TWI312378B - Method for producing silicon wafer - Google Patents
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Description
1312378 九、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 ' 本發明係關於-種在内部形成有氧析出物且又不發 生滑移（slip)之晶圓之製造方法及由此方造之 圓。 ； 7曰曰 【先前技術】 向來，為了製造半導體裝置，使驗切克勞斯基法 •(以下簡稱CZ W由石夕單結晶切取之晶圓。於裝置之 製程中，由於晶圓梵各種的熱處理，在晶圓内部或可發 生滑移，但在以往的製程裏使用通常之批次或熱處理爐 且晶圓之直徑以200mm之小徑者為主流，故滑移之發生 並不成很嚴重的間題。但是，近年最先端的製程，為了 使離子注入之不純物活性化，在熱處理上使用例如SLa (棘波燈退火）或FLA (閃燈退火）等葉片式之熱處理 方法’將不純物之深度方向之分佈控制於狹窄範圍，以 非常高速的上昇至所定之溫度且從該溫度急速的冷卻之 φ 方法’於是作用於晶圓的熱應力遠比以往之製程為大。 另一方面’由於晶圓之直徑之主流已逐漸移向3〇〇mm之 大徑’結果晶圓之重量增大’隨著因其自重發生之應力 及熱處理時之熱應力亦增大’故使用直徑3〇〇mm晶圓之 最先端製程裡’比以往更易發生滑移，而此滑移為因之 晶圓的變形亦隨著增大，導致晶圓收率之低降。 另者，日本特開平9-190954號之請求項1有揭示一 種含氧5x 1〇17〜1〇χ 1〇17個/cm3範圍，在基板外周起 6 1312378 10mm以下之範圍以1〇8〜，俯咖 Γ〇?ι^ 移之發生。 .....攸基板之外周部抑制滑 在上述之專利文獻中揭示之丰 St:滑移之氧析出物之密度範圍，-規= 位之運動之抑=二;; :物析：:致:—-析 抑制上=辄圍是出㈣晶圓無法 【發明内容】 其不足之處。 sLAttiims提供—種即使直徑增大或施予 大之氧析出物二^之熱^，仍可在廣 中透過實驗調#、-1·移供—種無需在裝置製造製程 中不發能設計出在裝置數程 之矽晶圓。 *之矽晶圓之製法及由其製取 7 1312378 本發明等人準備了氧析出物 • 及密度各不同之複數枚切晶d，n長度（大小） 溫熱處理時之滑移發生舉動之a果發圓調查在高 角線長(大彻密度滿;物之對 線方向之最大熱應力與氧析出物;c刀 二關係時，不發生以氧析出物本身為起== 實，從而完成了本案請求項i之發明。起點之，移之事 請求項1之發明’如圖1及圖 將石夕單結晶棒切割製作之石夕晶圓^關广—種 内=氧析出物…晶園的改良晶圓10 其特徵在於，形成有該氧析出物 後繼ίί導體裝置製程中被熱處理之石夕晶圓二為在 設定;;晶圓10所需之複數種類之氧濃度及熱Ϊ歷之 :該複數種類之氧濃度及熱履歷之各個 入參數，解Fokker-planck方程式而分別篡屮&紅山f輸 ，，之熱處理工程之後且裝置製程之熱 别的晶圓10内部之氧析出物U之 直 密度D (個/cm3)之計算工程； '角線長度L(mn)及 根據裝置製程之熱處獻程㈣之熱處 及其熱處理溫度，算出在裝置製程 爐^構k 於晶圓10之外周部之切線方向之最夫程化作用 計算工程；及 《取大熱應力S(MPa)之 8 1312378 Ο) 12000χ D-°-2^L^51〇〇〇xS-i.55 此請求項1所述之矽晶圓 足Lg12000xD-u之對角線長产^在上述⑴中能滿 出物U可抑制晶圓10在高溫：卑、5密度之氧析 將具有上式⑴所界定範圍，角生之滑移。又’ 析出物11形成於晶圓10 φ曰，線長度及密度D之氧 採工链w 巾’職根據裝置製程之教處 ，工程之熱應力抑制從晶κ丨。相部發生 j 時能防止氧析出物u本身發生之轉位。甚且無 = =刻意實行實驗調查滑移之發生狀況即能言找在^置 ^耘不發生滑移之晶圓10,因此能於短時間及以低成 ，在裝置製程決定不發生滑移之晶圓10之製造條件。 在此胃滑移（slip)”係指矽晶圓在受熱處理中有熱 應力等應力作用於某一結晶面之反面時 ’在結晶内因滑 移而發生之結晶缺陷。 另可將晶圓内部之由B、P、As及Sb之群中選出之 種或多數摻雜物(d〇pant)濃度設定複數種類，而將此等 &雜物濃度分別加於輸入參數亦可。 八將晶圓内部之碳濃度增設複數種類，將此等碳濃度 分別加於輸入參數亦可。 ^ 另外將晶圓内部之氧濃度增設複數種類，將此等氧 /辰度分別加於輪入參數亦可。 1312378 請求項5之發明，如圖！ _ / 1乃至4之任-項所述方法製 係由請求項 此喷求項5所述之麥晶圓 之密度範圍，在晶圓10内亦不析出物η 高。 '月栘’晶圓1 〇強度 如上所述，依本發明，因先 1 之複數種類之氧濃度及熱履歷之各而設定 數’經由解F〇kker-Pianck方程式分篡二乍為輪入參 =，程之後且裝置製程之熱 的曰曰圓内枚氧析出物之㈣線長度L及密声u別 置Ϊ程之熱處理工程所用之熱處理爐：構造及i 熱處，溫度，算出在裝置製程之熱處理工程時 圓之外周部之切線方向之最大熱應力8後，決定滿足: 式⑴之關係之氧濃度等，因此即使晶®直徑大，或實施 ^LA或FLA等急速加缺急速冷卻之熱處理，在廣 氧析出物之密度範圍亦不發生滑移而製取強度高之 且在裝置製程熱處理時又能防止滑移的發生，故能^古 收率製取質優之半導體元件。 同 加之在裝置集·程中不必刻意的實行實驗調查滑移 之發生狀況亦得設計在裝置製程不發生滑移之晶圓。於 是能於短時間及以低成本決定在裝置製程不發生滑移 晶圓的製造條件。 更有進者，依上述方法製造之晶圓，即使增大氧析 出物之範圍，在晶圓内不發生滑移，晶圓強度高。 10 I3l2378 【實施方式】 爰依圖式說明本發明可取之實施形態於 實施形態 〜、、下 圖1及圖2所示為將〔2法培f所成 。 刀割後’施予減理使細部形成氧析出物:結晶棒 面實施鏡面研磨加工所得之⑪晶圓1() 並將其表 ^半導體裝置餘_，絲置製程^後 置4=:=，物之熱處理工程=裝 物之密度及對角線長度（大小）之關係之 ，析出 置製程之熱處理工程裡存在有一即使熱;力;乍口仍 靶使晶圓内之轉位固定之氧析出物之對角線 === p限值，及-阻止從上述氧析出物發生滑移之氧= ^對角線長度及密度之上限值。因此
$角線長度及密度在上述之下限值及上限值== 域（上限值及下限值之間之領幻即能抑㈣移之發生。 次說明達成上述之轉位蚊及抑歸移之石夕晶圓 (圖2)之製造條件之決定方法於下。 “，首先设定製造晶圓1〇之複數種製造條件 。在此所謂 製造條件係指氧濃度、熱履歷、摻雜物濃度、碳濃 度及氧濃度之群巾選出之至少含有氧濃度及熱履歷之二 種以上的條件。熱履歷—般包含晶®製造廠商之熱履歷 及裝置製織商之域歷。晶圓製造廠狀熱履歷有石夕 單結晶棒之拉起時之熱履肋及形成上述氧析出物時熱 11 1312378 處理所受之熱履歷。又，裝置製 形成氧析出物時合發生丨f# θ商…履歷則有無 所受之熱履歷時=:=以= 置製程程序 之熱履歷包切單結晶棒之拉起=:=之= 受之熱履歷及在較低溫之預请裝
(由低溫以一定之昇溫速度提昇】St fiii，，之咖χ晶圓1〇時，在實施埋找 =低溫實行昇溫熱處理等。另外，捧二2 k'。、ASASb料中m㈣上之换雜物之 繼之，將上述之複數種之氧濃度及熱履歷等之製造 條件之各組〇作為輸入參數解F〇kker-Planck方程式分 別鼻出形成氧析出物11之熱處理工程後且裝置製程之 熱處理工程直前之晶圓10内部之氧析出物n之對角線 長度L(nm)及密度D (個/cm3)。在此所謂“裝置製程之 熱處理工程之直前”係指上述預備裝置製程之後且上述 主裝置製私之刖之意。晶圓1〇内部之氧析出物11之舉 動(behavior)用氧析出物u之半徑r及熱處理時間t作為 函數之大小（size)分佈函數f(r，t)表示，依下示之 Fokker-Planck方程式(2)解f(r，t)之時間變化求出上述氧 12 1312378 析出物11之m . 對角線長度L(nm)及密度D(個/cm )。式(2) T ’ J(r ’ t)係以式n、主二.
