TWI363108B - Halbleiterscheiben aus silicium und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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1363108 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造矽半導體晶圓之方法，其包含由一含 於掛禍内之炫體拉伸一在相邊界（phase boundary )處生長的單 晶’並從該經拉伸之單晶切割出半導體晶圓，其中在拉伸單晶 期間將熱量傳送至相邊界的中心，並控制從相邊界中心至邊緣 的V/G比之徑向分佈，其中G是垂直於相邊界的溫度梯度，而 φ V是由炫體拉伸單晶的拉伸速率。 本發明亦關於一種可利用該方法製造之無缺陷石夕半導體晶 圓。在本發明範脅内，若無法檢測到尺寸大於30奈米的氧化 誘發疊層（oxidation induced stacking faults，OSF)缺陷、A 螺 旋缺陷（A-swirl defects)及晶體原生顆粒（crystal originate(j particles，COP)缺陷，則矽半導體晶圓被認為是無缺陷的。 【先前技術】 • 在本發明範疇内’若一種方法，尤其是能夠以至少0.5毫米/ 分的速率由坩堝拉伸一直徑至少為300毫米的單晶，並且以高 產率（用半導體晶圓的總產率表示）提供無缺陷的半導體晶圓， 則被認為是經濟上可行的。 DE 103 39 792 A1描述一種製造矽單晶的方法，其最佳化該 等矽單晶的缺陷特性。關注的焦點在於内在點缺陷（intrinsic point defects)及其聚集物（aggregates )，以及可預測這些缺陷 形成的Voronkov模型《於内在點缺陷的情況下，在間隙矽原子 6 1363108 (間隙原子，interstitials )及空位之間加以區分。若在單晶冷卻 時的點缺陷是處於過飽和狀態，則間隙矽原子會形成聚集物， 該聚集物能夠以錯位環（A螺旋缺陷，（A-swirldefects)，LPITs) 及更小的團箱（B螺旋缺陷，（B-swirl defects))形式被檢測 出。空位會在過飽和時形成空位聚集物（空隙，voids)，其視 檢測方法而尤其被稱作晶體原生顆粒（crystal originated particles，COPs)缺陷、流體圖案缺陷（flow pattern defects， FPDs)、局部光散射體（i〇caiized light scatterers，LLSs)或直 接表面氣化物缺陷（direct surface oxide defects，DSODs)。必 須禮保矽半導體晶圓在與元件製造相關的區域内不具有A螺旋 缺陷’且盡可能不含有尺寸在元件的結構寬度範圍内或更大的 COP缺陷。符合這些要求之半導體晶圓通常被稱為無缺陷或完 美的’雖然該等晶圓的晶格通常含有更小的C〇p缺陷或b螺旋 缺陷，或兩種缺陷類型皆有。根據v〇r〇nk〇v模型，在拉伸單晶 時過量引入晶格内之内在點缺陷類型，實質上是取決於從熔體 拉伸單晶的拉伸速率V以及垂直於生長中單晶與溶體間之相邊 界的溫度梯度G之比例。通f，代替垂直於相邊界的溫度梯度， 垂直才a向炼體表面的轴向溫度梯度也被用於模型計算中。若 V/G比低於臨界比’則形成過量的間㈣原子。若超過臨界比， 則主要形成空位。