TW201000693A - Epitaxial silicon wafer and method for producing the same - Google Patents

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201000693 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於僅於矣& , I、a + $ H + 值於表面（早面）具有磊晶膜之磊晶矽晶 圓及其製造方法。 【先前技術】 矽晶圓之製造，係首先以cz(Cz〇chralski:丘克拉斯基） 法拉升單晶晶錠（矽單晶），並藉由對該晶錠實施切片、去 角、磨光、蝕刻、鏡面研磨、及洗淨等各步驟來進行。然 而，可預見隨著晶圓愈往大口徑化發展，在單晶晶錠及矽 晶圓，會因晶錠拉升之技術性問題、良率等原因，而難以 製造無缺陷結晶（無 COP(Crystal Originated Particle :曰鱗 •曰曰！ 原生顆粒）結晶）。 因此’為了 §某求形成元件之晶圓表面的無缺陷化，— 般S忍為今後利用例如專利文獻1所揭示之氣相蟲晶法，於 例如450mm以上之大口徑晶圓之表面（鏡面）使磊晶膜成長 的方法會成為主流。 專利文獻1 :曰本特開平6 - 112 1 20號公報 【發明内容】 然而’在蟲晶碎晶圓中’在大塊晶圓（碎晶圓）與蟲晶膜 為不同材料時、或在大塊晶圓與蠢晶膜所含之摻雜物濃声 不同時’會產生以下問題。亦即’由於形成大塊晶圓之原 子的sa格常數與形成蟲晶膜之原子的晶格常數不同，因此 3 201000693 容易在矽晶圓甚至磊晶矽晶圓產生翹曲。該翹曲會隨著晶 圓之大口徑化而增大（專利文獻1)。 因此’例如矽晶圓一般考慮採用從硼濃度為未滿2·7χ 10 7atoms/cm3之高阻抗摻硼單晶晶錠（比電阻值為〇」ω · cm以上）所製得者。如此，因大塊晶圓之原子半徑與磊晶膜 子半徑的不同所產生之應力變小，即使於晶圓表=使 磊晶膜成長，晶圓之較大翹曲亦不易發生。而且，由於係 於低硼濃度之晶圓使磊晶膜成長，因此摻雜物從晶圓背面 往外擴散而繞至元件形成面之磊晶膜所產生的自動摻雜現 象亦文到抑制。又，晶圓内部之硼已知會成為内部去疵（IG ; c Gettenng)之成長核。然而，相較於高硼濃度之晶 圓’低硼濃度之晶圓的内部去疵能力較低。 因此’經發明人努力研贫 έ士 研九之、，口果，想到只要在磊晶矽 晶圓對直徑為45〇_以上且比電阻值為〇ιω_以上(高 阻：之石夕日日圓’賦予某種内部去疲功能即可。如此知 =二單面，晶成長之晶Β，亦不易於晶圓產生較大之 翹曲且可獲得較高之内部去_力1成本發明。

本發明係以提供—磁石Q .坌/ 種领晶矽晶圓及其製造方法為目 的，其係在僅於450mm以上夕+ , 成長時1降低晶圓之趣…晶圓的表面使蟲晶膜 力。 且亦可獲得較高之内部去疵能 申請專利範圍第1 僅於加工以CZ法拉升 上、比電阻值為〇1Ω 項之發明係一種磊晶矽晶圓，其係 之矽單晶所製得之直徑為450mm以 111以上的矽晶圓表面使磊晶膜成 201000693 長-特徵在於：該石夕晶圓具有内部去庇功能。 