TWI338058B - - Google Patents

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1338058 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於s 01晶圓：更詳細而言，係 活性層薄薄地形成的情況，電性可靠度極高的 該s〇丨晶圓的製造方法。 【先前技術】 以往，作爲元件用基板，廣泛地利用在支 成有矽活性層（SOI層）的SOI晶圓。作爲如此 的製造方法，例如已知有將2枚的矽晶圓經由 合的貼合方法。貼合方法中的一種之離子注入 在成爲矽活性層的矽晶圓（結合晶圓）或是成爲 基底晶圓的表面，形成氧化層（絕緣層），再從 一側的表面，將氫等的離子進行離子注入，而 形成離子注入層。進而，經由氧化膜，將此結 在基底晶圓之後，藉由熱處理在離子注入層處 藉此，能夠得到：在基底晶圓上，經由氧化膜 的矽活性層的SOI晶圓。 再者，也有使用絕緣性的支持基板，而將 接地，亦即沒有經由氧化膜地貼合在該支持基 〇 如上述般地製造SOI晶圓的情況，作爲結 目前爲止，一般是使用在表面有尺寸爲50nm 凹坑缺陷存在的矽晶圓。但是，近年來，矽活 關於即使矽 S 0 I晶圓及 持基板上形 的S ΟI晶圓 氧化膜而貼 剝離法，係 支持基板的 結合晶圓的 在晶圓內部 合晶圓貼合 發生剝離。 ，形成有薄 結合晶圓直 板上的情況 合晶圓，到 以上的微小 性層的薄膜 -5- (2) (2)1338058 化要求開始增加’能夠應用於此的矽晶圓的品質要求也越 來越嚴格。 作爲減少矽活性層的缺陷之方法，被提案出：利用磊 曰曰層的方法、或是利用沒有被稱爲fpd、LSTD、COP等 的成長（Grown-in)缺陷之單結晶成長起因的缺陷，也就是 所謂的中性區域（N區域）的矽單結晶的方法。 例如’被提案出：在矽晶圓（結合晶圓）上，形成磊晶 層’而在將硼離子注入嘉晶層之後，經由氧化層貼合在支 持基板上’進而藉由硏削硏磨結合晶圓的背面，製造出 SOI晶圓的方法（例如，參照曰本特開平1〇_79498號公報（ 弟4-6頁、第2圖））。 但是’如此地將形成有磊晶層的晶圓作爲結合晶圓來 使用的情況，S ΟI層的缺陷雖然被改善，但是由於要增加 使磊晶層成長的製程，所以會有製造成本顯著地增加的問 題點。 另一方面’作爲結合晶圓，在使用於沒有FPD或 COP等的微小缺陷存在的N區域下所育成的矽晶圓的情 況，雖然需要精密地控制矽單結晶的育成條件，但是具有 不需要形成磊晶層之製程的優點。 在此先針對N區域加以說明，在使用通常的結晶中 固液界面附近的溫度斜度大的爐內構造（熱區：HZ)的CZ 拉昇機中，往結晶軸方向，使成長速度V由高速變化成 低速的情況，已知會得到如第9圖所示的缺陷分布圖。 在第9圖中的V區域，係Vacancy也就是由於矽原 -6- (3) (3)1338058 子不足所發生的凹部、穴之類的缺陷多的區域；所謂的I 區域’則是由於矽原子過多地存在所發生的錯位、或是多 餘的砂原子塊多的區域。而且，在V區域和I區域之間， 存在沒有（或是很少）原子不足或過多之情形的中性區域 (Neutral ’以下簡單表示爲N);又，在V區域的邊界附近 ，被稱爲 〇SF(氧化誘導疊層缺陷、Oxidation Induced Stacking Fault)的缺陷，當在相對於結晶成長軸方向之垂 直方向的剖面上來觀察時，被確認係分布成環狀（以下稱 爲OSF環）。 而且，在成長速度比較快的情況，空洞型的點缺陷集 中而形成空隙之原因的FPD、LSTD、COP等的成長缺陷 ，高密度地存在於結晶直徑方向的整個區域，這些缺陷存 在的區域，成爲V區域。又，隨著成長速度的降低，OSF 環從結晶的周邊發生，在此環的外側，被認爲是晶格間矽 集合之差排環的發生原因之L/D(Large Dislocation:晶格 間差排環的簡稱' LSEPD、LFPD等）缺陷（大差排群），低 密度地存在：存在這些缺陷的區域成爲1區域（也稱爲L/D 區域）。