TW501202B - Semiconductor wafer manufacturing process - Google Patents

Description

501202 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 登明背景 本發明係關於一供準備如拋光之第一級半導體晶圓的方 法。本發明係更特別關於一供自低成本單結晶矽，準備如 抛光之半導體晶圓之方法，該方法係可消除通常生產該晶 圓所茜長時間’南成本之抛光步驟。 單結晶矽係多數製造半導體電子組件方法所需之起始材 料及通常係以切克勞斯基（Czochralski)方法準備。在該方法 中，係利用連續以氬氣流清洗之一晶體拉成裝置，藉緩慢 方式拉取石英甘堝中融熔且浸以籽晶之多晶矽（”聚矽”）使之 成形該一單結晶矽錠。 石夕晶圓通常係藉多步驟之方法自成長矽錠製造而成，該 方法係自用線鋸或内徑鋸分割該晶體錠開始。該分割妥之 晶圓通常係接受修平步驟，以減低該晶圓正表面之總厚度 。常規之步驟係包研磨，削磨及蝕刻，以去除機械損傷與 污染。於清洗過程後，該晶圓通常係一面或雙面拋光。通 常包括粗拋光及細拋光步驟之該晶圓拋光係即昴貴又費時 之晶圓製造方法。 爲增加總生產量及減低成本，係希望於限制快速冷卻所 產生各類缺點與數量之同時，盡快地生長該單晶矽錠。但 於快速拉取或連績拉取單晶珍時之快速冷卻（即晶體在多空 穴狀況下生長）所產生的附聚作用係會導致結晶起因之微粒 (COPs)，表面缺點，位錯及氧化疊層缺陷（〇SF)核在該晶圓 表體中及在孩晶圓表面之上。數項減低或消除該等問題之 方法係在以如技藝中已有進步，該等方法係包括沉積遮蔽 度適用中國®家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨 — ！_! 裝 ^^丨！！1 訂！！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線丨1 )υΐ2〇2

發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 缺點之高品質磊晶膜（通常簡稱，ΈΡΙ_ΙΙ”層），緩慢冷卻晶體 以控制缺點之大小與數量密度，晶體成長時之缺點抑制， 以及在不同氣體中之不同高溫退火步驟（美國專利編號 5,931,662)。 ； 雖前述方法成功地縮減結晶起因之微粒（C〇Ps)，表面缺 點，位錯及氧化疊層缺陷（〇810核，但係筇貴，費時之方法 ’邊方法係會減低總生產量及增加成本。因此在半導體工 業中係存在一高生產量晶圓製造方法之需求，該方法應能 以有效且以具成本效益方式生產如抛光之半導體晶圓成品。 發明概沭 在本發明標的中，係具有高產量晶圓製造方法之規定； 該規定係一可大量簡化拋光方法；減低總成本；減少半導 體晶圓表面上結晶起因之微粒（COPs)，表面缺點，及氧化 疊層缺陷（OSF)核；及生產具有無缺陷領域及内部吸氣晶圓 之高產量晶圓製造方法规定。 簡T之，本發明係有關於一自一單結晶錠製造具有一正 表面及一背表面半導體晶圓之方法。該方法係包括首先在 一氣體環境中退火晶圓，以減低晶圓正表面之粗糙度。在 退火步驟之前，正表面之粗糙度係在3毫微米rmS至10亳微 米RMS之間及退火後，該正表面之粗糙度係在1毫微米111^8 至8晕微米RM S之間。最後’该晶圓正表面係抛光至如鏡般 表面光潔度。 本發明係更進一步有關於自一單結晶錠分割半導體晶圓 之製造方法。該半導體晶圓係雙面細磨以改善該晶圓厚度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) --------------_ 裝^^———訂—I—線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 5BI202 修第^:^273號專利申請案 年月9；ff兒絶徽爹正頁(91年3月） ^ 五、發明説明（3 ) 均一性及減低受傷與波紋度。其次、，該正表面係微蝕以去 除埋入之顆粒及損傷以及減少該晶圓上之機械應力。該晶 圓最後係在一氣體中退火以改善該正表面之品質及拋光以 ’ 產生在該晶圓正表面上如鏡般之表面光潔度。 本發明係更進一步關於製造自一單結晶錠分割半導體晶圓 之方法。該晶圓首先係自一單結晶錠分割及研磨，粗削磨以 減低波紋度與改善平整度。其次，該晶圓係雙面細磨以改善 厚度均一性及減少損傷與波紋度，並微蝕正表面以去除埋入 之顆粒及損傷。