TWI523107B - 矽晶圓之熱處理方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於對自以柴可斯基法(Czochralski method)(以下亦稱為CZ法)成長之矽單晶錠切割而成的矽晶圓(以下亦簡稱為晶圓)進行熱處理之矽晶圓之熱處理方法。
伴隨著近年來半導體元件的高積體化，對使用做為其基板的矽晶圓之品質要求亦趨嚴格，除了要求減少在構成半導體元件形成區域之表層部(例如從表面到深7μm之深度區域)的COP(Crystal Originated Particle，結晶起因之微粒)等缺陷密度以外，還要求提升對於應力大的熱處理之晶圓強度。
做為減少COP之方法，日本特開平6-295912號公報中揭示了一種技術，其係藉由在氫氣氛圍氣中或在氫氣與惰性氣體的混合氣體氛圍氣中，以熱處理溫度為1100℃~1300℃、熱處理時間為1分鐘~48小時之條件，對矽晶圓進行熱處理，來在矽晶圓的表層部形成DZ(剝蝕區(denuded zone))層。
並稱在前述熱處理時，析出至晶圓的基體部之氧析出物(基體微缺陷(Bulk Micro Defect)以下稱為BMD)係成為之後在半導體元件形成步驟中擴散於表層部之不純物的集結點(gettering site)，並提高了晶圓強度。
其中，較佳為在前述基體部的BMD密度在晶圓的直徑方向為面內均一。假設，在晶圓面內的BMD密度有參差之情形，由於在該有參差的部分的晶圓強度有變化，會以此
部分為起點，而容易在之後的半導體元件形成熱處理等發生滑移錯位(slip dislocation)之問題。
而此種晶圓在直徑方向之BMD密度的面內分布，係原原本本的反映了以CZ法作單晶成長時所導入的成長中缺陷(Grown-in defect)之面內分布。因此，為了提高BMD密度的面內均勻性，有必要將單晶成長時所導入的成長中缺陷之面內分布控制成均一。
然而，此種控制必須仔細控制高溫區等的結晶熱履歴、成長速度等，而有使成本變得非常高之問題。
又，於單晶成長時，在形成了存在大量氧化誘發疊差(Oxidation-induced Stacking Fault，以下稱為OSF)之OSF區域的情形，於被切割的晶圓之直徑方向會產生OSF環。在此情形，已知於晶圓的OSF環附近，在單晶成長時所導入的BMD核非常少，亦即，在熱處理後，存在BMD密度大幅降低的BMD低密度區域。
而做為讓此種OSF環不在晶圓面內產生之方法，日本特開平8-330316號公報揭示一種技術，其係在單晶成長時，降低結晶成長速度，藉由空孔與晶格間矽濃度的均衡來成長少有原子不足或過多之無缺陷區域。
然而，日本特開平8-330316號公報所記載之方法由於降低結晶成長速度，而使生產性降低、成本變高，且由於在基體部幾乎不析出BMD，而有讓晶圓強度降低之問題。
因此，做為即便在單晶成長時形成了OSF區域之情形，亦可提高晶圓的BMD密度之面內均勻性的手段，日本特開2006-93645號公報中揭示一種方法，將在氮濃度為2.9×1014~5.0×1015原子/cm3、氧濃度為1.27×1018~
3.0×1018原子/cm3之範圍所成長之含有OSF環的晶圓，在還原性氣體或惰性氣體氛圍氣下投入爐內溫度保持在600~800℃之熱處理爐內，在以1000~1200℃實施熱處理時，在到達熱處理溫度前維持著0.5~2.0℃/分鐘的升溫速率。
然而，日本特開2006-93645號公報所記載之方法，因可提高BMD低密度區域的BMD密度，雖然會一定程度的改善因存在OSF環所造成的BMD密度之面內不均一性，但仍然殘留著單晶成長時的影響。
此外，即便在仔細控制高溫區等的結晶熱履歴、成長速度並提高結晶成長速度，將前述OSF環排除至外側，把晶圓面內全體當作併入大量COP之富V區域之情形，在單晶成長時的熔融液之對流控制(石英坩鍋的轉速與爐內壓力、加熱器溫度等)亦有極限，由此觀之，要將晶圓的直徑方向之BMD密度控制為面內均一有其極限。
