DE10052411B4

DE10052411B4 - Wärmebehandlungsverfahren eines Siliciumwafers und der wärmebehandelte Siliciumwafer

Info

Publication number: DE10052411B4
Application number: DE10052411A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Koya
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: US6428619B1; DE10052411A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers, die Schritte umfassend:
Ziehen eines Silicium-Einkristallingot aus einer Siliciumschmelze derart, dass das Verhältnis (V/G (mm²/min °C)) der Ziehgeschwindigkeit zu Temperaturgradient ein erstes kritisches Verhältnis ((V/G)₁) weit übersteigt, um das Auftreten von Agglomeraten von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten zu vermeiden, und geringer ist, als ein zweites kritisches Verhältnis ((V/G)₂), um Leerstellen-Agglomerate auf eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne im Zentrum des Ingot zu begrenzen, wobei der Ingot eine Sauerstoffkonzentration von 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger (alte ASTM) ohne Erzeugung von Teilchen kristallinen Ursprungs und großen zwischengitterartigen Verschiebungen aufweist, wobei V (mm/min) eine Ziehgeschwindigkeit des Ingot ist und G (°C/mm) ein Temperaturgradient an einer Grenzfläche zwischen dem Ingot und der Siliciumschmelze ist;
Schneiden eines Siliciumwafers aus dem Ingot, wobei der Siliciumwafer der Typ eines Wafers ist, in dem scheibenförmige oxidationsbedingte Stapelfehler (OSF) im Zentrum des Wafers auftreten, wenn der Wafer einer Wärmebehandlung bei 1000°C ± 30°C 2 bis 5 h...

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers, der durch das Czochralski-Verfahren (im folgenden als "CZ-Verfahren" bezeichnet) hergestellt und zur Herstellung einer Halbleiterschaltung verwendet wird, und einen wärmebehandelten Wafer, der durch ein solches Wärmebehandlungsverfahren erhalten wird.
2. Beschreibung der dazugehörigen Technik
In letzter Zeit umfassen Ursachen der Ausbeutenverschlechterung bei den Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschaltungen die Existenz von: Mikrodefekten durch Sauerstoffabscheidungen, die zu Oxidationskeim-bedingten Stapelfehlern (im folgenden OSF's genannt) führen; Teilchen kristallinen Ursprungs (im folgenden COP's genannt) und großen zwischengitterartigen Versetzungen (im folgenden "L/D" genannt). Mikrodefekte, wie OSF-Keime, werden während des Kristallwachstums in einen Siliciumingot eingebaut und entstehen beispielsweise bei einem Oxidationsverfahren während der Herstellung von Halbleiterelementen und verursachen bei den hergestellten Bauteilen Fehlfunktionen, wie Zunahme des Verluststroms. Die Reinigung von Hochglanz-polierten Siliciumwafern durch ein Lösungsgemisch von Ammoniak und Wasserstoffperoxid führt dagegen zur Bildung von Vertiefungen auf der Waferoberfläche, und solche Vertiefungen werden als Teilchen, entsprechend reellen oder natürlichen Teilchen, nachgewiesen. Solche Vertiefungen werden zu ihrer Unterscheidung von reellen Teilchen COP's genannt. COP's, die Vertiefungen auf einer Waferoberfläche darstellen, führen zur Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, wie des Merkmals des zeitabhängigen dielektrischen Durchschlags (TDDB) und des Merkmals des dielektrischen Durchschlags zum Zeitpunkt Null (TZDB). Außerdem ist die Existenz von COP's in der Waferoberfläche der Grund für physikalische Schritte während eines Verdrahtungsvorgangs von Bauteilen, und diese Schritte verursachen einen Drahtbruch. Zusätzlich treten Probleme auf, wie Undichtigkeit an einem Bauelement-Trennteil, so dass die Ausbeute von Produkten vermindert wird.
Andererseits wird eine L/D als Versetzungscluster oder als Versetzungsgrübchen bezeichnet, da sich ein Grübchen bildet, wenn ein Siliciumwafer mit diesem Fehler in eine selektive Ätzlösung, die Fluorwasserstoffsäure als Hauptbestandteil enthält, eingetaucht wird. Eine solche L/D bewirkt ebenfalls die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, wie Verluststrom- und Isoliereigenschaft.
