TWI267915B - Method of manufacturing epitaxial silicon wafer - Google Patents

Description

1267915 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於磊晶矽晶圓之製造方法。 【先前技術】 習知之蟲晶石夕晶圓係在單晶石夕基板的表面上形成蟲晶 層。 此種因蟲晶石夕晶圓之蟲晶層之金屬不純物所造成的污 染，使得裝置的特性惡化，而藉由氣體吸著以排除蟲晶層 之金屬不純物之污染變得不可行。 具體來說，於基板參雜氮，在基板内部形成氧析出核， 於該氧希出核内獲得金屬不純物，藉由吸氣以排除金屬不 純物。 如圖4(A)所示，該參雜氮氣之基板u之表面盥内部 具有微小的㈣〇)P(erystal Qriginated卿仏⑷⑴ 存在，於基板11之表面露出⑶P111(面向基板表面開口之 COP)係為蟲晶層12產生SF(疊層缺陷）的原因。此外，圖 4 ( A )之標號13係為氧化膜。 去除於該基板11之表面所露出⑶P111的方法為熱處 理。但是，如圖4(B)、4(C)所示，參雜氮氣之基板u，因 copiu内殘存内壁氧化膜112, C0P1U之形狀易被保持， 只用熱處理是無法去除c〇Plu。由於如此，如圖4(⑴所 示，蠢晶層12產生疊層缺陷121。 而後，去除C0P111内之内壁氧化膜U2方法之提案揭 7054-7490-PF;Ahddub 5 1267915 、，為了去除C0P1U内之 溶液洗淨其k n >主 氧化膜11 2，可利用氟酸水 死乎基板11之表面（例 以士丨m - ☆ 多考專利文獻1 )。 Μ利用氟酸水溶液洗淨美 11之主 土反之表面的方法，於基板 之表面容易附著微粒。為 及凌 溶液洗淨後，a sc-u心 粒之附著’於氣酸水 面以形成氧化膜。 /雙氧水/水）洗淨基板11之表 【專利文獻1】特開2 n n

—20200號公報（第2〜5頁） 【聲明内容】 發明所欲解決的課題： 但是，此方法中 之内壁氧化膜11 2， 層疊層缺陷的數量。 雖然使用氟酸水溶液除去C〇p 111内 ^一卻無法有效減少磊晶矽晶圓中磊晶 本發明之目的料提供—縣晶♦晶圓之製造 从有效減少磊晶層中疊層缺陷之數量。 用以解決課題的手段·· 〃經過發明人等反覆努力研究的結果，確認可以在使用 氣酉夂水〜夜洗甲後’若以S(M(氨水/雙氧水/水）清洗基板 表面，可以蝕刻基板的表面。 以下參照圖面說明之，如第5(A)圖所示，以氟酸水溶 ，處理基板11，如第（B)圖所示，除去形成於基板n表面 氧化膜13以及基板u表面之c〇pill(niA)内部之内壁氧 化膜11 2。 7054-7490-PF/Ahddub 1267915 接著，如第5(C)圖所示，以SC-1(氨水/雙氧水/水） 洗淨基板11表面，並於基板11表面形成氧化膜13，蝕刻 基板11表面’使得基板存在於基板11内部之CQPIII(IIIB) 暴露出基板11表面。 在氟酸水溶液洗淨時暴露出之cop 111A内壁之内壁氧 化膜112雖然可以藉由氟酸水溶液洗淨，但是存在於芙板 11内部之C0P111B之内壁氧化膜112並無法藉由氟酸水溶 液洗淨加以去除。 籲 第5(D)及5(E)圖係顯示sc—1洗淨後之熱處理，雖然 除去内壁氧化膜112之C0P111A消失，但是尚未除去内壁 氧化膜112之COP 111B，其形狀仍然保持而未消失。