TWI310413B - Silicon wafer and process for the heat treatment of a silicon wafer - Google Patents

Description

1310413 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 通常利用左科拉斯基坩堝拉晶（cz)法或無坩堝浮動區（FZ) 法所製發單結晶具有許多雜質及缺陷。單結晶經切削成晶圓，承 受許多機械加工，為了獲得想望之表面品質，最後通常係用以製 造電子元件。若不採取特別預防措施，晶圓表面亦會出現上述缺 陷，該缺陷對晶圓上所製電子元件之功能具有不利影響。 【先前技術】 一種重要類型之缺陷係習知之結晶起源缺陷（c〇Ps)，積聚 之（晶格）空位’形成小空隙。通常直徑為5〇至15〇奈米。依照 福隆可夫理論’絲自料與娜度（树融液切自棒間之界面 測得）之比率超過臨界值時該結晶起職陷即會發生。此稱作拉成 之"多空位"晶棒。㈣圓邊緣結晶起源缺陷之直徑冑較在中心者 為小，蓋因晶棒之外殼較晶棒之中心冷卻得更快速，所以經由積 聚之空位結晶起源缺陷成長所需之時間較短。 缺陷可藉助於許多方法加以量測。在約85°c溫度下，藉助於 SCI-溶液（Ν^/Η^/ι^ο)實施缺陷部分蝕刻2〇分鐘繼之以散 射光量測（檢査晶圓表面結晶起源缺陷之一種方式）。藉助於赛寇 侧溶液實施缺陷部分_ 3Q分鐘，移除賴3〇微米，隨後加 以清點’亦可測試該缺陷。若所清點之缺陷係習稱之旗標，又稱 作FPD (流體圖案缺陷）。所得結果係每單位面積之流體圖案缺陷 密度，若將預備性蝴細所移除材料之數量納人考量，可將該 6 1310413 單位面積之流鱧圖案缺陷轉換為每單位體積之密度。同樣之缺陷 亦可藉助於IR-LST"(紅外光X線斷層攝影法"）量測，其中一接 鈦-釔鋁柘榴石雷射光束散射在矽晶圓内之缺陷上，且散射之光以 •與雷射光束成之角度加以偵檢。依照此量測方法，該缺陷稱 、 作LSTD缺陷（雷射散射X光斷層攝影缺陷）。一種根據此定律操 作、可商購之量測裝置，日本三井公司出品之（器材程式為m〇6) > 可偵檢結晶起源缺陷至6微米深及最短直徑35奈米。 在下文内，所有之缺陷（由於歷史理由，曾以不同方式加以 說明’但是卻根據與聚結之空位相同之物理定律）均稱作結晶起源 缺陷。 先前技術曾公開若干矽晶圓熱處理方法，該等方法將接近表 面之層内之結晶起源缺陷密度大幅減低且在表面形成習稱之"無 結晶起源缺陷區"。 .先刖技術亦曾公開：用左科拉斯基坩堝拉晶法製造發單結晶 時摻以氮。依照歐洲專利EP 829 559 A1，摻氮有助於缺陷大 小分佈改為缺陷移動較小之作用。歐洲專利Ep工〇87 〇42 ai 中曾公開：在拉晶細，摻I形成細長形或血小板狀結晶起源缺 陷’而非八面體結晶起源缺陷。 上述文獻中亦曾公開：在非氧化氣氛中（例如：氳或氬或其 混合物），溫度超過1000_，將摻氣發晶圓施以熱處理，移除 該晶圓表面層之結晶起源缺陷。依據歐洲專利EP 1 〇87 〇42 A1， -1310413 結晶起源缺陷密度減至低於熱處理前之一半時、表面層之厚度至 少為0.5微米。 亦係習知者是：摻氮可促進氧析出物（··表體微瑕疵密度 ••=BMD之形成）促進此類型缺陷核化。通常5 · 108至2 · 1〇ι〇個 /立方公分之足夠高表體微瑕蘇密度（最好涵蓋整個晶圓厚度，但 至少包括半導體裝置作用區域之附近）係需要者，使矽晶圓内部金 屬原子起所謂吸氣作用。唯獨如此方可保持接近表面之層（隨後電 子元件即在該層製成）不含不受歡迎之金屬雜質。 摻氮之另一優點是：必然達成矽晶圓硬度更高之目標，因此 在熱處理期間能避免滑動。尤其在氮濃度超過8 · 1014個/立方公 分時會產生此種效果[該效果係先前技術（米勒等人，在：半導體 發2〇〇2(第9屆國際學術研討會），胡佛，法布瑞及岸野（編者）， 電化學學會論文集第2〇〇2_2卷，第194至201頁）]^摻氮可 上降伏應力（tUy).。該材料參數代表：為使固體不僅彈性可逆 而且塑性不可逆變形所需施加之最低剪應力。若藉摻氮提高上降 伏應力’矽晶圓之塑性變形（亦即滑動之形成）提高僅在施加更高 剪應力時發生^浮動區法無坩堝所拉成之矽及左科拉斯基法所拉 成之矽均可顯示此種效果（邱等人，超大規模積體電路科學及技 術，ECS，賓寧頓，59，1984)。 為消除接近表面之結晶起源缺陷所施加於矽晶圓之熱處理 通常係在llOOt：至UOOt溫度下實施，歷時30分鐘至3小時。 1310413 為達成此目的，通常係用立式爐，其中同時處理許多矽晶圓，該 等矽晶圓係以確定之距離上下相互平行排列。該等矽晶圓係放置 在一夾持裝置（習稱••晶舟"）上，每個矽晶圓單獨由（基材夾具）爽 持。舉例言之，英國專利GB 2273551、美國專利6,065,615 或us 6,i33,i2i中曾述及此種晶舟。舉例言之，美國專利us 2004/0040632 A1 或世界專利 w〇 2004/090967 A1 中曾述 及若干基材夾具。實施熱處理期間，晶舟位於大體圓筒形處理室 内，該處理室係由側面加熱。 由處理室側面加熱所產生之結果是：在加熱及冷卻期間每個 矽晶圓邊緣與中心之間形成溫度差。加熱期間伴隨之不同熱膨脹 或冷卻期間之收縮產生熱應力。再者，梦晶圓本身之重量，連同 基材夾具會導致重力誘發之應力。若該兩個應力成分之和超過該 矽晶圓之上降伏應力，不受歡迎之滑動發生，電子元件之合格率 減低，蓋因在該結晶缺陷處優先積聚金屬雜質。 矽晶圓之直徑愈大，單位面積之重量愈高，所以變成重力誘 發之應力。晶圓厚度之對應增加無法補償該缺點》該處理室受熱 側面與具有較大晶圓直徑之晶圓中心間較大之距離亦導致較高之 熱應力。因此，與目前常用、直徑最多200公厘之珍晶圓相較， 直徑300公厘或更大之發晶圓形成滑動之風險顯著增加。所以， 祇抑制適應晶圓直徑較小者形成滑動之觀念同屬不可能。 所以，為避免在高加工溫度下晶圓内之滑動，在製造直徑2〇〇 9 1310413 公厘或更大之梦晶圓時’捧氮係標準方法。尤其對直徑300公厘 矽晶圓實施熱處理以消除接近表面之結晶起源缺陷，此種效果在 技術上極為重要，蓋因如此顯然可達成更高之合格率。 如以上所示，有許多理由強調摻氮有利。但，已顯示摻氮梦 晶圓之熱處理導致其表面上產生更多之缺陷。因未來元件世代將 需要奈采範圍之圖案結構’該缺陷將導致裳置誤差，例如：微影 術缺陷或電晶體閘極氧化物習稱GOI (閘極氧化物完整性）值之下 降。所以，要儘可能避免有缺陷。 另方面，基於上述理由，不摻氮，在許多情況，乃屬不可 能。所以，即使利用最先進元件技術製造之所有用先前技術熱處 理過之直徑為300公厘之發晶圓，有多種功能之電子元件之合格 率仍然相對低。本發明解決了上述問題。 【發明内容】 本發明之内容係一摻氮發晶圓及用熱處理製造珍晶圓之方 法。 本發明之内容係矽晶圓，該矽晶圓無任何磊晶沉積層或任何 藉接合發晶圓所形成之層，其氮濃度為i · 1〇u個原子/立方公分 至8 · 1014個原子/立方公分，氧濃度為5 2 · 1〇17個原子/立方 公分至7·5· 1017個原子/立方公分，發晶圓厚度中心内表體微瑕 疫密度為3 · 1G8個/立方公分至2 · 1()1。個/立方公分，所有線性 滑動之累積總長度不超過3公分及所有面性滑動區之累積總面積 10 .1310413 ‘不超過7平方公分’梦晶圓正面在咖通道内具有大小大於〇·13 微米之氛誘發缺陷少於45個，在厚度至少為s微米厚之層内發生 大小至少為〇.〇9微米之結晶起源缺陷不超過工· 1〇4個/立方公 分，及不含表體微瑕疵密度之層厚至少為5微米。 . 【實施方式】 本發明梦晶圓之氧濃度為5 · 1Q”個原子/立方公分至7 5 · 籲1〇17個原子/立方公分。在本文内’應了解的是，氧濃度一詞係指 總氧濃度，其中包括晶格間氧氣及析出氧氣。此總氧濃度對應於 熱處理前出現之晶格間氧濃度。 為防止熱處理期間形成氮誘發缺陷，氮濃度以至多為6·ι〇14 個原子/立方公分為佳，尤以4 · 1〇14個原子/立方公分更佳。舉 例言之，經熱處理過之發晶圓，其氮濃度係藉助於sims深度分 佈圖（SIMS=二次離子質譜學）加以碰。為達成此目的氣濃度 •通常係深度之函數(例如：自表面向下至深度高達30微米處）， 並將其整合成兩個深度區結果…方面測定真空室内受殘留氣 體抑制之背景信號，另-方面量測聚集在氧氣析出物（表體微瑕藏 密度）本相部之IL含4。第_條度區最好錄無讀微瑕痴密 度層（通常在s至10微米深處）且在積分之後求得以原子數/立方 公分為單位之平均值。在第二個深度區，其中發生氧氣析出物（通 常為25至30微米），二次離子質譜學信號同樣加以積分再度求 得以原子數/立方公分為單位之平均值。自該測量值減去背景值求 11 (S； 1310413 得熱處理過之晶圓内氧氣析出物中所聚集之平均氮含量。與對未 經熱處理之晶圓所作之測試比較，經常顯示氮濃度較依照本發明 實施熱處理之後低3〇至4〇%，此種情形可解釋為：由於偏析作用 之發生，使接近表面之區域中未結合氧氣析出物内之氮含量快速 擴散(A·卡羅威’ F.沙陶特，F·卡羅威，G.A·羅茲剛義，D•揚， 應用物理學報’ 96 ’ 2004，第3255頁，A.卡羅烕，G.A·羅兹 剛義’應用物理學報’ 96 ’ 2〇〇4，第3264頁）。為排除晶圓表 面諸多影響之干擾，事先實施一材料移除蝕刻步劑以移除若干微 米0 矽晶圓之直徑以300公厘或更大為佳，尤以高達·45〇公厘 更佳。 本發明矽晶圓之顯著優點是：該矽晶圓内之所有滑動均非面 性而係線性形式，其總長度不超過3公分，尤以i公分更佳。此 類線性滑動在第8圖内以編號打表示之。再者，糾圓内發生之 所有面性滑動區之總表面雜不超過7平方公分，以2平方公 分更佳1 8圖示-屬於此類之·滑動區22。該肋之累積總 長度或總面積係所有個職動長度或面積之和。該滑動或其長度 或面積可利用X-射線構形學量測（XRT)或彈性應力量測 (賺’ ··掃描紅外線去極化作用"，仏誠咖，耶納，德國）。 一舉例言之，發晶圓厚度中心内之表體微瑕_度可利用曰本 二井公司出品之M〇4型紅外線氧析出物計數器量测之。在膽通 12 1310413 道内大小超過〇 · 13微米LSE (乳膠球當量）之氮誘發缺陷之數目 係由光散射量測法測定者。如何將該缺陷與其他類型之缺陷加以 區別，以下將作進一步之說明。 在其前面，本發明矽晶圓具有一 5微米厚之無表體微瑕疵密 度層’但以8微米厚較佳，尤以1S微米更佳。正面係計晝在其上 面製作電子元件之晶圓表面。舉例言之，無表體微瑕疵密度區之 厚度產生破裂邊緣、用適當蝕刻溶液(例如：稀釋賴特氏蝕刻溶液） 處理邊緣20分鐘，隨後在光學顯微鏡下加以觀察而測定者。 依照本發明，除該表體微瑕疾密度層之外，發晶圓正面另外 尚有一至少5微求（尤以10微米更佳）厚之層，其中所含大小至 少為0.09微米之結晶起源缺陷為1 · ι〇4個/立方公分。 由於缺陷密度甚低，本發明之梦晶圓非常適於製作電子元件 且大幅提升合格率。 於下文中，參考所附圖式，將本發明作詳細說明： 第1圖所示係先前技術所製發晶圓典型氮誘發缺陷深度曲線圖 (藉助於原子力顯微鏡測定者）。 第2圖所示係用連續環形之本發明基材夾具。 第3圖所示係-連魏形、環之+心附加—承受面之本發明基材 夾具。 第4圖所示係一圓碟形之本發明基材夾具。 第5圖所示係量測矽上降服應力之定律。 13 1310413 第6圖所示係先前技術所製、直徑300公厘矽晶圓内滑動之分佈 圖（係用高分辨率彈性應力量測法所測定者）。 第7圖所示係對應於第6圖所示者之量測結果，但係屬於直徑3〇〇 公厘之本發明矽晶圓。 第8圖所示係一梦晶圓上線性滑動及面性滑動區域之分佈圖。 第9圖所示係：經本發明熱處理之後’氮濃度為6 · 10i3個原子/ 立方公分至2 · 5 · 1014個原子/立方公分之梦晶圓上氮_誘發缺陷 之頻率。 第10圖所示係藉助於光散射量測法（SP1)所測：業經依照本發明 實施過熱處理、隨後施以拋光以移除10微米材料、直徑3〇〇公 厘之矽晶圓上無以面積為中心之結晶起源缺陷。 第11圖所示係：經本發明熱處理之後，氮濃度為3 · 1〇13個原子 /立方公分至1.2 · 1014個原子/立方公分之發晶圓上氮_誘發缺 陷之頻率。 導致本發明之測試與稱作"氮-誘發缺陷"（過去眾所不知者） 缺陷類型之發現及特性描述有關。該類型缺陷出現在摻氮且熱處 理過之矽晶圓表面上。該缺陷在矽晶圓表面上呈環狀或面狀；該 缺陷之特性描述將於下文中詳細說明。 舉例言之，氮-誘發缺陷可在美國KLA-Tencor公司出品、 表面檢查系統之"暗場狹窄正入射"通道内加以偵檢，且由於其在 角-分辨散射光檢查所表現之特性，該氮-誘發缺陷可與其他缺陷 14 1310413 明確地加以區別。該缺陷同樣呈深達5奈米、掩蓋物3微米之極 淺凹槽出現在一掃描探測顯微鏡之構圖影像内。 在實施角-分辨散射光量測期間係使用高聚焦之雷射光束掃 描矽晶圓之表面。該雷射光束遇到缺陷時’該缺陷亦將光散射至 立體角（理想表面無法將光反射至該立體角内）内。於是，該散射 光係在其他不同之"暗"立體角範圍内偵檢到’此所以該方法稱作 暗場量測法。 不同類型缺陷，散射光之角-分辨強度分佈狀況各有特徵。 同樣情形亦適用於新發現之氮-誘發缺陷。該缺陷與其他缺陷種類 (例如：結晶起源缺陷、微粒及結構蠢晶缺陷）顯著不同。若係垂 直之雷射入射’氮-誘發缺陷散射至接近樣品法向之立體角内，在 較大角度處幾乎看不到任何光線。 該表面檢查系統KLA-Tencor SP1具有兩個暗場偵檢器， 其中一個接近樣品之法向，稱作暗場狹窄（DN)。第二個[暗場寬 廣（DW)]則偵檢散射至大角度内之光。所以，該通道可偵檢該缺 陷具有特徵之光散射。在氮-誘發缺陷之案例中’其結果是：該缺 陷係在暗場狹窄（DN)通道内用垂直（法向=n)光入射（亦即DNN 通道）偵檢到者，並非在DWN通道内觀察到者。