Aufgrund des oben Genannten ist die Verminderung von OSF's, COP's und L/D's in einem zur Herstellung einer Halbleiterschaltung eingesetzten Siliciumwafer erforderlich.
Als Verfahren zur Verminderung solcher OSF's und L/D's wurde bisher in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nrn. HEI 8-330316 (1996) und HEI-11-1393 (1999) ein defektfreier Siliciumwafer, der frei von OSF's, COP's und L/D's ist, offenbart.
Bei dem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI 8-330316 (1996) offenbarten Verfahren wird ein Silicium-Einkristall mit niedriger Geschwindigkeit gezüchtet, so dass OSF's, die ringförmig ausgebildet sind, im Zentrum des Wafers verschwinden und L/D's von der gesamten Oberfläche des Wafers entfernt werden, wohingegen OSF's während der Wärmebehandlung des Silicium-Einkristalls als Siliciumwafer ringförmig erzeugt werden.
Allerdings sind der Bereich der Geschwindigkeit zum Ziehen eines Silicium-Einkristalls und der Bereich der Temperaturabstufung in dem Kristall in axialer Richtung zur Herstellung eines nicht fehlerhaften Silicium-Einkristalls durch das in der obigen Referenz offenbarte Verfahren jeweils auf vergleichsweise enge Bereiche beschränkt. Die Herstellung des nicht fehlerhaften Silicium-Einkristalls wird mit zunehmendem Durchmesser eines Silicium-Einkristalls, der gezogen, schwieriger. In einigen Fällen können OSF's im zentralen Teilbereich des Wafers in Masse auftreten, allerdings durch die variierten Ziehgeschwindigkeiten oder dergleichen nicht als Ring. Die OSF's führen zur Verschlechterung der Verlust-Charakteristik, wie vorstehend beschrieben, so dass Verbesserungen im Hinblick auf das Herstellungsverfahren eines Silicium-Einkristalls gefordert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Lösung der vorgenannten Probleme. Darum besteht eine erste Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Warmebehandlung eines Siliciumwafers des OSF- und COP-freien Typs unter Vermeidung der Erzeugung von OSF, die durch die Wärmebehandlung erzeugt werden, trotz der Verwendung eines Siliciumwafers, der dadurch gekennzeichnet ist, dass durch die herkömmliche OSF-erzeugende Wärmebehandlung OSF's im Zentrum des Wafers auftreten.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Siliciumwafers mit einer Polysiliciumschicht und eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Wafers, wobei der Siliciumwafer einen gleichmäßigen Gettereffekt zwischen peripherem Rand und Zentrum des Siliciumwafers als Ergebnis einer gleichmäßigen Sauerstoffabscheidung, die auf der gesamten Oberfläche des Siliciumwafers auftritt, ausübt.
Bei der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers die Schritte: Herstellen eines Siliciumwafers mit einer Sauerstoffkonzent ration von 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger (alte ASTM) ohne Erzeugung von COP's und L/D; und Bilden einer Polysiliciumschicht von 0,1 μm bis 1,6 μm Dicke auf einem Rücken des Siliciumwafers durch chemische Dampfabscheidung (im folgenden als "CVD" bezeichnet) bei einer Temperatur von 670°C ± 30°C, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Siliciumwafer aus einem Silicium-Einkristallingot geschnitten wird, der, wobei V(mm/min) eine Ziehgeschwindigkeit des Ingot ist und G(°C/mm) ein Temperaturgradient an einer Grenzfläche zwischen dem Ingot und einer Siliciumschmelze ist, aus der Siliciumschmelze durch ein CZ-Verfahren derart gezogen wird, dass das Verhältnis (V/G (mm²/min °C)) der Ziehgeschwindigkeit zu Temperaturgradient ein erstes kritisches Verhältnis ((V/G)₁) weit übersteigt, um das Auftreten von Agglomeraten von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten zu vermeiden, und geringer ist, als ein zweites kritisches Verhältnis ((V/G)₂), um Leerstellen-Agglomerate auf eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne im Zentrum des Ingot zu begrenzen, wobei der aus dem Ingot geschnittene Siliciumwafer der Typ eines Wafers ist, in dem oxidationsbedingte Stapelfehler im Zentrum des Wafers auftreten, wenn der Wafer einer Wärmebehandlung bei 1000°C ± 30°C 2 bis 5 h und anschließend bei 1130°C ± 30°C 1 bis 16 h unterzogen wird.
