TWI313307B - - Google Patents

Description

1313307 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於使用於半導體裝置的材料者，具體而言 ，是關於一種可得到毫微拓樸特性優異的晶圓的單晶及培 養該單晶的方法，或是由該單晶所切出的單晶晶圓，以及 在該單晶晶圓的表面形成磊層層的磊晶晶圓者。 【先前技術】 使用於半導體裝置的一種材料有磊晶晶圓。該磊晶晶 圓是例如在砂單晶晶圓上晶晶成長砂者，由該優異特性， 老早就廣泛使用作爲製造個別半導體或雙極1C等的晶圓。 又’對於Μ Ο S、L S I ’也由於軟體誤差或封閉特性優異， 廣泛地使用在微電腦單元或快閃記憶裝置，作爲磊晶晶圓 的優異性的一例’在單晶製造時所導入的所謂生成缺陷並 未實質上存在於磊晶層之故，因而有減低D RAM的可靠性 等不良的情形’而使其需求更擴大。 尤其是’將電阻比作爲0 · 1 Ω . c m以下的低電阻比 晶圓作爲基板’而磊晶成長於其上面的磊晶晶圓，是封閉 特性優異之外’基板具備吸氣能力，使其重要性更提高。 另一方面’近年來，在半導體裝置製程中，於晶圓上 形成金屬配線’而在其上面形成絕緣膜，藉由化學、機械 式硏磨（CMP: Chemical Mechanical polishing)平坦化 該絕緣膜’又’在其上面形成金屬氧化膜、第二金屬配線 時’被稱爲存在於上述晶圓的硏磨面的奈米拓樸的微少區 _ 4 - (2) 1313307 域的奈米級的凹凸’可能爲失去絕緣膜厚度的均勻性，產 生耐壓不良的一種原因’而在裝置廠商業成是被重視的問 題。 該奈米拓樸是表示比晶圓表面的微粗糙度更長，而比 表面平坦性更短週期的表面形狀者，爲波展約〇· 1 mm至2〇 m m且幅爲約數 m m至1 0 0 n m的凹凸。 又，晶圓表面的平坦性是來自微影成像之需求來推動 平坦化，藉由近幾年來的半導體裝置的高積體化而隨著微 影成像法的線寬成爲〇· 1 8 // m或其以上地微細化，使得 奈米拓樸成爲很大缺點問題。又，以絕緣膜塡補STI ( Shallow Trench Isolation)而硏磨表面之際，除了不僅 CMP本身的硏磨均勻性，須將原來晶圓的奈米拓樸作成良 好也成爲不可欠缺者。 所以，對於該奈米拓樸的硏究，檢討，不僅在裝置廠 商還包括原材料廠商，公家機關，學術界的各界進行，正 活潑地展開有關於其測定方法或定量式定義等。然而，對 於奈米拓樸雖有如上述的辨識，惟有關對於奈米拓樸的測 定方法或定量方法或定量式定義並未達到有統一的公定標 準規格被匯集的階段。 現在作爲主要進行的奈米拓樸的評價方法’存在一邊 爲約0.1 m m至1 〇 m m的正方形或直徑爲約〇 . 1 m m至1 0 m m 的圓形方塊範圍（也稱爲WINDOW SIZE等）的領域’評 價晶圓表面的凹凸高低差（P — V値：Peak to Valley )的 方法。該P — V値也被稱爲Nanotopograph Height等。在依 (3) 1313307 奈米拓樸的半導體晶圓的評價中，特別是盼望存於晶圓面 內的凹凸最大値較小，通常在2 m m X 2 m m正方形對於複 數方塊範圍進行測定，而以該P - v値的最大値進行評價 ，若該P — V値的最大値愈小，則評價作爲品質優異的晶 圓。 此種奈米拓樸的測定是使用ADE公司所製的WIS -CR83 — SQM 或 NanoMapper 或 KLA — Tencor 公司戶斤製的 Surfscan—SPl — STN'新倉IJ作公司戶斤製的DynaSearch、黑 田精工公司所製的Nano Metro等。這些測定裝置是均利用 光學式的表面反射來進行凹凸測定。 —般，針對於此種晶圓表面的奈米拓樸，可能由晶圓 表面的加工工程的蝕刻條件或硏磨條件等來決定。所以， 改著奈米拓樸特性，是例如揭示於日本特開2002 — 1 4 1 3 1 1 號公報，由辨識晶圓表面加工的CMP的缺點問題，主要模 索依晶圓表面的加工條件的檢討所產生的解決對策，而幾 乎沒有由晶圓表面的加工條件以外的觀點來嘗試其改善。 