DE102005013831A1

DE102005013831A1 - Siliciumscheibe und Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe

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Publication number: DE102005013831A1
Application number: DE102005013831A
Authority: DE
Inventors: Timo Dr. Müller; Wilfried Von Ammon; Erich Dr. Daub; Peter Dipl.-Ing. Krottenthaler (FH); Klaus Messmann; Friedrich Dr. Passek; Reinhold Wahlich; Johannes Studener; Arnold Dr. Kühhorn
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: KR20060103156A; US20060213424A1; JP2006265096A; TWI310413B; DE102005013831B4; CN1840749A; CN100523313C; US7828893B2; KR100831717B1; TW200643234A; JP4653681B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Siliciumscheibe, die keine epitaktisch abgeschiedene und keine durch Verbinden mit der Siliciumscheibe hergestellte Schicht trägt, mit einer Stickstoff-Konzentration von 1 È 10·13· Atome/cm·3· bis 8 È 10·14· Atome/cm·3·, einer Sauerstoff-Konzentration von 5,2 È 10·17· Atome/cm·3· bis 7,5 È 10·17· Atome/cm·3·, einer BMD-Dichte im Zentrum der Dicke der Siliciumscheibe von 3 È 10·8· cm·-3· bis 2 È 10·10· cm·-3·, einer kumulierten Gesamtlänge aller linearen Vergleitungen von nicht mehr als 3 cm und einer kumulierten Gesamtfläche aller flächig ausgedehnten Vergleitungsbereiche von nicht mehr als 7 cm·2·, wobei die Vorderseite der Siliciumscheibe weniger als 45 stickstoffinduzierte Defekte einer Größe von mehr als 0,13 mum LSE im DNN-Kanal, eine Schicht mit einer Dicke von wenigstens 5 mum, in der nicht mehr als 1 È 10·4· COPs/cm·3· mit einer Größe von wenigstens 0,09 mum auftreten, und eine BMD-freie Schicht mit einer Dicke von mindestens 5 mum aufweist. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Siliciumscheibe, das eine thermische Behandlung der Siliciumscheibe umfasst, während der die Siliciumscheibe mit einem Substrathalter aufliegt, wobei je nach Dotierung der Siliciumscheibe ein bestimmter Substrathaltertyp verwendet wird. Abhängig vom Substrathaltertyp werden die maximalen Aufheizraten so gewählt, dass die Entstehung von Vergleitungen während der thermischen Behandlung sicher vermieden wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Stickstoff dotierte Siliciumscheibe und ein Verfahren zur Herstellung der Siliciumscheibe durch eine thermische Behandlung.

Siliciumeinkristalle, die in der Regel nach dem Czochralski-Tiegelziehverfahren (CZ) oder nach dem tiegelfreien „Float-Zone"-Verfahren (FZ) hergestellt werden, weisen eine Reihe von Verunreinigungen und Defekten auf. Die Einkristalle werden in Scheiben aufgetrennt, einer Vielzahl von Bearbeitungsschritten unterworfen, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erhalten, und schließlich in der Regel zur Herstellung elektronischer Bauelemente verwendet. Werden keine besonderen Vorkehrungen getroffen, so befinden sich die oben genannten Defekte auch an der Oberfläche der Scheiben, wo sie sich negativ auf die Funktion der darauf gefertigten elektronischen Bauelemente auswirken können.

Eine bedeutende Art von Defekten sind die so genannten COPs („crystal originated particles"), Zusammenlagerungen von Vakanzen zu kleinen Hohlräumen mit Größen von typischerweise 50 bis 150 nm. Sie treten nach der Voronkov-Theorie immer auf, wenn das Verhältnis von Ziehgeschwindigkeit und thermischem Gradienten gemessen über der Grenzfläche von Siliciumschmelze und Siliciumstab einen kritischen Wert übersteigt. Man spricht in diesem Fall von einem „vakanzenreich" gezogenen Stab. Die Größe der COPs ist am Rand einer Siliciumscheibe deutlich kleiner als im Zentrum, da der Stabmantel schneller abkühlt als das Stabzentrum und damit die Zeit geringer ist, in der COPs durch Vakanzenagglomeration wachsen können.

Messbar sind diese Defekte mit Hilfe zahlreicher Methoden. Ein Anätzen der Defekte mittels einer SC1-Lösung (NH₃/H₂O₂/H₂O) bei etwa 85 °C für 20 Minuten und anschließende Streulichtmessung ist eine Möglichkeit, die COPs auf der Scheibenoberfläche zu untersuchen. Auch das Anätzen der Defekte mittels einer Secco-Ätze für 30 Minuten bei einem Siliciumabtrag von etwa 30 μm und nachfolgende Auszählung erlaubt die Ermittlung dieser Defekte. Zählt man die Defekte, die eine sog. „Fahne" besitzen, so bezeichnet man diese als FPD („flow pattern defects"). Als Resultat erhält man eine FPD-Dichte pro Flächeneinheit, die sich unter Berücksichtigung des Materialabtrags bei der vorbereitenden Ätze in eine Dichte pro Volumeneinheit umrechnen lässt. Die gleichen Defekte lassen sich auch mittels IR-LST („infra-red light scattering tomography") messen, bei der ein Nd-YAG-Laserstrahl an den Defekten in der Siliciumscheibe gestreut wird und das Streulicht in einem Winkel von 90° zum Laserstrahl detektiert wird. Die Defekte werden nach dieser Messmethode als LSTD-Defekte bezeichnet. Ein kommerzielles Messgerät nach diesem Prinzip wird beispielsweise von der Fa. Mitsui, Japan, vertrieben (Gerätebezeichnung MO6) und vermag COPs bis zu einer Tiefe von 6 μm bis zu einem minimalen Durchmesser von 35 nm zu detektieren.

