TWI500828B - 矽晶圓及其生產方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種氧沉積傾向大大減少的矽晶圓，以及一種生產該矽晶圓的方法，該方法係包括熱處理。
矽單晶通常是經由柴可斯基(Czochralski)方法從位於石英坩堝內的矽熔體中拉製而成的。由於石英坩堝的侵蝕作用，氧進入矽熔體中，並以數1017
到數1018
/立方公分的濃度(原子/立方公分)摻入晶體內。初始該氧係以溶解的形態存在，但其在室溫下以及在生產電子電路和電子元件期間的典型溫度下是過飽和的。因此，其在生產電子電路與電子元件期間或在類似的溫度下進行其它熱處理期間發生沉積。在加工中產生所謂的BMDs，它們是具有或者不具有其它缺陷的氧聚集體(oxygen agglomerates)，所述缺陷可能在熱處理期間直接出現在所述氧聚集體附近。早在拉晶過程中在冷卻單晶期間就可以形成BMDs的核。如果該核超過隨溫度而定的臨界尺寸，它們就能夠在熱處理期間生長。這些能夠生長的BMD核被稱作穩定的核。
由於它們的尺寸小，因此BMD核的密度不能直接測定。為了測量穩定的BMD核的密度，通常使所製成的矽晶圓(不過其尚未在元件加工中被結構化)進行一BMD試驗。這個試驗，可例如包含將矽晶圓在780℃的溫度下保持3小時，隨後在1000℃的溫度下保持16小時。在此熱處理期間，穩定的BMD核在第一步驟中被進一步穩定化，以便它們可以在第二步驟中在1000℃下16小時內生長形成大的可檢測的BMDs。在熱處理之後通過射哥(Secco)蝕刻，在蝕刻除去2.5微米的情況下，在破裂矽晶圓的裂痕邊緣進行檢測。這是檢測矽晶圓氧沉積性能的常規試驗。在另一個經常使用且產生類似結果的BMD試驗中，係將矽晶圓在800℃的溫度下保持4小時，隨後在1000℃的溫度下保持16小時。
由於熱處理而生長形成大BMDs的穩定BMD核會通過例如產生短路或減少矽晶圓內之載流子的使用期限或數量而削弱電子電路與電子元件的功能。
這個問題至今一般通過熱處理來解決，熱處理在矽晶圓的表面上產生潔淨區(denuded zone)。US 2008/0292523A1描述了生產這種潔淨區的幾種方法。其中，係用鹵素燈、氙閃光燈或鐳射將矽晶圓在短時間(最長100毫秒)內加熱到1000℃以上的溫度，然後再快速冷卻。從而消除在表面下的薄層中的BMD核。相較之下，在大於10微米的深度下仍然存在穩定的BMD核。在1250℃的最高溫度下進行1毫秒的閃光燈熱處理之後，在矽晶圓內的BMD密度是3.8×106
/平方公分(相當於約1.9×1010
/立方公分)，且潔淨層的厚度是0.6微米。在1300℃的最高溫度下，在矽晶圓的其餘部分中產生了厚度為0.8微米及BMD密度為5.2×106
/平方公分(相當於約2.6×1010
/立方公分)的潔淨層。BMD密度係在800℃下熱處理4小時並隨後在1000℃下熱處理16小時之後測量。
然而，對於有些元件，例如因BMDs致使在矽晶圓內的載流子之使用期限短是不利的，對於這樣的元件，內部具有高BMD密度及在表面上僅具有薄潔淨區的矽晶圓是不適宜的。