今後，對於奈米拓樸特性，隨著裝置尺寸的微細化更 進行而須訂出更嚴格的規格。尤其是，在負責下一代的材 料，顯然使用最先端的極細微影成像線上，而顯然具有優 異奈米拓樸特性的晶圓成爲必然地求得。 因此，如習知地不僅從晶圓表面的加工條件，又藉由 從其他觀點也可改善奈米拓樸特徵，而成爲必須製造奈米 拓樸特性超優異的晶圓。 (4) 1313307 【發明內容】 本發明是鑑於此些事項而創作者，其目的是在於提供 一種從與晶圓表面的加工條件不同觀點來改善毫微拓樸特 性’可切出毫微拓樸特性，特別是測定2 mm X 2 mm四方 形的毫微拓樸特性優異的晶圓的單晶，由該單晶所切出的 單晶晶圓’及於該單晶晶圓表面形成磊晶層的磊晶晶圓， 以及培養液單晶的單晶培養方法。 爲了達成上述目的，依照本發明，提供一種單晶，屬 於藉由單晶拉起法所得到的單晶，其特徵爲：控制起因於 結晶成長時的結晶融液的溫度變動而被拉進於單晶中的不 均勻條紋的間隔。 本發明人等，重新發現晶圓表面的奈米拓樸特性，藉 由起因於結晶成長時的結晶融液的溫度變動而被拉起於單 晶的不均勻條紋的間隔所左右。因此，藉由單晶拉起法 所得到的單晶’若爲控制起因於結晶成長時的結晶融液的 溫度變動而被拉進於單晶中的不均勻條紋的間隔者，則可 作成可切出奈米拓樸特性被控制的優異的單晶晶圓的單晶 〇 此時’上述不均勻條紋的間隔，對於結晶成長軸方向 在垂直面內’控制在1 .5 mm以下或2 · 3 mm以下較理想。 如此地，若被拉進於單晶中的不均勻條紋的間隔，對 於結晶成長軸方向在垂直面內’控制在].5 m m以下或2 · 3 mm以上者’則可作出可切出現在主要測定的2 mm χ 2 mm 四方形的領域的奈米拓樸位準極優異的單晶晶圓的單晶。 -7 - (5) 1313307 又，上述單晶爲矽，其電阻比爲0. 1 Ω · c m以下較 理想。 本發明人等經硏究奈米拓樸特性的結果，知道了習知 的低電阻比單晶晶圓雖在吸氣能力上優異者，而爲了控制 電阻比所添加的摻雜劑作用，而依不均勻條紋的影響所產 生的奈米拓樸劣化較深刻。因此，若本發明的單晶’如上 述地爲矽，其電阻比爲0 · 1 Ω · c m以下作爲表示低電阻 比者，確實地防止奈米拓樸劣化，除了吸氣能力優異之外 ，也可作成得到奈米拓樸特性也極優異的晶圓的單晶之故 ，因而極有益。 又，上述單晶矽的直徑爲200 mm以上者。 —般在直徑爲2 0 0 mm以上的大口徑結晶’很難有某 一程度高速的結晶成長，大都以稍慢速度範圍培養。結果 ’在大口徑結晶，特別在直徑2 0 0 mm以上的結晶有奈米 拓樸特性不得不惡化的情形。在本發明中’知道藉由成長 速度某一程度變快可改善奈米拓樸特性之故’因而即使在 直徑爲200 mm以上的單晶也可得到具有優異奈米拓樸特 性的晶圓。又，將成長速度變快能改善奈米拓模特性’乃 不但可提高品質也可提高生產性。 又，依照本發明’可提供一種由上述本發明的單晶所 切出爲其特徵的單晶晶圓；這時候’在上述單晶晶圓的晶 圓全面，可作爲2 m m X 2 m m四方形的領域的奈米拓樸位 準的最大値平均在]4 nm以下者。 若爲此種本發明的單晶晶圓’則可作成奈米拓模特性 (6) 1313307 優異的高品質晶圓，特別是在晶圓全面地測定2 mm x 2 mm四方形的奈米拓樸位準之際，成爲可達成其最大値平 均爲1 4 nm以下的良好位準的單晶晶圓。 又’依照本發明，可提供一種在上述本發明的單晶晶 圓的表面形成有磊晶層者爲其特徵的磊晶晶圓。這時候， 在上述磊晶晶圓的晶圓全面，可作爲2 m m X 2 ni m四方形 的領域的奈米拓樸位準的最大値平均在1 4 n m以下者。 磊晶晶圓的奈米拓樸特性是反映基板的奈米拓樸特性 者之故’因而如上述地將本發的單晶晶圓作爲基板，而在 其表面形成磊晶層的單晶晶圓，可作成奈米拓樸特優異者 。