TWI779145B - 處理單晶矽鑄碇以改善雷射光散射環狀/核狀圖案的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於減小單晶矽晶圓中之缺陷之大小及密度之方法。該方法涉及在晶圓切割之前使單晶矽鑄錠經受一退火。

Description

處理單晶矽鑄碇以改善雷射光散射環狀/核狀圖案的方法
本發明之領域大體上係關於一種處理單晶矽鑄錠以便減小從所處理鑄錠切割之單晶矽晶圓中之缺陷之大小及密度之方法。
通常使用丘克拉斯基(Czochralski)(「CZ」)方法製備單晶材料，其係用於製造許多電子組件(諸如半導體裝置及太陽能電池)之起始材料。簡言之，丘克拉斯基方法涉及在一坩堝中熔化多晶源材料(諸如多晶矽(polycrystalline silicon)(「多晶矽(polysilicon)」))以形成矽熔體，且接著從熔體拉出單晶鑄錠。
半導體晶圓通常由單晶鑄錠(例如，矽鑄錠)製成，單晶鑄錠經處理以移除種錐及端錐且接著修整、視情況剪切及研磨以具有一或多個平面或凹口以在隨後程序中適當地定向晶圓。接著將鑄錠切割成個別晶圓。雖然本文中將參考由矽構成之半導體晶圓，但其他材料可用於製備半導體晶圓，諸如鍺、碳化矽、矽鍺、砷化鎵以及III族及V族元素之其他合金(諸如氮化鎵或磷化銦)或II族及VI族元件之合金(諸如硫化鎘或氧化鋅)。
不斷縮小大小之現代電子裝置加諸挑戰性限制於矽基板之品質，此至少部分由生長於其中之微缺陷之大小及分佈來判定。形成於由丘克拉斯基程序生長之矽晶體中之大多數微缺陷係具有矽之固有點缺陷(即，空位及自填隙)或氧化物沈澱之集塊。
嘗試產生實質上無缺陷之單晶矽通常包含控制晶體拉出速率(v)與熔體/晶體介面附近之軸向溫度梯度之量值(G)之比。例如，一些已知方法包含將v/G比控制在一臨界v/G值附近，在此情況中，空位及填隙以非常低且相當之濃度併入至生長晶體鑄錠中，從而彼此相互湮滅且因此抑制任何微缺陷在較低溫度下之可能形成。然而，如Kulkarni之美國專利第8,673,248號中描述，將v/G比控制在此一臨界v/G值附近可形成具有相對大及/或濃縮凝聚缺陷之一環形環或「帶」，其從矽晶體鑄錠之橫向表面或圓周邊緣徑向向內延伸一距離，本文中稱為一「缺陷邊緣帶」或簡稱為「缺陷帶」。
此一缺陷帶通常具有低於從缺陷帶徑向向內定位之矽晶體鑄錠之其他部分之品質，且可顯著降低晶體鑄錠之良率。例如，對記憶體裝置之晶圓品質愈來愈嚴格之要求已增加閘極氧化物完整性(GOI)測試之所需崩潰電壓，該等測試用於評估應用於記憶體裝置(例如，SRAM、DRAM)中之矽或半導體晶圓之品質。因此，在實質上無缺陷矽晶圓之缺陷邊緣帶附近或其內發生更多GOI失敗，從而降低良率。
此先前技術章節旨在向讀者介紹可能與本發明之各種態樣相關之本技術之各種態樣，該等態樣在下文描述及/或主張。據信此論述有助於向讀者提供背景資訊以促進對本發明之各種樣態之更佳理解。因此，應理解，應以此教示閱讀此等陳述，而非作為先前技術之認可。
在一個態樣中，本發明係關於一種處理單晶矽鑄錠之方法，該方法包括：研磨該單晶矽鑄錠，其中該單晶矽鑄錠包括一種端、與該種端相對之一尾端及該種端與該尾端之間的一主體，其中該主體研磨成一恆定直徑；退火該研磨單晶矽鑄錠達足以減小從該單晶矽鑄錠切割之一晶圓上之局部雷射散射缺陷之大小或數目之一溫度及持續時間；及將該退火單晶矽鑄錠切割成至少兩個單晶矽晶圓。
本發明進一步係關於一種處理單晶矽鑄錠之方法，該方法包括：從該單晶矽鑄錠移除一種錐及一尾錐，其中該單晶矽鑄錠包括該種錐、與該種錐相對之該尾錐及該種錐與該尾錐之間的一主體；剪切該單晶矽鑄錠之該主體，使得該單晶矽鑄錠之該主體包括一或多個單晶矽片段，其中一片段之厚度係至少約1 cm、至少約10 cm或至少約20 cm；退火該等剪切單晶矽片段之一或多者達足以減小從該單晶矽片段切割之一晶圓上之局部雷射散射缺陷之大小或數目之一溫度及持續時間；及將該退火單晶矽片段切割成至少兩個單晶矽晶圓。
