TWI398927B - 矽晶圓及其製造方法 - Google Patents
矽晶圓及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI398927B TWI398927B TW98143316A TW98143316A TWI398927B TW I398927 B TWI398927 B TW I398927B TW 98143316 A TW98143316 A TW 98143316A TW 98143316 A TW98143316 A TW 98143316A TW I398927 B TWI398927 B TW I398927B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- temperature
- less
- heat treatment
- bmd
- wafer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 34
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 115
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 56
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 45
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 17
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 108
- 201000006935 Becker muscular dystrophy Diseases 0.000 description 102
- 208000037663 Best vitelliform macular dystrophy Diseases 0.000 description 102
- 208000020938 vitelliform macular dystrophy 2 Diseases 0.000 description 102
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 26
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004854 X-ray topography Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/28—Web or sheet containing structurally defined element or component and having an adhesive outermost layer
- Y10T428/2813—Heat or solvent activated or sealable
- Y10T428/2817—Heat sealable
- Y10T428/2822—Wax containing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
- Y10T428/31855—Of addition polymer from unsaturated monomers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本發明係關於一種矽晶圓及其製造方法，其可在半導體晶圓製造技術領域，特別是在元件製造過程中抑制滑移位錯(slip dislocation)及翹曲(warpage)的產生。
用作半導體元件等的基材的矽晶圓係藉由切割矽單晶錠並實施熱處理、鏡面加工等而製造。矽單晶錠的製造方法，例如左科拉斯基(Czochralski)法(下面稱作CZ法)。因為可以容易地獲得大直徑的單晶錠並且可以比較容易地控制缺陷，所以CZ法佔據矽單晶錠的製造方法中的大部分。
藉由CZ法所拉伸的矽單晶(下面稱作「CZ-Si」)中存在稱作「原生缺陷(grown-in defect)」的晶體缺陷。CZ-Si包含在晶格之間過飽和狀態的氧。然而，由於後續實施的熱處理(退火(annealing))，過飽和氧所導致的微小缺陷稱作塊體微缺陷(Bulk Micro Defect，下面稱作「BMD」)。
在矽晶圓內形成半導體元件係要求在半導體元件形成區域內不存在晶體缺陷。若在形成電路的表面上存在晶體缺陷，則該缺陷部分會引起電路破壞等。另一方面，在矽晶圓內部需要存在適當量的BMD。這是因為BMD的作用是吸除(getter)會導致半導體元件發生故障的金屬雜質等。
為了滿足上述要求，使用一種方法，其對矽晶圓實施高溫退火而誘發矽晶圓內部BMD以形成一固有吸雜層(Intrinsic Gettering layer，下面稱作「IG層」)，消除存在於矽晶圓表面上的原生缺陷，並形成具有極少量晶體缺陷的裸露區域層(Denuded Zone，下面稱作「DZ層」)。
一個具體的實例是，專利文獻1)建議了一種方法，其中對含氮的基材實施高溫退火以降低表面上的原生缺陷，並在基材內部形成具有氮作為核心的BMD。
然而，因為在熱處理期間氧向外擴散，所以藉由高溫退火過程在矽晶圓的上下表面上所形成的DZ層的氧濃度極低。因此，抑制位錯缺陷在晶圓的上下表面上延伸的作用顯著降低。因此，由於在退火步驟中導致的在上下表面上的微小損傷，位錯缺陷(下面稱作「滑移」)容易向塊體內延伸。滑移位錯的延伸非所欲地使矽晶圓的強度下降。例如若晶圓在由熱處理端子(port)等支撐的狀態下實施退火，則滑移位錯通常從晶圓下表面週邊區域內的支撐部分開始延伸。滑移位錯還可能從矽晶圓邊緣開始延伸。
若矽晶圓的強度降低，則在製造步驟中晶圓可能會損傷或者破壞。然而DZ層是製造半導體元件必不可少的。具有DZ層及優異強度特性的矽晶圓是所欲的。
在專利文獻1所記載的現有技術中，並沒有考慮矽晶圓強度的下降。藉由上述方法所製得的矽晶圓無法避免滑移位錯的延伸。
另一方面，為了避免產生滑移位錯，還建議一種以高濃度產生BMD的方法。
具體而言，專利文獻2建議了一種矽晶圓製造方法，其中對由矽單晶錠切割出的基材在氮氣或惰性氣體或氨氣與惰性氣體的氣體混合物的氣氛中，於500℃或以上至1200℃或以下的溫度下，實施快速升/降溫熱處理1分鐘或以上至600分鐘或以下，從而在BMD層中以1×1010
/立方公分或以上的濃度形成尺寸為20奈米或以下的氧析出核心(oxygen deposition core)。專利文獻3建議了一種矽晶圓製造方法，其中在非氧化氣氛中對氧濃度為1.2×1018
個原子/立方公分至1.4×1018
個原子/立方公分、且碳濃度為0.5×1016
個原子/立方公分至2×1017
個原子/立方公分的矽晶圓在如下條件下實施熱處理：1100℃至1250℃的溫度；1小時至5小時；及在1100℃至1250℃的溫度範圍內，以0.1℃/分鐘至1℃/分鐘的升溫速率，從而以5×109