Im Weiteren werden alle diese historisch verschieden bezeichneten aber aus dem gleichen physikalischen Prinzip der Vakanzenagglomeration herrührenden Defekte als COPs bezeichnet.

Im Stand der Technik sind Verfahren zur thermischen Behandlung von Siliciumscheiben bekannt, die die COP-Dichte in einer oberflächennahen Schicht deutlich reduzieren und zu einer sog. „COP-freien Zone" an der Oberfläche führen.

Im Stand der Technik ist auch bekannt, einen Siliciumeinkristall während seiner Herstellung mittels des Tiegelziehverfahrens nach Czochralski mit Stickstoff zu dotieren. Die Dotierung mit Stickstoff verschiebt laut EP 829559 A1 die Defektgrößenverteilung zu Gunsten kleinerer Defekte. Aus EP 1087042 A1 ist bekannt, dass eine Dotierung mit Stickstoff dazu führt, dass beim Kristallziehen nicht oktaedrische, sondern längliche oder plättchenförmige COPs entstehen.

Weiterhin ist aus den genannten Dokumenten bekannt, die mit Stickstoff dotierte Siliciumscheibe einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur über 1000 °C unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre, beispielsweise Wasserstoff oder Argon oder einer Mischung davon, zu unterziehen, um eine Schicht an der Oberfläche der Scheibe von COPs zu befreien. Die Schicht an der Oberfläche, in der die COP-Dichte auf wenigstens die Hälfte des Werts vor der thermischen Behandlung reduziert wird, hat laut EP 1087042 A1 eine Dicke von wenigstens 0,5 μm.

Es ist weiterhin bekannt, dass eine Stickstoff-Dotierung der Bildung von Sauerstoffpräzipitaten („Bulk Micro Defects" = BMDs) förderlich ist, da der Stickstoff die Keimbildung für diese Defektart verstärkt. Eine genügend hohe BMD-Dichte von typischerweise 5·10⁸ bis 2·10¹⁰ cm³, bevorzugt in der gesamten Scheibendicke, aber mindestens in der Umgebung der bauteilaktiven Zone ist notwendig, um die so genannte Getterung von Metallatomen im Inneren der Siliciumscheibe zu ermöglichen. Nur dadurch ist es möglich, die oberflächennahe Schicht, in der später Bauelemente hergestellt werden sollen, von unerwünschten Metallverunreinigungen frei zu halten.

Ein weiterer Vorteil der Stickstoff-Dotierung ist die dadurch erreichbare größere Härte der Siliciumscheibe, wodurch die Bildung von Vergleitungen während der thermischen Behandlung wirksam vermieden werden kann. Insbesondere ab einer Stickstoff-Konzentration von 8·10¹⁴ Atome/cm³ tritt dieser erwünschte und im Stand der Technik ausgenutzte Effekt auf (T. Müller et al. in: Semiconductor Silicon 2002 (9^th International Symposium), H. R. Huff, L. Fabry und S. Kishino (Eds.), The Electrochemical Society Proceedings Vol. 2002-2, 194-201). Die Stickstoff-Dotierung führt zu einer Erhöhung des Upper Yield Stress (τ_UY). Dieser Materialparameter gibt an, welche Scherspannung mindestens aufgewendet werden muss, um einen Festkörper nicht nur elastisch reversibel, sondern plastisch irreversibel zu verformen. Ist der Upper Yield Stress durch die Dotierung mit Stickstoff erhöht, tritt eine plastische Verformung der Siliciumscheibe, d. h. die Ausprägung von Vergleitungen, erst bei größeren angelegten Scherspannungen auf. Dieser Effekt konnte sowohl für tiegelfrei gezogenes FZ-Silicium als auch für CZ-Silicium gezeigt werden (H. D. Chiou et al., VLSI Sci. And Tech., ECS, Pennington, 59, 1984).

Die thermische Behandlung von Siliciumscheiben zur Auflösung oberflächennaher COPs findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 1100 °C und 1300 °C für eine Dauer von 30 Minuten bis drei Stunden statt. Meist wird dafür ein Vertikalofen eingesetzt, in dem eine Vielzahl von Siliciumscheiben parallel übereinander mit einem definierten Abstand voneinander gleichzeitig behandelt werden. Die Siliciumscheiben werden in einer Haltevorrichtung, dem sog. „Boot", gelagert, wobei jede Siliciumscheibe einzeln auf einer Auflage, dem Substrathalter, liegt. Derartige Boote sind beispielsweise in GB 2273551 , US 6065615 oder US 6133121 beschrieben. Substrathalter sind beispielsweise in US2004/0040632A1 oder WO2004/090967A1 beschrieben. Das Boot befindet sich während der thermischen Behandlung in einer meist zylindrischen Prozesskammer, die von der Mantelfläche her beheizt wird.

