TW448248B - Set of epitaxial silicon wafers assembled in a wafer casette, boat or other wafer carrier - Google Patents

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i：「發明说明Γ A7R7 發明背景 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之方法大致係關於磊晶矽晶圓之製備。尤其，本 發明係關於組合於晶圓Ε、船形容器或其他晶圓載體中之 磊晶矽晶圓組之製備，各晶圓具有大致上無内生瑕疵之磊 晶層，此等内生瑕疵係由於在其上成長磊晶層之基材表面 上存在凝聚矽自占間隙瑕疵所造成。 可製得單晶矽晶圓之單晶矽一般係由所謂的捷可拉斯基 (CZ0Chralski)(「Cz」）方法製備得。在此方法中，將多晶 矽加至坩堝中並熔融，使晶種與熔融矽接觸，及經由缓慢 抽出而使單晶、成長。於晶頸之生成完成後，經由減低拉引 速率及/或熔體溫度使晶體直徑擴大，直至達到期望或標 的直徑為止。接著經由邊控制拉引速率及熔體溫度邊補償 逐漸減少的熔體液位，而使具有大致恆定直徑之晶體的圓 柱形主體成長。在接近成長程序之終點但在坩堝中之熔融 矽用盡之前，晶體直徑必需逐漸降低而形成端圓錐。典型 上，端圓錐係經由增加拉晶速率及供應至坩堝之熱而形 成。當直徑變得夠小時’則將晶體自熔體分離出來。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 近年來，已知曉在單晶矽中之許多瑕疵係當晶體於固化 後冷部時，在晶體成長室中生成。此種缺陷部分係由於存 在過量（即濃度高於溶解度極限）稱為空位及自占間隙之固 有點瑕疵所致。自熔體成長之矽晶典型上會伴隨過量之一 種或另一種類型之固有點瑕疵，包括晶格空位（「V」）或 梦自占間隙（「I」）之成長。已有人提出在㈣之此等點瑕 藏的類型及起始濃度係在固化時所決定，及如此等濃度在 -4 本紙張尺度適用令闲SJ定掩5·儒//'KTC、Δ,Ι ifl故/01Λ 007八jI*

\ π r C / 0 r 1 I - r I Λ 4482 4 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 系統中達到臨界過飽和的程度，及點瑕疵的移動性夠高， 則將可能發生反應或凝聚事件。在複雜及高度積體電路之 製造中，在矽中的凝聚固有點瑕疵會嚴重地影響材料的降 服位能^ 已知空位型瑕疵係可觀察到之晶體瑕疵諸如D-瑕疵、流 動形態瑕疵（FPD)、閘氧化物整體性（GOI)瑕疵、晶體來源 顆粒（COP)瑕疵、晶體來源光點瑕疵（LPD)，以及由紅外光 敷射技廣諸如掃描紅外顯微術及雷射斷層掃描攝影術觀察 得之某些種類之整體瑕疵的來源β在過量空位之區域亦存 在成為環氧化引發疊差（OISF)之晶核的瑕疵。據推測此特 殊瑕藏係由存在過量空位所催化的高溫晶核生成氧凝聚。 與自占間隙相關的瑕疵較未受到充分的研究。其一般被 視做低密度的間隙型差排環圈或網狀結構，此種瑕疲並非 閘氧化物整體性故障-一種重要晶園性能標準—的來源 ’但其被廣泛認為係通常與電流漏洩問題相關之其他類型 之裝置故障的原因。 磊晶矽成長典型上涉及化學蒸氣沈積方法，其中邊將基 材’諸如單晶矽晶圓加熱’邊使氣態矽化合物通過晶圓表 面上方，以影響熱解或分解。當使用單晶矽晶圓作為基材 時，矽係以可繼續單晶結構之成長的方式沈積。結果，存 在於基材表面上之瑕疵，諸如凝聚矽自占間隙瑕疵，會直 接影響所產生之磊晶晶圓的品質。此對品質的影響係由於 經由繼續單晶結構之成長，存在於基材表面上之瑕疵會繼 績成長，以致在磊晶層中生成新的晶體瑕疵，即内生瑕疵 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公^ --------------------訂---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 448248 經濟部智慧財產局員工消f合作杜印製 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 所致。舉例來說，可生成具有自約0·1微米之以雷射為主之 自動檢查裝置之電流偵測極限至大於約10微米之最大截面 寬度之磊晶瑕疵，諸如塚（mounds)、磊晶疊差及小凸起 (hillocks) ° 迄今為止，對於内生瑕疵問題的主要處理辦法係在磊晶 沈積之前檢查基材之表面。然而，此一辦法相當耗時；其. 亦非始終可成功地在沈積方法之前辨識及除去有問題的基 材。因此’仍存在對於能可靠及一貫地提供供磊晶沈積用 之基材之方法的需求，此基材具有大致上無凝聚間隙瑕疵 ’因此而可消除與其相關之内生瑕疵之表面。 發明總結 因此’本發明之目的為提供組合於晶圓匣、船形容器或 其他晶圓載體中之磊晶矽晶圓組，各晶圓具有大致上無内 生瑕疵之磊晶層；提供具有單晶矽基材之此一磊晶晶圓， 此基材具有大致上無凝聚矽自占間隙瑕疵之軸向對稱區域 :提供此一基材’其可另具有大致上無凝聚空位瑕疵之空 位支配材料之轴向對稱區域。 因此’簡而言之，本發明係關於一種磊晶矽晶圓組，各 蟲晶晶園包括其上沈積磊晶矽層之單晶矽基材。此基材具 有一中心軸、大致垂直於中心轴之正面及背面、周緣、及 自中心轴延伸至周緣之半徑。此基材包括大致上無凝聚間 隙瑕庇之矽自占間隙支配材料之軸向對稱區域，此轴向對 稱區域自基材之周緣程向向内延伸。沈積於基枯表面上之 蟲晶層大致上無由在基材表面上存在凝聚間隙瑕疵所造成 本紙诋尺度過用T國國豕軚準（CNS)A4規格（210 κ 297公茇） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁)

'取--------訂---------I 448248 A7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印鼓 B7__五、發明說明（4 ) 之内生瑕疵。 其他目的部分將可由後文而明瞭，及部分將於後文 入·〒指出。 圖示簡單說明 圖1係顯示自占間隙⑴及空位[V]之起始濃度如何隨v/Gc 比之值之增加而變化之例子之圖，其中v係成長速率，及 G0係平均軸向溫度捧度。 圖2係顯示生成凝聚間隙瑕疵所需之自由能之變化△ & ’如何隨溫度T增加，及對一定的自占間隙⑴之起始濃度 而減小之例子之围a 圖3孫顯示當ν/〇〇比之值由於G〇之值之增加而減小時， 自占間隙[I]及空位[V]之起始濃度’可如何沿晶錢或晶圊 之半徑變化之例子之圖。可注意到在V/][邊界處發生自空 位支配材料至自占間隙支配材料之過渡。 圖4係分別顯示空位V及自占間隙I支配材料之區域以及 存在於其之間之V7I邊界之單晶碎旋或晶圓之項視平面 圖。 阙5係詳細顯示晶錢之定直徑部分之#向對稱區域之單 晶矽錠之縱向橫剖面圖。 圖6係於一系列的氧沈殿處理後，經由掃描2〇〇毫米直徑 晶錠之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，其詳細顯 示空位支配材料之大致為圓柱形的區域、自占間隙支配材 料之大致為環形的軸向對稱區域、存在於其之間之V/I邊 界、及凝聚間隙瑕寂之區域。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衷 訂 ---------線， 448248 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五'發明說明（5 ) 圖7係拉引速率（即晶種提升）成晶體長度之函數之圖，其 顯示拉引速率如何在一部分之晶體長度上線性地減小。 圈8係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描晶錠之軸向 切面之少數載體壽命所產生之影像’如說明於實施例I。 圖9係分別標示為ι_4之四個單晶石夕錢:之各者之拉引速率 成晶體長度之函數之圖，其係用於產生標示為之曲線 ’如說明於實施例1 » 圖10係說明於實施例2之兩不同情況之在熔體/固體界 面處之平均軸向溫度梯度G〇成徑向位置之函數之圖。 圖11係說明於實施例2之兩不同情況之空位[v]或自占間 隙[Π之起始濃度成徑向位置之函數之圖。 圖12係溫度成轴向位置之函數之圖，其顯示說明於實施 例3之兩不同情況之晶錠中的轴向溫度分佈。 圖13係由如說明於圖〗2及如更完整說明於實施例3之兩 冷卻條件所產生之自占間隙濃度之圖。 圖14係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描整個晶錠之 軸向切面之少數載體壽命所產生之影像，如說明於實施例 4 〇 圖15係說明V/I邊界之位置成單晶矽錠長度之函數之圖， 如說明於實施例5。 圖16a係於一系列氡沈澱熱處理後，經由掃描自距晶錠 肩部自約100毫米至約250毫米之晶錠之片斷之轴向切面之 少數載體壽命所產生之影像，如說明於實施例6。 圖16b係於一系列氧沈澱熱處理後，經由掃描自距晶錠 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------1^--------訂-----I---線丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 448 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 肩部自約250毫求至約400毫米之晶錠之片斷之轴向切面之 少數載體壽命所產生之影像，如說明於實施例6。 圖17係在晶錠之不同轴向位置之軸向溫度梯度G〇之圖， 如說明於實施例7。 圖18係在晶錠之不同軸向位置之平均軸向溫度梯度仏之 徑向變化之圖’如說明於實施例7 a 圖19係說明在轴向對稱區域之寬度與冷卻速率之間之關 係之圖，如說明於實施例7。 圖20係於銅修飾及瑕疵描繪蝕刻後，自距晶錠肩部自約 235毫米至約350毫米之晶錠之片斷之轴向切面之照片’說 明於實施例7。 圖21係於銅修飾及瑕疵描繪蝕刻後，自距晶錠肩部自約 305毫米至約460毫米之晶錠之片斷之軸向切面之照片，說 明於實施例7。 圖22係於銅修飾及瑕疵描繪蝕刻後，自距晶錠肩部自約 140毫米至约275毫米之晶錠之片斷之軸向切面之照片，說 明於實施例7。 圖23係於銅修飾及瑕疵描繪蝕刻後，自距晶錠肩部自約 600毫米至約73 0毫米之晶敍;之片斷之轴向切面之照片，說 明於實施例7。 圖24係說明可發生於各種形態之熱區中之自晶錠中心至 約一半之晶錠半徑之平均軸向溫度梯度之徑向變化G〇⑴ (經由將自固化溫度至x_轴上之溫度平均而測得）之圖。 圖25係說明在四種不同熱區形態中之晶錠之軸向溫度分 -9 - 本紙張尺度適用令國囷家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ ------------- 哀--------訂-----------線 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44824 8 第88117745號專利_請案 中文說明書你正百f9tl车3 3、 A7 B7

