TWI299521B - - Google Patents

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1299521 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在晶圓全面具有良好吸氣能力之磊晶矽 晶圓及其製造方法。 【先前技術】 作爲用來製造半導體元件之基板而被廣泛應用之矽晶 圓之大半部分是由CZ( Czochralski )法培養。在藉由CZ 法培養之矽單結晶中，大約以1018at〇mS/cm3之濃度含 有作爲摻質之格子間氧。此格子間氧係在結晶培養製程中 從固化到冷卻至室溫爲止之熱經歷（以下略稱結晶熱經歷 )、或在半導體元件之製作過程之熱處理製程之中形成過 飽和狀態而析出，形成矽氧化物之析出物（以下，稱爲氧 析出物或單以析出物稱之）。 該氧析出物係在元件製作過程之中作爲將混入之重金 屬摻質捕獲之側有效地作動（內部吸氣Internal Gettering :IG )，使元件特性和良率提昇。從此觀點，作爲矽晶圓 之品質之一，IG能力受到重視。 氧析出之過程係從析出核和其成長之過程而形成。通 常，在結晶熱經歷時核形成進行，藉由其後之元件製作過 程等之熱處理大幅成長，作爲氧析出物被檢測出。從此觀 點，將在結晶熱經歷所形成之物稱爲內部成長（Grown -in )析出核。當然，在其後之熱處理之中亦有氧析出核形 成之情況。 -5- (2) 1299521 通常之砷系成長（as — grown )晶圓之情況，在元件 製作過程前之步驟存在之氧析出核極小，不持有IG能力 。但是，藉由經過元件製作過程，成長爲大的氧析出物， 而具有IG能力。 爲了讓晶圓表面附近之元件製作範圍無缺陷化，所以 有使用藉由在基板上的氣相成長使矽單結晶堆積之磊晶矽 晶圓之情況。即使在此磊晶矽晶圓之中使IG能力附加於 基板是重要的。 但是，因爲磊晶製程係約ll〇〇t以上之高溫，所以 在結晶熱經歷所形成之氧析出核（Grown - in析出核）已 完全消滅。在其後之元件製作過程之中就不形成氧析出物 了。因而，在磊晶矽晶圓有IG能力降低之問題。 作爲解決此問題之方法，係藉由在磊晶製程前之基板 施予800°C左右之熱處理，即使高溫之磊晶製程亦不消滅 之尺寸爲止，使在結晶熱經歷所形成之Grown - in析出核 成長之方法。在此方法之中，磊晶成長前之熱處理溫度在 例如800°C之情況，800°C之臨界尺寸（在該溫度可安定 成長之析出核之最小尺寸）以上之尺寸之Grown- in析出 核成長而殘留在磊晶製程，藉由磊晶製程後之元件製作過 程等之熱處理成長而形成氧析出物。 磊晶製程前之基板之Grown - in析出核密度之面內之 分佈，未必僅限於均等。以典型之例而言，在氧化性環境 下施予大約1100 °C以上之熱處理之時產生之氧化誘導積 層缺陷（以下稱OSF)之核比較大之尺寸的Grown — in析 (3) 1299521 出核有呈環狀存在之情況（以下，將0 s F產生呈環狀之 範圍稱爲OSF環）。對該種基板’若施予使Grown - in 析出核成長之熱處理之後進行磊晶成長的話’有磊晶矽晶 圓中之析出物密度之面內分佈形成不均等’ IG能力形成 不均等之問題產生。 若在高濃度添加硼之一般的P +基板，與在低濃度添 加硼之P +基板比較的話，可了解藉由硼添加之影響OSF 環容易產生。 因此，上述之IG能力之面內不均等化之問題，係尤 其在使用P +基板之p/ P +磊晶矽晶圓時容易產生。當然， 除了 P +基板以外作爲磊晶矽晶圓之基板所使用之P基板 ，即使在低濃度添加磷之η基板和高濃度添加銻或砷之 η +基板之中，藉由結晶培養條件係有OSF環產生之情況 。