因此種量測方法，將看到之光強度轉換為大小當量[LSE (乳 膠球當量）]。對氮-誘發缺陷而言，在DNN通道内形成之散射尺 寸高達0·2微米LSE ’但即使靈敏度為〇·ΐ微米LSE，在DNN 15 1310413 通道内仍無信號記錄下來。所以，該缺陷DNN與DWN散射尺寸之 比值大於2·9。此比值可視作缺陷特殊類型之特性^其他習知缺 陷之光散射尺寸比值與氮·誘發缺陷顯著不同（請參閱表i及表 2)。 表1

光散射尺寸 -------- 暗場狹窄 暗場寬廣 暗場狹窄 -----~ 暗場寬廣 (微米LSE(/缺陷類型） 垂直入射 垂直入射 傾斜入射 傾斜入射 微粒 所有尺寸 -------- 所有尺寸 所有尺寸 ------ 所有尺寸 結晶起源缺陷 < 0.25 < 0.18 < 0.25 < 0.18 --------1 結構磊晶缺陷 > 0.1 所有尺寸 *----— 所有尺寸 所有尺寸 拋光缺陷 ' 1-------— 所有尺寸 所有尺寸 ------ 所有尺寸 ------ ------ 所有尺寸 ------— 氮-誘發缺陷 ---------- < 0.2 ----— < 0-1 ---—.— --- < 0·1 ------ > 0.07 表2

微粒 結晶起源缺陷 結構磊晶缺陷

光散射尺寸比值/ 缺陷類型 暗場狹窄正入射/ 暗場寬廣 垂直入射 暗場狹窄正入射/ 暗場狹窄 傾斜入射 〜 - 〇·8 至 1.2 〇·9 至 1.2 暗場狹窄垂直入射/ 暗場寬廣 傾斜入射 ------ 〇·8 至 1.2 1310413 該量測儀器KLA-Tencor SP1可使雷射光之入射角變分。 除光之垂直入射外，亦可用傾斜（傾斜=〇)入射角。所以通道DN 及DW稱作DN0及DW0。在此方式中，氮誘發缺陷獨有之散射特 性甚為清晰，蓋因無論在該暗場狹窄傾斜入射通道DN0内或在暗 場寬廣傾斜入射通道DW0内以靈敏度〇 · 1微米LSR及〇 · 〇7微米 LSR無法偵檢到該缺陷。 所以’該光散射尺寸比值係DNN/DNO > 2 · 〇及DNN/DW0 > ® 2·7。此乃再度成為此缺陷之顯著特徵。該氮誘發缺陷之光散射尺 寸及光散射尺寸之比值係明確辨認該缺陷之標準。上述光散射尺 寸及光散射尺寸比值之特徵組合僅與該結構磊晶缺陷複疊，但此 種情形不會發生在本發明經熱處理過之發晶圓（無磊晶層）内。 所以，依照本發明，氮-誘發缺陷係界定為無磊晶層矽晶圓 上之表面缺陷；舉例言之，利用該表面檢查系統KLA Tenc〇r 擊 SP1，藉光散射量測法可探測該缺陷，並且將該光散射尺寸列入表 1内’同時將光散射尺寸比值列入表2内。 氮-誘發缺陷亦抑其他方法_，例如·咖(原子力紐 鏡）。舉例言之，利用AFM量測法，於藉散射光量測法所測缺陷 位置精碟地發現表面内之細長凹槽1 i _示（此類ΑρΜ量測 之結果)係沿-條直線（該直線係沿該缺陷之短抽（=··寬度"）貫穿 其最大深度之部位）-典型氮-誘發缺陷之深度分佈圖。該缺陷之 寬度是〇 · 99微米，其深度dD是4奈来。若該特徵變量深度、 17 1310413 長度及寬度已計值，Βρ ·ΰτ、»» ί±» 卩了決定縱横比（長度/深度或寬度/深度）， 該縱橫比雜'料特徵氮·誘發_，請參閱表3。 表3 縱橫比 最小 最大 長度/深度 '—- 500 1200 寬度/深度 100 300 本發明之測試顯示：摻氮與熱處理後出現氮_誘發缺陷之間 具有密切關係’此所以選擇將新發現之這種缺陷如此命名。在表4 内用實例說明此關係。實際上，在低於氮濃度[N]約8 · 1〇14個原 子/立方公分之低限值時不會出現氮-誘發缺陷。超過此低限值， 當氮濃度增高時，氮-誘發缺陷之數目將大幅持續增加。在100% 氬氣氛中、1200°C溫度下、該矽晶圓經熱處理1小時之後量測缺 陷密度。表4内之值係與直徑200公厘之珍晶圓整個正面上氮-誘發缺陷之總數有關。 18 1310413 表4