本發明有鑒於上述情況，其目的之一係提供一種矽晶圓之熱處理方法，其能提高在以CZ法成長之晶圓的基體部之直徑方向的BMD密度之面內均勻性。另一目的係提供一種熱處理方法，其可提高BMD尺寸的面內均勻性，還可降低晶圓的表層部之COP之矽晶圓。
本發明之矽晶圓之熱處理方法其特徵係具備：進行第1熱處理之步驟與進行第2熱處理之步驟；其中第1熱處理係將自以柴可斯基法成長之矽單晶錠切割而成的矽晶圓，在氧化性氣體氛圍氣中，升溫至1325℃以上1400℃以下之範圍內的第1最高到達溫度，並保持前述第1最高到達
溫度後，以50℃/秒以上250℃/秒以下之降溫速度降溫；而其中第2熱處理係將進行過前述第1熱處理之矽晶圓，在非氧化性氣體氛圍氣中，升溫至900℃以上1250℃以下之範圍內的第2最高到達溫度，並保持前述第2最高到達溫度後，進行降溫。
前述第1熱處理之降溫速度較佳為120℃/秒以上250℃/秒以下。
前述第2熱處理之升溫至前述第2最高到達溫度的升溫速度較佳為1℃/分鐘以上5℃/分鐘以下。
若依據本發明，則可提供一種矽晶圓之熱處理方法，其能提高以CZ法成長之晶圓的基體部之直徑方向的BMD密度之面內均勻性。此外還提供一種矽晶圓之熱處理方法，其還可提高BMD尺寸的面內均勻性，更可減少晶圓表層部的COP。
以下，參照圖式等詳細說明本發明之實施形態。
本發明之矽晶圓之熱處理方法係具備進行第1熱處理之步驟與進行第2熱處理之步驟，其中第1熱處理係將自以CZ成長之矽單晶錠切割而成的矽晶圓，在氧化性氣體氛圍氣中，升溫至1325℃以上1400℃以下之範圍內的第1最高到達溫度，並保持前述第1最高到達溫度後，以50℃/秒以上250℃/秒以下之降溫速度降溫；而其中第2熱處理係將進行過前述第1熱處理之矽晶圓，在非氧化性氣體氛圍氣中，升溫至900℃以上1250℃以下之範圍內的第2最高到達溫度，並保持前述第2最高到達溫度後，進行降溫。
本發明因具備如此之步驟，而可提高以CZ法成長之晶
圓的基體部在直徑方向之BMD密度的面內均勻性。此外，還可提高BMD尺寸的面內均勻性，並減少晶圓的表層部之COP。
圖1及圖2為用於說明本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖，圖1係顯示第1熱處理所產生的效果，而圖2係顯示第2熱處理所產生的效果。
於第1熱處理，因在氧化性氣體氛圍氣中(在圖1中為氧(O2))，將最高到達溫度升溫至1325℃以上1400℃以下之範圍內(第1最高到達溫度)並保持住，而使在COP的內壁氧化膜(SiO2)熔解成為空隙(圖1(b))。接下來，此空隙做為空孔藉由擴散而消滅。或/及此空隙被藉由氧化性氣體氛圍氣而注入晶圓內之大量晶格間矽(未圖示)所填滿而消滅(圖1(c))。而在單晶成長時所導入的BMD核因在前述最高到達溫度之範圍內接受熱處理，而在晶圓內熔解消滅(圖1(b)~(c))。
於第2熱處理，因在非氧化性氣體氛圍氣中(在圖2中為氬(Ar))，將最高到達溫度升溫至900℃以上1250℃以下之範圍內並保持住，而使晶圓表層部的氧從晶圓表面向外擴散，並亦向外擴散到基體部(圖2(b))。因此，BMD核在晶圓的表層部不析出，而在基體部析出(圖2(c))。
由上述動作，在單晶成長時所導入的BMD核藉由第1熱處理於晶圓內熔解消滅，在第2熱處理，於基體部重新析出BMD核。因此，於第2熱處理，在排除了單晶成長時所導入的BMD核的參差(一度消除)之狀態下，重新析出BMD核，可進一步成長。因此，除了晶圓的直徑方向之BMD密度的面內均勻性以外，還可提高BMD尺寸的面內
均勻性。
在第1熱處理中的最高到達溫度(第1最高到達溫度)較佳在1325℃以上1400℃以下之範圍內。
在前述第1最高到達溫度為小於1325℃之低溫的情形，難以讓單晶成長時所導入的BMD核熔解消滅。因此，難以排除在單晶成長時所導入之BMD核的參差，除了在晶圓的直徑方向之BMD密度的面內均勻性以外，亦難以提高BMD尺寸的面內均勻性。在前述第1最高到達溫度超過1400℃之情形，由於高溫，而容易產生滑移錯位等而較不佳。
前述第1最高到達溫度的上限值，為了讓使用的熱處理裝置的壽命更長，更佳為1380℃以下。