在該種情況與Ρ +基板之情況同樣地產生IG能力不均等 之問題產生。 並且，伴隨著近年之元件製作過程係使用之晶圓之大 直徑化，低溫化短時間化進行，例如，一連串之元件製作 過程全部在1 000 °C以下進行，且愈來愈頻繁地使用只需 要數十秒左右之熱處理時間之 RTP (Rapid Thermal Processing )。此種元件製作過程，係因爲全部之熱處理 加起來亦只有相當於1 00CTC和2小時左右之熱處理的情 況’所以如習知’不能預期在元件製作過程中之氧析出物 之成長。從該種情形來看，對低溫化短時間化之元件製作 過程’在元件製作過程投入前之步驟具有良好之IG能力 -7- (4) 1299521 是必要的。 【發明內容】 〔用以解決課題之手段〕 本發明係有鑑於上述問題點而開發完成，其目的爲： 提供在晶圓全面具有良好之IG能力之磊晶矽晶圓及其製 造方法。 爲了解決上述課題，所以本發明之磊晶矽晶圓，其特 徵爲：在磊晶成長後之矽單結晶基板內部被檢測出之氧析 出物之密度，在晶圓面內之任何位置係爲lx 109/ cm3以 上。 如此，藉由即使在晶圚面內之任何位置之中存在高密 度之氧析出物，在晶圓全面之中形成具有良好IG能力之 嘉晶砂晶圓。 再者，以緊接在磊晶製程之後可實驗性地檢測出在高 密度具有氧析出物，在元件製作過程投入前之步驟具有良 好之IG能力，對氧析出物之成長不可預期之低溫化短時 間化之元件製作過程特別有效。此處，具有IG能力之氧 •析出物之尺寸，亦大體的推測實驗性地可檢測出之氧析出 物之尺寸（直徑3 0〜4 0 n m左右）。一般而言，因爲即使 不可實驗性地檢測出之尺寸之氧析出物但被認爲具有IG 能力，所以若是可實驗性地檢測出之尺寸的話可判斷具有 足夠的IG能力。 作爲上述磊晶成長前之上述矽單結晶基板，係具有在 -8- 1299521 ' · - .. ··· · (5) 矽單結晶之培養製程所形成之Grown - in析出核，且使用 在氧化性環境下於熱處理之情況積層缺陷使用在不產生呈 環狀之矽晶圓較佳。 本發明人，係如果在基板OSF環存的話，對該基板 用來使Grown - in析出核成長，施予熱處理之後於進行磊 晶成長之情況所檢測出之氧析出物之密度在磊晶矽晶圓面 內形成不均等，找出在一部份之範圍減少析出物密度，達 成本發明。亦即，若 OSF環不存在基板的話，因爲 Grown - in析出核密度之面內分佈比較均等，故可形成在 晶圓全面均等下之高密度之氧析出物。在高濃度添加硼之 一般的P +基板，因爲藉由硼添加之影響OSF環容易產生 ，所以本發明特別有效。 又，所謂本發明之「高濃度硼」，係硼濃度至少爲5 X 1017atoms/ cm3，在爲了控制電阻率所以特意添加之不 純物僅爲硼之情況相當於〇. 1 Ω · cm以下之電阻率。 即使在磊晶矽晶圓面內之任何位置，於將氧析出物密 度做成lxl 09/ cm3以上，具有以矽單結晶之培養製程所 形成之Grown - in析出核，且在氧化性環境下於熱處理之 情況將積層缺陷不產生環狀之矽單結晶晶圓作爲基板，對 該基板於施予使Grown - in析出核成長之熱處理後，可進 行磊晶成長。 如此，在OSF環不存在之基板中，因爲Grown - in 析出核密度之面內分佈爲大致均等，所以在施予使Grown - in析出核成長之熱處理之後，若進行磊晶成長的話，即 -9- (6) 1299521 使在晶圓面內之任何位置亦可得到高密度之氧析出物。還 有，雖然氧析出物密度之上限沒有特別限定，但因有藉由 固溶氧濃度的降低之晶圓強度之降低產生之情況，所以做 成lx 1012/ cm3以下較佳。 上述之0 SF環不存在之基板，係例如日本特開平 11 一 147786號、日本特開平11一 157996號等所記載，可 使用控制且拉昇結晶之拉昇速度V和拉昇結晶中之固液 界面近旁之溫度坡度G之比V/ G之習知技術而得到。