Durch die Beheizung von der Mantelfläche der Prozesskammer her bildet sich beim Aufheizen und Abkühlen ein Temperaturunterschied zwischen Rand und Zentrum jeder Siliciumscheibe aus. Durch die damit verbundene unterschiedliche thermische Expansion beim Aufheizen bzw. Kontraktion beim Abkühlen entstehen thermische Spannungen. Außerdem führt das Eigengewicht der Siliciumscheibe im Zusammenspiel mit dem Substrathalter zu gravitativ induzierten Spannungen. Überschreitet die Summe beider Spannungsanteile den Upper Yield Stress der Siliciumscheibe, treten unerwünschte Vergleitungen auf, die die Ausbeute bei der Herstellung elektronischer Bauelemente reduzieren, da sich beispielsweise Metallverunreinigungen bevorzugt an diesen Kristallfehlern anlagern.

Je größer der Durchmesser der Siliciumscheiben, desto größer ist auch das Eigengewicht pro Flächeneinheit und damit die gravitativ induzierten Spannungen. Dieser Nachteil wird nicht durch eine entsprechende Zunahme der Scheibendicke kompensiert. Ebenfalls führt der größere Abstand zwischen der beheizten Mantelfläche der Prozesskammer und dem Scheibenzentrum bei größerem Scheibendurchmesser zu höheren thermischen Spannungen. Aus diesen Gründen steigt die Gefahr der Vergleitungsbildung bei Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und mehr deutlich gegenüber den früher üblichen Siliciumscheiben mit maximal 200 mm Durchmesser. Eine einfache Anpassung der bei kleineren Scheibendurchmessern gewonnenen Konzepte zur Unterdrückung der Vergleitungsbildung ist deshalb ebenfalls nicht möglich.

Daher ist die Dotierung mit Stickstoff ein in der Produktion von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 200 mm oder mehr übliches Verfahren, um eine Vergleitung der Scheiben bei hohen Prozesstemperaturen zu vermeiden. Insbesondere für die der Auflösung oberflächennaher COPs dienende thermische Behandlung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ist dieser Effekt von großer technischer Bedeutung, da dadurch eine signifikant höhere Ausbeute erzielt werden kann.

Wie oben dargestellt, ist eine Dotierung mit Stickstoff aus mehreren Gründen vorteilhaft. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die thermische Behandlung einer mit Stickstoff dotierten Siliciumscheibe zu zusätzlichen Defekten auf ihrer Oberfläche führt. Da zukünftige Bauteilgenerationen eine Strukturierung im Nanometerbereich erfordern, führen diese Defekte zu Bauteilfehlern wie z. B. zu Lithographiedefekten oder zu einer Verschlechterung des so genannten GOI-Werts („Gate Oxide Integrity") des Transistor-Gateoxids. Das Auftreten dieser Defekte muss daher so weit wie möglich vermieden werden.

Andererseits kann aus den oben genannten Gründen in vielen Fällen nicht auf eine Dotierung mit Stickstoff verzichtet werden. Daher führen alle im Stand der Technik bekannten thermisch behandelten Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm zu einer vergleichsweise geringen Ausbeute an funktionsfähigen elektronischen Bauelementen, wenn diese unter Anwendung der fortgeschrittensten Bauelemente-Technologien hergestellt werden. Dieses Problem wird durch die Erfindung gelöst.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Siliciumscheibe, die keine epitaktisch abgeschiedene und keine durch Verbinden mit der Siliciumscheibe hergestellte Schicht trägt, mit einer Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, einer Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³, einer BMD-Dichte im Zentrum der Dicke der Siliciumscheibe von 3. 10⁸ cm^–3 bis 2·10¹⁰ cm^–3, einer kumulierten Gesamtlänge aller linearen Vergleitungen von nicht mehr als 3 cm und einer kumulierten Gesamtfläche aller flächig ausgedehnten Vergleitungsbereiche von nicht mehr als 7 cm², wobei die Vorderseite der Siliciumscheibe weniger als 45 stickstoffinduzierte Defekte einer Größe von mehr als 0,13 μm LSE im DNN-Kanal, eine Schicht mit einer Dicke von wenigstens 5 μm, in der nicht mehr als 1.10⁴ COPs/cm³ mit einer Größe von wenigstens 0,09 μm auftreten, und eine BMD-freie Schicht mit einer Dicke von mindestens 5 μm aufweist.

Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe weist eine Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ auf. Als Sauerstoff-Konzentration wird hierbei die gesamte Sauerstoff-Konzentration betrachtet, die sowohl interstitiellen Sauerstoff als auch präzipitierten Sauerstoff umfasst. Diese gesamte Sauerstoff-Konzentration entspricht der vor der thermischen Behandlung vorhandenen interstitiellen Sauerstoff-Konzentration.