亦即， 由於内壁氧化膜112於熱處理中不易還原而不會消失，阻 礙了熱處理時矽原子的移動，使得C0P111B5形狀得以維 若C0P111B的形狀不變，如第5(F)圖所示，磊晶層12 • 形成時，因C0P111B產生之不匹配，使得磊晶層12中產生 疊層缺陷1 21。 本發明係基於對此之認知而提出。 亦即，本發明之磊晶矽晶圓之製造方法，其中蠢晶石夕 晶圓具有基板以及形成於該基板上之磊晶層，該基板係切 割自以捷可拉斯基（Czochralski)法製造並摻雜氮之單曰 •日日 石夕’其特徵在於：氟酸洗淨步驟，係使用含氟酸之溶液洗 淨上述基板；氧化膜形成步驟，係於基板表面形成氧化膜， 使得未露出於上述基板表面之基板内缺陷不會露出基板表 7 7054-7490-PF；Ahddub 1267915 面；及磊晶層形成步驟，係將形成有上述氧化膜之基板熱 處理後，於上述基板上形成磊晶層。 藉由本發明，氧化膜形成步驟中，使用含氟酸之溶液 洗/r基板後，| 了使位於基板内之缺陷不會顯露在基板表 面’而於基板表面形成氧化膜。換言之，$需稍加钱刻基 板表面，而於基板表面形成氧化膜。 口此由於形成氧化膜而不會使基板内之缺陷露出基 板表面。 據此，即使有不會因含貌酸之溶液洗淨而露出基板表 面之缺陷’於進行熱處理時，可以確實地使露出於基板表 面之缺陷消失。 因此，由於藉由熱處理，可以使基板表面之缺陷確實 消失，所以，可以減少起因於露出基板表面之缺陷所造成 之猫晶層缺陷的發生0 —再者，於本發明中，力上述氧化膜形成步驟中，以含 •雙氧水之溶液或臭氧水溶液洗淨基板表面後，較佳地於基 板表面形成氧化膜。 藉由本發明，於氧化膜形成步驟中，以含雙氧水之溶 液(例如，雙氧水、雙氧水與鹽酸之混合溶液)或臭氧溶液 洗甲基板表面，不會露出基板表面之基板内缺陷，可以形 成氧化膜。 洗 置 /外’於本發明之上心酸洗淨步驟中，使用迴轉式 淨裝置進行基板洗淨。上述迴轉式洗淨裝置具有滴下裝 ，係於上述基板之一側之表面滴下包括氟酸之液體；支 8 7054-7490-PF；Ahddub 1267915 ' 持裝置，係支持上述基板另一側之表面；迴轉裝置，係以 通過被支持裝置支持之上述基板之表面之軸作為迴轉令心 軸以疑轉上述基板；其中，較佳地，藉由上述迴轉裝置， 以1〇轉/分以下之迴轉數迴轉基板，同時自上述滴下裝置 滴下包括氟酸之溶液以洗淨晶板。 敦酸洗淨步驟中，將含氟酸之溶液滴至基板表面，當 洗淨基板表面時亦除去基板表面之氧化膜，因此，基板表 擊 面變得具有撥水性。 在基板表面呈現撥水性之狀態下，基板的迴轉數超過 1 〇轉/刀時，滴至基板表面之含氟酸溶液將朝基板外的飛 出，含氟酸之溶液，有無法將基板表面之氧化膜以及於基 板表面形成開口之缺陷内之内壁氧化膜確實除去之問題 點。 相對的，本發明中，基板的迴轉數係1 〇轉/分以下， 滴至基板表面之含氟酸溶液不會朝基板外的飛出，由於含 _ a酸之溶液可以存在於基板表面上，而可以確實除去基板 表面之氧化膜以及基板表面之缺陷内之内壁氧化膜。 【實施方式】 以下以圖式說明本發明之實施例。 第1圖係顯示本發明實施例中磊晶矽晶圓之製造方法 ,L私圖第2圖係顯示本發明之磊晶矽晶圓之各製造步 示〜囷第3圖係顯示本發明之蠢晶石夕晶圓之製造方 法所使用之洗淨裝置之示意圖。 