DE10066120B4

DE10066120B4 - Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers und der wärmebehandelte Siliciumwafer

Info

Publication number: DE10066120B4
Application number: DE10066120A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Koya; Yukio Muroi
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: DE10066123B4; DE10066121B4

Abstract

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers, umfassend die Schritte:
Ziehen eines Silicium-Einkristallingot, bestehend aus einer Mischdomäne von [P_V] und [P_I], mit einer Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) aus einer Siliciumschmelze;
In-Scheiben-Schneiden des Ingot zu Siliciumwafern; und
Halten des geschnittenen Siliciumwafers in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 850°C für 30 bis 90 min oder 120 bis 250 min unter Erzeugung von Sauerstoff-Abscheidungskeimen, wodurch der Typ eines Wafers erhalten wird, der einen intrinsischen Getter-Effekt ausübt, wenn der Wafer aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen bei 900°C 2 h, 1000°C 0,5 h und 800°C 1,5 h in dieser Reihenfolge unterzogen wird;
wobei [P_I] eine Domäne in der Nachbarschaft einer Domäne [I] ist und als perfekte Domäne [P] klassifiziert ist und eine Konzentration von Zwischengitter-Silicium aufweist, die geringer ist als die geringste Konzentration von Zwischengitter-Silicium, die zur Bildung von Zwischengitter-Versetzungen in der Lage ist, und...

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 der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. HEI-11-1393 (1999) ein defektfreier Siliciumwafer, der frei von OSF's, COP's und L/D's ist, offenbart.
Das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nummer HEI-11-1393 (1999) offenbarte Verfahren umfasst den Schritt des Ziehens eines Silicium-Einkristallingot, der eine perfekte Domäne [P] enthält, aus einer Schmelze, wobei von der perfekten Domäne [P] angenommen wird, dass sie in dem Ingot von Agglomeraten und Leerstellen-Punktdefekten und von Agglomeraten von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten frei ist. Der aus dem Ingot geschnittene Siliciumwafer besteht aus dem Bereich der perfekten Domäne [P]. Die perfekte Domäne [P] existiert zwischen einer Zwischengitter-Silicium-Punktdefekt-dominierten Domäne [I] und einer Leerstellen-Punktdefekt-dominierten Domäne [V] in dem Silicium-Einkristallingot. Der Siliciumwafer, der die perfekte Domäne [P] enthält, wird durch Bestimmung eines Wertes V/G (mm²/min°C) gebildet, derart, dass OSF's, die während einer thermischen Oxidationsbehandlung in Ringform erzeugt werden, im Zentrum des Wafers verschwinden, wobei V (mm²/min) eine Ziehgeschwindigkeit des Ingot und G (°C/min) einen vertikalen Temperaturgradienten des Ingot in der Nachbarschaft der Grenzfläche zwischen Siliciumschmelze und Ingot bezeichnet.
Andererseits fordern einige Halbleiterhersteller vielleicht Siliciumwafer, die von OSF's, COP's und L/D's frei sind, jedoch über die Fähigkeiten zum Gettern von Metall-Verunreinigungen, die bei dem Bauteil-Herstellungsverfahren entstehen, verfügen. Metall-Verunreinigungen von Wafern mit unzureichender Getterfähigkeit während des Bauteil-Herstellungsverfahrens verursachen undichte Übergänge und Fehlfunktionserscheinungen der Bauteile aufgrund einer eingeschlossenen Konzentration von Metall-Verunreinigungen. Zur Behebung dieses Problems wird ein Siliciumwafer gefordert, der den intrinsischen Getter-Effekt (IG) durch eine Wärmebehandlung während des Bauteil-Herstellungsverfahrens des Bauteilherstellers ausübt.
Der aus dem Ingot geschnittene Siliciumwafer, der die vorstehend beschriebene 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.