存在關於上述態樣所提及之特徵之各種改良。進一步特徵亦可併入上述態樣中。此等改良及額外特徵可個別地或以任何組合存在。例如，下文關於所繪示實施例之任一者論述之各種特徵可單獨或以任何組合併入至上文描述之態樣之任一者中。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2017年12月21日申請之美國臨時申請案第62/608,624號之優先權之權利，該案之揭示內容以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
本文中描述之方法促進減小形成於由丘克拉斯基方法生長之單晶鑄錠(諸如單晶矽鑄錠)中之缺陷之大小及濃度。因此，本發明之方法足以移除影響裝置良率之缺陷圖案。在不受限於一特定理論之情況下，從一鑄錠切割之晶圓可具有一雷射光散射(LLS)環狀/核狀圖案，圖案源已被視為在晶體拉出期間形成之缺陷或由拋光切片程序形成之蝕刻坑。僅可在已切割晶圓之後且在LLS環狀/核狀圖案量測(其係切片技術中之最後程序步驟之一者)期間偵測LLS環狀/核狀圖案。習知地，執行對切割晶圓執行之一熱處理以移除與LLS環狀/核狀圖案相關聯之缺陷。根據本發明之方法，在晶圓切割之前使處於桿狀態之一鑄錠經受一退火。此退火具有若干優點，包含減小組成LLS環狀/核狀圖案之缺陷之大小及密度、相較於熱處理個別晶圓之時間及成本節省、歸因於桿狀態熱處理之減小污染及加熱一整個鑄錠或鑄錠區段而非個別晶圓所導致之均勻性。
用於本發明之方法之單晶矽鑄錠可具有可由丘克拉斯基方法獲得之任何長度及直徑。在一些實施例中，鑄錠之直徑可為至少約100 mm、至少約200 mm，諸如至少約300 mm、至少約400 mm或甚至至少約450 mm，諸如介於約150 mm與約450 mm之間。在一些實施例中，鑄錠之長度係至少25 cm，諸如至少約50 cm、至少約75 cm、至少約100 cm、至少約150 cm或甚至至少約200 cm，諸如介於約100 cm與約300 cm之間。在一些實施例中，具有此等長度及直徑之鑄錠之質量可為至少約15 kg或至少約100 kg，諸如至少約200 kg、至少約300 kg、至少約400 kg、至少約500 kg、至少約600 kg、至少約700 kg或甚至至少約800 kg，諸如介於約15公斤(kg)與約450 kg之間，諸如介於約150 kg與約450 kg之間。由丘克拉斯基方法生長之單晶矽鑄錠包括種端處之一種錐及與種端相對之一尾端處之尾錐。鑄錠亦包括種端與尾端之間的一主體部分。在鑄錠生長之後，可將單晶矽鑄錠冷卻至容許處置之一溫度。儘管本發明之方法可應用於一生成態鑄錠，但一般言之，在本發明之方法之前將從鑄錠移除種錐及尾錐。
在一些實施例中，可將移除種錐及尾錐之單晶矽鑄錠剪切成一或多個單晶矽片段。單晶矽鑄錠亦可經修整以在周邊之一部分處具有一定向平面或一凹口以指示晶體定向。一或多個單晶矽片段之任一者之厚度可為至少約1 cm、至少約10 cm、至少約20 cm或至少約50 cm。一般言之，一片段之厚度係小於約1 m、小於約50 cm或小於約40 cm或小於30 cm。在一些實施例中，一片段之厚度係介於約10 cm與約30 cm之間。