Vorzugsweise liegt die Stickstoff-Konzentration bei höchstens 6·10¹⁴ Atome/cm³, besonders bevorzugt bei höchstens 4·10¹⁴ Atome/cm³, um die Entstehung von stickstoffinduzierten Defekten während der thermischen Behandlung sicher auszuschließen.

Vorzugsweise hat die Siliciumscheibe einen Durchmesser von 300 mm oder größer, insbesondere bis zu 450 mm.

Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass die Gesamtlänge aller ggf. in der Siliciumscheibe auftretenden linearen, nicht flächig ausgedehnten Vergleitungen 3 cm, bevorzugt 1 cm, nicht überschreitet. Derartige lineare Vergleitungen sind in der schematischen Darstellung der 8 mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Außerdem überschreitet die Gesamtfläche aller ggf. in der Siliciumscheibe auftretenden flächig ausgedehnten Vergleitungsbereiche nicht eine Größe von 7 cm², bevorzugt von 2 cm². In 8 ist ein derartiger flächiger Vergleitungsbereich 22 schematisch dargestellt. Die kumulierte Gesamtlänge oder Gesamtfläche der Vergleitungen ist die Summe der Längen bzw. Flächen aller einzelnen Vergleitungen. Vergleitungen bzw. ihre Länge oder Fläche sind mit einer Röntgentopographiemessung (XRT) oder einer elastischen Spannungsmessung (SIRD, „scanning infrared depolarization", Firma JenaWave, Jena, Deutschland) nachweisbar.

Die BMD-Dichte im Zentrum der Dicke der Siliciumscheibe kann beispielsweise mit einem Infrarot-Oxid-Präzipitat-Zähler des Typs MO4 der Firma Mitsui, Japan gemessen werden. Die Anzahl der stickstoffinduzierten Defekte mit einer Größe von mehr als 0,13 μm LSE („latex sphere equivalent") im DNN-Kanal wird durch Lichtstreumessung bestimmt. Weiter unten ist beschrieben, wie diese Defekte von anderen Defektarten unterschieden werden können.

An der Oberfläche ihrer Vorderseite weist die erfindungsgemäße Siliciumscheibe eine BMD-freie Schicht mit einer Dicke von 5 μm, bevorzugt 8 μm, besonders bevorzugt aber von 15 μm auf. Die Vorderseite ist die Seite der Siliciumscheibe, die für die Herstellung elektronischer Bauelemente vorgesehen ist. Die Dicke der BMD-freien Zone wird beispielsweise bestimmt, indem eine Bruchkante erzeugt, diese mit einer geeigneten Ätzlösung (beispielsweise einer verdünnten Wright-Ätzlösung für eine Dauer von ca. 20 Minuten) behandelt und anschließend unter einem optischen Mikroskop betrachtet wird.

Erfindungsgemäß weist die Vorderseite der Siliciumscheibe neben der BMD-freien Schicht zusätzlich eine Schicht mit einer Dicke von wenigstens 5 μm, bevorzugt 10 μm, auf, in der nicht mehr als 1·10⁴ COPs/cm³ mit einer Größe von wenigstens 0,09 μm auftreten.

Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe eignet sich aufgrund der sehr geringen Defektdichten hervorragend zur Herstellung elektronischer Bauelemente und führt zu deutlich gesteigerten Ausbeuten.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren im Detail beschrieben:

1 zeigt ein mittels AFM („atomic force microscopy") ermitteltes Tiefenprofil eines typischen stickstoffinduzierten Defekts auf einer Siliciumscheibe gemäß dem Stand der Technik.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Substrathalter, der die Form eines geschlossenen Rings aufweist.

3 zeigt einen erfindungsgemäßen Substrathalter, der die Form eines geschlossenen Rings aufweist, mit einer zusätzlichen Auflagefläche im Zentrum des Rings.

4 zeigt einen erfindungsgemäßen Substrathalter, der die Form einer Platte aufweist.

5 stellt schematisch das Prinzip der Messung des Upper Yield Stress von Silicium dar.

6 zeigt die mittels hoch aufgelöster elastischer Spannungsmessung ermittelte Verteilung der Vergleitungen einer Siliciumscheibe gemäß dem Stand der Technik mit einem Durchmesser von 300 mm.

7 zeigt ein der 6 entsprechendes Messergebnis, jedoch für eine erfindungsgemäße Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm.

8 zeigt schematisch eine Verteilung linearer Vergleitungen und flächig ausgedehnter Vergleitungsbereiche auf einer Siliciumscheibe.

9 zeigt die Häufigkeit stickstoffinduzierter Defekte nach einer erfindungsgemäßen thermischen Behandlung.

10 zeigt das Nichtauftreten eines flächigen zentrierten COP-Gebiets mittels Lichtstreumessung (SP1) auf einer Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm, die erfindungsgemäß thermisch behandelt und anschließend einer Politur mit einem Abtrag von 10 μm unterworfen wurde.

Die zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen haben zur Entdeckung und Charakterisierung des bisher nicht bekannten Defekttyps der sog. „stickstoffinduzierten Defekte" geführt. Dieser Defekttyp tritt auf der Oberfläche von Siliciumscheiben auf, die mit Stickstoff dotiert sind und die einer thermischen Behandlung unterworfen wurden. Es handelt sich dabei um ringförmig oder flächig auf der Oberfläche der Siliciumscheibe angeordnete Defekte, deren Charakterisierung unten im Detail beschrieben wird.