經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明说明（7 ) Sorgrrd ^ 佈之圖》 圖26係說明12個捷可拉斯基p型單晶碎基材晶圓之光散 射瑕疵分析之結果之重疊圖（即堆疊製圖），如說明於實施 例8 〇 圖27係說明13個捷可拉斯基p型單晶矽基材晶圓之光散 射瑕疵分析之結果之重疊圖（即堆疊製圖），如說明於實施 例8 〇 圖28係說明對應於圖26之12個基材之12個磊晶矽晶圓之 光散射瑕疵分析之結果之重疊圖（即堆疊製圖），如說明於 實施例8 ^ 圖29係說明對應於圖27之13個基材之1 3個磊晶矽晶圓之 光散射瑕疵分析之結果之重疊圖（即堆疊製圖），如說明於 實施例8。 圖30係如在顯微鏡之放大下觀察得之存在於磊晶層表面 上之内生瑕疵之照片，如說明於實施例8。 圖3 1係於納修飾及瑕麻描繪独刻後之四分之一部分之晶 錠之片斷的照片，如說明於實施例8。 主要元件符號說明 2 V/I邊界 4 半徑 6 自占間隙支配材料 8 空位支配材料 9 軸向對稱區域 10 單晶矽錠 ’ -10-. 本纸張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公嫠) ~ ----------------1T (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 448248 A7 B7 第881177454號專利申請案 中文説明書修正百(90年3月） 五、發明説明（ 7a 90. 3, 16 12 中心軸 14 晶種圓錐 16 端圓錐 18 定直徑部份 20 周緣 發明詳述 根據本發明之方法，經發現具有大致上無内生瑕疵之磊 晶層之磊晶矽晶圓的生成可經由使用包含大致上無凝聚矽 自占間隙固有點瑕疵之第一軸向區域之單晶矽晶圓作為基 材而達成。不受限於任何特殊理論，目前相信在磊晶矽晶 圓之磊晶層中之内生瑕疵的重要原因係在其上成長磊晶層 之單晶矽基材之表面上存在凝聚間隙瑕疵。據信可以差排 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 10a- 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS > A4規格（210X297公釐） d4B248 A7 _ B7 五、發明說明（8 ) 環圈或糾結之形式存在之此種凝聚間隙瑕疵會於磊晶沈積 後在磊晶層中造成一般稱為「小凸起」之對應的瑕疵點。 諸如此等内生瑕疵之生成係瑕疵經由磊晶層增生的結果。 因此’據信可經由利用大致上無凝聚間隙瑕疵之單晶矽基 材製備得改良的磊晶層。 基材 根據到目前為止的實驗證據，在單晶矽晶圓中之固有點 瑕疵’諸如矽晶格空位或矽自占間隙之類型及起始濃度看 來最初係由當製得此等晶圓之晶錠自固化溫度（即約14 1 0 aC )冷卻至大於1300 °C之溫度（即至少約1 325 °C，至少約 1 350 °C或甚至至少約1 3 75 °C )時所決定；換言之，此等瑕 疵之類型及起始濃度係由v/G〇比所控制，其中v為成長速 度，及G〇為在此溫度範圍之平均軸向溫度梯度。 現參照圖1，對增加的v/G〇值，在接近v/G〇之臨界值時， 會發生自逐漸減低的自占間隙支配成長至逐漸增加之空位 支配成長的過渡，根據目前所可取得的資訊，v/Gq之臨界 值似乎係約2_1叉1〇-5平方公分/秒〖（£：1112/8艮），其中〇0係在 軸向溫度梯度在定義於上之溫度範圍内為定值之條件下測 定。在此臨界值下，此等固有點瑕疵之泼度達到平衡。然 而’當v/G〇之值超過臨界值時’空位之濃度增加。同樣地 ，當v/G◦之值低於臨界值時，自占間隙之濃度增加。如此 等濃度在系統中達到臨界過飽和的程度，及如點瑕疲的移 動性夠高，則將可能發生反應或凝聚事件= 因此，如其他文獻所發表（參見’例如，PCT/US98/ -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-^-------—訂· I------ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -kBr 1· i · 443248 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 07365及卩(：771；598/07304)，經發現可抑制矽母體内之空位 反應產生凝聚空位瑕疵及矽母體内之自占間隙反應產生凝 聚間隙瑕疵之反應。不受限於特殊理論，一般相信如在晶 旋之成長及冷卻過程_控制空位及自占間隙之濃度，以致 系統之自由此變化（AG)從未超過會自動發生此等凝聚反 應之臨界值，則可抑制此等反應。換言之，據信當晶錠自 固化溫度冷卻時，可經由防止系統之空位或間隙成為臨界 過飽和，而避免空位及間隙之凝聚。 此等瑕疵生成的防止可經由建立相當低之空位或間隙的 起始濃度（由v/G0(r)所控制，其中v/G〇⑴代表v/G<^徑向位 置之函數，如進一步論述於下），以致絕不會達到臨界過 飽和而達成。然而’事實上，狼難在整個晶體半徑上達到 此等濃度，因此，一般可經由抑制晶體固化後（即於建立 如由v/GWr)所測得之起始濃度後）之起始空位濃度或起始 間隙濃度而避免臨界過飽和。 由於自占間隙之相當大的移動性（其一般為約1〇_4平方公 刀/私），及空位之較低程度的移動性，因而可經由自占 間隙之徑向擴散至位在晶體表面的槽或至位在晶體内之空 位支配區域，而在相當大的距離（即约5公分至約1〇公分以 上之距離）影響間隙及空位之抑制。設若可有足夠的時間 使起始濃度之固有點瑕疵徑向擴散，則可有效地使用徑向 擴散於抑制自占間隙及空位之濃度。一般而言’擴散時間 將視自占間隙及空位之起始濃度的徑向變化而定，較小的 徑向變化需要較短的擴散時間。 -12 〈請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 於--------訂---------線--------.-----I----------- 44824b A7 五、發明說明（10 典型上，對於根據捷可拉斯基方法成長之單晶砂，平均 軸向溫度梯度G。係成增加半徑之函數而增加。此意謂v/ G。 之值在晶錠之半徑上典型上並不為單—值。由於此變化的 結果，固點瑕症之類型及起始濃度並非_成不變。如在 sa錠之半徑4之某點達到在圖3及4指示為邊界2之 之臨界值，則材料將自空位支配過渡為自占間隙支配。此 外錠將包含包圍空位支配材料8之大致為圓柱形區域（ 其中空位之起始濃度成增加半徑之函數而減小）之自占間 隙支配材料6之轴向對稱區域（其中矽自占間隙原子之起始 濃度成增加半徑之函數而增加）。 “ I 3 ν/ι邊界之晶鍵自固化溫度冷卻時，間隙原子及空 位之徑向擴散由於自占間隙與空位之再結合’而造成V/I 邊界之徑向向内移動。此外，當晶體冷卻時，將發生自占 間隙之徑向擴散至晶體表面。當晶體冷卻時，晶體表面可 雉持接近平衡的點瑕疵濃度。點瑕疵之徑向擴散將傾向於 降低V/I邊界外部的自占間隙濃度及V/I邊界内部的空位濃 度。因此’如有足夠的時間進行擴散，則在各處之空位及 間隙的/農度可使得△ Gv及△ GI將低於會發生空位凝聚反應 及間隙凝聚反應之臨界值。 現參照圖5 ’控制晶體成長條件（包括成長速度V、平均轴 向溫度梯度G〇及冷卻速率），以使根據捷可拉斯基方法成 長之單晶石夕錠10的生成包括中心軸12、晶種圓錐14、端圓 錐16及在晶種圓錐與端圓錐之間的定直徑部分18較佳。定 直控部分具有周緣20及自中心轴12延伸至周緣20之半徑 -13 - ㈣張尺度適財國格⑵Q χ挪公f <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 在4824 8 A7 B7 五、發明說明（Η 4。可控制晶體成長條件’以生成⑴間隙支配材料6之大致 上無瑕疲的軸向對稱區域’及/或⑼空位支配材料s之大 致為圓柱形區域，其亦可包含大致上無瑕疵的轴向對稱區 域9。當存在軸向對稱區域6及9時，其可具有變化寬度， 如進一步詳細論述於下。 典型上控制成長速度v及平均軸向溫度梯度如先前所 定義），以致v/G〇比之值係自v/G〇之臨界值的約〇 5至約2 $ 倍（即根據目前對V/GQ之臨界值所可取得的資訊為約ΐχΐ〇_5 平方公分/秒Κ至約5χ1〇-5平方公分/秒κ)。“。比之值係 在v/G^之臨界值的约0.6至約！ 5倍較佳（即根據目前對 之臨界值所可取得的資訊為約1 3χ丨〇-5平方公分/秒κ至約 3χ〗0_5平方公分/秒Κ)。v/Gq比之值係在v/G()之臨界值的 約0 _ 75至約1.25倍最佳（即根據目前對v/G〇之臨界值所可取 得的資訊為約1.6x 10_5平方公分/秒K至約2 1χ丨〇-5平方公 分/秒Κ)。在一特佳具體實例中’在大致為圓柱形之區域 9内之v/G〇具有洛在之臨界值與v/gq之臨界值之I」倍 之間的值’而在另一較佳具體實例中，在大致為圓柱形之 區域6内之WG〇具有落在v/G〇之臨界值之約0.75倍與V/G0之 臨界值之間的值。 為使轴向對稱區域6及/或9之寬度最大化，使晶旋在下 列期間中自固化溫度冷卻至超過約1 〇5〇。(：之溫度較佳：（i) 對15 0毫米標稱直徑之矽晶為至少約5小時，以至少约1 〇小 時較佳，及至少約15小時更佳，（ii)對200毫米標稱直徑之 矽晶為至少約5小時，以至少約1〇小時較佳，至少約20小 _ _ - 14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） <請先閲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 '机--------訂---------線- ------------- 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明說明（I2 ) 時更佳’至少約25小時又更佳’及至少約30小時最佳，及 (iU)對具有大於200毫米之標稱直徑之矽晶為至少約2〇小時 ，以至少約40小時較佳’至少約60小時更佳，及至少約乃 小時最佳。冷卻速率之控制可經由使用目前在技藝中已知 用於使熱傳減至最低之任何裝置達成，包括使用絕緣器、 加熱器、輻射屏障、及磁場。 平均軸向溫度梯度G〇之控制可透過拉晶器之「熱區」（ 即石墨或尤其組成加熱器、絕緣、熱及輻射屏障之其他材 料）之設計而達成。雖然設計項目可視拉晶器之構造及型 式而異’但一般而言，可使用目前在技藝中已知用於控制 在熔體/固體界面處之熱傳的任何裝置控制，其包括反 射器、轉射屏障、排淨管、光管、及加熱器。—般而言， 經由將此一裝置設置於熔體/固體界面上方之約1個晶體 直徑内’而使Go之徑向變化減至最小。〇〇可經由調整裝置 相對於炼體及晶體之位置而作進一步控制。此係經由調整 裝置在熱區中之位置’或經由調整熔體表面在熱區中之位 置而完成。此外’當使用加熱器時’ G〇可經由調整供應至 加熱器之功率而作進一步控制。在批式捷可拉斯基程序中 ’其中熔體體積在程序中消耗，可使用任何或全部的此等 方法。 對於製備大致上無瑕疵之基材晶圓之方法的一些具體實 例’平均軸向溫度梯度GQ成晶錠直徑之函數而相當保持定 值一般為較佳。然而，應注意隨熱區設計的改良，G〇的變 化可減至最低，而與維持恆定成長速率相關的機械問題成 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） I - I----- - ---. ^ . I - I I I I - - -------*5^ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4482 4 8 A7 B7 五、發明說明（I3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 為愈來愈重要的因素。此係由於成長程序變得對拉引速率 之任何變化甚為敏感，其依序會直接影響成長速率乂。就 程序控制而言，此意謂使G0之值在晶錠之半徑上不同為有 利。然而，G0值的顯著差異會導致高濃度的自占間隙—般 朝晶圓邊緣而增加，因而使避免生成凝聚固有點瑕疵的困 難度增加。 鑑於前述說明，G〇之控制涉及在使之徑向變化減至最 小與維持有利的程序控制條件之間取得平衡^因此，在約 1個直徑之晶體長度後之拉引速率典型上將係自約〇 2毫米 /分鐘至约0.8毫米/分鐘。拉引速率係自約〇25毫米/分 鐘至約0.6毫米/分鐘較佳，自約0 3毫米/分鐘至約〇 5毫 米/分鐘更佳。應注意拉引速率係視晶體直徑及拉晶器設 計而定。所說明的範圍為200毫米直徑晶體之典型值。一 般而a，拉引速率將隨晶體直徑之增加而減小。然而，可 將拉晶器設計成容許超過此處所說明之拉引速率^因此， 將拉晶器設計成使拉引速率可儘可能地快，同時仍可根據 本發明而生成軸向對稱區域最佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於商業上的實際用途’經由控制當晶錠自固化溫度（約 14 1 0°C )冷卻至矽自占間隙變得不可移動之溫度之冷卻速 率’而控制自占間隙擴散之量。矽自占間隙在接近矽之固 化溫度’即約14 10 °C之溫度下，似乎極度可移動。然而， 此移動性隨單晶矽錠之溫度的減低而減小。一般而言，自 占間隙之擴散速率有相當大程度的減緩，以致其在低於約 700°C之溫度下’及或許在高至800°C、900°C、1000°C、 -16 -本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公爱) ^4324 8 A7 B7 五、發明說明（I4 ) 或甚至10501之溫度下’對商業上實際的時間長度基本上 不移動。 應注意在此方面，雖然發生自占間隙凝聚反應的溫度理 論上可在寬廣的溫度範圍内變化，但實際上，對於習知的 捷可拉斯基成長矽’此範圍似乎相當窄。此係在根據捷可 拉斯基方法成長之石夕中典型上製得之起始自占間隙濃度之 相當狹窄範圍的結果。因此’—般而言，若有發生自占間 隙凝聚反應的話’其可發生在約丨1〇〇t至約8〇〇。〇範圍内 之溫度下’及典型上係在約l〇5〇t之溫度了。 因此，在自占間隙似乎可移動之溫度範圍内，及視熱區 中之溫度而定，冷卻速率典型上係自約〇丨t/分鐘至約3 C /分鐘。冷卻速率自約〇. rc /分鐘至約丨5勺/分鐘將 較佳，自約0· 1 C /分鐘至約1 °c /分鐘更佳，及自約〇」它 /分鐘至約0.5°c/分鐘又更佳。 經由控制晶鍵在自占間隙似乎可移動之溫度範圍内之冷 卻速率’自占間隙可有更多時間擴散至位在晶體表面的槽 或至空位支配區域，在此其可被消除。因此可抑制此等間 隙之濃度，而可防止發生凝聚事件。利用間隙之擴散性， 經由控制冷卻速率，可使以其他方式所可能需要之嚴格的 v/G0條件放寬，以製得大致上無凝聚瑕疵之軸向對稱區 域。換種方式來說，由於可控制冷卻速率以使間隙有更多 時間擴散的結果，對於製得無凝聚瑕疵之軸向對稱區域， 可以接受相對於臨界值之較大範圍的¥/(}()值。 為在晶體之定直徑部分之些許長度上獲致此等冷卻速率 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^• — 1 —--— — ^ * I I---I — I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17 448248 A7 -------- 五、發明說明（15 ) ’亦必須考慮晶錠之端圓錐的成 ,._ ^ , 圆辦町攻長敕序，以及一旦端圓錐 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 成長元成時之晶鍵的處理。典型上，當晶鍵之定直徑部分 完成時，將增加拉引速率’以開始形成端圓錐所需 序（ — Μ)。然而，此—拉引速率之增加將導致 定直梭部分之下方片斷在間隙充分可移動之溫度範圍内更 與速地冷部，如以上所論述。結果，此等間隙不會有足狗 的時間擴散至槽中而消除；換言之，在此下方片斷中之激 度不會獲得充分程度的抑制，且會產生間隙瑕疯之凝聚。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此為防止在晶錠之此下方片斷中發生此等瑕疵之生 成，晶錠之定直徑部分具有根據捷可拉斯基方法之均勻熱 史較佳。均勻的熱史可，經由不僅在定直徑部分之成長過程 中’並且在晶體之端圓錐的成長過程中，及可能在端圓錐 之成長後，在相當恆定的速率下，將晶錠自矽熔體拉出而 達成。更明確言之，當端圓錐之成長開始時，建立端圓錐 之拉引速率，以確保晶錠之定直徑部分之任何片斷維持在 超過約1050t之溫度下，將可經歷與已冷卻至低於約1〇5〇 t:之溫度之包含無凝聚固有點瑕疵之軸向對稱區域之晶錠 之定直徑部分之其他片斷相同的熱史。相當恆定的速率可 例如利用下列方式達成：（i)相對於在晶體之定直徑部分之 成長過程中之掛場及晶體旋轉速率，降低在端圓錐之成長 過程中之掛場及晶體的旋轉速率’及/或（ii)相對於在端 圓錐成長過程中習慣供應之功率’增加在端圓錐之成長過 程中供應至加熱器用於加熱矽熔體之功率。此等程序變數 的額外調整可獨立或結合發生- 18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 448248 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（16 ) 如先前所指出’存在可達到抑制凝聚間隙瑕疵之空位支 配區域的最小半徑。最小半徑之值係视v/G。⑴及冷卻速率 而定。由於拉晶器及熱區設計將會改變，因而以上關於 v/G〇(r)、拉引速率、及冷卻速率所呈現之範圍亦將隨之變 化。同樣地，此等條件可沿成長晶體之長度而變化。亦如 前所指，使無凝聚間隙瑕疵之間隙支配區域之寬度最大化 較佳。因此，希望將此區域之寬度維持於儘可能接近，但 不超過在指定拉晶器中，在沿成長晶體長度之晶體半徑與 空位支配區域之最小半徑之間之差的值。 可以實驗方式決定對於指定的拉晶器熱區設計，使軸向 對稱區域6及視需要使9之寬度最大化所需之拉晶速率分 佈。一般而言，此實驗辦法包括先對在特殊拉晶器中成長 之晶錠求得在軸向溫度分佈上所可容易取得的數據，以及 對在相同拉晶器中成長之晶鍵求得平均轴向溫度梯度的捏 向變化。整體使用此數據於拉引一或多個單晶矽錠，然後 分析凝聚間隙瑕疮之存在。以此方式可決定最適拉引速率 分佈。 除了由於G〇在晶錠半徑上之增加所造成之WG〇的徑向變 化外，v/Go亦可由於¥之變化，或由於可歸因於捷可拉斯 基程序之G〇的自然變化而在軸向上變化。對於標準的捷可 拉斯基程序，v由於在整個成長週期中調整拉弓丨速率而改 變，以使晶錠維持定直徑。拉引速率之此等調整或變化依 序使v/GQ在晶錠之定直徑部分之長度上改變因此，希望 控制拉引速率，以使晶錠中之軸向對稱區域6及/或9之寬 -19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSVJA4播振f91扣7公铉 ^--------訂---------線. {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 448248 A7 __B7______ 五、發明說明（17 ) 度最大化。然而，因此會發生晶錠半徑的變化。因此，為 確保所產生之晶鍵具有恆定的直徑，使晶錠成長至較所期 望者大的直徑較佳。然後使晶錠進行技藝中之程序標準， 以自表面移除過量材料，因此而確保製得具有定直徑部分 之晶旋° 再次參照圖5，本發明之基材晶圓係自單晶矽錠i 〇切片 而得’早晶梦鍵包括間隙支配材料6之大致上無瑕疲的 區域，其可另包圍空位支配材料之大致為圓柱形的區域8 (其之一部分或全部亦可大致上無瑕疵）。或者，區域6可自 中心延伸至邊缘’或區域9可自中心延伸至邊緣；換言之 ’大致上無瑕疵之區域6或區域9之寬度可大約等於晶錠之 寬度。 轴向對稱區域6—般具有一自周緣20徑向向内朝中心軸 12測得之寬度，其在一些具體實例中係晶鍵之定直徑部分 之半徑的至少約5°/。、10%、20%及甚至約30%，而在其他 具體實例中’其係半徑之至少約40%、至少約60%、或甚 至至少約80%較佳。另外’當存在轴向對稱區域9時，其一 般具有一沿半徑自V/I邊界2延伸至軸12測得之寬度，其之 寬度至少約15毫米’以為晶旋之定直徑部分之半徑的至少 約7.5 %較佳，至少約15 %更佳，至少約2 5 %又更佳，及至 少約50%最佳。在一特佳具體實例中，軸向對稱區域9包括 晶鍵之軸12 ’即轴向對稱區域9與大致為圓柱形的區域8 一 致。 軸向對稱區域6及9典型上延伸於晶錠之定直徑部分長度 -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規輅（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〉 4------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂.---— ---^---- 448248 A7 B7 五、發明說明（18 ) 之至少约20%的長度上。然％，此等區域具有晶錠之定直 徑部分長度之至少約40%的長度較佳，至少約6〇%更佳， 及至少約80%又更佳。 應注意軸向對稱區域6及9之寬度可沿中心軸丨2之長度而 有一些變化。因此，對於指定長度之軸向對稱區域6，其 寬度係經由徑向測量自晶錠10之周緣2〇朝向最遠離中心軸 之點之距離而測得。軸向對稱區域9之寬度係以類似方式 經由徑向測量自V/I邊界2朝向最遠離令心軸之點之距離而 測得。換言之，測量各區域之寬度’以測得在軸向對稱區 域6或9之指定長度内之最小距離。 對於具有V/I邊界之晶錠，即含有空位支配材料之晶錠， 低氧含量之材料’即低於約1 3 PPMA(每百萬份原子之份數 ，ASTM標準F-121-83)，典型上為較佳。單晶矽包含低於 約12 PPMA氧更佳’低於約1 1 ppma氧又更佳’及低於約 10 PPMA氧最佳。低氧含量為較佳，由於在中至高氧含量 晶圓中（即14 PPMA至18 PPMA) ’氧引發疊差及恰在V/I邊 界内之增進氧聚集之帶的生成變得更為顯著，其亦可能不 利於磊晶層。 增進氧聚集之效應可經由單獨或結合使用許多方法而進 一步降低。舉例來說’在於約350°C至約750cC範圍内之溫 度下退火的矽中’典型上會生成氧沈澱晶核生成中心。因 此’對於一些應用’晶體為「短」晶體可能較佳，即為在 捷可拉斯基程序中於晶錢快速冷卻後已成長至晶種端自矽 之熔點（約1410°C )冷卻至約75(TC之晶體。以此方式，花費 -21 - 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) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------- I I I - ---I I I - - - - ---- I - - I — — — — — — _ - I _ _ . 448248 A7 B7 五、發明說明（19 ) 在對晶核生成中心之生成為重要之溫度範圍内的時間維持 於最小值，及氧沈澱晶核生成中心在拉晶器中生成之時間 不充分。 然而，在單晶之成長過程中生成之氧沈澱晶核生成中心 經由使單晶矽退火而溶解較佳。設若其尚未進行安定熱處 理，則氧沈澱晶核生成中心可經由將矽快速加熱至至少約 875 °C之溫度而由矽退火，及以繼續將溫度增加至至少 1000 C、至少1100°c以上較佳。當矽達到〗〇〇〇π時，大致 上所有（例如’ >99%)的此等瑕疵皆經退火。應快速地將晶 圓加熱至此等溫度，即溫度增加速率為至少約每分鐘1〇t ’及以至少約每分鐘5(TC更佳。否則一些或所有的氧沈澱 B曰核生成中心會經由熱處理而安定化。平衡似乎會在相各 短的時間内達成’即在約60秒左右或者更短。因此，單B 發中之乳沈澱晶核生成中心可經由使其在至少約875°C之 溫度下，以至少約9 5 0 °C較佳，及至少約1 1 〇 〇它更佳，退 火至少約5秒之時間’及以至少約1〇分鐘較佳，而溶解。 溶解可於習知之爐或快速熱退火（RTA)系統中進行。石夕 之快速熱退火可於許多市售快速熱退火（「RTA」）爐之任 何一者中進行’其中晶圓係由一組高功率燈泡個別加熱。 RT A爐可快速加熱石夕晶圓，例如’其可在數秒内將晶圓自 室溫加熱至1200°C。一此種市售的RTA爐為購自AG會社 (AG Associates)(加州山景市（Mountain View))之 610型爐。 此外，溶解可於矽錠或矽晶圓上進行，以晶圓較佳。 蟲晶層 -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁> "!1_ —--訂----線 — 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 448248 A7 B7 五、發明說明（2〇 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 Μ 蟲β曰層可利用技藝中已知之方式而沈積或成長於前述基 材之表面上。（參見，例如，美國專利號數5,789,309。）磊 晶層之成長典型上係利用化學蒸氣沈積達成，由於此係一 種使蠢HB層在半導體材料上成長之最有彈性及最成本經濟 的方法。一般而言’化學蒸氣沈積包括利用遞送氣體（通 常為氫）將揮發性反應物（例如，Sic“、siHC1?、SiH2ch或 S1H4)引入至磊晶反應器中。雖然方法條件會改變，但在單 晶層沈積之情況中，溫度一般將係在丨〇8〇。〇及丨丨5〇。〇之 間。此外，進行沈積的環境為乾淨（即無顆粒污染物），且 具有低於約1 PPM A之氧含量較佳。 根據本發明及如由以下的實施例8進一步說明，到目前 為止的經驗建議希望利用大致上無凝聚間隙瑕疵之單晶矽 基材。由於在沈積時，沈積於晶圓表面上之矽材料傾向於 較此等凝聚瑕疵周圍的平坦表面更快速地累積於其之部位 上，因而須要此一基材^矽材料在此等凝聚瑕疵部位之沈 積及累積，導致在磊晶層内生成内生瑕疵，即小凸起或疊 差。其中尤其要注意者為具有大於或等於约1〇微米之直徑 的大面積内生瑕疵，如利用技藝中常用之雷射光束表面掃 描設備測得（參見，例如，購自加州山景市天工公司 (Tencorlnc.)之天工6200系列雷射掃描器，諸如622〇型）。 不受限於任何特殊理論，一般相信磊晶層中之瑕疵可由 許多不同原因造成。舉例來說，存在於基材表面上之顆粒 及其他有機污染物會連同凝聚間隙瑕疵，而成為在沈積過 程中累積矽材料的部位。因此，本發明可與其他方法，諸