再者係在該晶圓上完成產生無缺陷領域之扭 作，而後在一氣體中退火以改善該晶圓正表面之品質。最 後，該正表面係拋光以產生如鏡般表面光潔度之正表面。 本發明之其他標的與特徵，部份係明顯及部份係於下述 說明。 圖式簡單說明 圖1係說明一根據本發明製造半導體晶圓方法之流程圖； 圖2A及圖2B係根據本發明退火過程前及退火完成後之微 蝕同一半導體晶圓正表面的二圖； 圖3 A至圖3C係晶圓正表面在上之放大200倍半導體晶圓照 片； 圖4係說明於本發明高溫退火過程中以調整參數設計之不 同晶圓表體微缺點密度。 最佳實例詳細說明 根據本發明係披露高品質之如拋光半導體晶圓，該半導 體晶圓係可立即供製造元件用，該半導體晶圓係用低成本 晶體（如快拉型CZ或連續拉取型CZ晶體）以快速且具成本效 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501202 A7 ..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................B7 五、發明說明（4 ) 凰之方式藉最簡化之雙面細磨拋光，微蚀與退火等過程製 造。退火操作係會減少結晶起因之微粒及在該晶圓表面上 及接近該表面之其他表面缺點，以及微蚀後留於該晶圓表 面上及接近該表面的氧化疊層缺陷核密度。該方法係以削 f，微钱及退火以及低成本形成第一級如抛光晶圓而替代 印貴惑拋光步驟。而且，該方法係可生產低成之第—級半 導體晶圓，該晶圓具有以方法參數控制操作之無缺陷領域 及内部吸氣。 參閱圖式，特別參閱圖丨知，係本發明生產如拋光半導體 晶圓詳細方法與步驟之流程圖。如圖i所示，該半導體晶圓 係用常規之内徑鋸或線鋸自一單結晶體分割而成，以生產 一具有預定初始厚度之薄晶圓碟。該晶圓係具有一正表面 及一背表面，本發明之目的係界定該正表面爲印刷元件用 之表面。每一晶圓之初始厚度係大於成品厚度，以使後續 之處理操作可減少該晶圓之厚度而無永久損壞或斷裂之危 險。例如，該晶圓之初始厚度係可在8⑽至12〇〇 μιη之間。 分割後，該半導體晶圓通常係接受清诜操作以去除分割 操作時沉積在該晶圓上之特殊物件。該清洗過程係可包括 依序排列之蚀刻各液容泰’清洗溶液容器及沖洗水容器。 在清洗中，約2至10 μιη之材料係自該半導體晶圓之正表面 與背表面去除。在製造方法之此階段中，該晶圓之周圍邊 緣係可用常规之邊緣削磨器成形，以減低該晶圓在進一步 之方法中損壞之危險。該晶圓通常係於以前述方式形成邊 緣後清洗。该晶圓係以雷射標記，供於下·一操作前辨織之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !1 丨丨！-裝 ---訂—------線--- (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 501202 A7 B7 五、發明說明（5 ) 用0 參閱圖1知，該半導體晶圓係在下一步驟中接受研磨/粗磨 操作。研磨/粗磨操作合併執行係可減低該晶圓之波紋度與 改善整體之平整度。同時，研磨/粗磨操作合併執行係可去 除以前過程，如分割過程，加諸於該晶圓之半導體晶圓表 面損傷。研磨/粗磨操作合併執行係傳統的及熟知於精此技 藝者之技藝（見Watanabe等之美國專利編號5,429,71 1)。 而後，該晶圓係接受一削磨操作，細磨該半導體晶圓之 正表面與背表面，以改善該晶圓之厚度均一性及減低分割 與研磨/粗磨操作所造成之損傷及波紋度。該削磨操作最好 係雙面同時操作（SDSG)。執行雙面同時操作之適當裝置係 如曰本Koyo機械工業有限公司（Koyo機械）製造之DXSG300 型，或曰本Nippei Toyama公司（NTC機械）製造之MPG-300 型裝置。每一晶圓係定位於對置削磨輪之間，且該晶圓之 一表面係抵於一削磨輪。在操作中，當兩削磨輪及該晶圓 旋轉時，削磨輪之一係向該晶圓進給。通常該進給之削磨 輪係以約0.01至0.45 mm/min之速度進給。該雙面同時操作 係可包括在最後雙面細磨步驟前之粗略及中度削磨步驟。 關於該Koyo機械，該粗磨最好係以約0.15至0.45 mm/min 之進給速度執行，但以約0·3 mm/min爲最佳，該中度步驟 係以約0 · 06至0· 18 mm/min之進給速度執行，但以約0.12 mm/min爲最佳，及該最後步驟係以約0.03至0.09 mm/min之 進給速度執行，但以約0.06 mm/min爲最佳。