TWI584352B - 飽和電壓估計方法及矽磊晶晶圓製造方法 - Google Patents

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Description

飽和電壓估計方法及矽磊晶晶圓製造方法
本發明與飽和電壓估計方法與使用該估計方法的矽磊晶晶圓製造方法有關。特別地，本發明與在製造包括收集器與發射器的半導體裝置之前從經由磊晶方法製造且包括碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的矽層作為磊晶層的矽磊晶晶圓估計收集器-發射器飽和電壓的估計方法有關、以及更進一步與使用此估計方法之矽磊晶晶圓製造方法有關。
許多最近發展的電力裝置是以高崩潰電壓為目標。當增加電力裝置的崩潰電壓時，矽磊晶晶圓的磊晶層中的碳濃度具有影響。因此，已產生進一步降低此碳濃度的需要。
實際需求的碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低。需要穩定製造與供應碳濃度非常低的矽磊晶晶圓，同時根據裝置的標準來控制碳濃度。
不幸地，評估碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的方法在日本工業標準(JIS)與半導體設備與材料國際(SEMI)標準中並未定義。碳濃度評估方法的示例為可評估薄膜碳濃度的二次離子質譜儀。然而，該方法的偵測限制約為1×1015原子/立方公分，亦即評估碳濃度為5×1014原子/立方 公分或更低的方法是困難的。
另一個評估方法，Jpn.Pat.Appln.KOKAI Publication No.4-344443已經提出藉由測量用電子束(光致發光方法)照射矽樣本所產生的光強度以及在植入碳或氧離子之後進行相同的測量而可高靈敏測量矽中碳濃度。然而，這文獻並未指出任何可測量的碳濃度。此外，由於進行離子植入，因此植入傷害造成的發光與碳不純物無關或具有碳缺陷程度但不發光的非照射性中心增加。這使得難以正確評估矽中包含的碳原始濃度。
如另一方法，J.Weberand and M.Singh於1986年的Appl.Phys.Lett.49(23)中描述，當在樣本上進行發光測量時，其中該樣本的碳濃度是藉由紅外線吸收光譜(IR)測量，且得到在藉由IR方法得到碳濃度與藉由發光測量得到的強度之間的關係，可藉由在樣本上進行發光測量來估計樣本的未知碳濃度。
不幸地，藉由IR評估的最低碳濃度為8.7×1015原子/立方公分。再者，IR的偵測限制最大約為1×1015原子/立方公分，因此IR無法測量低於此偵測限制的碳濃度。因此，對於具有低碳濃度的樣本，發光測量得到的強度無法與上述關係比較，或是無法高度正確地估計碳濃度。
如前所述，習知碳濃度對於裝置特性具有影響。然而，該裝置特性與具有5×1014原子/立方公分非常低或更低濃度碳之間的關係是未知的。此外，尚未建立上述碳濃度的評估方法。因此，無法將晶圓製造步驟最佳化以達到期望的低碳濃度裝置特性。這對於裝置形成過程的產量可能具有嚴重的影響。
因此，本發明的目的是提供有利於從矽磊晶晶圓高產量形成半導體裝置的技術，其中磊晶層的碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低。
考量上述情況，本案發明人進行許多研究，專注於光致發光方法。結果，本案發明人已發現低碳濃度矽磊晶晶圓的發光光譜強度或強度比例與收集器發射器路徑的飽和電壓為正相關成為裝置特性，其中磊晶層的碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低，並且在裝置形成之前，已達成估計收集器發射器路徑之飽和電壓的飽和電壓估計方法。
亦即，本案發明人已經達成在從矽磊晶晶圓的發光光譜強度或強度比例製造裝置之前估計裝置特性(收集器-發射器飽和電壓)之飽和電壓估計方法，替代藉由光致發光方法確定5×1014原子/立方公分或更低之碳濃度。