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ i I-----訂·!----I *線▲ 1 ft ϋ - -1· 448248 A7 B7 五、發明說明（21 > 如基材清潔及處理的改良方法結合利用，而嘗試完全消除 蠢晶層内之瑕疵。然而’如單獨地使用，本發明可有效地 消除磊晶層瑕疵的顯著原因’因此，可降低此等瑕疵之整 體濃度。 如前所述’本發明之基材可包含大致上無凝聚間隙瑕疵 之間隙型材料之軸向對稱區域。此區域之寬度可以變化。 因此’應注意到目前為止的經驗提示當磊晶沈積完成時， 大致上無凝聚間隙瑕疯之基材表面的區域在蠢晶層中產生 大致上無由此等凝聚瑕疵所造成之内生瑕疵的對應區域。 然而，更應注意磊晶層之此區域不僅對應於大致上無瑕疵 之間隙支配材料之區域’並且對應於基材内之空位支配材 料之區域。換種方式來說’可經由將磊晶層沈積於間隙支 配且大致上自中心至邊緣無瑕疵之晶圓的表面上，經由將 遙晶層沈積於自中心至邊緣為空位支配之晶圓上，或經由 將磊晶層沈積於具有大致上無瑕疵之間隙支配區域，其包 圍空位支配之核心區域之晶圓上，而製得改良的磊晶層。 不受限於任何特殊理論，據信在基材表面上亦稱為空隙 之凝聚空位瑕巍之存在’對於大致上無内生瑕庇之磊晶層 之製造並非極度重要。反之’據信當矽材料沈積於基材表 面上時，此等空隙會有效地被覆蓋或「填補」。結果，凝 聚空位瑕疵並不會增生通過磊晶層。然而，為確保在磊晶 層表面中不存在空隙或「坑洞」，磊晶層一般將具有足以 覆蓋住存在於基材表面上之凝聚空位瑕疵之厚度，此厚度 係隨此專瑕庇之大小或深度之增加而增加^並_型上，此層 -24 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44824 8 A7 B7 五、發明說明（22 ) C請先閱讀背面之注奪華項再填寫本頁) 之厚度係自至少約1微米直至約15微米以上。磊晶層以具 有自約1至約10微米之厚度較佳，自約1至約8微米更佳， 自約1至約5微米又更佳，及自約丨至約4微米最佳。應注竟 設若凝聚空位瑕疵有效地被覆蓋’則就此而論，較薄的層 為較佳’由於如此可降低所產生之磊晶晶圓的成本。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 因此’本發明可組合磊晶矽晶圓組，其中各晶圓包括大 致上無内生瑕疫之蟲晶層’此内生瑕巍係由在蟲晶層所、、尤 積之基材表面上存在凝聚間隙瑕疵所造成。更明確言之， 本發明可組合一組磊晶矽晶圓’其中各晶圓包括具有如前 所指之大致上無凝聚瑕疵之間隙型材料之第一轴向對稱區 域之基材，此區域係自晶圓之周緣徑向向内延伸。當轴^ 對稱區域之寬度低於或等於基材之半徑時，基材另包括具 有如前所指之寬度及位置之空位型材料之第二軸向對稱區 域’其可或不可包含凝聚空位瑕疵。不管基材之轴向對稱 區域之寬度為何，於磊晶沈積後’所生成之磊晶層由於利 用此一基材之結果，而基本上在晶圓之整個半徑上大致上 無此類型之内生瑕麻；換言之’蟲晶層在磊晶晶圓表面積 之約40%、60%、80%、90%以上之上方大致上無内生瑕 疯。 應注意本發明之優點在於可使用由根據本方法製備得之 單晶錠製得之一序列基材製備及組合磊晶晶圓組。換言之 ’本發明由於方法的一致及可靠性而有利。磊晶晶圓組可 由基本上自單晶錠連續製得之一組基材製備及組合。因此 ，在磊晶沈積之前，不需要耗時的檢查程序，以確認出適 -25 - 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格mo X 297公爱) 4 4 S 2 4 8