因此，已發展出可使矽晶圓的整個體積內不含BMD核的方法。US 6336968B1描述了一種方法，其中將矽晶圓快速加熱到至少1150℃的溫度並且在這個溫度下保持若干秒(至少1秒)以便溶解預先存在的BMD核。然後，將矽晶圓以至多20K/秒的冷卻速率冷卻到950℃的最高溫度。在至少1150℃的維持溫度下，產生很高濃度的晶格空位，該空位在冷卻期間通常變成過飽和並大大促進新BMD核的產生。通過緩慢冷卻，使其預先向外擴散。同樣的效果可以通過將矽晶圓保持在1150至950℃的恆溫下更長時間(例如在1150℃下2秒或在950℃下2分鐘)來實現。可以通過含氧的氣氛來協助減少空位的過飽和，因為表面的氧化產生矽間隙(間隙矽原子)，其與空位重組，從而進一步減少它們的密度。這個方法的問題在於：空位在低於1150℃的溫度下與氧結合，因此它們的外擴散變得較為困難，因為再次釋放出空位的逆反應需要一些時間。因此，根據US 6336968B1的方法需要較長的時間。
因此，本發明的目的是提供一種生產矽晶圓的經濟方法，所述矽晶圓儘管氧含量在常規範圍內，但是在矽晶圓之整個體積內具有密度顯著降低的穩定BMD核。
本發明之目的係通過氧濃度為5×1017
至7.5×1017
/立方公分的矽晶圓來實現，該矽晶圓在進行以下熱處理之一者後具有以下的BMD密度：
-在780℃下處理3小時並隨後在1000℃下處理16小時之後，BMD密度為至多1×108
/立方公分；以及
-在以1 K/分鐘的加熱速率下將矽晶圓從500℃的起始溫度加熱到1000℃的目標溫度並隨後在1000℃下保持16小時之後，BMD密度為至少1×109
/立方公分。
在本說明書中所有的氧濃度都應該理解為在新ASTM標準(ASTM F121-83)的含義內。
此類型的矽晶圓可以通過包括特定順序的以下步驟的方法來生產：
a) 提供一氧濃度為5×1017
至7.5×1017
/立方公分及厚度為0.6至1.2毫米的未結構化矽晶圓，
b) 將該未結構化矽晶圓加熱到600至1000℃的預熱溫度，隨後用閃光照射該矽晶圓的一面15至400毫秒的時間，其中照射的能量密度是開始熔化表面所需的能量密度的50至100%。
根據本發明的方法，由於使用了短的閃光，包括超快加熱到最高溫度及隨後立即超快冷卻，該方法僅僅減小了BMD核的尺寸，而沒有在整個矽晶圓體積中形成高的空位過飽和。此外，空位與氧結合的程度遠小於在US 6336968B1中所述之方法。通過閃光燈熱處理從一面快速加熱15至400毫秒，較佳為20至50毫秒的時間，在矽晶圓中產生溫度從正面到背面下降的溫度分佈圖。在本說明書中，正面表示用閃光照射的面，如以下所說明的，其不一定是隨後在其上生產電子元件的面。然而，該溫度在整個矽晶圓體積中太高以至於穩定生長的BMD核縮小，這導致空位的過飽和從正面到背面降低，以及在冷卻期間由擴散補償之後的總體空位濃度較低。因此，根據本發明，向外擴散空位不是必須的。因此，根據本發明，在1150℃和950℃之間的溫度範圍內的維持時間及小於或等於20K/秒的冷卻速率都不是必需的，該小於或等於20K/秒的冷卻速率對於RTA方法(『快速熱退火』)是相對非常低的。同樣的，用氧化氣氛協助空位濃度的降低也不是必需的。
根據本發明的矽晶圓與根據US6336968B1的非沉積矽晶圓的區別在於，生長的BMD核基本上不溶解或僅部分溶解，而是縮小到小於在隨後熱處理如BMD試驗中其生長的臨界尺寸。根據本發明之具有縮小的BMD核之矽晶圓的特徵在於在BMD試驗之後其具有非常低的BMD密度。在作為BMD試驗的代替的另一個熱過程中，矽晶圓被緩慢加熱到1000℃，隨後在這個溫度下保持16小時，在這個熱處理之後，相比之下，矽晶圓顯示出很高的BMD密度。
