TWI313035B - - Google Patents

Description

1313035 五、發明說明（1) [發明所屬的技術領域] 本發明係關於矽晶圓（S i 1 i C 〇 n wa f e r )及矽晶圓的製 造方法，特別是關於能防止重金屬離子污染的矽晶圓及矽 晶圓的製造方法。 [先前技術] ，半導體裝置要經過薄膜、擴散等方法在矽晶圓的表面 上形成裝置層的裝置步驟而製成。 圖Y是顯示在石夕晶圓基板丨上形成蠢晶成長（epl taxlal growth)層2後之矽晶圓1’之剖面圖。 在石夕晶圓1’上摻雜（doping)作為推雜劑（d〇pant)的硼 B原子。石夕曰曰曰圓丄’是摻雜了較低濃度的不純物蝴⑻ό々ρ/ρ_ ί蠢晶成長裝置的爐内在石夕基板1的表面la 二=給，膜的原料氣體，，三嫩(SiHci3)， 及少$的硼B。然後’依據三氣矽俨 认主；炫；石日上ε 矛L 7烷的化學反應在矽基板1 的表面’藉由观日日成長同樣地形成矽的薄膜2。 如此，原子排列與矽基板1同— 、 ^ 』 的結晶就在基板1上形 成。 -般而言超矽晶圓1’在其後的裝置步驟中，受到鐵、 銅、鎳等重金屬的污染。裝置步驟中， 中鐵等的重金屬離子侵入的話，合有 日日®的裝置層 壽命降低之虞。 日有使裝置做出誤㈣、 因此，以往為了使重金屬離子 以去疲處理（gette㈣）。 子不會到達裝置層’就施 i ntr i ns i 去疵處理（g e 11 e r i ng )包括内部去範去 7054-5370-PF(Nl).ptd 第4頁 1313035 五、發明說明（2) 261:1^1'11^)(以下稱為1〇與外部去疵（6以1_11^1(： gettering)(以下稱為EG)。 内部去疵（1 G)係對矽晶圓施以熱處理，使矽晶圓的主 體（bulk)中，稱作BMD(主體微缺陷，bulk micr〇 defect) 之缺陷析出，以BMD的捕獲據點作為捕獲重金屬不純物的 去蔽法。 圖4係說明1 G的圖。

亦即，依照切克勞斯基法（cz法，Cz〇chralski method)生長而製成的石夕晶圓丨，中含有矽錠（sinc〇n ingot)的製造過程中來自石英坩堝的已溶解的氧。因此， 在裝置步驟中’對矽晶圓1’施加熱處理的話，則主體 (bulk)中之氧化矽SiOx析出。氧化矽3丨〇父其析出核具有一 定的大小，亦即大概直徑生長至到達數汁nra的程度時，變 成具有去疵能力。因此，具有除疵能力的氧化矽Si〇x的析 出核稱作B M D。因為氧化矽S i 〇 X比同原子量濃度的單結晶 矽體積較大，所析出的BMD，主體内發生局部的應變。施 以同樣的熱處理時，BMD濃度越高，去疵的效果越大。另 外，摻雜劑的硼的濃度越高，則BMD的濃度越高。

_對此，所明EG是在矽晶圓的内面處故意地施予機械應 變，利用形成多晶矽（polysilic〇n)層以形成應變層此 應變層成為捕獲據點，用來捕獲重金屬不純物之去疵法。 圖5是說明在藉形成多晶矽層施予應變層的圖式。 亦即，形成多晶矽層的步驟如下： (a )將石夕基板1置入爐内，