Jt /〇,〇 a 式(3)表示 *A>v) (2) (3) 上述式(3)中’ A(r, t)及B(r，t)滿足下式(4)之關係 )-A(r,t) #G(") (4) u ί ΐ(4)中’k為波子曼常數、T為絕對溫度、△咖) 微f半徑r之氧析出物u之形成之。胸之自由能量 。將任意之熱處理後之大小分佈函數f(r，t)代入下 及⑹即可算出氧析出* Π (正八面體狀之氧析出 物）之對角線長度L(nm)及密度D (個/cm3): 參 D (個/cm3) =i f(r，t)dr L(nm)=3χ 1 〇7x !rf(r，〇dr ^f(r,t)dr (5) x
l〇7xiifc〇^ D ⑹ 次根據裝置S程之減理:L程制之減理爐之構 造及其熱處理溫度’使用f腦之模擬法算出在裝置製程 13 1312378 之熱處理工程中作用於晶圓10之外周部之切線方向之 最大熱應力S(MPa)。 進而，從複數種之氧濃度及熱履歷等製造條件中決 疋滿足下式（1)之關係之氧濃度及熱履歷等製造條件：
12000x D'0 26^l^ 510〇〇x S -1.55 ⑴ 又，在此第一實施形態中，上述之氧析出物丨丨之對 角線長度（大小）係指當從石夕晶0 10之4士曰古你η ηπι 方向看到正八面趙狀之氧析出物η時，^方氧 11之結晶方位[010]方向延伸之對角線長度（圖1)β再 者，上式⑴可如後述之實施例，根據實驗求得。在此場 合，上述氧析出物之對角線長度（大小）及密产 藉使=賴特(wdg_刻液對晶圓表面實行選“刻後 用光子顯微鏡觀察計量’而大小最好是 微鏡之觀察調I。 狀11：千顯 由上述可知，無需在裝置製簡 移之發生狀況亦能設計在裝置實驗° 周查α in田μ· η 表程不發生滑移之晶圓 10。因此’可純_如低成本決 生滑移之晶圓10之製造條件。 我綠知不發 具體而言’決定晶圓10之氧濃度及熱 件使得能在晶圓1G内形成由上式⑴涵= 角線長度.L及密度D之氧析出物η。 範圍内之對 件，即可藉晶圓Η)内部之氧析出物製= 滑移並且可根縣置製程之祕理碎之熱應力抑= 14 1312378 曰曰圓1G外周部發生之滑移，同時亦可抑制由氧析出物 U本身發生之轉位。 17上述之3晶圓10内部之氧濃度為1GX 1〇17〜18χ 1〇17at〇m/Cm7(依舊ASTM，以下同），最好設定於11χ 10〜15χ Η) atom/cm3之範圍。在此將晶圓忉内部之氧 濃度限定於上述範圍之理由為1Qx i()17atQm/em3以下時 晶圓強度劣化（降低），超過時晶圓表面之完整性劣化 低）。 對上述之高電阻之石夕晶圓1〇實施昇降熱處 將溫度從赋昇溫至l_t時採用0.5〜_分之昇 溫率(ramp rate)為宜。在此昇溫熱處理後，在1〇〇(^ 行保持0〜4小時之前處理，使更多之氧析出物u析出， 從而使石夕晶圓10之電阻值安定化。 =’對上述之高電阻之SIM〇x晶圓1G實施昇溫熱 處理時，如將溫度從55(TC昇溫至7〇(rc時採帛〇3〜2〇 °c/分之昇溫率為宜。在此昇溫處_在·。c實行保持 1〜4小時之前處理，最好是纟酶〜㈣❿尤其在画〜 1050 C之溫度實行保持4〜16小時，尤其8〜16小時之第 二熱處理。蓋因藉上述第—減理形成氧析出核，而在 第，一熱處理使其成長為氧析出物。 又，如在氬氣氛、氫氣氛等非氧化性氣氛 110j)〜125G°C之範圍實行高溫熱處理時，使用氧析出核多 及氧析出物易成長之石夕晶圓10。此種石夕晶圓1〇 層部不存在CGP (結晶源粒子）或氧析出物u，可將滑 15 1312378 移固定於表體(bulk)中，且不會從氧柄中 滑移，可期待充分之沿(内部4=:1本身發生 又，矽晶圓10中之摻雜物濃度最 一 l〇12：lx lO-atoms/c^^^^ lxl〇4rr〇it s 1〇 3之严、P等摻雜物濃度限定 於10 :lx 10 at〇ms/cm3之範圍内是因ΐχ 10 atoms/cm3以下時不能控制摻雜物濃度，
1021at〇ms/cm3時，如果晶圓1〇為磊晶晶圓，f 調合轉位。 至於矽晶圓10中之碳濃度最好設定於lx i〇ls〜h 1018at〇mS/Cm3’ 尤其是 5χ 1015〜5x 10nat〇ms/cm3 範圍。 限定於上述範圍是因為1χ l〇15at〇ms/cm3以下時(内 部吸就）效果差’而超過1χ l〇18at〇lns/cm3時，在熱處 理時會發生過多之氧析出核而生成過剩之氧析出…。' 另者，矽晶圓10中之氮濃度最好設定於lx 1〇1M x 1017atoms/cm3,尤其 5x 1012〜5X l〇16atoms/cm3 範圍。 限定於上述範圍是因為lx l〇12at〇ms/cm3以下時發晶圓 内之原子空孔易消失’而超過lx l〇17at〇ms/cm3時關連 氮之氧氣施體(doner)的發生量增加，顯著改變矽晶圓之 電阻率。 此外’若是矽晶圓為P-型之支持晶圓上成長有p型 之磊晶膜之P/F型磊晶-晶圓之場合，支持晶圓最好採用 氧濃度 lx 1017〜15x l〇17atoms/cm3 時，尤其 Ι2χ ι〇ΐ7 atoms/cm3，氮濃度 5x 1〇12〜5χ l〇14atoms/cm3，尤其 16 1312378 1013 atoms/cm3，B 摻雜物濃度 2
. 16 3 八 1U 〜2 X 10 atoms/cm，尤其 lx 10i5at〇ms/cm3 之組合。 - 又，方疋石夕晶圓為在氬氣氛中施加過退火處理之曰 圓之場合，最好採用氧濃度1〇 X 1〇17~^ X atoms/cm3，尤其 12x l〇17at〇ms/cm3、氮濃度 5χ ι〇13〜5 X 1016at〇ms /cm3，尤其 2x 10i4at〇ms/cm3摻雜物濃 度 2x 1014〜2x l〇16atoms/cm3，尤其 lx 1〇15at〇ms/cm3， φ 以及從1000°C至丨2〇〇。(：昇溫速度採用0.5〜5〇c/分，尤其 1°C/分，而在1150〜125(TC，尤其120(TC之温度保持〇·5二 小時，尤其1小時之熱處理之組合。 <第2實施形態> 圖4為本發明之第2實施形態。 此實施形態中，在矽晶圓内形成之氧析出物21之形 狀為十四面體狀。此氧析出物21為第丨實施例之正八面 體狀之，析出物之6個角部去角形成者。在此將上述兩 形態之氧析出物總稱為多面體狀之氧析出物。除上述之 • 外，此^施形態與第1實施形態具相同之構成，惟在此 實施升^態所謂氧析出物21之對角線長度係指從石夕晶圓 之結日日，位[100]方向觀視十四面體狀之氧析出物21 時’沿氧析出物21之結晶方位[010]方向延伸之對角線 長度。 <第3實施形態> 圖5，本發明之第3實施形態。 此實施形態之矽晶圓内所形成之氧析出物31之形 17 I3l2378 狀為正方形板狀。將任意之熱處理後之大小(size)分佈函 數f(r，t)代入上式(5)及下式(7)即可算出氧析出物u (正 方形板狀之氧析出物）之對角線長度L(nm)及密度（個 /cm3) 〇 L(nm)=l〇7x :107x β. 3 irf(r,t)dr lf(r,t)dr 「!诏 β. \rf{r,t)dr