關於該NTC機 械，該粗削磨最好係以約0.03至0.09 mm/min之進給速度執 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------I!訂 --------線^--i^w— (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501202 A7 B7_ 五、發明說明（6 ) 行，但以約0.06 mm/min爲最佳，該中度步驟係以约0.025至 0.08 mm/min之進給速度執行，但以約0.055 mm/min爲最佳 ，及該最後步驟係以約0 · 01至0.03 mm/min之進給速度執行 ，但以約0.02 mm/min爲最佳。關於該Koyo機械，該削磨輪 最好係以約1200至3600之每分鐘轉數（rpm)旋轉，但以約 2200至2600 rpm爲最佳及以2380 rpm旋轉則更佳，該轉速係 可使削磨輪邊緣速度達1495 m/min。同時該半導體晶圓最 好係以10至30 rpm轉速旋轉，但以15及25 rpm爲佳，而以21 rpm爲最佳。關於該NTC機械，該削磨輪最好係以約2000至 4000之每分鐘轉數（rpm)旋轉，但以約2800至3200 rpm爲最 佳及以2995至3000 rpm旋轉則更佳，該轉速係可使削磨輪 邊緣速度達1412 m/min。該半導體晶圓最好係以10至30 rpm 轉速旋轉，但以18及22 rpm爲佳，而以20 rpm爲最佳。 該削磨輪最好係具有2至10 μπι大小之磨粒，但以4至6 μπι 大小之磨粒爲最佳。該雙面削磨操作係去除預定厚度之晶 圓材料，最好爲總晶圓厚度之10至90 μπι，但以爲總晶圓厚 度之30至75 μιη爲佳及爲總晶圓厚度之60 μπι最佳。藉此削 磨方法生產之晶圓最好係具有一均方根値之表面粗糙度， 該均方根値係等於1毫米掃瞄長度5-10毫微米。該雙面削磨 操作係能幫助去除，於分割及其他先前操作時，在該半導 體晶圓上所造成之損傷，同時係也去除該半導體晶圓中部 份之表面以下之損傷。精此技藝者當瞭解，該雙面削磨裝 置之削磨輪的對正係必須密切監視與控制，這樣，該晶圓 表面方可削磨均勻。雙面削磨後，該晶圓通常係在精此技 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I------------------訂 --------線--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 501202 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 I者熟知之傳統清洗槽中清洗。 於雙面削磨完成後，該半導體晶圓係接受在該半導體晶 圓正表面上之微蝕操作。該雙面削磨操作係會遺留小刮痕 ^位錯在該半導體晶圓表面上，同時也會露出結晶起因之 械粒及氧化瑩層缺陷核。該微蚀係有助於去除在該半導體 表面上埋入之顆粒與損傷，以及減少在該晶圓表面上該雙 面削磨操作所遺留之機械應力。 在微蝕操作中，該晶圓正表面係用水溶液微蝕，該水溶 液係包括氟酸（HF)及氧化劑，該劑係可產生_經改善之光 澤平滑晶圓表面。供根據本發明微蝕操作用之適合氧化劑 係錳與鉻基之氧化劑，更適合之氧化劑係包括可形成高錳 離子（MnCV)，鉻離子（CrO?·)及重鉻離子（Cr〇72-)之溶液， 以及三氧化鉻（Cr〇3)及混合液。氧化劑可形成高錳離子於溶 液，如高錳酸鉀（KMn〇4)或高錳酸鈉（NaMn〇4)係最佳，部 份係由於其低危險之特性。 本發明使用之蚀刻水溶液係包括約1 〇%及約5〇%重量的氟 版’及約0.2%及約6%重量的氧化劑。該水溶液最好係包括 约30%及約40%重量的氟酸，及約1%及2%重量的氧化劑。 最佳係該水溶液包括約3 0 %及約3 5 %重量的氟酸，以及約 1 %及約1 · 5 %重量的氧化劑。在一最佳實例中，該水溶液係 包括約33%重量的氟酸及約1%重量的高錳酸钾。 通常該氟酸及氧化劑係溶解於水形成一 HF水溶液及一氧 化劑水溶液，而後混合成具有所需成分之#刻溶液。