因此，由於它非常小的BMD核，根據本發明之矽晶圓在兩個不同的熱處理中具有非常不同的性能。在這種情況下，應該考慮到這些過程不是順序進行的，而是擇一進行的。這意味著，矽晶圓被分裂成兩個部分，一部分受到第一熱處理，而第二部分受到第二熱處理，以便確定是否涉及根據本發明的矽晶圓。然而，也可以使用以相同方式所生產、從而具有相同性能的兩個矽晶圓(它們可以是，例如，源自於同一個矽單晶上的兩個直接相鄰位置，並且以相同的方式被進一步加工的兩個矽晶圓)。這兩個矽晶圓中的一個矽晶圓受到第一過程，而另一個矽晶圓受到第二過程，以便確定這類矽晶圓是否涉及本發明的矽晶圓。
以下詳細地描述用於測定本發明矽晶圓之氧沉積性能的兩個熱處理：
試驗1：為了測量BMD核的密度，對製成的矽晶圓進行BMD試驗，其包括在780℃的溫度下熱處理3小時並隨後在1000℃下熱處理16小時。加熱及冷卻速率為100K/分鐘。整個熱處理係在惰性氣氛下進行。在此熱處理的第一步驟中，穩定的BMD核被進一步穩定化，以使其可在1000℃下16小時內的第二步驟中生長形成大的可檢測的BMDs。這個試驗是常規的BMD試驗。最後以後述方式檢測BMDs。
試驗2：為了測量縮小的BMD核的密度，將製成的矽晶圓從500℃的起始溫度以1K/分鐘的加熱速率加熱到1000℃，隨後在這個溫度下保持16小時，整個熱處理係在惰性氣氛下進行。這個方法可用於檢測對於正常BMD試驗是亞臨界的小BMD核，由於1K/分鐘的低加熱速率，所以其可準確地快速生長以使其尺寸總是保持在臨界半徑以上。然而，該加熱速率同時太高，以至於在加熱期間新產生的核總是保持在亞臨界，因為對於它們而言隨著溫度增加之臨界半徑增加過快。在G. Kissinger,A. Sattler,J. Dabrowski,W. von Ammon,Verification of a method to detect grown-in oxide precipitate nuclei in Czochralski silicon,ECS Transactions,11(3) 161-171(2007)中描述了這個試驗的操作方法。惟，在1000℃下的保持時間被延長到16小時，以便保證在緩慢加熱期間同時生長的所有BMDs實際都超過檢測極限，從而使它們隨後可被檢測。最後，以與試驗1中相同的方法來檢測BMDs。
在這兩個試驗的每一試驗之後，都以同樣的方式在熱處理之後破裂的矽晶圓的裂痕邊緣上，通過射哥蝕刻，在蝕刻去除2.5微米的情況下，檢測BMDs。射哥蝕刻溶液係通過將44公克重之鉻酸鉀(K2
Cr2
O7
)溶解於1立方公寸的水中而製備。將該溶液以1：2的比例與50重量%的氫氟酸(HF水溶液)混合(一份重鉻酸鉀溶液與兩份氫氟酸)。蝕刻時間為3分鐘，這導致在室溫下蝕刻去除2.5微米。隨後在光學顯微鏡下計算在開始蝕刻的裂痕邊緣上的BMDs。用這種方法，首先測定相對於面積的BMD密度，隨後利用蝕刻去除將其轉化成體積密度。
根據本發明之具有縮小的BMD核的矽晶圓的特徵在於：在進行如上述之試驗1之後在整個矽晶圓中BMD密度為1×106
/立方公分至1×108
/立方公分，較佳為5×106
/立方公分至5×107
/立方公分。相比之下，在如上所述的試驗2之後，該矽晶圓顯示出的BMD密度為1×109