高 濃度硼植入之情況，已知OSF環產生之V/ G値移位到高 V/ G 側（E. Dornberger et al. J. Crystal Growth 180 ( 1 977 ) 343-3 52.)。因而，假設即使作爲在低濃度硼基板 (P基板）OSF環不產生之拉昇條件（V/G値）與在同 一條件下拉昇，於高濃度硼植入基板之情況，依存其硼濃 度OSF環還是產生。亦即，在高濃度添加硼之一般的p + 基板之情況，係藉由硼添加之效果，大槪的情況係因爲 OSF環存在，所以本發明之製造方法特別有效。 OSF環之位置後如第4圖所示之隨著V/ G値變大而 往結晶之外徑方向移動。因而，爲了得到OSF環不產生 之基板，所以OSF環在結晶之外周部如消滅般提高V/ G 値的話較佳。另外，在拉昇結晶之原封不動之狀態，0SF 環即使存在於外周部，在朝其後之基板之加工製作過程之 中，若除去OSF環部分的話，可得OSF環不產生之基板 〇 如以上所述P+基板之情況，晶圓面內之0SF環之位 -10- (7) 1299521 置係依存於V/ G與硼濃度。從此觀點，藉由V/ G和硼 濃度之控制，可得0 SF環不存在之基板。 雖作爲p/ p +磊晶矽晶圓用基板之電阻率之下限値係 沒有特別限定，但當作實際上之結晶拉昇條件，可做成約 0.0 14 Ω · cm以上之硼濃度。但是，作爲在p/〆磊晶矽 晶圓之P+基板之效果之一，因有使元件之鎖定（latch up ) 耐性提昇之效果，而爲了得到該效果，所以有必要將 基板之電阻率做成約0. 1 Ω · cm以下，爲了得到足夠之效 果所以做成0.05Ω · cm以下較佳，0.002 Ω · cm以下尤 其更加。 另外，若提高基板之電阻率的話，加上所謂OSF環 不容易產生之效果，可得所謂因爲藉由自動植入防止磊晶 層之電阻率變化，所以沒有必要形成所使用之晶圓內面之 氧化膜之附加的效果。使Grown - in析出核成長之熱處理 之條件，Grown - in析出核於磊晶製程後若能成長爲實驗 性地檢測出之尺寸以上的話，即使怎麼樣的條件也沒有關 係，惟例如可做成約1 00〇°C以上、約〇. 5小時以上。利用 此方法，在元件製作過程投入前之步驟，可附加良好的 IG能力於晶圓全面。 從上述，藉由本發明，可得在晶圓全面具有良好的吸 氣能力之磊晶矽晶圓。 【實施方式】 〔發明之實施形態〕 -11 - (8) 1299521 以下，就本發明之磊晶矽晶圓之製造方法之實施形態 基於所附圖式說明，但圖示例僅用來舉例說明本發明，不 跳脫本發明之技術思想當然可有種種變形。 第1圖係顯示本發明之磊晶矽晶圓之製造方法之製程 順序之一例之流程圖。 如第1圖所示，首先準備成爲磊晶矽晶圓之基板之矽 單結晶晶圓（步驟1〇〇)。此基板藉由V/G和硼濃度之 控制，不含OSF環。對該基板施予使磊晶製程前之氧析 出物成長之熱處理（步驟1〇2)。 此處，熱處理的條件係若Grown- in析出核於磊晶製 程後可成長爲可檢測出之尺寸，任何條件亦無關係。例如 ，從800 °C至l〇〇〇°C以3°C/分之速度升溫，在1000°C可 維持4小時之熱處理實施。藉由如此之磊晶製程前之熱處 理，在基板中可高密度形成具有IG能力之大尺寸之氧析 出物。其次，因應需要進行洗淨晶圓和氧化膜除去等之中 ，進行磊晶成長（步驟104 )。 上述熱處理有稱爲被熱處理之晶圓之鏡面硏磨（機械 化學硏磨）在加工前或後之任何階段進行皆無關係。進行 於鏡面硏磨加工前之情況係在熱處理後進行鏡面硏磨加工 ，其次進行磊晶成長。 本發明之磊晶矽晶圓之特徵爲’在磊晶成長後之基板 被檢測出之氧析出物之密度係在磊晶矽晶圓面內之任何位 置皆是lx 1〇9/ cm以上。 