例如 ，一標準HF水溶液係包括约50%重量的氟酸，而該氧化劑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝------訂---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^1209 ^1209 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 通系係添加於孩蝕刻溶液而成一 1N水溶液。該二溶液係混 合而成一蝕刻溶液，其中氧化劑與氟酸之重量比係約0 比〇·1。氧化劑與氟酸之重量比最好係〇 〇3比〇 〇5。該氧化 劑與氟酸之比係決定一受蝕刻晶圓之蝕刻速度，光=度及 粗輪度。但應瞭解，在本發明使用之蚀刻水溶液中，2酸 及乳化劑的濃度係可不同於前述者，但未脱離本發明 圍。 ★本發明之微㈣程最好係包括使該晶圓部份浸入該餘刻 落液容器中，但以該晶圓全部浸入該蝕刻溶液容器中爲最 佳（見美國專利編號5,340,437)。雖一次可浸一晶圓於蚀刻 ’谷敗中，但最好係以組合於一卡匣中或晶圓承載器上之相 當數量晶圓（如25片或更多）同時浸入該溶液中。當使用一承 載器時，每一靜止不動之晶圓係會有一部份永遠接觸於該 承載器，結果形成該每一晶圓表面蝕刻不均勻。爲消除： 問題及使該晶圓之整個表面得更均勾結果，該晶圓最好係 可在浸入之蚀刻液中旋轉。 爲生產均勻一致之蝕刻晶圓及確保一組晶圓與下一組晶 圓具有一致之結果，該蝕刻溶液最好係於蝕刻方法中不= 地混合或攪拌。混合或攪拌係可以已知技藝之裝置達成， 如用超音波授摔，攪拌裝置及栗。攪拌最好係藉使一氣體 通過該蝕刻溶液方式攪拌（見美國專利編號5,34〇,43乃。2 常凡不作用於該晶圓表面之氣體係皆可使用，包括美本々 體（如氫，氮，氧），貴重氣體（如氦或氬）或化合氣體(如= 氧化碳）。 、 1 —----^---------^---^wi (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 - 501202 A7 B7 五、發明說明（9 ) 本發明之微蝕操作通常係包括使該晶圓表面與該蝕刻水 溶液接觸1至10分鐘，最好係在室内溫度（即約20cC至25〇C) 下接觸2至5分鐘。一標準之鎳酸基蝕刻劑通常係可自一晶 圓之每一表面去除約1 〇-15 μπι之矽及產生一爲每1毫米掃瞄 長度0.08至0·13 μπιΙΙΑ之表面粗糙度，本發明之方法通常係 可以去除少於8 μπι之結果達成相同之表面粗糙度及每面係 僅去除2 μπι至5 μιη。自表面上少去除矽係一優點，因此可 得一更均句平整之晶圓。於該微蚀操作完成後，該晶圓之 正表面通常具有20至3000，最好具有1500結晶起因之微粒 ’表面缺點及具有每1毫米掃瞄長度3微毫米至1〇微毫米 RMS間之表面粗糙度。 於該微蝕操作完成後，但在更進一步方法之前，該半導 體晶圓最好係接受一建立具有足夠深度無缺陷領域之方法 (即一深度分布不均勻之氧析出）及含於製造元件時所需供内 部吸氣之足夠氧氣析出密度的一晶圓表體。產生具有無缺 陷領域之半導體晶圓及含供内部吸氣之氧氣析出的晶圓表 體係需經數步驟。 該晶圓係接受熱處理步驟，在該步驟中，該晶圓係加溫 至一咼溫溫度，以形成並增加在該晶圓中之晶格空穴密度 。該熱處理步驟最好係在一快速熱退火器内執行，在其中 該晶圓係迅速加熱至目標溫度及在極短時間内以該溫度退 火。一般而言，該晶圓係接受超過1150QC之加熱，但以 1175 °C爲佳，1200〇C更佳，而1200°C及1275°C之間則更理 想。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝-----丨訂--------—線--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501202 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7 ______ 一 五、發明說明（1G ) 該快速熱退火步驟係在氬氣或氮氣中執行。整個晶圓之 空穴群聚增加係全靠退火溫度，在氬氣或氮氣中以該溫度 退火晶圓係會更增加空穴群聚。因此，該晶圓通常係保持 於該溫度至少1秒鐘之久，標準時間係至少數秒鐘（如至少3 秒鐘）或甚至數十秒鐘，及視該晶圓所需之特性以及該晶圓 所在退火環境而定，其範圍可達60秒鐘（此係接近商用快速 熱退火器之極限）。 在快速熱退火器之氬氣或氮氣中退火的晶圓係會產生在 該晶圓中具有曝露於氬氣或氮氣中50至100 μιη表面之最高 群聚的不均句空穴群聚（數量密度）分布，及一較少且相對均 勻群聚在該晶圓表體中。