/立方公分至5×1011
/立方公分，較佳為1×1010
/立方公分至3×1011
/立方公分。
根據如上試驗1所述的BMD試驗，本發明的矽晶圓在該矽晶圓內沒有密度急劇上升的BMD核，而是在整個矽晶圓之體積中具有非常低密度的BMD核。這個密度太低以至於無法辨別出潔淨區(DZ)。
根據本發明之生產非沉積矽晶圓的方法顯著較US 6336968B1的方法更快。
根據本發明所生產的矽晶圓更具有優勢為：直接在表面以下之區域中生長的缺陷如COP(=空位聚集體)或LPIT(間隙聚集體)也被溶解了，否則這些缺陷可能削弱元件的功能或電子電路的功能。
步驟a) 提供矽晶圓
根據本發明方法的步驟a)涉及生產一氧濃度為5×1017
至7.5×1017
/立方公分的矽晶圓。為此，首先拉製一矽單晶，較佳係使用柴可斯基(Czochralski)方法來進行，因為在這個方法中氧不可避免地被摻入到單晶中，由此發生氧沉積的問題，此問題係通過本發明的方法來解決。接著將單晶切成矽晶圓。這些矽晶圓可以經由習知技術中已知的其他加工步驟，例如倒角、磨削、磨片、蝕刻、拋光、邊緣拋光，或者可以立即經受本發明的熱處理。較佳地，該矽晶圓表面應該被平面化，以及在進行步驟b)之熱處理之前應該去除受切削破壞的晶體區域，這可以通過磨削或磨片或其合適的組合來進行。此外，在進行步驟b)之前，通過蝕刻去除該矽晶圓表面之被機械過程破壞的表面區域是有利的。在熱處理前去除受破壞的晶體區域是有利的，否則在熱處理期間可能形成差排。在熱處理前拋光該矽晶圓表面不是必須的，但亦可進行。
生產矽單晶的方法、將單晶切成矽晶圓的方法以及加工矽晶圓的方法是本領域技術人員所熟知的，因此沒有進行任何詳細地說明。
然而，重要的是使還沒有承載元件結構的矽晶圓經受步驟b)的熱處理。該等矽晶圓以下被稱為「未結構化」矽晶圓。在生產微電子元件的情況下用閃光對矽晶圓進行熱處理也是習知的。然而，這是用於完全不同的目的，例如用於電啟動植入的摻雜劑。
步驟b) 熱處理
在步驟b)中對矽晶圓進行兩個階段的熱處理。較佳在配備有一或多個閃光燈的裝置中獨立地進行該處理。其一般為氙氣燈，其裝有與電容器相互作用的電流及適合用於極短時間的控制器，由此發射出持續時間為微秒或毫秒範圍的閃光。此外，該裝置較佳係另外配備有用於預熱矽晶圓之單獨的加熱裝置。例如在US 2009/0103906A1中描述了適合用於熱處理的裝置。作為在其中描述的電阻加熱的另一選擇，亦可使用其它加熱源，例如RTA裝置中所使用的鹵素燈，來預熱該矽晶圓。
將要處理的矽晶圓轉移到熱處理裝置中，並且從起始溫度加熱到第一目標溫度，該第一目標溫度以下被稱為預熱溫度。起始溫度是將矽晶圓轉移到熱處理裝置之後的矽晶圓溫度。預熱溫度為600℃至1000℃。預熱到至少600℃是必須的，以避免在隨後的閃光燈熱處理期間損害或破壞該矽晶圓。1000℃的上限確保通過用閃光進行隨後的短暫照射仍然可在經照射之矽晶圓正面與未照射之矽晶圓背面間獲得足夠的溫度梯度。較佳係根據矽晶圓的厚度來選擇預熱溫度，因此，較厚的矽晶圓比較薄的矽晶圓需要更高的預熱溫度，以便在該矽晶圓整個體積上通過隨後的閃光後能獲得本發明BMD核縮小的效果。例如，600至950℃的預熱溫度適合於厚度為0.6至1.0毫米的矽晶圓，而700至1000℃的預熱溫度適合於厚度為1.0至1.2毫米的矽晶圓。