/立方公分或以上的濃度形成尺寸為150奈米或以下的BMD。專利文獻4建議了一種矽晶圓，其中重複若干次熱處理以產生高濃度(1×1010
/立方公分至1×1012
/立方公分)的BMD。此外，專利文獻5也建議了一種矽晶圓，其中以5×1011
/立方公分的濃度形成位於距離表面50微米之深度的位置處且尺寸為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD以抑制滑移和翹曲。
專利文獻1：日本未經審查專利申請案公開第10-98047號。
專利文獻2：日本未經審查專利申請案公開第2006-40980號。
專利文獻3：日本未經審查專利申請案公開第2006-269896號。
專利文獻4：日本未經審查專利申請案公開第08-213403號。
專利文獻5：日本未經審查專利申請案公開第2008-160069號。
然而近年來因為矽晶圓直徑變大並且半導體元件圖案的積體密度增加，除了產生滑移位錯以外，在晶圓內產生的翹曲也成為問題。
作為熱處理爐，已知有批式熱處理爐和快速熱退火(RTA)。滑移是由矽晶圓邊緣下表面與矽晶圓支撐部分之間接觸點或者由矽晶圓邊緣部分引入。引入的滑移在[110]方向上延伸，有時可能會導致矽晶圓損傷或破壞。翹曲是在熱處理時因熱扭曲導致矽晶圓變形的現象。在賦予矽晶圓所欲特性之熱處理之前，通常抑制矽晶圓翹曲至10微米或以下。然而，若實施熱處理，則矽晶圓峰與谷之間高度差達到幾十微米。半導體元件圖案無法在晶圓表面上正確曝光而導致半導體元件的產率下降。
若晶圓直徑為200毫米或以上，則翹曲的問題是明顯的。特定言之，在不考慮表面層的BMD濃度及尺寸的情況下，無法解決批式熱處理中由翹曲所導致的問題。如上所述，即使控制僅在50微米或更深之深度的位置處形成BMD且控制為小尺寸，仍然無法避免該問題。
藉由本發明要解決的問題是提供製造矽晶圓的方法，該矽晶圓具有適當面積的DZ層並控制BMD的濃度，其在元件製造過程中可以同時抑制滑移位錯和翹曲的產生。
本案發明人如實地進行研究以解決該問題。因此，本案發明人由此獲得以下知識以實現本發明。即在緊鄰DZ層下方的BMD中，在50微米或更深之深度的塊體內將尺寸為200微米或以上的BMD控制在濃度為2×109
/立方公分或以下，並將尺寸為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD控制在密度為1×1012
/立方公分或以上，從而可以抑制在元件製造過程中由批式熱處理爐所導致的滑移和翹曲的產生。
在批式熱處理中，晶圓週邊區域與晶圓中心部分之間溫度差上升。因此，應力使晶圓變形為凸型或凹型。此時應力在厚度中心處為零，並朝向晶圓表面附近部分增加。另一方面，由於產生翹曲，由BMD產生位錯。若BMD尺寸大，則容易產生位錯。因此，若大尺寸的BMD存在於應力大的晶圓表面附近，則由BMD產生位錯，晶圓容易翹曲。本案發明人發現，控制存在於晶圓內相對更深的位置處(50微米或更深之深度的位置)的BMD的濃度和尺寸對於改善翹曲特性並不重要，而是控制表面層附近(20微米或更淺之深度的位置)的BMD的濃度和尺寸可非常有效地改善翹曲特性。在先前文獻1至5中所述的任一先前技術均未提及控制位於距離表面20微米或更淺的位置處的BMD的濃度和尺寸。因此，在先前技術中，無法改善批式熱處理中的晶圓翹曲特性。
更具體而言，本發明係關於一種矽晶圓，其在塊體內以高濃度析出BMD以抑制滑移位錯，並使在批式熱處理中產生最大熱應力的表面層附近的BMD的尺寸減小以抑制翹曲。本發明包括以下發明(1)至(3)。
(1)一種含有具八面體形狀之BMD之矽晶圓，其中位於距離該矽晶圓表面20微米或更淺之深度的位置處且對角線長度為200奈米或以上的BMD的濃度為2×109
/立方公分或以下，而位於比50微米的深度或更深的位置處且對角線長度為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD的濃度為1×1012
/立方公分或以上。
(2)一種製造如(1)所述之矽晶圓的方法，其中一基材的氮濃度為5×1014
個原子/立方公分或以上至1×1016
個原子/立方公分或以下，而碳濃度為1×1015
個原子/立方公分或以上至3×1016
個原子/立方公分或以下，進行一熱處理，包括：
(A)一低溫熱處理步驟，在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的所需時間；
(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達850℃的溫度範圍內升溫；
(C)一降溫取出步驟，其以1℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的降溫速率降低爐溫度，在600℃或以上至750℃或以下時將基材從爐內取出，冷卻基材至室溫；及
(D)一高溫熱處理，其在降溫取出步驟之後，將爐溫度設定到600℃或以上至750℃或以下，將基材放入該爐中，以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率在低於1100℃的溫度範圍內升高爐溫度，以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍內升溫，保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度為50微米或以上。
(3)一種製造如(1)所述之矽晶圓的方法，其中一基材的氮濃度為5×1014
個原子/立方公分或以上至1×1016
個原子/立方公分或以下，而碳濃度為1×1015
個原子/立方公分或以上至3×1016
個原子/立方公分或以下，進行一熱處理，包括：
(A)一低溫熱處理步驟，在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的所需時間；
(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達850℃的溫度範圍內升溫；以及
(C)此外，一高溫熱處理，其中升溫程序在1100℃以下係以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率進行，且在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍係以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率進行，保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度為50微米或以上。
在此情況下，根據本發明，具八面體形狀之BMD意味著具有被多個{111}面及其它面包圍的形狀的BMD。這些形狀通常包括被8個{111}面包圍的形狀以及被{111}面和{100}面包圍的形狀。可能會出現不同於{111}面和{100}面的其他面。
