DE10066106B4 - Process for heat treatment of a silicon wafer - Google Patents
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Abstract
Ein Ingot wird hergestellt durch Ziehen, derart, dass V/Ga und V/Gb 0,23 bis 0,50 mm<SUP>2</SUP>/min°C werden, wobei V(mm/min) eine Ziehgeschwindigkeit bezeichnet und Ga (°C/mm) einen axialen Temperaturgradienten im Zentrum des Ingot bezeichnet und Gb (°C/mm) einen axialen Temperaturgradienten am Rande des Ingot bezeichnet, bei Temperaturen im Bereich von 1300°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium. Ein durch Schneiden des Ingot erhaltener Wafer wird in einer reduktiven Atmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 1050°C bis 1220°C 30 bis 150 min wärmebehandelt. Ein Silicium-Wafer, der frei ist von OSF's, COP's und praktisch frei ist von Verunreinigungen, wie Fe, und von Abgleitungserscheinungen, wird erhalten.An ingot is made by drawing such that V / Ga and V / Gb become 0.23 to 0.50 mm <SUP> 2 </ SUP> / min ° C, where V (mm / min) denotes a pulling rate, and Ga (° C / mm) denotes an axial temperature gradient in the center of the ingot and Gb (° C / mm) denotes an axial temperature gradient at the edge of the ingot, at temperatures ranging from 1300 ° C to the melting point of silicon. A wafer obtained by cutting the ingot is heat-treated in a reductive atmosphere at temperatures in the range of 1050 ° C to 1220 ° C for 30 to 150 minutes. A silicon wafer free from OSF's, COP's and practically free from impurities such as Fe and from sliding phenomena is obtained.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silicium-Wafers für Halbleiterschaltungen, der aus einem durch ein Czochralski-Verfahren (im folgenden "CZ-Verfahren" genannt) hergestellten Silicium-Ingot geschnitten wird, unter Erzeugung eines intrinsischen Getter-Effekts (im folgenden als "IG-Effekt" bezeichnet).The The invention relates to a method for heat treatment of a silicon wafer for semiconductor circuits, that produced from one by a Czochralski method (hereinafter called "CZ method") Silicon ingot is cut, producing an intrinsic Gettering effect (hereinafter referred to as "IG effect").
2. Beschreibung der dazugehörigen Technik2. Description of the associated technique
In letzter Zeit wird die Ausbeutenverschlechterung bei den Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschaltungen u. a. bedingt von: Mikrodefekten durch Sauerstoffabscheidungen, die zu Keimen von oxidationsbedingten 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 Silicium-Ingot eingebaut und entstehen beispielsweise bei einem Oxidationsverfahren während der Herstellung von Halbleiterelementen und verursachen bei den hergestellten Bauteilen Fehlfunktionen, wie Zunahme des Verluststroms. Andererseits führt die Reinigung von Hochglanz-polierten Silicium-Wafern durch ein Lösungsgemisch von Ammoniak und Wasserstoffperoxid zur Bildung von Vertiefungen auf der Wafer-Oberfläche, und solche Vertiefungen werden als Teilchen, entsprechend reellen oder von Natur aus vorhandenen Teilchen, nachgewiesen. Solche Vertiefungen werden zu ihrer Unterscheidung von reellen Teilchen COP's genannt. COP's, die Vertiefungen auf einer Wafer-Oberfläche 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 einer Wafer-Oberfläche der Grund für physikalische Schritte während eines Verdrahtungsvorgangs von Bauteilen, und diese Schritte verursachen einen Drahtbruch und dadurch eine Verminderung der Ausbeute von Produkten. Andererseits wird eine LID 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.In Lately, the yield deterioration in the processes for the production of semiconductor circuits u. a. conditioned by: microdefects Oxygen deposits, leading to germs of oxidation-induced stacking faults (hereafter called "OSF's"); Particles crystalline Origin (hereinafter referred to as "COP's"); and large interstitial dislocations (hereinafter called "L / D"). Micro defects like OSF germs, will be during of crystal growth incorporated into a silicon ingot and arise For example, in an oxidation process during the production of semiconductor elements and cause malfunctions in the manufactured components, like increase in leakage current. On the other hand, the cleaning of high-gloss polished leads Silicon wafers through a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide to form depressions on the wafer surface, and such pits become real as particles or naturally occurring particles. Such wells are called COPs for their distinction from real particles. COP's, the wells on a wafer surface represent, lead for the deterioration of the electrical properties, such as the feature of the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) and the dielectric feature Punch at time zero (TZDB). Besides, the existence of COP's in a wafer surface of the reason for physical steps during a wiring process of components, and cause these steps a wire break and thereby a reduction in the yield of products. On the other hand, an LID is referred to as dislocation cluster or dislocation pits, there is a dimple forms when a silicon wafer with this error in a selective etching solution, the Hydrofluoric acid contains as main component, is immersed. Such L / D also causes the deterioration electrical properties, such as leakage current and insulation characteristic.