D ⑺ 在上式(7)中’ β為氧析出物（正方形板狀之氧析出 之縱杈比（正方形板之氧析出物之厚度/對角線長 ί檨H01左右之值。除上述之外，與第1實施形態 2 又此實施形態之氧析出物31之對角線長度 主之結晶方位_方向觀視正方形板狀之 延伸之對角線長度。 、曰方位_方向 <實施例> 合比較_細㈣本發明之實施例於下。 首先準備直徑2〇0mm且摻雜之 〜W ’氮濃度3χ 1〇M一:巧 將此矽結晶切割製取矽晶圓’並置於夕二曰:：繼： 保持1小時實行氬退火。在此12 C之乱祕中 °C至】々曰、® ± L之汁溫工程中，1000 〇〇C之升溫速度為？分，此炒晶圓中之正八面 1312378 體狀之氧析出物之密度D為1χ 1〇!〇個/ 3 之對角線長度（大小）L (從晶圓之③ 實施例2 又日日圓作為實施例1。
首先準備直徑200mm且摻雜之 atoms/cm3 ’ 氮濃度 3x 10Mat〇ms/cm3 之矽:曰 X 將此石夕結晶切割製取石夕晶圓，並置於=氣$ 保持i小時實行氬社。在此12⑽。c 中 t：至12 001之昇溫速度為〗t /分，昇;^程中，娜 體狀之氧析出物之密度D為lx i 1G阳31/之正八面 之對角線長度(大小)L (從晶圓：二/:= 觀視正八面體狀之氧析出物時，二f向_]方向 延伸之對角線長幻為5Gnm。⑽•向 在此實施例2中之氧析出物之夕:圓:為實施例2。 小於實施例1之議咖，推其原因乃=^ηϊη，明顯 不同於實施例1之單結晶拉起爐實，由於使用構造 育時之熱履歷不同所致。 &起’以致結晶培 實施例3 首先準備直徑200mm且摻雜 atoms/cm3之不摻雜氮之石夕單鈇曰、 ’辰度12χ 1〇17 乃為了使氬退火後之矽晶圓中的$此不摻雜氮之原因 小於實施例2。繼之，將此矽單杜氣曰析出物之大小（siZe) 並實施氬氣氛中120(TC之伴& /、、。日日切割製取矽晶圓， 〈保持1小時之氩退火處理 19 1312378 此120(TC之昇溫工財之昇溫速度為 rc/分。此矽晶圓中之正八面體狀之氧析出物之密度D 為lx ΙΟ10個/cm3’氧析出物之對角線長度（大小）£為 30nm。此石夕晶圓作為實施例3。 實施例4 除在氬退火之昇溫工程中從1000。匸昇溫至1200¾ 之昇溫速度改為2°C/分之外，其餘悉照實施例1之方法 製作矽晶圓。在此將昇溫速度改採2。(：/分係為了獲得氩 退火後之石夕晶圓中之氧析出物之密度不同於實施例1 者。此矽晶圓中之正八面體狀之氧析出物之密度D為j X 109個/cm3 ’氧析出物之對角線長度（大小）L為 100nm。此矽晶圓作為實施例4。 實施例5 除在氬退火之昇溫工程中，從looot：昇溫至12〇〇 它之昇溫速度改為2°c/分之外，其餘悉照實施例2之方 法製作矽晶圓。在此將昇溫速度採2。(：/分係為了獲得氬 退火後之矽晶圓中之氧析出物之密度小於實施例2者。 此石夕晶圓中之正八面體狀之氧析出物之密度為lx 1〇9個 /cm3 ’氧析出物之對角線長度（大小）l為50nm。此矽 晶圓作為實施例5。 實施例6 除在氬退火之昇溫工程中，從1000°C昇溫至1200 °〇之昇溫速度改為3°c/分之外，其餘悉照實施例2之方 法製作矽晶圓。在此將昇溫速度採3。(：/分係為了獲得氬 20 1312378 退火後之矽晶圓中之氧析出物之密度小於實施例2者。 此1晶圓中之正八面體狀之氧析出物之密度為1χ 1〇8個 cm ’氧析出物之對角線長度（大小）L為1〇〇nm。此 石夕晶圓作為實施例6。 复施例1 首先準備直徑200mm、氧濃度15.5χ 1〇nat()ms/cm3 =夕單結晶。繼之將此料結晶_成㊉晶圓後注入氧 子’並實行咼溫熱處理形成埋入氡化層而製 為了在此晶圓形成氧析出核使氧析出物于成長M〇: ΓΓ下保持1小時進行氧析出核形成 巧，理。在此，昇至WC之昇溫工程中，* 55〇〜7〇〇 溫Λ度設為lt:/分。然後將上述晶®置於稀釋氧 Λ 合3%之氧之混合氣體中），在_ 上;^寺G.5小時，實行氧析出核成長熱處理。結果， c乃成長為正㈣反狀之氧析出物。此晶圓 而其大斤出物之密度D為1Χ 1〇1°個/Cm3， 之氧杯山、从全阳圓之結晶方位[1〇〇]方向觀視正方形狀 長产）Α35 ’向該氧析出物之[_]方向延伸之對角線 =35細。切晶圓作為實施例7。 士角線 首先準備直徑2〇〇mm、氧農 3 之石夕單結晶。繼之將此㈣;^度15·5Χ 1G atGms/cm3 離子，並實行高㈣處_切晶®後注入氧 晶圓。為了成埋入氧化層而製得SlM〇X 為了在此曰曰圓形成氧析出核使氧析出物成長，先 21 1312378 在氮氣氛中’於7m：下_1小時進行氧析出核 之熱處理。在此，昇至70(TC之昇溫工程中，由55〇〜7仙 ^昇溫速度設為2口分。織將上述晶圓置於稀 軋巩中（對氮100〇/〇混合3%之氧之混合氣體中），在1〇〇〇 、Cy保持1小時，實行氧析出核成長熱處理。結果，上 述氧析出核乃成長為正方形板狀之氧析出物。^晶圓中 之正方形板狀氧析出物之密度0為1χ 1〇9個/cm^而其 由晶圓之結晶方位_方向觀視正方形狀之氧 二=’向該氧析出物之_方向延伸之對角線長 及 >> 為60nm。此矽晶圓作為實施例8。
夕A首先準備直徑200mm、氧濃度15.5x l〇”at〇ms/cm3 ^早切單結晶切割切晶圓後注入氧 晶圓。A 了/问/皿、、处理形成埋入氧化層而製得SIM0X ‘以在下 之熱處理。i + s c下保持1小時進行氧析出核形成 °C之昇溫速片讲包昇至7〇〇°C之昇溫工程中，由550〜700 氣氛中（對氮^二4^^ °然後將上述晶圓置於稀釋氧 下保持2.5小時〇/Γ;=氧之混合氣體中），在1000 上述氧析出核乃成析出核成長熱處理。結果， t之正方形极妝f正方形板狀之氧析出物。此晶圓 其大小L (1 iC之密度D為lx 1〇8個/⑽3，而 氣析出物時3^7晶方位_]方向觀視正方形狀之 物時向該乳析出物之[_方向延伸之對角線長 1312378 度）為llOnm。此矽晶圓作為實施例9。 比較例1 ，在氬退火之昇溫工程中，從雨代昇溫至 C之幵溫速度改為rc/分之外，其餘悉照實施例 法製作碎晶圓。在此將昇溫速度採rc/分係為 退火後之梦晶圓中之氧析出物之密度小於實施例 此，曰曰圓中之正八面體狀之氧析出物之密度為lx固 /cm ’氧析出物之對㈣長度（大小） = 晶圓作為比較例1。 *匕石夕 比較例2 除在氬退火之昇溫工程中，從1〇〇〇。田 溫速度改為3°C/分之外，其餘悉照實“ 2之^ 退火後之石夕晶圓中之氧析出物之密度小於實二^風 此，曰曰圓中之正八面體狀之氧析出物之密度為二: /cm，氧析出物之對角線長度（ ; 個 晶圓作為比較例2。 以幻凡為5〇臟。此石夕 比較例3 程中’從1〇〇〇ΐ昇溫至_ 法製作矽晶圓。在此將昇溫速度採3ΐ/;: 1 $ 退火後之侧中之氧析出物之密度小於鼠 此石《晶圓中之正人面體狀之氧析出物 —，氧析出物之對角線長度（大^度1個 l马30nm。此石夕 23 Ϊ312378 晶圓作為比較例3。 首先準備直後2〇〇mm 3 之矽單結晶。繼之脾u_ 虱辰度η·5χ丨〇 atoms/cm 離子，並杏行高溫埶矽單結晶切割成矽晶圓後注入氧 晶圓。為貝了在此皿曰’圓理形成埋入氧化層而製得SIMOX 在氮氣氛中，於氧析出物成長’先 之熱處理。在此’昇至7〇= ^小日守進行氧析出核形成 0c之昇、、田速产役A 。 C之幵溫工程中，由550〜700 翁H度為°分。然後將上述晶圓置於稀釋氣 軋巩中（對氮100〇/〇混合3〇/+与 _直於稀釋乳 °c下保持〇.6小時，實混/氣體中），在ι_ 上迷氧析出核出成長熱處理。