α 1根據申請專利範圍第！項之發明，由於對比電阻值為 乂上之间阻^且直控為45〇mm以上之石夕晶圓賦 曰。P去疵功忐，因此即使是直徑為45〇瓜爪以上之大口徑 晶圓H晶膜成長後亦不易於晶圓產生較大之麵曲且可 獲得較高之内部去疵能力。 矽晶圓之口徑只要在450mm以上則任意皆可。 蟲晶膜之材料可與晶圓同樣採用單晶矽。或者，與晶 圓不同之例如鎵/砷等亦可。 g晶膜之厚度在例如雙極型裝置用或 …150…而M〇s元件用則為i〇"m以下。 j晶法可採用氣相蟲晶法、液相遙晶法、固相蟲晶法 :二種。其中’氣相磊晶法可採用例如常壓氣相磊晶法、 中，乳相蠢晶法、及有機金屬氣相蟲晶法等。氣相蟲晶法 此係使用例如將蟲晶硬晶圓以橫置狀態（正反面為水平之 的!、)广收納於晶圓收納部之俯視為圓形且可裝冑1片晶圓 氣相蟲晶法可為使與石夕晶圓相同材料蟲晶成長之 同質蟲晶（homoepitaxv)，亦·5Γ炎扯is PUXy)亦、可為使與晶圓不同之材料（石申化 4 )秘日曰成長之異質蟲晶（Heteroepitaxy)。 成長裝置只要是可僅於石面Μ ^尸 相麻日日成長裝置，則其構造為任音皆 可。氣相蟲晶成長裝置可為薄片㉟，或能同時處理複^ 梦晶圓之薄煎餅型、桶型、熱壁型、及叢集型亦可复數片 對石夕晶圓職予内部去疲功能之方法，例如可採用對炫 201000693 解液（矽）摻雜lxi013〜lxl0i5atoms/cm3之氮元素、對熔解液 摻雜 lxl〇15〜lxl〇17at〇ms/cm3 之碳元素。 申请專利範圍第2項之發明係如申請專利範圍第丨項 之磊晶矽晶圓，其中，該矽晶圓係包含丄X 1〇n〜^ X l〇15atoms/cm3 之氮元素與 1χ1〇15〜1><1〇17^〇1^/(^3 之碳元 素中至少一種。 根據申請專利範圍第2項之發明，矽晶圓係包含1χ1〇13 〜lxl〇15at〇ms/cm3 之氮元素、lxl〇15〜lxi〇17at〇ms/cm3 之 碳几素，氮元素與碳元素兩者中任一種。藉此，磊晶膜成 長後即不易於晶圓產生較大之翹曲。其結果，便可降低 晶圓之翹曲且亦可獲得較高之内部去疵能力。 申月專利範圍第3項之發明係一種遙晶石夕晶圓之製造 方法，其係僅於由以CZ法從坩堝内之熔解液拉升之矽單晶 所衣彳f之比電阻值為〇」Ω . cm以上、直徑為以上的 矽晶圓表面使磊晶膜成長，其特徵在於：至少進行以下i 員〇摻雜lxlG〜lxiG15atGms/em3之氮元素於該炼解 ^ 雜1X10 5〜lxl〇17atoms/cm3之碳元素於該熔解 液藉此對該矽晶圓賦予内部去疵功能。 、根據申請專利範圍第3項之發明，係對直徑為45〇mm 以上比電阻值& 〇1 Ω · cm以上之高阻抗的大口徑矽晶 圓，職^内部去疵功能。具體而言，係進行對石夕之炫解液 之U10^3〜1Xl〇15at〇mS/Cm3之氮元素之摻雜、對該熔解液 之lXl0 5〜1X10丨7at〇mS/Cm3之碳元素之摻雜，氮元素與碳 、兩者之摻雜中至少丨種。藉此，磊晶膜成長後，即不 6 201000693 易於晶圓產生較大之翹曲。其結果’冑可降低晶圓之麵曲 且亦可獲得較高之内部去疵能力。 提高石夕晶圓之比電阻值的方法，可採用晶錠拉升時將 例如爛、料摻雜物添加於㈣内切之熔解液中的方 法。