進而，若使成長速度變成低速，則OSF環往晶圓 的中心收縮而消滅，整個面成爲I區域。 而且，在V區域和I區域的中間之〇 S F環外側的N 區域，成爲沒有存在造成空洞的FPD、LSTD、COP’也沒 有存在造成晶格間矽的LSEPD、LFPD之區域。再者’最 近，若將N區域進一步地分類，如第9圖所示，有鄰接 Ο S F環的外側之N v區域（空洞多的區域）和鄰接I區域的 (4) (4)1338058 N i區域（晶格間矽多的區域）；已知在N v區域’當熱氧化 處理後，氧析出量多，而在Ni區域，幾乎沒有氧析出。 如此的N區域，以往在晶圓面內，僅存在一部份’ 但是利用控制拉昇速度（V )和結晶固液界面軸方向溫度斜 度（G)的比値亦即V/G，結果能夠製造出N區域擴展至橫 方面全面（晶圓全面）的結晶。 於是，在S Ο I晶圓的製造中，作爲前述的結合晶圓， 也提案出：使用成爲整個N區域的矽單結晶晶圓之方法 〇 例如，藉由切克勞斯基法（CZ法）拉昇矽單結晶時， 將拉昇速度V和拉昇軸方向的結晶固液界面的溫度斜度G 的比値（V/G)，控制在規定範圍內，來拉昇矽單結晶：作 爲結合晶圓，被提案出使用N區域的矽晶圓的S ΟI晶圓（ 例如日本特開平2 0 0 1 - 1 4 6 4 9 8號公報（第5 - 8頁）及曰本特 開平2001-44398號公報（第2-4頁、第1圖））。 然而，在進行結合晶圓和基底晶圓之間的用來貼合的 氧化處理和用來調整S Ο I晶圓厚度的氧化處理之後，當進 行用來除去氧化膜的氫氟酸洗淨的情況，作爲結合晶圓， 即使使用在N區域所育成的矽單結晶，SOI層也會有幾乎 全面或是局部的破壞之不良情況發生。特別是當SOI層的 厚度形成薄時，產生上述不良的情況變多。又，將來，妻〜 進一步地要求SOI層的薄膜化時，若單是使用在N區域 所育成的矽晶圓，即使作爲結合晶圓來使用，除了 S 01層 會有顯著地劣化的可能性以外，也預期可能會損害S 0 I層 1338058

和基底晶圓之層間絕緣氧化膜的膜質ε 【發明內容】 (發明的揭示） 於是，本發明係鑒於如此的問題點而發明出來’其目 的在於提供一種SOI晶圓，例如即使在形成厚度爲200nm 以下之極薄的SOI層的情況，不會由於氫氟酸洗淨而產生 微小凹坑，具有優異的電特性，而且不用增加製程步驟便 能夠製造出來。 爲了達成上述目的，若根據本發明，提供一種SOI晶 圓，係至少在支持基板上形成有矽活性層的S 0 I晶圓，其 特徵爲： 至少前述矽活性層，係由：藉由切克勞斯基法所育成 的矽單結晶，爲環狀地發生Ο S F之外側的N區域，且沒 有藉由Cu沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽晶圓 所構成。 如此的矽活性層，若作成由N區域，且沒有藉由Cu 沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽單結晶所構成 S 0 I晶圓，則由於在矽活性層中，甚至連極微小的缺陷都 沒有存在’所以即使將此晶圓進行氫氟酸洗淨，也不會發 生微小凹坑’而成爲具有優異電氣特性的SOI晶圓。又， 若爲如此的S Ο丨晶圓，由於不用增加如使用磊晶晶圓的情 況的製程步驟’便可以製造出來，所以可以使製造成本變 低。 -9- (6) (6)1338058 此情況，矽活性層的厚度，能夠設定在200nm以下 〇 近年來，SOI層的薄膜化一直被要求，而由於在本發 明的SOI晶圓的矽活性層中，甚至沒有藉由Cu沉積法而 被檢測出來的極微小的缺陷存在，所以即使進行氫氟酸洗 淨等，也不會有缺陷擴大而使矽活性層破壞的情形，能夠 作出高品質的SOI晶圓。 又’前述矽活性層’理想爲經由氧化膜而被貼合在前 述支持基板上：此情況，前述氧化膜的厚度，理想爲在 2nm〜3000nm的範圍內。 若爲矽活性層如此地經由氧化層而被貼合在支持基板 上而形成的S 0 I晶圓，則能夠藉由通常的貼合方法容易地 製造出來。