結果， 析队乃成長為正方形板狀之 析出物之密度D…個二Ξ 氧私i由，ί結晶方位[刚]方向觀視正方形狀之 物時’向該氧析出物 =為40,此石夕晶圓作為比較例4。申之對角線長 之石夕口'氧濃度⑽⑻7-—3 離i 將此料結晶切割成⑦晶®後注入氣 晶圓。盔f产U·日m /战埋入軋化層而製得SIMOX 在日圓形成氧析出核使氧析出物成長，先 隹虱軋氛中，於7〇〇〇C下保拉】，丨拉、任—"乂抆无 之熱處理。在此，昇至靴、工仃1出核形成 C之昇溫速度設為❿分。^將上^由550〜700 …、後將上返日日圓置於稀釋氧 24 1000 10001312378 述氧析出核乃成長析出核成長熱處理。結果，上 大小密度D“i〇s個 析出物時，向該曰方位_方向觀視正方形狀之氧 度）為9〇mw=析曰^之卿]方向延伸之斜角線長 晶圓作為比較心 將實施例1〜9及比較例卜5之石夕晶〆 :^昇溫速度刚以秒昇溫至⑵代之後，:；^ 下保持3G秒實行RTA處理，刻XRT (χ·光表 ί測評價切晶圓之從邊部之滑移之發生舉 果讀表丨及圖6。縣丨巾亦4魏度 濃度、550Ϊ至70(rc之昇溫速度、1〇〇(rc至12〇(rc之^ 溫速度及追加之熱處理(在1000。〇時間。圖6中白圈= 黑圈表示正八面體狀之氧析出物之例子，白三角及黑三 角表示正方形板狀之氧析出物之例子。白圈及白三角表 示無發生滑移，黑圈及黑三角表示發生滑移。又，表i 中，從55(TC至700°C之昇溫速度作為第丨昇溫速度，從 1000 C至1200°c之昇溫速度作為第2昇溫速度，追加之 1000 C熱處理之時間作為追加熱處理時間。 25 1312378 表1 氧濃度 (atoms/cm3) 氮濃度 (atoms/cm3) 第1昇 溫速度 rc/分） 第2昇 溫速度 fc/分） 追加熱 處理時間 (時間） 氧析出物 有無發 生滑移 形狀 D (個/OT13) L (nm) 實施例1 12x 1017 3χ ΙΟ14 — 1 — 正八面體 lx ΙΟ10 100 伽 v\w 實施例2 12χ 1017 3χ ΙΟ14 — 1 — 正八面體 lx ΙΟ10 50 钲 ΜΊ、 實施例3 12χ ΙΟ17 0 — 1 — 正八面體 1χ ΙΟ10 30 Μ > > w 實施例4 12χ ΙΟ17 3χ ΙΟ14 — 2 — 正八面體 lx 109 100 yfuT 1111' J » Ί\ 實施例5 12χ ΙΟ17 3χ ΙΟ14 — 2 — 正八面體 lx 109 50 Μ 實施例ό 12χ ΙΟ17 3χ ΙΟ14 — 3 — 正八面體 lx 108 100 Arr m 實施例7 15.5χ ΙΟ17 0 1 — 0.5 正方形板 lx ΙΟ10 35 4rrr. ΤΓΤΓ •M、、 實施例8 15.5χ ΙΟ17 0 2 — 1 正方形板 lx 1〇9 60 ίΕ ί\\Λ 實施例9 15.5χ ΙΟ17 0 4 — 2.5 正方形板 lx 108 110 inr 比較例1 12χ ΙΟ17 0 — 2 — 正八面體 lx 109 30 有 比較例2 12χ ΙΟ17 3χ ΙΟ14 — 3 — 正八面體 lx 108 50 有 比較例3 12χ ΙΟ17 0 — 3 — 正八面體 lx 108 30 有 比較例4 15.5χ ΙΟ17 0 2 — 0.6 正方形板 lx 109 40 有 比較例5 15.5χ ΙΟ17 0 4 — 2 正方形板 lx 108 90 有
由表1及圖6顯示，當石夕晶圓中之氧析出物之密度 D為lx 101G個/cm3時，正八面體狀之氧析出物之大小L 不但在lOOnm及50nm時而在30nm時亦不發生滑移（如 實施例1〜3)且正方形板狀之氧析出物在大小L 35nm時 亦不發生滑移（如實施例7)。又，矽晶圓中之氧析出物 之密度D lx 109個/cm3時，正八面體狀之氧析出物在大 小L在lOOnm及50nm時均不發生滑移（如實施例4、5) 且正方形狀之氧析出物之大小60nm時亦不發生滑移（如 26 1312378
實施例8)，但正八面體狀之氧析出物大小[3〇μ時發 ' 生滑移（如比較例正方形板狀之氧析出物在大小;L
• t〇mn時亦發生滑移（如比較例4)。另外，矽晶圓中之 氧，出物之密度D在lx 1〇8個/cm3之場合，正八面體狀 之氧析出物之大小L 1〇〇nm時不發生滑移（如實施例 6) ’正方形板狀之氧析出物在大小L u〇nm時亦不發生 滑移（如實施例9)，但正八面體狀之氧析出物之大小L _ 50ηπ^及3〇nm時發生滑移（如比較例2、3)，正方形板 ，之氧析出物大小L9〇nm時亦發生滑移（如比較例5)。 從此等結果導出下示之阻止滑移之發生所必要之氧析出 物之在、度D(個/cm3)氧析出物之大小L(nm)之關係式(A): 120〇〇xD'°·26 (a) ^此外’由上述得知，滑移發生之抑制效果非取決於 氧析出物之形態，而是取決於氧析出物之密度D及大小 (對角線長度）L。 實施例1卩 • 首先準備直徑15〇mm且氧濃度Mx 1017atoms/cm3 之P，石夕晶圓。繼之將此矽晶圓切割製取矽晶圓，並置 於氮氣氛中在800。(：之實行保持8小時之前熱處理之後 ' 再在氮氣氛中實行uo〇°C 12小時之熱處理。此矽晶圓中 之正八面體狀之氧析出物之密度為2χ
109個/cm3大小L 為70rm^將此矽晶圓以豎立狀態及以3cm/分之速度送 進1000 C之氮氣氛中之橫型爐中，保持3〇分鐘後以3Cm/ ’分之速度從爐中㈣。此時，藉測定熱處理時之晶圓面 27 1312378 之溫度，而從此測定值求算作用於料圓 線方向之最大熱應力。具體的作法為，^ 點（晶圓之中心部1點’外周部5點、由圓㈤ny 之中間3點)部位分別埋入有白金-白蝴;:=: 之晶圓作為試樣，將其依上述條件送入爐 乂心，、、、电偶 定晶圓面内之溫度差，並根據式： &取出而別 = (-1/2)χαχ£χΔΓ
求出晶圓外周部之切線方向之應力δ〇。上式中，C 為石夕之線膨脹係數，Ε為歡揚氏率，Δτ 4 ===值。作用於_之外二: =向之最聽應力8為20胸。此石夕晶圓 實施例11 ~胃_"υ 除在氮氣中實行保持在110(rc0.23小時之執 外，其餘悉依實施例1〇製取矽晶圓。此矽〶’中' 面體之氧析出物之密度D為2χ 1〇9個/e^大小L為 2〇〇nm，而作用於碎晶圓之外周部之切線方向之最大熱 應力為20MPa。此矽晶圓作為實施例丨丨。 ’、 實施例12 除在氮氣中實行保持在測4小時之熱處理 之外，其餘悉依實施例！〇冑取石夕晶圓。此石夕 八面體之氧析出物之密度D為2χ 1〇9個:曰 應力為20MPa。此矽晶圓作為實施例12。 28 1312378 實施例13 除在氮氣中實行雜在議t其中8 t夕面卜體1卿0製取_。切晶圓;之正 八面體之軋析出物之密度D為2x 109個^ 應力為20MPa。此矽晶圓作為實施例13。 實施例14 除在氮氣巾實行㈣在而c其巾16j、時之熱處 理之外’其餘悉依實施例1()製取石夕晶圓。此碎晶圓中之 正八面體之氧析出物之密度D為2χ⑻俯 ^490聰’而作用㈣晶圓之外周部之切線方向之最大 ‘，、、應力為20MPa。此矽晶圓作為實施例14。 實施例15 ”首先準備直徑15〇_且氧濃度為Μ X L〇/〇mS/Cm之P型石夕晶圓，繼之在_t之氮氣氛中 ίΥιΐΠίΐ減理後，再錢氣氛巾實行保持 ,_ 小時之熱處理。