除了八面體以外，存在於晶圓內的BMD的形狀還包括板狀。板狀BMD是具有被2個比較大的{100}面及其它面包圍的形狀的BMD。該BMD內部可以具有樹狀形狀。八面體與板狀之間的區別如下：在[001]方向上看在[100]方向和[010]方向上的尺寸中，長的尺寸被定義為A，而短的尺寸被定義為B。在此情況下，A/B之比(下面稱作「扁平率(oblateness)」)為1.5或以下的形狀被定義為八面體，而A/B之比大於1.5的形狀被定義為板狀。因為矽晶圓的BMD的形狀會變動，所以可以如下方式判斷存在於晶圓內的BMD的形狀是八面體形狀還是板狀。即測量存在於晶圓內的不同位置上的多個BMD的A/B之比，計算A/B之比的平均值(下面稱作「平均扁平率」)，及判斷該數值是否超過1.5。若該數值超過1.5，則作用在BMD周圍的晶格上的扭曲狀況彼此不同。因此抑制滑移和翹曲產生的最佳BMD尺寸分佈不同於本發明的精神和範圍。
在本發明中，八面體BMD的對角線長度是指在[100]方向和[010]方向上的較長尺寸A。
根據本發明的矽晶圓是含有具八面體形狀之BMD的矽晶圓，其中位於距離該矽晶圓表面20微米深度的位置處且對角線長度為200奈米或以上的BMD的濃度為2×109
/立方公分或以下，而位於50微米或更深的深度的位置處且對角線長度為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD的濃度為1×1012
/立方公分或以上。因此，使在元件製造過程中滑移和翹曲的產生均極端最小化，可以避免矽晶圓在具有DZ層時強度下降，並且可以製造大型(通常為200毫米)的高品質元件。
與其中不含BMD的鏡面晶圓相比，在根據本發明的矽晶圓中難以產生滑移位錯和翹曲，並且可以獲得高吸雜能力(gattering capability)。
下文係參考實施態樣詳細描述本發明。
(矽晶圓)
根據本發明的矽晶圓的特徵在於，可使在元件製造過程中滑移和翹曲的產生均極端最小化。
在此情況下，實現本發明的晶圓的尺寸(直徑和厚度)以及存在/不存在不同元素的摻雜沒有特別的限制。這些特徵可以根據所需半導體矽晶圓的種類適當地加以選擇。
使用根據本發明的矽晶圓所製造的半導體元件沒有特別的限制。本發明可以應用於製造各種不同的半導體元件。具體而言，根據本發明的矽晶圓可以廣泛地應用於製造表面上形成磊晶層的磊晶晶圓、絕緣體上矽(SOI)晶圓、實施過SIMOX(Separation By Implanted Oxygen，經植入氧之隔離)程序的SIMOX晶圓或表面上形成SiGe層的SiGe晶圓。
根據本發明的矽晶圓的特徵在於，該矽晶圓含有具有八面體形狀之BMD，在位於距離該矽晶圓表面20微米之深度的位置處且對角線長度為200奈米或以上BMD的濃度為2×109
/立方公分或以下，而位於50微米或更深的深度的位置處且對角線長度為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD的濃度為1×1012
/立方公分或以上。這是本案發明人以下解釋說明的知識。
更具體而言，在含有具八面體形狀之BMD的矽晶圓中，位於距離表面20微米之深度的位置處的BMD影響翹曲特性。此外，位於50微米或更深之深度的位置處且對角線長度為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD影響抑制滑移的特性。在一般的元件製造過程中，可以使翹曲和滑移的產生極端最小化。以此方式，即使在元件製造過程中從晶圓支撐部分產生滑移，仍然可以避免滑移穿透矽晶圓表面。即使從晶圓邊緣部分產生滑移，仍然可以避免滑移到達半導體元件形成區域，並且可以避免滑移對元件的負面影響。
若位於50微米或更深之深度的位置處的BMD的對角線長度小於10奈米，或者若BMD的濃度小於1×1012
/立方公分，則BMD難以用作滑移延伸的充分的阻礙。雖然可用作滑移延伸的阻礙的BMD的密度和對角線長度沒有上限，為此原因(將敘述如後)，在可由實際矽晶圓實現的範圍內，BMD的對角線長度的上限為50奈米。更具體言之，若存在高濃度的BMD，則幾乎所有的固溶氧會析出作為BMD。另一方面，析出作為BMD的氧原子的數量不超過溶解在CZ-Si中的氧原子數量，而固溶氧濃度最高為1×1018
個原子/立方公分。因此，若存在高濃度的BMD，則析出作為BMD的氧原子的濃度可以恒定地約為1×1018
個原子/立方公分。在此情況下，若BMD濃度上升，則對角線長度減小。更具體而言，以特定或更大濃度存在的BMD的對角線長度具有上限，而藉由對角線長度大於50奈米的BMD無法實現濃度為1×1012
/立方公分的BMD。因此，可以抑制滑移延伸的BMD的濃度和對角線長度的範圍分別是1×1012
/立方公分或以上以及10奈米或以上至50奈米或以下。
為此目的，間隙氧濃度(interstitial oxygen concentration)較佳為5×1017
個原子/立方公分或以下。另一方面，間隙氧濃度的下限可為約2×1017
個原子/立方公分。因為很長時間的熱處理必須在低溫下進行，所以難以進一步降低間隙氧濃度。
在整個晶圓表面上實現上述的BMD尺寸分佈及間隙氧濃度是所欲的。然而，取決於用途，可以在某些區域內實現該分佈和濃度。例如若僅避免由晶圓邊緣部分引入的典型滑移，在距離晶圓中心為晶圓半徑的80%或更大的區域內，可以實現該BMD尺寸分佈和間隙氧濃度。這是因為由晶圓邊緣部分引入的滑移主要產生在距離晶圓中心為晶圓半徑的80%或更大的區域內。為了僅避免典型晶圓的翹曲，可以在晶圓半徑的80%或更小的內部區域內實現該BMD尺寸分佈和間隙氧濃度。這是因為在導致翹曲的典型晶圓內的高濃度位錯通常產生在晶圓半徑的80%或更小的區域內。
根據本發明的矽晶圓的優異之處在於，在元件製造過程中產生的滑移和翹曲小。更具體而言，根據本發明的矽晶圓，特別是其中如上所述控制BMD並且降低間隙氧濃度的矽晶圓的特徵在於，在以下熱處理中產生的滑移的長度非常小(滑移長度通常為10毫米或以下，並且在熱處理之後獲得的翹曲的量為10微米或以下)。
更具體而言，在元件製造過程中用於評價滑移和對抗翹曲產生的耐性的測試是如下的熱處理，其保持爐溫度在900℃，將晶圓放入爐中，並在1100℃的溫度下保持30分鐘。
在該熱處理中，在容易產生滑移和翹曲的溫度範圍內，熱應力實際上最大。因此，若避免在該溫度範圍內以升溫/降溫速率產生的位錯，則可以認為根據本發明的矽晶圓是在幾乎所有的元件製造過程中使滑移和翹曲的產生最小化的矽晶圓。
為了測定如上所述的BMD的形狀、對角線長度和數量，通常可以採用已知的測量方法。更具體而言，使用藉由穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope，下面稱作「TEM」)及紅外線干涉而實施的方法及光學析出物分析儀(Optical Precipitate Profiler，下面稱作「OPP」)的方法。
用於測定和評價晶圓的滑移位錯和翹曲的量的方法沒有限制。通常可以藉由已知的方法測量滑移位錯和翹曲的量。更具體而言，採用X射線形貌(X-ray topograph)測量滑移位錯。可以使用NIDEK公司的FT-90A觀測和評價翹曲的量。
此外，可用傅立葉轉換紅外光譜(Fourier transformation infrared absorption spectroscopy，FTIR)測量間隙氧濃度。
(矽晶圓的製造方法)