In der Regel dient der Schritt der Behandlung eines Siliciumwafers dazu, seine Fähigkeiten vollständig auszunutzen. Der IG-Effekt des Siliciumwafers während des Bauteil-Herstellungsverfahrens kann durch die Erzeugung von Defekten in dem Wafer in Voraus oder durch eine beabsichtigte Zugabe von Verunreinigungen im Voraus entstehen. In dem durch einen solchen Schritt behandelten Wafer werden die Verunreinigungen, die während der anschließenden Schritte erzeugt werden, im Umkreis der vorgeformten Defekte in dem Wafer absorbiert. Darum können wir die Erzeugung eines Defekts oder einer Verunreinigung in einem Bereich nahe der Waferoberfläche, auf der ein Bauteil gebildet werden soll, verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Lösung der vorgenannten Probleme. Darum besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers, wobei ein aus einem Ingot geschnittener Siliciumwafer, der aus einer Mischzone von [P_V] und [P_I] besteht und eine Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) aufweist, durch die Wärmebehandlung während des Bauteil-Herstellungsverfahrens nicht nur Agglomerate von Punktdefekten, sondern auch Sauerstoff-Abscheidungskeime in einer höheren als einer gewünschten Dichte unter Ausübung des IG-Effektes erzeugt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers, wobei keine Sauerstoffdonor-Beseitigungsbehandlung erforderlich ist.
Bei dem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers die Schritte: Ziehen eines aus einer Mischdomäne von [P_V] und [P_I] bestehenden Silicium-Einkristallingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) aus einer Siliciumschmelze; In-Scheiben-Schneiden des Ingot zu Siliciumwafern; und Halten des geschnittenen Siliciumwafers in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 850°C für 30 bis 90 min oder 120 bis 250 min unter Erzeugung von Sauer stoff-Abscheidungskeimen, wodurch der Typ eines Wafers erhalten wird, der einen intrinsischen Getter-Effekt ausübt, wenn der Wafer aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen bei 900°C 2h, 1000°C 0,5 h und 800°C 1,5 h in dieser Reihenfolge unterzogen wird; wobei [P_I] eine Domäne in der Nachbarschaft einer Domäne [I] ist, als perfekte Domäne [P] klassifiziert ist und eine Konzentration von Zwischengitter-Silicium aufweist, die geringer ist als die geringste Konzentration von Zwischengitter-Silicium, die Zwischengitter-Versetzungen zu bilden vermag, und wobei [P_V] eine Domäne in der Nachbarschaft einer Domäne [V] ist, als perfekte Domäne [P] klassifiziert ist und eine Konzentration von Leerstellen aufweist, die gleich oder kleiner ist als eine Konzentration von Leerstellen, die COP's oder FDP's zu bilden vermag, wobei die Domäne [I] in einem Ingot eine von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten dominierte Domäne ist und Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten enthält, die Domäne [V] in dem Ingot eine von Leerstellen-Punktdefekten dominierte Domäne ist und Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten enthält, und die perfekte Domäne [P] eine Domäne ist, die keine Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten und keine Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten enthält.
Bei den obigen Aspekten der Erfindung weist der Ingot eine Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) auf und besteht aus der Mischdomäne von [P_V] und [P_I]. Wenn ein aus dem obigen Ingot geschnittener Siliciumwafer unter der obigen Bedingung wärmebehandelt wird, vergrößert sich nicht nur die Dichte der Sauerstoff-Abscheidungskeime in der Domäne [P_V], in die die Sauerstoff-Abscheidungskeime während des Kristallwachstums eingebaut werden, sondern auch in der Domäne [P_I] treten Sauerstoff-Abscheidungskeime auf, in die während des Kristallwachstums keine Sauerstoff-Abscheidungskeime eingebaut werden. Wenn demnach der obige wärmebehandelte Wafer der Wärmebehandlung während des Bauteil-Herstellungsverfahrens eines Halbleiterherstellers unterzogen wird, wachsen die obigen Sauerstoff-Abscheidungskeime bis zu einer Sauerstoffabscheidung unter Ausübung des IG-Effektes auf der gesamten Waferoberfläche, auch wenn der Wafer aus der Mischdomäne von [P_V] und [P_I] besteht. In der folgenden Beschreibung wird die Sauerstoffabscheidung als "Bulk-Mikrodefekt (BMD)" bezeichnet.
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 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 Ausführungsform der Erfindung;
4A ist eine Ansicht und zeigt eine Situation, wobei OSF's in einem Siliciumwafer W₁, entsprechend einer Position P₁ in 3, auftreten;
4B ist eine Draufsicht und zeigt eine Situation, wobei OSF's in einem Siliciumwafer W₂, entsprechend einer Position P₂ in 3, auftreten;
5A ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Ausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Fe einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Fe in das Volumen;
5B ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Ausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Cr einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Cr in das Volumen;
5C ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Ausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Ni einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Ni in das Volumen;
5D ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Ausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Cu einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Cu in das Volumen;
6A ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Vergleichsausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Fe einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Fe in das Volumen;
6B ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Vergleichsausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Cr einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder des Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Cr in das Volumen;
6C ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Vergleichsausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Ni einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder des Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Ni in das Volumen; und
6D ist eine mikroskopische Fotografie des Siliciumwafers W₂ der Vergleichsausführungsform, hergestellt durch das Verfahren, das den Schritt der Verunreinigung des Wafers W₂ mit Cu einschließt, zur Bestimmung des Vorliegens oder des Fehlens von Dunst nach der Diffusion von Cu in das Volumen.