特別是’磊晶晶圓全面地測定磊晶晶圓的2 mm X 2 mm 四方形的奈米拓樸位準之際，成爲可成其最大値平均爲1 4 nm以下的良好位準者。又’奈米拓樸特性優異的磊晶晶 圓’在單晶晶圓表面與磊晶層之間發生起因於凹凸的內部 應力（變形較少之故，因而在磊晶層上不會發生滑線。結 果’若在裝置製造中，將熱機械強度較強，特別是0.1 Q • c m以下的低電阻比的單晶晶圓使用作爲基板，則成爲 也具有依誤調整所產生的高吸氣能力的磊晶晶圓。又，若 爲低電阻比的晶圓，則封閉特性也優異。 又，依照本發明’提供一種單晶培養方法，屬於藉由 單晶拉起法培養單晶的單晶培養方法，其特徵爲：將單晶_ 培養時成長速度作爲Y ( mm / m i η )，將結晶融液的濃度 變動周期作爲F ( m i η )，將結晶成長界面對於水平面的角 度作爲0時’ VxF/Sin0成爲一定範圍地，控制成長速 -S- (7) 1313307 度及/或溫度變動週期而培養單晶。 如此地，在藉由單晶拉起法培養單晶之際，有關於成 長速度V，結晶融液的溫度變動週期F，結晶成長界面對 於水平面的角度Θ，藉由控制成長速度及/或溫度變動週 期使得V X F / S in 0成爲一定範圍’可將起因於結晶成長 時的結晶融液的溫度變動而取進單晶中的不均勻條紋的間 隔控制在適當大小。因此，可製造可切出控制奈米拓樸特 性優異的單晶晶圓的單晶。又，如下述地，V X F / Sin Θ 是相當於起因於垂直於結晶成長軸方向的面內的融液的溫 度變動的不均勻條紋的間隔。 這時候，上述V xF / Sin 0作成1 .5 mm以下或2.3 mm 以上來培養單晶較理想。 如此地，在培養單晶之際，藉由VxF/Sin0成爲ι_5 以下或2.3 mm以上，可得到可切出2 mmx2 mm四方形 的奈米拓樸位準極優異的單晶晶圓的單晶。 又，將上述培養的單晶作爲砂，並將其電阻比作爲 0-1 Ω · cm以下較理想。 如此地，將藉由本發明所培養的單晶作爲矽，並藉由 將其電阻比作爲〇 . 1 Ω . cm以下，防止在低電阻比單晶 中成爲問題的奈米拓樸的劣化，而可製造可切出具有優異 的吸氣能力與優異的奈米拓樸特性的晶圓的單晶。 又，藉由控制施加於結晶融液的磁場強度，坩禍旋轉 速度，單晶旋轉速度’導入氣體流量，結晶融液量中的任 一項目以上進行上述結晶融液的溫度變動週期的控制較理 -10- (8) 1313307 相 ο /12Λ 如此地，藉由控制施加於結晶融液的磁場強度’坩堝 旋轉轉速度，單晶旋轉速度’導入氣體流量’結晶融液量 中的任一項目以上來控制溫度變動週期’可容易且高精度 的控制溫度變動週期。 如上所述地，依照本發明’藉由控制利用單晶培養條 件的控制被取進單晶中的不均勻條紋的間隔，就可改善奈 米拓樸特性。因此可提一種奈米拓樸特性’特別是可切出 2 mm X 2 mm四方形的領域的奈米拓樸特性優異的晶圓的 單晶，由該單晶所切出的單晶晶圓，以及在該單晶晶圓形 成磊晶層的磊晶晶圓。又，本發明的磊晶晶圓是磊晶層的 膜厚均勻性優異，而可期待LSI裝置的高良品率。 【實施方式】 以下，說明本發明的實施形態，惟本發明是並不被限 定於此些者。 習知，奈米拓樸特性是主要考量以晶圓表面的加工工 程的蝕刻條件或硏磨條件等，並沒有進行從晶圓表面加工 以外的觀點來改善奈米拓樸特性的嘗試。 本發明人等是從各種角度嘗試奈米拓樸特性的改善之 故’因而對於單晶晶圓的奈米拓樸特性重複硏究。結果’ 培養單晶之際，起因於結晶成長時的結晶融液的溫度變動 而取入於單晶的不均勻條紋的間隔接近與測定奈米拓樸之 際的測定領域的大小時，看出劣化單晶晶圓的奈米拓樸特 -11 - (9) 1313307 性。 特別是，例如摻雜硼或磷等的習知的低電阻比的矽單 晶，是雖具有吸氣能力優異的優點者，惟控制電阻比的摻 雜劑量較多之故，因而晶圓的硬度較高，結果，該摻雜劑 的濃度不均勻產生單晶的硬度不相同，而在從該單晶所切 出的矽晶圓的表面容易出現成微小凹凸。因此，知道習知 的低電阻比的矽單晶是藉由結晶成長起因的不均勻條紋所 引起的奈米拓樸的劣化極深刻。 