TWI282379B - Silicon single-crystal wafer manufacturing method, silicon single-crystal wafer, and epitaxial wafer - Google Patents

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1282379 A7 _____ B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一般這種結晶缺陷若存在於磊晶層表面時，將使洩漏特性 劣化等，已知對於裝置發生不良影響。於是，本發明人等 ，就形成於這些磊晶之缺陷努力進行調查。其結果，在發 生這種磊晶層缺陷之位置，於其磊晶成長用之基板表面， 確認_I微氺囀〜位^環^草程度之密度存^。m之 2 0 0 m m以下之基板，這種基板表® It 發生於降低拉起速度之低速育成結晶之丄直領域，^次蝕 刻等之選擇蝕刻（例如使用於F P D評價之無攪拌二次蝕 刻）或銅修飾法等所觀察者，所觀察到之缺陷尺寸霡非常 大，其大小最低也有1 0 //m以上，也被叫链||良群/(-一 cluster )。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是，使3 0 0 m m以上之磊晶晶圓發生轉位環之磊 晶成長用之基板，並非從低速育成結晶所製作之§板，顯 然地也道於高速育成在V多領域所育成者，與上述同樣 ,雖然於二次蝕刻等選擇蝕刻（例如使用於F P D評價所 使用之無攪拌二次蝕刻）或銅修飾法觀察到缺陷，但是缺 陷之尺寸係單面3 0 // m左右之蝕刻完（etchoff )量，進 行無攪拌二次蝕刻時成爲5 /i m左右之液滴形狀之鈾刻坑 (etch pit )所觀察到者，最大也不會超過1 〇 // m，曉得 了與存在於2 0 0 m m以下之基板之I多領域相較爲小。 這種缺陷係到直徑2 0 0 m m之基板，也很少被觀察到。 但是，因其密度爲極低，即使施加磊晶成長也幾乎不顯眼 ，完全沒有問題。但是，若直徑變成3 0 0 mm以上時， 顯然地這種缺陷將以更高密度地發生。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -5- 1282379 A7 B7 五、發明説明（3 ) 於此，就C Z法（Czochrallskimethod)結晶之拉起條 件與成長（Grown ιη )缺陷領域之關係說明如下。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，拉起C Z單結晶時，在取入於結晶中之點缺陷 ，有原子空位（Vacancy )與格子間矽（Interstitial- Si ) ，.此兩點缺陷之濃度，係已知由結晶拉起速度V (成長速 度）與結晶中之固液界面附近之溫度坡度G之關係（V / G )所決定。並且，於矽單結晶，取入多原子空位之領域 係被稱爲V多領域，因矽原子之不足存在有空隙（V〇1d ) 型之成長缺陷。另者，取入多格子間矽之領域係被稱爲I 多領域，因存在有多餘矽原子所發生之轉位所引起，存在 有多轉位群等之缺陷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，在V多領域與I多領域之間，已知存在有原子之 不足或多餘爲少之N領域（Neutral領域），並且，在此N 領域確認有氧化感應疊層缺陷（Oxidation- induced StackingFault ··以下略稱爲〇S F )呈環狀地發生之〇S F 領域（也叫做0 S F環狀領域，環狀〇S F領域）之存在 。第2圖係模式地表示將縱軸視爲結晶拉起速度，將橫軸 視爲從結晶中心之距離時之成長缺陷領域之分布圖。此缺 陷領域之分布形狀，係調整結晶之拉起條件或結晶成長裝 置之爐內構造（熱區：Hot Zone :HZ)等藉控制V/G 即可將其改變。 從第2圖就可淸楚，一般，藉提高結晶之拉起速度， 〇S F領域就向結晶之外周側移動，不久從結晶外周部消 滅，變成全面V多領域之結晶。相反地，降低拉起速度時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 1282379 A7 ___B7 _ 五、發明説明（4 ) 〇S F領域就向結晶之中心側移動，不久在結晶之中央部 消滅，經過N領域成爲全面I多領域之結晶。 按，摻雜氮時，報告有OSF領域或N領域之寬度或 領域之邊界位置會發生變化（1 9 9 9年春季第4 6之應 用物理學關係聯合講演會預稿集Ν 〇 · 1，P · 4 7 1， 2 9 a Z B - 9飯田他）。因此，於氮摻雜結晶，欲控制 〇S F領域時，參考此氮摻雜結晶育成時之V / G缺陷領 域分布之關係即可〉」按，姐复申隨人_1篮腹申請之日本專 一Z〆-一一’ . .S------------—— 〜利特題JLI—1— 一 2 9 4 5 2 3號所JS載—τ—廪徑爲 ——_一〜〜一一 -- —— 2 0 0 mm以工之X、._?結晶之X多領域....菪是摻雜氮.之結 晶J寺，如上述3 0 0 m m以上之結晶所觀察到確認存在有 _____— . 發生磊晶缺陷之微小轉位環。然而，如於無摻雜氮之C Z 結晶之V多領域之微小轉位環所以會發生許多，係由本發 明人'等滿..