Der Siliciumwafer gemäß der vorliegenden Erfindung ist vom Typ eines durch das CZ-Verfahren hergestellten Wafers, so dass im Zentrum des Wafers OSF's, mit vergleichsweise vielen Sauerstoff-Abscheidungskeimen im Zentrum, allerdings mit wenig Sauerstoff-Abscheidungskeimen im Rest, der COP frei ist, auftreten. Bei der Bildung einer Polysiliciumschicht auf einem Rücken des Siliciumwafers durch das CVD-Verfahren wird während des CVD-Verfahrens ein BMD auf der gesamten Oberfläche des Wafers gebildet. Als Ergebnis einer auf der gesamten Oberfläche des Wafers auftretenden gleichmäßigen Sauerstoffabscheidung erhält der Wafer eine gleichmäßige IG zwischen dem Zentrum und dem Rest hiervon.
Die obigen und weitere Aufgaben, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen hiervon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Ansicht und zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis V/G und einer Leerstellen-Punktdefektdichte oder einer Zwischengitter-Silicium-Punktdefektdichte bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung auf der Basis der Voronkov-Theorie.
2 ist ein charakteristisches Diagramm und zeigt einen Übergang einer Ziehgeschwindigkeit zur Bestimmung eines gewünschten Ziehgeschwindigkeitsprofils.
3 ist eine schematische Ansicht eines Röntgenstrahl-Tomografiebildes und zeigt eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne, eine Zwischengitter-Silicium-Punktdefekt-dominierte Domäne und eine perfekte Domäne eines Referenzingot gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Ansicht und zeigt eine Situation, wobei OSF's in einem Siliciumwafer W₁, entsprechend einer Position P₁ in 3, auftreten;
5 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Wafer, der entlang der axialen Richtung durch ein axiales Zentrum des Ingot, entsprechend einer Position P₂ in 3, geschnitten wurde;
6 ist eine Draufsicht und zeigt eine Situation, wobei OSF's im Zentrum eines Siliciumwafers W₂ gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, entsprechend Position P₂ in 3, auftreten;
7 ist eine Ansicht und zeigt eine Situation Δ[Oi] in der Waferoberfläche zum Zeitpunkt vor oder nach der ersten Wärmebehandlung, je nach Wärmebehandlung während des Halbleiter-Herstellungsverfahrens, für jeden der Siliciumwafer des ersten Beispiels und des ersten Vergleichsbeispiels; und
8 ist eine Ansicht und zeigt eine Situation Δ[Oi] in der Waferoberfläche zum Zeitpunkt vor oder nach der zweiten Wärmebehandlung, je nach Wärmebehandlung während des Halbleiter-Herstellungsverfahrens, für jeden Siliciumwafer des ersten Beispiels und des ersten Vergleichsbeispiels.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Siliciumwafer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird hergestellt durch Ziehen eines Ingot aus einer Siliciumschmelze durch ein CZ-Verfahren bei einen zuvor festgelegten Ziehgeschwindigkeitsprofil auf der Basis der Voronkov-Theorie und durch In-Scheiben-Schneiden des Ingot.
Wenn ein Ingot eines Silicium-Einkristalls aus einer Siliciumschmelze durch ein CZ-Verfahren gezogen wird, kommt es in der Regel zu Punktdefekten und Agglomeraten (dreidimensionale Defekte) als Defekte in dem Silicium-Einkristall. Punktdefekte werden in zwei allgemeine Typen eingeteilt, nämlich einen Leerstellen-Punktdefekt und einen Zwischengitter-Punktdefekt. Der Leerstellen-Punktdefekt ist ein Typ, wobei ein Siliciumatom aus einer regulären Position in einem Siliciumkristallgitter weggelassen wurde. Eine solche Leerstelle führt zu einem Leerstellen-Punktdefekt. Das Vorliegen eines Siliciumatoms an einem Nicht-Gitterpunkt (Zwischengitterstelle) führt hingegen zu einem Zwischengitter-Silicium-Punktdefekt.