此外’亦可添加砷/銻等。 對溶解液之I元素之摻雜量若& lxi〇13at〇ms/cm3未 滿，會因内部析出不足而產生去疫能力不足之問題。又， 若超過lxl015atoms/cm3’則會因内部析出過多而產生缺陷 穿透磊晶膜之問題。 對熔解液之碳元素之摻雜量若為lxl015atoms/cm3未 滿，會產生去疵能力不足之問題。又若超過h 1017at〇mS/Cm3 ,則會產生磊晶膜質劣化之問題。 申明專利範圍第4項之發明’係如申請專利範圍第3 項之蠢晶石夕晶圓之製造方法，其中，在該蟲晶膜成長後同 時研磨該磊晶膜之表面與該矽晶圓之背面。 ,根據申請專利範圍第4項之發明，由於在蟲晶膜成長 後同時研磨磊晶膜之表面與矽晶圓之背面，因此可提高磊 晶石夕晶圓兩面之平坦度…，可縮短晶圓兩面之蟲晶膜 之研磨步驟所須的時間以提高生產性。 同時研磨蟲晶矽晶圓正反面之方法，可採用在於上面 展開有研磨布之下定盤與於下面展開有研磨布之上定盤之 間’同時研磨磊晶矽晶圓正反面之薄片式兩面研磨方法。 又’亦可採用無太陽齒輪之兩面研磨方法，其係在具研磨 布之下定盤與具研磨布之上定盤之間，使於晶圓保持孔收 201000693 納有磊晶矽晶圓之載體板不伴隨自轉之圓運動。 根據申叫專利範圍第1及3項之發明，由於對直徑為 450麵以上、比電阻值為G iq .⑽以上之大口徑且高阻抗 的砍晶圓賦予内 円邛去疵功能’因此磊晶膜成長後，即不易 於晶圓產生較大之翹曲。其結果，便可降低磊晶矽晶圓之 起曲且亦可獲得較高之内部去疵能力。 、尤其’根據申請專利範圍帛4項之發明，由於在磊晶 膜成長後同時研磨磊晶膜之表面與矽晶圓之背自，因此可 ^南遙晶碎晶圓$ + ; + 圓之兩面之千坦度，且可縮短晶圓兩面之磊 晶膜之研磨步驟所須的時間以提高生產性。 【實施方式】 以下’具體說明本發明之實施例。 【實施例] 圖1中，10係本發明之實施例i之蟲晶石夕晶圓。蠢晶 矽曰曰圓10係以加工以cz法拉升之矽單晶所製得之直徑為 450mm且藉由摻蝴使比電阻值為ι 〇ω⑽的石夕晶圓11為 本體。磊晶矽晶圓10係一種2層構造之晶圓，其係僅於矽 =η之表面藉由氣相Μ法成長有由單^構成之蠢晶 、 於矽日日圓11係以lxl〇14atoms/cm3摻雜有氮元素， 以賦予内部去疵功能。 、 以下，根據圖2之流程圖說明本發明之實施例丨之磊 晶石夕晶圓的製造方法。 如圖2之流程圖所示，矽晶圓"係實施以下步驟所製 8 201000693 作，亦即在掛翻從㈣有既定㈣切㈣㈣，以cz =拉升皁晶m(s⑽後將晶錠切成多數片晶圓 101)，對各晶圓依序實施去角（S1G2)，磨光（湖），㈣ (S104)，以及兩面研磨（S105)。 其次，於石夕晶圓η之表面藉由氣相蟲晶法使蟲晶膜12 成長㈣。然後，同時研磨蟲晶臈12之表面與石夕晶圓η 之背面⑻07)。以此方式，製晶圓iG(si〇8)。 以下’具體說明各步驟。 晶鍵之拉升步驟⑻⑽）中，係使用圖3所示之結晶成長 裝置使石夕單晶成長。所製造之石夕單晶之直胴部的直徑係可 形成450mm之矽晶圓之47〇mm。 圖3中’40係本發明之實施例】之石夕翠晶成長裝置（以 下、稱為結晶成長裝置)。