若存在過量的空位，卿成的⑽缺陷尺寸 實質上疋取決於兩個加工參數即前述比以及單晶在大約 :1〇〇(：至⑽代範圍内之空位聚集物之成核溫度下冷卻的速 率因此ν/G比越接近臨界比且單晶在該溫度範圍内冷卻越 7 1363108 迅速，則COP缺陷會越小。因此，實際上試圖在拉伸單晶期間 控制這兩個加工參數’以_因空位過飽和所形成之缺陷足夠 小而不會干擾電子元件的ms元件的結構寬度逐代減 少’所以可容許的缺陷尺寸也相應地變小。 由於通常由石英所構成之掛堝的腐蝕，氡會進入熔體内。氧 在單晶内會形成小的、所謂的析出物（成為生長塊體微缺陷 (grown bulk micro defects，BMD))。這在某程度内是被期望

的，因為該等析出物可以黏結（bind)(吸收，金屬雜 質，可因此使污染物遠離半導體表面區域而進人其_(塊體， bulk)。 若在V/G比僅稍微超過臨界比的條件 氧原子的相互仙也會形成種子，# ㈣單明’則空位與 層（⑽）缺陷。通常可藉由在約⑽種子會導致氧化誘發疊 化從單晶切割出的半導體晶圓數小時 T在潮濕氧耽中氧 而％成QSF缺陷，以檢測 出具有該等種子的區域（OSF區域） 對於電子Μ之功能完整性同樣是^存在。因為該缺陷類型 制OSF的形成（例如透過降低熔體μ所以人們致力於抑 <氧濃度），以使引入單 日日内的氧少於用以形成〇SF缺陷 m v/r,, 禺的氧。OSF區域亦可透過 改變V/G比而避免，舉例言之， 'P -L· 稽由採用較高或較低的拉伸 速率。此外，OSF種子的形成可以藉

, 田較局的冷卻速率（在900〇C 下析出的溫度範圍内）而降低。此外 Λ s a . . r巳知為了避免OSF缺陷， 在單B曰中含有低濃度的氫是有利的。 8 1363108 > 由於單晶在邊緣處通常比中心冷卻得更迅速，在控制V/G比 時特別困難，導致V/G比從中心向邊緣減小。雖然相應地加以 控制，但仍會致使在中心形成無法接受的大COP缺陷和/或在邊 緣區域内形成A螺旋缺陷。因此，若要經濟地製造具有更大直 徑且無缺陷的矽半導體晶圓，則必須特別考慮G在徑向位置r 上的關係，即G(r)。 在前述DE 103 39 792 A1中建議，誘發一從下朝向相邊界中 心的熱量傳導。這是用來實現兩個目標。一方面，透過與熱傳 導相關的溫度梯度G之升高可使拉伸速率V的相應地提高，而 不會因此產生缺陷。另一方面，使V/G比的徑向分佈均勻化， 即均等化，從而使由相邊界中心向邊緣的改變盡可能地小，且 盡可能地接近於臨界比。利用該策略，可製造直徑為300毫米 且無缺陷的半導體晶圓，其中可以0.36毫米/分之速率拉伸單 晶。 在US 6,869,478 B2申描述，在單晶方向上彎曲的相邊界會產 生一最大程度垂直於相邊界之溫度梯度。在考慮Voronkov模型 的情況下，根據該模型，點缺陷會在溫度梯度的方向上擴散， 且間隙矽原子較空位擴散得更迅速，此外還描述由於相邊界彎 曲所誘發之間隙矽原子的徑向擴散，會增加相邊界中心處的空 位濃度。因此，若相邊界朝向單晶的彎曲越強，則空位與間隙 矽原子之濃度相互對應時的V/G比會同量地減少。 9 1363108 本案發明人發現，即使考慮徑向擴散，若拉伸單晶的速率越 快，且單晶的直徑越大，則缺陷分佈之預測與在實驗中發現的 缺陷分佈之偏差越大。 第1圖所示為這些發現的極端實施例。以高拉伸速率拉伸一 標稱直徑（nominal diameter)為300毫米的石夕單晶，並調整不 均勻的V/G徑向分佈。