又，若爲在上述範圍內的厚度之氧化膜，不但 藉由熱處理等，能夠容易地形成，而且矽活性層藉由氧化 膜而被確實地接合，同時被絕緣，而成爲高品質的SOI晶 圓。 又，前述S Ο I晶圓，係藉由離子注入剝離法而被製造 出來。 若爲如此地藉由離子注入剝離法而被製造出來的SOI 晶圓，不但能夠作出矽活性層極薄且厚度均勻，且成爲沒 有缺陷之極高品質的S ΟI晶圓。 進而，在本發明中，提供一種如下述般的SOI晶圓的 製造方法。亦即，一種SOI晶圓的製造方法，係針對在成 爲矽活性層的結合晶圓和成爲支持基板的基底晶圓之中， •10- (7) (7)1338058 從前述結合晶圓的表面，離子注入氫離子、稀有氣體離子 或是這些氣體的混合氣體離子’而在晶圓內部形成離子注 入層，再將該結合晶圓的被離子注入側的表面和前述基底 晶圓的表面，經由氧化膜或是直接地貼合之後，藉由熱處 理將前述結合晶圓的一部，在前述離子注入層加以剝離， 來形成SOI晶圓之SOI晶圓的製造方法，其特徵爲： 作爲前述結合晶圓，係使用：藉由切克勞斯基法所育 成的矽單結晶，爲環狀地發生Ο S F之外側的N區域，且 沒有藉由C u沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽晶 圓。 若藉由如此的方法來製造S Ο I晶圓，矽活性層反映出 結合晶圓的性質，亦即能夠得到N區域之甚至沒有藉由 Cu沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在，極高品質的 S 〇 I晶圓。又’由於沒有增加製程步驟，能夠使製造成本 變低。 如以上所述’若根據本發明，能夠提供一種S0I晶圓 ’其矽活性層’爲未含有 V區域、OSF區域、大差排群 (LSEP、LFPD)區域的中性（N)區域，且未含有Cu沉積缺 fea E域’且在S ΟI晶圓製造過程中，表面沒有發生微小凹 坑，具有優異的電氣特性。 若使用如此的S 0 I晶圓來製作元件，則能夠以高良率 地製作出電氣特性優異的元件。 【實施方式】 -11 - (8) (8)1338058 (貫施發明的最佳形態） 以下，進一步地說明本發明。 本發明的發明人’在完成本發明之前，事先進行以下 的調查和檢討。 首先’當拉昇矽單結晶時，從結晶肩部至晶錠驅體尾 部’由高速漸漸地變低速的情況，如前述般地，當到達某 —成長速度時，Ο S F收縮；然後，在更低速區域中，已知 各相會依照N v、N i、I (大差排群發生）區域的順序，依次 地被形成。又’最近’如第2圖所示，在Nv區域，於 OSF剛消滅之後，已知有部分存在藉由Cu沉積法而被檢 測出缺陷的區域（例如請參照日本特開2 0 0 2 - 2 0 1 0 9 3號公 報）。 / 再者，所謂的C u沉積法，係正確地測量出半導體晶 圓的缺陷的位置，提高對於半導體晶圓的缺陷之檢測限度 ，並且能夠對於更微小的缺陷加以正確地測量、分析之晶 圓的評價法。 具體的晶圓的評價方法，係在晶圓表面上形成規定厚 度的絕緣膜，再破壞被形成在前述晶圓表面附近的缺陷部 位的上的絕緣膜，使位於缺陷部位的C u等的電解物質析 出（沉積）的方法。也就是說，Cu沉積法，係利用在溶解 Cu離子的液體中，若對形成在晶圓表面上的氧化膜施加 電位，則電流會流過氧化膜已經劣化的部位，則Cu離子 會析出而變成Cu的原理之評價法。在氧化膜容易劣化的 部分，已知存在COP等的缺陷。 -12- 1338058 Ο) 被C u沉積之晶圓的缺陷部位，能夠在聚光燈下或直 接以肉眼來分析，評價其分布或密度，進而也能夠利用顯 微鏡觀察 '透過型電子顯微鏡（TEM)、掃描型電子顯微鏡 (SEM)等加以確認。 而且，若是熟習此技術的業者，應當能夠容易地想到 將從OSF收縮後的Nv區域開始至Ni區域消滅爲止（直到 I區域發生爲止）的範圍中所育成的矽單結晶，作爲結合晶 圓來使用（參照第9圖）。 但是，例如在厚度爲200nm以下的極薄之SOI層中 ，理想爲沒有殘留微小凹坑缺陷。因此，本發明的發明人 ，對於在這些區域中的缺陷，進行調查。