下述情形可當作形成氮-誘發缺陷之原因，由於典型表面密 度：在氮-濃度超過約8 · 1〇“個原子/立方公分時，、结晶起源缺 陷具有-高度異向性形態’亦即該結晶起源缺陷並非八面體形（如 同氮濃度斜），而係小條棒狀。在熱處理躺近表面結晶起源缺 陷之溶解及在原子階層之填充加卫遺留下槽狀凹痕，如同形成該 凹痕之結晶起源缺陷，該凹痕總是沿主晶轴之方向定向。 另一個原因係熱處理期間習稱氧化感應疊層缺陷（〇sf)溶 解之不足。氧化感應4層缺陷被視為A型氧析出物1氧析出物 以位於環狀中心之缺陷區之形式出現，該環之寬度及直徑主要視 摻氮水平之關鍵程度及左科拉斯基法實施期間之拉晶速率而定。 在氮濃度較高之情況下，擬藉增加拉晶速率將此區驅趕至晶圓之 外緣’在技術上實屬不可能。若氮濃度超過8 · 1〇14個原子/立方 1310413 公分值’藉助於SP1實施之量測結果再度顯示在該OSF環區内氣 誘發缺陷之密度亦增加。由於氧化感應叠層缺陷之側面大及梦原 子之表面擴散速率有限，一個同樣留存在缺陷區内之淺坑於熱處 理期間消失。 γ為抑m··輸之形成，必紐氮濃度限制在最多 8 ^個原子/立方公分之值，但以6 · iq14個原子/立方公分 籲較佳尤以4 ·10個原子/立方公分更佳。舉例言之，歐洲專利 87 042 A1 (第 36 段）或歐洲專利 ΕΡ 1 081 254 Α1 +曾述及製造摻氮轉結晶之方法，由摻氮單結晶可製造發晶 ®。軸藉限制氮浪度可有效避免氣_誘發缺陷之形成，但在熱處 理期間矽晶圓變得易於滑動。 為修正不同摻梦對滑動之敏感性，本發明之發明人曾量測上 m未獲得超過咖代溫度範肋有财上降伏 •應力之數據。量測係使用第5圖所示之裝置。藉助於-由礙化發 所製成之透明之小容器2，將一由待測試梦材料製成，5公厘粗及 2〇 a分長之圓柱鱗棒i加熱至量酿心藉助於—感應線圈3 熱、J谷器2可使發棒1均勻地加熱。於發棒工兩端施以伸長 力4 ’ S好於該棒之最高溫區内產生一伸長作用。舉例言之施 加應力之作用可在附有一 5仟牛頓測壓元件之萬能心轴試驗機内 實施同時’長度5及溫度之變化係在最高溫度之雜量測。舉 例言之，量測伸長可水冷卻伸長記錄祕。由於溫度高該 20 1310413 特殊傳感器臂最好係由氧化鋁組成。無&_ 舉例δ之，該傳感器系統之 測試長度是25公厘，所用壓縮力為 1牛頓至5牛頓。舉例言之， 實施溫度量測係使用一商數高溫計（去；山、α， 禾不出）經由該試樣熱面上透 明之小容器2内之槽6。 於氮濃度為^ · Μ個原子/立方公分之社實施因溫度 而異之量測系列所得結果係轉載在表5内。在通常所用熱處理以 退火結晶起源缺陷、超過11()〇。(：之τ溫度下奴上降伏應力^

急劇下降。 UY 表5 t/°c 上降伏應力/百萬帕斯卡 1000 20 . R 1200 2.0 1320 1.2 1350 0.8 由表6可看出，摻質之濃度亦對矽晶圓之上降伏應力Tuy有 • 影響。值係在1200°C溫度下測定者。表内電阻係數R之值係藉摻 棚所測得者。氮濃度[N]及硼濃度（後者係以電阻係數R表示之） 對上降伏應力具有極大之影響。對比之下，常見於左科拉斯基法 所生長之發範圍内之晶格間氧濃度[〇i]變化對上降伏應力fuy幾 乎無任何影響。 21 1310413 表6 晶圓氮濃度/ 晶格間氧濃度/ 編號原子/立方公分 原子/立方公分 電阻係數/歐 姆公分 上降伏應力/百

由於上降伏應力兩度依賴氮濃度，先前技術所製直徑3〇〇公 厘、氮含量低之梦晶圓，在高溫下施以熱處理而不受到形成滑動 引起之晶格嚴重損壞實屬不可能。此種情形將經過熱絲、適於 製作電子元件之矽晶圓之合格率減至實質上零。 本發明之發晶圓，尤其直徑為3〇〇公厘或更大者，係於一垂 直爐内（例如：Ml2系、列，荷蘭ASM公司出品）將具有特性之發 晶圓施以熱處理而製得4施熱處理_，$晶_安裝在基材 失具上，該基材夹具係由碳化發構成且可將矽晶圓内之弯曲應力 減至最小。再者，該基材夾具之熱質量最好應儘量低，俾在熱處 理期間可使用高加熱速率及冷卻速率^再者’賴基片材料所受 金屬污染最好射能最低。舉例言之，使用所謂"@體化學汽相沉 積碳化發（例如：曰本三井公司出品者）可達成此目的。使用塗以 2〇至200微米厚固體化學汽相沉積碳化矽層之燒結碳化矽亦屬 可能°舉例言之’該類材料可自日本東芝公司講得。 22 («) 1310413 本發明所用平面基材夾具之外徑至少與待處理發晶圓之直 徑相等。依照本發明，所以該發晶圓遠至晶圓之邊緣均由該基材 夾具夾持。該基材夾具之直徑最好較待處理矽晶圓之直徑大〇至 2公厘》 為避免形成基材夾具内邊緣或局部高處之矽晶圓所引起之 滑動，依照本發明該基材夾具整個表面平坦性與水平面之平坦性 偏差必須為0·〇5公厘至〇·5公厘，但以低於〇·3公厘較佳，尤 以低於G.1S公厘更佳。依照本發明，該基材夾具之厚度應適應 所需平坦性係種類及材料之函數。 由於在尚溫下未氧化發表面之反應性，應避免珍晶圓之矽原 子及基材夾具間化學鍵之形成引起不可逆黏著作用之風險。為達 成此目的，權宜之計係建立一預定粗糖度值Ra。實驗顯示：粗链 度值Ra以0.15微米至〇·5微米為佳，尤以〇.25微米至〇.4 微米更佳。 所以，本發明之另一内容係由碳化矽製成且具有上述為避免 滑動所需特性之基材夾具。 依據本發明，熱處理使用不同之基材夾具，該基材夾具係配 合發晶圓之性質且在其熱質量方面及在其矽晶圓内所引起重力-誘發應力方面均不同。該重力-誘發應力可藉有限元計算加以估 計。直徑300公厘矽晶圓熱處理所用三種本發明基材夾具之結果 轉載在表7内。 23 1310413 表7