在一些實施例中，鑄錠可經受研磨，該研磨足以產生具有擁有一恆定直徑區域之一主體之一鑄錠。可在整個單晶矽鑄錠上(即，在剪切之前)發生研磨。一未剪切鑄錠之長度可為至少約1 cm、至少約10 cm、至少約20 cm或至少約1 m，諸如介於約1 m與約3 m之間。此等鑄錠之重量可為介於約15公斤(kg)與約450 kg之間，諸如介於約150 kg與約450 kg之間。亦可使用本文中揭示之系統及方法生長具有小於150 mm或大於450 mm之直徑或除介於約15公斤(kg)與約450 kg之間(諸如介於約150 kg與約450 kg之間)以外的加載大小之鑄錠。替代地，可將一剪切片段研磨成一恆定直徑區域。一或多個單晶矽片段之任一者之厚度可為至少約1 cm、至少約10 cm、至少約20 cm或至少約50 cm。一般言之，一片段之厚度係小於約1 m、小於約50 cm或小於約40 cm或小於約30 cm。在一些實施例中，一片段之厚度係介於約10 cm與約30 cm之間。採用一磨輪之一機器將鑄錠塑形為晶圓直徑控制所需之精度。其他磨輪接著用於雕刻一特性凹口或一平面，以便界定未來晶圓相對於一特定結晶軸之適當定向。恆定直徑區域之直徑可為至少約150 mm、至少約200 mm、至少約300 mm或至少約450 mm，諸如介於約150 mm至約450 mm之間。
在生長程序期間，坩堝緩慢地將氧溶解至熔體中以併入至最終晶體鑄錠中。在一些實施例中，鑄錠或從其切割之任何單晶矽晶圓可包括填隙氧，其濃度通常可由丘克拉斯基方法達成。在一些實施例中，鑄錠或從其切割之任何單晶矽晶圓包括氧，其濃度係介於約4 PPMA (約2x1017 原子/cm3 )與約18 PPMA (約9x1017 原子/cm3 )之間。在一些實施例中，半導體晶圓包括氧，其濃度係介於約4 PPMA (約2x1017 原子/cm3 )與約45 PPMA (約2.2x1018 原子/cm3 )之間，諸如介於約10 PPMA (約5x1017 原子/cm3 )與約35 PPMA (約1.7x1018 原子/cm3 )之間。較佳地，鑄錠或從其切割之任何單晶矽晶圓包括氧，其濃度不大於約12 PPMA (約6x1017 原子/cm3 )，諸如小於約10 PPMA (約5x1017 原子/cm3 )。可根據SEMI MF 1188-1105量測填隙氧。
由丘克拉斯基方法生長之鑄錠中之典型碳濃度可為小於約1.0x1016 原子/cm3 ，諸如介於約2x1015 原子/cm3 與約 1.0x1016 原子/cm3 之間或介於約5x1015 原子/cm3 與約1.0x1016 原子/cm3 之間。
摻雜劑之有意添加控制最終晶體之電阻率分佈。一般言之，鑄錠或從其切割之任何單晶矽晶圓之電阻率不具有限制。代替地，由晶圓之最終用途判定鑄錠、片段及從其切割之晶圓之電阻率。鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓可具有可由丘克拉斯基或浮區方法獲得之任何電阻率。因此，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓之電阻率係基於本發明之結構之最終用途/應用之要求。因此，電阻率可從毫歐姆或更小變化至百萬歐姆或更大。在一些實施例中，鑄錠或從其切割之任何單晶矽晶圓包括一p型或一n型摻雜劑。適合摻雜劑包含p型摻雜劑(諸如硼、鋁、鎵及銦)及n型摻雜劑(諸如磷、砷及銻)。基於所要電阻率選擇摻雜劑濃度。在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓包括一p型摻雜劑，諸如硼。在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓包括一n型摻雜劑，諸如砷或磷。
在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓具有一相對低最小體電阻率，諸如低於約100 ohm-cm、低於約50 ohm-cm、低於約1 ohm-cm、低於約0.1 ohm-cm或甚至低於約0.01 ohm-cm。在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓具有一相對低最小體電阻率，諸如低於約100 ohm-cm或介於約1 ohm-cm與約100 ohm-cm之間，諸如介於約0.01 ohm-cm與約100 ohm-cm之間。低電阻率晶圓可包括電活性摻雜劑，諸如p型摻雜劑(諸如硼、鋁、鎵及銦)及/或n型摻雜劑(諸如磷、砷及銻)。