該結晶成長裝置40具備中空圓筒 ㈣41。腔室41係由主腔室42、及連設固定於主 =至42上且較主腔室42小徑之拉升腔室43構成。於主腔 至42内之中心部，坩堝44係固定於可旋轉及升降之支承 轴（幸由架）45 _L。㈣44係使内側之石英㈣46與外侧之 石墨坩堝47組合的雙重構造。 於坩堝44之外側，加熱電阻式之加熱器51係與坩堝 之土邛配置成同心圓狀。於加熱器5丄之外側，沿主腔室 42之周側壁内面配置有圓筒狀之保溫筒52。於主腔室42 之底面上則配置有圓形之保溫板53。 於坩埚44之中心線上，通過拉升腔室43吊設有可與 支承轴45以同一軸心旋轉及升降之拉升軸（為金屬線= 9 201000693 可）55 °於拉升軸55之下端則裝設有種晶c。 其次，具體說明使用該結晶成長裝置40之石夕單晶成長 方法。 於掛禍44内投入結晶用矽原料及作為雜質之硼以使石夕 單晶S之比電阻值成為i.〇Q.cm的分量。將腔室41内減 壓至25Torr，並導入包含i〇OL/min之氮氣的氬氣。其次， 藉由加熱器51熔解坩堝44内之投入物’於坩堝44内形成 熔解液56。 其次，將裝設於拉升軸55下端之種晶c浸潰於熔解液 56，邊使坩堝44及拉升軸55往彼此相反方向旋轉，一 邊於軸方向拉升拉升轴55，於種晶〇之下方❹單晶§成 長。藉此’即可製得氮元素為1χ1〇丨43—3，且因摻爛 而使比電阻值為1 .G Ω . 的石夕單晶（晶錠）S。 —切片步驟（S1G1)中，係'使用將鋼絲捲掛於側視配置成 -角形狀之二支槽滾輪的線鋸。藉由該線鑛從石夕單曰曰曰S切 取多數片石夕晶圓1 1。 此後之去角步驟（s J 02中 )甲係將紅轉t之去角用磨 按慶於梦晶圓1〗夕 圓1 1之外周部以進行去角。 磨光步驟（S 103)中， 晶圓11之兩面。亦即，以 盤間磨光矽晶圓11之兩面 係藉由兩面磨光裝置同時磨光矽 既疋速度在旋轉中之上下磨光定 矽晶圓1 1浸潰於儲 以除去因去角及磨 敍刻步驟（SUM)中，係將磨光後之 留在姓刻槽之酸性餘刻液來進行钮刻， 光所造成之損傷。 10 201000693 兩面研磨步驟⑻05)中’係使用無太陽齒輪之兩面研磨 裝置，同時鏡面研磨矽晶圓丨丨之兩面。 以下’參照圖4及圖5，具體說明無太陽窗輪構 面研磨裝置的構造。 如圖4及圖5所示，上定盤120係透過延伸向上方之 旋轉軸1 2 a ’藉由上侧絲艎民.去 轉馬達16在水平面内被旋轉驅動。 又’上定盤120係藉由使其往轴線方向進退之升降裳置a ;垂直方向升降。升降裝置1 8係使用於在將蟲晶石夕晶圓 η對載體板11〇供應/退出時等。此外，上定盤12〇及下定 盤1 30對猫曰曰石夕晶圓j j正反兩面的按屋，係藉由組裝於上 定盤⑶及下定盤U0之未圖示的氣囊方式等加壓手段來 進仃。下U 13G係透過其輸出# m藉由下側旋轉馬達 7在水平面内旋轉。該载體板11〇係以該載體板ιι〇本身 、，方式藉由載體圓運動機構19在與該載體板n〇 之面平行之面（水平面）内圓運動。 狀二體圓運動機構19係具有從外方保持載體板110之環 透過連結構造而被連結。、# 19與載體保持具20係 於載體保持且20之々k田*Γ7 /、 卜周邛，配設有每90度往外方突 板幵/妝#承〇F2〇b於各轴承部20b插裝有突設在小徑圓 =之偏心臂24之上面之偏心位置的偏心轴叫。