由表7可看出測試導致本發明顯示，自連續環基材夾具經環 中心另外附有支承面之連續環基材夾具至圓碟基材夾具，最大彎 曲應力遞減。在此方面，圓碟基材夾具之性能最佳，但其缺點是： 熱質量太高。 依照本發明，該基材夾具對於待處理矽晶圓之容易滑動有所 適應。本發明所用基材夾具在所選加熱速率及冷卻速率之情況 下’不容待處理矽晶圓滑動。因該基材夾具之較高熱質量與較低 之加熱及冷卻速率有關，因此加工時間較長，進而熱處理之成本 24 1310413 提高’最好始終使聰_f量最低之基·具卻健容許不滑 動加工。藉使用可將重力-誘發應力減少不同程度、適應基材夹具 可使所有摻雜不同之梦晶圓承受熱處理而不引起滑動雖然加工 時間之成本有不同程度之提高，但，同時確保加工時間儘可能短。 用作製造本發明矽晶圓之起始原料’最好使用氮濃度以1 · 1〇13個原子/立方公分至8 · 1〇14個原子/立方公分為佳尤以工· 10 3個原子/立方公分至6 · 1〇14個原子/立方公分更佳，晶格間 氧濃度為5.2 · 個原子/立方公分至7·5 · iq17個原子/立方 公分之發晶圓。適度選擇氮濃度連曝處理_可達成無結晶起 源缺陷區想望之厚度。依照本發明，該珍晶圓係於垂直爐内施以 熱處理’其中許多珍晶圓上下平行重4，並在U00U咖代 (尤以115〇°C至1230°C更佳)之溫度範圍内同時持績3〇分鐘至 3小時。在本發明之所有具體實施例中，基材夾具夾持之發晶圓 垂直距離為7·5至15公厘，尤以1Q至13公厘更佳（自支承面 至支承面算起）。 在本發明方法之所有具體實施例中，熱處理最好依照下述方 式實施·在4QQ至_°C之典型裝載溫度下，依照兩步驟作業程 序將該發晶圓送人處理室…為達成此目的，藉助於—背面終端 效應器’ 材夾具自下方移至待賴之Μ上面。將該晶圓安 放在二個同心m定銷上，在裝載期間將該固定鑛下來。之後， 將發晶圓及基材夾具—縣人晶舟内。 25 1310413 隨後’以預定之加熱速率將處理室加熱至預定之目標溫度 (依照本發明為ll〇〇°C至130CTC)。在高達800t溫度下，加熱 速率以最多20°c/分鐘為佳，在800°c至900°C之溫度下，最多 10 C/分鐘’尤以8°C/分鐘更佳。在超過9〇〇。〇之溫度範圍内， 最大加熱速率係由下文中之不等式所界定者，且適應矽晶圓之性 質，將處理室保持在該溫度歷經一預定之時段（依照本發明為3〇 ^ 鐘至3小時）’容該結晶起源缺陷退火。隨後，以預定之冷卻速率 將該加工溫度減至通常為400至600〇C之卸載溫度。冷卻速率最 好與加熱速率相同。 依照本發明，實施熱處理所需之條件為在矽晶圓表面形成無 表體微瑕絲度層者。此種航轉雜或奴氣氛。雜氣氛 僅含有不與矽晶圓表面起反應之氣體，例如：貴重氣體，如：氬。 還原氣氛最好含有氫，其中亦可混以惰性氣體。熱處理之時段及 φ 溫度確保製得者為一具有預期厚度之無表體微瑕疵密度層。 依照本發明，根據矽晶圓之上降伏應力（所以根據氮濃度、 晶格間氧氣及其他摻質），發晶圓分作三類。每類指定一適度 之基材夾具類型’該基材夾具類型對有關之矽晶圓產生足夠低之 重力誘發應力。再者，對熱處理期間之加熱及冷卻速率，每類指 定一適應矽晶圓及基材夹具性質之狀況（條件）。利用本發明之基 材夾具，連同固守本發明之加熱及冷卻速率，容許直徑大及氮濃 度相對低秒晶圓之熱處理而無形成滑動之風險β 26 1310413 依照本發明，特定類型之梦晶圓可分配給許多類。在此情況 下’為避免滑動，究竟將矽晶圓指定為何類並無關係。但，為經 濟考量’最好將矽晶圓指定為可能具有最高號碼之一類，蓋因隨 後可使用具有最低可能熱質量之基材夾具，該基材夾具進而容許 最高可能加熱及冷卻速率。 下文將三類中每類矽晶圓熱處理之條件加以詳細說明。 第3類包括上降伏應力最低為〇·6百萬帕斯卡（但以〇.6百 萬帕斯卡至1.1百萬帕斯卡較佳，尤以〇·7百萬帕斯卡至1〇 百萬帕斯卡更佳’且係在l2〇〇°C溫度下測得）之梦晶圓。舉例言 之’該類包含’氮濃度為3 · l〇i3個原子/立方公分至8 · ι〇ΐ4 個原子/立方公分，晶格間氧濃度為5·2 · 1〇17個原子/立方公分 至*7.5 · 1〇17個原子/立方公分及電阻係數為2亳歐姆公分至12 歐姆公分之發晶圓》 在熱處理期間，此型矽晶圓係連續同心環1〇形狀之基材夾 具支承（請參閱第2圖）。該環之外直徑至少等於矽晶圓之直徑。 内直徑至多為250公厘，但以iso公厘至250公厘較佳，尤以 工7〇至220公厘更佳。實驗及利用不同環寬度之輔助有限元素計 算曾顯示：將内直徑進一步減至低於ls〇公厘（例如：世界專利 wo 2004/090967 A1中所公開者）並不能將内緣所出現接觸壓 力作任何重大減低。因此，小内直徑並不需要，且由於基材夾具 之熱質量高，最好避免。 1310413 基材夾具平面度與理想水平面之偏差為Ο·〇5公厘至〇·5公 厘，尤以0.07公厘至〇·25公厘更佳。 若基材夾具係由碳化矽構成，依照該具體實施例，該基材失 具之厚度以1公厘至3公厘為佳，尤以1.5至2·5公厘更佳。 所有溫度變化（該溫度變化係在第3類矽晶圓熱處理期間實 施作為超過900°C之溫度範圍内加熱及冷卻之一部分）係以速率 RR實施’該速率RR係經適當選擇俾現時的溫度T )及現時的 速率RR(°C/分鐘）間存在有下述關係： |RR| ^ 5.8·1〇·4 + 0.229 ·Τ - 3.5902137 · 1〇'4 . τ2 + 1.4195996 · ΙΟ'7 · Τ3 此種關係將於加熱期間及冷卻期間看得到。因此，位於該不 等式左方者係速率之絕對值| RR|。 第2類包括上降伏應力最低為〇 ·4百萬帕斯卡（但以〇 · 4百 萬帕斯卡至0.8百萬帕斯卡較佳，尤以〇·5百萬帕斯卡至〇.7 百萬帕斯卡更佳，且係在l2〇〇°C溫度下測得）之發晶圓。舉例言 之’此包含：氮濃度為3 · 1013個原子/立方公分至8 · 1014個原 子/立方公分’晶格間氧濃度為5·2 · 1017個原子/立方公分至 • •卫。個原子/立方公分及電阻係數為8歐姆公分至6〇歐姆 公分之矽晶圓。 在熱處理期間，此型矽晶圓係由呈連續同心環10形、環中 28 1310413 心内附加之支承面之基材夾具支承者（請參閲第3圖）。該附加之 支承面最好係由至少三個支承窄條11所形成，該支承窄條11係 自環之中心沿徑向向外發展並與該環相連，且最好總是包含一 12〇°角。該基材夾具之其他性質對應於第3類矽晶圓所用基材夾 具之性質。環中心内使用附加之支承面可進一步減低發晶圓本身 重量所引起之應力。但，該基材夾具之較高熱質量必然減低加熱 及冷卻速率。 所以所有溫度變化（該溫度變化係在屬於第2類之發晶圓熱 處理期間’於超過900。〇之溫度範圍内加熱及冷卻期間實施）係以 速率RR實施，該速率RR係經適當選擇，俾現時的溫度7(。〇及 現時的速率RR(°C/分鐘）間存在下述關係： |RR| < 7.469 · 1〇2 _ 1.6928 · T + 1.28112 · 1〇~3 . τ2 -3 · 2306467 · 1〇-7 · τ3 第1類包括上降伏應力最低為〇 ·3百萬帕斯卡（但以〇 · 3至 0.6百萬帕斯卡較佳，尤以〇·3至。5百萬帕斯卡更佳，且係在 12〇0°C溫度下測得）之發晶圓。舉例言之，該發晶圓包含：氣濃 度為i · 1013個原子/立方公分纟丄· 1〇14個原子/立方公分晶 格間氧浪度為5.2 · If個原子/立方公分至7 q ·加7個原子/ 立方公分及電阻餘為4Q歐姆公分至9Q歐姆公分之妙晶圓。 