在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓具有一相對高最小體電阻率。高電阻率鑄錠、片段或晶圓可包括電活性摻雜劑，諸如p型摻雜劑(諸如硼、鋁、鎵及銦)及/或n型摻雜劑(諸如磷、砷及銻)，其等通常具有非常低濃度。在一些實施例中，鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓具有一最小體電阻率，其係至少100 Ohm-cm、至少約500 Ohm-cm、至少約1000 Ohm-cm或甚至至少約3000 Ohm-cm，諸如介於與100 Ohm-cm與約100,000 Ohm-cm之間或介於約500 Ohm-cm與約100,000 Ohm-cm之間或介於約1000 Ohm-cm與約100,000 Ohm-cm之間或介於約500 Ohm-cm與約10,000 Ohm-cm之間或介於約750 Ohm-cm與約10,000 Ohm-cm之間、介於約1000 Ohm-cm與約10,000 Ohm-cm之間、介於約2000 Ohm-cm與約10,000 Ohm-cm之間、介於約3000 Ohm-cm與約10,000 Ohm-cm之間或介於約3000 Ohm cm與約5,000 Ohm-cm之間。
鑄錠、片段或從其切割之任何單晶矽晶圓可具有(100)、(110)或(111)晶體定向之任一者，且晶體定向之選擇可由結構之最終用途指示。
在晶圓切割之前使單晶矽鑄錠或其之一剪切片段經受一退火。可在種錐及端錐仍在適當位置中之一鑄錠上發生退火，從而移除種錐及端錐，或其之一剪切片段可經退火。在足以減少從退火鑄錠或片段切割之一晶圓中之LLS環狀/核狀圖案中所找到之缺陷之一溫度及持續時間中退火。有利地，亦可減少其他缺陷。可在一熔爐(例如，適合於工業或實驗室用途之箱式爐)中發生退火。退火環境氛圍通常係惰性的，即，非氫化及/或非氧化。在一些實施例中，氛圍可包括氬、氮或氬與氮之一組合。在一些實施例中，環境氛圍包括氬。在一些實施例中，環境氛圍本質上由高純度之氬構成，諸如至少約99體積%、至少約99.9體積%、至少約99.99體積%或甚至至少約99.999體積%。在一些實施例中，環境氛圍包括氮。在一些實施例中，環境氛圍本質上由高純度之氮構成，諸如至少約99體積%、至少約99.9體積%、至少約99.99體積%或甚至至少約99.999體積%。在一些實施例中，環境氛圍包括氬與氮之一組合，其中氮含量可在約1體積%與約99體積%之間變化，諸如介於約10體積% 與約90體積%之間或介於約20體積%與約80體積%之間，其與氬平衡。在一些實施例中，退火溫度係至少約600°C，諸如介於約600°C與約1200°C之間或介於約600°C與約1000°C之間或介於約600°C與約900°C之間或介於約700°C與約900°C之間。在一些實施例中，單晶矽鑄錠或其之片段退火達至少約1小時之一持續時間，諸如介於約1小時與約6小時之間，諸如介於約1小時與約4小時之間或介於約1小時與約3小時之間或約2小時之一持續時間。