如上所述，首先利用燈(例如鹵素燈)或其它加熱源通過電阻加熱將矽晶圓從起始溫度加熱到預熱溫度。加熱速率對於成功實施本發明而言不是重要的。然而，其應該是至少20K/分鐘以避免既有的BMD核生長。出於經濟因素，無論如何該加熱速率應該顯著更高，以便保持短的加工時間。由RTA裝置已知的鹵素燈允許例如最高100K/秒或甚至更高的加熱速率。然而，成功實施本發明方法的關鍵是在用閃光照射之前使整個矽晶圓完全受熱，也就是說，整個矽晶圓應該具有與預熱溫度一致的均勻溫度。實務上，在最高100K/秒的常規加熱速率的情況下，這個要求總是能實現的。
一旦達到預熱溫度及均勻的矽晶圓溫度，閃光燈就發射持續時間為15至400毫秒，較佳為20至50毫秒的閃光。在這種情況下，照射的能量密度相當於開始熔化表面所需之能量密度的50至100%，較佳為90至100%。
根據本發明，僅用閃光照射矽晶圓的一面。這面在這裡稱為「正面」，其可以是隨後提供元件生產的那一面。此實施態樣是較佳的，因為在這種情況下由矽晶圓載體(基座、插頭)引起之可能的壓痕或其它損傷出現在不提供元件生產的那一面上，在這一面上其導致較少的干擾。
開始熔化表面所需的能量密度取決於預熱溫度、矽晶圓的厚度、其表面的反射率(即表面組成)及閃光的持續時間。這可通過一系列簡單的實驗來確定，在該實驗中改變能量密度，而上述其它參數保持不變。可以通過在進行閃光熱處理之後對表面進行光學檢驗來確定表面開始熔化。對於拋光的表面，開始熔化會造成拋光的混濁，這與光滑表面的幾何結構變化有關。對於粗糙的表面，開始熔化也會造成表面結構的幾何結構變化。
若針對一組參數測定開始熔化表面所需的能量密度，則可以在本發明之數值之50至100%之範圍內選擇閃光的能量密度。在此範圍內可確保對於縮小BMD核足夠高的溫度和在正面和背面之間足夠大的溫度梯度。該閃光將矽晶圓之正面加熱到在1100℃與矽熔點範圍內的最高溫度，尤其較佳係在矽熔點以下的最高溫度，其係通過能量密度為開始熔化表面所需能量密度的90至100%來實現。若該溫度高於熔點，則矽晶圓表面稍微開始熔化，這可能導致在開始熔化之區域下出現差排。因此，尤其較佳係在能量密度為小於開始熔化表面所需能量密度的100%下進行照射。然而，只要滿足這個要求，應該選擇盡可能高的能量密度。
也可以連續地發射多道閃光，在這種情況下，矽晶圓正面的最高溫度應該再次位在矽熔點以下。
在所有情況下以數百度計，正面加熱到最高溫度及隨後的冷卻均在毫秒的時間內進行。這表示矽晶圓正面的加熱及冷卻速率較例如US6336968B1所述的RTA處理情況大許多數量級。根據本發明，在最高溫度下的保持時間比在RTA方法中的保持時間短得多，根據US6336968B1其係在一秒以上的範圍內。
成功實施本發明方法的關鍵是閃光的持續時間。在本說明書中，「閃光的持續時間」應該被理解為它的半寬度。因此，在持續時間小於15毫秒的情況下，在矽晶圓整個體積中BMD核的尺寸不能被減小以至於在常規BMD試驗期間(例如在如上所述的試驗1期間)不再形成BMDs。關鍵是，一方面，閃光持續足夠長的時間使矽晶圓的整個厚度經受一顯著的溫度升高，即使該溫度升高係隨著與受照射表面的距離而改變大小；另一方面，不允許閃光持續太長時間，因為這會導致整個矽晶圓完全被加熱，即在正面和背面之間的溫度梯度消失，該溫度梯度對本發明而言是必須的。直到400毫秒的最大時間這個要求都被實現。在該等條件以及與本發明閃光的上述能量密度結合下，一方面，矽晶圓的整個體積暫時達到足以縮小BMD核的溫度。另一方面，當閃光起作用時所產生的溫度梯度(即在矽晶圓背面上較低的溫度)確保平均空位過飽和顯著低於將矽晶圓完全加熱到熔點附近之溫度的情況。此外，該溫度梯度還確保在閃光之後矽晶圓非常快速地冷卻。這防止穩定的BMD核在冷卻期間再次重新形成，例如可能發生在如根據US 6336968B1之相對緩慢地冷卻期間。