此矽晶圓中之正八面體 ^ 之费度1)為2>< 1〇9個/cm3氧析出物之大小 ϋ 。將切晶®以豎立狀態及以送人速度7cm/ /刀达進loooc之氮氣氛中之橫型爐中，保持3〇分鐘後 ㈡速度二〜從爐中取出。此時’藉測定熱處理時之晶 面之酿又而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部 方向之最大熱應力S。結果為35MPa。此矽晶圓 作為實施例15。 29 1312378 實施例16 理之呆持在ii〇〇t：、0.23小時之熱處 τ :二餘實例15製取矽晶圓。此矽晶圓中之 τ 之乳析出物之密度2x109個/cm3、大小 士 作用於料®之外周敎切線方向之最 大熱應力S為35MPa。 取 實施例Π 首先準備直徑l5〇mm且氧濃度為& ι〇η atoms/cm之Ρ型矽晶圓，繼之在戰之氮氣氛 保持8小時之前減理後，再在氮 咖。C、G!2小時之熱處理。—晶圓中之正八== 之氧析出物之猶度D為2χ 1〇9個/em3氧析出物之大小l 為70腿。將此矽晶圓以豎立狀態及以送入速度 刀送進1000 C之氮氣氛中之橫型爐中，保持3〇分 以速度15em/分從爐中取出。此時，_定熱處理時之 ，圓面之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周 部之切線方向之最大熱應力s。結果為70MPa。 = 圓作為實施例17。 列 18 首先準備直徑150mm、氧濃度15 5χ 1〇17at〇ms/em3 =矽單結晶。繼之將此矽單結晶切割成矽晶圓後注入氧 =子’並實行高溫處理形成埋人氧化層而製得讀〇晶 。為了在此晶圓形成氧析出核使氧析出物成，务 氣氣氛中，於赋之下保持丨小時進行氧=核^ 30 I312378 。(:理。在此’昇溫至7〇〇〇C之昇溫工程中，由550〜700 迷度設為咖分。然後將上述晶圓置於稀釋 中(對氮100%混合3%之氧之混合氣體)，在1〇〇〇 氧;l：jf f持1小時’實行氧析出核成長熱處。結果，上述 方#1、核成長為正方形板狀之氧析出物，此晶圓中之正
=氧析出物之密度D為2x U)9個W，而其大小L 阳圓之結晶方位[100]方向觀視正方形狀之氧析出 、向該氧析出物之[010]方向延伸之對角線長度）為 3。將此石夕晶圓以暨立狀態及以i 5 c m/分之速度送進 八_。之氮氣氛中之橫型爐中，保持30分鐘後以15cm/ 二之速度從爐中取出。此時，藉測定減理時之晶圓面 之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部之 線方向之最大熱應力s。結果為7QMpa。此石夕晶圓作 馬實施例18。 复逸例19 首先準備直徑150mm、氧濃度15·5χ 1〇i7at〇ms/cm3 =石夕單結晶。繼之將此料結晶_成⑨晶圓後注入氧 =子’並實行高溫處理形成埋人氧化層而製得SIM〇晶 :。為了在此晶圓形成氧析出核使氧析出物成長，先在 j氛中’於7GG°C之下保持i小時進行氧析出核形成 之熱處理。在此’昇溫至7001之昇溫工程中，由55〇〜7〇〇 f之昇溫速度設為1.2°C/分。然後將上述晶圓置於稀 氣氣氛中（對氮100%混合3%之氧之混合氣體），在麵 C下保持4小時，實行氧析出核成長熱處。結果，上述 31 1312378 氧析出，成長為正方形板狀之氧析出物，此晶圓中之正 方形，氧析出物之密度D為2x 1G9個/em3,而其大小[ i t晶圓之結晶方位_]方向觀視正方形狀之氧析出 广向該氧析出物之陶]方岐伸之對肖線長度）為 Μ。將此石夕晶圓以豎立狀態及以7cm/分之速度送進 ^叱之氮氣氛中之橫型爐中，保持3G分鐘後以7cm/
二之，度從爐’取*。此時，藉測定熱處理時之晶圓面 之度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部之 =方白之;^大熱應力S。結果為35Mpa。此石夕晶圓作 為實施例19。 y 先準備直徑 150mm、氧濃度 15.5χ 1〇17at〇ms/cm3 =早結晶:，之將此矽單結晶切割成矽晶圓後注入氧 圓。炎並實行高溫處理形成埋人氧化層而製得’0晶 二，了在此晶圓形成氧析出核使氧析出物成長，先在 之中’於川叱之下保持1小時進行氧析出核形成 *、、、處理]在此，昇溫至70(rc之昇溫工程中，由55〇〜7〇〇 '^昇/皿速度設為12°C/分。然後將上述晶圓置於稀釋 中（職_%混合3%之氧之混合氣體），在： 保持20小時’實行氧析出核成長熱處。結果，上述 3出核成長為正方形板狀之氧析出物，此晶圓中之正 t狀氧析出物之密度D為2χ 1〇9個/cm3,而其大小[ 2晶圓之結晶方位陶方向觀視正方形狀之氧析出 、，向該氧析出物之[010]方向延伸之對角線長度）為 32 1312378 450nm。將此砂曰、 l〇〇(TC之氮氣氛；之態及以3cm/分之速度送進 分之速度從爐中取屮， 二保持30分鐘後以3cm/ 内之溫度，而從此藉測定熱處理時之晶圓面 切線方向之最大熱應力之外周部之 為實施例20。 、。果為20MPa。此矽晶圓作 比較例6 外小時之咖 面狀之氧析出物之密度為2x=個此二晶圓中之正八 330nm’而作用於矽晶圓之外 广小L為 應力S為35MPa。此矽J7線方向之最大熱 比較例7 〜®作為比較例6。 除在氮氣中實行保持在u⑼。c 理之外，其餘悉依實施例15製 圓:8小時之熱處 正八面狀之氧析出物之密度為〜1〇9::严晶圓中之 棚nm，而作用於石夕晶圓之外周部:、大小L為 應力S為35MPa。此石夕晶圓作為 ^方向之最大熱 比較例8 4 _氮氣中實行保持在11〇叱、 處理之外，其餘悉依實施例15製取矽^圓。6小時之熱 之正八面狀之氧析出物之密度為&工 此石夕晶圓中
為490nm，而作用於矽晶圓之外周部 、大小L 熱應力S & 35MPa。此石夕晶圓作為比較例8。向之最大 33 1312378 比較例9 除在氮氣中實行保持在ll〇〇°C、其中0.23小時之熱 處理之外，其餘悉依實施例17製取矽晶圓。此矽晶圓中 之正八面狀之氧析出物之密度為2x 109個/cm3、大小L 為200nm，而作用於矽晶圓之外周部之切線方向之最大 熱應力S為70MPa。此矽晶圓作為比較例9。 比較例10 除在氮氣中實行保持在1100°c、其中4小時之熱處 理之外，其餘悉依實施例17製取矽晶圓。此矽晶圓中之 正八面狀之氧析出物之密度為2x 109個/cm3、大小L為 330nm，而作用於矽晶圓之外周部之切線方向之最大熱 應力S為70MPa。此矽晶圓作為比較例10。 比較例11 除在氮氣中實行保持在1100°C、其中8小時之熱處 理之外，其餘悉依實施例17製取矽晶圓。此矽晶圓中之 正八面狀之氧析出物之密度為2x 109個/cm3、大小L為 400nm，而作用於矽晶圓之外周部之切線方向之最大熱 應力S為70MPa。此矽晶圓作為比較例11。 比較例12 除在氮氣中實行保持在1100°C、其中16小時之熱 處理之外，其餘悉依比較例7製取矽晶圓。此矽晶圓中 之正八面狀之氧析出物之密度為2x 109個/cm3、大小L 為490nm，而作用於矽晶圓之外周部之切線方向之最大 熱應力S為70MPa。此矽晶圓作為比較例12。 34 1312378 首先準備直徑15〇mm、氡澧择 之矽單結晶。繼之將此矽單牡日二10 atoms/cm3 於，c之下保持 之熱處理。在此，昇溫至·。c 析出核形成 c之昇溫速度料成/分。^由550〜700 氧氣氛中（對氮100%混合3%之、、/將上34晶圓置於稀釋 °CT^# 4 Λ , 1000