如於快速熱退火步驟中，該晶圓 正表面及背表面皆曝露於氣體時，該晶圓係會具有在其截 面中呈U-形之空穴群聚（數量密度）分布，即一最大群聚係會 發生於正表面及背表面數之處及一相對一致且較少之群 聚係會發生於該晶圓之整個表體。 近曰實驗建議，執行快速熱退火步驟之環境中係必須無 氧氣存在，以產生空穴。即該環境係必須完全無氧氣存在 ，否則部份壓力之氧係會影嚮射出充分抑制空穴群聚產生 之石夕間隙原子。氧氣濃度之下限係約500 ρρηι。實驗證明氧 氣濃度達2000 ppm時，空穴群聚係不會增加。 除致使晶格空穴成形外，快速熱退火步驟係會分解在石夕 起始材料中出現之任何不穩定氧氣析出核心作用中心。讀 核心作用中心係可於分割成晶圓之單結晶矽錠成長或該晶 圓或錠於分割晶圓時受熱結果時成形。因此，該起始材料 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)' ----- C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂—----丨-線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501202 A7 B7 五、發明說明（） 中是否有核心作用中心存在係不重要，除非該中心係可在 快速熱退火步驟中分解。 快速熱退火係可在相當數量之商用快速熱退火（RTA)爐具 中執行，在爐具中，晶圓係個別由高功率燈具組加溫。快 速熱退火爐具係能快速加溫一矽晶圓，即可使速加溫一晶 圓之溫度在數秒間自室溫升至1200°C。商用快速熱退火爐 具之一係 STEAG AST Electronic GmbH (Dornstadt，Germany) 製造之2800型快速熱退火爐具。 晶格空穴係如金屬及其他元素一樣以隨溫度而變之擴散 率通過單晶矽。例如，晶格空穴係可隨快速熱退火步驟中 晶圓退火溫度而相對運動，因此，晶格空穴基本上在商用 之7〇〇°C溫度下係不能運動。近日實驗建議，空穴之擴散率 在700°C以下係相當緩慢，及在800°C，900〇C，或l，000oC 時較快，對商用而言，該空穴係可視爲不運動。 於快速熱退火完成後，該晶圓係以晶格空穴可在單晶矽 中相對運動之溫度範圍迅速冷卻。當該晶圓之溫度低該溫 度範園時，該空穴係擴散至氧化層及並消失，因此導致空 穴群聚分布之改變，改變範圍係視該晶圓在該範圍中保持 一溫度時間之長短而定。如該晶圓係在該溫度範圍中滯留 時間無限，該空穴群聚係會再次在該晶圓表體中形成均勾 一致，即該群聚具有一低於該熱處理完成時之晶格空穴群 聚的平衡値。快速冷卻該晶圓係會使晶格空穴分布不均勻 ，即在該晶圓中心平面或接近該中心平面該晶圓中心平面 或接近該中心平面之空穴群聚最大及該空穴群聚係在該晶 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------------訂---------線---AVI (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 2 A7B7 五、發明說明（12 ) 圓之正表面與背表面方向減少。通常在該溫度範園之平均 冷卻速度係至少每秒5°C，每秒20°C爲佳，每秒5〇°C更佳， 每秒100°C則最佳，而冷卻速度在每秒i〇〇〇c至200°C係最理 想。當该晶圓之冷卻溫度超出該溫度範圍，即晶格空穴係 可在遠早晶珍中相對運動之溫度範圍時，該冷卻速度係不 會顯著影嚮該晶圓之沉澱特性，因此不會出現細密結晶。 爲方便計，該冷卻步驟係可在執行加溫步驟之同一環境 中執行。另一種方式係該晶圓可在一含氧環境中執行。於 *亥晶圓冷卻後’該晶圓係可立即繼續進行晶圓處理及用於 一電子元件製造過程。 該氧氣析出濃度係該加溫步驟之主要函數及該冷卻速度 之次要函數。一般言之，該氧沉澱濃度係隨溫度而增加及 以1 X 107至5 X 101°析出/cm3範圍之析出密度增加該加溫步 驟的退火時間。 正表面及θ表面乳氣析出-游離材料（無缺陷）領域之深度 係該冷卻速度通過該溫度範圍之主要函數，以此該晶格空 穴係矽中作相對運動。通常，該深度係隨冷卻速度之減低 而減少’至少可得20，30’ 40，50，70或甚至1〇〇 μπι之無 缺陷領域深度。該無缺陷領域深度基本上係獨立於電子元 件製造方法，而且尚不依賴傳統之氧氣過度擴散。本方法 採用之熱處理係可導致自該晶圓正表面及背表面之少量氧 氣過度擴散’至少距離晶圓表面5 μπι深度處之該晶圓表體 係會具有一大致均勻之氧氣濃度。無論如何，一較深之無 缺陷領域係可於該冷卻步驗結束時形成，進而形成一晶格 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) Μ0Ι — 訂---------線！· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7