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 einem zuvor festgelegtem 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 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.
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 bei einem CZ-Verfahren 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. In 1 bedeutet das Zeichen [I] eine von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten dominierte Domäne (ein erstes kritisches Verhältnis ist (V/G)₁ oder kleiner), die Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte enthält, das Zeichen [V] bedeutet eine von Leerstellen-Punktdefekten dominierte Domäne (ein zweites kritisches Verhältnis ist (V/G)₂ oder größer), die Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten in einem Ingot enthält, das Zeichen [P] stellt eine perfekte Domäne dar, die keine Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten und keine Agglomerate von Zwischengitter-Punktdefekten enthält ((V/G)₁ bis (V/G)₂). Die an die Domäne [P] angrenzende Domäne [V] enthält eine Domäne [OSF]((V/G)₂ bis (V/G)₃) zur Bildung von OSF-Keimen.
Die perfekte Domäne [P] ist ferner als eine Domäne [P_I] und eine Domäne [P_V] klassifiziert. Die Domäne [P_I] weist ein Verhältnis V/G von (V/G)₁ bis zum kritischen Punkt auf, und die Domäne [P_V] weist ein Verhältnis V/G vom kritischen Punkt bis zu (V/G)₂ auf. Die Domäne [P_I] grenzt nämlich an die Domäne [P_I] an und weist eine Zwischengitter-Silicium-Punktdefektdichte auf, die geringer ist als die geringste Zwischengitter-Silicium-Punktdefektdichte, die Zwischengitter-Versetzungen zu bilden vermag, und die Domäne [P_V] grenzt an die Domäne [V] an und weist eine Leerstellen-Punktdefektdichte auf, die geringer ist als die geringste Leerstellen-Punktdefektdichte, die OSF's zu bilden vermag.
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-Punktdefektdichte 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 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 einem 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.
Wie vorstehend beschrieben, ist außerdem die perfekte Domäne [P] eingeteilt in eine Domäne [P_I] und eine Domäne [P_ν]. Die Domäne [P_V] enthält Leerstellen-Punktdefekte, die sich in der perfekten Domäne [P] nicht zu Agglomeraten entwickelt haben, und die Domäne [P_I] enthält Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte, die sich in der perfekten Domäne [P] nicht zu Agglomeraten entwickelt haben.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Position P₁ bei der Ausführungsform in axialer Richtung des Ingot eine zentrale, von Leerstellen-Punktdefekten dominierte Domäne. Die Position P₃ enthält einen von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten dominierten Ring und eine zentrale perfekte Domäne. Die Position P₂ ist eine vollkommen perfekte Domäne ohne Einschluss von Agglomeraten der Leerstellen-Punktdefekte im Zentrum und auch ohne Einschluss von Agglomeraten der Zwischengitter-Silicium-Punktdefekte am Rand.
Wie aus 3 hervorgeht, enthält der Wafer W₁, entsprechend Position P₁, eine zentrale, von Leerstellen-Punktdefekten dominierte Domäne. Der Wafer W₃, entsprechend Position P₃, enthält einen von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten dominierten Ring und eine zentrale perfekte Domäne. Der Wafer W₂, entsprechend Position P₂, ist eine vollkommen perfekte Domäne, in der die Domänen [P_V] und [P_I] nebeneinander existieren. In einer kleinen, von Leerstellen-Punktdefekten dominierten Domäne ((V/G)₂ bis (V/G)₃ in 1) in der Nachbarschaft der perfekten Domäne werden keine COP und L/D in der Wafer-Oberfläche erzeugt. Allerdings werden OSF's erzeugt, wenn der Wafer W₁ der herkömmlichen OSF-erzeugenden Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei der Wafer W₁ 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. Wie in 4A gezeigt und bei der Ausführungsform beschrieben, wird ein OSF-Ring in der Nachbarschaft des halben Radius des Wafer W₁ erzeugt. Es besteht die Neigung zur Erzeugung von COP in der von Leerstellen-Punktdefekten dominierten Domäne, die von einem solchen OSF-Ring umgeben ist.