Stickstoffinduzierte Defekte lassen sich beispielsweise im „Dark Field Narrow normal incident"-Kanal des Oberflächeninspektionssystems SP1 der Firma KLA-Tencor, USA, detektieren und aufgrund ihres charakteristischen Verhaltens bei winkelaufgelösten Streulichtuntersuchungen eindeutig von anderen Defekten unterscheiden. Diese Defekte erscheinen ebenfalls im Topographiebild eines Rasterkraftmikroskops als bis zu 3 μm ausgedehnte, sehr flache Vertiefungen mit einer Tiefe von bis zu 5 nm.

Bei der winkelaufgelösten Streulichtmessung wird mit einem gut fokussierten Laserstrahl die Oberfläche der Siliciumscheibe abgerastert. Trifft der Laserstrahl auf einen Defekt, streut dieser Licht auch in Raumwinkel, in welche bei idealer Oberfläche kein Licht reflektiert wird. Die Detektion des gestreuten Lichts erfolgt dementsprechend in dem ansonsten „dunklen" Raumwinkel-Bereich. Man spricht daher von Dunkelfeldmessung.

Die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung des gestreuten Lichts ist charakteristisch für unterschiedliche Defekttypen. Dies gilt auch für den neu entdeckten stickstoffinduzierten Defekt. Dieser Defekt unterscheidet sich signifikant von Defekttypen wie COPs, Partikeln und strukturellen epitaktischen Defekten. Der stickstoffinduzierte Defekt streut bei senkrechtem Lasereinfall in Raumwinkel nahe der Probennormale, wogegen kaum Licht unter größeren Winkeln zu beobachten ist.

Das Oberflächeninspektionssystem KLA-Tencor SP1 weist zwei Dunkelfelddetektoren auf, einen davon nahe der Probennormalen, den so genannten Dark Field Narrow (DN). Der zweite, Dark Field Wide (DW), detektiert Licht, das in größeren Winkel gestreut wird. Diese Kanäle sind daher in der Lage, die charakteristische Lichtstreuung der Defekte zu detektieren. Beim stickstoffinduzierten Defekt führt das dazu, dass der Defekt im DN-Kanal bei senkrechtem („normal" = N) Lichteinfall, also im DNN-Kanal detektiert, im DWN-Kanal jedoch nicht beobachtet wird.

Die beobachtete Lichtintensität wird bei dieser Art von Messung in ein Größenäquivalent, das LSE („latex sphere equivalent") umgerechnet. Für den stickstoffinduzierten Defekt ergibt sich eine Streugröße von bis zu 0,2 μm LSE im DNN wobei im DWN auch bei einer Empfindlichkeit von 0,1 μm LSE noch kein Signal aufgezeichnet wird. Das Verhältnis der Streugrößen von DNN und DWN für diesen Defekt ist also größer als 2,0. Dieses Verhältnis kann als ein Merkmal des Defekttyps betrachtet werden. Die Verhältnisse der Lichtstreugrößen für andere bekannte Defekte unterscheiden sich deutlich vom stickstoffinduzierten Defekt (siehe Tabellen 1 und 2).

Tabelle 1

Tabelle 2

Das Messgerät KLA-Tencor SP1 erlaubt eine Variation des Einfallswinkels des Laserlichts. Neben dem senkrechten Lichteinfall kann die Probe auch mit schräg („oblique" = 0) einfallendem Licht vermessen werden. Die Kanäle DN und DW werden dann als DNO und DWO bezeichnet. Auch in diesem Modus zeigt sich die einzigartige Streucharakteristik des stickstoffinduzierten Defekts, denn weder im DNO noch im DWO ist der Defekt bei Empfindlichkeiten von 0,1 μm LSE und 0,075 μm LSE zu detektieren.

Dementsprechend sind die Lichtstreugrößenverhältnisse DNN/DNO > 2,0 und DNN/DWO > 2,7. Dies ist wiederum ein eindeutiges Kennzeichen dieses Defekts. Die Lichtstreugrößen sowie die Verhältnisse der Lichtstreugrößen der stickstoffinduzierten Defekte sind Kriterien, die diesen Defekttyp eindeutig identifizieren. Die genannte charakteristische Kombination der Lichtstreugrößen und Lichtstreugrößenverhältnisse zeigt lediglich eine Überschneidung zu den strukturellen epitaktischen Defekten, die aber bei einer erfindungsgemäßen thermisch behandelten Siliciumscheibe, die keine epitaktische Schicht trägt, nicht auftreten können.

Erfindungsgemäß sind stickstoffinduzierte Defekte somit als Oberflächendefekte auf einer Siliciumscheibe, die keine epitaktische Schicht trägt, definiert, die durch Lichtstreumessung, beispielsweise mit dem Oberflächeninspektionssystem KLA-Tencor SP1, detektiert werden können und die die in Tabelle 1 angegebenen Lichtstreugrößen und gleichzeitig die in Tabelle 2 angegebenen Lichtstreugrößenverhältnisse aufweisen.