此外，本案發明人已經達成藉由使用飽和電壓估計方法確定矽磊晶晶圓品質的矽磊晶晶圓製造方法。
根據本發明的第一方面，提供飽和電壓估計方法，包括：第一步驟為製備複數個第一批，各包含二或多個第一矽磊晶晶圓，藉由磊晶成長在二或多個第一晶圓上進行複數次同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之矽層的方法來得到該複數個第一批；第二步驟為對於該複數個第一批的每一個，用粒子束照射部分的該二或多個第一矽磊晶晶圓以使該矽層中的碳不純物發光活化、以激發光照射該矽層造成發光、測量源自碳不純物之發光的強度或強度比例、製造各包含來自該二或多個第一矽磊晶晶圓其餘的收集器與發射器之一或多個半導體裝置、以及測量每一個裝置的收集器-發射器飽和電壓，因而得到強度或強 度比例與飽和電壓之間的關係；第三步驟為製備包含二或多個第二矽磊晶晶圓的第二批，藉由磊晶成長以在二或多個第二晶圓上進行同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之矽層的方法來得到該第二批；以及第四步驟為以粒子束照射部分的該二或多個第二矽磊晶晶圓以使矽層中的碳不純物活化發光、以激發光照射矽層而造成發光、測量源自碳不純物之發光的強度或強度比例、以及比較由此得到的強度或強度比例與以估計將從該二或多個第二矽磊晶晶圓其餘者製造且包含收集器與發射器之半導體裝置的收集器-發射器飽和電壓。
根據第一方面的估計方法中，可藉由測量作為磊晶層之矽層的發光來估計收集器-發射器飽和電壓。因此，如果估計在某製造批中的矽磊晶晶圓未達到允許範圍內的飽和電壓，則可藉由不提供相同批的其他晶圓至該方法而增加半導體裝置形成方法的產量。再者，如果估計某矽磊晶晶圓未達到允許範圍內的飽和電壓，則可能預測該晶圓的製造條件已經脫離最佳條件。因此，根據第一方面的估計方法有利於將晶圓製造條件維持在最佳狀態、且也可增加晶圓製造方法的產量。
根據本發明的第二方面，提供矽磊晶晶圓製造方法，包括：第一步驟為製備複數個第一批，各包含二或多個第一矽磊晶晶圓，藉由在二或多個第一晶圓上進行複數次磊晶成長同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之矽層的方法來得到該複數個第一批；第二步驟為對於該複數個第一批的每一個，用粒子束照射部分的該二或多個第一矽磊晶晶圓以使該矽層中的碳不純物發光活化、以激發光照射該 矽層造成發光、測量源自碳不純物之發光的強度或強度比例、製造各包含來自該二或多個第一矽磊晶晶圓其餘的收集器與發射器之一或多個半導體裝置、以及測量每一個裝置的收集器-發射器飽和電壓，因而得到強度或強度比例與飽和電壓之間的關係；第三步驟為製備包含二或多個第二矽磊晶晶圓的第二批，藉由磊晶成長以在二或多個第二晶圓上進行同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之矽層的方法來得到該第二批；以及第四步驟為以粒子束照射部分的該二或多個第二矽磊晶晶圓以使矽層中的碳不純物活化發光、以激發光照射矽層而造成發光、測量源自碳不純物之發光的強度或強度比例、以及從強度或強度比例、關係以及收集器-發射器飽和電壓的預定允許範圍來確定該二或多個第二矽磊晶晶圓的品質。
根據第二方面的製造方法中，可藉由測量作為磊晶層之矽層的發光來確定是否可從矽磊晶晶圓製造具有收集器發射器飽和電壓落在允許範圍內的半導體裝置。亦即，在製造該半導體裝置之前，可確定該矽磊晶晶圓的品質。因此，該半導體裝置製造方法的產量增加。再者，如果某製造批的矽磊晶晶圓為缺陷產品，則可能預測晶圓的製造條件已經脫離最佳條件。因此，根據第二方面的製造方法有利於將晶圓製造條件維持在最佳狀態、並且亦可增加晶圓製造方法的產量。
1‧‧‧矽晶圓