Aufgrund des oben Genannten ist die Verminderung von OSF's, COP's und L/D's in einem Silicium-Wafer, der zur Herstellung einer Halbleiterschaltung eingesetzt wird, erforderlich.by virtue of of the above is the reduction of OSF's, COP's and L / D's in a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor circuit is used, required.
In
der
Der aus einem Ingot geschnittene Silicium-Wafer, der die perfekte Domäne [P] enthält, ist frei von OSF's, COP's und L/D's. Allerdings kommt es durch die Wärmebehandlung während eines Bauteil-Herstellungsverfahrens nicht notwendigerweise zu einer Sauerstoffabscheidung in dem Wafer, was den Nachteil verursacht, daß ein unzureichender IG-Effekt entsteht. Einige Halbleiterhersteller fordern vielleicht Silicium-Wafer, die frei sind von OSF's, COP's und L/D's, aber die Fähigkeit besitzen, bei dem Bauteil-Herstellungsverfahren auftretende metallische Verunreinigungen zu gettern. Metallische Verunreinigungen von Wafern mit unzureichender IG-Fähigkeit während des Bauteil-Herstellungsverfahrens führen zu undichten Übergängen und zum Auftreten von Fehlfunktionen der Bauteile aufgrund der eingeschlossenen Konzentration von metallischen Verunreinigungen.Of the silicon wafers cut from an ingot containing the perfect domain [P] are free from OSF's, COP's and L / D's. However, it comes it through the heat treatment while a component manufacturing process does not necessarily become one Oxygen deposition in the wafer, which causes the disadvantage the existence insufficient IG effect arises. Some semiconductor manufacturers may call Silicon wafers that are free of OSF's, COP's, and L / D's but possess the capability of the device manufacturing process gettering metallic contaminants. Metallic impurities Wafers with insufficient IG capability during the device manufacturing process to lead to leaky transitions and to the occurrence of malfunction of the components due to the enclosed Concentration of metallic impurities.
Außerdem ist der V/G-Wert zur Bildung eines Silicium-Wafers, der die perfekte Domäne [P] enthält, proportional zur Ziehgeschwindigkeit V des Ingot, wenn der Temperaturgradient G konstant ist, was das relativ langsame Ziehen bei einer innerhalb eines engen Bereiches kontrollierten Geschwindigkeit des Ingot erfordert. Die technische Erfüllung einer solchen Anforderung ist allerdings nicht notwendigerweise leicht, so daß die Ingot-Produktivität niemals hoch ist.Besides that is the V / G value to form a silicon wafer, which is the perfect domain [P] contains, proportionally to the pulling rate V of the ingot when the temperature gradient G is constant, which is the relatively slow drag at one inside a narrow range of controlled speed of the ingot requires. The technical fulfillment However, such a requirement is not necessarily easy, So that the Ingot productivity never high.
