準，如做成成爲此種高氧析出Νν區域之單結晶矽晶圓時，具有極爲優異 ‘ 的吸氣能力，可以提升在裝置工程之產品率。另外，本發明之高氧析出Νν區域雖期望晶圓之全體 (100 % )爲此種區域，但是實際上，如第1圖所見般，隹在結晶周圍由於外方塊散，所以必然產生無缺陷、無氧析出區域。因此，如晶圓面內之80%以上爲高氧析出Νν區域時，藉由氧析出處理，在晶圓的大部分都成爲高氧析出一，可以充分提升裝置工程的產品率。 - 另外，本發明之高氧析出Νν區域例如藉由初期氧濃度之控制，或使育成中的單結晶矽之900 °C以下的低溫區域的通過時間變長等，可以大幅（通常之Νν區域的2倍以上）提高氧析出量。另外，初期氧濃度如太低，即使對鲁晶圓施以氧析出處理，有可能無法獲得發揮高吸氣能力程度的足夠氧析出量之虞，所以期望控制初期氧濃度在 20ppma(ASTM’79)以上以育成單結晶。另外，在育成單結晶矽時，如藉由結晶中固液界面附近的溫度梯度G大的HZ構造，以〇.5mm/min以上之成長速度進行單結晶之育成時，製造餘裕擴大，可以容易量產化。另外，藉由利用如上述之單結晶矽晶圓，也可以獲得 -19- 1272322 (16) 無缺陷，電氣特性即吸氣能力優異的磊晶晶圓。即本發明之單結晶矽晶圓沒有V區域、I區域、以及OSF區域之其中任一種之缺陷，所以如在其表面形成磊晶層，便成爲無缺陷之單結晶矽的磊晶層’另外，可以做成基板的吸氣能力也優異的磊晶晶圓。以下，舉實施例以說明本發明，但是本發明並不限定於此。 (實驗1 ):高氧析出Nv區域之確認利用第2圖之單結晶製造裝置3 0，如下述般進行結晶成長速度的漸減實驗，調查各區域之邊界的成長速度。首先，在 24英吋（600mm )直徑的石英乾鍋放入 120kg之原料多結晶矽，育成直徑8英吋（ 200mm)、方位<100>之單結晶砂。晶圓之氧濃度成爲 24〜 27ppma(ASTM’97値）而育成單結晶。另外，在育成單結晶時，由直筒部1 〇cm朝向尾部，以直線漸減方式控制成長速度，由 0.70mm/min 減爲 0.30mm/min。將如上述般所育成之各單結晶矽棒的直筒部如第3 ( a)圖所示般，於結晶軸方向以每10cm之長度切斷成塊後，將各塊進而在結晶軸方向縱向切斷，製作片約2mm厚度之樣本。

關於上述樣本，藉由WLT測量器（SEMILAB WT-85 )及Secco蝕刻，調查V區域、OSF區域、I區域之各區域的分布狀況，和FPD、LEP等之分布狀況，及藉由OSF -20- (17) 1272322