具體而言，將矽 單結晶成長由高速漸漸地變低速時之OSF剛要消滅前的 V區域，藉由表面檢查裝置（MAGICS)進行座標識別後， 施行FIB(聚焦離子束）加工，當進行該點的TEM觀察的時 候，確認有大約2 0 n m的微小凹坑缺陷存在。 進而，當進行其他區域的調查、檢討的時候，得知以 下的事實。 在V區域中，越靠近0SF消滅前的區域，空洞越微 細化；但是 V區域的微小凹坑缺陷，即使相當地微細， 會使初期氧化膜耐壓（TZDB)特性顯著地劣化。 另一方面，關於矽單結晶成長由高速漸漸地變低速時 之OSF剛消滅後的Cu沉積缺陷區域，並沒有如V區域般 的顯著的耐（電）壓程度的劣化，TZDB特性在晶圓面內大 約1 00%的區域中，雖然顯示爲C狀態，但是長期絕緣破 (10) 1338058 壞（TDDB)特性，僅稍微地劣化。 進而，S Ο I層表面的微小凹坑缺陷的存 爲了貼合結合晶圓和基底晶圓的氧化、及爲 的厚度之氧化處理後，所進行的氫氟酸洗淨 會由於蝕刻作用而擴大，而破壞SOI層。特 空乏層之目的下，SO】層形成比1 OOnm薄的 ，即使是由Cu沉積法所檢測出來的20nm 分微小的缺陷，若存在這些缺陷，當在進行 ，缺陷尺寸會由於蝕刻而擴大而有可能破壞 ，這些微小的缺陷引起電氣的故障，成爲顯 性的原因。 亦即，已經瞭解到：上述般的區域，特 ，原本的氧化膜耐壓並不差，但是若將其作 活性層來使用，即使缺陷的尺寸相對於SOI 地微細，也會有損害電氣的信賴性的可能性 本發明的發明人，進行以上的調查和檢 現：矽活性層爲N區域，若作成沒有存在藉 而被檢測出來的缺陷區域，不但TZDB特性 優異，而且即使進行氫氟酸洗淨，缺陷尺寸 而成爲不會由於蝕刻而破壞之電氣特性優異 而且，對於如此的SOI晶圓的製造，發現： 藉由CZ法而被育成的矽單結晶中的N區域 Cu沉積法而被檢測出的缺陷區域存在的矽 合晶圓使用，來形成S 01層便可以，而完成 在，已知：在 了調整S 0 1層 時，缺陷尺寸 別是’在擴展 薄膜化之情況 尺寸以下之十 氫氟酸洗淨時 S 0 I層。結果 著地損害信賴 :別是N區域 爲SOI晶圓的 層的厚度十分 〇 討的結果，發 由Cu沉積法 和T D D B特性 也不會擴大， 的S ΟI晶圓。 例如，只要將 V»—* -' ·_ - * ，且沒有藉由 晶圓’作爲結 本發明。 -14- (11) (11)1338058 以下，一邊參照圖面一邊具體地說明本發明的實施形 態’但是本發明並不被限定於此實施形態^ 第1圖係表示藉由離子注入剝離法來製造關於本發明 的SOI晶圓的製程之一例的流程圖。 首先’在最初的製程（a)中，準備2枚的矽鏡面晶圓 ’亦即準備構成S 01層的結合晶圓2 1和構成支持基板的 基底晶圓2 2。在此’本發明中’作爲結合晶圓2 1，係使 用：藉由切克勞斯基法（C Z法）所育成的矽單結晶，爲環 狀地發生〇 S F之外側的N區域’且沒有藉由c u沉積法而 被檢測出來的缺陷區域（在發明中也稱爲「Cu沉積缺陷區 域」）存在的矽晶圓。 上述的N區域之沒有C u沉積缺陷區域的矽單結晶， 例如’能夠使用第3圖所示的單結晶製造設備，一邊控制 V/G —邊育成。此單結晶拉昇裝置30，具備：拉昇室31 、被設置在拉昇室31中的坩堝32、被設置在坩堝32周 圍的加熱器3 4、使坩堝3 2旋轉的坩堝保持軸3 3和其旋 轉機構（未圖示）、保持著矽的種晶之種晶夾頭6、拉昇種 晶夾頭6的吊線7、及使吊線7旋轉或捲繞的捲繞機構（ 未圖示）。又，在加熱器3 4的外側周圍，設置絕熱材35 〇 坩堝3 2，其石英坩堝被設置在其內側之收容矽熔液（ 湯）2側，而石墨坩堝則被設置在其外側。 再者，最近也常在拉昇室3 1的水平方向的外側’設 置未圖示的磁石，藉由對矽熔液2施加水平方向或垂直方 -15- (12) (12)1338058 向等的磁場，抑制熔液的對流，以謀求單結晶的安定成長 ，也就是使用所謂的MCZ法。 又，設置將育成的矽單結晶1加以包圍之筒狀的石墨 筒（隔熱板）1 2 ;進而，分別在結晶的固液界面4附近的外 周，設置外側絕熱材1 〇 ;在其內側設置內側絕熱材Π。 