第1圖是顯示以電子束照射矽晶圓之碳不純物的發光活化之示意圖；第2圖為顯示矽晶圓之發光光譜示例圖； 第3圖為顯示磊晶層之發光光譜示例圖；第4圖為顯示源自空隙碳與替代碳之複合物的發光強度(G線發光)與收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)之間的關係示例圖；第5圖為顯示G線發光強度對無激發光強度的比例與收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)之間的關係示例圖；第6圖是顯示根據本發明實施例的矽磊晶晶圓製造方法的流程圖；以及第7圖為顯示G線發光強度與FE發光強度比例示例圖。
首先，本發明實施例中使用的原理描述如下。
此實施例使用光致發光方法。光致發光方法為習知方法，以激發光照射材料而激發電子，以及當激發的電子改變至基態時，可觀察到發射的光。
更特別地，當以具有能量高於禁制帶的光照射半導體(矽)時，形成電子電洞對。於此，在半導體(矽)晶體中形成超過熱平衡狀態的電子電洞對。過多的電子電洞對會復合且返回至平衡狀態。在此復合過程中發射光。此發射光的光譜容易受到半導體晶體中不純物或缺陷影響。因此，藉由光譜精確分析光發射得到半導體(矽)中的碳不純物之資訊。
在激發光照射之前，當粒子束照射半導體晶體時，晶體中的不純物變成光活化的。如第1圖所示，例如，當以電子束照射矽晶圓1時，矽晶體中發生照射損壞或缺陷如下：Si(s)+e→Si(i)+V
Si(i)+C(s)→Si(s)+C(i)
C(i)+C(s)→Ci-Cs or C(i)+O(i)→Ci-Oi
其中V代表空位，以及e代表電子。標示(s)代表緊接在此標示之前的原子被定位在晶格點(替代)。標示(i)表示緊接在此標示之前的原子被定位在晶格之間(空隙)。亦即，C(i)代表空隙碳，C(s)代表替代碳，以及O(i)代表空隙氧。再者，Ci-Cs代表空隙碳與替代碳的複合物，以及Ci-Oi代表空隙碳與空隙氧的複合物。
因此，由導入主要缺陷形成Ci-Oi與Ci-Cs複合物缺陷。當以激發光(特別是例如可見光或紫外光之類的雷射光束)照射時，這些Ci-Oi與Ci-Cs缺陷發光。受例如上述Ci-Oi與Ci-Cs缺陷數量影響的這些缺陷所發射的光之強度或強度比例。因此，可藉由分析發光強度或強度比例得到半導體(矽)中碳不純物的資訊。
第2圖顯示矽晶圓之發射光譜示例。注意在第2圖中，縱座標表示發光(PL)強度，以及橫座標代表光子能量。
如第2圖所示，Ci-Cs複合物發光的光子能量為0.97eV，以及Ci-Oi複合物發光的光子能量為0.79eV。注意矽的無激發發光之光子能量為1.1eV，以及此值是矽特有的。此後，矽的無激發發光表示為FE線。再者，矽的電子電動滴(EHD)之光子能量為1.08eV，以及此值是矽特有的。
接著，根據此實施例之飽和電壓估計方法將解釋如下。
在矽磊晶晶圓的製造中，由磊晶方法進行的矽層沉積通常藉由批次製程來執行。在此批次製程中，於複數個晶圓(例如一種沉積製程中的矽晶圓)上形成作為磊晶層的矽層。在矽磊晶晶圓上，在相同沉積製程中 同時形成磊晶層，亦即，相同批的矽磊晶晶圓在磊晶層中具有幾乎相同的碳濃度。相對地，在其上磊晶層以不同沉積製程形成的矽磊晶晶圓(亦即，不同批的矽磊晶晶圓)有時造成磊晶層中碳濃度的變化。
如果從矽磊晶晶圓製造且包括收集器與發射器的半導體裝置(例如，如絕緣閘極雙極電晶體之類的雙極電晶體)的形成條件充分地被管理，則該半導體裝置的收集器 發射器飽和電壓呈現與磊晶層中的碳濃度的強關聯。根據此實施例的方法使用此來估計該飽和電壓。
此估計方法將更詳細說明如下。
首先，製備複數個第一批，各包含二或多個第一矽磊晶晶圓。藉由重複在複數個第一晶圓上利用磊晶成長同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之矽層(磊晶層)的製程而得到該第一批。