在熱處理期間，此類梦晶圓係由圓碟12形、用實^上整個 29 1310413 表面支承其上面所置之發晶圓之基材夾具支承者（請參閲第4 圖）。該圓碟之直徑最好較該梦晶圓者大G至2公厘。此種大小之 凸出部分適於補償由於短暫存在之空氣墊作用在裝載該基材夾具 時發生之梦晶®浮動。此乃意謂：即使可能發生些微浮動之後， 該梦aa圓仍由該基材夾具之整個表面支承。無需使用較大之凸出 部分，蓋因凸出部分將不必要地增加熱質量。該圓碟以具有至少 二個（尤以恰巧二個更佳）、直徑為3至6公厘之孔洞13，以便 裝載助件（銷）可以通過該孔洞，俾可實施上述兩步驟裝載。 若該基材夾具係由碳化矽構成，該圓碟狀基材夾具之厚度以 0·4至0.8微米為佳，尤以〇. 55至〇·7微米更佳。該圓碟狀基 材夾具較中心内有或無附加之支承面之有角基材夾具更具機械穩 定性且對變形更具抗力。因此，圓碟狀基材夾具所需之厚度較低。 此避免不必要之高熱質量。該基材夾具其餘之性質對應於屬於第 三類矽晶圓所用基材夾具之性質。若使用圓碟狀基材夾具，可將 矽晶圓本身重量所引起之應力更進一步減低。但，更高之熱質量 需要將加熱及冷卻速率進一步減低： 所以所有溫度變化（該溫度變化係在屬於第1類之發晶圓熱 處理期間、於超過900¾之溫度範圍内加熱及冷卻期間實施）係以 速率RR實施’適當選擇該速率RR，俾現時的溫度T (°C)及現時 的速率RR(°C/分鐘）間存在下述關係： 30 1310413 |RR| < 9.258 - 102 - 2.2317 · T + 1.79552 · ι〇-3 . ^ -4.8169846 · ΙΟ·7 · Τ3 上述所有類型基材夾具以由碳化矽構成者為佳。其整個面積 之厚度最雜常不變，亦即無高出之邊緣區及無任何溝槽或類似 結構，將製造基材夾具之成本減至最低，蓋因任何厚度變化需要 其他製造機械步驟配合，該步驟，一方面增加成本，另一方面有 φ 將金屬雜質帶入基材夾具之風險。 放置矽晶圓之基材夾具表面’平均粗糙度Ra以〇 · 15微米至 0.5微米為佳，但以0.2微米至〇·4微錄佳，尤以Q 25微米 至0.35微米更佳。 平均粗糙度1係用機械靠模機（例如：Dektak v3〇〇，美 國維哥公司出品）’涵蓋距離5000微米測得者。 若具有上述特質之⑦晶圓依照上述方式實施熱處理，所得結 • 果是：接近表面"無結晶起源缺陷"層之厚度至少4 5微米，尤以 10微米及咼達15微米更佳，"無表邇微瑕疵密度"層之厚度至少 為5微米及凹達1S或甚至25微米及發晶圓内部之表體微瑕蘇密 度適於確保足夠之吸氣性質。若保持本發明之氮濃度，則避免絕 大部分熱處理期間形成氮·誘發缺陷。所以，本發明之方法可使所 製發晶圓之氮-誘發缺陷少於45個，甚至少於1Q個，舉例言之， 降至兩個或甚至零個（請參閲第U圖）。同時，該基材夹具及熱 處理之條件（尤其加熱及冷卻料）以之对配合财晶圓之 31 1310413 隹質’使該發晶圓（儘管氮濃度相對低)在熱處理期間不滑動，蓋 因該熱誘發應力及重力誘發應力均保持在低水平，㈣不會對發 晶圓造成任何損害。所以可製得完料含掠面及線性滑動區切 晶圓（請參閱第7圖）。所以，上述方法能製造本發明之發晶圓。 實施例1 用左科拉斯基法減在晶棒開魏濃度為^ · iq13個原子/ 立方公分，在晶棒終端氮濃度為2 · 5 · 1〇!4個原子/立方公分晶 格間氧濃度為6.5 · W個原子/立方公分至6·6 · iq17個原子/ 立方公分’電轉數為8歐姆公分至u歐姆公分之單結晶發晶棒 並切割成晶®。將财晶圓加峨光^依據摻質之濃度可將所 有晶圓歸類為本發明之第2類。於—由1()。％氬所組成之氣氛内， 將該梦晶圓施以本發明之熱處理，並在12GG°C溫度下維持2小 時’在該熱處理期ρβ〗該;^晶圓係置於祕度Ra=Q15微米之基材 夾具上(該基材失具係適用於第2财晶圓者）。適當選擇加熱及 冷卻速率，使在任何溫度下該速率均對應於第2類之不等式。 之後利用SP1量測之源自沿晶棒轴不同位置之許多晶圓發 生之氮-誘發缺陷。第9圖所示係暗場狹窄正入射（DNN)通道（> 〇·128微米LSE;曲線31)與暗場寬廣垂直入射（DWN)通道 (>0·120微米LSE :曲線32)之比較。該圖顯示出：於各個通道 内所偵檢發晶圓整個正面上局部化光散射點之總數NLS。該低晶圓 數Nw源自晶棒之開端，而高晶圓數源自晶棒之終端 。在DNN通道 32 1310413 内之極高計數速率顯示氮-誘發缺陷之發生。但，對所有該晶圓而 言，所偵檢到缺陷之總數至多為45。 再者，藉助掃描紅外線去極化作用（31111：))測試加工後矽晶 圓之滑動。第7圖所示係依照本實施例所製無滑動矽晶圓。 利用一 M06量測該矽晶圓之結果顯示一結晶起源缺陷密度 為0.8個結晶起源缺陷/平方公分（以5微米厚之層為基準）。此 產生該層内結晶起源缺陷體積為基準之結晶起源缺陷密度為 1600個結晶起源缺陷/立方公分。利用M〇4測得該矽晶圓之整體 内表體微瑕疫密度為8·1〇9個表體微瑕疵/立方公分至15·ι〇1〇 個表體微瑕疲/立方公分。 將曾實施過本發明熱處理之矽晶圓中之一個施以一次拋 光，移除10微米之材料。該晶圓之氮濃度為19 · 1〇14個原子/ 立方公分，利用氮在矽内之習知偏析係數及藉助於質譜測定法在 晶棒之開端量測氮濃度，以晶棒之位置為基準，測定該氮濃度。 為顯示該結晶起源微細缺陷，拋光後，在約85〇c溫度下，藉助於 Sc_1溶液(NH3/H2〇2/H2〇)將該晶圓加以蝕刻，歷時20分鐘。 之後，實施SP1散射光量測，以檢查該晶圓之整個表面。第1〇 圖所示係具有散射強度大於〇 .3^微米LSE之暗場垂直通道所發 生散射現象之量測結果。該晶圓並未顯示以結晶起源缺陷形式為 中心之圓（若有未經熱處理分解之結晶起源缺陷出現，則成為拉成 之空位富有矽晶棒）β量測之結果：受檢查之砍晶圓之無結晶起 33 (S) 1310413 源缺陷層厚度至少為ίο微米。 實施例2 利用左科拉斯基法拉成一在晶棒開端氮濃度為3 · 1〇13個原 子/立方公分，在晶棒終端氮濃度為1 ·2 · 1〇14個原子/立方公分， 晶格間氧漠度為5.6 · 1G17悔子/立方公分及電阻係數為2〇至 30歐姆公分之單晶砍晶棒並切割成晶圓。將該梦晶圓加以撤光。 於由100%氧所組成之氣氛内，將該矽晶圓施以本發明之熱處理。 該熱處理包括：加熱，在12〇〇。〇恆常不變溫度下進行2小時及一 冷卻在加熱及冷卻期間固守之斜坡速率為丄至lcrc/分鐘。在熱 處理期_$晶®安放在由碳切所構成之基·具上，該基材 夾具為連績同心環形，在環之中心有或無附加支承面。 之後’利用SP1量測源自沿晶棒軸不同位置之許多晶圓發生 之氮-誘發缺陷。第11圖所示係於暗場狹狂人射⑴咖)通道内 所偵檢到、在矽晶圓整個正面上局部化光散射點之總數 ^从⑵微求咖卜以”環^至”環心表示之量測值與熱處 理期間安裝在連續同心環形基材夾具上之發日日日圓有關，而以"環 +表示之量測值與女裝在連續同心環形、環之中心附加之支承面 之基材爽具上之⑪晶3)有關。所有該晶圓之氮·誘發缺陷為數極 〇 比較例1 將由實施例1之㊉晶棒所製另_批;^日圓施以類似於實施例 34 1310413 1之熱處理。該基材夾具與實施例1所用之基材夾具相同但具有 較低之粗糙度Ra=〇 · 10微米。藉助於掃描紅外線去極化作用將該 加工過之梦晶圓再加以檢查。第6圖所示出現之極大滑動區22， 完全係由於粗糙度較低所致。