在中心區域内將V/G調低，進而根據 Voronkov模型的預測可期待在該區域内形成A螺旋缺陷。但實 際上卻發現直徑大於30奈米的COP缺陷。在邊緣區域内將V/G 比調高，進而應在此形成大的COP缺陷。但實際上卻發現A螺 旋缺陷。 這些結果表明，若試圖經濟地製造不含缺陷的矽半導體晶圓 目前在習知技術中所遵循的用調整V/G比使其徑向分佈盡可能 地不改變且盡可能地對應於臨界比的策略將無法實現。 因此，本發明之目的在於透過提供一種經濟地操作方法來彌 補該狀況。 【發明内容】 本發明係關於一種製造矽半導體晶圓之方法，其包含由一含 於坩堝内之熔體拉伸一在相邊界處生長的單晶，並從該經拉伸 之單晶切割出半導體晶圓，其中在拉伸單晶期間將熱量傳送至 相邊界的中心，並控制從相邊界中心至邊緣的V/G比之徑向分 佈，其中G是垂直於相邊界的溫度梯度，而V是由熔體拉伸單 晶的拉伸速率，並控制V/G比的徑向分佈，從而補償單晶内與 1363108 相邊界相鄰之熱機械應力場（thermomechanical stress field )對 於產生内在點缺陷（intrinsic point defects)的影響。 本案發明人經過深入的研究，而將熱機械應力場認為是似乎 能夠解釋實驗發現的可能原因。熱機械應力場可影響内在點缺 陷的濃度，且出乎意料地還因此強烈地間接影響缺陷的形成。 根據本案發明人的發現，必須降低熱機械應力場的強度，且補 償該等強度對V/G的徑向分佈結構之影響，從而尤其是可經濟 • 地拉伸直徑至少為.300毫米且提供無缺陷半導體晶圓的單晶。 K. Tanahashi 和 N· Inoue 的材料科學期刊（Journal of Materials Science):電子材料（Materials in Electronics) 10 (1999) 359-363 中提出結晶矽（crystallizing silicon)内的熱機械應力場及其對 内在點缺陷的擴散性和溶解性之影響。雖然其結論是，在熱力 學上促進於拉伸應力（tensile stress)區域内形成間隙矽原子， 且在壓縮應力（compressive stress)區域内形成空位，其模型計 算亦表明，這不會對缺陷之形成發揮任何特別的作用。 ® 但是本案發明人發現’熱機械應力場的影響會變強，本發明 教導必須限制應力場的強度。此外，必須補償該等強度對於產 生内在點缺陷的影響。這可權宜地透過使與相邊界中心區相鄰 的單晶位於壓縮應力下的區域内之溫度梯度保持高於與單 晶邊緣區域相鄰並儘可能延伸至相邊界的位於拉伸應力下的區 域之溫度梯度G而實現。壓縮應力區域内較高的溫度梯度會產 生較多數量之間隙石夕原子’該等間隙矽原子會消除因壓縮應力 而存在的空位。拉伸應力區域内較低的溫度梯度會產生較多數 1363108 量的空位’該等空位會消除因壓縮應力而亦存在的間隙矽原 子。其結果是獲得-空位與間隙石夕原子的平衡比，這是人們所 期望的，因為該平衡比是製造無缺陷半導體晶圓的決定性的前 提條件^ 關於V/G比’本發明教導無需努力達到V/G盡可能均句的徑 向分佈’而是在相邊界處且在壓縮應力㊄域⑽V/G小於臨界 比' 在相邊界處且在拉伸應力區域内的V/G大於臨界比之一不 • 均勻的徑向分佈。臨界比是根據V〇ronkov槔型在平坦相邊界的 情況下使點缺陷不會過量形成之前提條件的V/G比。 第2圖所示為熱機械應力場區域内的V/G比隨著熱機械應力 場強度增加，而必須與臨界比之偏差持續增大的情況。可以透 過模擬計算（simulation calculation)預先得出所期待的壓縮應 力和拉伸應力。