這些絕熱材】〇、Π，係被設置成：其下端與矽熔液2的 湯面3之間，隔開2〜20cm的間隔。若如此地設置，結 晶中心部分的溫度斜度Gc〔 t /cm〕和結晶周邊部分的溫 度斜度Ge之間的差異變小，例如能夠將爐內溫度控制成 可以使結晶周邊的溫度斜度比結晶中心低。 在石墨筒1 2上，有冷卻筒1 4，使冷卻媒體流過而進 行強制冷卻。進而，也可以設置噴出冷卻氣體、或是設置 遮住輻射熱來冷卻單結晶的筒狀冷卻手段。 當使用如此的單結晶拉昇裝置30來製造矽單結晶時 ，首先，在坩堝3 2內，將矽的高純度多結晶原料加熱至 熔點（大約1 420°C )以上使其熔解。接著，藉由將吊線捲出 ’而使種晶的則^0接觸或浸在溶液2的表面大約中心部。 然後，使坩堝保持軸33旋轉，同時一邊使吊線旋轉一邊 捲取。藉此，種晶也一邊旋轉一邊被拉昇，於是單結晶開 始被育成，以後，只要藉由適當地調整拉昇速度和溫度， 便能夠得到大約圓柱形狀的單結晶棒1。 而且，當要育成N區域之沒有存在Cu沉積缺陷區域 的矽單結晶，例如，在使拉昇中的矽單結晶的成長速度漸 慢的情況，係將成長速度控制在：殘留在0 S F環消滅後 -16- 1 (13) 1338058 之被C u沉積法檢測出來的缺陷區域消 度；以及當使成長速度進一步地減少時 環之邊界的成長速度之間；以此方式來 使拉昇中的矽單結晶的成長速度，從結 尾部，由高速漸漸地變低速的情況，如 成長速度，依照V區域' OSF環區域 、N v區域、N i區域、1區域（大差排群 各相依序地被形成，N區域之中，係將 殘留在OSF環消滅後之被Cu沉積法檢 消滅之邊界的成長速度：以及當使成長 時’發生I區域的成長速度之間；以此 。若根據如此的方法，能夠育成 N區 單結晶不含F P D等的V區域缺陷. L F P D )等的I區域缺陷' 〇 s F缺陷，厅 沉積法而被檢測出來的缺陷。 而且，將上述育成的矽單結晶，加 (P W)之後’從每—晶錠塊的單位批量， 然後藉由C u沉積法來進行評價，只要 下’便可以將其作爲結合晶圓來加以採 接著’在第1圖的製程（b)中，氧{ 底晶圓2 2之中的至少一方的晶圓的表 晶圓2 1熱氧化’例如，能夠將其表面 厚度的氧化膜23。再者，若氧化膜23 則有可能無法具有絕緣性；另—方 滅之邊界的成長速 ，發生晶格間差排 育成結晶。亦即， 晶肩部至晶錠軀體 第2圖所示，對應 、C u沉積缺陷區域 發生區域）的順序， 成長速度控制在： 測出來的缺陷區域 速度進一步地減少 方式來育成單結晶 域的矽單結晶，此 大差排群（LSEPD、 ϋ且也沒有藉由 C u 工成鏡面硏磨晶圓 任意地選取P W， 在沒有缺陷的情況 用。 匕結合晶圓2】和基 面。在此，將結合 开多成 2nm〜3000nm 的厚度不到2nm， 面，若形成超過 -17- (14) 1338058 3 0 0 0 n m的氧化膜2 3，則由於會引起熱處理時間極長等 生產性降低的問題’所以氧化膜2 3的厚度理想爲在上 範圍內。 在製程（C)中’將氫離子，從已經形成氧化膜23的 合晶圓2 1的單側的表面，離子注入表面中。再者，也 以將稀有氣體離子或氫離子和稀有氣體的混合氣體離子 進行離子注入。藉此，能夠在晶圓內部，於離子的平均 入深度，形成與表面平行的離子注入層。再者，此時的 子注入層的深度’係被反映到最終被形成的s Ο I層的厚 。因此’藉由控制離子注入的注入能量等，例如也可以 出200nm以下厚度的SOI層。 在製程（d )中’將結合晶圓2 1的離子注入側的表面 基底晶圓2 2的表面，經由氧化膜2 3，加以貼合。例如 在常溫的潔淨環境下，藉由使2枚的晶圓21、22的表 接觸，沒有使用黏著劑等，來黏著晶圓之間。 接著，在製程（e)中’藉由熱處理，在離子注入層 ，將結合晶圓2 1的一部份加以剝離。例如，對於將結 晶圓2】和基底晶圓2 2加以貼合而黏著後之物，若利用 非活性氣體下大約5 0 0 °C以上的溫度，施以熱處理，則 由結晶的再配列和氣泡的凝集，被分離成剝離晶圓2 5 SOI晶圓26(SOI層27 +埋入氧化膜23 +基底晶圓22)。 