前述第1熱處理中自前述第1最高到達溫度的降溫速度較佳為50℃/秒以上250℃/秒以下。
前述第1熱處理如前述般，因在氧化性氣體氛圍氣進行，產生大量的晶格間矽，同時易產生熱平衡濃度之空孔。此空孔與晶格間氧一起行成O2-V複合體(complex)。而此O2-V複合體即成為之後的第2熱處理用於產生BMD核之起點。
而在前述降溫速度小於50℃/秒之情形，前述空孔因在降溫中向外擴散並消滅，而有難以形成O2-V複合體之情形。
因此，藉由讓第1熱處理的降溫速度在50℃/秒以上，能讓前述產生空孔大量殘存於基體部。因此，在前述第2熱處理能謀求BMD核充分產生、成長(BMD密度之高密度化)。
而在前述降溫速度過快的情形，由於因為急遽降溫會有在晶圓產生滑移錯位的情形，其上限值較佳為250℃/秒以下。
前述第1熱處理的降溫速度更佳為120℃/秒以上250℃/秒以下。
藉由如此之降溫速度，能進一步提高在晶圓基體部的直徑方向的BMD密度及其尺寸的面內均勻性。
從前述第1最高到達溫度以前述降溫速度之降溫，由抑制前述晶格間矽之擴散與生產性等的觀點來看，較佳進行到400℃以上600℃以下。
此外，本發明之矽晶圓之熱處理方法即便於在晶圓的直徑方向存在有OSF環之情形，亦即在晶圓面內有BMD低密度區域之情形，亦能提高BMD密度及其尺寸的面內均勻性。
圖3為晶圓截面之示意流程圖，係用於說明在OSF環存在於晶圓的直徑方向之情形下之在第1熱處理的本發明之效果。
在存在有OSF環之晶圓中，如前述般，於OSF環附近存在有BMD密度大幅降低的BMD低密度區域(圖3(a))。
本發明之矽晶圓之熱處理方法即便對此種晶圓，也可藉由進行前述第1熱處理，以圖1說明之相同機制，消滅COP及BMD核(圖3(b)~(c))。
因此，由於能排除BMD低密度區域的BMD核之參差，即便在晶圓的直徑方向存在有OSF環，亦能提高BMD密度及其尺寸的面內均勻性。
又，本發明之矽晶圓之熱處理方法在熱處理之晶圓的
氧濃度高之情形，亦即、在單晶成長時控制為氧濃度高的情形，會有在第1熱處理後於晶圓的表層部殘存COP的情形。
圖4及圖5為晶圓截面之示意流程圖，係用於說明在熱處理之晶圓的氧濃度高之情形下的本發明之效果。圖4顯示第1熱處理所產生的效果，圖5顯示第2熱處理所產生的效果。
於第1熱處理，由於氧化性氣體氛圍氣中所含有的氧從晶圓表面向內擴散至表層部，在熱處理之晶圓的氧濃度高之情形，讓該表層部的氧濃度接近固溶極限(圖4(a)~(b))。因此，於表層部COP的內壁氧化膜不易被熔解。藉此，即便大量導入晶格間矽，由於無法填入COP內，故COP殘存在該表層部。而在單晶成長時所導入的BMD核，即便在氧濃度高的情形，因BMD核小，故在晶圓內熔解消滅(圖4(a)~(c))。
然而，如圖4(c)所示，於第1熱處理，即便在表層部殘存COP，也會於第2熱處理，在非氧化性氣體氛圍氣中(於圖5中為氬)，以900℃以上1250℃以下進行熱處理。藉由此熱處理，因氧從表層部向外擴散，且亦向外擴散到基體部，使前述表層部的氧濃度從接近固溶極限降低(圖5(b))。
因此，藉由進行前述第2熱處理，表層部因氧濃度降低，存在於表層部的COP之內壁氧化膜係熔解成為空隙。之後，該空隙藉由矽原子的再配列而消滅(圖5(b)~(c))。而與圖2同樣的，BMD核在晶圓的表層部不析出，在基體部析出(圖5(c))。
由上述，本發明之矽晶圓之熱處理方法即便在熱處理之晶圓的氧濃度高之情形，也可提高基體部的BMD密度及其尺寸的面內均勻性，並且還可減少晶圓表層部的COP。
而本發明所指氧濃度高的情形，係指晶圓的氧濃度為1.2×1018原子/cm3(舊版-ASTM)以上。
前述第1熱處理若不是在氧化性氣體氛圍氣中進行，而是在非氧化性氣體氛圍氣(還原性氣體氛圍氣(氫氣、氮氣等)或惰性氣體氛圍氣(氬氣等))中進行，則無法消滅在單晶成長時所導入的基體部之BMD核，相反的會造成BMD核成長。其理由係因會造成大幅促進氧從前述表層部向外擴散至基體部。
前述氧化性氣體氛圍氣之氧氣的分壓較佳為20%以上100%以下(較佳為100%氧氣)。