在退火且冷卻至足以容許處置之一溫度之後，從熱處理鑄錠切割個別晶圓。晶圓塑形涉及將鑄錠片段變為一功能晶圓所需之一系列精確機械及化學程序步驟。在此等步驟期間，晶圓表面及尺寸經完善至嚴格細節。各步驟經設計以使晶圓符合用戶規格。此等關鍵步驟之第一者係多佈線切割。主要最新技術切割技術係多佈線鋸切(MWS)。此處，將一細線配置於圓柱形捲軸上方，使得數百個平行線段同時行進通過鑄錠。在鋸作為一整體緩慢地移動通過鑄錠時，個別線段進行一平移運動以始終將新線與矽接觸。實際上由沿旋轉線運行之SiC或其他研磨劑達成鋸切效應。在MWS之後，清潔晶圓且將其等固結成程序批次且運輸至下一操作。線鋸之側向偏轉可導致晶圓表面上之標記或「波紋」且線至線厚度變化導致不高於幾微米之晶圓厚度變化。因此將晶圓曝露至一複雜拋光程序。從退火鑄錠或片段切割至少兩個晶圓，各晶圓包括：兩個主要大體上平行表面，其等之一者係單晶矽晶圓之一前表面且其等之另一者係單晶矽晶圓之一後表面；一圓周邊緣，其連結單晶矽晶圓之前表面及後表面；一中心平面，其在單晶矽晶圓之前表面與後表面之間且平行於該等表面；一中心軸，其垂直於中心平面；及一塊狀區域，其在單晶矽晶圓之前表面與後表面之間。各晶圓具有如在單晶矽晶圓之前表面與後表面之間且沿中心軸量測之一厚度，其係小於約1500微米。可將一典型片段(例如，具有介於約10 cm與約30 cm之間的一長度之片段)切割成介於約2個晶圓與約400個晶圓之間，諸如介於約2個晶圓與約300個晶圓之間或介於約10個晶圓與約300個晶圓之間或介於約50個晶圓與約300個晶圓之間。
通常在兩步程序中執行前表面拋光。一個機械拋光步驟(磨薄)產生平整度，其後接著一化學蝕刻產生平滑度。在拋光之後，晶圓經受一最終清潔。磨薄晶圓從晶圓之前側及後側移除鋸標記及表面缺陷，將晶圓薄化至規格且減輕鋸切程序期間累積於晶圓中之大部分應力。磨薄之目的包含移除切割晶圓中之表面下損壞，將晶圓薄化至目標厚度，且達成晶圓表面之一高平行度及平整度。單側及雙側磨薄程序兩者可用於磨薄基板晶圓。在雙側磨薄(DSL)中，鬆散磨料顆粒懸浮在一膠狀漿液中以磨蝕晶圓表面之材料。將晶圓固持在以行星運動驅動之齒輪載體中。在將一批晶圓手動地裝載至載體之孔中之後，將由一特定壓力(或重量) (例如，約1 kg至約30 kg或約5 kg至約20 kg，諸如約10 kg)迫使上板向下。兩個板開始在相同方向或相反方向上旋轉。在雙側磨薄期間，同時磨薄晶圓之兩個側。膠狀漿液不斷填充至磨薄機器中，且晶圓與兩個板之間通常存在一漿液薄膜。當磨料粒度在晶圓表面與兩個板之間滑動或滾動時，漿液透過磨料粒度執行材料移除。磨薄可發生達至少1分鐘、至少5分鐘、至少10分鐘、至少15分鐘、至少20分鐘、至少25分鐘，諸如約10分鐘。包含磨薄壓力、板旋轉速度、板材料、磨料材料及晶粒大小、漿液濃度、漿液流速及載體設計之磨薄參數可係根據習知技術。例如，磨薄漿液中之顆粒大小之範圍可為約1微米至約250微米，諸如介於約1微米與約50微米之間，諸如介於約5微米與約20微米之間。旋轉速率之範圍可為約10 rpm至約150 rpm或約25 rpm至約150 rpm，諸如約50 rpm、約75 rpm或約100 rpm。在一些實施例中，晶圓可與氧化鋁(Al2 O3 )漿液接觸。在一些實施例中，晶圓可與包括單晶鑽石顆粒之一漿液接觸。在一些實施例中，晶圓可與包括碳化硼顆粒之一漿液接觸。在一些實施例中，晶圓可與包括碳化矽顆粒之一漿液接觸。
邊緣研磨通常在磨薄之前或之後進行且對晶圓之結構完整性係非常重要的。邊緣研磨步驟對晶圓邊緣之安全係關鍵的。單晶矽非常易碎且若邊緣未經輪廓化或修圓，則可能在處置期間發生剝脫。邊緣剝脫不僅不利地影響個別晶圓，而且可在邊緣剝脫污染處理設備或附近晶圓時影響正在處理之其他晶圓。200 mm及300 mm晶圓之邊緣係圓的，甚至在凹口區域亦如此。用一鑽石圓盤研磨此邊緣以移除損壞且消除周邊應力。藉由邊緣研磨，調整晶圓之最終直徑(精確度高達0.02 mm)。
在一最終清潔及拋光之後，晶圓準備在遞送之前進行一最終檢測。使用特殊設計檢測工具量測個別晶圓平整度及表面顆粒以保證晶圓品質。本發明之方法能夠減少LLS環狀/核狀圖案之缺陷特性。在一些實施例中，可使用37 nm LLS大小準則將LLS環狀/核狀圖案中之缺陷數目減少至少約50%，諸如至少約60%、至少約70%或甚至至少約80%。實例 1 .