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（23 ) 當的基材（即大致上無凝聚間隙瑕疵之基材）。同樣地，由 於所使用之基材的品質，而不需要耗時的檢查程序’以確 認出大致上無此等内生瑕疵，因此而適合包含於組合内之 蟲晶晶圓。 磊晶晶圓組可組合於，例如，典型上用於儲存及運送晶 圓之類型的晶圓匣，典型上用於將矽晶圓進行熱處理之類 型的船形容器，或相等的晶圓載體中。晶圓可以5、1〇、 20、25、50以上之組合組成。然而，典型上，具有直至約 200毫米直徑之晶圓目前係以25個之組合組成，而具有約 3 00毫米以上直徑之晶圓目前係以丨3個之組合組成。 相較於習知之快速拉引方法，其中晶銳係在高速率下成 長’以嘗試使材料成為完全空位支配，本發明之方法當單 晶矽錠之直徑增加時，可能為特佳。不受限於任何特殊理 論’ 一般相信對於具有甚大直徑之晶錠（例如，至少約3〇〇 毫米以上）’可能無法維持夠高的成長速率，以確保石夕材 料為完全空位支配。換言之，當晶錠直徑增加時，晶錢之 定直徑部分將更可能包含具有間隙支配材料之區域之片 斷。因此’必需適當地控制成長條件，以避免在此區域内 生成凝聚間隙瑕疵。 凝聚瑕疵之視覺檢查 凝聚瑕疵可利用許多不同技術偵測。舉例來說，流動形 態瑕疵、或D-瑕疵典型上係經由先將單晶矽樣品在塞可 (Secco)蝕刻溶液中蝕刻約3 0分鐘，然後對樣品進行顯微檢 查而彳貞測得。（參見，例如，H. Yamagishi等人，半導體科 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） I I----------- ^ i I i ----訂---------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 4 8 2 4 8 A7 _ B7 五、發明說明（24 ) 學技術（Semicond. Sci‘ Technol.) 7，A135 (1992))。雖然 此係彳貞測凝聚空位瑕疯之標準方法，但亦可使用此方法於 摘測凝聚間隙瑕疫。當使用此技術時，此等瑕疵當存在時 ，其在樣品表面上以大坑洞出現。 凝聚瑕疵亦可使用雷射散射技術，諸如雷射散射斷層攝 影術偵測，其典型上較其他蝕刻技術具有更低的瑕疵密度 偵測極限。 另外’凝聚固有點瑕庇可經由以當施加熱時可擴散至單 晶珍母體内之金屬修飾此等瑕疯，而作視覺彳貞測。明4言 之’單晶妙樣品’諸如晶圓、金屬塊或厚板，可經由先將 樣品之表面塗布含有可修飾此等瑕寐之金屬之組合物，諸 如濃硝酸銅溶液，而以視覺方式檢查此等瑕疵之存在。然 後使經塗布樣品加熱至在約900 °C及約1000 之間之溫度 約5分鐘至約15分鐘，以使金屬擴散至樣品内。然後使經 熱處理之樣品冷卻至室溫，因此而使金屬成為臨界過飽和 ，及在樣品母體内存在瑕疵之部位沈激。 於冷卻後’經由以亮光蝕刻溶液將樣品處理約8至約12 分鐘’先使樣品進行非瑕疫描續钱刻，以移除表面殘留物 及沈澱物。典型的亮光蝕刻溶液包含約5 5百分比硝酸（70 重量百分比溶液），約20百分比氫氟酸（49重量百分比溶液） ，及約25百分比氫氣酸（濃溶液）。 然後以去離子水滌洗樣品，並經由將樣品浸於塞可或萊 特（WTight)蝕刻溶液中，或以其處理約35至約55分鐘，而 進行第二次蝕刻步驟。典型上，樣品將使用包含约1:2比 -27 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^ ---» I I I--^---------I 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 44824 8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（25 ) 例之0.15 Μ重鉻酸鉀及氫氟酸（49重量百分比溶液）之塞可 蝕刻溶液蝕刻。此蝕刻步驟可顯示出或描繪出可能存在的 凝聚瑕疵。 一般而言’無凝聚瑕疵之間隙及空位支配材料之區域可 藉由以上說明的銅修飾技術’而與彼此或與含有凝聚瑕疫 之材料作區別。無瑕疵間隙支配材料之區域不包含經由餘 刻所顯示出之經修飾特徵，而無瑕疵空位支配材料之區域 (在如前所述之南溫氧核溶解處理之前）包含由於氧核之銅 修飾所造成的小蝕刻坑洞。 定義 此處所使用之片語「大致上無内生瑕疵」將係指本發明 之磊晶層不包含由於在磊晶層所沈積之基材表面上存在凝 聚間隙瑕庇所造成之亦稱為小凸起或疊差之内生瑕疯，如 利用目前具有約0 · 1微米之内生瑕疵偵測極限之技藝中常用 的自動檢查裝置（參見’例如’天工6220雷射檢查裝置）所 測得；及「堆疊製圖」將係指使用雷射檢查裝置分析一系 列之樣品磊晶晶圓或基材，及將系列中之各晶圓的結果重 疊或「堆疊」於單一圖上’以說明在一系列晶圓或基材内 之瑕疵之徑向位置的技術。 另外’文中所使用之下列其他片語或術語將具有所指示 的意義：「凝聚固有點瑕疵」係指由下列因素所造成之瑕 疵：（1)由空位凝聚產生D-瑕疵、流動形態瑕疵、閘氧化物 整體性瑕疵、晶體來源顆粒瑕疵、晶體來源光點瑕疵、及 其他此等與空位相關之瑕疫之反應，或（Η)由自占間隙凝 -28 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> ^--------訂---------線— AAR9 Δ^ • - Α7 B7 五、發明說明（26 ) 聚產生差排環圈及網狀結構、及其他此等與自占間隙相關 之瑕疵之反應；「凝聚間隙瑕疵」將係指由矽自占間隙原 子凝聚之反應所造成之凝聚固有點瑕疵；「凝聚空位瑕疵 j將係指由晶格空位凝聚之反應所造成之凝聚空位點瑕疵 ' 丰徑」係指自晶圓或晶錠之中心軸測量至周緣之距離 ’ 「大致上無凝聚固有點瑕疵」將係指凝聚瑕疵之濃度低 於此等瑕症之偵測極限’其目前係約1〇3瑕疵/立方公分 ’ 「V/I邊界」係指材料自空位支配改變成自占間隙支配 之沿晶錠或晶圓之半徑的位置；及「空位支配」和「自占 間隙支配」係指材料中之固有點瑕疵分別主要為空位或自 占間隙。 實施例 實施例1至7說明適用於本發明之基材晶圓之製備；換言 之’此等實施例說明可製備得單晶矽錠，其中當根據捷可 拉斯基方法使晶錠自固化溫度冷卻時，在晶錠之定直徑部 分之軸向對稱區域内防止固有點瑕疵之凝聚，由此晶錠可 切片得本發明之基材晶圓^實施例8說明本發明之磊晶晶 圓之特徵。 應注意此等實施例說明可用於達到期 存在另一種決定指定拉晶器之最適拉 舉例來說，替代使一系列的晶錠在不 可使單晶在沿晶體長度增加及減小之 拉引速率下成長；在此辦法中，將使凝聚自占間隙瑕疵在 單晶之成長過程中出現及消失多次。然後可對許多不同晶 -29 - 本紙很尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 關於實施例1至7 望結果的一組條件 引速率分佈之辦法 同拉引速率下成長 448248 A7 B7 五、發明說明（27 ) 體位置決定最適拉引速率。 所有實施例係僅呈現供說明用途用，因此不應將其以限 制意味解釋。 基材 實施例1 具有預存在熱區設計之拉晶器之最適化程序 使前200毫米之單晶矽錠在拉引速率在晶體長度上自約 0.75毫米/分鐘線性爬升至約〇35毫米/分鐘之條件下成 長。圖7顯示拉引速率成晶體長度之函數》將在拉晶器中 之成長中之200毫米晶錠之預先設定的軸向溫度分佈及平 均軸向溫度梯度G〇之預先設定的徑向變化，即在炼體/固 體界面之轴向溫度梯度列入考慮，選擇此等拉引速率，以 確保晶錠在晶錠之一端在自中心至邊緣將係空位支配材料 ’及在晶錠之另一端在自中心至邊緣將係間隙支配材料。 將長成的晶録:縱向切片及分析，以測定在何處開始生成凝 聚間隙瑕疵。 圖8係於一系列顯現出瑕疵分佈形態之氧沈澱熱處理後 ，經由掃描在距晶錠肩部自約63 5毫米至約760毫米部分上 之晶錠之軸向切面之少數載體壽命所產生之影像-在約 680毫米之晶體位置，可看到凝聚間隙瑕疵2 8之帶。此位 置對應於v*(680毫米）= 0.33毫米/分鐘之臨界拉引速率。 在此點’轴向對稱區域6(為間隙支配材料，但缺少凝聚間 隙瑕疵之區域）之寬度為其之最大值；空位支配區域8之寬 度11/(680)為約35毫米，及軸向對稱區域之寬度^*(680) -30 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁>