藉由讓前述氧氣的分壓在20%以上，可於晶圓內注入大量的晶格間矽，因可確實的減少COP而較佳。
而前述氧化性氣體氛圍氣中，於氧氣以外的氣體(氧氣分壓為100%的情形除外)較佳為氬氣。
藉由使用氬氣，可更確實的避免氮化膜等其它膜的形成或產生化學反應等。
前述第2熱處理的最高到達溫度(第2最高到達溫度)較佳在900℃以上1250℃以下之範圍內。
前述第2最高到達溫度在小於900℃之情形，由於低溫，如前述般不易引起氧向外擴散。因此，殘存於晶圓表層部的COP之內壁氧化膜不易熔解，而難以消滅該表層部的COP。
在前述第2最高到達溫度超過1250℃之情形，氧大幅
從晶圓表層部向外擴散。藉此，該表層部的氧濃度大幅降低，因氧所產生的滑移錯位之針扎力(pinning force)降低，而在晶圓有產生滑移錯位的情形。
在前述第2熱處理不是於非氧化性氣體氛圍氣中進行，而是在前述氧化性氣體氛圍氣中進行的情形，氧向內擴散至晶圓的表層部。因此，氧濃度高的矽晶圓之情形，係表層部的氧濃度維持在高的狀態。因此，於第2熱處理因難以讓殘存於晶圓表層部的COP之內壁氧化膜熔解，而有難以消滅該表層部的COP之情形。
前述非氧化性氣體氛圍氣較佳為含有氬氣之非氧化性氣體(較佳為100%氬氣)。
藉由使用氬氣，可於不形成氮化膜等其它膜或產生化學反應等之下進行熱處理。
前述第1熱處理較佳使用眾所皆知的的急速昇降溫熱處理(RTP：Rapid Thermal Process，以下簡稱為RTP)裝置，以RTP進行。而此處所指RTP係指升溫及降溫速度為1℃/秒以上的高速昇降溫熱處理。
圖6為顯示本發明之矽晶圓之熱處理方法所使用的RTP裝置之範例的截面示意圖。
圖6所示之RTP裝置10係具備用於收容晶圓W並實施熱處理之反應室20、設置於反應室20內之用於保持晶圓W的晶圓保持部30、用於加熱晶圓W之加熱部40。晶圓W在保持於晶圓保持部30的狀態下，形成第1空間20a與第2空間20b。第1空間20a係反應室20的內壁與晶圓W的表面(元件形成面)W1側所包圍起來的空間。第2空間20b係反應室20的內壁與表面W1側之反側的晶圓W的背面
W2側所包圍起來的空間。
反應室20係具備供給口22與排出口26。前述供給口22係將氛圍氣氣體FA(實線箭頭)供給到第1空間20a及第2空間20b內。而前述排出口26係將前述供給之氛圍氣氣體FA從第1空間20a及第2空間20b排出。反應室20係以例如石英所構成。
晶圓保持部30係具備以環狀保持晶圓W的背面W2之外周部的基座32，與保持基座32並以晶圓W的中心為軸使基座32旋轉之旋轉體34。基座32及旋轉體34係以例如SiC所構成。
加熱部40係以複數個鹵素燈50構成。前述鹵素燈50係以複數個配置在被保持於晶圓保持部30的晶圓W之表面W1的上方及背面W2的下方之反應室20外，以前述鹵素燈50的光照射之燈加熱，從兩面加熱晶圓W。
使用圖6所示之RTP裝置10的熱處理，係如下述進行。經由設置於反應室20之未圖示的晶圓導入口，將晶圓W導入至反應室20內，將晶圓W背面W2之外周部以環狀保持在晶圓保持部30的基座32上。然後，從前述供給口22供給氛圍氣氣體FA，同時一邊旋轉晶圓W，一邊以加熱部40加熱晶圓W。
圖7為顯示以RTP進行第1熱處理之溫度序列的範例之示意圖。
如圖7所示，將矽晶圓保持在設置在保持於溫度T0(較佳為400℃以上600℃以下)之眾所皆知的RTP裝置的反應空間內的可旋轉之基座上，對前述反應空間內供給氧化性氣體。接著，從溫度T0以升溫速度△Tu1(℃/秒)急速升溫
至第1最高到達溫度之1325℃以上1400℃以下(溫度T1)，並使溫度保持固定為T1特定時間(t1(秒))。之後，從溫度T1以降溫速度△Td1(℃/秒)進行急速降溫，降溫至例如溫度T0。
在將晶圓W設置於如圖6所示之RTP裝置10的反應室20內的情形，前述溫度T0、T1係以設置於晶圓保持部30下方之未圖示的放射溫度計所測定之晶圓W的表面溫度(在複數個放射溫度計配置於晶圓W的直徑方向的情形係其平均溫度)。
保持前述第1最高到達溫度之保持時間t1較佳為1秒以上60秒以下。