第5頁 7054-5370-PF(Nl).ptd 1313035 五、發明說明（3) (b )對矽基板1施加CVD處理等，在基板全體上形成多 晶石夕板3 ’ (c )將矽基板1的表面1 b上的多晶矽層3研磨，全體洗 淨使在内面1 a形成多晶矽層3的狀態。 此外，亦有只在矽基板1的内面1 a流入矽烷氣體，只 在内面1 a中形成多晶矽層3的方法。 矽基板1上成長磊晶生成膜2的話，由於BMD析出核消 失，即使在之後施予熱處理，BMD濃度變低，去疵變低。 尚且，若摻雜劑的硼的濃度越高，則BMD的濃度變高，故 在硼低濃度摻雜的P/P-矽晶圓1 ’中，BMD濃度變低，去疵 能力變低。 如此，在形成有已被摻雜低濃度的硼之磊晶生長膜2 的矽晶圓1 ’中，具有去疵能力低的問題。 因此，有人嚐試··在形成磊晶生長膜2之前，預先施 加熱處理，使氧化矽Si Ox的析出核成長較大，以促進BMD 析出。但是，依照此方法，處理步驟需要時間，產生矽晶 圓的製造成本上昇之問題。 因此，矽基板1上摻雜氮以增加BMD濃度的研究開發正 在進行。 另一方面，為了對石夕晶圓1 ’施加E G處理，不得不經過 上述（a)至（c )所示的步驟，步驟複雜化，晶圓的製造費 時，同時製造成本增高。但是，摻雜低濃度硼的P/P-矽晶 圓1 ’中，因為E G較I G去蔽能力較大，所以形成有蟲晶生長 膜的珍晶圓中 ' 以施加E G為主流。

7054-5370-PF(Nl).ptd 第6頁 1313035 五、發明說明（4) [發明内容] 但是，附有摻雜& 不足的情事，此問Ϊ ^的處理之1G乃至EG，均有去疵能力 本發明有鑑於此現在仍未解決。 決之課題。 ’以提高重金屬離子的去疵能力為解 因此，第1發明沾奸 出的元素以進行外特徵是其在石夕晶圓上摻雜.促進MD析 r °卩去疵（EG)處理。 第2發明是依捋筮〗欢n /处理 其特徵在於低濃度的硼被摻 其特徵在於為晶成長層被形 雜 中任-者，或是氣與:：：其特徵是上述元素是氮或碳 第3發明是依照第1發明 成 第4發明是依照第1發明 第5發明的特徵县产 曰 作内部去…1在一夕:曰严上將議濃度增加至至少能 並施予將鐵與銅去疵 其特徵在於包括：將 及施加外部去疵（EG) 其特徵在於包括：將 將鎳作内部去疵的程度下將氮摻雜 之程度下作外部去疵（EG)處理。 第6發明為矽晶圓的製造方法 促進BMD析出的元素摻雜化的步驟 處理步驟。 第7發明為矽晶圓的製造方法.^ 低濃度的石朋連同促進_析出的元素掺：：：：包括：將 疵（EG)處理的施加步驟。 ’、…、7驟及外部去 第8發明為石夕晶圓的製造， 促糊析出的元素加以摻雜的步驟括：將 「4去疵（EG) 7〇54-537〇-PF(Nl).ptd 1313035

發明說明（5) 處理的施加步驟 .μ η ττ/ ,, ζ： 第9 炎， > 成邱晶成長層的步驟。 第9 Α明為矽晶圓的製造方法兑 低濃度的硼連同你RM ，、寺徵在於匕括.將 及外部去素加以摻雜的步驟，以 步驟。 ）處理的施加步驟’以及形成蟲成長層的 第1 〇發明為矽晶圓的势造 BMD濃度增加至至小A 衣、方法，其特徵在於包括：將 步驟，以及能將鍈二土部去疵的程度下將氮摻雜的 理步驟。4鐵與銅去㈣程度下施加外部去疲⑽）處 本發明如圖】辦一 素的氮的摻雜處理二外乃：二晶圓1(施予促進膽析出元 晶石夕層3的處理）。因[ =G )處理（例如，形成多 重金屬離子的鋼與鎳中在= 中即使曝露在稱作 ，用’能捕獲銅與錄（請參照圖2)。另部去疯（⑹起 夕晶石夕層3因形成，外部去疯起作用:作為應變層的 晶石夕層3能捕獲鐵、銅（請參照圖2)。如成為捕獲據點的多 =置步驟中所發生的各種重金屬 此’依照本發明’ 月匕充义地去疫。因此，鐵、銅、鎳（所謂鐵、銅、鎖） :晶圓1’的裝置層中，防止裝置的誤：：屬離子不會侵入 命。 作’能達到高壽 [實施方式] =下，參照圖面說明本發明的半導 圓的‘造方法的實施形態。 體晶圓及半導體晶 在以下所證明的實施形態中，以矽曰 _ μ圓作為半導體晶