氧析出核成長為正方形板妝夕^成長熱處。結果，上述 切UL ㈣方A板狀之氧析出物，此晶11中之正 =狀氧析出物之鼓1{)9個/(^3, ^大小L =晶方位陶方向觀視正方形狀之氧析出 Ι50ηπ^1_/Θ出物之[〇1〇]方向延伸之對角線長度）為 _or之惫：：曰f以豎立狀態及以15cm/分之速度送進 八氮㈣中之橫型爐中，保持3G分鐘後以15cm/ =速又從爐中取出。此時，藉測定熱處理時之晶圓面 内^溫度’而從此敎值求算作祕Μ狀外周部之 =、’’方向之最大熱應力S。結果為7〇Mpa。此石夕晶圓作 為比較例13。 也較例14 =先準備直徑150mm、氧濃度15.5X u^atoms/cW 之石夕單結晶。繼之將此;^單結晶_成♦晶圓後注入氧 離子，並實行高溫處理形成埋入氧化層而製得SIM〇晶 35 !312378 • ，了在此晶圓形成氧析出核使氧析出物成長，先在 虱氣氛中，於70〇°c之下保持1小時進行氧析出核形成 。之熱處理。在此，昇溫至7〇〇°C之昇溫工程中，由550〜700 溫速度設為1.2。(：/分。然後將上述晶圓置於稀釋 。氧氣氛中（對氮1〇〇%混合3%之氧之混合氣體），在1〇〇〇 C下保持8小時，實行氧析出核成長熱處。結果，上述 氧析出核成長為正方形板狀之氧析出物，此晶圓中之正 _ 方形狀氧析出物之密度D為2x 1〇9個/cm3，而其大小l (由晶圓之結晶方位[1〇〇]方向觀視正方形狀之氧析出 物時，向該氧析出物之[〇10]方向延伸之對角線長度）為 250nm。將此石夕晶圓以豎立狀態及以7cm/分之速度送進 iooo°c之氮氣氛中之橫型爐中，保持30分鐘後以7cm/ 分之速度從爐中取出。此時，藉測定熱處理時之晶圓面 内之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部之 切線方向之最大熱應力S。結果為35MPa。此矽晶圓作 為比較例14。 • 比較試驗2及評仕 將實施例10〜20及比較例6〜14之石夕晶圓各個豎立 狀的插置於晶圓支持具(water boat) ’將其以3cm/分、 7cm/分及15cm/分之速度引入l〇〇(TC之氮氣氛的模型爐 中’保持30分實行熱處理後再以同於上述引入速度從爐 中取出各該晶圓。即藉改變引入速度及取出速度分別改 變作用於晶圓外周部之切線方向之最大熱應力，使其分 別為20MPa、35MPa及70MPa。在此熱處理後，使用 36 1312378 XRT (X-Ray Topograph)評估由各個石夕晶圓之邊部發生 之滑動的舉動(behavior)，結果示於表2及圖7。在表2 中亦示出氧濃度、晶圓之l〇〇〇°C及1100°C之熱處理時 間、晶圓之引入於及從模型爐取出之速度以及作用於晶 圓外周部之最大熱應力S。圖7中白圈及黑圈表示正八 角體狀之氧析出物之例子、白三角及黑三角表示正方形 板狀之氧析出物之例子。又，表2中，晶圓之1000°C之 熱處理時間作為第1熱處理時間，而1100°C之熱處理時 間作為第2熱處理時間。
37 1312378 表2
氧濃度 (atoms/cm3) 第1熱處 理時間 塒間） 第2熱處 理時間 (時間） 送入及取 出速度 (cm/分） 氧析出物 最大熱 有無發 生滑移 形狀 D (個/cm3) L (nm) 應力s (Mpa) 實施例ίο 14x 1017 — 0.12 3 正八面體 2x 109 70 20 钲 實施例11 14χ 1017 — 0.23 3 正八面體 2χ 109 200 20 無 實施例Π 14χ ΙΟ17 — 4 3 正八面體 2χ ΙΟ9 330 20 y，、、 實施例13 14χ 10π — 8 3 正八面體 2χ ΙΟ9 400 20 •ftrr 無 實施例Η 14χ ΙΟ17 — 16 3 正八面體 2χ ΙΟ9 490 20 to 實施例15 14χ ΙΟ17 — 0.12 7 正八面體 2χ ΙΟ9 70 35 M 實施例16 14χ ΙΟ17 — 0.23 7 正八面體 2χ ΙΟ9 200 35 M 實施例Π 14χ ΙΟ17 — 0.12 15 正八面體 2χ ΙΟ9 70 70 /fnT- 無 實施例18 15.5χ ΙΟ17 1 一 15 正方形板 2χ ΙΟ9 60 70 fnT- 無 實施例19 15.5χ ΙΟ17 4 — 7 正方形板 2χ ΙΟ9 150 35 無 實施例20 15.54χ ΙΟ17 20 — 3 正方形板 2χ ΙΟ9 450 20 無 比較例6 14χ ΙΟ17 — 4 7 正八面體 2χ ΙΟ9 330 35 有 比較例7 14χ ΙΟ17 一 8 7 正八面體 2χ ΙΟ9 400 35 有 比較例8 14χ ΙΟ17 — 16 7 正八面體 2χ ΙΟ9 490 35 有 比較例9 14χ ΙΟ17 — 0.23 15 正八面體 2χ ΙΟ9 200 70 有 比較例10 14χ ΙΟ17 — 4 15 正八面體 2χ ΙΟ9 330 70 有 比較例11 14χ ΙΟ17 — 8 15 正八面體 2χ ΙΟ9 400 70 有 比較例12 14χ ΙΟ17 — 16 15 正八面體 2χ ΙΟ9 490 70 有 比較例13 15.5χ ΙΟ17 — 一 15 正方形板 2χ ΙΟ9 150 70 有 比較例14 15·5χ ΙΟ17 — — 7 正方形板 2χ ΙΟ9 250 35 有 38 1312378 由表2及圖7顯示’當作用於矽晶圓外周部之切線 方向之最大熱應力S為20MPa時，正八面體狀之氧析出 物之大小L不但在70nm時，在200nm，330nm、400nm 及49〇ΠΏ1時亦均不發生滑移（實施例10〜14)，正方形 板狀之氧析出物之大小L在450 nm時亦不發生滑移（實 施例20)。又，最大熱應力35Mpa而正八面體狀之氧析 出物之大小L在70nm及200nm時不發生滑移（實施例 15、16)’及L·在l5〇nm時亦不發生滑移（實施例19)， 但大^ L在330nm、400nm及49〇nm時，則均發生滑移 比較例6〜8)。正方形板狀之氧析出物之大小乙在25〇 =時亦發生滑移（比較例14)。另外，最大熱應力7〇购 ，會1面體狀之氧析出物之大小在7〇譲時不發生滑移 ^實施例17)，正方形板狀之氧析出物之大小^在 實施例18)’但正八面體狀之氧析出物 :比較例9〜12)，而正方形板狀之氧析出 15〇nm時亦發生滑移（比較例14)。 ^乙 出作用於矽晶圓外周部之切線方向之^ ’廡二果導 與阻止滑移之發生所需之氧析出物 二之上略) 示的關係式(B): 穴】、L(rnn)之如下所
LS510〇〇x S -1.55 (B) 又，由上述可知 ，滑移發生之抑财料靠氧析出 39 1312378 物之形態，而係靠氧析出物之密度D及最大熱庫 *、、、'" 首先準備直徑200mm、氧濃度15x 1〇nat〇ms/em3、 ^雜之礙濃度為lx l〇16atoms/cm3之石夕單結晶。繼之將 /、切割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇t至 9〇〇°C之昇溫速度2t/分之熱處理。隨後 使上 圓成長厚度4μπ1之磊晶膜，並在稀釋氧 日曰 氧3%之混合氣體）中實行在⑽代保持^、^追 2處理。於是’矽晶圓中之氧析出核乃成長為：方形 板狀之氧析出物。此氧析出物之密度〇為1χ 1〇10個“瓜3 大小L為30nm。此晶圓作為實施例21。