Punktdefekte werden ferner in der Regel an der Grenzfläche zwischen Siliciumschmelze (geschmolzenes Silicium) und Ingot (festes Silicium) gebildet. Beim Ziehen des Ingot beginnt sich allerdings der Teil, der die Grenzfläche darstellte, abzukühlen. Während des Abkühlens diffundieren die Leerstellen-Punktdefekte oder Zwischengitter-Punktdefekte unter gegenseitiger Verschmelzung und bilden dabei Leerstellen-Agglomerate bzw. Zwischengitter-Agglomerate. Mit anderen Worten, sind Agglomerate dreidimensionale, durch Kombination von Punktdefekten erzeugte Strukturen.
Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten umfassen Defekte, die "LSTD (Laser Scattering Tomograph Defects)" oder "FPD (Flow Pattern Defects)" genannt werden, zusätzlich zu den vorgenannten COP's, während Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten Defekte einschließen, die "L/D" genannt werden, wie zuvor erwähnt. Außerdem sind FPD's Quellen von Spuren, die ein einzigartiges Flussbild aufweisen, das auftritt, wenn ein durch In-Scheiben-Schneiden eines Ingot hergestellter Siliciumwafer 30 min ohne Rühren einer Secco-Ätzlösung (d. h. Ätzen mit einer Mischlösung von K₂Cqr₂O₇:50% HF:reines Wasser = 44 g:2000 cc:1000 cc) ausgesetzt wird. LSTD's sind Quellen mit Brechungsindizes, die sich von dem Brechungsindex von Silicium unterscheiden und die bei Bestrahlung mit Infrarotstrahlung des Silicium-Einkristalls Streulicht erzeugen.
Die zuvor genannte Voronkov-Theorie besteht in der Kontrolle eines V/G-Verhältnisses (mm²/min °C), so dass ein hochreiner Ingot mit weniger Defekten gezüchtet wird, wobei V (mm/min) eine Ziehgeschwindigkeit eines Ingot ist und G (°C/mm) ein Temperaturgradient eines Ingot an der Grenzfläche zwischen Ingot und Siliciumschmelze ist. Eine Beziehung zwischen V/G und Punktdefektdichte ist nach dieser Theorie diagrammartig in 1 dargestellt, wobei die Abszisse V/G darstellt und die Ordinate eine Leerstellen-Punktdefektdichte und eine Zwischengitter-Silicium-Punktdefektdichte darstellt, um dadurch zu zeigen, dass die Grenze zwischen einer Leerstellendomäne und einer Zwischengitter-Siliciumdomäne durch das V/G-Verhältnis bestimmt wird. Insbesondere wird ein von einer Leerstellen-Punktdefektdichte dominierter Ingot gebildet, wenn das V/G-Verhältnis größer ist als ein kritischer Punkt, während ein von einer Zwischengitter-Silicium-Punktdefektdichte dominierter Ingot gebildet wird, wenn das V/G-Verhältnis kleiner ist als der kritische Punkt.
Das zuvor bestimmte Ziehgeschwindigkeitsprofil der Ausführungsform der Erfindung wird so bestimmt, dass das Verhältnis V/G von Ziehgeschwindigkeit zu Temperaturgradient zur Begrenzung von Leerstellenagglomeraten auf eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne im Zentrum des Ingot ein erstes kritisches Verhältnis ((V/G)₁) weit übersteigt, um das Auftreten von Agglomeraten von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten zu vermeiden, und geringer ist als ein zweites kritisches Verhältnis ((V/G)₂), um Leerstellen-Agglomerate auf eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne im Zentrum des Ingot zu begrenzen, wenn der Ingot aus einer Siliciumschmelze durch ein CZ-Verfahren gezogen wird.