' I 熱處理之〇SF的發生狀況，另外，也調查Cu沈積缺陷區域、BMD密度等，確認各區域之邊界的成長速度。將其結果顯示於第3 ( b )圖。具體爲，在平面硏磨各樣本後，施以鏡面蝕刻、 Secco蝕刻（30分鐘），在無攪拌狀態下予以放置，在特定的處理後，進行各缺陷之密度測量。關於0SF之評估，係在1150 °C、100分鐘（濕氧環境下）之熱處理後予以冷卻（在800 °C下出入），以藥液去除氧化膜後，進行 OSF環圖案之確認和密度測量。如第4圖所示般，關於Cii沈積缺陷區域，加工爲直徑6英吋（1 5 0 m m )之晶圓形狀，鏡面加工之精細加工後，在晶圓表面形成熱氧化膜，施以C u沈積處理，確認氧化膜缺陷之分布狀況。評估條件如下：氧化膜：2 5 n m 電場強度：6MV/cm 施加電壓時間：5分鐘第5 ( a )圖係以Cu沈積而發生缺陷之Nv區域的評估結果，（b )圖係藉由Cu沈積而沒有發生缺陷之Νν區域的評估結果。另外，加工爲鏡面之晶圓，進行氧化膜耐壓特性之評估。另外，C-模式測量條件如下：氧化膜：2 5 n m 測量電擊：摻雜磷多晶矽電極面積：8mm2 -21 - 1272322 (18) 判定電流：ImA/cm2 進行氧析出處理後之BMD密度和晶圓壽命期測量評估時的氧析出處理如下：第1段：65 0 °C氮氣環境中，2小時第2段：800 °C、4小時乾氧化第3段：l〇〇〇°C、16小時乾氧化處理後冷卻由以上之調查、測量，可以確認各區域之邊界的成長速度。將其顯示於表1。 # <表1 > 邊界成長速度（mm/min ) Ο S F消滅邊界 0.571 Cu沈積缺陷區域/高氧化析出Nv 0.562 區域邊界高氧化析出Nv區域消滅邊界 0.540 Nv消滅邊界 0.529 Ni區域/ I區域邊界 0.520 (實驗2 ):高氧析出N v區域之單結晶矽的育成由表1所示之結果，控制0.562〜0.540mm/min之成長速度使得可在本發明之高氧析出Nv區域內育成單結晶，上拉單結晶矽，由育成之單結晶施加爲鏡面精細加工之矽晶圓，評估晶圓之各品質。將其結果顯示於表2。 -22- 1272322 (19) 〈表2 > 項目評估 FPD 不發生 LFPD、LSEP 不發生 OSF 不發生 C u沈積缺陷不發生氧化膜耐壓（C模式） 100% BMD密度面內80%以上，5χ108個μ WLT 面內、80%以上，20// sec以下由表2之結果’了解到藉由在高氧析出Nv區域內育成單結晶矽，可以獲得不含FPD等之ν區域缺陷、巨大位錯核團（LSEPD、LFPD )等之I區域缺陷、0SF缺陷，也沒有藉由C u沈積所檢測之缺陷，具有優異的氧化膜耐壓的同時，BMD密度變得極高，晶圓壽命期極短，具有優異之吸氣能力的矽晶圓。 (實驗3 ):初期氧濃度和B MD密度的關係在關於本發明之高氧析出Nv區域內育成單結晶矽，將其加工爲晶圓，測量初期氧濃度，之後，與上述相同地，施以氧析出處理，測量B M D密度。另外，藉由習知法，在V區域內育成單結晶矽，將其加工爲晶圓，測量初期氧濃度，之後，與上述相同地，施以氧析出處理，測量BMD密度。 (20) 1272322 另外，藉由習知法，在Nv區域內育成單結晶矽，進行與上述相同之初期氧濃度測量和B MD密度測量。第6圖係關於各晶圓予以描繪其之B MD密度和初期氧濃度的關係圖。由此圖，知道在高氧析出Νν區域內所育成之矽晶圓，整體上BMD密度高，可獲得與V區域之結晶同等以上的BMD密度。特別是即使是初期氧濃度爲20〜24ppma 之範圍內的比較低者，也可以達成1X1 07個/ cm3以上之高的BMD密度，知道吸氣能力高。另一方面，知道在習知的Nv區域內所育成之矽晶圓，儘管初期氧濃度比較高達24ppma以上，但是整體上 BMD密度比本發明小，變成偏差大者。另外，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態不過爲舉例表示而已，具有與本發明之申請專利範圍所記載的技術思想實質上相同之構造，達成同樣之作用效果者，不管爲荷，都含於本發明之技術範圍。例如，依據本發明，使用於進行單結晶矽之製造時的裝置並不限定於第2圖之裝置，只要是可以在進行熱氧化處理時，於發生於環狀之OSF的外側之N區域，且藉由 Cu沈積所檢測之缺陷區域不存在，而且至少晶圓中心其氧析出處理後的BMD密度在1X107個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30/z sec以下之數値的高氧析出Nv 區域的區域內育成單結晶之裝置，便可以無限定地予以使用0 -24- (21) 1272322 【圖式簡單說明】第1圖係表示基於本發明之局氧析出Nv區域的成長速度和結晶缺陷分布的關係說明圖。第2圖係在本發明可以使用之CZ單結晶砂製造裝置的一'例。