7〇54~7490-PF;Ahddub 9 1267915 如第1圖所示，蠢晶矽晶圓之製造方法具有氟酸洗淨 步驟（步驟S1)、氧化膜形成步驟（步驟S2)、以及磊晶層形 成步驟（步驟S3)。 如第2(F)所示，磊晶矽晶圓i具有基板n、形成於基 板11上之磊晶層12。 蟲晶石夕晶圓1之基板11係藉由捷可拉斯基 (Czochralski)法形成摻雜氮之單晶矽晶錠後，再將晶錠切 斷。 基板11中氮之濃度，以不使基板表面之〇SF核（氧化 感應®層缺陷）露出為佳，特別地，係牴於lxl()14atoms/cm3 以下。 以CZ法磊晶，在切斷之基板上，進行去角、粗磨、細 磨專加工’使基板11之表面成為鏡面。 如第2(A)圖所示，具有缺陷之c〇pui(ulA)露出基板 11之表面。此外，基板11之内部亦存在有c〇pm(iiiB)。 #接著，在各個C〇Pm(111A、111B)内形成内壁氧化膜112。 此外，於基板11之表面形成氧化膜丨3。 (氟酸洗淨步驟） 加工後之基板11之表面以氟酸水溶液洗淨（步驟S1)。 如第2(B)圖所示，藉由氣酸水溶液洗淨，不僅可以除 去基板11表面之氧化膜13 ’亦可以㈣露出於基板以 面之C0P11A内之氧化膜112。 於氟酸洗淨步驟中，使用如第3 一 弟3圖所不之迴轉式洗淨 裝置3。 7〇54_7490-PF/Ahddub 10 1267915 . 此迴轉式洗淨裝置3具有保持基板U之保持 驅動上述保拄胜里0 , 了衣置d 1、 持袁置31之迴轉裝置32、以及於基板u之一 侧表面上滴下貌酸水溶液35之滴下裝置33。 保持襄置31與基板u之另—側表面對接，並具有内 ^ 311、配置於内夾盤311外側之外夾盤312。 内夾盤川為中空圓錐狀。内夾盤311之上側（基板 11側之面）之直徑大於下側。 # 夕卜夹盤312為較内夹盤311大之中空圓錐狀，並在基 板11側之上面開口。因此，外夾盤312與内夾盤川間形 成一間隙。注入迴轉軸321内部之氣體係自迴轉軸321排 放至上述間隙。因此，此間隙成為後述之氣體之排放路 徑τ之一部分。氣體34自排放路徑τ之出口 τι向設置於 内夹盤311上之基板！ i之周緣部排出。 此外，外夾盤312係相對於内夾盤3U，為相對於上 下方向(箭頭Y之方向)移動之構造。例如，設置於外夾般 #川之油壓紅313等係使得外夾盤312可以上下移動 壓缸313之红筒313A設置於内夾盤311之下面之外側，活 塞313B則貫通外夾# 312之下側。因此，活塞之前 端固定於内夾盤311之下側。藉此，外夹盤312可以相對 於内夾盤311上下移動。 迴轉裝置32係用以旋轉上述保持装置31之内夹盤 31卜此迴轉裝置32具有設置於上述内夹盤3ΐι下側之迴 轉軸32卜以及旋轉此迴轉軸321之驅動褒置（未顯示）。 迴轉軸321係為中空構造，其上端係固定於内夾盤3ΐι 7054-7490-PF;Ahddub 11 1267915 下側。迴轉軸321之迴轉中心軸321B係通過基板表面之平 面中心位置。 此外，於迴轉軸321之上端附近形成孔321A，自迴轉 軸321下端通入之氣體34通過迴轉軸321之内部，藉由上 述孔321A，填充於内夾盤311與外夾盤312間之間隙。接 著氣體34自出口 T1排出。亦即，氣體％之排放路徑係由 迴轉軸321之内部以及内夾盤311與外夾盤312間之間隙 所構成。 再者，由於氣體34自排放路徑T之出口 T1排出，基 板11之其他表面會產生負壓。