如此，藉由在晶圓面內之任何位置高密度之氧析出物 -12- 1299521 Ο) 存在，於磊晶矽晶圓全面具有良好的IG能力。 更且，磊晶製程後以高密度具有可檢測出之氧析出物 ，在元件製作過程投入前之階段具有優良之IG能力，對 氧析出物不可預期之低溫化短時間化之元件製作過程特別 有效。 作爲爲了形成磊晶層之基板，具有在矽單結晶之培養 製程所形成之Grown - in析出核，在氧化性環境下於熱處 理情況使用積層缺陷不產生環狀之矽單結晶晶圓是有效果 的。若係OSF環不存在之基板，因爲Grown - in析出核 密度之面內分佈比較均等，在晶圓全面形成高密度之氧析 出物。 在確認基板中OSF環存在與否，例如在氧化物環境 下以1 150°C施予60分鐘之熱處理後，進行化學選擇蝕刻 已光學顯微鏡觀察基板表面亦可。 在高濃度添加硼之一般的P +基板，因爲藉由硼添加 之影響OSF環容易產生，所以採用本發明之構成特別有 效。 以下，給與實施例進一步具體說明本發明，但這些實 施例僅爲例示，不用來限定本發明。 (實施第1例） 準備從以直徑8英吋、面方位< 1 〇 〇 >和電阻率〇. 〇 i 5 〜〇· 8Ω · cm之CZ法所養成之硼添加矽單結晶之不同 之2部位（係成長於結晶養成之前半和後半之位置，以下 -13- (10) (10)1299521 ，個別稱爲結晶位置A和結晶位置B)所製作之鏡面硏磨 基板。基板的氧濃度以氣體融合測定約1 4 p p m a。 又，在此結晶之提昇，以〇 S F環消滅於結晶外徑方 向而調整V/ G値。 其次，對該基板，在氧環境下施予磊晶製程前之熱處 理。亦即，插入基板於800°C之熱處理爐內，從800°C至 1 00 0°C以3°C /分之速度升溫，在1 000°C保持4小時。保 持後以3°C/分之速度降溫熱處理爐內溫度至800°C爲止 再取出基板至熱處理爐外。其次，藉由氟化氫水溶液除去 基板表面之氧化膜後，藉約1100 °C之磊晶成長使約5// m 厚度之矽單結晶層堆積形成磊晶矽晶圓。 針對該磊晶砂晶圓，不施予任何熱處理，藉由光散射 法之1之紅外線散射X光斷層法（以下稱爲LST )測定基 板內部之氧析出物之密度。若由LST，可檢測出直徑 4Onm左右以上之尺寸之氧析出物。測定析出物密度之位 置係深度方向以基板表面爲基準在50〜230//m之範，圍， 面內位置係形成爲從周邊5mm之位置和從周邊l〇mm之 位置以1 0 m m間隔至9 0 m m爲止。 第2圖顯示結晶位置A和結晶位置B之析出物密度 之晶圓面內分布。在任何結晶位置之情況，於磊晶矽晶圓 全面析出物密度係lx 109/ cm3以上，面內分布係幾乎均 等。 又，在準備之基板，不進行磊晶製程前之熱處理和磊 晶成長，在氧環境下以1 I 5 0 °C施予1 0 0分鐘之熱處理。 -14- (11) 1299521 其次，進行化學選擇蝕刻後，藉由利用光學顯微鏡觀察基 板表面，確認OSF環之有無。其結果，觀察不到OSF環 (比較第1例） 使用具有與實施第1例相同之爐內構造（相同之G) 之提昇裝置，藉由較實施第1例低之提昇速度提昇直徑8 英吋、面方位< 1〇〇>和電阻率約0.010〜0.013Ω · cm之 硼添加矽單結晶，準備從其不同之2部位（係成長於結晶 培養製程之前半和後半之位置，以下，個別稱爲結晶位置 A和結晶位置B。）所製作之鏡面硏磨基板。晶圓之氧濃 度約 1 3 p p m a。 其次，對該基板，與實施第1例一樣在氧環境下施予 磊晶製程前之熱處理。亦即，在800°C之熱處理爐插入基 板，從800°C至1 000°C以3°C/分之速度降溫後取出基板 至熱處理爐外。其次，藉由氟化氫水溶液除去基板表面之 氧化膜後，藉由約1 1 0 0 °C之磊晶成長使約5 // m厚度之矽 單結晶堆積做成磊晶矽晶圓。 