Dieses Ziehgeschwindigkeitsprofil wird bestimmt durch Simulation auf der Basis der Voronkov-Theorie, wie durch empirisches In-Scheiben-Schneiden eines Referenzingot in axialer Richtung, durch empirisches In-Scheiben-Schneiden eines Referenzingot zu Wafern oder durch Kombination dieser Techniken. Diese Bestimmung wird demnach durch Bestätigung der axialen Scheibe des Ingots und der geschnittenen Wafer nach der Simulation und durch anschließendes Wiederholen der Simulation durchgeführt. Es werden eine Vielzahl von Arten von Ziehgeschwindigkeiten in einem zuvor bestimmten Bereich festgelegt, und eine Vielzahl von Referenzingots wird gezüchtet. Das Ziehgeschwindigkeitsprofil für die Simulation wird von einer höheren Ziehgeschwindigkeit, wie 1,2 mm/min, wie in 2(a) gezeigt, über eine niedrigere Ziehgeschwindigkeit, wie 0,5 mm/min, wie in 2(c) gezeigt, auf eine Ziehgeschwindigkeit wie in 2(d) gezeigt eingestellt. Die zuvor genannte niedrigere Ziehgeschwindigkeit kann 0,4 mm/min oder weniger betragen, und die Ziehgeschwindigkeiten (b) und (d) sind vorzugsweise linear.
Mehrere Referenzingots, die bei verschiedenen Geschwindigkeiten gezogen wurden, werden jeweils in axialer Richtung in Scheiben geschnitten. Ein optimales V/G-Verhältnis wird auf der Basis einer Korrelation zwischen den axialen Scheiben, der Bestätigung von Wafern und dem Ergebnis der Simulation bestimmt. Anschließend wird ein optimales Ziehgeschwindigkeitsprofil bestimmt, und die Ingots werden auf der Basis eines solchen Profils hergestellt. Das tatsächliche Ziehgeschwindigkeitsprofil hängt von verschiedenen Parametern ab, wie Durchmesser eines gewünschten Ingot, spezielles verwendetes Ziehgerät und Qualität der Siliciumschmelze, ohne darauf beschränkt zu sein.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ingot, erhalten durch stufenweise Verminderung der Ziehgeschwindigkeit und dadurch kontinuierliche Absenkung des V/G-Verhältnisses. In 3 stellt das Zeichen [V] eine Domäne dar, in der Leerstellen-Punktdefekte vorherrschen und die Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten in einen Ingot enthält, das Zeichen [I] stellt eine Domäne dar, in der Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte vorherrschen und die Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte enthält, und das Zeichen [P] stellt eine perfekte Domäne dar, die keine Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten und keine Agglomerate von Zwischengittersilicumpunktdefekten enthält.
Zu beachten ist, dass Agglomerate von COP's und L/D's je nach Nachweisverfahren für die Nachweisempfindlichkeit und die Nachweis-Untergrenzen verschiedene Werte aufweisen können. Als solches bedeutet der Satz "Agglomerate von Punktdefekten existieren nicht" hier, dass die Anzahl von Agglomeraten von Punktdefekten geringer ist als eine Nachweis-Untergrenze (1 × 10³ Agglomerate/cm³), die bestimmt wird, wenn 1 Defektagglomerat eines Flussbildes (Leerstellendefekt) und 1 Versetzungscluster (Zwischengitter-Silicium-Punktdefekt) für ein Testvolumen von 1 × 10^–3 cm³ nachgewiesen werden, wenn als Testvolumen ein Produkt aus einer Beobachtungsfläche und einer Ätztiefe durch ein optisches Mikroskop beobachtet wird, nachdem ein Hochglanz-polierter Silicium-Einkristall ohne Rühren mit einer Secco-Ätzlösung angeätzt wurde.
Wie in 3 gezeigt, ist die axiale Position P₁ des Ingot eine Domäne, die vollständig von Leerstellen-Punktdefekten dominiert ist. Die Position P₂ umfasst eine zentrale Domäne, in der Leerstellen-Punktdefekte vorherrschen. Die Position P₄ umfasst einen Ring, in dem Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte vorherrschen, und eine zentrale perfekte Domäne. Die Position P₃ weist keine Leerstellen-Punktdefekte im Zentrum und auch keine Zwischengitter-Siliciumdefekte im Randteil auf, so dass sie eine vollkommen perfekte Domäne ist.