亦可使用從如第一晶圓之不同單晶塊(ingot)切出的晶圓來製備該第一批。然而，為了進行更正確的估計，可行的是使用從與第一晶圓相同之單晶塊切出的晶圓來製備該第一批。
磊晶層的摻質濃度較佳為1×1018原子/立方公分或更低。這是由於如果摻質濃度高，則由於歐格再結合(Auger recombination)的影響，有時無法得到發光。
而後，從各個第一批獲取第一矽磊晶晶圓的一部分或多個部分。以粒子束照射各個獲取的第一矽磊晶晶圓，因而使磊晶層中的碳不純物發光活化。此外，由激發光照射造成磊晶層發射光，以及得到源自碳不純物之發光的強度或強度比例。注意，該激發光照射與發光強度測量在低 溫進行，例如以液態氦冷卻樣本。
第3圖顯示磊晶層的發光光譜示例。參閱第3圖，縱座標表示光致發光(PL)強度，以及橫座標表示光子能量。注意，對於第3圖所示之電子電洞滴(EHD)發光與FE發光中的每一個為測量強度乘以5得到的值。
再者，從各個第一批之剩餘的第一矽磊晶晶圓製造各包含收集器與發射器的一或多個半導體裝置。在此處，例如退火步驟之類的單獨步驟是受到嚴格地管理，使得半導體裝置的性能變化僅由第一矽磊晶晶圓的特性變化造成。而後，測量這些裝置的收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。應注意收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)是與該裝置的開啟電壓V(onswitch)相關的參數。
發光強度或強度比例與飽和電壓之間的關係是根據上述而獲得。
第4圖是顯示源自空隙碳與替代碳之複合物的發光強度(G線發光)與收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)之間的關係示例圖。參閱第4圖，縱座標表示G線發光強度，以及橫座標表示收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。藉由製備13個第一批以及進行每一個第一批之發光強度測量、裝置製造與飽和電壓測量得到第4圖所示之發光強度與飽和電壓之間的關係。所製備之第一批的數量為二或多個。
接著，製備包括二或多個第二矽磊晶晶圓的第二批。藉由磊晶成長以在複數個第二晶圓上進行同時形成具有碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之複數個矽層(磊晶層)的製程而得到該第二批。
亦可使用與從其切割出第一晶圓的單晶塊不同的單晶塊切 割出的晶圓作為第二晶圓來製備該第二批。然而，為了進行更正確的估計，理想是使用與從其切割出該第一晶圓的單晶塊相同的單晶塊切割出的晶圓作為第二晶圓。注意，在該第二批中，該磊晶層的摻質濃度較佳為1×1018原子/立方公分或更低。
隨後，從該第二批獲取第二矽磊晶晶圓的一部分或多個部分。以粒子束照射每一個獲取的第二矽磊晶晶圓，從而使磊晶層中的碳不純物為發光活化的。在與第一矽磊晶晶圓相同的條件下，進行此粒子束照射。
此外，藉由以激發光照射造成磊晶層發射光，以及得到源自碳不純物的發光之強度或強度比例。在與第一矽磊晶晶圓相同的條件下，進行激發光照射與發光強度或強度比例測量。
而後，比較強度或強度比例與上述關係，從而，估計將從該第二批之剩餘的第二矽磊晶晶圓製造出包括收集器與發射器的半導體裝置之收集器-發射器飽和電壓。
在此估計方法中，可藉由測量作為磊晶層之矽層的發光，來估計收集器-發射器飽和電壓。因此，如果估計例如某製造批的矽磊晶晶圓未達到允許範圍內的飽和電壓，則可藉由在上述製造批中不供應剩餘的晶圓來增加半導體裝置形成製程的產量。同樣地，如果估計某矽磊晶晶圓未達到允許範圍內的飽和電壓，則可能預測晶圓的製造條件已經脫離最佳條件。因此，此估計方法有利於將晶圓製造條件維持在最佳狀態、且也可增加晶圓製程的產量。
在此估計方法中，在源自碳不純物的發光之中，較佳是使用 Ci-Cs複合物發光的強度(0.97eV：G線發光)。