根據本發明的矽晶圓具有如上所述的特徵。因此，可以任意使用用於製造具有該特徵的矽晶圓的方法。具體而言，適當地控制單晶生長條件(晶體拉伸速率、晶體冷卻速率、坩堝旋轉、氣流等)及熱處理條件(熱處理溫度、時間、升/降溫等)使得可製造具有上述特徵的矽晶圓。
在本發明中，特別較佳為逐步地熱處理基材。
在此情況下，基材是指尚未實施熱處理的矽晶圓，也是指從單晶錠切割下並且除了熱處理之外實施諸如去角(chamfering)步驟的基材。
尺寸(直徑及厚度等)以及存在/不存在不同元素的摻雜均沒有特別的限制，可以根據所需矽晶圓的種類和性能適當地選擇尺寸和存在/不存在摻雜。
基材中所含的間隙氧濃度可以是藉由CZ法在通常條件下實施的矽單晶生長時矽中所含的氧濃度。若藉由下述的熱處理製造基材，則該濃度較佳在8.0×1017
個原子/立方公分或以上至9.5×1017
個原子/立方公分或以下的範圍內。若氧濃度在該範圍以外，則無法形成高濃度BMD，而大尺寸的BMD非所欲地具有高濃度。
在本發明中，分離的熱處理更佳係包含(A)一低溫熱處理步驟，其中在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的所需時間；(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達850℃的溫度範圍內升溫；(C)一降溫取出步驟，其在升溫步驟之後，以1℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的降溫速率降低爐溫度，在該爐溫度為600℃或以上至750℃或以下時將基材從爐內取出，冷卻基材至室溫；及(D)一高溫熱處理，其在降溫取出步驟之後，將爐溫度設定到600℃或以上至750℃或以下，將基材放入該爐中，以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達1100℃的溫度範圍內升高爐溫度，以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍內升溫，保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度為50微米或以上。
本發明中的批式熱處理更佳係包括(A)一低溫熱處理，其在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的時間；(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達800℃的溫度範圍內升溫；及(C)此外，一高溫熱處理，其在低於1100℃的溫度範圍內係以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率升溫，且在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍係以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率升溫，恒定地保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度為50微米或以上。
在步驟(A)中，因為若熱處理的溫度低於650℃，則氧的擴散不足，BMD的形成不充分，所以並非較佳的。另一方面，若溫度超過750℃，則熱處理幾乎不影響BMD的最優化，而且非所欲地增加浪費。若熱處理時間短於30分鐘，則形成BMD核心所需的時間不足。若時間超過5小時，則產率會非所欲地大幅下降。
此外，在步驟(B)中，若升溫步驟中的升溫速率低於0.5℃/分鐘，則無法確保穩定的升溫速率。若升溫速率超過2℃/分鐘，則析出的BMD會非所欲地消失。
此外，高溫熱處理步驟(D)用於向外擴散間隙氧以形成DZ層。在該步驟中，若保持溫度低於1000℃，則需要長時間以向外擴散間隙氧從而降低產率，所以並非較佳的。若保持溫度超過1250℃，則退火爐中的部件品質會非所欲地嚴重損壞。間隙氧的擴散長度是基於該步驟中的溫度和時間所計算的數值。更具體而言，該數值可以根據以下等式(i)計算
間隙氧的擴散長度(微米)=2×104
×(D×時間(秒))05
(i)
其中，
D(平方公分/秒)=0.17×exp(-2.53÷8.62×10-5
÷溫度(K))
以此方式獲得擴散長度為50微米或以上的熱處理較佳形成寬度為5微米或以上的大尺寸DZ層。
若使用兩個熱處理爐及在不同的爐中分別實施低溫熱處理和高溫熱處理，則將取出步驟加至熱處理中。若各個熱處理較佳係在不同的爐中實施以提高產率，則較佳加入降溫取出步驟以將該熱處理分成低溫熱處理和高溫熱處理。
在降溫取出步驟中的降溫速率較佳為可由一般的爐所實現的1℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下。因為將基材從爐內取出時，爐溫度低於600℃會導致爐的加熱器的壽命縮短，所以是非所欲的。因為超過750℃的溫度會導致爐的部件損壞，所以是非所欲的。
出於與降溫取出步驟相同的原因，在高溫熱處理中放入晶圓時的爐溫低於600℃是非所欲的，高於750℃也是非所欲的。最高至1100℃的升溫速率較佳為可由一般的爐所實現的5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下，而在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍內的升溫速率較佳為1℃/分鐘以上至2℃/分鐘以下。在1000℃或以上的熱處理中的溫度和氧的擴散長度的範圍如上所述。在實施高溫熱處理之後的降溫速率和取出溫度沒有特別的限制。
用於實施上述一系列熱處理的裝置沒有特別的限制，較佳可以使用公知的裝置。更具體而言，可以使用通常的批式垂直爐、具有氧沖洗(oxygen purge)功能的批式垂直爐等。
在根據本發明的製造方法中，該基材較佳包含氮。這是因為在該基材包含氮時翹曲會被抑制到更低的程度(通常為15微米或以下)。以此方式進一步抑制翹曲，可以製造具有更高性能的元件。
為此添加的氮的濃度較佳為5×1014
個原子/立方公分或以上至1×1016
個原子/立方公分或以下。若濃度超過該範圍，則會因為產率降低而非所欲地發生多晶化。
在根據本發明的製造方法中，該基材較佳包含碳。這是因為在該基材包含碳時，即使在低溫下以比較短的時間實施低溫熱處理，仍然可以有利地形成BMD。
為此添加的碳的濃度較佳為1×1015
個原子/立方公分或以上至3×1016
個原子/立方公分或以下。若以高出上述範圍的濃度添加碳，則在結晶製造過程中的產率會不利地下降。此外，若濃度低於該範圍，則塊體內的BMD的濃度難以達到1×1012
/立方公分或以上。此外，碳濃度更佳為2×1016
個原子/立方公分或以下。
添加氮和碳至基材的方法沒有特別的限制，較佳係採用公知的方法。更具體而言，在添加氮的方法中將具有氮化物薄膜的基材加入用於拉伸單晶的熔體以調節所得基材內的氮濃度。而在添加碳的方法中將碳粉加入用於拉伸單晶的熔體以調節所得基材內的碳濃度。