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 Defektagglomerate 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.
Der Wafer gemäß der Ausführungsform ist der Wafer W₂, und die Draufsicht darauf ist in 4B gezeigt. Es ist erforderlich, dass der Wafer W₂ eine Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) aufweist, so dass durch die Wärmebehandlung der Ausführungsform Sauerstoff-Abscheidungskeime in einer höheren als einer gewünschten Dichte erzeugt werden.
Anschließend beschreiben wir in der folgenden Beschreibung die Wärmebehandlung des obigen Siliciumwafers W₂. Die Wärmebehandlung des obigen Siliciumwafers W₂ umfasst die Schritte: Halten des Siliciumwafers in einer Stickstoffatmosphäre bei Temperaturen von 600°C bis 850°C 30 bis 90 min oder bei Temperaturen von 600°C bis 850°C 120 bis 250 min unter Erzeugung von Sauerstoff-Abscheidungskeimen, wodurch der Typ eines Wafers erhalten wird, der einen intrinsischen Getter-Effekt ausübt, wenn der Wafer aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen bei 900°C 2 h, 1000°C 0,5 h und 800°C 1,5 h in dieser Reihenfolge unterzogen wird. Das Erwärmen wird vorzugsweise durchgeführt durch Einbringen des Wafers in einen Wärmebehandlungsofen, der bei 600 bis 850°C gehalten wird, mit einer Geschwindigkeit von 50–100°C/min. Das Halten der Temperaturen unterhalb von 600°C oder Haltezeiten, die kürzer sind als 30 min, führen zu einer unzureichenden Zunahme der Sauerstoff-Abscheidungskeime, was dazu führt, dass die BMD-Dichte, die zur Herbeiführung eines IG-Effektes bei Durchführung der Wärmebehandlung während des Verfahrens der Herstellung eines Bauteils durch den Halbleiterhersteller erforderlich ist, zu gering ist. Haltetemperaturen über 850°C führen bei Durchführung des nächsten zweiten Wärmebehandlungsschrittes aufgrund der geringeren Dichte von Sauerstoff-Abscheidungskeimen der Domäne [PI] dazu, dass die BMD-Dichte, die zur Herbeiführung eines IG-Effektes erforderlich ist, zu gering ist. Haltetemperaturen zwischen 600°C und 850°C und eine Haltezeit über 90 min und unter 120 min fuhren dazu, dass die Menge der Sauerstoff-Abscheidungskeimen aufgrund eines Überschusses an Zwischengitter-Punktdefekten, die die Bildung von Sauerstoff-Abscheidungskeimen begleiten, eingeschränkt ist. Eine Haltezeit von 250 min oder länger führt zu einer verminderten Produktivität.
Die obigen Bedingungen der Wärmebehandlung sind in den Bedingungen der Wärmebehandlung zum Bilden einer Polysiliciumschicht auf dem Rücken des Wafers eingeschlossen (d. h. Haltetemperaturen zwischen 650°C + 30°C und Haltezeiten von 5 bis 30 min). Somit kann das Ziel der Ausführungsform der Erfindung durch Bildung einer Polysiliciumschicht gemäß der Ausführungsform der Erfindung erreicht werden. In diesem Fall liegt die Dicke der Polysiliciumschicht im Bereich von 0,1 bis 2,0 μm. Die Menge an Sauerstoff-Abscheidungskeimen in Nähe des mit der Polysiliciumschicht in Kontakt befindlichen Rückens des Wafers wird weiter erhöht. Bei dieser Waferkonfiguration kann übrigens die Polysiliciumschicht so belassen werden, wie sie ist, oder sie kann unter Verwendung einer alkalischen Ätzflüssigkeit, die durch Verdünnen von KOH oder NaOH mit Wasser hergestellt wird, oder einer sauren Ätzflüssigkeit, die durch Verdünnen eines Gemisches von Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure mit Wasser oder Essigsäure hergestellt wird, entfernt werden.
Die obige Wärmebehandlung macht eine Sauerstoff-Donor-Beseitigungsbehandlung, die als einer der Schritte des Waferherstellungsverfahrens vorgesehen ist, unnötig.