Wie aus 3 hervorgeht, ist der Wafer W₁, entsprechend Position P₁, eine Domäne, die vollständig von Leerstellen-Punktdefekten dominiert ist. Der Wafer W₂ entspricht Position P₂ und enthält eine zentrale Domäne, in der Leerstellen-Punktdefekte vorherrschen. Der Wafer W₄ entspricht Position P₄ und enthält einen Ring, in dem Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte vorherrschen, und eine zentrale perfekte Domäne. Der Wafer W₃ entspricht Position P₃ und weist keine Leerstellen-Punktdefekte im Zentrum und auch keine Zwischengitter-Siliciumdefekte im Randteil auf, so dass er eine vollkommen perfekte Domäne ist.
Eine sehr kleine, an die perfekte Domäne angrenzende Domäne, in der überwiegend solche Leerstellen-Punktdefekte existieren, ist eine Domäne, die keine COP oder LID in der Waferoberfläche erzeugt. Allerdings können OSF's durch das von der herkömmlichen OSF-erzeugenden Wärmebehandlung abhängige Verfahren erzeugt werden, wobei der Siliciumwafer bei Temperaturen im Bereich von 1000°C ± 30°C 2 bis 5 h und anschließend bei Temperaturen im Bereich von 1130°C ± 30°C 1 bis 16 h wärmebehandelt wird. Das bedeutet, dass ein OSF-Ring in der Nähe des halben Radius des Wafer W₁, wie in 4 gezeigt, erzeugt wird. Die von den OSF's umgebene Domäne, in der überwiegend die Leerstellen-Punktdefekte existieren, neigt zur Erzeugung von COP. Andererseits sind in dem Wafer W₂ die OSF's nicht ringartig ausgebildet. Die OSF's werden nur im Zentrum des Wafers W₂ erzeugt. Der bei der ersten Ausführungsform eingesetzte Siliciumwafer ist ein solcher Wafer W₂. In dem Siliciumwafer W₂ der ersten Ausführungsform sind die OSF's nicht ringartig ausgebildet, wie in 5 gezeigt. Er wird durch In-Scheiben-Schneiden eines Siliciumingot gebildet, der mit dem zuvor festgelegten Ziehgeschwindigkeitsprofil gezogen wurde, so dass die OSF's nur im Zentrum des Wafers W₂, wie in einer Draufsicht von 6 gezeigt, erzeugt werden. In dem Siliciumwafer W₂ ist der OSF nicht ringartig geformt, so dass die Anzahl von COP's in der gesamten Waferoberfläche Null beträgt (COP-frei). Ferner tritt auch keine Zwischengitter-Versetzung auf.
In dem Siliciumwafer der Ausführungsform wird die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Wafers kontrolliert. Bei dem CZ-Verfahren kann die Sauerstoffkonzentration in einem Wafer beispielsweise durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit von Argon, das dem Ziehgerät zugeführt wird, der Rotationsgeschwindigkeit eines Quarztiegels zum Aufnehmen einer Siliciumschmelze und des Drucks in dem Ziehgerät kontrolliert werden. Die Sauerstoffkonzentration in dem Wafer wird auf 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder auf weniger eingestellt. Zum Erreichen einer solchen Sauerstoffkonzentration wird beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit von Argon so gesteuert, dass sie 80 bis 150 l/min beträgt, die Rotationsgeschwindigkeit eines Quarztiegels zum Aufnehmen einer Siliciumschmelze wird so gesteuert, dass sie 4 bis 9 U/min beträgt, und der Druck in einem Ziehgerät wird so gesteuert, dass er 15 bis 60 Torr beträgt. Der Grund für das Einstellen der Sauerstoffkonzentration auf 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder darunter (alte ASTM) besteht darin, einen Überschuss von Sauerstoff-Abscheidungskeimen zu verhindern.