參考第1圖和第2圖，其說明在閃光作用之後在不同時間點下在矽晶圓厚度上的溫度分佈圖。
第1圖顯示在根據本發明用閃光進行熱處理期間的不同時間點下在700微米厚的矽晶圓中的兩個模式的溫度分佈圖。為此，使用在邊界條件下的熱傳導方程式，即在閃光之前整個矽晶圓的溫度係等於預熱溫度，以及在面對閃光燈的那面上的溫度升高到最高溫度且根據具有相應的半寬度(閃光持續時間)的高斯曲線再降低。曲線1顯示在預熱階段結束之後及在閃光之前在矽晶圓厚度上的溫度分佈圖。在這種情況下，矽晶圓的整個厚度均勻地處於800℃的溫度下。由於使用強度分佈相當於高斯常態分佈且半寬度為20毫秒的閃光，在矽晶圓之正面上獲得1400℃的最高溫度。曲線2顯示在矽晶圓正面上獲得最高溫度的時間點下在矽晶圓厚度上的溫度分佈。由於在矽晶圓內的熱傳導、來自表面的輻射以及周圍大氣的熱傳導，隨後發生冷卻且同時發生溫度的再分佈。曲線3顯示隨後在矽晶圓背面的溫度達到其最大值的時間點下的溫度分佈。
相較之下，第2圖顯示非本發明之具有3毫秒半寬度之閃光之相應模式的溫度分佈圖。
可以清楚地看出，在用20毫秒之半寬度之閃光實施本發明的情況下(參見第1圖)，整個矽晶圓的溫度顯著上升到預熱溫度以上，而在用3毫秒半寬度的閃光對矽晶圓的背面進行非本發明之處理的情況下(第2圖)，溫度僅上升一點且保持在1000℃以下，即使正面達到1400℃。其結果是，在相同的最高溫度下，僅在足夠高的閃光半寬度的情況下，在矽晶圓內的及在矽晶圓背面的BMD核也縮小。根據本發明，應選擇預熱溫度、閃光持續時間及最高溫度以便確保在矽晶圓內的及在矽晶圓背面的BMD核也充分地縮小。結果，不僅在矽晶圓正面產生潔淨區(DZ)，而是在矽晶圓之整個體積中氧沉積的傾向被顯著減小。
步驟c) 邊緣加工
在熱處理之後，以現有技術習知的方式進一步加工矽晶圓。舉例來說，在熱處理之後，還可以另外對雙面或僅對正面進行單階段或多階段拋光。
已知使用超快加熱到最高溫度及隨後超快冷卻的熱處理可能導致矽晶圓上劃傷。該劃傷可能在隨後電路及元件生產的熱程序中進一步擴散，而干擾電路和元件的功能或使其功能無效。該劃傷主要係發生在矽晶圓的邊緣區域。
由於本發明之熱處理之整個過程持續的時間非常短，因此邊緣劃傷是非常短的，因此，在矽晶圓的邊緣發生該邊緣劃傷的區域僅僅是非常窄的，所以其可以被去除而沒有大的損失。要去除之區域的寬度較佳為1至5毫米，更佳為2至3毫米。因此，在熱處理之後，較佳係在另外的步驟c)中對矽晶圓的邊緣進行機械加工，以便除去矽晶圓之劃傷所在的最外邊緣。
任何用於矽晶圓邊緣加工的習知方法，尤其是同時賦予矽晶圓邊緣確定的輪廓(所謂的倒角(edge rounding))的方法適合於這個目的，這一般通過磨削矽晶圓邊緣來完成。成形磨削盤通常用於這個目的，該盤係將其反面輪廓正面複製到矽晶圓邊緣上。然而，也可以使用非成形磨削工具例如研磨墊。如果在步驟b)的熱處理之後進行邊緣加工作為步驟c)，則較佳省略在熱處理之前的倒角。