^ i I I ----訂---------I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448248 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（28 ) 為約6 5毫來。 然後使u之四個單晶錢在稱大於及_低於製得前 200毫米晶錠之最大寬度之軸向對稱區域之拉引速率的穩 態拉引速率下成長。圖9顯示分別標示為丨_4之四個晶體之 各者之拉引速率成晶體長度之函數。然後分析此四個晶體 ，以測定最先出現或失去凝聚間隙瑕疵之軸向位置（及對 應的拉引速率）。此四個實驗測定點（標示為「1」）示於圖 9。在此等點之間内插及自此等點外插得到在圖9標示為 v1(Z)之曲線。此曲線代表軸向對稱區域在其最大寬度之 200毫米晶體之拉引速率成在拉晶器中之長度之函數的第 一次概算 其他晶體在其他拉引速率下之成長及此等晶體之進—步 分析將可進一步修正v1(Z)之實驗定義。 實施例2 G〇(r)之徑向變化的降低 圖10及11說明可經由降低在熔體/固體界面處之轴向溫 度梯度之徑向變化G0(r)而獲致之品質改良。對具有不同 G0(r)之兩情況計算空位及間隙之起始濃度（約距炼體/固 體界面 1 公分）：（1) G〇(r) = 2.65 + 5xlO-4r2(K /毫米），及 (2) G0(r) = 2.65 + 5χ1〇·5Γ2 (K/ 毫米）。對各情況，調整拉 引速率，以致在富含空位之矽與富含間隙之矽之間的邊界 係在3公分之半徑處。對情況1及2所使用之拉引速率分別 為0.4及0.35毫米//分鐘。由圖11，可清楚看到在晶體之富 含間隙部分中之間隙的起始濃度隨起始軸向溫度梯度之# ^--------1---------線— <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 31 - 本ί氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ '一~' 44324 8 A7 B7 五、發明說明（29 向變化的降低而劇烈地降低。如此由於更容易避免可歸因 於間隙過飽和之間隙瑕疵團簇的生成，而導致材料品質的 改良。 實施例3 間隙的增加向外擴散時間 圖12及1 3說明可經由增加供間隙向外擴散用的時間而獲 致的品質改良^對在晶體中具有不同軸向溫度分佈dT/dz 之兩情況計算間隙濃度。在熔體/固體界面之軸向溫度梯 度對兩情況為相同，因此間隙之起始濃度（約距熔體/固 體界面1公分）對兩情況為相同。在此實施例中，調整拉引 速率，以致整個晶體為富含間隙。兩情況之拉引速率皆為 0‘32毫米/分鐘。在情況2中較長之供間隙向外擴散用之時 間導致間隙濃度的整體降低。如此由於更容易避免可歸因 於間隙過飽和之間隙瑕疵團簇的生成，而導致材料品質的 改良。 實施例4 使700毫米長、150毫米直徑之晶體以變化的拉引速率成 長。拉引速率幾乎成線性地自在肩部之約12毫米/分鐘變 化至在距肩部430毫米之約0.4毫米/分鐘，然後再幾乎成 線性地在距肩部700毫米處回到約0.65毫米/分鐘。在此等 條件下’在此特殊拉晶器中’在距晶體肩部自約32〇毫米 至約5 25毫米之晶體長度範圍内使整個半徑在富含間障之 條件下成長=參照圖14,在約525毫米之轴向位約。47 毫米/分鐘之拉引速率下，晶體在整個直裎範圍無凝聚固 -32 私紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44824 8