7054-5370-PF(Nl).ptd 第8頁 1313035 五、發明說明（6) 圓說明之。 本發明者，鑑於附加有摻雜氮的處理之I G及E G之去疵 能力不足，乃基於IG與EG對重金屬離子的種類之去疵能力 不同之假定下作分析。此結果顯示在圖2。但是，作為分 析對象的矽晶圓是摻雜低濃度的硼的P/P-矽晶圓1 ’ 。於 此，所謂「低濃度」，乃指硼的濃度為3 X 1 014 /cm2〜1 X · 10le/cm3(l Ω-cm〜15Q-cm)程度的濃度。 如同一圖2所示，得到附加有摻雜氮的處理之I G中， 對於鐵而言，去疵能力低，而對於銅，去疵能力變高，而 對於鎳，去疵能力非常高之分析結果。 0 另一方面，得到在EG中，對鎳而言，去疵能力低，而 對鐵與銅，去疵能力變高之分析結果。此外，不施加I G處 理也不施加EG處理的P/P-矽晶圓1 ’中，對於鐵、銅、鎳的 各種重金屬離子的去疵能力變低。 從以上的分析結果得到了，為了使對於鐵、銅、鎳的 各重金屬離子之去疵能力不會不足反而提高，以附加有氮 摻雜的處理之I G與EG併用而施加至矽晶圓上之結論。 圖1顯示實施形態的矽晶圓Γ的斷面，此矽晶圓乃用 以下的方式製造。 亦即，首先，將在石英坩堝中已含有硼B與氮N的矽熔 液溶化，成長添加（摻雜）有低濃度的硼B與氮N之不純物 (摻雜劑）之矽錠。 矽錠切割成矽基板1。如此得到低濃度的摻雜劑硼摻 雜的P-型的矽基板。

7054-5370»PF(Nl).ptd 第9頁 1313035

鐵、銅具有充分去疵能力下，形成 五、發明說明（7) 其次，用EG法使對 多晶矽層3。 下： 而在基板全體上形成多 多晶石夕層3的形成步驟說明如 (a) 將石夕基板1置入爐内。 (b) 對秒基板1施加c v ])處理， 晶石夕層3。 (c)將矽基層1的表面lb的多晶矽層3研磨/ 體’將多晶矽層3形成在内面丨a上。 ''王 此外’只將矽烧氣體流入矽基板！的内 面la中形成多晶矽層3。 ，、在内 其次，在磊晶生長裝置的爐内，薄膜的原料氣體（例 如三氣矽烷S i HC I3)供給至矽基板1的表面丨a上。之後，依 據三氣矽烷的化學反應’同樣地依照磊晶生長法將咬薄^ 形成在矽基板1的表面1 b上。 ' 如此’原子排列與矽基層1相同的結晶在基板1上形 成。 如此製出的矽晶圓1 ’，在之後的裝置步驟中，對石夕晶 圓施加熱處理的話，主體内一定大小（概略直徑為數十nm 程度）以上的氧化石夕S i 0 X的析出核成長’析出B M D。因此， 為了預先將氮摻雜至矽晶圓，BMD濃度變高，如圖2所示， 對於銅、鎳的去疵能力變高。 此外，製造後的矽晶圓1 ’在裝置步驟中’即使曝露於 所謂鐵、銅的重金屬離子，如圖2所示’作為應變層的多 晶矽層3中，因具有十分高的去疵能力’能將此重屬離子

7054-5370-PF(Nl).ptd 第10頁 1313035

五、發明說明（8) 捕獲。 依照以上的本實施形態，因為對 的處理，與外部去疵（EG )的處理，在=+施加氮摻雜 露於銅、鎳所謂重金屬離子，在熱處理的即使曝 疵（IG)起作用，能捕獲銅 '鎳。又因作=中，内部去 矽層3正在形成，依據外部去疵（EG )的作用 '，怎變、層的多晶 點的多晶矽層3能捕獲鐵、銅。這樣，依攄 .為捕獲據 在裝置步驟中，所發生的鐵、銅、錄^本貫施形態’ 分地去疲。因此，石夕晶圓丨，的裝置層中，金屬離子能十 屬離子不侵入，能防止裳置的誤動作，提高使:春鎳重金 如圖2所示，對銅的去疵能力EG與IG均具有％命。 場合，鎳的去疵能力較銅高，從而，將氮摻雜’在尸的 之際，可實施至少得到錄的去蘇能力的:程度的^晶圓！， 05·^板轴為氮的摻雜濃度（/cm3)，縱轴，數 (earner·)的發生壽命（Hfetime)之圖。少數 數載子 壽命越大，則金屬污染量越小。如圖5 载，的發生 為1E+14(/Cm3)的時候，金屬污染量最小。 氣的濃度 雜氮時，少數載子的發生壽命是在測定限界二。元全不摻 在上述貫施形態中’雖然乃將氮摻雜， ::，IG的能力提高’但使用氮以外的 的 :亦可。此外’將氮與碳兩種加以摻雜 ：B的析 亦可。 疋進BMD析出 又在上述貫施形態中，乃是將多晶矽層3 層而作為EG之手法，7成為應| 仁疋對石夕晶01的内面4施加喷砂