又， 於此專4個偏心臂24之 24b。 下面的中心邛，垂設有旋轉轴 態，插壯轴鳩係以使其前端部分別往下方突出之狀 ^衣於母9〇度合計4個配設在環狀裝置基體25的轴 11 201000693 :部…。於突出至各旋轉轴24b下方之前端部，分別固定 鏈輪*26。於各鏈# 26以水平狀態接連掛跨有正時鍵條 7。此等4個鏈輪26與正時鍵條27， 轴 ^旋轉’以使4個偏心臂24同步圓運動。支疋轉轴 此等4支％轉轴2仆中，i支旋轉轴μ 長條，其前端部係突出至較鏈輪 …為 有動力傳動用齒輪28。齒_28俜嚙八 、。亥部分固定 齒輪28係嚙合於固定在往圓運動用 ， 之上方延伸之輪出軸的大徑之驅動用之齒輪30。 30 2^^起動圓運動用馬彡29，其旋轉力即透過齒輪 疋於長條旋轉軸24b之鏈輪26傳動至正時鏈條 7。错由正日㈣條27進行周轉，透過其他3個鏈輪26,4 :偏臂24即同步以旋轉軸2仆為中心在水平面内進行旋 藉此 併連結於各偏心軸24a之載體保持具2〇，甚 ^受該保持具20保持之載體板nG便在平行於該載體板 之水平面内，進行不伴隨自轉之圓運動。亦即，載體板 10曰係保持從上定盤120及下定盤130之轴線6偏心距離L 之里之狀態迴旋。於兩定盤120, 130之各對向面展開有研 磨布⑴該距離L係與偏心軸24a與旋轉轴24b之距離相 同。藉由不伴隨該自轉之圓運動，載體板110上之所有點 即描繪同樣大小之小圓的軌跡。藉此’兩面研磨收納於形 成在載體板11 〇之晶圓收納部11 a的石夕晶圓Η。 其次，參照圖6具體說明使用薄片式之氣相磊晶成長 裝置之磊晶成長步驟（S 106)。 士圖6所示，氣相蟲晶成長裝置60係於於上下配設有 12 4 201000693 加熱器之腔室的中央部水平配置有俯視為圓形且可裝載^ 片石夕晶圓u之晶座61。晶座61係藉由加塗布碳製之基 材。 、於晶座^之上面之内周部，形成有以橫置狀態（正反面 為水平之狀態)收納矽晶圓"的凹狀槽座(晶圓收納部⑽。 槽座62係由周壁62a、寬度6職之俯視為環狀的段差㈣、 及底板（槽座之底壁面）62c構成。 配設有氣體供 源氣體（SiHCl3 一側部形成有 於腔室之一側部，係於腔室之上部空間 應口 ’以使既定载體氣體（H2氣體）與既定來 氣體）對晶圓表面平行流動。又，於腔室之另 氣體之排氣口。 在磊晶成長時，係使晶圓正反面為水平將矽晶圓丨丨橫 置於槽座62。其次，於矽晶圓U之表面使磊晶膜12成長。 亦即，通過對應之氣體供應口將載體氣體與來源氣體往反 應室導入。將爐内壓力設為l〇〇±20KPa，於被加熱至1〇〇〇 C〜11 5 0 c之咼溫的矽晶圓11上使藉由來源氣體之熱分解 或還原所產生之矽，以反應速度為3·5〜4 5/zm/分析出。藉 此，矽單晶之厚度為l〇#m程度之磊晶膜12便成長於矽晶 圓1 1之表面上。以此方式’製作磊晶矽晶圓1 〇。 後續之蟲晶碎晶圓10的同時研磨步驟（Sl〇7)中，係使 用在兩面研磨步驟（S105)中已使用之無太陽齒輪構造的兩 面研磨裝置’同時鏡面研磨磊晶膜12之表面與石夕晶圓n 之背面。以此方式，製作磊晶矽晶圓i 〇 (s丨〇8)。 