五、發明說明（3〇〉 有點瑕戒團簇。換言之’在晶體之一小段中，軸向對稱區 (請先閱讀背面之注帝華項再填寫本頁) 域’即大致上無凝聚瑕疵之區域的寬度等於晶錠之半徑。 實施例5 如實施例1所說明’使一系列之單晶石夕鍵在變化拉引速 率下成長，然後進行分析以測定凝聚間隙瑕疵最先出現或 消失之軸向位置（及對應的拉引速率）。在拉引速率對軸向 位置之圖上作圖’由此等點之間内插及自此等點外插，得 到代表軸向對稱區域在其最大寬度之2〇〇毫米晶體之拉引 速率成在拉晶器中之長度之函數之第一次概算之曲線。然 後使其他晶體在其他拉引速率下成長，及使用此等晶體之 進一步分析於修正此實驗測定的最適拉引速率分佈。 使用此數據及依照此最適拉引速率分佈，使長度約丨〇〇〇 毫来及直徑約200毫米之晶體成長。然後使用技藝中標準 的氧沈殺方法’分析由不同軸向位置得到之長成晶體之切 片，以⑴測定是否生成凝聚間隙瑕寐’及（丨丨）測定vn邊界 之位置成切片半徑之函數。以此方式測定軸向對稱區域之 存在，以及此區域之寬度成晶體長度或位置之函數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對距晶錠肩部自約200毫米至約950毫米之軸向位置所得 的結果呈現於圖1 5之圖中。此等結果顯示可決定單晶砂疑 之成長的拉引速率分佈，以致晶鍵之定直徑部分可包含具 有定直徑部分之半徑之至少約40%長度之由周緣徑向朝向 晶錠之中心軸測得之寬度的轴向對稱區域。此外，此等名士 果顯示此軸向對稱區域可具有約為晶錠之定直徑部分之 7 5 %長度之沿晶錠之中心軸测得的長度。 -33 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐j ---- 448248 A7 _B7_____ 五、發明說明（31 ) 實施例6 使具有約1100毫米長度及約1 5 0毫米直徑之單晶矽錠以 逐漸減小的拉引速率成長。在晶鍵之定直徑部分之肩部的 拉引速率為約1毫米/分鐘。拉引速率以指數方式減低至 對應於距肩部約200毫米之轴向位置的約0.4毫米/分鐘。 拉引速率接著以線性方式減小，直至在接近晶鍵之定直徑 部分之末端達到約〇 3毫米/分鐘之速率為止。 在此等方法條件下，在此特殊熱區形態中，所產生之晶 錠包含軸向對稱區域具有約等於晶錠半徑之寬度的區域。 現參照圖1 6a及16b，其係於一系列氧沈殿熱處理後，經由 掃描晶錠之一部分之軸向切面之少數載體壽命所產生之影 像’其呈現軸向位置自約1 〇〇毫米至約250毫米及約250毫 米至約400毫米之晶錠的連續片斷。由此等圖可以看到在 晶錠内，在軸向位置自距肩部約17〇毫米至約29〇毫米之範 圍’存在在整個直徑範圍無凝聚固有點瑕疵之區域。換言 之’在晶錢内存在軸向對稱區域’即大致上無凝聚間隙瑕 疵之區域的寬度約等於晶錠半徑之區域。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先Μ讀背面之注音華項再填寫本頁) 此外’在軸向位置自約125毫米至約170毫米及自約290 毫米至大於400毫米之區域中，存在無凝聚固有點瑕疵之 間隙支配材料之軸向對稱區域’其包圍亦無凝聚固有點瑕 寐之空位支配材料之大致為圓柱形的核心。 最後’在軸向位置自約I 〇〇毫米至約125毫米之區域中， 存在無凝聚瑕疵之間隙支配材料之軸向對稱區域，其包固 空位支配材料之大致為圓柱形的核心。在此空位支配材料 公釐) — -34 - 448248

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（32 )

内，存在一無凝聚瑕疵之軸向對稱區域，其包圍含有凝聚 空位瑕蔽之核心D 實施例7 冷卻速率及V/I邊界之位置 使用以技藝中常用之方式設計’在超過約105〇t之溫度 下會影響石夕之滯留時間之不同的熱區形態，使一系列之單 晶矽錠（標稱直徑1 50毫米及200毫米）根據捷可拉斯基方法 成長。沿晶錠之長度改變各晶鍵之拉引速率分佈，以嘗試 產生自凝聚空位點瑕疯之區域至凝聚間隙點瑕疫之區域的 過渡。 一旦長成’則沿中心軸平行於成長方向將晶錠縱向切割 ’然後進一步分成厚度各約2毫米之部分。然後使用先前 說明的飼修飾技術，將一組此等縱向切片加熱，並故意以 銅污染’此加熱條件係適合於使高濃度之銅間隙溶解^於 此熱處理後’接著使樣品快速冷卻’其間銅不純物向外擴 散或沈ί殿於存在氧化物團竊或凝聚間隙瑕巍之部位。於標 準的瑕疵描繪蝕刻後，以視覺檢查樣品之沈澱不純物的存 在；無此等沈澱不純物之區域即對應於無凝聚間隙瑕疮之 區域 使另一組縱向切片進行一系列的氧沈殿熱處理，以在載 體壽命製圖之前，造成新氧化物團簇之晶核生成及成長。 利用壽命製圖中之對比帶，以測定及測量在各晶錠令在不 同轴向位置處之瞬間熔體/固體界面之形狀=然後如進_ 步論述於下，使用熔體/固體界面之形狀的訊息，於估計 -35 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ i 1-----訂---------線— 44824 8

五、發明說明（33 平均軸向溫度梯度〇0之絕對值，及其徑向變化。亦使用此 訊息結合拉引速率於估計v/Gq之徑向變化。 為更嚴密地檢查成長條件對單晶核之所得品質的影響 ’根據到目前為止所可取得的實驗證據作出數項據信為正 破的假設。首先，為簡化熱史的處理，就冷卻至發生間隙 瑕疵之凝聚之溫度所需時間而言，假定約1〇5〇ec係發生矽 自占間隙之凝聚之溫度的合理近似值。此溫度似乎與在使 用不同冷卻速率之實驗過程中觀察到之凝聚間隙瑕疵密度 之變化致11雖然如前所指，是否發生凝聚亦係間隙之濃 度的因素’但據仏凝聚將不會發生在高於约1050 °C之溫度 下’由於設若間隙濃度之範圍為捷可拉斯基型成長程序的 典型，則可合理地假設在高於此溫度，系統將不會被間隙 變成臨界過飽和。換言之，對於捷可拉斯基型成長程序典 型的間隙濃度，可合理地假設系統將不會變成臨界過飽和 ’因此’在高於約l〇5〇t：之溫度下將不會發生凝聚事件。