用於測定基材內所含的氮、碳、以及氧的濃度的方法沒有特別的限制，較佳可以通過公知的方法測量該等濃度。更具體而言，可以使用二次離子質譜裝置(secondary ion mass analyzing apparatus，SIMS)測量氮濃度。氧濃度和碳濃度可以藉由紅外線吸收法加以測量，並用由日本電子情報技術產業協會(Japan Electronics and Information Technology Industries Association，JEITA)所定義的值作為換算係數進行計算。
[實施例]
下面基於實施例詳細地闡述本發明，但本發明並不限於該等實施例。
(退火晶圓的製造方法)
在各種不同的條件(晶圓直徑、傳導型、氧濃度、氮濃度、以及碳濃度)下製造單晶錠，使用鋼絲鋸切割各個單晶錠的直的主幹的相同部分。藉由實施鏡面處理所獲得的厚度為725微米或以上至750微米或以下的部分用作基材。藉由以下方法從這些基材製造退火晶圓。
<分離的熱處理>
將獲得的基材放入批式的第一垂直熱處理爐中，並對基材實施低溫熱處理。將基材放入第二垂直熱處理爐中，並在氬氣氣氛中實施高溫熱處理。根據高溫熱處理中的溫度圖樣對式(i)積分而獲得高溫熱處理中的間隙氧的擴散長度。各實施例和比較例的熱處理條件如下所述。
<批式熱處理>
將獲得的基材放入批式垂直熱處理爐中，在同一爐中在氬氣氣氛中實施低溫熱處理和高溫熱處理。根據高溫熱處理中的溫度圖樣對式(i)積分而獲得高溫熱處理中的間隙氧的擴散長度。各實施例和比較例的熱處理條件如下所述。
<熱處理實施例>
實施例1至3：在700℃下4小時，以1℃/分鐘升溫至800℃，在800℃下0小時，以3℃/分鐘降溫，在700℃下取出基材並冷卻至室溫，在700℃下放入基材，在低於1100℃的溫度下以5℃/分鐘升溫/降溫，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下5小時；實施例4：在700℃下4小時，以0.5℃/分鐘升溫至750℃，在750℃下0小時，以3℃/分鐘降溫，在700℃下取出基材並冷卻至室溫，在700℃下放入基材，在低於1100℃的溫度下以5℃/分鐘升溫/降溫，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下5小時；實施例5：在700℃下4小時，以0.5℃/分鐘升溫至800℃，以8℃/分鐘升溫/降溫至1100℃，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下5小時；比較例1至4：在700℃下4小時，以1℃/分鐘升溫至800℃，在800℃下0小時，以3℃/分鐘降溫，在700℃下取出基材並冷卻至室溫，在700℃下放入基材，在低於1100℃的溫度下以5℃/分鐘升溫/降溫，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下1小時；比較例5：在700℃下4小時，在700℃下取出基材並冷卻至室溫，在700℃下放入基材，在低於1100℃的溫度下以5℃/分鐘升溫/降溫，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下1小時；比較例6：在700℃下4小時，以0.5℃/分鐘升溫至800℃，在800℃下0小時，以3℃/分鐘降溫，在700℃下取出基材並冷卻至室溫，在700℃下放入基材，在低於1100℃的溫度下以5℃/分鐘升溫/降溫，在1100℃或以上以1℃/分鐘升溫/降溫，在1200℃下1小時。
所製得晶圓(實施例1至5及比較例1至6)的製造條件(晶圓直徑、傳導型、基材中的濃度(氮、氧、以及碳)、以及各個熱處理中的間隙氧的擴散長度)列於表1中。在該表中，P型代表硼摻雜，而N型代表磷摻雜。根據通常公知方法調節和測定所含物質(氧等)的濃度。
[表1]
所製得晶圓的製造條件以及基材中的濃度
(退火晶圓的測定和評價)
在以下(1)、(2)、(3)和(4)的方面測量和評價在上述製造條件下獲得的各個退火晶圓。用於測量(1)和(2)的試樣中TEM試樣是利用精細拋光機(precision polisher)研磨各晶圓至預定深度(50微米、100微米、以及300微米)並從晶圓中心部分及距離邊緣10毫米的部分取得的。通過設定焦點至各晶圓內的預定深度(距離表面層5微米及15微米)及預定位置(中心及距離邊緣10毫米)而使用OPP進行測量。
(1)判斷BMD形狀：在將OPP的掃描方向變為<110>方向和<100>方向時，測量相同的待測試樣兩次，由兩次測量獲得信號強度之比(判斷BMD扁平率)。更具體而言，預先確定信號強度之比與BMD扁平率之間的關係，並由信號強度之比計算扁平率。還藉由TEM實施測量。此時根據從[001]方向上所看的顯微圖像測量和計算扁平率。由這些結果判斷BMD的形狀。在每個試樣中測量至少10個BMD，從而對獲得的所有扁平率求平均以計算平均扁平率。判斷平均扁平率是否超過1.5。
(2)BMD尺寸及濃度：使用OPP測量距離表面層小於20微米之深度的部分及使用TEM測量50微米或更深之深度的部分，從而獲得尺寸及濃度。根據在以下方法1)和2)中獲得的BMD的觀察結果，計算具有預定尺寸的BMD的濃度。使用在預定深度的三個位置的平均值作為具有預定尺寸的BMD的濃度。
1)藉由OPP進行測量：使用由AXENT Technologies公司製造的OPP測量對由BMD所導致的穿透雷射的位相差實施電信號處理所獲得的信號強度。使用距離設定值±5微米的深度範圍作為深度方向上的測量範圍。更具體而言，若將焦點設定在距離表面5微米之深度的位置，則測量深度為0微米至10米的範圍。若將焦點設定在距離表面15微米之深度的位置，則測量深度為10微米至20微米的範圍。預先利用OPP測量具有已知尺寸的BMD並生成信號強度與BMD尺寸的校正曲線，從而實施BMD的尺寸校準。校正曲線如下所述
具八面體形狀之BMD的對角線長度(奈米)=153×(OPP信號)0.43
藉由使用該校正曲線由信號強度計算BMD尺寸。在計算尺寸時，實施假信號去除過程(Ghost Signal Removal Process，K. Nakai Review of Scientific Instruments,vol. 69(1988),pp. 3283)。檢測靈敏度設定到可以測量對角線長度為80奈米或以上的BMD的靈敏度。
2)藉由TEM進行測量：根據藉由測量所獲得的顯微圖像計算具有預定尺寸的BMD的濃度。由在視野內觀察到的BMD的數量以及對應於所觀察的區域的試樣的體積計算濃度。
(3)退火晶圓內的氮濃度
從退火晶圓取出試樣，拋光20微米以去除表面上的氮向外擴散層，然後測量氮濃度。
評價退火晶圓的滑移長度和翹曲耐性
對退火晶圓實施以下(4)的熱處理(下面稱作「虛擬元件加工熱處理(pseudo device process heat treatment)」)。使用由NIDEK公司製造的FT-90A測量在虛擬元件加工熱處理之前和之後的退火晶圓的翹曲，並計算翹曲的增加量=熱處理之後的翹曲-熱處理之前的翹曲。在虛擬元件加工熱處理之後利用X射線形貌觀察退火晶圓，並將所觀察的滑移長度中的最大長度定義為代表值。
(4)使用批式熱處理爐進行熱處理
(I)：保持爐溫度在900℃，並將晶圓放入爐中；