501202 五、發明說明（13 ) 空穴在該晶圓中之不均勻分布。 不同於以前形成無缺陷領域所使用之方法，本發明係不 需使該單晶矽接受高溫步驟以在一接近該矽表面之區域中 致使氧氣過度擴散。因僅爲形成一無缺陷領域目的執行之 #亥南溫步骤係會增加該晶圓之成本。因此，本發明之晶圓 係會具有一無缺陷領域及一大致均勻之氧氣濃度爲自該發 表面深求之函數。例如，該晶圓係會自該晶圓中心至距離 該矽表面15微米處之區域具有一均勻氧氣濃度，自該晶圓 中心至距離該矽表面10微米處之區域具有一均句氧氣濃度 爲佳，自該晶圓中心至距離該矽表面5微米處之區域具有一 均句氧氣濃度爲更佳，自該晶圓中心至距離該矽表面3微米 處之區域具有一均勻氧氣濃度則最佳。在本説明中，均句 之氧氣濃度係指氧氣濃度之變化不超過50%而言，而以不超 過20%爲佳，但以不超過1〇%爲最佳。根據本發明之無缺陷 領域建立係説明於1998年9月3曰頒行之PCT申請編號 W〇/98/38675中及其係已納於本發明作參考之用。 連同前述之無缺陷領域建立及根據本發明，半導體晶圓 之表體微缺點密度（at〇ms/crn3)係可藉調整退火操作參數控 制（於下述討論）。參數，如傾斜升溫/傾斜降溫速度，固持 時間與溫度係可控制，以產生該晶圓表體中之内部吸氣， 俾於元件製造過程早期中吸取不需要之金屬雜質。圖4係説 明四種可得不同半導體晶圓表體微缺點密度之處理順序。 於微餘操作（或可選擇無缺陷領域產生操作）完成後，該半 導體晶圓係在一氣體環境中退火，以改善該半導體晶圓正 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ挪公楚） -----:—.----------- 訂--------線--- (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

表面之品質及建立一無缺陷領域（如選擇無缺陷領域處理操 作）。於退火操作時，刮痕，表面缺點，位錯，結晶起因之 微粒及氧化疊層缺陷核係在表面上退火及自接近半導體表 面處消失，以及如於微蝕後，產生一無缺陷領域操作完成 時，一無缺陷領域通常係產生於距離正表面與背表面30 μηι 至100 μπι之處。於退火時，氧氣之過度擴散係導至一接近 表面領域，該處係大致無任何有關缺點之氧氣。氧氣之過 度擴散係產生一小無缺陷領域，通常該領域係在距離該半 導體晶圓正表面20 μπι深之處（無前述之無缺陷領域產生操 作時）。圖3Α至圖3C係三張以200倍放大之半導體晶圓照片 。示於圖3Α至圖3C中之照片，係以正表面向上方式拍攝。 照片圖3 Α係說明一以不含無缺陷領域之傳統方法準備的標 準拋光晶圓。照片圖3B係說明一根據本發明但未使用快速 熱退火所準備之晶圓及說明於根據本發明退火操作時所建 立之淺無缺陷領域。照片圖3C係說明一根據本發明以快速 熱退火步驟與退火操作合併使用所準備之晶圓及說明一深 無缺陷領域。 未專注於一特殊原理，高溫退火係可在結晶起因微粒位 置處導致非常淺之碟形結構。表面整平機構係需以熱加強 矽原子之表面遷移。一相似機構係協助清除細磨及微蝕後 所遺留之表面缺點與刮痕以及位錯。該機構係使該晶圓正 表面不需特意拋光即可得改善。 於退火時在大氣壓力下使用之氣體環境係包括氫氣，氬 氣，氦氣或氫氬混合氣。退火係也可在真空中完成。整個 退火過程係需4至14小時。在整個退火方法中，參數如傾斜 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