在前述保持時間t1小於1秒之情形，會有難以充分消滅在單晶成長時所導入之BMD核或COP之情形。在前述保持時間t1超過60秒之情形，會有生產性降低的情況，且有發生其它起因於熱處理之問題(雜質擴散或滑移等)的情形。
前述第2熱處理較佳為進行使用縱型熱處理裝置之熱處理。前述縱型熱處理裝置可使用眾所皆知者(例如日本特開2001-85349號所記載之縱型熱處理裝置等)。而此處所指使用縱型熱處理裝置之熱處理，係指升溫及降溫速度在15℃/分鐘以下的低速熱處理。
圖8為顯示使用縱型熱處理裝置之第2熱處理的溫度序列之範例的示意圖。
如圖8所示般，於保持在溫度T0(較佳為400℃以上600℃以下)之眾所皆知的縱型熱處理裝置之反應空間內，設置保持有複數片矽晶圓的眾所皆知的縱型晶舟，對前述
反應空間內供給非氧化性氣體(例如氬氣)。然後，從溫度T0以升溫速度△Tu2(℃/分鐘)升溫至第2最高到達溫度之900℃以上1200℃以下(溫度T2)，並將溫度T2保持一定在特定時間(t2(秒))後，以降溫速度△Td2(℃/分鐘)從溫度T2降溫至例如溫度T0。
保持前述第2最高到達溫度之保持時間t2較佳為1分鐘以上120分鐘以下。
在前述保持時間t2小於1分鐘之情形，會有在晶圓的基體部難以析出並成長充分的BMD核之情形。且在矽晶圓的氧濃度高的情形，會有在此第2熱處理無法充分消滅於表層部的COP的情況。在前述保持時間t2超過120分之情形，會有生產性降低的情況，且有發生其它起因於熱處理之問題(雜質擴散或滑移等)的情形。
前述第2熱處理中到前述第2最高到達溫度之升溫速度(圖8中稱為△Tu2)，及自前述第2最高到達溫度之降溫速度(圖8中稱為△Td2)，較佳為1℃/分鐘以上5℃/分鐘以下。
藉由如此之升溫速度及降溫速度，能抑制前述第2熱處理在升溫時產生滑移錯位，並可謀求進一步提升BMD密度。
前述第1熱處理中升溫時的升溫速度(圖7中稱為△Tu1)，為了提升生產性並進一步減少滑移產生，較佳為10℃/秒以上250℃/秒以下。
依據CZ法之矽單晶錠的成長，較佳為控制V/G值(V：提拉速度，G：從矽熔點到1300℃之溫度範圍的提拉軸方向的結晶內溫度梯度的平均值)，成長由併入大量原子空孔
(COP)之富V區域所構成的矽單晶錠。
具體而言，係使用眾所皆知的單晶提拉裝置，讓晶種接觸矽熔融液的液面，一邊旋轉晶種與石英坩鍋，一邊提拉晶種並形成頸部及擴大直徑至所期望之直徑的擴徑部。之後，邊維持所期望之直徑，以形成富V區域之方式來將V/G值控制在特定值(例如0.25~0.35mm2/℃．分鐘)並形成直體部，之後，形成從所期望之直徑縮小直徑之縮徑部，自矽熔融液切離。
藉由以如此之方法進行，可更提高在單晶成長時的生產性。
而此處所指「由富V區域所構成」並非排除前述OSF區域。
下面說明具備上述矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法。
圖9為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第1態樣之步驟流程圖。
前述第1態樣係具備：以CZ法成長矽單晶錠之步驟(S101)、切割前述矽單晶錠並製作成圓板狀晶圓之步驟(S102)、對前述製作之晶圓切片的表背面進行平坦化處理之步驟(S103)、至少對經過前述平坦化處理過的晶圓之做為半導體元件形成面之表面作鏡面研磨之步驟(S104)、對經過前述鏡面研磨之晶圓進行前述第1熱處理(S105)及第2熱處理(S106)之步驟。
亦即，前述第1態樣係對至少在構成半導體元件形成面之表面經過鏡面研磨之晶圓，進行前述的矽晶圓之熱處理方法。
藉由具備如此之步驟，可得到更確實的具備上述效果之矽晶圓。
而前述平坦化處理係包含眾所皆知的研光處理、單面切削處理、雙面切削處理、蝕刻處理(關於蝕刻處理，主要係將前述平坦化處理過的晶圓全面浸漬於以一定比率混合氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)及水(H2O)而成的酸蝕刻溶液中之酸蝕刻處理)。前述鏡面研磨係包含眾所皆知的單面研磨、雙面研磨。