如此’ ’本發明人等，培養單晶之際，藉由將起因於 該結晶融液的溫度變動的不均勻條紋的間隔控制一定範圍 ’亦即控制在與測定奈米拓樸之際的測定領域的大小不相 同範圍’發現了由晶圓表面加工以外的觀點也可改善奈米 拓襆特性，而完成本發明。 亦即’依照本發明’提供一種單晶，屬於藉由單晶拉 起法所得到的單晶’其特徵爲：控制起因於結晶成長時的 結晶融液的溫度變動而被拉進於單晶中的不均勻條紋的間 隔。 又’本發明是作爲培養如上述的單晶的方法，提供一 種單晶培養方法’屬於藉由單晶拉起法培養單晶的單晶培 養方法，其特徵爲：將單晶培養時成長速度作爲V ( mm / min )。 將結晶融液的濃度變動周期作爲F ( ni i n )，將結晶成 長界面對於水平面的角度作爲Θ時，VxF/Sin0成爲一 定範圍地’控制成長速度及/或溫度變動週期而培養單晶 -12- (10) 1313307 以下’對於本發明的單晶培養方法一面參照圖式一面 詳細地說明，惟本發明是並不被限定於此些者。 在本發明的單晶培養方法所使用的單晶培養裝置是並 未特別加以限定者’惟例如可使用表示於第丨0圖的單晶培 養裝置。以下’一面參照第1 〇圖，—面說明進行本發明的 單晶培養方法所用的單晶培養裝置。 第1 〇圖的單晶培養裝置’是塡充有結晶融液的石英坩 渦5 ’及保護該坩堝的石墨坩堝6，及配置成圍繞該增禍5 ’ 6的加熱益7及隔熱材8被設在主腔1內；在該主腔丨的上 部收容培養的單晶3，連接有安裝所用的拉起腔2。 使用此種單晶培養裝置來培養單晶時，藉由柴氏法（ CZ法）’於石英坩堝5中的結晶融液4浸漬種結晶之後， 經由種集中一面旋轉一面平靜地拉起來成長棒狀單晶3。 另一方面’ i甘渦5 ’ 6是可朝向結晶成長軸分向昇降，上昇 ：t甘禍使成爲補足在結晶成長中結晶化而減少的融液的液面 下降份量’由此’將融液表面的高度保持在一定。又，在 主腔I的內部，氬氣體等惰性氣體從設在拉起腔2上部的氣 體導入口 10被導入’通過拉起中的單晶3與氣體整流筒 之間’並通過隔熱構件1 2的下部與融液面之間，而從氣體 流出口 9被排出9。又，使用放射溫度計（未圖示），經玻 璃窗而從結晶融液表面的輻射來測定石英坩堝5中的結晶 融液4的溫度，並測定結晶融液的溫度變動週期。 依照本發明，如此地培養單晶之際，將單晶培養時的 -13- (11) 1313307 成長速度作爲v ( mm/ min )，並將結晶融液的溫度變動 週期作爲F ( min )’而將結晶成長界面對於水平面的角度 作爲Θ時’能控制成長速度及/或溫度變動週期使得v X ρ /Sin0成爲一定的範圍來培養單晶極重要。 通常，如上述地藉由單晶拉起法來培養單晶之際，結 晶成長界面的形狀是如第6圖所示地成爲凸形狀之故，因 而坩堝內的結晶液溫度的微小變動被取進單晶中，發生如 第7圖所示的不均勻條紋。這時候，不均勻條紋的間隔d是 以單晶成長速度V與結晶融液的溫度變動週期F的相乘積d =VxF所表示。 從如該第7圖的不均勻條紋所形成的單晶切出單晶晶 圓，則在所製作的單晶晶圓形成有如第8圖的條紋。這時 候，將晶圓表面的不均勻條紋的間隔作爲L (第9圖）時， 不均勻條紋的間隔L，是使用結晶成長界面對於水平面的 角度以L=d/Sine = VxF/Sin0表示。又結晶成長界面 的形狀是如第6圖地具有曲率，若嚴密地進行測定，則在 相同晶圓表面內也在晶圓的徑方向有不相同的不均勻條紋 的間隔L的數値。然而，該誤差是對於L値極小之故，因 而雖在結晶成長界面的形狀有曲率’則整體晶圓表面的不 均勻條紋的間隔是以L = VxF/ Sin Θ作爲代表値可求出。 依照本發明人等的硏究，如上述地’可知該不均勻條 紋的間隔L，接近於測定奈米拓樸特性之際的測定領域的 大小的數値時，會劣化單晶晶圓的奈米拓樸特性。因此， 培養單晶之際，藉由控制單晶的成長速度v及/或結晶融 -14- (12) 1313307 液的溫度變動週期F，使得晶圓面上的不均勻條紋的間隔L ，亦即V X F / S i η 0的數値與測定奈米拓樸之際的測定領 域的大小不相同的範圍，即可防止奈米拓樸特性的劣化。 