由一剪切鋸將由丘克拉斯基方法生長之單晶矽鑄錠剪切成片段。在達成Perfect SiliconTM (SunEdison Semiconductor, Ltd.)之標準之條件下生長矽鑄錠。此等標準包含無凝聚缺陷、DSOD (直接表面氧化缺陷)、COP (源於晶體之坑)、D缺陷及I缺陷等之一鑄錠。氧濃度係小於6.0x1017 原子/cm3 (約12 PPMA)。
剪切片段可研磨成具有一恆定直徑主體。替代地，剪切片段可在研磨之前退火。將片段裝載至一箱式爐(TCM、STC80K-CT)中。在一些例項中，在氮氛圍中將片段在500°C下退火達一小時。在一些例項中，片段在900°C下退火達兩小時。接著由線鋸將退火片段切割成個別晶圓且分析LLS環狀/核狀缺陷圖案。
在500°C下達1小時之熱處理中未移除37 nm (LLS分格大小)及47 nm (LLS分格大小) LLS圖案。參見圖1第二行及第三行。此等行描繪在退火之前從片段切割之晶圓之一平均數及從一退火片段切割之25個晶圓之一平均數之晶圓缺陷圖案。如圖1中展示，低溫度、短持續時間退火未顯著降低缺陷密度。在拋光及清潔步驟之後調查彼此堆疊之各25個晶圓LLS影像且結果前後之各25個影像亦為姊妹卡帶，此意謂各卡帶影像在熱處理之前係相同影像及品質。較高溫度下之較長持續時間退火減少缺陷數目且導致圖案消失，且在900°C下達2小時之桿熱處理條件下完全移除LLS環狀/核狀圖案。參見圖1第四行及第五行。針對此等晶圓，根據37 nm LLS大小準則，LLS缺陷數目平均從每晶圓157個缺陷減少為每晶圓24個缺陷。
當介紹本發明或其(若干)實施例之元件時，冠詞「一」、「一個」、「該」及「該等」旨在意謂存在元件之一或多者。術語「包括」、「包含」及「具有」旨在係包含性的且意謂可存在除列出元件以外的額外元件。
因為可在不脫離本發明之範疇之情況下在上文構造及方法中做出各種改變，所以包含於上文描述中且展示於隨附圖式中之全部標的應旨在解釋為闡釋性而非一限制性含義。
圖1係描繪在兩個溫度及兩個持續時間中退火之前及之後減小單晶矽片段中之LLS環狀/核狀圖案之一表。在37 nm及47 nm測試條件下量測缺陷。

Claims (27)

  1. 一種處理單晶矽鑄錠之方法，該方法包括：研磨該單晶矽鑄錠，其中該單晶矽鑄錠包括一種端、與該種端相對之一尾端及該種端與該尾端之間的一主體，其中該主體研磨成一恆定直徑，其中該單晶矽鑄錠之該主體之該直徑係至少約150mm；退火該研磨單晶矽鑄錠達足以減小從該單晶矽鑄錠切割之一晶圓上之局部雷射散射缺陷之大小或數目之一溫度及持續時間，其中該單晶矽鑄錠係在介於約600℃與約900℃之一溫度下退火，且退火達至少約1小時之一持續時間，且進一步其中在由氬、氮或氬與氮之一組合構成之一環境氛圍中退火該單晶矽鑄錠，以因此在使用37nm雷射光散射大小準則下，將雷射光散射環狀/核狀圖案中之缺陷數目減少至少80%；及將該退火單晶矽鑄錠切割成至少兩個單晶矽晶圓。
  2. 如請求項1之方法，其中由丘克拉斯基程序生長該單晶矽鑄錠，且在研磨之前冷卻該單晶矽鑄錠，且進一步其中該單晶矽鑄錠包括濃度介於約4PPMA(約2x1017原子/cm3)與約18PPMA(約9x1017原子/cm3)之間之氧。
  3. 如請求項1之方法，其中該單晶矽鑄錠之該主體之該直徑係至少約300mm。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括將該單晶矽鑄錠剪切成一或多個片 段之步驟，其中一片段之厚度係至少約1cm。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括將該單晶矽鑄錠剪切成一或多個片段之步驟，其中一片段之厚度係小於約1m。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括將該單晶矽鑄錠剪切成一或多個片段之步驟，其中一片段之厚度係介於約10cm與約30cm之間。
  7. 如請求項1之方法，其中從該退火鑄錠切割之各單晶矽晶圓包括：兩個主要大體上平行表面，其等之一者係該單晶矽晶圓之一前表面且其等之另一者係該單晶矽晶圓之一後表面；一圓周邊緣，其連結該單晶矽晶圓之該前表面及該後表面；一中心平面，其在該單晶矽晶圓之該前表面與該後表面之間且平行於該等表面；一中心軸，其垂直於該中心平面；及一塊狀區域，其在該單晶矽晶圓之該前表面與該後表面之間，其中各晶圓具有如在該單晶矽晶圓之該前表面與該後表面之間且沿該中心軸量測之一厚度，其係小於約1500微米。
  8. 如請求項1之方法，其中將該退火單晶矽鑄錠切割成介於約兩個單晶矽晶圓與約300個單晶矽晶圓之間。
  9. 如請求項1之方法，其中將該退火單晶矽鑄錠切割成約300個單晶矽晶圓。
  10. 如請求項1之方法，其中在包括氮之一環境氛圍中退火該單晶矽鑄錠。
  11. 如請求項1之方法，其中在本質上由氮構成之一環境氛圍中退火該單晶矽鑄錠。
  12. 如請求項1之方法，其中在介於約700℃與約900℃之間的一溫度下退火該單晶矽鑄錠。
  13. 如請求項1之方法，其中該單晶矽鑄錠退火達介於約1小時與約4小時之間的一持續時間。
  14. 如請求項1之方法，其中該單晶矽鑄錠退火達約2小時之一持續時間。
  15. 一種處理單晶矽鑄錠之方法，該方法包括：從該單晶矽鑄錠移除一種錐及一尾錐，其中該單晶矽鑄錠包括該種錐、與該種錐相對之該尾錐及該種錐與該尾錐之間的一主體，其中該單晶矽鑄錠之該主體之該直徑係至少約150mm；剪切該單晶矽鑄錠之該主體，使得該單晶矽鑄錠之該主體包括一或多個單晶矽片段，其中一片段之厚度係至少約1cm；退火該等剪切單晶矽片段之一或多者達足以減小從該單晶矽片段切割之一晶圓上之局部雷射散射缺陷之大小或數目之一溫度及持續時間，其 中該等剪切單晶矽片段之一或多者係在介於約600℃與約900℃之一溫度下退火，且退火達至少約1小時之一持續時間，且進一步其中在由氬、氮或氬與氮之一組合構成之一環境氛圍中退火該等剪切單晶矽片段之一或多者，以因此在使用37nm雷射光散射大小準則下，將雷射光散射環狀/核狀圖案中之缺陷數目減少至少80%；及將該退火單晶矽片段切割成至少兩個單晶矽晶圓。