初次得到之見解。 【發明之揭示】 於此，本發明係鑑於這樣問題所完成者，其主要目的 係提供一種，在c Z法單結晶育成時，無摻雜氮時，到直 徑2 0 0 m m不會發生微小轉位環，闡明在3 0 0 m m以 上才發生之原因，建立了可抑制結晶缺陷發生之育成方法 ，對此所得到之矽單結晶晶圓進行磊晶成長時，可抑制發 生於嘉晶層之結晶缺陷之製造砂單結晶晶圓之方法及從其 所製造之砂單結晶晶圓及嘉晶晶圓。 爲了解決上述問題，關於本發明之矽單結晶晶圓之製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1282379 A7 ________B7_ 五、發明説明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 造方法，其特徵爲：使用Czochrallski法育成直徑爲3 0 0 m m以上之矽單結晶時，至少結晶之中心位置爲變成v多 領域，且將1 0 0 0〜9 0 0 °C溫度帶之冷卻速度能夠變 成1 · 2 5 °C /分鐘所拉起之矽單結晶棒製作矽單結晶晶 圓。 成爲這樣，幾乎可抑制以往之氮無摻雜之育成方法， 若直徑變成3 0 Omm以上時呈高密度所發生之轉位環之 發生，晶圓之至少中心位置爲在V多領域，可製造無轉位 環之直徑爲3 0 0 m m以上之矽單結晶晶圓。 此時，就可將此矽單結晶晶圓成爲磊晶晶圓成長用晶 圓。 像這樣，本發明之矽單結晶晶圓，係作爲磊晶成長用 成爲極有效之基板。因此，在該晶圓形成磊晶層時，就可 作爲磊晶缺陷之裝置用以容易而低成本製造不會使洩漏特 性寺劣化之局品質嘉晶晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 並且，關於本發明之矽單結晶晶圓，其特徵爲：以 Czochrallski法育成，一種具有V多領域之直徑3 0 0mm 以上之矽單結晶晶圓，而轉位環不存在於晶圓全面。 像這樣，本發明之晶圓，係使用C Z法育成之直徑即 使爲3 0 0 m m以上，也會變成轉位環不存在於晶圓全面 之高品質之矽單結晶晶圓。 此時，可將此矽單結晶晶圓成爲磊晶成長用晶圓。 像這樣，具有V多領域，轉位環爲不存在於晶圓全面 之砂單結晶晶圓，係作爲嘉晶成長用成爲極有效之基板。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- [282379 A7 B7 五、發明説明（8 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 時，曉得了可減低微小轉位環。又，此冷卻速度之下限只 要是至少結晶之中心部爲變成V多領域之條件時並非特別 加以限定，但是實用上爲〇 · 4 t： /分鐘左右。 接著，於V多領域幾乎不會發生微小轉位環之以往無 摻雜氮到直徑2 0 0 m m之結晶之一般拉起條件進行調查 時，曉得了 1 0 0 0〜9 0 之溫度帶之通過時間，即 使於最快情形也需要花8 0分鐘左右之時間。因此，於v 多領域作爲不發生微小轉位環之條件，確認了將1 〇 〇 〇 〜9 0 0 °C之溫度帶之冷卻速度成爲約1 · 25°C/分鐘 (100 °C / 80分鐘）以下即可。 於是，育成直徑3 0 0 m m以上之結晶時適用此拉起 條件嘗試了單結晶育成。在單結晶拉起裝置之Η Z上部空 間，設置適當大小之隔熱材，且在結晶育成後不立即捲起 ，設定1 0 0 0〜9 0 0°C之溫度帶之冷卻速度成爲 1 · 2 5 °C /分鐘以下之條件，以其條件育成結晶時，曉 得了完全未發生微小轉位環。 茲就本發明參照圖式詳細說明如下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先，將本發明所使用以C Z法之單結晶拉起裝置之 槪略構成例從第1圖說明如下。 如第1圖說明，此單結晶拉起裝置3 0 ,係由具有： 拉起室3 1 ,與拉起室3 1中裝設之坩堝3 2，與配置於 坩堝3 2周圍之加熱器3 4 ,與使坩堝3 2迴轉之坩堝保 持軸3 3及其迴轉機構（未圖示），與保持矽種結晶5之 種結晶夾具6，與拉起種結晶夾具6之鋼索7 ,與迴轉或 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 · 1282379 A7 ___B7_ 五、發明説明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 捲繞鋼索7之捲繞機構（未圖示）所構成。坩堝3 2係收 容其側內側矽熔液（熔水）2之側設有石英坩堝，在其外 側設有石墨坩堝。又，在加熱器3 4外側周圍配置有隔熱 材3 5。 又，爲了欲設定關於本發明之製造方法之製造條件， 在結晶之固液界面4外周設環狀之固液界面隔熱材8，在 其上配置上部圍繞隔熱材9。此固液界面隔熱材8，係在 其下端與矽熔液2之熔水面3之間裝設設置小間隙1 0。 依條件有時爲不使用上部圍繞隔熱材9。並且，也可裝設 噴吹冷卻氣，遮住輻射熱以冷卻單結晶之未圖示筒狀冷卻 裝置。另外，最近於拉起室3 1之水平方向外側，設置未 圖示之磁鐵，因對於矽熔液2施加水平方向或垂直方向等 磁場，抑制熔液之對流，力求單結晶之安定成長使用所謂 M C Z法也多。 