升溫/傾斜降溫時間，固持時間，及溫度係可根據處理中之 晶圓所需之BMD密度調整。如前述，圖4係說明可達成不同 BMD密度之四種不同方法。 在整個退火過程中數處，該半導體晶圓係在約1200QC至 1300QC溫度中停留約30秒及約2小時，以改善根據本發明晶 圓晶圓正表面之品質。根據本發明之高溫退火過程係可在 每次處理50至150片晶圓之商用高溫爐中執行。該等商用高 溫爐係可缓慢地自裝載溫度加溫半導體晶圓至處理溫度。 該等商用高溫爐之一係ASM國際公司（荷蘭，Bilthoven)之 Advance 400直立式爐。 參閱圖2A及圖2B知，係用KLA-Tencor 6220檢驗儀（增益 =1)根據本發明準備之二張半導體晶圓正表面圖（圖2A及圖 2B)。圖2A係於根據本發明微蝕操作後，但於根據本發明退 火操作前之晶圓檢查圖及說明表面缺點係均勻分布在該晶 圓表面之上（表面缺點< 50 μπι)。圖2B係該如圖1之同一晶圓 ，但係已接受根據本發明之微蝕及退火操作過程。二圖上 之缺點經計數後顯示圖2Α所呈現之98%表面缺點係已於根 據本發明之退火過程中自該晶圓表面消除。 在退火中，如在過程中，該半導體晶圓接受選擇無缺陷 領域建立操作過早，當溫度達約800°C時，該前已冷卻之晶 圓係會具有不同氧氣析出之分隔領域。在高空穴區域（該晶 圓表體）中，氧氣係會於該晶圓達約800QC時迅速群聚。該 群聚過程係於很短時間内完成及視空穴之初始聚聚而定該 群聚的分布。在低空穴區域（接近該晶圓表面），該晶圓係如 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 缺之預先存在氧氣析出成核作用中心，即無氧氣群之正 系晶圓。當溫度升至800〇c以上時，在該空穴眾多領域之群 聚成長而析出並由空穴缺乏領域吸收。藉區分該晶圓爲不 同足空穴聚集領域，一模板即有效地產生，並以其繪製_ 氧氣析出圖形及於該晶圓裝入爐之際固定。該含氧氣群集 之晶圓表體係在整個元件製造中作吸氣盤甩。圖3係根據本 發明利用選擇無缺陷領域建立操作準備之半導體晶圓的放 大200倍照片。圖3之照片係晶圓正表面在上及説明一大致 無氧氣領域（無缺陷領域）係存在於正表面及相當量之氧氣析 出係成形於該晶圓表體中。該晶圓表體中之氧氣析出係於 元件製造時，作用如一金屬雜質吸收盤。 於根據本發明之退火過程完成後，該半導體晶圓表面係 較退火過程前具有至少約50%之結晶起因微粒，但以至少約 70%之結晶起因微粒爲佳，至少約9〇0/〇之結晶起因微粒更佳 ，而至少約95%之結晶起因微粒最佳及至少約98%之結晶起 因樣粒則取理想。該半導體晶圓正表面於退火後係具有約1 至10之結晶起因微粒與表面缺點，但以約1至5之結晶起因 械粒與表面缺點爲取佳’以及具有一等於1亳米掃瞄長度1 至8毫微米均方根値之表面粗糙:度，但以具有一等於1亳米 掃瞄長度1至3毫微米均方根値之表面粗糙度爲最佳。 於退火操作完成後，該半導體晶圓係，，沖洗，，或，，最後接觸，， 拋光以恢復拋光晶圓之半導體晶圓正表面應有的平滑光澤 。該種最後拋光係熟知於精此技藝者及通常僅能在一使用 稀釋氨穩定膠質二氧化矽漿與傳統拋光裝備之化學/機械拋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----：---·!-----------訂·--------線--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 501202 Α7 Β7 五、發明說明（17) 光方法中自*亥半導體晶圓正表面去除約〇 25 μπι至0.5 μιη之 材料。一取佳之氨穩定膠質二氧化碎漿係Glanzox 3900，該 產 口口 可自曰本Aichi Pref· 452，Fujimi公司購得。Glanzox 3900係含約8至10%與顆粒大小爲〇 〇25至〇 〇35 二氧化 石夕如氨穩定膠質二氧化矽漿未稀釋，該拋光之晶圓係不會 比用稀釋氨穩定膠質二氧化矽漿處理者光滑。一份二氧化 珍漿對十份去離子水之稀釋液係最佳。精此技藝者當認知 ’在生產供暴晶晶圓用之低成本基板時，於退火後係不執 行最後接觸拋光，而係在磊晶層沉積後執行。同時，於磊 to層沉積後之該最後抛光係可去除〇 2 5 μιη至1 μιη之材料。 最後接觸拋光操作完成後，該半導體晶圓係經標準SC-1 及SC-2濕台清洗操作清洗以去除表面污染。該清洗操作係 使該半導體可立即更進一步接受接受元件製造及完成準備 方法。精此技藝者當認知，其他之清洗方法係也可使用。 鑑於前述，知本發明之數項標的係已達成。前述晶圓製 造方法係可在不脱離本發明範圍下作不同之改變，故含於 前述説明之資料係應視作解説而不應受限於此。