用於將成長條件對單晶矽之品質之影響參數化所作的第 二個假設為矽自占間隙擴散度之溫度相關性可忽略。換言 之’假定自占間隙在約1400T：及約1050°C之間的所有溫度 下’在相同速率下擴散。瞭解到約105(rc被視為凝聚溫度 的合理近似值’此假設之重點為出自熔點之冷卻曲線的細 節無關緊要。擴散距離僅視自熔點冷卻至約l〇5〇°c所花費 的總時間而定D 使用對各熱區設計之軸向溫度分佈數據及對特殊晶錠之 實際拉引速率分佈，可計算得自約1400°C至约1050°C之總 -36 - 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 * I I I---I ---I I I I I I 1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIH — — . ^48248 經 濟 部 智 慧 財 M. 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（34 ) 冷卻時間。應注意各熱區之溫度變化速率係合理地均勻。 此均勻度意謂在對凝聚間隙瑕疵選擇晶核生成溫度（即约 1 050°C )時的任何誤差，將僅會有爭議地導致計算冷卻時 間之放大誤差。 為測定晶錠之空位支配區域的徑向範圍（R s位），或者軸 向對稱區域之寬度，進一步假設如利用壽命圖所測得之空 位支配核心之半徑等於在固化之點，其中v/G〇=v/G0臨界。 換言之’ 一般假設軸向對稱區域之寬度係根據於冷卻至室 溫後之V/I邊界的位置而定。由於如前所述，當晶錠冷卻 時’會發生空位及矽自占間隙之再結合，因而指出此項事 實。當發生再結合時，V/I邊界之實際位置朝向晶錠之中 心轴向内移動。其係在此所指之此最终位置。 為簡化Go、在固化時在晶體中之平均轴向溫度梯度之計 算’假設溶體/固體界面形狀為熔點等溫線。使用有限元 素模型（FEA)技術及熱區設計之細節，計算晶體表面溫 度。經由以適當的邊界條件，即沿熔體/固體界面之熔點 及沿晶體軸之表面溫度之FEA結果，解拉普拉斯（LapUce) 方程式，而推斷出晶體内之整個溫度場，及因而推斷出 G0。由在製備得及進行評估之其中—個晶錠之不同軸向位 置得到的結果呈現於圖17。 為估計G〇之徑向變化對起始間隙濃度之影響，假定一徑 向位置R ’’即在V/I邊界與晶體表面間之中途的位置，為 矽自占間隙可來自晶錠中之槽之最遠的點，無論該槽是否 在空位支配區域中或在晶體表面上。經由使用以上晶錠之 -37 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公楚） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂----- - --線— I n n - 44B248 A7 B7 五、發明說明（35 成長速率及G0數據’在位置R，之計算V/G。與在V/I邊界之 v/G0 (即臨界〜仏值）之間的差提供起始間隙濃度之徑向變 化的指示’以及其對過量間隙到達在晶體表面上或在空位 支配區域中之槽之能力的影響。 對此特殊的數據組，晶體品質對v/G〇之徑向變化似乎並 無系統相關性。如可於圖18看到，晶錠中之轴向相關性在 此樣品中為最小。在此系列實驗中所涉及的成長條件呈現 相當狹窄範圍的GQ之徑向變化。結果，此數據組太窄，而 無法解析品質（即存在或不存在凝聚固有點瑕疵之帶）對G 〇 之徑向變化之可辨識的相關性。 如所#曰出，汗估製備得之各晶錠之樣品在不同轴向位置 之凝聚間隙瑕疵的存在與否D對於所檢查的各轴向位置， 可在樣品品質與軸向對稱區域之寬度之間作出關聯。現參 照圖19，可製備得比較^定樣品之品質與使樣品在該特殊 轴向位置下自固化冷卻至約1050。〇之時間之圖。如所預期 ’此圖顯示軸向對稱區域之寬度（即Ra » -Rs & )與在此特殊 溫度範圍内之樣品的冷卻史有強烈的相關性。為使轴向對 稱區域之寬度増加’此趨勢建議需要較長的擴散時間或較 慢的冷卻速率。 根據呈現於此圖中之數據，可計算出大致代表矽之品質 由「好」（即無瑕疵）過渡至「壞」（即含有瑕疵）成使指定 晶鍵直徑可在此特殊溫度範圍内冷卻之時間之函數的最佳 迴歸線。在抽向對稱區域之寬度與冷卻速率間之此一般關 係可由以下方程式表示： ____ - 38 - ^紙張尺ϋ用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) ^ ' I I I---—訂---------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 448248 A7

〇5〇，C 五、發明說明（36

(Ra λ -Ria « )2 = D 其中 at為晶旋之半徑， 為在間隙支配材料中 過渡之在樣品中之—轴…生自無瑕A至含有瑕疮之 或反之亦然，—㈣位置之轴向對稱區域之半徑， Ϊ

Deff為約9,3 * 1 〇-4羊古八八/ 散性之平均時間及溫度:：/秒之常數’其代表間隙擴 所=。品之指定抽向位置自固化冷卻至约·t 濟 員 工 消 費 合 作 社 印 再次參照圖19 ’可以看到對於指定的晶錠直徑，可估計 冷都時間’以得到期望直徑的軸向對稱區_。舉例來說， 對於約150毫米之晶鍵，如在約⑷代及約⑻代之 溫度範圍之間’使晶鍵之此特殊部分冷卻約10至約15小時 ，則可得到具有料於晶錠半徑之寬度的軸㈣稱區域。 同樣地’對於直徑約200毫米之晶鍵，如在此溫度範圍之 間’使晶鍵之此特殊部分冷卻約25至約35小時，則可得到 具有約等於晶焚半徑之寬度的軸向對稱區域如將此線進 二/步外插，則為得到約等於具有約3〇〇毫米直徑之晶錠之 半徑之寬度的軸向對稱區域，可能需要約65至約乃小時之 冷部時間。在此方面應注意隨晶錠直徑之增加，由於間隙 所必需擴散以到達在晶鍵表面或空位核心之槽之距離的增 加，而將需要額外的冷卻時間。 現參照圖2G、2 1 ' 22及23，可觀察到不同晶鍵之增加冷 I______ - 39 - 姆尺度適用 (CNS)A4 ^ (210，297 ^ 448248 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（37 ) 卻時間的效應。各此等圖描繪具有200毫米標稱直徑之晶 錠的一部分’其中自固化溫度至1〇5〇。〇之冷卻時間自圖2〇 漸進地增加至圖23。 參照圖20 ’其顯示軸向位置自距肩部自约235毫米至約 350毫米之晶録:的部分。在約255毫米之軸向位置處，無凝 聚間隙瑕疵之軸向對稱區域之寬度為最大值，其約為晶錠 半徑之45%。超過此位置’則發生自無此等瑕疵之區域至 存在此等瑕疫之區域的過渡。 現參照圖2 1 ’其顯示軸向位置自距肩部自約3〇5毫米至 約460毫来之晶旋的部分。在約36〇毫米之軸向位置處無 凝聚間隙瑕疫之軸向對稱區域之寬度為最大值，其約為晶 鏡半徑之65%。超過此位置，則開始生成瑕疵。 現參照圖22 ’其顯示軸向位置自距肩部自約ι4〇毫米至 約275毫米之晶錠的部分。在約21〇毫米之軸向位置處，軸 向對稱區域之寬度約等於晶錠之半徑；換言之，在此範圍 内之晶錠的一小部分無凝聚固有點瑕疲。 現參照圖23 ’其顯示軸向位置自距肩部自約6〇〇毫米至 約730毫米之晶錠的部分。在自約640毫米至約665毫米之 軸向位置’軸向對稱區域之寬度約等於晶錠之半徑。此外 ’軸向對稱區域之寬度約等於晶錠半徑之晶錠片斷的長度 大於關於圖22之晶錠所觀察到者。 因此’當結合觀看時’圖20、21、22、及23顯示冷卻至 105 0°C之時間對無瑕疵、軸向對稱區域之寬度及長度之影 響。一般而δ ’含有凝聚間隙瑕藏之區域係持績降低拉晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ · I I i I I I I - - I I I I I 丨 448248 A7 五、發明說明（38 ) 速率，導致起始間隙濃度太大’ 而…、法以晶體之兮邮八 冷卻時間降低的結果。較大县许从& 瑕I及邛刀之 敉大長度的軸向對稱區 大範圍的拉引速率（即起始間隙濃度）可供 ^ ° 之成長用。增加冷卻時間由於可獲致足夠…疵材料 散用’以將濃度抑制在低於間隙瑕所^間供徑向擴 , 坑&所需之臨界澧声 ，而使一開始可有較高濃度的間隙。 " 状Ο (，對較長的六 卻時間，稍低的拉引速率（及因此， 1 牧问的起始間隙濃声、 將仍可獲致最大軸向對稱區域6。因此，相對於為使：向 對稱區域直徑最大化及放寬對程序控制之限制所需之條件 ，較長的冷卻^導致可料㈣速率變化之增加。結果 ’對在大長度範圍之晶鍵之軸向對稱區域的程序變得較容 易。 再次參照圖23，在距晶體肩部自約665毫米至大於73〇毫 米之軸向位置’存在區域寬度等於晶錠半徑之無凝聚瑕疵 之空位支配材料之區域。 如可由以上數據看到，藉由控制冷卻速率，經由使間隙 可有更多時間擴散至其可被消除之區域，而可抑制自占間 隙之濃度。結果，可在單晶矽錠之顯著部分内防止凝聚間 隙瑕疵之生成。 蟲晶晶圓 實施例8 根據本方法’使兩直徑約200毫米（標稱）之捷可拉斯基p 型旱晶♦鍵成長。晶旋A係根據前述方法製備，以製得大 致上無凝聚瑕疵之間隙支配材料之轴向對稱區域之部分。 -41 私紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί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杜印製 I I n I I I I . - 44824 A7 R7 -- 五、發明說明（39 ) 相對地，晶錠B係使用技藝中常用之方法條件製備。於成 長完成後，經由技藝中常用之方式，包括切片、搭接、蝕 刻、及拋光，將各晶錠作進一步處理，以產生晶圓。此種 技術揭示於’例如’ F. Shimurii，半導體矽晶技術 (Semiconductor SilicQn Crystal Technolnpy)，學術出版社 (Academic Press) - 1989 > 及矽化學蝕刻（Silie0I1 chemical £tchinS) ’ (J. Grabmaier編輯）Springer-VerUg，紐約， 1982(以提及的方式併入本文中）。 分析由晶鍵A製得之12個晶圓及由晶鍵b製得之13個晶圓 (天工雷射掃描）之凝聚間隙及空位瑕疵之存在。然後使對 指定組内之各晶圓所得之結果與組内之其他晶圓的結果「 堆疊製圖」’而產生圖26及27所示之結果（分別為對由晶 錠A及B所得之晶圓）。現參照圖26 ’結果顯示由晶錠a製得 之晶圓包含寬度等於半徑之約60%之大致上無凝聚間隙瑕 疵之間隙型材料之轴向對稱區域，以及具有凝聚空位瑕疮 之空位型材料之中央核心。相對地，如可由圖27看到，結 果顯不由晶鍵B製得之晶圓包含凝聚間隙瑕疫，此晶圓具 有自接近晶錠邊緣向内延伸至半徑之約80%之寬度約等於 晶錠半徑之此種瑕疵之帶。 於起始的天工分析完成後，使晶圓進行磊晶沈積程序， 其中沈積約4微米厚之蠢晶層。然後再次利用天工分析評 估所生成之磊晶晶圓，及將結果堆疊製圖。現參照圖28及 29(其分別代表由晶錠A及B而得之晶圓的結果），分析結果 顯示就内生瑕疵濃度而言，由晶錠A製得之磊晶晶圓（圖 -42 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） (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 I ai fl— . -ϋ n υ · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明說明（40 ) 28)相較於由晶鍵B而得之蟲晶晶圓（圖29)的品質優良。明 確參照圖29，可以觀察到在基材中存在凝聚間隙瑕疵，導 致在磊晶晶圓中生成内生瑕疵之帶。相對地，參照圖28， 不存在此等凝聚瑕疵導致生成大致上無内生瑕疵之磊晶 層。此外，可由圖28及29觀察到凝聚空位瑕疵之中央核心 的存在對於所生成之磊晶層的品質並非絕對關鍵。更明確 言之’凝聚空位瑕疵之存在一般並不會在磊晶層中導致生 成瑕疵。 應注意關於圖28所示之結果，在磊晶層之表面上似乎存 在其他瑕疵。不受限於任何特殊理論，據信此等瑕疵並非 歸因於存在於基材表面上之凝聚間隙或空位瑕疵。例如， 在圖28及29中，存在尺寸大於10微米之瑕疵形態。一般相 k此等瑕疲係由除凝聚間隙瑕寂外之因素所造成，由於所 觀察到的形態及由於來自晶錠A之晶圓係經製備成大致上 無此等凝聚瑕疵（根據先前在指定拉晶器内測得之成長條 件而產生此等結果）。更相信由天工分析偵測得之其他瑕 疵·係歸因於諸如在磊晶沈積之前在基材表面上之顆粒或其 他有機污染物之因素，或單純地歸因於存在於磊晶層之表 面上的灰塵顆粒或其他顆粒。 與在基材表面存在凝聚間隙瑕庇相關之蟲晶層中之内生 瑕疲可藉由不同的方法而與此等其他類型之瑕疵作區別， 其包括在顯微鏡下檢査磊晶層^舉例來說，一般相信如在 顯微鏡下觀看時，此等内生瑕疵將具有不同的結晶取向； 換言之’小凸起或疊差典型上係沿[〖丨〇]結晶平面生成。例 _______ - 43 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽χ观公复.) - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 取. — — — — — I— 1111111 - 44824§ A7 B7 五、發明說明（w) 如’參照圖30 ’其顯示在由晶錠8製得之磊晶晶圓之表面 上请測仔之瑕疫的光學顯微鏡影像。具有約〇. 1 2微米尺寸 之瑕疯看起來係長度約1〇微米及寬度約2至3微米之非常低 尚度的小凸起。此瑕疫具有刻痕對準在約6點鐘之約45。 的取向。 相對地’據信由沈積材料累積於基材表面上之顆粒或其 他污染物之部位所生成之瑕疵不具有結晶取向。此等瑕疵 有時稱為大面積瑕疵或lad。因此，應注意本發明可經由 先分析基材以確認凝聚空位及間隙瑕疵之區域，然後接著 於蟲晶沈積後分析該等相同區域’以測定若有存在於蠢晶 晶圓之表面上之何種類型的瑕疵而證實。