如上所述地，現在的奈米拓樸的測定是主要在2 m m X 2 m m四方形的領域中進行。因此，欲改善該2 m m x 2 m ηι 四方形的領域內的奈米拓樸特性，則在所培養的單晶中， 對於結晶成長軸方向的垂直面內的不均勻條紋的間隔L， 亦即V X F / S i η 0是否成爲2 mm前後値極重要。特別是， 控制成長速度V及/或溫度變動週期F使得Vx F / Sin Θ成 爲1 .5 mm以下或2.3 mm以上來培養單晶較理想，藉由作成 如此’實驗式地確定了在製作晶圓之際可得到1 4 mm以下 的奈米拓樸位準。 又’上述的V X F / Sin 0的範圍是現在所進行的2 mm X 2 mm四方形的領域中測定奈米拓樸之際防.止奈米拓樸特 性的劣化者，而本發明的V X F / S i η 0的範圍是並不限定 Μ此；者》亦即，奈米拓樸的測定領域藉由公式地規格或技 術進步等而在將來有所不同時，本發明是因應於該奈米拓 樸的測定領域而可適當地變更V x F / S i η Θ的適合範圍， 由此當然也可防止奈米拓樸特性的劣化。 此時’控制單晶的成長速度V是藉由控制拉起單晶之 際的拉起速度而可進行。又另一方面，控制結晶融液的溫 度變動週期F，是藉由控制例如施加於結晶融液的磁場強 度’堪堝旋轉速度、單晶旋轉速度' 導入氣體流量、結晶 融液量中的任一項以上而可容易地進行。 -15- (13) 1313307 特別是’溫度變動週期是藉由控制施加於結晶融液的 磁場強度就可容易且高精度地控制。實際上，使用表示於 第1 0圖的單晶培養裝置（裝備直徑800 mm的坩堝），裝 進3 02 kg的矽原料而溶解這些之後，作爲剛培養矽單晶之 前的狀態’使用放射溫度計來測定矽融液的表面溫度。這 時候’將水平磁場中心的強度從〇 G變化至4 0 0 0 G，來測 定融液表面的溫度變動週期。結果，如第5圖所示地，在0 G 成爲 F = 0.26 min;在 1〇〇〇 G 成爲 0.39 min;在 2000 G 成 爲 0.44 min;在 3 00G 成爲 0.5 min;在 4000 G 成爲 0.55 min ;隨著磁場強度變化而溫度變動週期也變化。由該結果， 確認了藉由控制施加於結晶融液的磁場強度就可高精度地 控制結晶融液的溫度變動週期。因此，藉由磁場強度就可 高精度地控制晶圓面內的不均勻條紋的間隔。結果，成爲 可大幅度地改善奈米拓樸。 如上述地，藉由本發明單晶培養方法，可製造控制起 因於結晶成長時的結晶融液的溫度變動而被取進於單晶中 的不均勻條紋的間隔的單晶。若此種結晶成長起因的不均 勻條紋的間隔被控制的單晶，就可作爲可切出奈米拓樸特 性優異的單晶晶圓的單晶。亦即，依照本發明，並不是如 習知地控制晶圓表面的加工條件，藉由單晶培養條件，成 爲可改善晶圓的奈米拓樸特性。 依照本發明所培養的單晶爲矽，雖爲在矽摻雜硼或磷 等而表示〇. 1 Ω · cm以下低電阻比者，也藉由控制被取 進單晶中的不均勻條紋的間隔，如上述地確實地可防止在 -16 - (14) 1313307 習知低電阻比的單晶特別深刻的奈米拓樸特性的劣化。因 此，成爲不會吸氣能力優異，而且可培養可得到奈米拓樸 特性也極優異的晶圓的低電阻比的矽單晶。這時候，對於 電阻比下限並沒有特別加以限定者，例如將硼或磷等摻雜 劑摻雜至固溶界限之際的單晶的電阻比成爲其下限値。 又，依照本發明，單晶的直徑爲200 mm以上，藉由 將成長速度作成某程度加快即可改善奈米拓樸特性。如此 地，加快成長速度而改善奈米拓樸特性，不但可提高品質 面而且也可提高生產性方面。 又，藉由上述本發明的單晶培養方法來培養單晶之後 ，切出該單晶，藉由施加習知所進行的磨損、倒角、硏磨 等工程，可製造單晶晶圓。 若爲此些單晶晶圓，可作成奈米拓樸特性優異的高品 質的晶圓。特別是，逼及晶圓全面地測定2 mm X 2 mm四 方形的領域的奈米拓樸位準之際，成爲可達成該最大値的 平均1 4 nm以下的良好位準的單晶晶圓。 