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 -----—訂---------線--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 501202 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 · 一種自一單結晶錠切割製造一半導體晶圓之方法，該半 導體晶圓係包括一正表面及一背表面，該方法係包括·· 退火，係使該半導體晶圓在一氣體環境中減少該半導 體晶圓正表面之表面粗糙度，於退火前，該晶圓係具有 約在3毫微米RMS至1〇毫微米11%8間之表面粗糙度，及於 退火後’該晶圓係具有約在1毫微米RMS至8亳微米RMs 間之表面粗糙度·，及 拋光，係拋光已退火晶圓之正表面，以該半導體晶圓 正表面產生一如鏡般之表面光潔度。 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該正表面，於退火 後，係具有約在1亳微米RMS至3亳微米RMS間之表面粗 糙度。 根據申請專利範圍第1項之方法，其中於退火步驟前，該 半導體晶圓正表面係具有約20至3000之結晶起因微粒及 於退火步驟後，該半導體晶圓正表面係具有約1至10之結 晶起因微粒。 根據申請專利範圍第3項之方法，其中於退火步驟後，該 半導體晶圓正表面係具有約1至5之結晶起因微粒。 根據申請專利範圍第1項之方法，其中於退火步驟後，該 半導體晶圓正表面係至少具有較退火步骤前少9 5 %結晶 起因微粒。 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該退火步驟係包括 以約在1200°C至1300°C間之溫度使該晶圓退火约3〇秒至 2小時。 2. 3. 4. 5. 6. -21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----Γ--：------裝^------訂---------線---^wi (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C8 -----— D8 —_____ 六、申請專利範圍 7. -種自-單結晶錠切㈣造—半導體晶圓之方法，該半 導體晶圓係包括-正表面及_背表面，該方法係包括： 雙面細磨該半導體晶圓，以改善該晶圓厚度均一性及 減少該半導體晶圓中之損傷與波紋度； 微蚀該半導體晶圓正表面，以去除該半導體晶圓正表 面士埋入〈顆粒及損傷，以及減少該半導體晶圓正表面 與背表面上因雙面細磨所導致之機械應力； 退火藏半導體晶圓，係使該半導體晶圓在一氣體環境 中退火，以改善該半導體晶圓正表面之品質；及 拋光該半導體晶圓正表面，以在該半導體晶圓正表面 上產生如鏡般之表面光潔度。 8·根據申請專利範圍第7項之方法，其中於雙面細磨操作中 ，係去除約10至9〇微米總晶圓厚度。 9· H單結晶錠切割製造-半導體晶圓之方法，該半 導體晶圓係包括-正表面及一背表面，該方法係包括、 切割一半導體晶圓，係自一單結晶錠切割該半晶 圓； 執行研磨/粗磨操作於該半導體晶圓，以減少波紋度及 改善該半導體晶圓之平整度； 又面細磨忒半導體晶圓，以改善該晶圓厚度均一性及 減少孩半導體晶圓中之損傷與波紋度； 微蝕該半導體晶圓正表面，以去除該半導體晶圓正表 面士埋入之顆粒及損傷，以及減少該半導體晶圓正表面 與背表面上因雙面細磨所導致之機械應 22 $氏張尺度適用中關冢標準（CNS)A4規袼⑽X 297公爱） -----:---P-----裝 j (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501202 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 執行在该半導體晶圓上產生無缺陷領域於該半導體晶 圓中之操作，該操作係在後續製造中完成； 退火該半導體晶圓，係使該半導體晶圓在一氣體環境 中退火，以改善該半導體晶圓正表面之品質；及 拋光该半導體晶圓正表面，以在該半導體晶圓正表面 上產生光澤表面光潔度。 10.根據申請專利範圍第9項之方法，其中該半導體晶圓正表 面係具有約1至10之結晶起因微粒及於退火步驟後係具有 一約在1毫微米RMS至8毫微米尺1^8間之表面粗糙度。 ----rl·-----裝擎 (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 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）