【圖式簡單說明】 35 1310413 第1圓所示係先前技術所製㈣圓典誘發缺_度曲線圖 (藉助於原子力顯微鏡測定者）。 第2圖所示係用連續環形之本發明基材夾具。 第3圖所示係-連續環形、環之中心附加一承受面之本發明基材 夾具。 第4圖所示係一圓碟形之本發明基材夾具。 第5圖所示係量測矽上降服應力之定律。 第6圖所示係先前技術所製、直徑3⑼公厘和_滑動之分佈 圖（係用高分辨率彈性應力量測法所測定者）。 第7圖所示係對應於第6圖所示者之量測結果，但係屬於直徑3〇〇 公厘之本發明發晶圓。 第8圖所示係一發晶圓上線性滑動及面性滑動區域之分佈圖。 第9圖所示係：經本發明熱處理之後，氮濃度為δ · iQi3個原子/ 方a刀至2·5.1G14個原子/立方公分之衫圓上氮-誘發缺陷 之頻率。 =10圓所示係藉助於光散射量測法（SP1)所㈣經依照本發明 實施過熱處理、隨後施以抛光以移除1G微米材料、直徑300公 厘之發晶圓上無以面積為中心之結晶起源缺陷。 第11圖所示係··經本發明熱處理之後，氮濃度為3 · 1G13個原子 陷立之^至1·2·1014悔子/立方公分之-圓上氮-誘發缺 1310413 元件符號簡單說明: 1矽棒 2小容器 3感應線圈 4伸長力 5長度 6槽 • 10連續同心環 11支承窄條 、 12圓碟 . 13孔洞 21線性滑動 22面性滑動區 31曲線 • 32曲線 WD缺陷之寬度 dD缺陷之深度