在製程（f)中’對於S Ο丨晶圓2 6，施以結合熱處理 此製程（0 ’係由於在前述製程（d )、（ e)的貼合製程及剝 熱處理製程中使晶圓之間密接的結合力，若以此狀態下 的 述 結 可 今 進 離 度 做 和 ί 面 2 4 合 在 藉 和 離 在 -18- (15) (15)1338058 元件製作製程中使用，則其結合力弱，所以作爲結合熱處 理，對S 01晶圓2 6施以高溫的熱處理，使結合強度成爲 充分。例如’此熱處理能夠在非活性氣體的環境下，以 105(TC〜〗 2 00ΐ，在30分鐘至2小時的範圍內進行= 在工程（g)中，係藉由氫氟酸洗淨來除去被形成SOI 晶圓26面上的氧化膜之製程。此時，藉由以往的方法， 在將僅於N區域育成的矽晶圓作爲結合晶圓來使用的情 況，將會發生微小的凹坑。但是，本發明的S ΟI晶圓2 6 ，由於其SOI層27係N區域之沒有存在Cu沉積缺陷區 域，所以即使進行氫氟酸洗淨，也沒有凹坑擴大之情況， SOI層也沒有被破壞。 進而，在製程（h)中，根據需要，進行用來調整SOI 層27的厚度之氧化；接著，在製程（I)中，藉由氫氟酸洗 淨，除去氧化膜2 8。藉此，能夠將S ΟI層的厚度，例如 調整至200nm以下。 經過以上的製程（a)〜（I)而被製造出來的SOI晶圓， 在SOI層的表面上，沒有存在微小凹坑，電氣特性極爲優 異。 以下，舉出實施例來說明本發明，但是本發明並非限 定於這些實施例。 (實施例） (實驗1 ):拉昇條件的確認 使用第3圖的單結晶拉昇裝置3 0，如以下般地進行 -19- (16) (16)1338058 結晶成長速度漸減的實驗’調查在各區域的邊界之成長速 度。 首先，將1 5 Ο K g之作爲原料的多結晶矽放入直徑2 4 吋（6 0 0 m m )的石英坩堝內，來育成直徑2丨〇 m m的矽單結晶 。氧氣濃度則控制在2 3〜2 3 p p m a (A S T Μ ’ 7 9値）。當育成 單結晶時’如第4圖（A)所示，控制成長速度，使其從結 晶頭部至尾部’由0.7 0 m m / m i η線性地漸減至〇 · 3 〇 m m / m i η ο 而且’如第4圖（A)(B)所示，將拉昇後的單結晶頭部 至尾部’往結晶軸方向’縱剖地切斷，然後，製作出直徑 2 00mm之晶圓形狀的鏡面精加工後的試樣。 試樣中的一枚’藉由氧析出熱處理後的晶圓生命週期 (W L T )測量（測量儀器：s Ε Μ I L A B W T - 8 5 )，確認出V區域 ' Ο S F區域、I區域的各區域之分布狀況和各區域邊界的 成長速度。進而’另外的其中一枚則施以熱氧化膜形成後 C u沉積處理’確認出氧化膜缺陷的分布狀況。再者，本 實驗中的詳細評價方法，如以下所示。 (a) 將直丫工2】〇mm的晶銳’以結晶軸方向每10cm的 長度’塊狀地切斷之後，往結晶軸方向進行縱剖切斷加工 ’如之後的第5圖所示，在相對於結晶軸的垂直方向，刳 刨加工成直徑2 〇 〇 m m ( 8吋）的圓柱之後’精加工成晶圓形 狀的鏡面加工試樣。

(b) 上述試樣中的第1枚，施行晶圓熱處理爐內620 °C .2小時（氮氣環境）熱處理後、80(TC · 4小時（氮氣環境） -20- (17) (17)1338058 和lOOOt： · 16小時（乾燥氧氣環境）的2段熱處理之後， 加以冷卻，然後藉由SEMILAB WT-85，製作出WLT圖。 (c)第2枚試樣，則在晶圓表面上，施以熱氧化膜形 — 成後C u沉積處理，確認出氧化膜的分布狀況。評價條件 · 如以下所述： ])氧化膜：25nm 2 )電場強度：6MV/cm 3 )電場施加時間：5分鐘 實驗結果 根據上述實驗，可以得到如第6圖（A)(B)所示的結果 > 而確認了 v區域、〇 s F區域、N區域、1區域的各區 域邊界的成長速度。 V區域/OSF區域邊界：〇.523mm/min OSF 消滅邊界：0.510mm/min