如以上所論述，亦可經由利用化學蝕刻修飾，而偵測凝 聚間隙及空位瑕疯°為進一步證實由晶錠B所產生之蠢晶 晶圓之内生瑕疵之區域係對應於基材之凝聚間隙瑕疵之區 域’使自靠近取得晶圓之部分之軸向位置切片得之四分之 一部分的晶錠B進行如詳細說明於上之銅修飾程序。現參 照圖3 1，可以看到於銅修飾後，此四分之一部分包含由凝 聚空位瑕疫（靠近晶圓中心’指示為「空位」）及凝聚間隙 瑕疵（位在空位區域之徑向外側，指示為「;[•瑕疵」）所支 配之不同材料區域。此外，可以觀察到凝聚間隙瑕疵之區 域開始於距中心轴約30毫米及結束於距中心軸約9〇毫米。 再次參照圖2 9 ’可以觀察到磊晶層中之内生瑕疵之濃稍帶 開始於距中心軸約3 0毫米及結束於距中心抽約9 〇毫米。 鑑於以上說明’可以看到已達成本發明之數個目的D -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) Ά ,-------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5-82 4 a A7B7 五、發明說明（42 ) 由於可不脫離本發明之範圍而在以上之組合物及方法 中進行各種變化，因而應將在以上說明中所包含之所有 内容解釋為說明性，而非具限制意味。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^--------訂---------線I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -45 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. 第88 II7745號專利申請案 会f 二牛次.申謗專，範圍修正本（90年5月)¾ .--γ：·τ7=-^γ=Ι 90. 5 22 1. 一種組合於晶圓匣、船形容器或其他晶圓載體中之磊晶 矽晶圓組，各該晶圓包括： 具有中心軸、大致垂直於中心袖之正面及背面、周 緣、及自中心軸延伸至周緣之半徑之單晶矽基材，該基 材包括紗自占間隙為主要固有點瑕病；，且大致上無凝聚 間隙瑕疵之第一軸向對稱區域，此軸向對稱區域自基材 之周緣徑向向内延伸；及 沈積於基材表面上之磊晶層，此磊晶層大致上無内生 瑕戚9 2. 如申請專利範圍第1項之磊晶矽晶圓組，其中各基材之該 第一軸向對稱區域具有為基材半徑之20百分比長度之自 周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 3-如申請專利範圍第〗項之磊晶矽晶圓組，其中各基材之該 第一軸向對稱區域具有為基材半徑之40百分比長度之自 周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 4. 如申請專利範園第1項之磊晶矽晶圓組，其中各基材之該 第一軸向對稱區域具有為基材半徑之80百分比長度之自 周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 經濟部中夹橾準局負工消費合作社印裝 5. 如申請專利範圍第1項之磊晶矽晶圓組，其中各基材之該 第一軸向對稱區域具有等於基材半徑之長度之自周緣徑 向朝向中心軸測得之寬度。〜 如申請專利範圍第i項之磊晶硖晶圓組，其中該晶圓组包 括至少10個晶圓„ 7·如申請專利範圍第1項之磊晶矽晶圓組，其中該晶圓组包 -1 - 本紙浪尺度適家標準（CNS )八4躲（210X邛7公竣) " ^48 2 4

   經濟部中央標準局負工消費合作社印製 括至少25個晶圓β •如申請專利範園第1項之磊晶矽晶圓組，其中各晶圓之該 耶晶層具有1至1〇微米之厚度。 ，如令請專利範圍第1項之磊晶矽晶圓組，其中各基材另包 j I,'.· 、 空位為主要固有點瑕疵，且大致上無凝聚空位瑕疵之 第二軸向對稱區域，其中該第二軸向對稱區域包括中心 細或具有至少丨5毫米之寬度。 10‘如申請專利範圍第9項之磊晶矽晶圓組，其中該基材之第 二料向對稱區域具有半徑之至少15%之寬度。 U·如申請專利範圍第9項之磊晶矽晶圓組，其中該基材之第 二軸向對稱區域具有半徑之至少25%之寬度。 12. 如申請專利範圍第9項之磊晶矽晶圓組，其中該基材之第 —轴向對稱區域包括中心抽。 13. 如申請專利範圍第9項之磊晶矽晶圓组，其中該基材之第 二軸向對稱區域具有至少15毫米之寬度。 14·如申請專利範園第1項之磊晶矽晶圓組，其中該晶圓组中 之各晶圓具有低於10 ΡΡΜΑ之氧含量。 15. 如申請專利範圍第i項之磊晶矽晶圓組，其中各該晶圓具 有至少150毫米之標稱直徑。 16. 如申請專利範圍第i項之磊晶矽晶圓组，其中各該晶圓具 有至少200毫米之標稱直徑。 17. —種組合於晶圓匣' 船形容器減其他晶圓載體中之磊晶 矽晶圓組，各該晶圓包括： 由根據捷可拉斯基（Czochralski)方法製備得，具有至少 -2- 本紙乐尺度適用中困國家梂準（CNS ) Α4现格（210Χ297公釐） C請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) 訂

   448248 ί50毫米之標稱直徑之單晶矽錠製得之單晶矽基材晶圓， 此基材具有中心軸、大致垂直於中心抽之正面及背面、 周緣、及自中心軸廷伸至周緣之半徑，該基材之特徵在 於其具有矽自占間隙為主要固有點瑕疵，且大致上無凝 聚間隙瑕疵之第一軸向對稱區域，此軸向對稱區域自基 材之周緣捏向向内延伸；及 沈積於基材表面上之磊晶層，此磊晶層大致上無由存 在於磊晶層所沈積之基材表面上之凝聚間隙瑕疵所造成 的内生瑕疵。 18·如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓组，其中各基材之 孩第一軸向對稱區域具有為基材半徑之4〇百分比長度之 自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓組，其中各基材之 該第一軸向對稱區域具有為基材半徑之80百分比長度之 自周緣徑向朝向中心軸測得之寬度。 20. 如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓组，其中各基材之 該第一軸向對稱區域具有等於基材半徑之長度之自周緣 徑向朝向中心軸測得之寬度。 21. 如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓組，其中各該晶圓 具有至少200毫米之標稱直徑。 22. 如申請專利範圍第21項之磊晶矽晶圓組，其中該晶圓組 包括25個晶圓。 — 23·如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓組，其中各該晶圓 具有至少3〇〇毫米之標稱直徑。 -3- 本紙張尺度適用中國樣率（CNS > Α4規格（210><297公釐） 一 (请先wtt背面之注意事項再填寫本頁) •訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印策

   狄Μ π - 448248 A8 B8 C8 r ---------- D8 六、申請專利範圍 24. 如申請專利範圍第23項之磊晶矽晶圓組，其中該晶圓組 包括13個晶圓。 25. 如申請專利範園第17項之磊晶矽晶圓组，其中各晶圓之 該磊晶層具有1至I 〇微米之厚度。 26. 如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓组，其中各晶材另 包括空位為主要固有點瑕疵，且大致上無凝聚空位瑕疵 之第二軸向對稱區域，其中該第二軸向對稱區域包括中 心軸或具有至少I5毫米之寬度。 27. 如申請專利範圍第17項之磊晶矽晶圓组其中該晶圓组 中之各晶圓具有低於12 ΡΡΜΑ之氧含量。 (請先s讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央揉準局負工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（21〇><297公釐）