通過對矽晶圓邊緣的機械加工，將矽晶圓的半徑減少一定的值，該值較佳係至少與受邊緣劃傷影響區域之寬度相同的值。在用於去除受劃傷影響之區域的機械邊緣加工之後，較佳可對邊緣進行拋光。
若在任選存在的步驟c)中需要去除的材料太大以至於完成加工的矽晶圓的直徑會低於其標稱直徑，則這可以在單晶的生產中納入考慮。可以一較由其生產的矽晶圓的標稱直徑超出至少與步驟b)中產生之劃傷區域之寬度相當之值的直徑拉製單晶。在這種情況下，在步驟b)的熱處理期間矽晶圓的直徑係大於標稱直徑。僅僅由於步驟c)的邊緣加工，矽晶圓的直徑被減小到標稱直徑。
除了氧沉積方面的上述特性之外，由此產生的矽晶圓沒有邊緣劃傷，這可通過掃描紅外光去極化(scan infrared depolarization，SIRD)來證實。
若邊緣劃傷不是干擾，則無須除去邊緣劃傷，或無須完全除去。
實施例及比較例
實施例1
通過柴可斯基方法生產摻雜硼的矽單晶。將該矽單晶鋸成多個矽晶圓，進行磨片、蝕刻及拋光。所產生的矽晶圓具有725微米的厚度、約10歐姆公分的電阻率及如表1所示的氧濃度。
對該矽晶圓(除了比較樣品編號11/3之外)進行根據本發明的熱處理。在這種情況下，將該矽晶圓在兩分鐘內預熱到800℃。在達到預熱溫度之後直接起動半寬度為20毫秒之氙燈的閃光，由此照射該矽晶圓正面。改變閃光的能量密度，其中該矽晶圓表面在大於97.5焦耳/平方公尺的能量密度下開始熔化。
接著進行如前所述的試驗1作為BMD試驗，然後以如上所述的方式測定BMD密度。
表1顯示在試驗1之後未經受熱處理的矽晶圓(編號11/3)的BMD密度為3.0×109
/立方公分。相反的，通過本發明的熱處理，在該矽晶圓的整個體積中BMD密度減小到小於5×107
/立方公分。用閃光的最高的能量密度，即當該矽晶圓正面的最高溫度盡可能地接近矽的熔點時，獲得了最低的BMD密度。在所有情況下BMD密度都是如此低，以至於無法辨別出潔淨區(DZ)。
對來自這組矽晶圓之經受本發明之熱處理的另一個矽晶圓(相應於表1的樣品編號20/4)及另一個未經受熱處理的矽晶圓(相應於樣品編號11/3)進行如上所述的試驗2，而非試驗1。在試驗2之後，如第3圖所示，受到本發明之熱處理的矽晶圓編號20/4呈現出約1011
/立方公分的BMD密度。第3圖顯示了在試驗2之後BMD密度與深度的相關性。在試驗2之後，未經受熱處理的矽晶圓編號11/3具有稍大於1011
/立方公分的BMD密度。因此，在試驗2之後，可看出根據本發明之經受熱處理的矽晶圓與未經受熱處理的矽晶圓之間的BMD密度沒有明顯的差異，即使試驗1之後BMD密度(參見表1)顯著不同。這表示，BMD核僅僅因為本發明的熱處理而縮小，而在試驗2的特定條件下可以再次變得可見。
比較例1
以與實施例1相同的方式生產矽晶圓，並且使矽晶圓(除了樣品編號11/3之外)經受熱處理。該熱處理與實施例1之熱處理的區別僅僅在於閃光的半寬度為3毫秒。改變閃光的能量密度，其中在大於52.5焦耳/平方公尺的能量密度下，該矽晶圓表面開始熔化。
表2顯示在試驗1之後未經受熱處理之矽晶圓的BMD密度為3.0×109
/立方公分。在該經受熱處理的矽晶圓中，該矽晶圓體積中的BMD密度僅僅減小到小於1×109
/立方公分。不可能獲得小於2×108