(II)：在900℃的溫度下於氧氣氣氛中保持30分鐘，然後於900℃下取出晶圓。
(退火晶圓的測量結果及評價結果)
對於在如表1所示的製造條件下製造的退火晶圓，測得的具有預定尺寸的BMD的濃度和由虛擬元件加工熱處理產生的滑移和翹曲量列於表2，作為實施例和比較例。在任何條件下製得的晶圓內的BMD的平均扁平率為1.5或以下。
在此情況下，表2中「表面層」的BMD濃度是尺寸為200奈米或以上的BMD的濃度，而「塊體內部」的BMD濃度是指尺寸為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD的濃度。「表面層」的濃度值是在深度為5微米及深度為15微米處所測得濃度之和。
根據這些結果可知：
(i)表面層的BMD濃度為2×109
/立方公分或以下，而塊體內部的BMD濃度為1×1012
/立方公分或以上。因此滑移長度為10毫米或以下，而翹曲的量被抑制到10微米或以下。
(ii)添加氮的退火晶圓內的氮濃度與基材內所測得的氮濃度沒有區別。
(iii)對於滑移和翹曲，P型和N型沒有區別。
(iv)在分離的熱處理和批式熱處理中產生相同的效果。
(v)對於基材內的氮濃度、氧濃度、以及碳濃度相同的晶圓，當間隙氧的擴散長度達到50微米時，可以同時滿足滑移特性和翹曲。
(vi)對於基材內的氮濃度、氧濃度、以及碳濃度相同的晶圓，藉由改變低溫熱處理，可以滿足滑移特性或翹曲，但是無法同時滿足兩個特性。
Claims (3)
- 一種製造矽晶圓的方法，包含：提供一矽基材，其氮濃度為5×1014 個原子/立方公分或以上至1×1016 個原子/立方公分或以下，且碳濃度為1×1015 個原子/立方公分或以上至8.1×1015 個原子/立方公分或以下；以及對該矽基材進行一熱處理，包括：(A)一低溫熱處理步驟，在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的所需時間；(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達850℃的溫度範圍內升溫；(C)一降溫取出步驟，其在該升溫步驟之後，以1℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的降溫速率降低爐溫度，在該爐溫度為600℃或以上至750℃或以下時將基材從爐內取出，冷卻基材至室溫；及(D)一高溫熱處理，其在降溫取出步驟之後，將爐溫度設定到600℃或以上至750℃或以下，將基材放入該爐中，以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率在低於1100℃的溫度範圍內升高爐溫度，以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍內升溫，保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度大於50微米。
- 一種製造矽晶圓的方法，包含：提供一矽基材，其氮濃度為5×1014 個原子/立方公分或以上至1×1016 個原子/立方公分或以下，且碳濃度為1×1015 個原子/立方公分或以上至8.1×1015 個原子/立方公分或以下；以及對該矽基材進行一熱處理，包括：(A)一低溫熱處理步驟，在650℃或以上至750℃或以下的溫度範圍內實施熱處理歷時30分鐘或以上至5小時或以下的所需時間；(B)此外，一熱處理，其以0.5℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率在最高達850℃的溫度範圍內升溫；(C)此外，一高溫熱處理，其中升溫程序在1100℃以下係以5℃/分鐘或以上至10℃/分鐘或以下的升溫速率進行，且在1100℃或以上至1250℃或以下的溫度範圍係以1℃/分鐘或以上至2℃/分鐘或以下的升溫速率進行，保持溫度在1000℃或以上至1250℃或以下，從而使間隙氧的擴散長度大於50微米。
- 一種矽晶圓，其係以如請求項1或2所述之方法所製得，該矽晶圓含有具八面體形狀之塊體微缺陷(BMD)，其中位於距離該矽晶圓表面小於20微米之深度的位置處且對角線長度為200奈米或以上的BMD的濃度為不大於2×109 /立方公分，而位於比50微米的深度更深的位置處且對角線長度為10奈米或以上至50奈米或以下的BMD的濃度為 1×1012 /立方公分或以上。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008332424A JP5537802B2 (ja) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | シリコンウエハの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201025453A TW201025453A (en) | 2010-07-01 |
| TWI398927B true TWI398927B (zh) | 2013-06-11 |
Family
ID=42140054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW98143316A TWI398927B (zh) | 2008-12-26 | 2009-12-17 | 矽晶圓及其製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8343618B2 (zh) |
| EP (1) | EP2204476B1 (zh) |
| JP (1) | JP5537802B2 (zh) |
| KR (1) | KR101116949B1 (zh) |
| CN (1) | CN101768777B (zh) |
| SG (1) | SG162693A1 (zh) |
| TW (1) | TWI398927B (zh) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5256195B2 (ja) * | 2007-05-02 | 2013-08-07 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト | シリコンウエハ及びその製造方法 |
| WO2010109873A1 (ja) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハおよびその製造方法 |
| KR101231412B1 (ko) * | 2009-12-29 | 2013-02-07 | 실트로닉 아게 | 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 방법 |
| DE102012214085B4 (de) | 2012-08-08 | 2016-07-07 | Siltronic Ag | Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung |
| US10141413B2 (en) | 2013-03-13 | 2018-11-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Wafer strength by control of uniformity of edge bulk micro defects |
| US9064823B2 (en) * | 2013-03-13 | 2015-06-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for qualifying a semiconductor wafer for subsequent processing |
| US9397051B2 (en) | 2013-12-03 | 2016-07-19 | Invensas Corporation | Warpage reduction in structures with electrical circuitry |
| JP6187689B2 (ja) * | 2014-06-02 | 2017-08-30 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの製造方法 |
| US9425063B2 (en) * | 2014-06-19 | 2016-08-23 | Infineon Technologies Ag | Method of reducing an impurity concentration in a semiconductor body, method of manufacturing a semiconductor device and semiconductor device |
| JP6387797B2 (ja) * | 2014-11-10 | 2018-09-12 | 三菱マテリアル株式会社 | シリコン部品用シリコン結晶の製造方法 |
| JP6100226B2 (ja) * | 2014-11-26 | 2017-03-22 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶ウェーハの熱処理方法 |
| JP6413952B2 (ja) * | 2015-06-26 | 2018-10-31 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの良否判定方法、該方法を用いたシリコンウェーハの製造方法およびシリコンウェーハ |
| JP6717267B2 (ja) * | 2017-07-10 | 2020-07-01 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの製造方法 |
| JP6834816B2 (ja) * | 2017-07-10 | 2021-02-24 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの加工方法 |
| JP6436255B1 (ja) * | 2018-02-27 | 2018-12-12 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの反り量の予測方法およびシリコンウェーハの製造方法 |
| JP7115456B2 (ja) * | 2019-10-18 | 2022-08-09 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶ウエーハの窒素濃度の測定方法 |
| CN114664657A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-06-24 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种晶圆表面处理方法 |
| CN114334792A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-04-12 | 上海新昇半导体科技有限公司 | Soi结构的半导体硅晶圆及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008103673A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-05-01 | Siltronic Ag | 半導体用シリコンウエハ、およびその製造方法 |
| WO2008136500A1 (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Siltronic Ag | シリコンウエハ及びその製造方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4437922A (en) * | 1982-03-26 | 1984-03-20 | International Business Machines Corporation | Method for tailoring oxygen precipitate particle density and distribution silicon wafers |
| JPH0198047A (ja) | 1987-10-09 | 1989-04-17 | Nec Corp | 割込み処理方式 |
| JPH09190954A (ja) * | 1996-01-10 | 1997-07-22 | Sumitomo Sitix Corp | 半導体基板およびその製造方法 |
| WO2000055397A1 (fr) * | 1999-03-16 | 2000-09-21 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede de production d'une tranche de silicium et tranche de silicium ainsi obtenue |
| JP3735002B2 (ja) * | 2000-03-27 | 2006-01-11 | シルトロニック・ジャパン株式会社 | シリコン半導体基板およびその製造方法 |
| US6893499B2 (en) * | 2000-06-30 | 2005-05-17 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon single crystal wafer and method for manufacturing the same |
| JP4857517B2 (ja) * | 2003-11-26 | 2012-01-18 | 信越半導体株式会社 | アニールウエーハ及びアニールウエーハの製造方法 |
| JP2006040980A (ja) | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Sumco Corp | シリコンウェーハおよびその製造方法 |