此負壓會使得基板u之： —側表面與内夹盤311之上面對接，將基板η固定於内夹 盤311上。 上述之氣體34係例如乾燥之氧氣。 滴下裝置33具備有將氟酸水溶液滴至基板u上之喷 嘴331。此喷嘴331相對於內杰般彳 、 、内Λ皿311配置，喷嘴331之 噴出口係位於基板11之承& 士 千面中心、或與迴轉中心軸321Β 同軸之位置。 因此’基板11旋轉時，氟为 氣θ R，合液3 5亦自喷嘴3 31 滴下，而氟酸水溶液35因離心Λ夕私a人 u離心力之故向自基板丨i之中心

向周緣部擴散，如第3圖所 VL 口所不/口考周緣部返回基板11之 另一側表面。 鼠酸水溶液35之道择土壯 u]_。 ^度雖未特別限定，但可以介於 以下說明使用迴轉式洗淨裝置3之基板η,洗淨方 7054~7490-PF;Ahddub 12 1267915 式。 首先，將基板11設置於内夾盤311上。接著，將氣體 34注入迴轉軸321之内部，藉由迴轉軸321内部、内夹盤 311與外夾盤312間之間隙將氣體34自出口 T1排出。 接著，旋轉迴轉軸321，之後，自滴下裝置33之嘴嘴 3 31滴下氟酸水溶液。 在此’迴轉軸321之轉數，亦即基板U之轉數係為 鲁 10轉/分以下，較佳地，係為2轉/分以下。 氟酸水溶液3 5自基板11之中心向周緣部擴散，通過 周緣部，返回基板11另一側之表面。 此外，通過基板11之另一側表面之氟酸水溶液之 1，可以藉由基板11之轉數、氟酸水溶液3 5之排出量、 氟酸水溶液35之黏度、以及氣體出口 τΐ之排出壓。 (氧化膜形成步驟） 接著，如第2(C)圖所示，於基板u之表面形成氧化 φ 膜13(步驟S2)。 以氣酸水溶液35洗淨基板U表面時，沒有氧化膜將 容易附著顆粒，因此必須形成氧化膜。 此氧化膜形成步騍中，使用氟酸洗淨步驟中所使用之 迴轉式洗淨裝置3，以形成氧化膜。 具體來說，將基板U設置於内夾盤311上，將氣體 34注入迴轉軸321内部，藉由迴轉軸321内部、内夾盤3ιι 與外夾盤312間之間隙將氣體34自出口 n排出。 接著，旋轉迴轉轴321，之後，自滴下裝置33之喷嘴 7054-7490-PF;Ahddub 13 1267915 3 31滴下臭氧水溶液。 11之轉數係為 此時，迴轉軸321之轉數，亦即基板 500轉/分以下。 臭氧水溶液開始滴下60秒後，停止滴下。 —接著，繼續以500轉/分之轉數旋轉，進行自旋乾燥， 完成氧化膜形成步驟。 (蠢晶層形成步驟）

接著，於基板111表面形成蠢晶層12(步驟S3)。 百先，如第2(E)圖所示，進行基板u之熱處理。例 如，於氳氣之環境氣體下進行基板u之熱處理。 藉由熱處理除去基板11表面之氧化膜丨3。然後，使 基板11表面之COP111A平滑化，基板u表面之c〇P111A 將因此消失。 接著’於基板11表面上形成磊晶層1 2。 具體來說，將基板11設置於未顯示之磊晶層成長裝置 上，以有機金屬氣相成長法（M0CVD法）、或分子束磊晶法 (MBE法）等於基板u上形成磊晶層12。 如此，完成磊晶矽晶圓1。 發明效果： 因此，本實施例可以得到以下效果。 (1)於氧化膜形成步驟中，以氟酸水溶液35洗淨基板 11後，再以臭氧水溶液洗淨基板丨丨表面後，於基板丨丨表 面形成氧化膜1 3。由於使用臭氧水洗淨基板丨丨表面，位 7054 7 490-ρρ.^^^ 14 1267915 於基板11内之缺陷C0P1 π B不會露出基板11表面，而可 以於基板11表面形成氧化膜13。