亦即，在前述平坦化處理(S103)後作前述鏡面研磨(S104)，係例如在研光處理前述製作之晶圓切片的表背面後，作雙面切削處理。之後，包含雙面研磨之步驟、或研光處理後作蝕刻處理，之後作雙面研磨之步驟等。
圖10為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第2態樣之步驟流程圖。
前述第2態樣係具備：以CZ法成長矽單晶錠之步驟(S201)、切割前述矽單晶錠並製作成圓板狀晶圓之步驟(S202)、對前述製作之晶圓切片的表背面進行平坦化處理之步驟(S203)、對經過前述平坦化處理之晶圓進行前述第1熱處理(S204)及第2熱處理(S205)之步驟，至少對經過前述第2熱處理之做為晶圓的半導體元件形成面之表面進行鏡面研磨之步驟(S206)。
亦即，前述第2態樣係對對平坦化處理後的晶圓進行前述矽晶圓之熱處理方法。
藉由具備如此之步驟，除了上述效果以外，因在第2熱處理時氧從表層部向外方的擴散等少，即便在表層部殘存COP，在之後的研磨步驟亦可除去該表層部而較佳。
前述第2態樣中熱處理之經過平坦化處理晶圓係包含經過研光處理的晶圓與經過蝕刻處理的晶圓。
圖11為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第3態樣之步驟流程圖。
前述第3態樣係具備：以CZ法成長矽單晶錠之步驟(S301)、切割前述矽單晶錠並製作成圓板狀晶圓之步驟(S302)、對前述製作之晶圓切片進行前述第1熱處理(S303)及第2熱處理(S304)之步驟，對進行過前述第2熱處理之晶圓切片的表背面進行平坦化處理之步驟(S305)、至少對經過前述平坦化處理的晶圓之做為半導體元件形成面之表面作鏡面研磨之步驟(S306)。
亦即，前述第3態樣係對晶圓切片進行前述矽晶圓之熱處理方法。
藉由具備如此之步驟，可得到與上述第2態樣相同的效果。
圖12為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第4態樣之步驟流程圖。
前述第4態樣係具備：以CZ法成長矽單晶錠之步驟(S401)、切割前述矽單晶錠並製作成圓板狀晶圓之步驟(S402)、對前述製作之晶圓切片的表背面進行平坦化處理之步驟(S403)、對經過前述平坦化處理之晶圓進行前述第1熱處理之步驟(S404)、至少對經過前述第1熱處理的晶圓之做為半導體元件形成面的表面作鏡面研磨之步驟(S405)、對經過前述鏡面研磨的晶圓進行前述第2熱處理之步驟(S406)。
亦即，前述第4態樣係在平坦化處理後進行前述矽晶圓之熱處理方法中的第1熱處理，在鏡面研磨後進行第2
熱處理。
藉由具備如此之步驟，除了上述效果以外，在第1熱處理後，即便於表層部殘存COP，亦可藉由後面的研磨步驟除去。藉此，可謀求減輕第2熱處理的負擔(熱處理溫度與熱處理時間的縮短等)。
圖13為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第5態樣之步驟流程圖。
前述第5態樣係具備：以CZ法成長矽單晶錠之步驟(S501)、切割前述矽單晶錠並製作成圓板狀晶圓之步驟(S502)、對前述製作之晶圓切片進行前述第1熱處理之步驟(S503)、對經過前述第1熱處理的晶圓之表背面進行平坦化處理之步驟(S504)、至少對經過前述平坦化處理的晶圓之做為半導體元件形成面的表面作鏡面研磨之步驟(S505)、對經過前述鏡面研磨之晶圓進行前述第2熱處理之步驟(S506)。
亦即，前述第5態樣係對對晶圓切片進行前述矽晶圓之熱處理方法中的第1熱處理，在鏡面研磨後進行第2熱處理。
藉由具備如此之步驟，可得到與上述第4態樣相同的效果。
以下依據實施例進一步具體說明本發明，但本發明不受限於以下述實施例的解釋。
以CZ法成長控制V/G值(V：提拉速度、G：從矽熔點到1300℃之溫度範圍的提拉軸方向的結晶內溫度梯度的平均值)併入大量原子空孔(COP)，在切割時於晶圓面內的一