[Beispiele]
Im folgenden werden Beispiele der Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
<Beispiel 1>
Bor(B)-dotierte p-Typ-Siliciumingots mit jeweils einem Durchmesser von 8 in. wurden in einem Silicium-Einkristall-Ziehgerät gezogen. Jeder Ingot besaß eine gerade Körperlänge von 1200 mm, eine Kristallorientierung von (100), einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ωcm und eine Sauerstoffkonzentration von 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM). Die Anzahl der Ingots betrug zwei, und sie wurden unter derselben Bedingung unter kontinuierlicher Abnahme von V/G während des Ziehens von 0,24 mm²/min°C auf 0,18 mm²/min°C gezogen. Einer der Ingots wurde in seinem Zentrum in Ziehrichtung, wie in 3 gezeigt, zur Überprüfung der Positionen der entsprechenden Domänen aufgeschnitten. Der andere Ingot wurde in Scheiben geschnitten, um als Prüfkörper einen Siliciumwafer W₂, entsprechend der Position P₂ in 3, bereitzustellen. Der Wafer als Prüfkörper in diesem Beispiel ist der in 4B gezeigte Wafer W₂ und weist eine zentrale Domäne [P_V], eine Domäne [P_I], die die Domäne [P_V] umgibt, und eine Domäne [P_V], die diese Domänen umgibt, auf.
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde durch Erwärmen des Wafers in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 650°C und Halten des Wafers für 30 min wärmebehandelt.
<Beispiel 2>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 650°C mit einer Haltezeit von 90 min durchgeführt wurde.
<Beispiel 3>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 650°C mit einer Haltezeit von 210 min durchgeführt wurde.
<Beispiel 4>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 750°C mit einer Haltezeit von 60 min durchgeführt wurde.
<Beispiel 5>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 750°C mit einer Haltezeit von 90 min durchgeführt wurde.
<Beispiel 6>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 850°C mit einer Haltezeit von 30 min durchgeführt wurde.
<Beispiel 7>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 850°C mit einer Haltezeit von 120 min durchgeführt wurde.
<Vergleichsbeispiel 1>
Der Wafer W₂ wurde aus dem gleichen Ingot wie der Wafer des Beispiels 1 geschnitten, mit der Ausnahme, dass der Hochglanz-polierte Wafer W₂ nicht der Wärmebehandlung unterzogen wurde.
<Vergleichsbeispiel 2>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 650°C mit der Haltezeit von 100 min durchgeführt wurde.
<Vergleichsbeispiel 3>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 750°C mit der Haltezeit von 20 min durchgeführt wurde.
<Vergleichsbeispiel 4>
Der aus dem Ingot geschnittene und anschließend Hochglanz-polierte Wafer W₂ wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt, mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 800°C mit der Haltezeit von 100 min durchgeführt wurde.
<Vergleichsbewertung>
Es wurden jeweils vier Siliciumwafer W₂ der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 hergestellt. Anschließend wurden vier verschiedene Lösungen, die jeweils Fe, Cr, Ni bzw. Cu enthielten, auf die Oberfläche der jeweiligen Wafer mittels Drehbeschichten unter Erhalt von vier vollkommen mit Fe, Cr, Ni bzw. Cu verunreinigten Wafer aufgebracht. Alle verunreinigten Wafer W₂ wurden schrittweisen Wärmebehandlungen bei 900°C 2 h, 1000°C 0,5 h und 800°C 1,5 h, in dieser Reihenfolge, unterzogen. In jedem Wafer war das metallische Element in dem Wafer-Volumen dispergiert. Die Wärmebehandlung nach dem Schritt der Verunreinigung des Wafers wurde auf die gleiche Weise wie bei dem Bauteil-Herstellungsverfahren der Halbleiter-Herstellungsindustrie durchgeführt.