又，藉由在該單晶晶圓的表面形成磊晶層，可製造磊 晶晶圓，若爲此些磊晶晶圓，則成爲基板的單晶晶圓的奈 米拓樸特性優異之故，因而成爲磊晶晶圓的奈米拓樸特性 也優異者。特別是，逼及晶圓全面地測定磊晶晶圓的2 m m X 2 m m四方形領域的奈米拓樸位準時，成爲可達成該 最大値的平均1 4 nm以下的良好位準者。 又，此些奈米拓樸特性優異的磊晶晶圓，是磊晶層的 膜厚均勻性優異，又，在單晶晶圓表面與磊晶層之間起因 -17- (15) 1313307 於凹凸的內部應力（變形）的發生較少之故，因而在磊晶 層不會發生滑線。因此’在裝置製造中熱機械性強度較強 ，特別是藉由將〇 · 1 Ω · cm以下的低電阻比單晶晶圓使 用作爲基板，成爲具有高吸氣能力者。因此，可期待L S I 裝置的高良率。 又，在上述本發明中’對於有關於結晶融液的溫度變 動而聚焦於溫度變動週期進行說明。然而，依據本發明的 根本上發現，雖藉由減小結晶融液的溫度變動寬度，也成 爲可改善單晶晶圓的奈米拓樸特性。 以下，表示實施例及比較例更具體地說明本發明，惟 本發明是並不被限定於此些者。 又，在以下的實施例及比較例中，作爲以2 mm X 2 m m四方形的領域進行奈米拓樸的測定者。又，爲了事先 調查在此所使用的單晶培養裝置培養同直徑的矽單晶時的 結晶成長界面形狀，亦即結晶成長界面對於水平面的角度 0 ，進行依如下的X線外形的觀察。首先，一面變更成長 速度及fe場強度一面培養單晶’朝結晶成長軸方向切割該 單晶而製作縱割樣品之後，將此以8 0 0 °c 4小時+ 1 0 0 0 °C 進行1 6小時的析出熱處理。然後，藉由X線外形來觀察經 熱處理的縱割樣品。將該觀察結果表示於第2圖（僅表示 半徑部分）。從依該X線外形的觀察結果，求出結晶成長 界面對於水平面的角度0的結果，可知在0 =10幾乎沒有 變化。 -18- (16) 1313307 (實施例1 ) 首先，使用表不於第10圖的單晶培養裝置（裝備直徑 8 00 mm的石英坩堝），將矽原料以3 20 kg的量裝在石英土甘 渦，一面施加中心磁場強度4 0 0 0 G的水平磁場，__面培養 直徑3 0 0 m m而直胴長度約]2 0 c m的砂單晶。這時候，藉 由摻雜硼，將單晶的電阻比作成0.0 0 6至〇 . 〇 〇 9 Q . e m。 這時’由表示於第5圖的磁場強度與溫度變動週期的關係 在4000 G的磁場強度的溫度變動週期是0.55 min之故，因 而將成長速度控制成0 4 4 m m / m i η，俾將實施例1的ν χ F /Sin0 的數値’作成 VxF/Sin0 = 0.44x〇55/Sin 1()= 1.39 ( mm)。 由如此所培養的矽單晶切出的矽晶圓，在2 mm χ 2 mm四方形的領域進行奈米拓樸的測定。一般，砂溶液量 愈夕則熱對流愈強而溫度變動也變大之故，因而愈在單 晶培養較早階段起因於溶液的溫度變動的不均條紋愈容易 受到影響。所以，在本實施例中，由單晶肩部在1〇至Η cm的範圍切出50枚製作50枚矽晶圓，測定此些的奈米拓 樸’結果’ 50枚的砍晶圓的2 mmx2 _四方形的領域的 奈米拓樸位準的最大値的平均是丨3·3 nm的良好數値，可 知奈米拓樸特性上優異。 (實施例2 ) 使用與實施例1相同的單晶培養裝置，一面施加中心 磁場強度3000 G的水平磁場，一面培値直徑3〇〇 mm且直 -19- (17) 1313307 胴長度大約1 2 0 c m的磷單晶。這時候’與實施例1同樣將 單晶的電阻比成爲0.006至〇.〇09 Ω · cm。此時’ 3000 G 的磁場強度的溫度變動週期是〇·5〇 min之故，因此將成長 速度控制在〇 · 9 2 m m / m i η，而將實施例2的V X F / S i η 6*的 數値，成爲 VxF/Sin0 = 0.92 x0.50/Sin 10=2.65 ( mm)。 從如此所培養的矽單晶的肩部製作由1 〇至1 5 cm範圍 切出的5 0枚矽晶圓，測定此些的奈米拓樸。