該計算可利用商業上可得的程式，例如半導體 技術研發股份有限公司（Semiconductor Technology Research, he.)的流場模組（Flow Module)程式。 ® 第3圖所示，特別地，是壓縮應力區域内之V/G與拉伸應力 區域内之V/G間的一重要比例。較佳控制V/G的徑向分佈，進 而使(V/G)t/(V/G)c至少大於1.5 ’較佳大於1.8，更佳大於2， 其中（V/G)c是位於壓縮應力下的區域内之最小V/G比，而（V/G)t 是位於拉伸應力下的區域内之最大V/G比。一個僅基於 Voronkov模型的策略，例如DE 103 39 792 A1所述，努力達到 均勻並且盡可能不與臨界比不同的V/G徑向分佈。此外，考慮 到間隙矽原子的徑向擴散性之策略，例如US 6,869,478 B2中所 述，公開一 V/G的徑向分佈，其中CWG)t/(V/G)c比總是明顯低 於1.5，因此可被認為實際上是均勻的。雖然利用後者所述的策 略，可製造根據現今的觀點被認為是無缺陷的矽半導體晶圓， 但這僅能透過被認為是不夠經濟的方法來實現。本發明克服了 該缺點，因為根據本發明的方法甚至能夠由單晶獲得直徑至少 為300毫米且無缺陷的矽半導體晶圓，並以至少0.5毫米/分的 速率經濟地進行拉伸。 特別是藉由氧或摻雜劑條紋之仰角Θ的徑向分佈，這些適合 用於製造磊晶半導體晶圓和絕緣層上覆矽（silicon on insulator，SOI)晶圓的基材之半導體晶圓，也可以容易地與用 已知方式所拉伸之單晶的無缺陷矽半導體晶圓來做區別。 Voronkov模型預測，僅當溫度梯度G上升，提供無缺陷半導體 晶圓的單晶原則上方能迅速地進行拉伸。只有以此方式可提高 拉伸速率V，且同時保持臨界V/G比。提高的熱量供應表示相 邊界具有朝向單晶凸起彎曲表面的形狀。彎曲的程度可透過高 度h給出，該高度等於熔體表面與相邊界中心之間的距離。對 於根據本發明所拉伸的單晶，其相邊界的彎曲是相當大的。相 邊界亦可視為等溫面，即是由具有相同溫度的點所形成之面。 吸收進入單晶内的氧和摻雜劑（諸如硼、磷、砷或銻）之濃度 是靈敏地取決於相邊界區域内的溫度。無法避免的溫度波動不 僅導致相邊界的軸向位置隨時間小幅改變，且導致氧和摻雜劑 被吸收進入單晶内的情況隨時間改變。這些元素的不同濃度可 以生長條紋（growth striations )的形式來展現，該等生長條紋 1363108 是根據相邊界的輪廓而形成。在半導體晶圓的俯視圖中，生長 條紋顯示為環形，而在半導體晶圓的橫截面或單晶塊體的縱切 面的側視圖中，生長條紋則顯示為彎曲的線。這些線的仰角θ 分佈提供在拉伸單晶時，相邊界彎曲程度的資訊。因為具有上 述仰角分佈的單晶僅能利用根據本發明之方法製造，在該仰角 範圍内，該等單晶可提供無缺陷矽半導體晶圓，因此仰角θ的 分佈是應用本發明方法之明確指標。 本發明亦關於一種矽半導體晶圓，其不具有尺寸大於30奈米 的OSF缺陷、A螺旋缺陷及COP缺陷，且具有氧或摻雜劑的生 長條紋之徑向分佈，其中水平線與施加於生長條紋之切線間的 仰角Θ落入由不等式e<-17x(r/rmax)所表示且以度計算的數值範 圍内，條件是測定的仰角Θ在r/rmax=0.1至r/rmax=0.9的範圍 内，其中r是施加於生長條紋之切線的徑向位置，而rmax是半 導體晶圓的半徑。只要至少一個仰角Θ落在r/rmax=0.1至 r/rmax=0.9的範圍内，該值即會落在由前述不等式所給定的數 值範圍内，則該半導體晶圓因此即為根據本發明的半導體晶圓。 