Die stickstoffinduzierten Defekte lassen sich auch mit anderen Methoden, beispielsweise AFM („atomic force microscopy"), nachweisen. So findet man exakt an den durch die Streulichtmessung ermittelten Defektpositionen bei der AFM-Messung längliche Vertiefungen in der Oberfläche. 1 zeigt als Ergebnis einer derartigen AFM-Messung das Tiefenprofil eines typischen stickstoffinduzierten Defekts entlang einer Geraden, die entlang der kurzen Achse (= „Breite") des Defekts durch die Stelle seiner größten Tiefe verläuft. Die Breite w_D des Defekts beträgt 0,99 μm, seine Tiefe d_D 4 nm. Wertet man die charakteristischen Größen Tiefe, Länge und Breite aus, so kann man Aspektverhältnisse (Länge/Tiefe bzw. Breite/Tiefe) ermitteln, die ebenfalls für stickstoffinduzierte Defekte charakteristisch sind, siehe Tabelle 3.

Tabelle 3

Die zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen haben ergeben, dass ein enger Zusammenhang zwischen der Stickstoffdotierung und dem Auftreten stickstoffinduzierter Defekte nach einer thermischen Behandlung besteht – daher wurde für den neu entdeckten Defekttyp dieser Name gewählt. Dieser Zusammenhang ist in Tabelle 4 dargestellt. Unter einem Schwellwert der Stickstoff-Konzentration [N] von ca. 8·10¹⁴ Atome/cm³ treten praktisch keine stickstoffinduzierten Defekte auf. Ab dem Schwellwert erfolgt mit steigender Stickstoff-Konzentration ein starker monotoner Anstieg der Anzahl der stickstoffinduzierten Defekte. Die Messung der Defektdichte erfolgte, nachdem die Siliciumscheiben eine Stunde bei 1200 °C in 100 % Argon thermisch behandelt wurden. Die in Tabelle 4 angegebenen Werte beziehen sich auf die Gesamtzahl stickstoffinduzierter Defekte auf der gesamten Vorderseite einer Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 200 mm.

Tabelle 4

Als Ursache für die Entstehung stickstoffinduzierter Defekte kann aufgrund der typischen Oberflächendichte folgendes angenommen werden: COPs besitzen bei einer Stickstoff-Konzentration von mehr als etwa 8·10¹⁴ Atome/cm³ eine stark anisotrope Morphologie, d. h. sie weisen keine oktaedrische Form auf wie bei geringen Stickstoff-Konzentrationen, sondern die Form von Stäbchen. Die Auflösung der oberflächennahen COPs während der thermischen Behandlung und der Auffüllungsprozess auf atomarer Ebene lassen eine muldenförmige Vertiefung zurück, die – wie der COP, aus dem sie entstanden ist – immer in Richtung der kristallographischen Hauptachsen orientiert ist.

Eine weitere Ursache ist in der unzureichenden Auflösung sog. sauerstoffinduzierter Stapelfehler („oxygen induced stacking faults", OSF) während der thermischen Behandlung zu sehen. OSFs sind als große Oxid-Präzipitate anzusehen. Diese treten als eine ringförmig zentrierte Defektregion auf, deren Ringbreite und Ringdurchmesser entscheidend von der Höhe der Stickstoffdotierung und der Kristall-Ziehgeschwindigkeit beim Czochralski-Verfahren abhängt. Technologisch ist es nicht möglich, dieses Gebiet bei höheren Stickstoff-Konzentrationen durch Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit an den äußeren Scheibenrand zu drücken. Messungen mittels SP1 zeigen wiederum eine erhöhte Dichte stickstoffinduzierter Defekte in diesem OSF-Ring-Gebiet, wenn die Stickstoff-Konzentration einen Wert von 8·10¹⁴ Atome/cm³ überschreitet. Aufgrund der großen lateralen Ausdehnung der OSFs und der begrenzten Oberflächen-Diffusionsgeschwindigkeit der Siliciumatome bleibt im Bereich des während der thermischen Behandlung aufgelösten Defekts ebenfalls eine flache Mulde übrig.

Um die Bildung stickstoffinduzierter Defekte zu unterdrücken, muss deshalb die Stickstoff-Konzentration auf einen Wert von höchstens 8·10¹⁴ Atome/cm³, bevorzugt 6·10¹⁴ Atome/cm³, besonders bevorzugt 4·10¹⁴ Atome/cm³ beschränkt werden. Verfahren zur Herstellung eines mit Stickstoff dotierten Silicium-Einkristalls, aus dem derartige Siliciumscheiben hergestellt werden können, sind beispielsweise in EP 1087042 A1 (Absatz 36) oder EP 1081254 A1 beschrieben. Durch die Beschränkung der Stickstoff-Konzentration kann zwar einerseits die Entstehung stickstoffinduzierter Defekte wirkungsvoll vermieden werden, andererseits wird die Siliciumscheibe aber empfindlich gegenüber während der thermischen Behandlung entstehenden Vergleitungen.