Eine Polysiliciumschicht von 0,1 bis 1,6 μm Dicke wird auf der Oberfläche eines Siliciumwafers gebildet, der durch In-Scheiben-Schneiden des Ingot hergestellt wird, der unter der obigen Bedingung durch das CVD-Verfahren unter Verwen dung von SiH₄ oder dergleichen bei Temperaturen von 670°C ± 30°C gezogen wird. Wenn die Dicke der Polysiliciumschicht geringer ist als 0,1 μm, wird eine geringe Wirkung erzeugt, wenn sie größer ist als 1,6 μm, nimmt die Produktivität ab. Darum ist es bevorzugt, dass die Dicke der Polysiliciumschicht im Bereich von 1,0 bis 1,6 μm liegt. Trotz der gleichmäßigen Verteilung der Sauerstoffkonzentration in der Waferoberfläche vor dem Schritt der Bildung einer Polysiliciumschicht kann die Sauerstoffabscheidung leicht im Zentrum des Wafers auftreten, während sie kaum in den anderen Teilbereichen hiervon auftritt. Die Polysiliciumschicht gestattet die gleichmäßige Verteilung der Sauerstoffabscheidung in der Waferoberfläche.
Dem gemäß wird das Wachstum der Keime gestoppt, nachdem der Siliciumwafer, in dem Sauerstoff-Abscheidungskeime existieren, mit der Polysiliciumschicht ausgestattet worden ist, wenn der Siliciumwafer mit der Polysiliciumschicht einer Wärmebehandlung während des Halbleiter-Herstellungsverfahrens unterzogen wird. Somit tritt trotz Durchführung der herkömmlichen OSF-erzeugenden Wärmebehandlung keine OSF-Erzeugung auf.
[Beispiele]
Im folgenden werden Beispiele der Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
<Beispiel 1>
Ein Ingot wird aus einer Siliciumschmelze gezogen, um die Domäne, entsprechend der in 3 gezeigten Position P₂, über die Länge des Ingot wachsen zu lassen. Zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem Ingot zu diesem Zeitpunkt wird die Strömungsgeschwindigkeit von Argon bei etwa 110 l/min gehalten, die Rotationsgeschwindigkeit des Quarztiegels zur Aufnahme der Silicium schmelze wurde bei etwa 5 bis 10 U/min gehalten, und der Druck in dem Ziehgerät wurde bei etwa 60 Torr gehalten.
Die aus dem so gezogenen Ingot geschnittenen Siliciumwafer wurden geläppt, abgerundet und anschließend unter Herstellung von Siliciumwafern Hochglanzpoliert. Die Siliciumwafer werden jeweils einem Schritt zur Entfernung von Beschädigungen auf der Oberfläche hiervon unterzogen, worauf sich die Bildung der Polysiliciumschicht von 1,5 μm Dicke auf dem Rücken des Wafers durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von SiH₄ bei 680°C anschließt. Im Anschluss daran wird der Siliciumwafer bis zu einem hochglänzenden glatten Zustand poliert, was den fertigen Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 8 in. und einer Dicke von 725 μm ergibt.
<Vergleichsbeispiel 1>
Zum Vergleich wurde ein Vergleichsbeispiel aus demselben Siliciumwafer wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass auf dem Siliciumwafer des Vergleichsbeispiels 1 keine Polysiliciumschicht gebildet wurde.
<Vergleichsbewertung 1>
Der Siliciumwafer des Beispiels 1 und der Siliciumwafer des Vergleichsbeispiels 1 werden einer ersten Wärmebehandlung zur Simulation der Wärmebehandlung während des Halbleiter-Herstellungsverfahrens unterzogen. D. h. jeder dieser Siliciumwafer wird in einer Atmosphäre von Sauerstoff bei Temperaturen von 800°C 4 h und anschließend bei Temperaturen von 1000°C 16 h wärmebehandelt. Die Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich, der sich vom Zentrum bis zum äußeren Rand der Oberfläche von jedem der Siliciumwafer des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 erstreckt, werden durch Fourier-Transformations-IR-Analyse (FT-IR) gemessen. Die Differenz Δ[Oi] zwischen den Sauerstoffkonzentrationen vor und nach der Wärmebehandlung ist in 7 gezeigt.