| JP2006261558A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Fujitsu Ltd | シリコン半導体基板 |
| JP5160023B2 (ja) | 2005-03-25 | 2013-03-13 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコンウェーハ及びシリコンウェーハの製造方法 |
| JP2007305968A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-22 | Covalent Materials Corp | シリコンウェハ、その製造方法および半導体装置用シリコンウェハ |
| US7781715B2 (en) * | 2006-09-20 | 2010-08-24 | Fujifilm Corporation | Backside illuminated imaging device, semiconductor substrate, imaging apparatus and method for manufacturing backside illuminated imaging device |
| JP5207706B2 (ja) * | 2006-12-01 | 2013-06-12 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト | シリコンウエハ及びその製造方法 |
| JP5207705B2 (ja) * | 2006-12-07 | 2013-06-12 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト | シリコンウエハ及びその製造方法 |
| JP2008166516A (ja) | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Covalent Materials Corp | 半導体基板の製造方法 |
| JP2008213403A (ja) | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Teijin Dupont Films Japan Ltd | 光学用易接着フィルム |
-
2008
- 2008-12-26 JP JP2008332424A patent/JP5537802B2/ja active Active
-
2009
- 2009-12-02 EP EP09014967.5A patent/EP2204476B1/en active Active
- 2009-12-07 KR KR1020090120506A patent/KR101116949B1/ko active IP Right Grant
- 2009-12-15 US US12/637,850 patent/US8343618B2/en not_active Ceased
- 2009-12-17 SG SG200908402-1A patent/SG162693A1/en unknown
- 2009-12-17 TW TW98143316A patent/TWI398927B/zh active
- 2009-12-24 CN CN2009102663681A patent/CN101768777B/zh active Active
-
2013
- 2013-02-13 US US13/766,020 patent/USRE45238E1/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008103673A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-05-01 | Siltronic Ag | 半導体用シリコンウエハ、およびその製造方法 |
| WO2008136500A1 (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Siltronic Ag | シリコンウエハ及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100163807A1 (en) | 2010-07-01 |
| JP5537802B2 (ja) | 2014-07-02 |
| CN101768777B (zh) | 2013-11-06 |
| EP2204476B1 (en) | 2017-02-08 |
| US8343618B2 (en) | 2013-01-01 |
| JP2010153706A (ja) | 2010-07-08 |
| USRE45238E1 (en) | 2014-11-11 |
| EP2204476A3 (en) | 2010-08-25 |
| TW201025453A (en) | 2010-07-01 |
| CN101768777A (zh) | 2010-07-07 |
| SG162693A1 (en) | 2010-07-29 |
| KR101116949B1 (ko) | 2012-03-14 |
| KR20100076875A (ko) | 2010-07-06 |
| EP2204476A2 (en) | 2010-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI398927B (zh) | 矽晶圓及其製造方法 | |
| JP5256195B2 (ja) | シリコンウエハ及びその製造方法 | |
| JP5072460B2 (ja) | 半導体用シリコンウエハ、およびその製造方法 | |
| TWI390636B (zh) | 矽晶圓及其製造方法 | |
| TWI428483B (zh) | 矽晶圓及其製造方法 | |
| KR20090029205A (ko) | 실리콘 웨이퍼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼 | |
| JP2007176732A (ja) | アニールウエハ及びアニールウエハの製造方法 | |
| JP5207706B2 (ja) | シリコンウエハ及びその製造方法 | |
| TWI685591B (zh) | 由單晶矽製成的半導體晶圓和其生產方法 | |
| US7291220B2 (en) | Process of producing silicon wafer | |
| JP5597378B2 (ja) | シリコンウェーハの熱処理方法 | |
| JP5207705B2 (ja) | シリコンウエハ及びその製造方法 | |
| WO2024009659A1 (ja) | シリコンウェーハ及びその製造方法 |