Zur
Abhilfe für
dieses Problems wird ein Verfahren zum Ziehen eines Siliciumeinkristalls
an einer mit Sauerstoffabscheidungen gesättigten N2(V)-Domäne (entsprechend
der erfindungsgemäßen [PV]-Domäne)
außerhalb
eines OSF-Rings oder an einer N1(V)-Domäne und einer
N2(V)-Domäne innerhalb oder außerhalb
des OSF-Rings einschließlich des
OSF-Rings, in einem Fehlerverteilungsdiagramm mit einer Ordinate,
die einen V/G-Wert darstellt, und einer Abszisse, die eine Entfernung
D vom Zentrum des Kristalls bis zum Rand des Kristalls darstellt,
vorgeschlagen (
Allerdings
ist bei dem in der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wärmebehandlungsverfahrens für einen Silicium-Wafer, der frei ist von der Existenz von Agglomeraten von Punktdefekten und der einen gleichmäßigen IG-Effekt auf der Wafer-Oberfläche aufweist, auch wenn der Silicium-Wafer aus einem Ingot geschnitten worden ist, der eine Mischdomäne einer [OSF]-Domäne und einer [PV]-Domäne enthält und eine Sauerstoffkonzentration von 1,2 × 1018 Atome/cm3 (alte ASTM) oder größer aufweist.An object of the invention is to provide a heat treatment process for a silicon wafer which is free from the existence of agglomerates of point defects and which has a uniform IG effect on the wafer surface, even if the silicon wafer is cut from an ingot having a mixed domain of an [OSF] domain and a [P V ] domain and having an oxygen concentration of 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 (old ASTM) or larger.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wärmebehandlungsverfahren für einen Silicium-Wafer, der frei ist von der Existenz von Agglomeraten von Punktdefekten, ohne daß Sauerstoffdonor-Beseitigungsbehandlungen erforderlich sind.A Another object of the invention is to provide a Heat treatment method for one Silicon wafers free from the existence of agglomerates of Point defects without oxygen donor removal treatments required are.
Der Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einem Silicium-Einkristallingot geschnittenen Silicium-Wafers, der eine perfekte Domäne [P] einschließlich einer [OSF]-Domäne enthält, wobei in dem Silicium-Einkristallingot [I] eine Domäne ist, in der Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte dominieren, [V] eine Domäne ist, in der Leerstellen-Punktdefekte dominieren, die perfekte Domäne [P] keine Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten und keine Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten aufweist, die Domäne [OSF] als Domäne [V] klassifiziert ist und die OSF's in der [OSF]-Domäne erzeugt werden, wenn der Ingot im Zustand eines Siliciumwafers eine thermische Oxidationsbehandlung erfährt, [PI] eine Domäne in der Nachbarschaft der Domäne [I] ist und klassifiziert ist als perfekte Domäne [P] und eine Konzentration von Zwischengitter-Silicium aufweist, die geringer ist als die geringste Konzentration von Zwischengitter-Silicium, die zur Bildung von Zwischengitterversetzungen in der Lage ist, und [PV] eine Domäne in der Nachbarschaft der Domäne [V] ist und als die perfekte Domäne [P] klassifiziert ist und eine Konzentration von Leerstellen aufweist, die gleich oder kleiner ist als eine Konzentration von Leerstellen, die zur Bildung von COP's oder FPD's in der Lage ist; wobei das Verfahren die Schritte gemäß Patentanspruch 1 umfaßt.The aspect of the invention relates to a method of heat treating a silicon wafer cut from a silicon single crystal ingot containing a perfect domain [P] including an [OSF] domain, wherein in the silicon single crystal ingot [I] is a domain dominate the interstitial silicon point defects, [V] is a domain in which vacancy point defects dominate, the perfect domain [P] has no agglomerates of interstitial silicon point defects and no agglomerates of vacancy point defects, the domain [OSF] is classified as domain [V] and the OSFs are generated in the [OSF] domain when the ingot in the state of a silicon wafer undergoes a thermal oxidation treatment, [P I ] is a domain in the vicinity of the domain [I] and classified as a perfect domain [P] and has a concentration of interstitial silicon which is less than the lowest concentration of interstitial silicon, the Is capable of forming interstitial dislocations, and [P V ] is a domain in the vicinity of the domain [V] and is classified as the perfect domain [P] and has a concentration of vacancies equal to or less than a concentration of Vacancies capable of forming COP's or FPD's; the method comprising the steps of claim 1.