結果，奈米拓 樸位準的最大値的平均是1 1.4 n m的極良好値，而奈米拓 樸特性極優異。又，將測定製作於第3圖的矽晶圓的奈米 拓樸的結果表示成圓狀者。如第3圖所示地，在實施例2的 矽晶圓中，於晶圓表面並未強烈地觀察到結晶起因的不均 勻條紋，可知晶圓表面的凹凸較小。 又*在該砂晶圓的表面形成嘉晶層來製作晶晶晶圓， 測定該奈米拓樸，表示與上述大約同等的奈米拓樸位準， 可知奈米拓樸特性極優異。 (實施例3 ) 使用與上述相同的單晶培養裝置，未施加磁場，培養 直徑3 0 0 m m且直胴長度大約1 2 0 c m的矽單晶。這時候， 將單晶的電阻比成爲0.006至〇_0〇9 Ω · cm。此時，在〇 G 的磁場強度的溫度變動週期是0.26 min之故，因而將成長 速度控制在0.8 2 m m / m i η，而在實施例3，成爲 VxF/Sin0 = 0.82x0.26/Sin 10 = 1.23 ( min)。 (18)1313307 從如此所培 切出的50枚矽晶 樸位準的最大値 特性優異。 (比較例1 ) 使用與上述 心磁場強度4000 胴長度大約1 2 0 單晶的電阻比作 速度控制在〇 . 5 5 0.55 / Sin 10 =： 奈米拓襆測定領 從如此所培 切出的5 0枚矽晶 樸位準的最大値 奈米拓樸特性。 的結果表示於圖 結晶成長起因的 〇 (比較例2 ) 使用與上述 強度4 0 0 0 G的7上 養的矽單晶的肩部製作由10至15 Cm範圍 圓，測定此些的奈米拓樸。結果’奈米拓 的平均是1 2 · 3 11 m的良好値’而奈米拓樸 實施例相同的單晶培養裝廩’一面施加中 G的水平磁場，一面培養直徑3 00 nm且直 cm的矽單晶。這時候’與實施例同樣’將 成0.006至0.009 Ω . cm。這時’將成長 mm/min，而作成 VxF/Sin0 = 〇·55χ 1.74 ( mm)。該數値是接近於成爲這次的 域的2 m m的數値。 養的矽單晶的肩部製作由1 〇至1 5 cm範圍 圓，測定此些的奈米拓樸。結果’奈米拓 的平均是表示1 4.7 nm的較大値’而降低 這時，將測定所製作的矽晶圓的奈米拓樸 狀者是第4圖，而在晶圓表面強烈觀察到 不均勻條紋，淸楚地確了晶圓表面的凹凸 相同的單晶培養裝置，一面施加中心磁場 平磁場’ 一面培養直徑3 0 0 m m且直胴大 -21 - (19) 1313307 約1 2 0 c m的砂單晶，這時候’將單晶的電阻比成爲〇 · 〇 〇 6 至0.009 Ω · cm。此時，將成長速度控制成0.63 mm/ min，而作成 VxF/Sin0=〇.63x〇’55/Si n 10=1.99( mm)。該數値是與這次的奈米拓樸測定領域大約相同値 〇 從如此所培養的矽單晶的肩部製作由1 0至1 5 cm範圍 切出的5 0枚的矽晶圓，測定此些的奈米拓樸。結果，奈米 拓樸位準的最大値的平均是]5.3 nm表示極大値’使得奈 米拓樸特性降低較大。 針對於上述實施例1至3及比較例的結果’將V X F / Sin 6>作爲橫軸，並將所測定的V X F / Sin Θ位準作爲縱軸 的圖表上所標示的結果表示於第1圖。由該第1圖可知，在 乂乂？/5丨1^値爲2 111111處奈米拓樸位準最差，而在隨著乂>< F / S i η 0的値由2 m m變小或變大使得晶圓的奈米拓樸特 性變良好。又，V X F / S i η Θ爲1 _ 5以下或2.3 m m以上的範 圍，表示奈米拓樸的最大値的平均爲14 rim以下。 又，如實施例2及3地’加快成長速度而可改善奈米拓 樸，由提高生產性上也爲極有希望的技術。欲培養2〇〇 mm以上的大口徑的單晶時，高速的結晶成長較難之故， 因而一般爲如結晶成長速度較慢稍慢的比較例1及2的速度 範圍內進行培養較多。因此，如實施例2及3地，若加速成 長速度而改善奈米拓樸特性，則不僅可提高品質而且也可 提高生產性。 又’本發明是並不被限定於上述實施形態者。