在r/rmax=0.1至r/rmax=0.9的範圍内之仰角Θ，較佳完全保 持在上述數值範圍内。根據較佳的定義，若在r/rmax=0.1至 r/rmax=0.9範圍内的各個仰角Θ均落在由前述不等式所給定之 數值範圍内，則該半導體晶圓亦為根據本發明的半導體晶圓。 在r/rmax=0.1至r/rmax=0.9範圍内之仰角Θ，更佳完全保持 在由經修改的不等式-5〇x(r/rmax)<0<-17x(r/rmax)所表示之數值 範圍内。根據更佳的定義，若在r/rmax=0.1至r/rmax=0.9範圍 1363108 内的各個仰角θ均落在由經修改的不等式所給定之數值範圍 内，則該半導體晶圓亦為根據本發明的半導體晶圓^ 第4圖所示為根據本發明之半導體晶圓與習知技術的區別。 若以仰角Θ對半導體晶圓的半徑作圖，則僅在根據本發明之半 導體晶圓的情況下，所得之線才會位在由前述不等式所表示的 區域内。該區域被限制在徑向位置r/rmax為0.1至0.9，因為僅 能不精確地測定在相鄰區域内的仰角Θ。為了進行比較，第4 圖亦分別顯示由根據US 6,869,478 B2或DE 103 39 792 A1中所 述的方法而製造之半導體晶圓所獲得的仰角Θ分佈。 根據本發明的半導體晶圓除了氧和至少一種摻雜劑以外，較 佳亦含有元素碳、氮和氫中的至少一種。若存在氮，則其濃度 較佳為2.〇χ1013至Ι.ΟχΙΟ15個原子/立方公分。碳、氮的存在或 兩種元素皆存在會促進BMDs的形成，並因此改善吸收能力。 氧濃度相對較低是特別有利的。氫的存在會阻礙OSF缺陷的形 成。因此，氧濃度相對較高是特別有利的。 為了控制根據本發明之V/G比的徑向分佈，原則上可以考慮 已知會影響這些參數之一的各種措施。由於必須盡可能經濟且 因此盡可能迅速地進行拉伸的準則，改變拉伸速率的範圍很 小，大多數措施致力於調整溫度梯度G的徑向分佈，尤其是根 據本發明的說明在壓縮應力區域和拉伸應力區域内進行調整。 這最佳是透過適當地設置和影響靠近單晶的鄰近區域，即所謂 的熱區（hot zone)來實現，並因此亦透過向單晶提供熱量及從 單晶導出熱量的適當措施來實現。例如在DE 103 39 792 A1中 1363108 已描述用於控制V/G比之措施是更佳的。透過提及該文獻而將 其用作本發明公開的一部分。特別要提到的實施例是可將特定 程度的熱量傳送至相邊界中心的熱源之使用，尤其是設置在坩 堝中心的下方且可隨坩堝升降的加熱器之構造。若在坩堝底部 形成徑向溫度分佈且在坩堝底部中心具有明顯最大溫度時，則 該加熱器是更佳的。此外，可以借助於靜止設置在坩堝下方的 熱源加熱坩堝底部，因此在拉伸單晶時不會隨坩堝升高。連同 圍繞坩堝的傳統側面加熱器一起，如此較隹以三種方式將熱量 傳送至熔體。所欲之朝向相邊界中心的熱傳導亦可透過坩堝和 單晶的同向旋轉而實現，即使因此所實現的G之升高明顯較 小。透過額外地採用磁場，尤其是水平場（horizontal fields)、 勾形（CUSP)場或移動（traveling)磁場，不僅可限制單晶内 的氧濃度，而且亦會影響熱傳導。因此CUSP場特別適合作為 使向上朝著相邊界中心並傳導熱量的熔體流集中之手段。若 CUSP場的中性面位於熔體表面上方至少50毫米距離處，則該 作用是特別明顯的，其中CUSP場等同於軸對稱水平場。另一 個用於提高溫度梯度G之裝置是圍繞單晶並從單晶有效地導出 熱量的冷卻器。