Auch wenn der Ingot eine Sauerstoffkonzentration von 1,2 × 1018 oder größer aufweist (alte ASTM), wenn der aus dem Ingot geschnittene Silicium-Wafer unter der obigen Bedingung wärmebehandelt wird und wenn der Silicium-Wafer die Domäne [OSF] und die Domäne [PV] enthält, schrumpfen oder verschwinden durch das Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung die während des Kristallwachstums in den Wafer eingebauten Sauerstoff-Abscheidungskeime und OSF-Keime in der Nachbarschaft der Wafer-Oberfläche durch den Effekt des Herausdiffundierens von Sauerstoff aus dem Wafer unter Bildung einer DZ an der Wafer-Oberfläche. Da außerdem die Sauerstoffkonzentration in dem Teilbereich, der tiefer liegt als der der Wafer-Oberfläche benachbarte Teilbereich 1,2 × 1018 Atome/cm3 (alte ASTM) beträgt, werden Sauerstoffabscheidungen in einer höheren als einer zuvor festgelegten Dichte erzeugt, wodurch ein IG-Effekt auftritt. Im folgenden können "Sauerstoffabscheidungen" "BMD (Bulk-Mikrodefekt)" genannt werden.Even if the ingot has an oxygen concentration of 1.2 × 10 18 or larger (old ASTM), if the silicon wafer cut from the ingot is heat-treated under the above condition and if the silicon wafer is the domain [OSF] and the domain [P V ] contains, by the heat treatment method of the present invention, the oxygen deposition nuclei and OSF nuclei built into the wafer during crystal growth in the vicinity of the wafer surface by the effect of diffusing oxygen out of the wafer to form a wafer DZ on the wafer surface. In addition, since the oxygen concentration in the portion lower than the wafer surface adjacent portion is 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 (old ASTM), oxygen precipitates are generated in a higher than a predetermined density, whereby an IG Effect occurs. In the following, "oxygen precipitates" may be called "BMD (Bulk Micro Defect)".
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Ein Silicium-Wafer einer Ausführungsform der Erfindung wird hergestellt durch Ziehen eines Ingot aus einer Siliciumschmelze in einem Zonenschmelzofen durch ein CZ-Verfahren bei einem zuvor festgelegten Ziehgeschwindigkeitsprofil auf der Basis der Voronkov-Theorie und durch In-Scheiben-Schneiden des Ingot.One Silicon wafer of an embodiment of the Invention is made by drawing an ingot from a silicon melt in a zone melting furnace by a CZ method at a predetermined one Drawing speed profile based on the Voronkov theory and by slicing the ingot.
Wenn ein Ingot eines Silicium-Einkristalls aus einer Siliciumschmelze in einem Zonenschmelzofen 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.If an ingot of a silicon single crystal from a silicon melt is pulled in a zone melting furnace by a CZ method comes it usually leads to point defects and agglomerates (three-dimensional Defects) as defects in the silicon single crystal. Become point defects divided into two general types, namely a blank point defect and an interstitial point defect. The vacancy point defect is a type where a silicon atom from a regular Position in a silicon crystal lattice was omitted. Such Space leads to a blank point defect. The presence of a silicon atom on the other hand, at a non-grid point (interstitial location) leads to an interstitial silicon point defect.
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.point defects are also usually at the interface between silicon melt (molten silicon) and ingot (solid silicon) are formed. At the However, pulling the ingot starts the part that represented the interface cool. During the cooling diffuse the vacancy point defects or interstitial point defects under mutual fusion and form vacancy agglomerates or interstitial agglomerates. With In other words, agglomerates are three-dimensional, by combination structures created by point defects.
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 K2Cr2O7:50% 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.Agglomerates of vacancy point defects include defects called "LSTD (Laser Scattering Tomograph Defects)" or "FPD (Flow Pattern Defects)" in addition to the aforementioned COPs, while interstitial silicon point defects agglomerates include defects called "L / D "as previously mentioned. In addition, FPDs are sources of traces having a unique flow pattern that occurs when a silicon wafer prepared by slicing an ingot is left for 30 minutes without stirring a Secco etch solution (ie, etching with a mixed solution of K 2 Cr 2 O 7 : 50% HF: pure water = 44 g: 2000 cc: 1000 cc). LSTD's are sources with refractive indices that are different from the refractive index of silicon and that produce stray light when irradiated with infrared radiation of the silicon single crystal.
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 in einer Zonenschmelzstruktur
ist. Eine Beziehung zwischen V/G und Punktdefektdichte ist nach
dieser Theorie diagrammartig in
In
Das
zuvor bestimmte Ziehgeschwindigkeitsprofil der Ausführungsform
wird so bestimmt, daß das
Verhältnis
(V/G) einer Ziehgeschwindigkeit zu einem Temperaturgradienten in
Der
Siliciumwafer der Ausführungsform
ist der in
Dieses
Ziehgeschwindigkeitsprofil wird durch eine Simulation auf der Basis
der Voronkov-Theorie, durch empirisches In-Scheiben-Schneiden eines
Referenz-Ingot in
axialer Richtung oder durch Kombination dieser Techniken bestimmt.