換言之，不需於基板n 表面略加蝕刻，即可以於基板n表面形成氧化膜13。 因此’形成氧化膜13時，位於基板丨丨内之缺陷c〇pi 11B 不會露出基板11表面。 藉此’由於沒有以氟酸水溶液35洗淨之COP 111B不會 露出於表面，後續之熱處理，基板u表面不會殘留 C0P111B 。 藉由熱處理’可以確實消除基板11表面之C0P111A， 此外，存在於基板π内之C0P111B露出於基板丨丨表面， 因此不會有殘存，當於基板u上形成蠢晶層12時，可以 減少蠢晶層12缺陷之發生。 (2)氟酸洗淨步驟中，將氟酸水溶液3 面:，洗淨基板U表面，並除去基板u表面之氧二 使得基板11表面具有撥水性。 此狀態下，若基板11之轉數超過10轉/分’滴至基板 11表面之氟酸水溶液35將由於基板11的旋轉飛向外面， 而產生無法確實除去基板11表面之氧化膜13以及基板U 表面之C0P111内之内壁氧化膜112之問題點。 、才寸於此本只施例中，由於基板u之轉數為工〇轉/ 分下，滴至基板11表面之氟酸水溶液35不會飛向基板u 的外面’由於基板U表面上存在有㈣水溶& 35，可以 確實除去基板11表面之氧化膜13以及基板η表面之 C0P111内之内壁氧化膜112。 7054-7490~PF;Ahddub 15 1267915 (3)本實施例中，於氟酸洗淨步驟與氧化膜形成 :轉式洗淨裝置3。此迴轉式洗淨裝置3每:欠處理一 片基板11。 例如，氟酸水溶液儲存於溶液槽中，若於溶液 守 =片基板’基板可能會受到其他相鄰基板所排二 負衫β。對此，本實施例中，一次僅處理一片基板 於使用所謂枚葉式之迴轉式洗淨裝置3，基板u遭受2 基板污染之可能。 /、他 此外，迴轉式洗淨裝置3,由於一次僅處理—片基板 1卜相較於-次浸潰複數片基板之溶液槽，迴轉式洗_ 置3可能可以達到小型化。 、

然而，本發明並不限於上述之實施例’可以達成 明目的之變形、改良等皆包括於本發明中。 X 、例如’於上述實施例中’雖然使用如第3圖所示之迴 轉^淨裝置3進打洗淨，但是亦可以不使用此迴轉式洗 乎衣置3。例如，先於溶液槽中儲存氟酸水溶液，再將基 板浸潰於槽中，以進行洗淨。 土 此外，亦可以先於溶液槽中儲存臭氧水溶液，再將基 板浸潰於槽中。 土 〃再者，於上述實施例令，氧化膜形成步驟中，使用臭 氧水溶液於基板表面形成氧化膜，但是，並不限於此。亦 即’為了不使沒有露出基板u表面之基板u内缺陷露出， 亦可以使用它種可以形成氧化膜13之溶液。例如，可以使 用雙氧水於基板π表面形成氧化膜13。 16 7054-7490-PF/Ahddub 1267915 即使使用雙氧水，由於不使沒有露出基板1 1表面之基 板11内缺陷路出’而於基板表面形成氧化膜13，可以 得到與上述實施例相同之效果。亦即，可以有效減少蠢晶 層12之疊層缺陷。 此外，於氧化膜形成步驟中，亦可以使用所謂SC-2之 雙氧水與鹽酸之混合水溶液洗淨。此時，不使沒有露出基 板11表面之基板11内缺陷露出基板11表面，而可以於基 板11表面形成氧化膜。 【實施例】 接著，說明本發明之實施例。 與上述實施例相同之方法製造磊晶矽晶圓。 (氟酸洗淨步驟） 使用摻雜 4xl014atoms/cm3〜5xl014atoms/cm3 之氮之單 晶砍基板。 此單晶係基板之直徑係為30Onm，為氮除外摻雜硼之p 型。組抗率為1 〇 Ω · c m。 