Claims (1)

1. 號專利申諳案 卩-―--- 中文申請專利範圍替換本(97年4月） 0-^4月~7n 十、申請專利範圍： 1. 一種於立式爐内將許多直徑至少為300公厘及上降伏應 力至少為0.6百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測得）之矽 晶圓施以熱處理之方法，在該方法中： 實施熱處理期間，該矽晶圓支承在連續同心環形、 内直徑至多為250公厘、外直徑至少等於該矽晶圓直徑 之基材夹具上，支承碎晶圓之基材夾具之表面之平面度 與理想水平面之偏差為0.05公厘至0.5公厘； 在熱處理開始時，該矽晶圓係以預定之加熱速率將 該矽晶圓加熱至高達ll〇〇°C至1300°C之目標溫度； 之後，在一惰性或還原氣氛内，將該矽晶圓維持在 該目標溫度，歷時30分鐘至3小時； 隨後以預定之冷卻速率將該矽晶圓加以冷卻；及 適當選擇超過900°C之溫度範圍内之加熱及冷卻速 率RR (°C/分鐘）作為現時的溫度T (°C)之函數，任 何時間均滿足下述條件：|RR|S5.8x10_4+ 0.229xT — 3.5902137χ10-4χΤ2+ 1.4195996χ1(Γ7χΤ3。 2. 如請求項1所述之方法，其中該矽晶圓之上降伏應力為 0.6百萬帕斯卡至1.1百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測 得）。 3. 如請求項2所述之方法，其中在實施熱處理之前，該矽 晶圓之氮濃度為3xl013個原子/立方公分至8xl014個原 子/立方公分，晶格間氧濃度為5.2xl017個原子/立方公 38 1310413 分至7.5xl017個原子/立方公分及電阻係數為2歐姆公分 至12歐姆公分。 4. 一種於立式爐内將許多直徑至少為300公厘及上降伏應 力至少為0.4百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測得）之矽 晶圓施以熱處理之方法，在該方法中：