Diese Bestimmung wird demnach durch Bestätigung der axialen Scheibe
des Ingot 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 Referenz-Ingots
wird gezüchtet.
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.It should be noted that agglomerates of COP's and L / D's may have different values depending on the detection sensitivity and the detection lower limit detection methods. As such, the phrase "agglomerates of point defects do not exist" herein means that the number of agglomerates of point defects is less than a detection lower limit (1 × 10 3 agglomerates / cm 3 ) determined when 1 defect agglomerate of a flow image (vacancy defect ) and 1 dislocation cluster (interstitial silicon point defect) for a test volume of 1 × 10 -3 cm 3 are detected when a test volume of a product of an observation area and an etching depth is observed through an optical microscope after a high-gloss polished silicon substrate. Single crystal was etched without stirring with a secco etching solution.
Es
ist erforderlich, daß der
Siliciumwafer der Ausführungsform
der in
(a) erster Wärmebehandlungsschritt:(a) first heat treatment step:
Der erste Wärmebehandlungsschritt des Wafers W1 wird durchgeführt unter Erwärmen des Wafers in einer Atmosphäre von Wasserstoffgas von Raumtemperatur bis auf Temperaturen von 900–1200°C mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 10 bis 40°C/min und Halten des Wafers für 5 bis 120 min. Die Verwendung der nicht oxidativen Atmosphäre von Wasserstoffgas für die Warmebehandlungsatmosphäre soll, in der Nähe der Wafer-Oberfläche, die Sauerstoffabscheidungs- oder OSF-Keime, die während des Kristallwachstums eingebaut wurden, durch einen Diffusionseffekt von Sauerstoff aus dem Wafer heraus unter Bildung einer DZ (einer Tiefe von etwa 1–5 μm) von der Wafer-Oberfläche in die Tiefe zum Schrumpfen oder zum Verschwinden bringen.The first heat treatment step of the wafer W 1 is performed by heating the wafer in an atmosphere of hydrogen gas from room temperature to temperatures of 900-1200 ° C at a temperature rise rate of 10 to 40 ° C / min and holding the wafer for 5 to 120 min. The use of the non-oxidative atmosphere of hydrogen gas for the heat treatment atmosphere should, in the vicinity of the wafer surface, the oxygen precipitate or OSF nuclei incorporated during crystal growth by a diffusion effect of oxygen out of the wafer to form a DZ (FIG. a depth of about 1-5 microns) from the wafer surface to the depth to shrink or disappear.
Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten über 40°C/min und Haltetemperaturen unter 900°C oder Haltezeiten, die kürzer sind als 5 min, führen zu einem verminderten Diffusionseffekt von Sauerstoff aus dem Wafer, so daß Sauerstoff-Abscheidungskeime oder OSF-Keime, die während des Kristallwachstums eingebaut wurden, nicht schrumpfen, wodurch die Bildung einer ausreichenden DZ von der Wafer-Oberfläche in die Tiefe nicht erfolgt. Außerdem wird keine BMD-Dichte erhalten, die zum Auftreten eines IG-Effektes in dem Wafer erforderlich ist. Andererseits führen Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten, die kleiner sind als 10°C/min, und Haltetemperaturen über 1200°C zur Verschlechterung der Hitzebeständigkeit der Ofen- und Plattenmaterialien und zur Verschlechterung der Produktivität der Wärmebehandlung. Der erste Wärmebehandlungsschritt besteht vorzugsweise im Erwärmen des Wafers von Raumtemperatur bis auf Temperaturen von 1000 bis 1200°C und im Halten für 10 bis 60 min.Temperature rise rates above 40 ° C / min and Holding temperatures below 900 ° C or holding times that are shorter are as 5 min, lead to a reduced diffusion effect of oxygen from the wafer, so that oxygen deposition germs or OSF germs during of crystal growth, did not shrink, causing the Forming a sufficient DZ from the wafer surface into the Depth did not take place. In addition, will no BMD density which required the occurrence of an IG effect in the wafer is. On the other hand lead Temperature rise rates less than 10 ° C / min, and Holding temperatures over 1200 ° C to Deterioration of heat resistance the furnace and plate materials and for the deterioration of the productivity of the heat treatment. The first heat treatment step preferably consists in heating of the wafer from room temperature to temperatures of 1000 to 1200 ° C and in the Hold for 10 to 60 min.