用以加熱與相邊界相鄰之單晶邊緣的熱源，其 同樣適合於控制溫度梯度G並且減少單晶内的熱機械應力，更 佳為一圍繞著靠近熔體表面的單晶之環形加熱器。 環形加熱器及冷卻器較佳以下列方式運作，單晶表面上的軸 向溫度分佈可以表示為具有至少一個轉折（inflexion )點，即可 由至少為三次（three order )多項式所逼近之曲線，因此可與 16 US 6,869,478 B2中所述的拋物後 溫度分佈如第5圖所示的相區別。較佳的軸向 大於相纽Φ ^了早日日㈣僅纽體表面上方且在距離 大於相邊界中心與熔體表面之間的高， 第6a和6b圖所示U冷部。 “ ’'為恤度梯度G的徑向分佈絲機械應力場 =;=是在迅速拉伸大的單晶時，；_— Γ==均勻且接近於臨界比的策略(第-圖)， 佈被Μ置从^本發明加以處理（第6b圖）。若V/G之徑向分 佈被έ又置為均勻的，目丨丨—αο β & , 有非常明顯的二1= 與相邊界中心區相鄰且具 鄰以及與單晶邊緣區及相邊界相 =Γ:顯的拉伸應力之區域。由此推知，調整至臨界 旦m…域内月顯不同於為了避免内在點缺陷過 ==值。與此相反，第仍圖中等溫線的不同間距表 2根據本發明的方法中，不進行此類對Μ比不利的調整。 ^壓縮應力區域内調整為較高的溫度梯度&而在㈣應力區 ::為較低的溫度梯度G’進而避免内在點缺陷的過量形 成。此外’第6b圖顯示透過使用環形加 度攄因此更容易抵消該等強度對於缺陷形成的影:應== =㈣㈣WG __心少 :=控制單晶内的氧濃度，進而即使在會促進一 純形成的條件Η伸單晶也不會形成咖缺陷。另—方面， 較=應具枝夠的氧以収夠的氧析出物（b 心存在。較佳地’根據 — — 1363108 5χ1017個原子/立方公分至6.5χ1017個原子/立方公分的範圍内。 較佳是藉由磁線圈所產生的場強度、藉由拉伸系統内的壓力、 以及藉由諸如氬氣之惰性氣體於每單位時間内通過拉伸系統的 流量、或者藉由這些控制裝置的組合來控制氧濃度。單晶内的 氧含量是取決於熔體流。例如在單晶和坩堝同向旋轉時，提高 坩堝轉速會導致更高的氧含量。更佳地，在熔體内之拉伸軸區 域内的場強度為至少10毫特斯拉（mT，7960安培/公尺）至80 毫特斯拉（mT，63700安培/公尺），壓力-流量比為0.004至 0.03毫巴/ (升/小時）。 【實施方式】 比較例 嘗試以0.64毫米/分的速率拉伸一矽單晶，以獲得盡可能多的 無缺陷半導體晶圓。為了達到該目標’根據DE 103 39 792 A1 中所述的策略控制V/G比之徑向分佈，即獲得盡可能均勻且位 於臨界比的徑向分佈。與臨界比的最大偏差實際上不大於9%。 但利用該策略無法獲得無缺陷半導體晶圓。 實施例 為了製造根據本發明的半導體晶圓，使用與比較例相同的裝 置。 第7圖所示之裝置包括含有熔體的坩堝8及圍繞坩堝8的側 面加熱器6，以及檔熱板2。此外，二個相對放置的磁場線圈5 會產生CUSP磁場，以及可隨坩堝8升高的底部加熱器10’其 1363108 是用於將熱量傳送至生長中單晶9的相邊界中心。拉伸裝置的 其他特徵為靜止之底部加熱器7, 一圍繞單晶9、用水冷卻且具 有塗黑内表面的冷卻器1，以及環形加熱器3。 借助於模擬計算所繪製之關於熱區的圖，其顯示單晶内的熱 機械應力場◊使用前述的流場模組程式作為模擬程式，其在二 維上轴對稱且等向性地計算彈性應力。該計算是基於矽的揚氏 模數（Young’s modulus) E=150GPa，帕松比（Poisson ratio) φ v=0·25，線性膨脹係數α=2·6χ1〇_6/Κ。