/立方公分的BMD密度。在用閃光照射的那面的表面下能夠檢測到具有如表2所示之深度的潔淨區(DZ)。DZ的深度隨著閃光的能量密度增加。這個比較例顯示，無法以習知技術之短的閃光燈熱處理實現期望的效果，而是產生一在表面具有潔淨區且在矽晶圓體積中具有高BMD密度的矽晶圓。
實施例2
經由柴可斯基方法生產一摻雜硼的矽單晶。將該矽單晶鋸成多個矽晶圓，進行磨片及蝕刻，但與實施例1相對比，不進行拋光。所產生的矽晶圓具有680微米的厚度、約10歐姆公分的電阻率及6.9×1017
/立方公分的氧濃度。
隨後對該矽晶圓進行實施例1的熱處理。改變閃光的能量密度，其中在大於97.5焦耳/平方公尺的能量密度下矽晶圓表面開始熔化。
實施例2顯示，對於未拋光之矽晶圓，本發明的方法也是成功的。
1,2,3．．．曲線
第1圖顯示在本發明方法期間內兩個不同時間點下在矽晶圓厚度上的溫度分佈圖；
第2圖顯示在具有更短暫的閃光持續時間之非本發明方法期間內兩個不同時間點下在矽晶圓厚度上的溫度分佈圖，作為對比；以及
第3圖顯示在進行試驗2之後，相較於未受到熱處理的矽晶圓，根據本發明之矽晶圓之BMD密度與深度的相關性。
Claims (9)
- 一種氧濃度為5×1017 至7.5×1017 /立方公分的矽晶圓，其具有一BMD密度，其中：-在780℃下熱處理該矽晶圓3小時並隨後在1000℃下處理16小時之後，該BMD密度為1×106 /立方公分至1×108 /立方公分；或者-在以1K/分鐘的加熱速率將該矽晶圓從500℃的起始溫度加熱到1000℃的目標溫度並隨後在1000℃下保持16小時之後，該BMD密度為至少1×109 /立方公分。
- 如請求項1所述的矽晶圓，其中，在780℃下熱處理該矽晶圓3小時並隨後在1000℃下熱處理16小時之後，該BMD密度為5×106 /立方公分至5×107 /立方公分。
- 如請求項1所述的矽晶圓，其中，在以1K/分鐘的加熱速率將該矽晶圓從該500℃的起始溫度加熱到該1000℃的目標溫度並隨後在1000℃下保持16小時之後，該BMD密度為1×1010 /立方公分至3×1011 /立方公分。
- 一種生產如請求項1所述之矽晶圓的方法，其包括如下以所述順序進行的步驟：a)提供一氧濃度為5×1017 至7.5×1017 /立方公分且厚度為0.6至1.2毫米的未結構化矽晶圓，b)將該未結構化矽晶圓加熱到一600至1000℃的預熱溫度，隨後用閃光照射該矽晶圓的一面15至400毫秒，其中照射的能量密度是開始熔化表面所需的能量密度的50至100%。
- 如請求項4所述的方法，其中該矽晶圓的厚度為0.6至1.0毫米，以及步驟b)中的預熱溫度為600至950℃。
- 如請求項4所述的方法，其中該矽晶圓的厚度為1.0至1.2毫米，以及步驟b)中的預熱溫度為700至1000℃。
- 如請求項4至6中任一項所述的方法，其中所照射的能量密度是開始熔化表面所需的能量密度的90至100%。
- 如請求項4至6中任一項所述的方法，其中在步驟b)之後，在另一步驟c)中以去除材料的方式對該矽晶圓的邊緣進行加工，其中材料的去除量最大為5毫米。
- 如請求項7所述的方法，其中在步驟b)之後，在另一步驟c)中以去除材料的方式對該矽晶圓的邊緣進行加工，其中材料的去除量最大為5毫米。
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