Zur Bestätigung der IG-Effekte der Metall-Verunreinigungen wurden die verunreinigten Wafer bis auf eine Tiefe von etwa 2 um durch eine Secco-Ätzlösung angeätzt. Das Vorliegen oder das Fehlen von Dunst unter einer lichtstarken Lampe wurde nachgewiesen. Die Ergebnisse des Vorliegens oder Fehlens von Dunst bei den Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Zusätzlich sind optische mikroskopische Fotografien des Beispiels 1 in 5A bis 5D gezeigt, während optische mikroskopische Fotografien von Vergleichsbeispiel 1 in 6A bis 6D gezeigt sind. In 5A ist ein Viertel des Fe-verunreinigten Wafers von Beispiel 1 gezeigt. In 6A ist der Fe-verunreinigte Wafer von Vergleichsbeispiel 1 gezeigt. Gleichermaßen zeigen die 5B und 6B, die 5C und 6C und 5D und 6D Viertel der Cr-, Ni- bzw. Cu-verunreinigten Wafer des Beispiels 1 bzw. des Vergleichsbeispiels 1. Tabelle 1

	Wärmebehandlungsbedingung		Vorliegen oder Fehlen von Dunst
	Temperatur (°C)	Zeit (min)	Domäne [P_V]	Domäne [P_I]
Bsp. 1	650	30	fehlt	fehlt
Bsp. 2	650	90	fehlt	fehlt
Bsp. 3	650	210	fehlt	fehlt
Bsp. 4	750	60	fehlt	fehlt
Bsp. 5	750	90	fehlt	fehlt
Bsp. 6	850	30	fehlt	fehlt
Bsp. 7	850	120	fehlt	fehlt
Vergl. 1	-	-	fehlt	vorhanden
Vergl. 2	650	100	fehlt	vorhanden
Vergl. 3	750	20	fehlt	vorhanden
Vergl. 4	800	100	fehlt	vorhanden

* In Tabelle 1, ist "Bsp." eine Abkürzung für "Beispiel", und "Vergl." ist eine Abkürzung für "Vergleichsbeispiel".

Wie aus Tabelle 1, 5A bis 5D, und 6A bis 6D hervorgeht, wird Dunst nur in der Domäne [P_I] der jeweils in Vergleichsbeispiel 1 bis 4 hergestellten Wafer festgestellt. Es wird vermutet, dass die Dichten der Sauerstoff-Abscheidungskeime unter den Wärmebehandlungsbedingungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 gering sind, so dass die IG-Effekte durch die Wärmebehandlung nach der Verunreinigung nicht ausgeübt werden können. Andererseits zeigen die Wafer der Beispiele 1 bis 7 keinerlei Dunst, so dass jeweils eine hohe Dichte an Sauerstoff-Abscheidungskeimen auf der gesamten Oberfläche sowohl in der Domäne [P_V] als auch in der Domäne [P_I] möglich ist, was dazu führt, dass sie ihre IG-Effekte ausüben.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliciumwafers, umfassend die Schritte: Ziehen eines Silicium-Einkristallingot, bestehend aus einer Mischdomäne von [P_V] und [P_I], mit einer Sauerstoffkonzentration von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (alte ASTM) aus einer Siliciumschmelze; In-Scheiben-Schneiden des Ingot zu Siliciumwafern; und Halten des geschnittenen Siliciumwafers in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 850°C für 30 bis 90 min oder 120 bis 250 min unter Erzeugung von Sauerstoff-Abscheidungskeimen, wodurch der Typ eines Wafers erhalten wird, der einen intrinsischen Getter-Effekt ausübt, wenn der Wafer aufeinanderfolgenden Wärmebehandlungen bei 900°C 2 h, 1000°C 0,5 h und 800°C 1,5 h in dieser Reihenfolge unterzogen wird; wobei [P_I] eine Domäne in der Nachbarschaft einer Domäne [I] ist und als perfekte Domäne [P] klassifiziert ist und eine Konzentration von Zwischengitter-Silicium aufweist, die geringer ist als die geringste Konzentration von Zwischengitter-Silicium, die zur Bildung von Zwischengitter-Versetzungen in der Lage ist, und wobei [P_V] eine Domäne in der Nachbarschaft einer Domäne [V] ist und als 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 Teilchen kristallinen Ursprungs oder Fließmusterdefekten in der Lage ist, wobei die Domäne [I] in einem Ingot eine von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten dominierte Domäne ist und Agglomerate von Zwischengit ter-Silicium-Punktdefekten enthält, die Domäne [V] in dem Ingot eine von Leerstellen-Punktdefekten dominierte Domäne ist und Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten enthält, und die perfekte Domäne [P] eine Domäne ist, die keine Agglomerate von Leerstellen-Punktdefekten und keine Agglomerate von Zwischengitter-Silicium-Punktdefekten enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wärmebehandlung eine Wärmebehandlung zur Bildung einer Polysiliciumschicht auf einem Rücken des Siliciumwafers durch chemische Dampfabscheidung ist.
Siliciumwafer, wärmebehandelt durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.