如第8圖所示，在壓縮應 力區域内之熱機械應力最高為_26MPa，在拉伸應力區域内最高 為7.53MPa。為了考慮到這些發現，改變v/G的徑向分佈，並 根據第3圖所示進行調整，（V/G)t/(V/G)c比約為1.93， (V/G)c/(V/G)tt界為 0.7，而（V/G)t/(V/G)^為 1.35，其中（v/GV界 代表臨界比。 由在這些條件下以0.6毫米/分的速率所拉伸之單晶，可以高 產率獲得直徑為300毫米的無缺陷矽半導體晶圓。在該等石夕晶 ® 圓上無法檢測到A螺旋缺陷、FPD缺陷及0SF缺陷。利用 Mitsui，Mining的MO-4型雷射光散射測量裝置對c〇p缺陷來 實施檢測，例如 Nakai 等人的 Jap. Journal of Applied Physics，

Vol. 43 ’ No. 4A, 2004, pp. 1247-1253中所描述之該測量裝置之 應用。沒有發現直徑大於30奈米的COP缺陷。 第9a和9b圖所示為可顯示換雜劑條紋分佈之光掃描 (photoscan)的結果。在這方法中’由雷射光激發電荷載子， 且該電荷載子可被電學偵測到。第9a圖所示為經拉伸的單晶之 1363108 80毫米長的塊體之板狀縱剖面的側視圖。第9b圖代表藉由評估 半導體晶圓的橫截面之側視圖，而確定仰角Θ的徑向分佈之方 式。在實施例中所確定的仰角Θ之徑向分佈符合於第4圖中所 示的分佈曲線。 選擇性地或除了評估摻雜劑條紋外，仰角Θ的徑向分佈亦可 透過類似的氧條紋評估而確定。透過熱處理析出氧之後，藉由 蝕刻斷裂邊緣並在傾斜UV光照射下進行評估，進而顯示氧條 紋。 【圖式簡單說明】 第1圖所示為本案發明人所發現的極端實施例。 第2圖所示為熱機械應力場區域内的V/G比隨著熱機械應力 場強度增加，而必須與臨界比之偏差持續增大的情況。 第3圖所示為壓縮應力區域内之V/G與拉伸應力區域内的 V/G之間的比例。 第4圖所示為根據本發明之半導體晶圓與習知技術者的區別。 第5圖所示為較佳的軸向溫度分佈。 第6a和6b圖所示為溫度梯度G的徑向分佈與熱機械應力場 強度之比較。 第7圖所示為一種用來製造根據本發明晶圓之裝置。 第8圖所示為借助於模擬計算所繪製之關於熱區的圖，其顯 示單晶内的熱機械應力場。 第9a和9b圖所示為可顯示摻雜劑條紋分佈之光掃描結果。 20 1363108 【主要元件符號說明】 1 冷卻器 2 擋熱板 3 環形加熱器 5 磁場線圈 6 側面加熱器 7 靜止之底部加熱器 8 財禍 9 單晶 10 底部加熱器 h 高度

Claims (1)

1. J363108 第097103699號專利申諳案 中文申請專利範圍替換本（100年12月） 申請專利藏圍：只售正替換頁 1. 一種製造矽半導體晶圓之方法$真纪含0由一含•禍内之 熔體拉伸一在相邊界處生長的單晶，並從該單晶切割出半 導體晶圓，其中在拉伸期間將熱量傳送至該相邊界之中 心，並控制從該相邊界中心至邊緣的V/G比之徑向分佈， 其中G係垂直於該相邊界之溫度梯度，而V係由該熔體拉 伸該單晶之拉伸速率，其中藉由以下方式控制該V/G比之 徑向分佈，從而補償該單晶内與該相邊界相鄰之熱機械應 力場（thermomechanical stress field)對於產生内在點缺陷 (intrinsic point defects )的影響：使該單晶内位於屢縮應 力（compressive stress )下且與該相邊界中心區相鄰之區域 