可使用G線發光的強度或Ci-Oi複合物發光的強度(0.79eV；此後稱為C線發光)來確定矽中的碳濃度。然而，矽磊晶層的氧濃度為1×1016原子/立方公分的低濃度或更低。再者，在相同條件下磊晶成長之磊晶層的氧濃度可被視為幾乎不變。
因此，相較於使用C線發光的例子，在使用G線發光的例子中，可得到較高的發光強度，以及C線發光不會干擾該確定。據此，較佳是使用G線發光的強度。
當使用強度比例替代上述估計方法中源自於碳不純物的發光強度時，此強度比例較佳為源自碳不純物之發光強度與源自矽的發光強度之比，例如，G線發光強度與FE線發光強度的比，或是G線發光強度與矽的EHD發光強度的比。當使用這些強度比例時，校正例如表面重組的影響、測量錯誤與測量日造成的錯誤、並且得到具高正確性的上述關係是可能的。
當粒子束(高能量粒子)照射矽磊晶晶圓以及發光活化碳不純物時，使用例如電子束、光子束或各種離子束是可能的。
然而，由於光子或離子是大於電子的粒子，因此不僅導入單空隙(V)，也形成例如雙空隙之類的二級缺陷。如果形成例如雙空隙之類的許多二級缺陷，則增加除了源自碳不純物之外的發光。實例為空隙矽的發光、結晶應變造成的發光、以及源自各種照射損害的發光。在此例子中，具有缺陷階層級但不發光的非照射中心之導入量也增加，以及可貢獻源自碳不純物的發光之載體數量減少。當與碳及非照射中心數量無關的發光減少時，源自碳不純物的發光強度更正確反應出磊晶層的碳濃度。因此，電 子束最適合作為粒子束。
電子束的劑量較佳為1×1013電子/平方公分或更高。這是為了足以造成在磊晶層中於最高濃度5×1014原子/立方公分存在的碳的發光活化，以正確測量發光強度。
電子束的劑量較佳為1×1017電子/平方公分或更低。這是由於如果劑量太高，對於晶圓的照射損害增加、非照射中心的數量增加、且光強度減少。
根據磊晶層的厚度以適當選擇激發光的波長。這是由於激發光穿透矽的深度取決於波長。例如，當磊晶層的厚度為10微米或更大時，激發光的波長較佳為650nm或更短。注意，如果磊晶層是薄的，則取決於波長，產生的載體可流入矽基板而非磊晶層。在此例子中，發光強度不會準確反應出磊晶層的碳濃度。
將詳述根據此實施例的矽磊晶晶圓製造方法。
第5圖為顯示G線發光強度對無激發光強度的比例與收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)之間的關係示例圖。第6圖是顯示根據本發明實施例的矽磊晶晶圓製造方法的流程圖。第7圖為顯示G線發光強度與FE發光強度比的示例圖式。
此製造方法使用上述估計方法。亦即，以與上述估計方法相同的方式首先得到發光強度或強度比例與飽和電壓之間的關係(第6圖中的步驟S1)。
然後，如第5圖所示，比較收集器發射器飽和電壓之預定的第一允許範圍與上述關係以得到光強度或強度比例之第二允許範圍(第二標 準)(第6圖中的步驟S2)。注意，亦可省略步驟S2。
接著，以與上述估計方法相同的方式製備第二批，以及從該第二批獲取一些第二矽磊晶晶圓(第6圖中的步驟S3)。藉由以粒子束照射所獲取的第二矽磊晶晶圓，使得磊晶層中的碳不純物為發光活化的，接著以激發光照射造成磊晶層發射光，並且測量發光光譜(第6圖中的步驟S4)。此外，從此發光光譜得到源自碳 不純物的發光強度或強度比例(第6圖中的步驟S5)。
從強度或強度比例、上述關係以及收集器-發射器飽和電壓之預定允許範圍來確定該第二批之第二矽磊晶晶圓的品質。例如，如第7圖所示，如果強度或強度比例落入第二允許範圍內，則確定該第二批的第二矽磊晶晶圓為良品，以及，如果強度或強度比例落在第二允許範圍外，則確定該第二批的第二矽磊晶晶圓為缺陷產品(第6圖中的步驟S6)。或者，比較強度或強度比例與上述關係以估計飽和電壓。如果此飽和電壓落在第一允許範圍內(第7圖中的樣本1至4)，則確定該第二批的第二矽磊晶晶圓為良品。如果此飽和電壓落在第一允許範圍外(第7圖中的樣本5至7)，則確定該第二批的第二矽磊晶晶圓為缺陷產品。