上述實 -22- (20) 1313307 施形態是例示者’具有與記載於本發明的申請專利範圍的 技術性思想實質上相同構成’並具有同樣作用效果者，均 被包含有本發明的技術性範圍。 例如在上述中，例舉說明培養直徑3 0 〇 m m的單晶的 情形，惟本發明是並不被限定於此者，即使培養具有直徑 2 0 0 m m或4 0 0 m m以上的大口徑的單晶時，也可同樣地適 用本發明。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示以VxF/ Sin 0與關係的圖式。 第2圖是表示調查結晶成長界面形狀，藉由X線外形 觀察單晶縱割樣品的結果（僅半徑部分）的圖式。 第3圖是將測定實施例2的晶圓的奈米拓樸的結果表示 成圖狀的圖式。 第4圖是將測定比較例1的晶圓的奈米拓樸的結果表示 成圖狀的圖式。 $ 第5圖是表示磁場強度與結晶溶液的溫度變動週期的 關係的圖式。 桌6圖是橫式地表不培養單晶時的結晶成長界面的圖 式。 第7圖是將以結晶溶液的溫度變動作爲不均句條紋取 進於單晶內的情形的單晶的剖視圖。 第8圖是橫式地表示從第7圖的單晶所切出的晶圓的剖 視圖。 -* (21) 1313307 第9圖是橫式地表示晶圓表面的不均勻條紋的間隔L的 圖式。 第1 〇圖是表示本發明所使用的單晶培養裝置的槪略圖 〔主要元件對照表〕 1 主腔

2 拉起腔 3 單晶 4 結晶融液 5 石英坩堝 6 石墨坩堝 7 加熱器 8 隔熱材 9 氣體流出口

10 氣體導入口 1 1 氣體整流筒 12 遮熱構件 -24 -

Claims (1)

1. Tmqn7 —-一-* . m — . P*«aJ^<-*vr；MB>«Wiit. ν.».«*αΐ*Λ·3Τ>·,,^'*^ιΜ*-',,ϊ3ΊΙΪΐΓΪ d. ’:月。3修(.更)正眘换 拾、申請專利範圍 第92125219號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年4月29日修正 1 · 一種矽單晶，屬於藉由單晶拉起法所得到的矽單 晶，其特徵爲：起因於結晶成長時的結晶融液的溫度變動 而被拉進於單晶中的不均勻條紋的間隔，控制對於結晶成 長軸方向在垂直面內，控制在1.5 mm以下或2.3mm以上 者，且其電阻比爲0.1 Ω · cm以下。 2. 如申請專利範圍第1項所述的單晶，其中’上述單 晶矽的直徑爲2 0 0 mm以上。 3. 一種單晶晶圓，其特徵爲：從申請專利範圍第1項 或第2項所述的單晶所切出者。 4. 如申請專利範圍第3項所述的單晶晶圓，其中，在 止述單晶晶圓的晶圓全面中，2 mmX2 mm四方形領域的奈 米拓樸位準的最大値平均爲1 4 nm以下。 5. 一種磊晶晶圓，其特徵爲：在申請專利範圍第3項 的單晶晶圓的表面形成有磊晶層者。 6. 一種磊晶晶圓，其特徵爲：在申請專利範圍第4項 的單晶晶圓的表面形成有磊晶層者。 7 .如申請專利範圍第5項所述的磊晶晶圓，其中，在 上述幕晶晶圓的晶圓全面中’ 2 mmx2 mm四方形領域的奈 米拓樸位準的最大値平均爲1 4 nm以下。 8 ·如申請專利範圍第6項所述的晶晶晶圓，其中，在 1313307 上述磊晶晶圓的晶圓全面中’ 2 mm><2 mm四方形領域的奈 米拓樸位準的最大値平均爲14 nm以下。 9. 一種矽單晶培養方法，屬於藉由單晶拉起法培養 砂單晶的單晶培養方法，其特徵爲：將單晶培養時成長速 度作爲V ( mm/ min )，將結晶融液的濃度變動周期作爲F (min )，將結晶成長界面對於水平面的角度作爲θ時， VxF / SinO作成1_5 mm以下或2.3 mm以上地，控制成長 (#速度及/或溫度變動週期並將電阻比作爲0.1 Ω· cm以 下而培養單晶。 10. 如申請專利範圍第9項所述的單晶培養方法，其 中，藉由控制施加於結晶融液的磁場強度，坩堝旋轉速度 ’單晶旋轉速度、導入氣體流量、結晶融液量中的任一項 目以上進行上述結晶融液的溫度變動週期的控制。 -2-