Cu沉積缺陷消滅邊界：0.5 06mm/min · 析出N區域/非析出N區域邊界：〇.497mm/min -* 非析出N區域/1區域邊界：0.488mm/min (實驗2) SOI晶圓的製造 藉由第3圖所示之與實驗1相同的拉昇裝置，將 1501Cg之作爲原料的多結晶矽放入直徑24吋的石英坩堝 內，此次，如第7圖所示地使成長速度在0.55mm/min至 -21 - (18) 1338058 0.45 mm/min的範圍內，從直徑210mm的晶 往尾部，比實驗1更緩慢地漸減，而控制成 體部的4 0 c m至7 0 c m的區域中，形成含有C N區域和沒有含有C u沉積缺陷的N區域。 則控制在 24〜26ppma(ASTM · 79)。而且， 序，來進行品質評價和S ΟI加工。 U )結晶拉昇之後，在各結晶塊的結晶· 部開始依序地將晶圓切斷，爲了得知其切斷 射打印標上號碼，再加工成鏡面晶圓。 (2 )各塊單位的頭側第1枚p W，分割成 查 FPD、LFPD、LSEP、OSF。接著，各塊單 枚，則確認其C u沉積缺陷分布。而且，各 第3枚至第7枚的總共5枚，則投入SOI (SOI製程）中。再次以頭側第8枚評價FPD、 、0 S F，第9枚確認其C u沉積缺陷分布，第 枚的總共5枚則投入S 01製程中的方式，將 7枚當作一個單位的頭側2枚，進行品質評 枚則加工成S 0 I晶圓。 (3)上述評價的結果爲：從結晶軀體部的 50cm的區塊的中央處，爲V區域和0SF區 體部的50cm附近爲Cu沉積缺陷發生的N 軀體部的大約50cm至70cm附近，爲沒有發 陷的N區域；而從結晶軀體部的70cm附近 錠之結晶頭部 可以在結晶驅 :u沉積缺陷的 又，氧氣濃度 根據以下的次 陆方向，從頭 順序，利用雷 1/4尺寸，調 位的頭側第2 塊單位的頭側 晶圓製造過程 LFPD、LSEP 枚至第Μ 結晶軸方向每 價，剩下的5 大約4 0 c m至 域，至結晶驅 區域，從結晶 生Cu沉積缺 至尾部爲止的 -22- (19) (19)1338058 區域則爲I區域。 (4 )將上述（1 )的每5枚一批的鏡面晶圓’使用在結合 晶圓，根據第1圖所示的製程之離子注入剝離法’與基底 晶圓貼合後，加工成具有5 0 n m厚度的S Ο 1層之S ◦丨晶圓 c 藉由微粒計數器（KLA-Tencor公司製造' Surfscan SP-1)來測量這些SOI晶圓的SOI層表面時，在將V區域 和0 S F區域的矽晶圓作爲結合晶圓來使用的情況下，S Ο I 層幾乎全部被破壞（第8圖（A)) ° 又，發生C u沉積缺陷之N區域的結合晶圓’雖然爲 低密度，但是SOI層局部地被破壞（第8圖（B))。 但是，沒有發生C u沉積缺陷之N區域的結合晶圓之 情況，在SOI層沒有發現缺陷（第8圖（C))。進而，沒有 發生Cu沉積缺陷之N區域的SOI層，即使在無攪拌的狀 態下放置在50%氫氟酸溶液中30分鐘之後，來進行缺陷 密度測量的情況，也沒有被檢測出蝕刻凹坑缺陷。 再者，本發明並不被限定於上述實施形態。上述實施 形態僅是例示而已，凡是具有與本發明的申請專利範圍中 所記載的技術思想實質上相同的構成，而具有相同的作用 效果者，無論爲何者，均被包含在本發明的技術範圍內6 例如，實施形態中，係說明使用2枚的矽晶圓，藉由 離子注入剝離法來製造SOI晶圓的情況，但是本發明並不 被限定於此種製造方法。例如，也可以應用在：作爲結合 晶圓，將藉由切克勞斯基法所育成的矽單結晶，爲環狀地 -23- (20) (20)1338058 發生0 S F之外側的N區域，且沒有存在藉由c u沉積法而 被檢測出來的缺陷區域存在的砂晶圓，沒有經由氧化膜， 便直接貼合在絕緣性的支持基板例如石英、S i C、藍寶石 等的基板上，來製造SOI晶圓的情況。 進而’即使在s I Μ Ο X法亦即將氧離子注入矽晶圓之 後，加以熱處理來製造S Ο I晶圓的情況，作爲所使用的矽 晶圓，係使用藉由切克勞斯基法所育成的矽單結晶，爲環 狀地發生0 S F之外側的Ν區域，且沒有存在藉由c U沉積 法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽晶圓，便可以製造出 關於本發明的SOI晶圓。 