被認為是良品的第二批被運送(第6圖中的步驟S7)。關於被認為是缺陷產品，造成缺陷的原因是藉由例如分析第二矽磊晶晶圓或檢查製造過程的條件來分析(第6圖中的步驟S8)。基於結果，最佳化矽磊晶晶圓製造過程(第6圖中的步驟S9)。
在此製造方法中，可藉由測量作為晶圓之磊晶層的矽層之發光來確定是否可從矽磊晶晶圓製造具有收集器發射器飽和電壓落在允許範 圍內的半導體裝置。亦即，可在形成半導體裝置之前，可以確定矽磊晶晶圓的品質。因此，半導體裝置的形成製程之產量增加。同樣地，如果所給的矽磊晶晶圓為缺陷產品，預測晶圓的製造條件已經脫離最佳條件是可能的。因此，此製造方法有利於將晶圓製造條件維持在最佳狀態、並且亦可增加晶圓製造過程的產量。
本發明的示例將描述如下。
[實例1]
藉由磊晶成長以在具有鏡面拋光表面的兩個矽晶圓(拋光晶圓)上同時形成多個矽層(磊晶層)，每一層具有的厚度為50微米、摻質濃度為1×1014原子/立方公分、以及碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低，藉以得到兩個矽磊晶晶圓。
在大氣壓力下，以電子束照射矽磊晶晶圓其中之一。電子束的劑量被設定為1×1015電子/平方公分。進行此電子束照射，使得晶圓溫度不超過100℃。因此，使磊晶層中的碳不純物為發光活化的。
而後，在此矽磊晶晶圓上，進行低溫發光測量。更具體而言，晶圓浸泡在4.2K液體氦、並且以波長為532nm的激發雷射光束(可見光)照射，使得在磊晶層表面上的強度為100mW，並且測量發光光譜。從此發光光譜得到G線發光強度與FE發光強度的比例。
接著，從上述另一個矽磊晶晶圓製造包括雙極電晶體的半導體裝置，並且測量此電晶體的收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。
重複包含製造矽磊晶晶圓、光活化、發光光譜的測量、形成半導體裝置以及飽和電壓測量之一連串操作。將得到的數據作圖，得到第5 圖所示的關係圖，亦即G線發光強度與FE發光強度的比例以及收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。
在與用於上述矽磊晶晶圓相同的條件下，同時製造複數個矽磊晶晶圓。重複此製造過程，以及從每一個製造批獲取一個晶圓。在與上述相同的條件下，在每一個獲取的晶圓上進行電子光束照射與低溫發光測量。因此，得到每一個製造批之G線發光強度與FE發光強度的比例。藉由比較這些比例與第5圖所示的關係來預測飽和電壓Vce(sat)。而後，僅運送具有落入要求範圍中之飽和電壓Vce(sat)的批次。
在運送終點，從每一個運送批次的矽磊晶晶圓製造上述半導體裝置，並且測量收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。結果，從所運送批次之晶圓所製造的裝置之所有飽和電壓Vce(sat)皆落入要求範圍內。
[示例2]
依照如同示例1的相同程序而得到矽磊晶晶圓，除了形成各具有厚度為1微米、摻質濃度為1×1014原子/立方公分以及碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的矽層作為磊晶層。依照如同示例1的相同程序而得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係，除了使用這些矽磊晶晶圓以及使用波長為355nm的紫外光作為激發雷射光束。
接著，在與用於上述矽磊晶晶圓相同的條件下，同時製造複數個矽磊晶晶圓。重複此製造程序，並且從每一個製造批獲取一個晶圓。在與上述相同的條件下，於每一個獲取的晶圓上進行電子束照射與低溫發光測量。因此，得到每一個製造批次的G線發光強度與FE發光強度之比例。藉由比較這些比例與上述關係來預測飽和電壓Vce(sat)。而後，僅運送具有 落入要求範圍中之飽和電壓Vce(sat)的批次。