第3 (a)圖係顯示單結晶成長速度和結晶切斷位置的關係之關係圖。第3(b)圖係顯示成長速度和各區域之說明圖。第4圖係顯示Cu沈積評估試料的製造方法說明圖。第5圖係測量n v區域內之氧化膜耐壓等級的結果圖 (a )係藉由Cu沈積之缺陷發生區域， (b )係沒有發生缺陷之Nv區域。第6圖係顯示初期氧濃度和氧析出處理後之β MD密度的關係圖。 Φ 第7圖係顯示依據習知技術之成長速度和結晶之缺陷分布的說明圖。第8防係表示習知法之η區域成長的成長速度和結晶缺陷分布的關係說明圖。元件對照表 2 :石夕融液 6 :種晶夾頭 -25- (22) 1272322 7 :纜線 1 0 :外側隔熱材 1 1 :內側隔熱材 12:石墨筒 1 4 :冷卻筒 30:單結晶上拉裝置 31:上拉室 3 2 :坩鍋 3 3 :祖鍋支持軸 3 4 :加熱器 -26-

Claims

(1) 1272322 拾、申請專利範圍 1 · 一種單結晶矽晶圓，係藉由柴可拉斯基法所育成的單結晶砂晶圓，其特徵爲：在進行熱氧化處理時發生於環狀之OSF的外側之N 區域’且藉由Cu沈積所檢測之缺陷區域不存在，而且至少晶圓中心之氧析出處理後的BMD密度在lxlO7個/ cm3 以上及/或者晶圓壽命期顯示在30 # sec以下之數値的高氧析出Nv區域內者。 2·如申請專利範圍第1項記載之單結晶矽晶圓，其中’上述高氧析出Nv區域係存在於晶圓面內之80%以上之區域。 3 · —種磊晶晶圓，其特徵爲：在如申請專利範圍第1項或第2項所記載之單結晶矽晶圓形成磊晶層者。 4 · 一種單結晶矽之製造方法，係藉由柴可拉斯基法的單結晶矽晶圓之製造方法，其特徵爲：在進行熱氧化處理時發生於環狀之〇 S F的外側之N 區域，且藉由C u沈積所檢測之缺陷區域不存在，而且至少晶圓中心之氧析出處理後的BMD密度在1X1 〇7個/ cm3 以上及/或者晶圓壽命期顯示在3 0 # s e c以下之數値的高氧析出Nv區域的區域內育成單結晶。 5 ·如申請專利範圍第4項記載之單結晶矽之製造方法，其中，上述高氧析出N v區域係存在於晶圓面內之 8〇 %以上之區域以育成單結晶。 1272322 (2) 6 · —種單結晶砂之製造方法，係藉由柴可拉斯基法的單結晶矽晶圓之製造方法，其特徵爲：控制爲在漸減上拉中的單結晶砂之成長速度時，在藉由O S F環消滅後殘存的C u沈積所檢測之缺陷區域消滅的邊界成長速度，及更漸減成長速度時，在進行氧析出處理時，BMD密度在1X107個/ cm3以上及/或者晶圓壽命期顯示在30 // sec以下之數値的高氧析出Nv區域消滅的邊界成長速度之間的成長速度，以育成單結晶。 7 ·如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所記載之單結晶矽之製造方法，其中，上述氧攜出處理係在400 〜7 00 °C之氮氣環境中，施以20分鐘〜5小時之前處理，接著，在700〜900 °C中，施以3〜5小時之乾氧化後，在 900〜1 100 °C中，進行10〜20小時之乾氧化處理。 8. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所記載之單結晶矽之製造方法，其中，控制上述單結晶矽之初期氧濃度在20ppma(ASTM’79)以上以育成單結晶。 9. 如申請專利範圍第7項記載之單結晶矽之製造方法，其中，控制上述單結晶矽之初期氧濃度在 20ppma(ASTM’79)以上以育成單結晶。 -28 - 1272322 第92112682號專利申請案 $圖式修正頁民國95年9月25日修正

-J 748789 第1圖 v (mm/min) 高 T 低 V區域 OSF區域 Cu沈積缺陷區域 · ·*··· ····· ·· '*，·'..'、··

本發明通常Nv區域 Ni區域高氧攜出Nv區域 (極低壽命期區域) I區域严：i Ϊ2 年月 G

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