(b) zweiter Wärmebehandlungsschritt:(b) second heat treatment step:
Der zweite Wärmebehandlungsschritt wird nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt durchgeführt, da dann die BMD-Dichte erhöht und der IG-Effekt verbessert wird.Of the second heat treatment step is after the first heat treatment step carried out, because then the BMD density increases and the IG effect is improved.
Der zweite Wärmebehandlungsschittt des Wafers W1 wird durchgeführt durch Einbringen des Wafers W1 in einer Stickstoffatmosphäre oder oxidativen Atmosphäre bei Raumtemperatur in einen Ofen bei Temperaturen von 500 bis 800°C, Erwärmen des Wafers bis auf Temperaturen von 750 bis 1100°C mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 10 bis 50°C/min, und Halten des Wafers 4 bis 48 h. Die Verwendung einer Stickstoffatmosphäre oder oxidativen Atmosphäre als Wärmebehandlungsatmosphäre soll die während des ersten Wärmebehandlungsschrittes gebildete BMD-Dichte weiter erhöhen. Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten über 50°C/min und Haltetemperaturen unter 750°C oder Haltezeiten, die kürzer sind als 4 h, führen dazu, daß die ausreichende Erhöhung der BMD-Dichte erschwert ist. Andererseits führen Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten unter 10°C/min und Haltetemperaturen über 1100°C oder Haltezeiten über 48 h zu einer Verschlechterung der Produktivität der Wärmebehandlung. Der zweite Wärmebehandlungsschritt besteht in diesem Fall vorzugsweise darin, den Wafer von Raumtemperatur unter Erwärmen des Wafers auf Temperaturen von 800 bis 1000°C in einen Ofen bei Temperaturen von 600 bis 800°C einzubringen und im Halten des Wafers für 6 bis 40 h.The second heat treatment step of the wafer W 1 is performed by placing the wafer W 1 in a nitrogen atmosphere or oxidative atmosphere at room temperature in an oven at temperatures of 500 to 800 ° C, heating the wafer to temperatures of 750 to 1100 ° C with a temperature rising rate from 10 to 50 ° C / min, and holding the wafer 4 to 48 hours. The use of a nitrogen atmosphere or oxidative atmosphere as a heat treatment atmosphere should further increase the BMD density formed during the first heat treatment step. Temperature rise rates above 50 ° C / min and holding temperatures below 750 ° C or holding times shorter than 4 hours result in making the sufficient increase in BMD density difficult. On the other hand, temperature rise rates below 10 ° C / min and holding temperatures over 1100 ° C or holding times over 48 hours result in deterioration of the heat treatment productivity. The second heat treatment step in this case is preferably to introduce the wafer from room temperature by heating the wafer to temperatures of 800 to 1000 ° C in an oven at temperatures of 600 to 800 ° C and holding the wafer for 6 to 40 hours.
Die Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes macht eine Sauerstoffdonor-Beseitigungsbehandlung bei den Wafer-Herstellungsverfahren unnötig.The execution the first heat treatment step makes an oxygen donor removal treatment in the wafer manufacturing process unnecessary.
[BEISPIELE][Examples]
Im folgenden wird ein Beispiel für die Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben.in the Following is an example of the invention described together with comparative examples.
<Vergleichsbeispiel 1><Comparative Example 1>
Bor
(B)-dotierte p-Typ-Siliciumingots jeweils eines Durchmessers von
6 in. wurden mit einem Siliciumeinkristall-Ziehgerät gezogen.
Jeder Ingot besaß eine
gerade Körperlänge von
600 mm, eine Kristallorientierung von (100), einen spezifischen
Widerstand von 1 bis 15 Ωcm
und eine Sauerstoffkonzentration von 1,4 × 1018 Atomen/cm3 (alte ASTM). Die Anzahl der Ingots betrug
zwei. Sie wurden unter derselben Bedingung unter kontinuierlicher
Abnahme von V/G beim Ziehen von 0,24 mm2/min°C auf 0,18 mm2/min°C
gezüchtet.