内的溫度梯度G保持高於位於拉伸應力（tensile stress )下 且與該單晶及該相邊界之邊緣區域相鄰的區域之溫度梯度 G;在隨著位於該拉伸應力下之區域内之該熱機械應力場的 強度與位於該壓縮應力下之區域内之該熱機械應力場的強 度增加之情況下，控制位於該拉伸應力下之區域内的該 V/G比與位於該壓縮應力下之區域内的該V/G比對臨界比 之偏差持續增大；以及調整該V/G之徑向分佈，以使(V/G)t /(V/G)c至少大於1.8，其中（V/G)c係位於該壓縮應力下的 區域内之最小V/G比，而（V/G)t係位於該拉伸應力下的區 域内之最大V/G比。 如請求項1所述之方法，其中該單晶内之氧濃度係控制在 5χ1017個原子/立方公分至6.5><1017個原子/立方公分的範圍 22 2. 内。 年月日修正替換頁 n hnn I ο π 一 3 言奮电is * * . • , 1或2所述之方法，其中該（v/G)t/(V/G)c係大於 2.0 〇 4.如味求項1或2所述之方法，其中該單晶係以300毫米或 更大的直徑及至少0.5毫米/分之平均拉伸速率來拉伸。 5·如吻求項1或2所述之方法，其中該單晶係在該熔體表面 上方且在距離大於該相邊界中心與該熔體表面之間的高度 h處加以冷卻。 6.如明求項1或2所述之方法，其中係加熱該單晶與該熔體 相#之一區域’且在該單晶邊緣處產生具有至少一個轉折 (mflexion)點的軸向溫度分佈。 7_如凊求項1或2所述之方法，其中對該熔體施加一勾形 (CUSP )磁場、一水平（horizontal )磁場或一移動 (traveling)磁場。 8. 如請求項7所述之方法，其中對該熔體施加一具有中性面 且位於該熔體表面上方至少50毫米處之勾形磁場。 9. 一種矽半導體晶圓’其不具有尺寸大於30奈米之氧化誘發 疊層(oxidation induced stacking faults » OSF )缺陷、A螺 旋缺陷（A-swirl defects )及晶體原生顆粒（crystai originated particles ’ COP )缺陷，且具有一氧或摻雜劑生長帶（growth strips)之徑向分佈’其中水平線與施加於生長條紋（gr〇wth striations )之切線間的仰角（attitude angle ) Θ係落入由不 等式Θ <-17x(r/rmax)所表示且以度計算的數值範圍内，條 23 1363108 m正替換頁 ίο. 11. 12. 13. 14. 件是測定的仰角θ在r/rmax=0.1至r/rmax=0.9範圍内，其 中r係施加於該生長條紋之切線的徑向位置而咖故係該 半導體晶圓之半徑。 如請求項9所述之半導體晶圓，其中在r/rmax=0.1至 r/rmaX=0.9範圍内之仰角θ係無例外地均落在 0<_17x(r/rmax)的數值範圍内。 如請求項9或10所述之半導體晶圓，其中在"随㈣」至 r/nnax%範_之㈣θ係細外地㈣在該數值範圍 之部分範圍内，該部分範圍係由下列不等式所表示： -5〇x(r/rmax)<0 <-l7x(r/rmax)。 項：或1〇所述之半導體晶圓，其係包含添加至少一 選自由奴、氮和氫所組成的元素群組之元素。 如凊求項9或1〇所述之半導體晶 古 ,ην1π15 具具有 2.〇xl〇13 至 .〇個原子/立方公分之氮濃度。 如請求項9或1G所述之半導體晶圓， 士、 ’、再有5x10丨7個廣Jf 立方么分至6.5X，個原子/立方公分之氧濃度。’、 24