此基板以氟酸水溶液洗淨，於除去基板表面之氧化膜 時’除去露出於基板表面之COP内之内壁氧化膜。洗淨晶 板時，使用上述實施例中所使用之迴轉式洗淨裝置。若氟 酸水溶液之濃度為1 〇 %，基板的轉數為2轉/分，處理時間 為90秒。 (氧化膜形成步驟） 使用臭氧水洗淨已使用氟酸水溶液洗淨之基板表面， 再形成氧化膜。使用上述實施例中所使用之迴轉式洗淨裝 7054-7490-PF;Ahddub 17 1267915 . 置進行洗淨。 臭氧水之濃度為20PPm，基板之轉數為5〇〇轉/分。 (蠢晶層形成步驟） 將基板於氫氣環境氣體中以1145t加熱45秒。 接著，於113(TC加熱基板，同時形成4#m之蟲晶層。 而得到磊晶矽晶圓。 (評價） 所得到之磊晶矽晶圓中之磊晶層中SF(疊層缺陷）之個 數為5個。 藉此，可以確認磊晶層之疊層缺陷數十分少。 【產業上利用性】 本發明可以作為於磊晶矽晶圓之製造方法。 【圖式簡單說明】 # 第1圖係顯示本發明實施例中磊晶矽晶圓之製造步驟 之流程圖； 第2(A)圖至第2(F)圖係顯示本發明之磊晶矽晶圓之 各製造步驟之示意圖； 第3圖係顯示本發明之磊晶矽晶圓之製造方法所使用 之洗淨裝置之示意圖； 第4(A)圖至第4(D)圖係顯示習知之磊晶矽晶圓之製 造步驟之示意圖；及 第5(A)圖至第5(F)圖係顯示習知之磊晶矽晶圓之製 7054-7490~PF；Ahddub 18 1267915 造步驟之示意圖。 【主要元件符號說明】 1〜蠢晶碎晶圓， 3〜迴轉式洗淨裝置； 11〜基板； 1 2〜蠢晶層， 1 3〜氧化膜； 31〜保持裝置； 32〜迴轉裝置； 33〜滴下裝置； 34〜氣體； 3 5〜氟酸水溶液； 11K111A、111B)〜C0P ; 112〜内壁氧化膜； 121〜疊層缺陷； 311〜内夾盤； 312〜外夾盤； 31 3〜油壓缸； 313A〜缸筒； 313B〜活塞； 3 21〜迴轉軸； 3 21A〜孔； 321B〜迴轉中心軸； 331〜喷嘴； T〜吐出路徑； T1〜出口0 7 054-74 90-PF;Ahddub 19

Claims (1)

1267915 十、申請專利範圍： 1. 一種蠢晶石夕晶圓之製造方法，上述蟲晶石夕晶圓具有 基板以及形成於該基板上之蠢晶層，該基板係切割自以捷 可拉斯基（Czochral ski)法製造並摻雜氮之單晶石夕， 其特徵在於包括： 氟酸洗淨步驟，使用含氟酸之溶液洗淨上述基板； 氧化膜形成步驟，於基板表面形成氧化膜，使得未露 修 出於上述基板表面之基板内缺陷不會露出基板表面；及 蠢晶層形成步驟’將形成有上述氧化膜之基板熱處理 後，於上述基板上形成磊晶層。 2·如申請專利範圍第1項所述之磊晶矽晶圓之製造方 法，其中上述氧化膜形成步驟中以含有過氧化氫之溶液或 臭氧水溶液洗淨基板表面後，於基板表面形成氧化膜。 3·如申請專利範圍第⑷項所述之磊晶矽晶圓之製 造方法，其中上述氟酸洗淨步驟中，使用迴轉式洗淨裝置 # 進行基板洗淨； 上述迴轉式洗淨裝置包括： 側之表面滴下包括氟酸之 滴下裝置 液體； 於上述基板之一 支持裝置，支持上述基板另一側之表面； 迴轉裝置’以通過被支持梦 之軸作；^⑽$置支持之上述基板之表面 袖:為迴轉“軸，以旋轉上述基板； 藉由上述迴轉裝置，以1 板， u轉/刀以下之迴轉數迴轉基 δ 、自上述滴下裝置滴下 匕枯氣S文之/合液以洗淨晶板。 7〇54-7490一PF;Ahddub 2〇