以此方式’對比電阻值為0.1Ω .cm且直徑為450mm的 13 201000693 石夕晶圓11賦予内& 一 去疵功此。因此，即使是直徑為450mm 仫之矽曰曰圓11 ’在磊晶膜1 2成長時，因大塊晶圓 11之原子半徑與蟲晶膜12之原子半徑之不同所產生之應力 會隻』藉此，即使僅於形成元件之晶圓表面使磊晶膜 成長’亦不易產生石夕晶B i j甚至蟲晶石夕曰曰曰冑⑺之較大 翹曲。藉此，可降低蟲晶石夕晶圓1〇之麵曲。而且，由於係 於低硼濃度之矽晶圓n估石a 、 ” 使麻日日膜12成長’因此摻雜物從 晶圓背面往外擴散而繞至形成元件之蟲晶膜Μ所產生的自 動摻雜現象亦受到抑制。 於夕曰曰圓11摻雜有lxl〇14at〇ms/cm3之氮元素。其結 果’矽晶圓11雖為硼濃度較低之高阻抗晶圓，但亦具有較 局之内部去疵能力。 ， 晶成長步驟後，使用無太陽齒輪構造之兩 研磨裝置同時研磨磊晶m 12之表面與矽晶圓η之背面 精此’可提高蠢晶石夕晶κ 1()之平坦度，且可縮短研磨所 之時間以提高生產性。 士此外，蟲晶膜12之表面與石夕晶圓j i之背面亦可不 時研磨而逐面研磨。 賦予内部去疵功能之方法， 4atomS/Cm3之氮元素，不過亦 中添加形成 lxl〇17at〇nis/cm3 亦可實施摻氮與摻碳兩方。 實施例1中，對矽晶圓11 雖採用對炼解液5 6摻雜1 χ i 〇 1 可取而代之，採用於熔解液56 之分量之碳粉末的方法。又， 【圖式簡單說明】 14 201000693 流程 圖1係本發明之實施例 圖2係本發明之實施例 之蟲晶碎晶圓的截面圖。 之蠢晶梦晶圓之製造方法的 料發明之實施例 S5 « . ^ ^ 使用切單晶成長裝… 农夏的縱截面圖。 圖4係本發明 使用之無太陽齒輪構:=之蟲…圓之製造方法所 固： 再^之兩面研磨裝置的立體圖。 使用之無太陽齒輪一晶圓之製造方法所 霉之兩面研磨裝置的縱截面圖。 圖6係本發明 眘 之實施例1之磊晶矽晶圓之製造方法所 之蟲晶成長裝置的要部放大截面圖。 【主要元件符號說明】 10 蟲晶石夕晶圓 11 秒晶圓 12 磊晶膜 44 坩堝 56 熔解液 S 矽單晶 15

Claims (1)

1. 201000693 七、申請專利範圍： 晶圓，係僅於加q cz^ e 所製得之直徑為450mm以上、 夕早曰1 石夕晶圓表面使^膜成長，其特徵在於為_·⑽以上合 該石夕晶圓具有内部去疵功能。 2. 如申請專利範圍第】項之蟲晶石夕晶圓，其 圓，包含1XW〜lxl〇15at〇ms/cm3之氮元素與 iO 7atoms/cm3之碳元素中至少—種。 3. -種磊晶矽晶圓之製造方法’係僅於由以cz法從掛 堝内之熔解液拉升之矽單晶所製得之比電阻值& 〇ιω π 以上、直徑為450mm以上的矽晶圓表面使磊晶膜成長其 特徵在於：至少進行 ⑴換雜lxlO13〜lxl〇15atoms/cm3之氮元素於該熔解 液、 (2)#雜1χ1〇15〜lxl〇17at〇ms/cm3之碳元素於該熔解液 之1項’據以對該石夕晶圓賦予内部去疮功能。 4.如申請專利範圍第3項之磊晶矽晶圓之製造方法，其 中，在該磊晶膜成長後同時研磨該磊晶膜之表面與該矽晶 圓之背面。 八、圖式： (如次頁） 16