Um die Anfälligkeit verschieden dotierten Siliciums gegenüber Vergleitungen zu quantifizieren, wurden von den Erfindern Messungen des Upper Yield Stress durchgeführt. Bislang waren für den Temperaturbereich über 1000 °C keine Daten für den Upper Yield Stress von Silicium verfügbar. Die Messungen wurden mit einem Aufbau durchgeführt, wie er in 5 dargestellt ist. Ein 5 mm dicker und 20 cm langer zylinderförmiger Stab 1 aus dem zu testenden Silicium-Material wird mittels einer aus Siliciumcarbid bestehenden Küvette 2 auf die Messtemperatur gebracht. Die Heizung der Küvette 2 durch eine Induktionsspule 3 ermöglicht eine homogene Erwärmung des Silicium-Stabs 1. Durch Anlegen einer Dehnungskraft 4 an beiden Enden des Silicium-Stabs 1 wird eine Dehnung bevorzugt in der Stabregion mit der höchsten Temperatur hervorgerufen. Die Belastung kann beispielsweise in einer Universal-Spindelprüfmaschine mit einer 5-kN-Kraftmessdose erfolgen. An der Stelle der höchsten Temperatur wird zugleich die Längenänderung 5 als auch die Temperatur gemessen. Für die Dehnungsmessung kann z. B. ein wassergekühltes Dehnungsaufnehmersystem verwendet werden. Die speziellen Abgriffarme bestehen wegen der hohen Temperatur vorzugsweise aus Aluminiumoxid. Die Messlänge des Aufnehmersystems beträgt beispielsweise 25 mm mit einer Andruckkraft im Bereich von 1 N bis 5 N. Die Temperaturmessung erfolgt beispielsweise mit einem Quotientenpyrometer (nicht dargestellt) durch Langlöcher 6 der Küvette 2 auf der heißen Probenoberfläche.