在運送終點，從每一個運送批次的矽磊晶晶圓製造上述半導體裝置，並且測量收集器-發射器飽和電壓Vce(sat)。結果，從所運送的批次之晶圓所製造的裝置之所有飽和電壓Vce(sat)皆落入要求範圍內。
[比較例1]
依照與示例1相同的程序得到矽磊晶晶圓，除了形成各具有厚度為50微米、摻質濃度為1×1014原子/立方公分以及碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的矽層作為磊晶層。依照與示例1相同的程序，嘗試得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係，除了使用這些矽磊晶晶圓以及電子束劑量被設定為1×1018電子/立方公分。然而，由於電子束劑量極高，因此非照射中心的數量增加，以及可貢獻期望來自碳發光的載體數量減少，使得發光強度整體降低。結果，對於一些矽磊晶晶圓而言，源自碳的發光強度變得低於偵測限制，並且不可能得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係。
[比較例2]
依照與示例1相同的程序得到矽磊晶晶圓，除了形成各具有厚度為50微米、摻質濃度為2×1018原子/立方公分以及碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的矽層作為磊晶層。依照與示例1相同的程序，嘗試得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係，除了使用這些矽磊晶晶圓。然而，得到無發光，亦即，僅有雜訊，因此無法得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係。
[比較例3]
依照與示例1相同的程序得到矽磊晶晶圓，除了形成各具有厚度為1微米、摻質濃度為1×1014原子/立方公分以及碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低的矽層作為磊晶層。依照與示例1相同的程序，嘗試得到發光強度比例與飽和電壓Vce(sat)之間的關係，除了使用這些矽磊晶晶圓。然而，由於具有波長為532nm的激發雷射光束穿透矽的深度為2.5微米，因此不可能得到磊晶層的發光光譜。

Claims (10)

  1. 一種飽和電壓估計方法，包括：一第一步驟為製備複數個第一批，各第一批包括二或多個第一矽磊晶晶圓，藉由磊晶成長以在二或多個第一晶圓上進行複數次同時形成具有一碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之複數個矽層的一過程而得到該複數個第一批；一第二步驟為針對該複數個第一批的各第一批，用一粒子束照射該二或多個第一矽磊晶晶圓的一部分或多個部分以使該矽層中的一碳不純物發光活化、以一激發光照射該矽層而造成該發光、測量源自該碳不純物之發光的一強度或強度比例、製造各包括來自該二或多個第一矽磊晶晶圓中剩餘第一矽磊晶晶圓之一收集器與發射器之一或多個半導體裝置、以及測量該裝置之每一個的一收集器-發射器飽和電壓，藉以得到該強度或強度比例與該飽和電壓之間的一關係；一第三步驟為製備包括二或多個第二矽磊晶晶圓的一第二批，該第二批是藉由磊晶成長以在二或多個第二晶圓上進行同時形成具有一碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之複數個矽層的一過程而得到；以及一第四步驟為以一粒子束照射該二或多個第二矽磊晶晶圓的一部分或多個部分以使該矽層中的一碳不純物是發光活化的、以一激發光照射該矽層造成該發光、測量源自該碳不純物之發光的一強度或強度比例、以及比較所得到的該強度或強度比例與該關係來估計要從該二或多個第二矽磊晶晶圓的剩餘第二矽磊晶晶圓製造且包括一收集器與發射器之一半導體裝置的一收集器-發射器飽和電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該第二步驟與該第四步驟的每一個中，該強度或強度比例是源自空隙碳與替代碳之一複合物的一發光強度、源自空隙碳與替代碳之該複合物的該發光強度與矽的一無激發光強度的一比例、或是源自空隙碳與替代碳之該複合物的該發光強度與矽的電子-電洞滴發光之一強度的一比例。