   實施熱處理期間，該矽晶圓支承在連續同心環形、 内直徑至多為250公厘、外直徑至少等於該矽晶圓直 徑、且環之中心内外加之支承面之基材夾具上，支承石夕 晶圓之基材爽具之表面，其平面度與理想水平面之偏差 為0.05公厘至0.5公厘； 在熱處理開始時，該矽晶圓係以預定之加熱速率將 該矽晶圓加熱至高達1100°c至1300°C之目標溫度； 之後，在一惰性或還原氣氛内，將該矽晶圓維持在 該目標溫度，歷時30分鐘至3小時； 隨後以預定之冷卻速率將該矽晶圓加以冷卻；及 Φ 適當選擇超過900°C之溫度範圍内之加熱及冷卻速 率RR (°C/分鐘）作為現時的溫度T (°C)之函數，任 何時間均滿足下述條件：|RR|S 7.469xl02—1·6928χΤ + 1.28112x10_3xT2 — 3.2306467x10.7xT3。 5. 如請求項4所述之方法，其中該矽晶圓之上降伏應力為 0.4百萬帕斯卡至0.8百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測 得）。 6. 如請求項5所述之方法，其中在實施熱處理之前，該矽 39 1310413 晶圓之氮濃度為3xl013個原子/立方公分至8xl014個原 子/立方公分，晶格間氧濃度為5.2xl017個原子/立方公 分至7.5xl017個原子/立方公分及電阻係數為8歐姆公分 至60歐姆公分。 7. 一種於立式爐内將許多直徑至少為300公厘及上降伏應 力至少為0.3百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測得）之矽 晶圓施以熱處理之方法，在該方法中：

   實施熱處理期間，該矽晶圓支承在圓碟（12)形、 外直徑至少等於該矽晶圓直徑之基材夾具上，支承矽晶 圓之基材夾具之表面，其平面度與理想水平面之偏差為 0.05公厘至0.5公厘； 在熱處理開始時，該矽晶圓係以預定之加熱速率將 該矽晶圓加熱至高達1100°c至1300°C之目標溫度； 之後，在一惰性或還原氣氛内，將該矽晶圓維持在 該目標溫度，歷時30分鐘至3小時；

   隨後以預定之冷卻速率將該矽晶圓加以冷卻；及 適當選擇超過900°C之溫度範圍内之加熱及冷卻速 率RR ( °C/分鐘）作為現時的溫度T ( °C )之函數，任 何時間均滿足下述條件：|RR|S 9.258x102 — 2.2317xT + 1.79552x1 (Γ3χΤ2 - 4.81 69846χΗΓ7χΤ3。 8. 如請求項7所述之方法，其中該矽晶圓之上降伏應力為 0.3百萬帕斯卡至0.6百萬帕斯卡（在1200°C溫度下測 得）。 40 1310413 9. 如請求項8所述之枝，其中在實施熱處理之前，該石夕 * ⑽之氮濃度為lxlGl3個原子/立方公分至lxl〇14個原 子立方A刀，日日格間氧濃度為5 2)<1〇丨7個原子/立方公 J 分至7·5Χΐ〇17個原子/立方公分及電阻係數為40歐姆公 - 分至90歐姆公分。 10. 如請求項1至9中任一瑙所诚夕古、土 . . ^ 項所述之方法，其中在實施熱處 理之前’該石夕晶圓之氮濃度至多為6χ1〇Ι4個原子/立方公 • 分。 U·如清求項1至9中任一項所述之方法，其中在實施熱處 理期間支承石夕晶圓之基材夾具以距離7 5至15公厘（支 承面與支承面計算）、上下重疊平行之方式安裝。 °月求項1至9中任-項所述之方法，其中該等基材失 具之平均粗糙度心為0.15微米至〇 5微米。 A如請求項丨至9中任-項所述之方法，其中該基材夾具 係由碳化矽製成。 _ 14_ —種由碳㈣製成、熱處理期間用以支㈣晶圓之基材 夹具，該基材夾具為連續同心環（1〇)形、外直徑至少 為300公厘且至少等於該矽晶圓之直徑内直徑為Μ。 公厘至250公厘，支承該矽晶圓之基材夾具表面之平均 粗糙度1為0.15微米至〇 5微米且其平面度與理想水 平面之偏差為〇.〇5公厘至0.5公厘。 15_如請求項14所述之基材夾具，該基材夾具在環之中心 内外加一支承面。 41 1310413 16·如請求項15所述之基材失具，其中環中心内外加之支 承面係由至少三條支承窄條（11)所形成，該支承窄條 係自環之内緣伸出於環之中心相遇。 17. 如請求項〗4至16中任一項所述之基材夾具，該基材夾 具之厚度為1公厘至3公厘。 18. —種由碳化矽製成' 熱處理期間用以支承矽晶圓之基材 夾具，該基材夾具為圓碟（12)形、其直徑至少為300 公厘且較該矽晶圓之直徑大〇至2公厘，支承該矽晶圓 之基材夾具表面之平均粗糙度匕為〇 15微米至〇5微 米且平面度與理想水平面之偏差為0.05公厘或0.5公 厘。 19.如明求項18所述之基材夾具，該基材夾具具有至少三 個直徑為3公厘至6公厘之孔洞（13)，該裝載助件可 通過該孔洞。

   20.如請求項18或19所述之基材夾具，該基材夾具之厚度 為0.4公厘至〇·8公厘。 21. 如請求項14至16 、18及19中任一項所述之基材夾具， 該基材夹具整個面積之厚度恆常不變。 22. -種石夕晶圓，該料圓無任何遙晶沉積層或藉連接石夕晶 圓所形成之層，其氮濃度為1χ1〇υ個原子/立方公分至8 Χίο14個原子/立方公分，氧濃度為52χ1〇17個原子/立方 公分至7·5χ1017個原子/立方公分，該石夕晶圓厚度中心之 表體微瑕疵密度為3χ1〇8個/立方公分至2χΐ〇1()個/立方 42 1310413 公分，所有線性滑動之累積總長度不超過3公分及所有 面性滑動區之累積總面積不超過7平方公分，矽晶圓正 面在DNN通道内、大小大於0.13微米LSE之氮誘發缺 陷少於45個，一個厚度至少為5微米之層，其中大小 至少為0.09微米者不超過lxlO4個結晶起源缺陷/立方公 分，及不含表體微瑕疵密度層之厚度至少為5微米。

   23. 如請求項22所述之矽晶圓，該矽晶圓之氮濃度為lxlO13 個原子/立方公分至6xl014個原子/立方公分。 24. 如請求項22或23所述之矽晶圓，該矽晶圓之直徑為300 公厘或更大。

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