tMMJl 首先準備直徑200mm、氧濃度15X 10i7at()ms/em3 f雜之碳濃度為lx lG16atGms/em3之料結日日日。繼之將 其切割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇1 = Γ上之昇溫速度4口分之熱處理。隨後，使增晶 盡to長厚度—之蟲晶膜，並在稀釋氧氣氛（氮⑽％、 氧3/。之混合氣體）中實行在100(rc保持ο.〗小時之 加熱處理。於是，矽晶圓中之氧析出核乃 板狀之氧析出物。此氧析出物之密度〇為& 個“饥; 大小L為50nm。此晶圓作為實施例22。 4^123 换雜首ί準備直徑2〇〇Γ、氧濃度…1〇1、_/咖3、 務雜之碳濃度為lx 10 6atoms/cm3之石夕單鈐曰。繼之將 40 1312378 其切割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇 900°C之昇溫速度8°C/分之熱處理。隨後，使上述矽晶 圓成長厚度4μιη之磊晶膜’並在稀釋氧氣氛（氮/㈨。/ 氧3〇/。之混合氣體）中實行在100(TC保持〇5小 °追 加熱處理。於是，矽晶圓中之氧析出核乃成長為正方形 板狀之氧析出物。此氧析出物之密度D為1ν 1λ87 / , 呵 ιχ iU 個/cm*5 大小L為1 OOnm。此晶圓作為實施例23。
比較例15 首先準備直徑200mm、氧濃度15X 3 摻雜之碳濃度為lx 1016atoms/cm3之石夕單^^ 其切割製取石夕晶圓後置於氮氣氛之爐中^ °7:。之將 900°C之昇溫速度4°C/分之熱處理。隨後，使上 0成長厚度4 μιη之蠢晶膜’並在稀釋氧翁与厂 ^ οη/ β人一 乳乳風(氮100%、 氧3%之混合氣體）中實行在100(TC保持〇 5小 、 加熱處理。於是，♦晶圓中之氧析出核乃成㈣正= 板狀之氧析出物。此氧析出物之密度D為1χ 1〇9 1 大小L為30nm。此晶圓作為比較例ι5。 em 比較例16 首先準備直徑200mm、氧濃度15χ 1〇17扣。 摻雜之碳濃度為lx l〇16atoms/cm3之;g夕單★士曰 其切割製取矽晶圓後置於氮氣氛之壚中實施700，將 900〇C之昇溫速度8^/分之熱處理。隨徭，姑u ^ 〇至 圓成長厚度4μιη之磊晶膜，並在稀釋氧氣氛（氮^二曰曰 氧3%之混合氣體）中實行在100(TC保持小日 41 1312378 加熱處理。；^ a 板狀之氧析^ I晶圓中之氧析出核乃成長為正方形 大小L為75: °此氧析出物之密度D為^ 1〇8個W 比較試七^此晶圓作為比較例16。 =實施例21〜23及比U 氣氛中以lOOVa, 心却日曰®置於氮 該溫度下保持3t'M溫速度昇溫至1250°c後’實行在 ιτ^ 30秒之RTA處理，並 二之，另在圖8中，白四角及黑 3之氧析出物。白四角表示無發 此外，表3中所示昇溫速度為眞至二 c之物速度，而追加處理時間代表追加熱處理之時間。 表3 氧濃度 (atoms/cm3) 碳濃度 (atoms/cm3) 實施例21 15x 1017 lx 1016 實施例22 15χ ΙΟ17 lx ΙΟ16 實施例23 15χ 10π lx 1016 比較例15 15χ ΙΟ17 1χ ΙΟ16 比較例16 15χ ΙΟ17 lx 1016 昇溫速度
1.5 氧析出物 正方形板lx 108 75 有 1312378 不發生滑移（實施例21)。又，當石夕晶圓中之 氧析出物之大小L5〇nm亦不發生滑移（實施例22)，但 3 =狀之氧析出物之大小L 3〇nm時發生滑移（比 二Iw 3全又，石夕晶圓中之氧析出物之密度D為lx 1〇8 正方形板狀之氧析出物之A小L 1(K)nm不 S，但L 75nm時發生滑移(比較例 出出下f之阻止滑移之發生所必要氧析 出物之讀D為(個/cm )與大小L(nm)之關係式㈧： -0.26 (A)
1200xD ’由上述得知，滑移發生之抑制效果非取決於 =出物之形態，而是取決於氧析出物之密度及大小（對 角線）L。 首先準備直徑150mm、氧濃度Ι5χ 1GnatGms/em3， =之碳濃度為ix Η)、〇—之矽結晶' 割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇它至9^〇 ^昇溫速度3.6口分之熱處理。隨後，使上 ，厚度4μιη之蟲晶膜，並在稀釋氧氣氛（氮1〇〇% =混合氣體）中實行在碟保持^小時之追加： 處理。於是，料圓中之氧析出物乃成長為 ^ 之氧析出物。此氧析出物之密度D為2χ 1〇9個 小L為5〇nm。此晶圓以豎立狀態及以（^ 5cm/八之1产= 43 又、 1312378 進1000 C之氮氣氛中之模型爐中，保持3〇分鐘後以 15cm/分之速度從爐中取。此時，藉測定熱處理時之晶圓 -面内之溫度，而從此測定值求算作用於石夕晶圓之外周部 之切線方向之最大熱應力S，結果為7〇MPa。此石夕晶圓 作為作為實施例24。 實施例25 ’ f先準傷直徑150画、氧濃度15X l〇17at〇ms/cm3， 摻雜之碳濃度為lx Watoms/cm3之石夕結晶。繼之將其切 割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇。〇至9〇〇r 之昇溫速度3.6°C/分之熱處理。隨後，使上述碎晶圓成 長厚度_之蠢晶膜’並在稀釋氧氣氛（氮1〇〇%、氧 3%之混合氣體）中實行在hkkTc保持3小時之追加熱 處理。於是’梦晶圓中之氧析出物乃成長為正方形板狀 之氧析出物。此氧析出物之密度D為2Χ 1〇9個/cm3、大 小L為150nm。此晶圓以豎立狀態及以7cm/分之速度送 進io〇(rc之氮氣氛中之模型爐中，保持如分鐘後以？cm/ • 分之速度從爐中取。此時，藉測定熱處理時之晶圓面内 之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之 線方向之最大熱應力S’結果為35MPa。此矽晶 ， 作為實施例25。 ‘ 實施例26 首先準備直徑150mm、氧濃度15x， #雜之碳濃度為lx 106atoms/cm3之矽結晶。繼之將其切 割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇。匚至9〇〇充 44 1312378 之昇溫速度3.6。〇/分之熱處理。隨你 長厚度4μιη之遙晶膜，並在稀釋蓋一二吏上述石夕晶圓成 3%之混·)中實行在、氧 處理。於是，梦晶圓中之氧析出物乃、小時之追加熱 之氧析出物。此氧析出物之密度D為 小L為480mn。此晶圓以暨立狀態及以 進l〇〇(TC之氮氣氛中之模型爐中，保 二迷f达 分之速度從爐中取。此時，藉測定熱處^ 之溫度，而從此測定值求算作用於^日日圓之外^之切 應力s，結果為2〇Mpa。此石夕晶圓作為 作為實施例26。 