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其中該第一與第二晶圓是從相同的單晶塊切割出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該第二步驟與第四步驟的每 一個中，該粒子束為一電子束，以及該電子束的一劑量為1×1013電子/平方公分至1×1017電子/平方公分。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該二或多個第一矽磊晶晶圓與該二或多個第二矽磊晶晶圓的每一個中，該矽層的一摻質濃度為1×1018原子/立方公分或更低。
  6. 一種矽磊晶晶圓製造方法，包括：一第一步驟為製備複數個第一批，各第一批包括二或多個第一矽磊晶晶圓，藉由磊晶成長以在二或多個第一晶圓上進行複數次同時形成具有一碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之複數個矽層的一過程而得到該複數個第一批；一第二步驟為針對該複數個第一批的各第一批，用一粒子束照射該二或多個第一矽磊晶晶圓的一部分或多個部分以使該矽層中的一碳不純物發光活化、以一激發光照射該矽層而造成該發光、測量源自該碳不純物之發光的一強度或強度比例、製造各包括來自該二或多個第一矽磊晶晶圓中剩餘第一矽磊晶晶圓之一收集器與發射器之一或多個半導體裝置、以及測量該裝置之每一個的一收集器-發射器飽和電壓，藉以得到該強度或強度比例與該飽和電壓之間的一關係；一第三步驟為製備包括二或多個第二矽磊晶晶圓的一第二批，該第二批是藉由磊晶成長以在二或多個第二晶圓上進行同時形成具有一碳濃度為5×1014原子/立方公分或更低之複數個矽層的一過程而得到；以及一第四步驟為以一粒子束照射該二或多個第二矽磊晶晶圓的一部分以使該矽層中的一碳不純物是發光活化的、以一激發光照射該矽層造成該發光、測量源自該碳不純物之發光的一強度或強度比例、以及從該強度或強度比例、該關係以及一收集器-發射器飽和電壓的一預定允許範圍來確定該二或多個第二矽磊晶晶圓的一品質。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中在該第二步驟與該第四步驟的每一個中，該強度或強度比例是源自空隙碳與替代碳之一複合物的一發光強度、源自空隙碳與替代碳之該複合物的該發光強度與矽的一無激發光強度的一比例、或是源自空隙碳與替代碳之該複合物的該發光強度與矽的電子-電洞滴發光之一強度的一比例。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之方法，其中該第一與第二晶圓是從相同的單晶塊切割出。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在該第二步驟與第四步驟的每一個中，該粒子束為一電子束，以及該電子束的一劑量為1×1013電子/平方公分至1×1017電子/平方公分。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在該二或多個第一矽磊晶晶圓與該二或多個第二矽磊晶晶圓的每一個中，該矽層的一摻質濃度為1×1018原子/立方公分或更低。
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