部分產生OSF環之由富V區域所構成的矽單晶錠。將自前述區域切割的雙面經鏡面研磨而成之矽晶圓(直徑300mm、厚度775μm、氧濃度1.2~1.3×1018原子/cm3)投入保持在400℃之眾所皆知的RTP裝置之反應空間內。然後，以如圖7所示之溫度序列，在100%氧氣(流量20slm)氛圍氣中，進行第1熱處理，其以升溫速度50℃/秒、最高到達溫度之保持時間15秒(但在比較例1係30秒)，來改變最高到達溫度及降溫速度，以製作熱處理條件不同的複數片晶圓。
之後，將進行過前述第1熱處理之晶圓投入保持在600℃之眾所皆知的縱型熱處理裝置之反應空間內。然後，以如圖8所示之溫度序列，在100%氬氣(流量30slm)氛圍氣中，進行第2熱處理，其升溫速度為1~5℃/分鐘，最高到達溫度為1200℃，其保持時間1小時，再以降溫速度1~5℃/分鐘降溫至600℃。
又，做為傳統例係製作不進行前述第1熱處理，只進行前述第2熱處理的晶圓。
接著，對進行過前述第2熱處理之晶圓，在100%氧氣氛圍氣中進行BMD析出熱處理(在800℃中4小時及在1000℃中16小時)。以IR位像儀(Raytex公司製MO-441)測定進行過前述BMD析出熱處理之晶圓，評價從晶圓中心到外周的直徑方向之從晶圓表面到深7μm之後的基體部(深度7μm~300μm)之BMD密度及散射光強度。再由前述評價之散射光強度，使用式(1)，算出晶圓中心(0mm)、從晶圓的中心起在直徑方向110mm之位置(BMD低密度區域內)及在145mm之位置(晶圓外周)等3點之BMD尺寸。
BMD尺寸=散射光強度(1/6)×20………式(1)
接著，使用Raytex公司製LSTD掃描器MO601，評價進行過前述第2熱處理之晶圓的從表面到深5μm區域之表層部的缺陷數，算出其缺陷密度。
接下來，以X光位像儀(Rigaku股份有限公司製XRT300)評價在進行過前述第2熱處理之晶圓的背面所發生的滑移長度。
於表1顯示本試驗之試驗條件及評價結果(表層部缺陷密度及BMD平均尺寸)，於圖14~圖17顯示本試驗的各條件之從晶圓中心到外周的晶圓直徑方向的BMD密度之面內分布。
由表1及圖14~圖17可以看出，相較於僅進行第2熱處理(傳統例1)之情形，藉由在第2熱處理前進行第1熱處
理，可觀察到能提高在晶圓直徑方向的BMD尺寸之面內均勻性。
而在第1熱處理的最高到達溫度為1300℃以下之情形(比較例1、2)，以及在即便最高到達溫度為1350℃但降溫速度為25℃/秒之情形(比較例3)，可觀察到晶圓的直徑方向之BMD密度與其尺寸的面內均勻性不充分。
另一方面，在最高到達溫度為1325℃以上、降溫速度為50℃/秒以上之情形(實施例1至9)，可觀察到在晶圓的直徑方向之BMD密度及其尺寸的面內均勻性變高。此外，在降溫速度為120℃/秒以上之情形(實施例2、3、5、6、8、9)，可觀察到BMD密度與其尺寸同樣大致平穩。
而在表層部之缺陷密度無論在任一條件下均觀察到為低密度。
而在所有條件下均未發現晶圓背面的滑移錯位。
將前述第1熱處理中的最高到達溫度設為1325℃、1350℃、1380℃，降溫速度(℃/秒)設為50℃/秒。接著改變第2最高到達溫度，其它以與試驗1相同之條件進行第2熱處理。
接著，對進行過前述第2熱處理之晶圓，與試驗1同樣地使用Raytex公司製LSTD掃描器MO601，評價進行過前述第2熱處理之晶圓的從表面到深5μm區域之表層部的缺陷數，計算出其缺陷密度。
接下來，以X光位像儀(Rigaku股份有限公司製XRT300)評價進行過前述第2熱處理之晶圓背面所產生之滑移長度。
表2顯示本試驗之試驗條件及評價結果(表層部缺陷密度)。
而在比較例5、7、9中，雖確認到在晶圓背面長度5~10mm之滑移錯位，但未確認其它條件。
由以上結果可知，於第2熱處理中，在使最高到達溫度達800℃之情形(比較例4、6、8)，所觀察到的表層部的缺陷密度變高。而在使最高到達溫度達1300℃之情形(比較例5、7、9)，觀察到滑移的發生。
另一方面，於第2熱處理中，在使最高到達溫度達900℃以上1250℃以下之情形，所觀察到表層部的缺陷密度亦小於1.0/cm2。
10‧‧‧RTP裝置