【圖式簡單說明】 第〗圖係表示關於本發明的SOI晶圓的製造過程之— 例的流程圖。 第2圖係表不在製造關於本發明的SOI晶圓時所使用 的結晶區域的說明圖。 第3圖係在本發明中能夠使用的cz矽單結晶製造裝 置的一例。 第4圖（A)係表示單結晶成長速度和結晶切斷位置的 關係之關係圖，（B )係表示成長速度和各區域的說明圖。 第5圖係表示Cu沉積評價試樣的製作方法的說明圖 〇 第6圖係表示結晶縱剖加工剖面的（A)晶圓生命週期 及（B)Cu沉積缺陷的圖。 -24- (21) (21)1338058 第7圖係表示在實驗2中的成長速度和結晶切斷速度 的圖。 第8圖係表示藉由C u沉積法所得到的各結晶區域之 缺陷分布的圖。 (A ) V區域 (B ) N區域（發生C u沉積缺陷） (C ) N區域（無C u沉積缺陷） 第9圖係表示作爲結合晶圓之以往所使用的結晶區域 之說明圖。 〔符號說明〕 1 :矽單結晶 2 :矽熔液（湯） 3 :湯面 4 :結晶的固液界面 6 :種晶夾頭 7 :吊線 1 〇 :外側絕熱材 1 1 :內側絕熱材 12 :石墨筒（隔熱板） 1 4 :冷卻筒 2 1 .結合晶圓 2 2 :基底晶圓 23 :氧化膜 -25- (22) (22)1338058 24 _·離子注入層 2 5 :剝離晶圓 2 6 : S Ο I晶圓 27 ： SOI 層 2 8 :氧化膜 30:早結晶拉昇裝置 31 :拉昇室 3 2 :坩堝 3 3 :坩堝保持軸 3 4 :加熱器 3 5 :絕熱材

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Claims (1)

1338058 f修正 1轜充 —· * ·***.· . _1_ 、 t \ )· ·， -·/ - *jr* >. ,\7 拾、申請專利範圍 第092 1 29922號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國99年1〇月日修正 1 ·一種SOI晶圓，係至少在支持基板上形成有矽活性 層的SOI晶圓，其特徵爲： 至少前述矽活性層，係由：藉由切克勞斯基法所育成 的矽單結晶，爲環狀地發生〇 S F之外側的N區域，且沒 有藉由Cu沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽晶圓 所構成， 前述矽活性層的厚度比1 0 0 n m薄。 2. 如申請專利範圍第1項所述的SOI晶圓，其中前述 矽活性層，係經由氧化膜而被貼合在前述支持基板上。 3. 如申請專利範圍第2項所述的SOI晶圓，其中前述 氧化膜的厚度，在2nm〜3000nm的範圍內。 4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的SOI晶圓， 其中前述S 0 I晶圓係藉由離子注入剝離法而被製造出來。 5. —種SOI晶圓的製造方法，係針對在成爲矽活性層 的結合晶圓和成爲支持基板的基底晶圓之中，從前述結合 晶圓的表面，離子注入氫離子、稀有氣體離子或是這些氣 體的混合氣體離子’而在晶圓內部形成離子注入層，再將 該結合晶圓的被離子注入側的表面和前述基底晶圓的表面 ’經由氧化膜或是直接地貼合之後，藉由熱處理將前述結 1338058 合晶圓的一部，在鲂述離子注入層加以剝離，來形成SOI 晶圓之S 01晶圓的製造方法，其特徵爲： 作爲前述結合晶圓，係使用：藉由切克勞斯基法所育 成的矽單結晶，爲環狀地發生〇 s F之外側的N區域，且 沒有藉由Cu沉積法而被檢測出來的缺陷區域存在的矽晶 圓’製造形成有比lOOnm薄的厚度的矽活性層的SOI晶 圓。

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