  16. 如請求項15之方法，其中由丘克拉斯基程序生長該單晶矽鑄錠，且進一步其中該單晶矽鑄錠包括濃度介於約4PPMA(約2x1017原子/cm3)與約18PPMA(約9x1017原子/cm3)之間之氧。
  17. 如請求項15之方法，其進一步包括研磨該單晶矽片段之該主體，其中該主體研磨成至少約300mm之一恆定直徑。
  18. 如請求項15之方法，其中一單晶矽片段之厚度係小於約1m。
  19. 如請求項15之方法，其中一單晶矽片段之該厚度係介於約10cm與約30cm之間。
  20. 如請求項15之方法，其中從該退火單晶矽片段切割之各單晶矽晶圓包括：兩個主要大體上平行表面，其等之一者係該單晶矽晶圓之一前表面且其等之另一者係該單晶矽晶圓之一後表面；一圓周邊緣，其連結該單晶矽晶圓之該前表面及該後表面；一中心平面，其在該單晶矽晶圓之該前表 面與該後表面之間且平行於該等表面；一中心軸，其垂直於該中心平面；及一塊狀區域，其在該單晶矽晶圓之該前表面與該後表面之間，其中各晶圓具有如在該單晶矽晶圓之該前表面與該後表面之間且沿該中心軸量測之一厚度，其係小於約1500微米。
  21. 如請求項15之方法，其中將該退火單晶矽片段切割成介於約兩個單晶矽晶圓與約300個單晶矽晶圓之間。
  22. 如請求項15之方法，其中將該退火單晶矽片段切割成約300個單晶矽晶圓。
  23. 如請求項15之方法，其中在包括氮之一環境氛圍中退火該單晶矽片段。
  24. 如請求項15之方法，其中在本質上由氮構成之一環境氛圍中退火該單晶矽片段。
  25. 如請求項15之方法，其中在介於約700℃與約900℃之間的一溫度下退火該單晶矽片段。
  26. 如請求項15之方法，其中該單晶矽片段退火達介於約1小時與約4小時之間的一持續時間。
  27. 如請求項15之方法，其中該單晶矽片段退火達約2小時之一持續時間。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11158040B2 (en) * 2018-06-29 2021-10-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for identifying robot arm responsible for wafer scratch
CN114318540B (zh) * 2022-01-04 2023-07-18 山东天岳先进科技股份有限公司 一种结晶质量均匀的碳化硅单晶片及籽晶

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632919A (zh) * 2003-12-25 2005-06-29 北京有色金属研究总院 一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法
CN1836062A (zh) * 2003-08-12 2006-09-20 信越半导体股份有限公司 晶圆的制造方法
CN104726931A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 江苏盎华光伏工程技术研究中心有限公司 具有退火装置的单晶炉及其控制方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS583374B2 (ja) 1977-06-15 1983-01-21 超エル・エス・アイ技術研究組合 シリコン単結晶の処理方法
US6416836B1 (en) * 1998-10-14 2002-07-09 Memc Electronic Materials, Inc. Thermally annealed, low defect density single crystal silicon
EP1061565A1 (en) 1998-12-28 2000-12-20 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Method for thermally annealing silicon wafer and silicon wafer
JP4750916B2 (ja) * 1999-03-26 2011-08-17 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶インゴットの育成方法およびそれを用いたシリコンウェーハ
KR100368331B1 (ko) 2000-10-04 2003-01-24 주식회사 실트론 반도체 웨이퍼의 열처리 방법 및 이를 통해 제조된 반도체 웨이퍼
DE10025871A1 (de) * 2000-05-25 2001-12-06 Wacker Siltronic Halbleitermat Epitaxierte Halbleiterscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP3893608B2 (ja) 2000-09-21 2007-03-14 信越半導体株式会社 アニールウェーハの製造方法
JPWO2003003441A1 (ja) 2001-06-28 2004-10-21 信越半導体株式会社 アニールウェーハの製造方法及びアニールウェーハ
JP2003059932A (ja) 2001-08-08 2003-02-28 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン単結晶ウエハの製造方法およびシリコン単結晶ウエハ