比較例17 首先準備直徑150職、氧濃度Ι5χ 1〇17at_/cm3， 摻雜之碳濃度為lx 1G atoms/em3之發結晶。繼之將立切 割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施7〇〇。〇至9〇〇1 之昇溫速度3.6°C/分之熱處理。隨後，使上述碎晶圓成 • 長厚度4gm之磊晶膜，並在稀釋氧氣氛（氮1〇〇%、氧 3%之混合氣體）中實行在赠保持3小時之追加埶 處理。於是，石夕晶圓中之氧析出物乃成長為正方形板^ 之氧析出物。此氧析出物之密度D為2>< ι〇9個/cm3、大 小L為150nm。此晶圓以豎立狀態及以15(^/分之速产 送進1000°C之I氣氛中之模型爐中，保持3〇分鐘後= 15cm/分之速度從爐中取。此時’藉測定熱處理時之晶圓 -面内之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部 1312378 之切線方向之最大熱應力S ’結果為7〇MPa。此石夕晶圓 作為作為比較例17。 比較例18 首先準備直徑150mm、氧濃度15>< 10nat〇ms/cm3， 摻雜之碳濃度為lx l〇6atoms/cm3之矽結晶。繼之將其切 割製取矽晶圓後置於氮氣氛之爐中實施70〇t至9〇〇°c 之昇溫速度3.6°C/分之熱處理。隨後，使上述石夕晶圓成 長厚度4μπι之蟲晶膜’並在稀釋氧氣氛（氮、氧 3%之混合氣體）中實行在l〇〇〇°c保持6小時之追加熱 處理。於是’矽晶圓中之氧析出物乃成長為正方形板狀 之氧析出物。此氧析出物之密度D為2x 1〇9個/cm3、大 小L為250nm。此aa圓以賢立狀態及以7cni/分之速度送 進1000°c之氮氣氛中之模型爐中，保持30分鐘後以7cm/ 分之速度從爐中取。此時，藉測定熱處理時之晶圓面内 之溫度，而從此測定值求算作用於矽晶圓之外周部之切 線方向之最大熱應力S，結果為35MPa。此石夕晶圓作為 作為比較例18 ^ 比較試驗4及評估 將實施例24〜26及比較例17、18之矽晶圓各個豎 立狀的插置於晶圓支持具（water b〇at)，將宜以i 分、7cm/分及3cm/分之速度引入議旳之氮/氣氛的模型 爐中’保持30分實行熱處理後再以同於上述引入速度從 爐中取出各該晶圓。即藉改變引人速度及取出速度分別 改變作用於晶圓外周部之切線方向之最大熱應力，使其 46 1312378 分別為70MPa、35MPa及20MPa。在此熱處理後，使用 XRT (X-Ray Topograph)評估由各個矽晶圓之邊部發生 之滑動的舉動(behavior) ’結果示於表4及圖9。在表4 中亦示出氧濃度、晶圓之lOOOt及ll〇(TC之熱處理時 間、晶圓之引入於及從模型爐取出之速度以及作用於晶 圓外周部之最大熱應力S。圖9中白四角及黑四角表示 正方形狀之氧析出物之例子、又白四角表示無發生滑 移，黑四角表示有發生滑移。又，表4時，晶圓之在1〇〇〇 C之追加熱處理時間以追加熱處理時間表示，晶圓之送 進及取出自橫型爐之速度以送進及取出速度表示，作用 於晶圓外周部之切線方向之最大熱應力以最大熱應力S 表示。
=表4及圖9顯示，作用於矽 向之最大熱應力S為70MPa時，刀深万 大小L·在50nm時不發生滑移（實 1 眭鉻;t丨貫知例24)〇但150nm 時發生滑移（比較例17)。又，jp 士 ^ , 此方形板狀之氧析出物 1312378 L 腿時不發生滑移（實施例Μ)，作τ 25〇nm時則發生滑移（比較例18)。又，當作用;:在 圓之外周部之切線方向之最^^石夕:曰: 2形板狀之氧析出物之大小L為彻謹日寺=生時= 二Λ _ 2 6 )。根據上述之結果可導出作用曰“ 生所需之氡柄屮你Γfr ()與阻力滑移之發 生所而之乳析出物大小L(nm)之關係式⑻： ⑻ L25100XS-1·55 1由上知’滑移發生之抑概果*靠氧析出物之 形L ’而係靠氧析出物之密度〇及最大熱應力S。 依本發明之方法製造碎晶圓時，可使在發晶圓的内 挪成所定之密度D及大小(L)之氧析出物，在廣 氧析出物之密度製得不發生滑移且強度高 日、
而適合製造直徑大之矽晶圓。 日日圓U 48 叫2378 【圖式簡單說明】 圖1為本發明第j 面體狀之氧析出物 之形成於石夕晶圓之正八 圖2為具有上述氧 圖3為表示氧析出—之矽晶圓之立體圖。 度）之關係之概念之模^密度D及大小L (對角線長 面體施形態形成於侧之十四 形狀實施形態形成於侧之正方 中之子與不添加雜質原子之石夕晶圓 密度D*對角出物之正方形板狀之氧析出物之 -、耵角線長度L之變化情形。 作用Hi上財晶圓之氧析出物之對角線長度L與 作Βθ®外周部之切線之最大熱應力S之變化情形 顯示摻雜有雜質原子之晶圓中之正方形板狀之 氧析出物之密度D與對角線長度L之變化情形。 變化^顯示上述晶圓之最大熱應力對角線長度之 【主要元件符號說明】 10 矽晶圓 11 、 21 、 31 氧析出物 49
Claims (1)
1312378 第94121528號專利申請案 丽,4月·^f \ 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 丨_ —'_____—„一_I 十、申請專利範圍： ’ L 一種將矽單結晶棒切割所得之矽晶圓（10)熱處 - 理，使在其内部形成氧析出物（11、21、31)之矽晶圓的 -製造方法，其中該形成有氧析出物之晶圓為在後續之半 導體裝置之製程中被熱處理之矽晶圓，該矽晶圓的製造 方法包括下述步驟： 為製造該矽晶圓（10)設定複數種類之氧濃度於1〇χ 1〇17〜18xl〇17atoms/cm3之範圍内及設定複數種類之熱履 拳歷之一設定步驟； 、 將上述複數種類之氧濃度及熱履歷之各個組合作為 輸入參數’解Fokker-：Planck方程式而算出形成上述氣^ 出物（11、21、31)之熱處理工程之後且上述半導體装薏 之製程之熱處理工程之直前的上述晶圓（10)内部之氣才斤 出物之對角線長度L(nin)及密度D(個/cm3)之一運算+ 驟； 根據前述裝置製程之熱處理工程所用之熱處理壚 φ 構造及其熱處理溫度算出在上述裝置製造之熱處理工程 中作用於該晶圓之外周部之切線方向之最大熱應力 (MPa)之一運算步驟；及 從上述複數種類之氧濃度及熱履歷之中，決定能 足下式（1)之氧濃度及熱履歷之一決定步驟： 12000xD"°'26^LS51000xS'1·55 (1)= 2.如請求項1之矽晶圓的製造方法，其中進一歩將 50 1312378
第94121528號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁—式三份 石夕晶圓⑽内部之選自^卜〜及处之群之一種或二 掺雜物濃度lxlGu〜lxl()21at_/em3之範圍内 ^疋複數魏，亚將這些摻雜物較分別加人輸入參數 中Λ 車2如：求項1或2之矽晶圓的製造方法，其中進-步，石夕s日1Κ1_部之碳濃度於lxi()15〜ixi()18at_/cm3 内設枝數種類，並將這些碳濃度分別加入輸入 參數中。 之任—項切晶圓的製造方法， 其广 石夕晶圓（10)内部之氡濃度於lxio12〜lx 10 at〇mS/em之範_，減這些說濃度 分別加入輸入春數中。
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