Einer der Ingots wurde wie in
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W1 wurde durch Erwärmen des Wafers in einer Wasserstoffatmosphäre mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von ungefähr 10°C/min von Raumtemperatur bis auf 1200°C und anschließendes Halten des Wafers für 60 min wärmebehandelt.The wafers W 1 cut from the ingot, and then mirror-polished W 1 were heated by heating the wafer in a hydrogen atmosphere with a temperature rise temperature of about 10 ° C / min from room temperature to 1200 ° C and then holding the wafer for 60 min heat treated.
<Beispiel 1><example 1>
Der aus dem gleichen Ingot wie in Vergleichsbeispiel 1 geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W1 wurde unter Durchführung eines ersten Wärmebehandlungsschrittes in einer Wasserstoffatmosphäre mit einer Tempera turanstiegsgeschwindigkeit von 10°C/min von Raumtemperatur bis auf 1200°C erhitzt und anschließend 60 min gehalten. Anschließend wurde dieser Wafer W1 unter Durchführung eines zweiten Wärmebehandlungsschrittes in einer Stickstoffatmosphäre in einen Ofen bei 800°C eingebracht, mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 10°C/min auf 1000°C erhitzt und anschließend 24 h gehalten.The sliced from the same ingot as in Comparative Example 1, and then mirror-polished wafers W 1 while carrying out a first step heat treatment in a hydrogen atmosphere with a rise in temperature rate of 10 ° C / min from room temperature to 1200 ° C is heated and then held for 60 min , Subsequently, this wafer W 1 was placed in an oven at 800 ° C under a second heat treatment step in a nitrogen atmosphere, heated to 1000 ° C at a temperature rising rate of 10 ° C / min, and then held for 24 hours.
<Vergleichsbeispiel 2><Comparative Example 2>
Der aus dem gleichen Ingot wie Vergleichsbeispiel 1 geschnittene und Hochglanz-polierte Wafer W1 wurde ohne Durchführung eines ersten oder zweiten Wärmebehandlungsschrittes als Vergleichsbeispiel 2 bereitgestellt.The high-gloss polished wafer W 1 cut from the same ingot as Comparative Example 1 was provided without performing a first or second heat treatment step as Comparative Example 2.
<Vergleichsbeispiel 3><Comparative Example 3>
Der aus dem gleichen Ingot wie Vergleichsbeispiel 1 geschnittene und Hochglanz-polierte Wafer W1 wurde ohne Durchführung eines ersten Wärmebehandlungsschrittes, während nur der zweite Wärmebehandlungsschritt von Beispiel 1 durchgeführt wurde, als Vergleichsbeispiel 3 bereitgestellt.The sliced from the same ingot as Comparative Example 1 and high-gloss-polished wafer W 1 was without carrying out a first heat treatment step, while only the second heat treatment step of Example 1 was carried out, provided as Comparative Example 3. FIG.
<Vergleichsbewertung 1><Comparative Review 1>
Die
Wafer von Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 wurden unter
Durchführung
der OSF-erzeugenden Wärmebehandlung
in einer Atmosphäre
von feuchtem Sauerstoff bei 1200°C
60 min erhitzt und anschließend
2 min mit Secco-Lösung
angeätzt.
Als Ergebnis war der Wafer des Vergleichsbeispiels 1 über die
gesamte Oberfläche
bis zu einer Tiefe von 20 μm
von der Wafer-Oberfläche frei
von OSF's, wohingegen
in Vergleichsbeispiel 2 im Wafer-Zentrum OSF's entstanden, wie in
Die
Wafer des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 wurden
gereinigt, selektiv an der Wafer-Oberfläche durch eine Wright-Ätzlösung angeätzt, und
anschließend
wurde die BMD-Volumendichte durch Beobachtung der gesamten Wafer-Oberfläche vom
Wafer-Zentrum bis zum Wafer-Rand in einer Tiefe von 100 μm von der
Wafer-Oberfläche
mit einem optischen Mikroskop gemessen. Die Ergebnisse sind in
Wie
aus
Außerdem zeigte die Messung einer DZ-Tiefe von der Wafer-Oberfläche jeweils von. Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 3 Werte von 5 μm, 5 μm bzw. 0,5 μm oder weniger. Zu beachten ist, daß eine DZ an der Wafer-Oberfläche von Vergleichsbeispiel 1 nicht nachweisbar war.Also showed the measurement of a DZ depth from the wafer surface of each. Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 values of 5 microns, 5 microns and 0.5 microns or less. To be considered is that one DZ on the wafer surface of Comparative Example 1 was not detectable.
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