茲舉出本發明之實施例與比較例將本發明具體地說明 ，但是本發明並非限定於這些者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (實施例1 ) 於第1圖所示之拉起裝置，在直徑3 2英寸（8 0 0 m m )之石英坩堝裝塡原料多結晶矽，將製造直徑3 0 0 m m，方位〈1 〇 〇〉，導電型p型之矽單結晶晶圓所用 之矽單結晶棒1拉起複數支（無摻雜氮）。 在進行實際拉起之前，改變設置於ΗZ上部空間之上 部圍繞隔熱材9位置或大小反復進行拉起實驗，將Η Ζ設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -12- 1282379 A7 ______B7_ 五、發明説明（H) 以上之L P D。其結果，任一晶圓在晶圓全面（直徑 3〇〇mm)觀察到1 〇〇個以上之LPD。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 按，本發明係並非限定於上述實施形態。上述實施形 態係例示者，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術 思想實質上同一之構成，發揮同樣之作用效果者，則任何 者也包含於本發明之技術範圍。 例如，於上述實施形態，使用Czochrallski法（C Z法 )就育成矽單結晶時舉例說明，但是，本發明並非限定於 這些，當然也可適用於對於矽熔液，施加水平磁場，縱磁 場，尖點（cusp )磁場等之所謂M C Z法。 又，本發明係矽單結晶（晶圓）之直徑爲3 0 0 m m 以上，冷卻速度爲既定値以下時，不管單結晶之導電型， 電阻率，氧濃度等都可適用，並且，也可同樣適用於例如 爲了促進氧澱積，摻雜碳之矽單結晶。 圖式之簡單說明 第1圖係依據本發明所使用之C Z法之單結晶拉起裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 置之槪略說明圖。 第2圖係於矽單結晶之結晶之徑向位置做爲橫軸，將 結晶拉起速度做爲縱軸時之成長缺陷領域之分布圖（無摻 雜氮結晶）。 第3圖係表示從結晶肩部之長度與轉位環密度關係之 結果圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -14- 1282379 A7 B7五、發明説明（12) 主要元件對照表 1 矽單結晶棒 2 矽熔液 3 熔水面 4 固液界面 5 種結晶 6 種結晶 7 鋼索 8 固液界面隔熱材 9 上部圍繞隔熱材 3 0 單結晶拉起裝置 3 1 拉起室 3 2 坩堝 33 坩堝保持軸 3 4 加熱器 3 5 隔熱材 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣. 訂 ΦΙ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隙區 間熱 0 Z 1 Η 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15-

Claims (1)

1282379 ^ ；：告本 A8 B8 C8 D8 赚圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一乂―甲 1 附件： 第90 1 1 1 585號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國96年2月9 日修正 1 · 一種矽單結晶晶圓之製造方法，其特徵爲：使用 Czochrallski法育成直徑爲3 00mm以上之矽單結晶時，使 用預先作過改變爐內構造而進行拉晶實驗所設定成的爐內 構造，藉由控制結晶拉起速度V每結晶中之固液界面附近 之溫度坡度G之關係V/G，使得至少結晶之中心位置爲變 成V多領域，並且，使得1〇〇〇〜90(TC溫度帶之冷卻速度成 爲1.25t/分鐘以下，拉起矽單結晶棒，從該被拉起之單結 晶棒所製作出的矽單結晶晶圓。 2.如申請專利範圍第1項之矽單結晶晶圓之製造方法， 其中上述矽單結晶晶圓，係磊晶成長用晶圓。 3·—種矽單結晶晶圓，其特徵爲：使用Czochrallski法 育成，具有V多領域之直徑300mm以上之矽單結晶晶圓， 轉位環爲未存在於晶圓全面。 4.如申請專利範圍第3項之矽單結晶晶圓，其中上述矽 單結晶晶圓’係嘉晶成長用晶圓。 5·—種磊晶晶圓，其特徵爲：在申請專利範圍第3或第 4項之矽單結晶晶圓表面形成磊晶層。 6 · —種以申請項1之方法所製造的磊晶晶圓’其係使用 Czochrallski法育成，具有V多領域之直徑300mm以上之 平月 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 矽單結晶晶圓表面，形成磊晶層者，其特徵爲：在轉位環 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐）-1 - 1282379 έ88 C8 D8 六、申請專利範圍 爲不存在於晶圓全面之矽單結晶晶圓表面形成磊晶層，且 在磊晶層上所觀察到之0.09μπι以上之LPD密度爲4.3個 /100cm2 以下 ° (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-2 -