針對該磊晶矽晶圓，不施予任何熱處理，藉由LST 測定基板內部之氧析出物之密度。測定析出物密度之位置 係深度方向以基板表面爲基準在50〜230/zm之範圍，面 內位置係形成爲從周邊5mm之位置和從周邊10mm之位 置以1 0 m m間隔至9 0 m m爲止。 第3圖係顯示結晶位置A和晶圓位置B之析出物密 -15- (12) 1299521 度之晶圓面內分布。在結晶位置A之情況從晶圓周邊部 至約20mm爲止析出物密度變低。又，結晶位置B之情況 在從晶圓周邊部至約20mm之範圍和從約50mm至中心之 範圍析出物密度變低。亦即，任何情況，析出物密度之面 內分布變得極不均等。 又’在準備之基板，不進行磊晶製程前之熱處理和磊 晶成長，在氧環境下以1150°C施予100分鐘之熱處理。 其次’進行化學選擇鈾刻後，藉由利用光學顯微鏡觀察基 板表面，確認OSF環之有無。其結果，觀察到OSF環。 由此，在使用 〇 SF環存在之基板之情況，磊晶製程後之 析出物之面內分布變得不均等，在一部份之範圍可確認析 出物密度變低。 再者，本發明不限於上述實施形態。 上述實施形態係例示，具有與記載本發明之申請專利 範圍之技術思想實質相同之構成，能達到本發明之同樣作 用效果無論爲何均包含在本發明之技術範圍。 例如，在上述實施形態，就養成直徑200mm ( 8英吋 )之矽單結晶之情況舉例說明，但本發明不限於此，直徑 100〜400mm ( 4〜16英吋）或其以上之矽單結晶亦可適 又，本發明在施加水平磁場、縱磁場和尖頭（cusp ) 磁場之所謂MCZ法當然亦可適用。 〔產業上之可利用性〕 -16- (13) 1299521 如上所述，若依據本發明，對OSF環不存在之基板 ，藉由在施予磊晶製程前之熱處理後進行磊晶成長，可提 供在晶圓全面具有良好IG能力之磊晶矽晶圓。 〔圖面簡單說明〕 第1圖係顯示本發明之磊晶矽晶圓之製造方法之製程 順序之一例之流程圖。 第2圖係顯示實施第1例之結晶位置A和結晶位置B 之析出物密度之晶圓面內分佈之圖表。 第3圖係顯示比較第1例之結晶位置A和結晶位置B 之析出物密度之晶圓面內分佈之圖表。 第4圖係顯示隨結晶位置和V/ G値變化之OSF範圍 之圖表。 〔圖號說明〕 100 矽單結晶晶圓準備 102 熱處理 104 磊晶成長

Claims (1)

1299521 _____ 1詳1修(更)正替換頁 拾、申請專利範圍 ~鱗~——一——J 第921 0 1499號專利申請案 中文申I靑專利範圍修正本 民國97年4月1〇日修正 1 · 一種磊晶砂晶圓，係在晶圓全面具有良好之吸氣 能力之磊晶矽晶圓，其特徵爲： 在磊晶成長後之矽單結晶基板內部所檢測出之氧析出 物密度，在晶圓面內之任何位置皆爲1χ1 〇9/ cm3以上上 述磊晶成長前之上述矽單結晶基板係具有在矽單結晶之培 養製程所形成之Grown — in析出核，且在氧化性環境下於 熱處理時，積層缺陷不產生環狀之矽單結晶基板。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之磊晶矽晶圓，其 中上述磊晶成長前之上述矽單結晶基板係硼添加基板，且 電阻率爲〇. 1 Ω · cm以下。 3 · —種磊晶矽晶圓之製造方法，係在晶圓全面具有 良好之吸氣能力之磊晶矽晶圓之製造方法，其特徵爲：具 有在矽單結晶之培養製程所形成之Grown - in析出核，且 將在氧化性環境下於熱處理時，積層缺陷不產生環狀之砂 單結晶晶圓作爲基板，在對該基板施予使Grown - in析出 核成長之熱處理後，進行磊晶成長。 4.如申請專利範圍第3項所記載之磊晶矽晶圓之製 造方法，其中上述基板係電阻率爲0·1Ω · cm以下之硼添 加基板。