1313035 五、發明說明（9) (s a n d b 1 a s t)等加工以形成機械的應變層的手段方法亦能 獲得同樣的效果。 另，在上述實施形態中，雖然乃是使用低濃度的硼摻 雜的矽晶圓，此種情形本發明的效果特別有效。但是，當 然，用高濃度之硼摻雜之矽晶圓，亦能適用本發明。另 夕卜，用硼以外的摻雜劑摻雜的矽晶圓，亦能適用於本發 明。

7054-5370-PF(Nl).ptd 第12頁 1313035 圖式簡單說明 圖1是實施形態的矽晶圓的剖面圖。 圖2是表示附加有氮摻雜處理的内部去疵（IG)與外部 去疵（EG )，與各種重金屬離子的去疵能力的關係之圖。 圖3是矽晶圓的剖面圖以說明内部去疵（I G )的圖。 圖4是矽晶圓的剖面圖以說明外部去疵（EG )的圖。 圖5是顯示氮的摻雜濃度與少數載子的發生壽命的關 · 係的圖。 符號的說明 1矽基板 2蟲晶成長層 丨· 1 秒晶圓 3多晶矽層

7054-5370-PF(Nl).ptd 第13頁

Claims (1)

1. 案號 9113570] (更)正

   六、申請專祕目 , 種秒晶圓，盆转傲— 4 、寻被在於：其被摻雜 ϋ的元素，以及妯设.、，u , ” 為了促進 ___— bmd 於 於 於 析出的元素，以及被施以;卜部二77理 2·如申請專利範圍第β所述…η 上述元素是氮或碳中任—去，$ a 其特欲在3, 申請專利範圍第丨項所者述之或二氮圓與 其摻雜有低濃度的硼。 其特徵在 4. 如：請專利範圍第i項所述之石夕晶圓 其形成有磊晶成長層。 ，、特欲在種梦晶圓，其特徵為协.立户& 至少能蔣魏…:二在矽晶圓上將BMD濃 之 5. 广增加裏至少能將鎳作内部：症處理：=曰圓上將BMD濃 度 滅B+ 1 &丨专疵處理之程度下將氮掺雜， 姐施予鐵及銅去疵程度下作外部去疵處理。 6.Λ種石夕/1圓的製造方法，其特徵在於包括：將促進 BMD析出的凡素摻雜化的步驟，以及施加外部去疲（eg)處 理步·驟。 7種矽晶圓的製造方法，其特徵在於包 度的硼連同促進BMD析出的元素摻雜的步驟、，以及外部去/ 麻（EG)處理的施加步驟。 8 圓的製造方法’其特徵在於包括：將促進 BMD析出的兀素加以摻雜的步驟，外部去疵（EG)處理的施 加步驟’以及形成磊晶成長層的步驟。 9. 一種石夕晶圓的製造方法，宜 度的石朋連同促進B M D析出的/辛加以特/雜在^半包括：將低濃 蘇⑽）處理的施加步驟，;推曰m’/卜部去 1Λ _ 久〜风猫日日成長層的步驟。 •一矽晶圓的製造方法’其特徵在於包括：將BMD

   7054-5370-PFl(Nl).ptc 第14頁 1313035 案號9Π35701_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 濃度增加至至少能將鎳内部去疵的程度下將氮摻雜的步 驟，以及能將鐵、銅摻雜的程度下施加外部去疵（E G)的處 理步驟。

   7054-5370-PFl(Nl).ptc 第15頁