JP4633977B2 (ja) 2001-08-30 2011-02-16 信越半導体株式会社 アニールウエーハの製造方法及びアニールウエーハ
JP4699675B2 (ja) 2002-10-08 2011-06-15 信越半導体株式会社 アニールウェーハの製造方法
US7211141B2 (en) 2003-08-12 2007-05-01 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for producing a wafer
KR100573473B1 (ko) * 2004-05-10 2006-04-24 주식회사 실트론 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법
US7067005B2 (en) 2004-08-06 2006-06-27 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon wafer production process and silicon wafer
JP4487753B2 (ja) * 2004-12-10 2010-06-23 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハ用のアルカリエッチング液及び該エッチング液を用いたエッチング方法
FR2881573B1 (fr) * 2005-01-31 2008-07-11 Soitec Silicon On Insulator Procede de transfert d'une couche mince formee dans un substrat presentant des amas de lacunes
DE102005028202B4 (de) 2005-06-17 2010-04-15 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silizium
JP4183093B2 (ja) 2005-09-12 2008-11-19 コバレントマテリアル株式会社 シリコンウエハの製造方法
JP4899608B2 (ja) * 2006-04-20 2012-03-21 株式会社Ｓｕｍｃｏ 半導体単結晶の製造装置及び製造方法
EP2027312B1 (en) 2006-05-19 2015-02-18 MEMC Electronic Materials, Inc. Controlling agglomerated point defect and oxygen cluster formation induced by the lateral surface of a silicon single crystal during cz growth
DE102006034786B4 (de) 2006-07-27 2011-01-20 Siltronic Ag Monokristalline Halbleiterscheibe mit defektreduzierten Bereichen und Verfahren zur Ausheilung GOI-relevanter Defekte in einer monokristallinen Halbleiterscheibe
EP2097923A1 (en) 2006-12-28 2009-09-09 MEMC Electronic Materials, Inc. Methods for producing smooth wafers
JP5212472B2 (ja) * 2008-06-10 2013-06-19 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
WO2010150547A1 (ja) * 2009-06-26 2010-12-29 株式会社Sumco シリコンウェーハの洗浄方法、およびその洗浄方法を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法
TWI510682B (zh) * 2011-01-28 2015-12-01 Sino American Silicon Prod Inc 晶棒表面奈米化製程、晶圓製造方法及其晶圓
JP5682471B2 (ja) 2011-06-20 2015-03-11 信越半導体株式会社 シリコンウェーハの製造方法
US9202711B2 (en) 2013-03-14 2015-12-01 Sunedison Semiconductor Limited (Uen201334164H) Semiconductor-on-insulator wafer manufacturing method for reducing light point defects and surface roughness

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1836062A (zh) * 2003-08-12 2006-09-20 信越半导体股份有限公司 晶圆的制造方法
CN1632919A (zh) * 2003-12-25 2005-06-29 北京有色金属研究总院 一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法
CN104726931A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 江苏盎华光伏工程技术研究中心有限公司 具有退火装置的单晶炉及其控制方法

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