20‧‧‧反應室
20a‧‧‧第一空間
20b‧‧‧第二空間
22‧‧‧供給口
26‧‧‧排出口
30‧‧‧晶圓保持部
32‧‧‧基座
34‧‧‧旋轉體
40‧‧‧加熱部
50‧‧‧鹵素燈
FA‧‧‧氛圍氣氣體
T1‧‧‧第1最高到達溫度
T2‧‧‧第2最高到達溫度
T3‧‧‧中間溫度
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧表面
W2‧‧‧背面
圖1(a)至(c)為用於說明本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖(第1熱處理)。
圖2(a)至(c)為用於說明本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖(第2熱處理)。
圖3(a)至(c)為用於說明在OSF環存在於晶圓的直徑方向之情形，在第1熱處理的本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖。
圖4(a)至(c)為用於說明在熱處理之晶圓的氧濃度高之情形，本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖(第1熱處理)。
圖5(a)至(c)為用於說明在熱處理之晶圓的氧濃度高之情形，本發明之效果的晶圓截面之示意流程圖(第2熱處理)。
圖6為顯示本發明之矽晶圓之熱處理方法所使用之RTP裝置的範例之截面示意圖。
圖7為顯示以RTP進行第1熱處理的溫度序列的範例之示意圖。
圖8為顯示使用縱型熱處理裝置之第2熱處理的溫度序列的範例之示意圖。
圖9為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第1態樣之步驟流程圖。
圖10為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第2態樣之步驟流程圖。
圖11為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第3態樣之步驟流程圖。
圖12為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶圓之製造方法的第4態樣之步驟流程圖。
圖13為顯示具備本發明之矽晶圓之熱處理方法的矽晶
圓之製造方法之第5態樣的步驟流程圖。
圖14為實施例1至3之從晶圓中心到外周的晶圓直徑方向之BMD密度的面內分布。
圖15為實施例4至6之從晶圓中心到外周的晶圓直徑方向之BMD密度的面內分布。
圖16為實施例7至9之從晶圓中心到外周的晶圓直徑方向之BMD密度的面內分布。
圖17為比較例1至3及傳統例1之從晶圓中心到外周的晶圓直徑方向之BMD密度的面內分布。
Claims (4)
- 一種矽晶圓之熱處理方法，其特徵係具備：進行第1熱處理之步驟，其中第1熱處理係將自以柴可斯基法(Czochralski method)成長之矽單晶錠切割而成的矽晶圓，在氧化性氣體氛圍氣中，升溫至1325℃以上1400℃以下之範圍內的第1最高到達溫度，並保持前述第1最高到達溫度後，以50℃/秒以上250℃/秒以下之降溫速度降溫；與進行第2熱處理之步驟，其中第2熱處理係將進行過前述第1熱處理之矽晶圓，在非氧化性氣體氛圍氣中，升溫至900℃以上1250℃以下之範圍內的第2最高到達溫度，並保持前述第2最高到達溫度後，進行降溫。
- 如申請專利範圍第1項之矽晶圓之熱處理方法，其中在前述第1熱處理之降溫速度係120℃/秒以上250℃/秒以下。
- 如申請專利範圍第1項之矽晶圓之熱處理方法，其中在前述第2熱處理之升溫至前述第2最高到達溫度的升溫速度係1℃/分鐘以上5℃/分鐘以下。
- 如申請專利範圍第2項之矽晶圓之熱處理方法，其中在前述第2熱處理之升溫至前述第2最高到達溫度的升溫速度係1℃/分鐘以上5℃/分鐘以下。
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