Ein weiterer Siliciumwafer des Beispiels 1 und ein weiterer Siliciumwafer des Vergleichsbeispiels 1 werden einer zweiten Wärmebehandlung zur Simulation der Wärmebehandlung während des Halbleiter-Herstellungsverfahrens unterzogen. D. h. die Siliciumwafer werden jeweils in einer Atmosphäre von Sauerstoff bei Temperaturen von 700°C 8 h und anschließend bei Temperaturen von 1000°C 12 h wärmebehandelt. Die Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich, der sich vom Zentrum bis zum äußeren Rand der Oberfläche eines jeden der Siliciumwafer der Beispiele 1 und des Vergleichsbeispiels 1 erstreckt, werden durch Fourier-Transformations-IR-Analyse (FT-IR) gemessen. Die Differenz Δ[Oi] zwischen den Sauerstoffkonzentrationen vor und nach der Wärmebehandlung ist in 8 gezeigt.
Wie in 7 und 8 gezeigt, bestehen große Schwankungen in der Differenz A[Oi] zwischen den Sauerstoffkonzentrationen vor und nach der Wärmebehandlung in dem Bereich vom Zentrum bis zu einem Punkt im Abstand von 40 mm des Wafers von Vergleichsbeispiel 1. Andererseits wird eine schwache Zunahme in der Differenz Δ[Oi] zwischen den Sauerstoffkonzentrationen vor und nach der Wärmebehandlung in dem Bereich vorn Zentrum bis zu einem Punkt im Abstand von 90 mm des Wafers des Beispiels 1 festgestellt, so dass sie auf der Waferoberfläche insgesamt praktisch gleichmäßig ist.
Außerdem werden noch ein weiterer Siliciumwafer des Beispiels 1 und noch ein weiterer Siliciumwafer des Vergleichsbeispiels 1 einer Wärmebehandlung unterzogen. D. h. sie werden jeweils bei einer Temperatur von 1000°C 4 h und anschließend bei einer Temperatur von 1130°C 3 h (pyrogene Oxidationsbehandlung) wärmebehandelt, worauf das Vorliegen oder Fehlen von OSF-Erzeugung visuell überprüft wird. Als Ergebnis werden im Zentrum des Siliciumwafers, der in dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt worden ist, weißliche OSF's festgestellt. Andererseits wird auf der Waferoberfläche des Beispiels 1 kein OSF gefunden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers, die Schritte umfassend: Ziehen eines Silicium-Einkristallingot aus einer Siliciumschmelze derart, dass das Verhältnis (V/G (mm²/min °C)) der Ziehgeschwindigkeit zu Temperaturgradient ein erstes kritisches Verhältnis ((V/G)₁) weit übersteigt, um das Auftreten von Agglomeraten von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten zu vermeiden, und geringer ist, als ein zweites kritisches Verhältnis ((V/G)₂), um Leerstellen-Agglomerate auf eine Leerstellen-Punktdefekt-dominierte Domäne im Zentrum des Ingot zu begrenzen, wobei der Ingot eine Sauerstoffkonzentration von 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger (alte ASTM) ohne Erzeugung von Teilchen kristallinen Ursprungs und großen zwischengitterartigen Verschiebungen aufweist, wobei V (mm/min) eine Ziehgeschwindigkeit des Ingot ist und G (°C/mm) ein Temperaturgradient an einer Grenzfläche zwischen dem Ingot und der Siliciumschmelze ist; Schneiden eines Siliciumwafers aus dem Ingot, wobei der Siliciumwafer der Typ eines Wafers ist, in dem scheibenförmige oxidationsbedingte Stapelfehler (OSF) im Zentrum des Wafers auftreten, wenn der Wafer einer Wärmebehandlung bei 1000°C ± 30°C 2 bis 5 h und anschließend bei 1130°C ± 30°C 1 bis 16 h unterzogen wird; und Bilden einer Polysiliciumschicht einer Dicke von 0,1 μm bis 1,6 μm auf einem Rücken des Siliciumwafers durch chemische Dampfabscheidung bei einer Temperatur von 670°C ± 30°C.
Siliciumwafer, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.