Die Ergebnisse einer temperaturabhängigen Messreihe an Silicium mit einer Stickstoff-Konzentration von 1,3·10¹⁴ Atome/cm³ sind in Tabelle 5 wiedergegeben. Bei den für die thermische Behandlung zur Ausheilung von COPs üblichen Temperaturen T von über 1100 °C fällt der Upper Yield Stress τ_UY von Silicium drastisch ab.
Tabelle 5
Auch die Konzentration von Dotierstoffen hat Einfluss auf den Upper Yield Stress τ_UY der Siliciumscheibe, wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist. Die Werte wurden bei einer Temperatur von 1200 °C bestimmt. Die in der Tabelle angegebenen Werte für den spezifischen elektrischen Widerstand R wurden durch Dotierung mit Bor eingestellt. Die Stickstoff-Konzentration [N] und die Bor-Konzentration (letztere durch den spezifischen Widerstand R ausgedrückt) haben großen Einfluss auf den Upper Yield Stress.
Dagegen wirkt sich eine Änderung der Konzentration an interstitiellem Sauerstoff [O_i] in dem für CZ-Silicium üblichen Bereich kaum auf den Upper Yield Stress aus.
Tabelle 6
Aufgrund der starken Abhängigkeit des Upper Yield Stress von der Stickstoff-Konzentration konnten Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und einem geringen Stickstoff-Gehalt gemäß dem Stand der Technik nicht einer thermischen Behandlung bei hohen Temperaturen unterworfen werden, ohne beträchtliche Schädigungen des Kristallgitters durch die Bildung von Vergleitungen in Kauf zu nehmen. Letztere reduziert die Ausbeute an thermisch behandelten, für die Herstellung elektronischer Bauelemente geeigneten Siliciumscheiben annähernd auf Null.
Erfindungsgemäße Siliciumscheiben, insbesondere mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr, werden hergestellt, indem Siliciumscheiben mit definierten Eigenschaften einer thermischen Behandlung in einem Vertikalofen (beispielsweise Serie A412 von Firma ASM, Niederlande) unterworfen werden. Während der thermischen Behandlung werden die Siliciumscheiben auf Substrathaltern gelagert, die vorzugsweise aus Siliciumcarbid bestehen und möglichst geringe Biegespannungen in der Siliciumscheibe erzeugen. Weiterhin sollten diese Substrathalter vorzugsweise eine möglichst geringe thermische Masse besitzen, um während der thermischen Behandlung hohe Aufheiz- und Abkühlraten zu ermöglichen. Weiterhin sollte das verwendete Substratmaterial vorzugsweise möglichst wenig mit Metallen verunreinigt sein. Dies kann z. B. durch die Verwendung von so genanntem „solid CVD"-Siliciumcarbid erzielt werden, das beispielsweise von der Firma Mitsui, Japan angeboten wird. Ebenso möglich ist die Verwendung von gesintertem Siliciumcarbid, das mit einer 20 bis 200 μm dicken Schicht aus solid CVD"-Siliciumcarbid beschichtet ist. Derartiges Material wird beispielsweise von Toshiba Ceramics, Japan, angeboten.
Erfindungsgemäß werden ebene Substrathalter verwendet, die einen Außendurchmesser aufweisen, der wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der zu behandelnden Siliciumscheiben. Die Siliciumscheibe liegt erfindungsgemäß somit bis zum Scheibenrand auf dem Substrathalter auf. Der Durchmesser der Substrathalter ist vorzugsweise um 0 bis 2 mm größer als der Durchmesser der zu behandelnden Siliciumscheiben.
Um die Entstehung von Vergleitungen durch ein Aufliegen der Siliciumscheibe auf inneren Kanten oder lokalen Erhebungen der Substrathalter zu vermeiden, muss der Substrathalter erfindungsgemäß eine Ebenheit mit Abweichungen bezogen auf eine Ausgleichsebene von 0,05 mm bis 0,5 mm über die gesamte Fläche der Substrathalter aufweisen, wobei Abweichungen von weniger als 0,3 mm bevorzugt und von weniger als 0,15 mm besonders bevorzugt sind. Erfindungsgemäß wird die Dicke des Substrathalters abhängig vom Typ und vom Material an die erforderliche Ebenheit angepasst.
Aufgrund der Reaktivität der nicht oxidierten Silicium-Oberfläche bei hohen Temperaturen sollte die Gefahr einer irreversiblen Adhäsion durch Bildung chemischer Bindungen zwischen den Silicium-Atomen der Siliciumscheibe und des Substrathalters vermieden werden. Um dies zu gewährleisten, ist die Einstellung eines vorgegebenen Rauhigkeitswerts R_a Zweckmäßig. Experimente haben gezeigt, dass Rauhigkeiten R_a von 0,15 μm bis 0,5 μm bevorzugt und von 0,25 μm bis 0,4 μm besonders bevorzugt sind.
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf Substrathalter aus Siliciumcarbid, die die genannten zur Vermeidung von Vergleitungen nötigen Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß werden zur thermischen Behandlung unterschiedliche, an die Eigenschaften der Siliciumscheiben angepasste Substrathalter verwendet, die sich in ihrer thermischen Masse und in den in der Siliciumscheibe verursachten gravitativ induzierten Spannungen unterscheiden. Durch Finite-Elemente-Berechnungen lassen sich die gravitativ induzierten Spannungen abschätzen. Das Ergebnis ist für drei erfindungsgemäße Typen von Substrathaltern für die thermische Behandlung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm in Tabelle 7 wiedergegeben.
Tabelle 7
Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, haben die zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen gezeigt, dass die maximale Biegespannung vom geschlossen-ringförmigen Substrathalter über den geschlossen-ringförmigen Substrathalter mit zusätzlicher Auflagefläche im Zentrum des Rings zum plattenförmigen Substrathalter hin abnimmt. Ein plattenförmiger Substrathalter zeigt diesbezüglich das günstigste Verhalten, hat aber den Nachteil einer höheren thermischen Masse.
Der Substrathalter wird erfindungsgemäß an die Anfälligkeit der zu behandelnden Siliciumscheiben gegenüber Vergleitungen angepasst. Erfindungsgemäß werden Substrathalter verwendet, die bei den zu behandelnden Siliciumscheiben bei den dafür gewählten Aufheiz- und Abkühlraten keine Vergleitungen verursachen. Da eine höhere thermische Masse der Substrathalter mit niedrigeren Aufheiz- und Abkühlraten und daher mit längeren Prozesszeiten einhergeht, die wiederum die Kosten für die thermische Behandlung erhöhen, wird vorzugsweise immer der Substrathalter-Typ mit der niedrigsten thermischen Masse eingesetzt, der noch ein vergleitungsfreies Prozessieren erlaubt. Durch Verwendung angepasster Substrathalter, die die gravitativ induzierten Spannungen verschieden stark reduzieren, kann man auf Kosten unterschiedlich stark verlängerter Prozesszeiten alle Typen von unterschiedlich dotierten Siliciumscheiben einer thermischen Behandlung unterwerfen, die nicht zu Vergleitungen führt, und gleichzeitig eine möglichst kurze Prozessdauer sicherstellen.
Zur Herstellung erfindungsgemäßer Siliciumscheiben werden vorzugsweise Siliciumscheiben mit einer Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, bevorzugt von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 6·10¹⁴ Atome/cm³, und einer interstitiellen Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ als Ausgangsmaterial verwendet. Die Stickstoff-Konzentration wird in Kombination mit der Dauer der thermischen Behandlung so gewählt, dass die gewünschte Dicke der COP-freien Zone erreicht werden kann. Diese Siliciumscheiben werden erfindungsgemäß einer thermischen Behandlung in einem Vertikalofen unterworfen, wobei eine Vielzahl von parallel übereinander angeordneten Siliciumscheiben gleichzeitig für 30 Minuten bis 3 Stunden auf einer Temperatur im Bereich von 1100 °C bis 1300 °C, bevorzugt im Bereich von 1150 °C bis 1230 °C, gehalten werden. Der vertikale Abstand („pitch") der Substrathalter beträgt für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise 7,5 bis 15 mm, besonders bevorzugt 10 bis 13 mm, gerechnet von Auflagefläche zu Auflagefläche.
Die thermische Behandlung wird in allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise wie folgt durchgeführt: Die Siliciumscheiben werden bei einer typischen Beladetemperatur von 400 bis 600 °C in einem zweistufigen Vorgang in die Prozesskammer geladen. Dazu wird der Substrathalter mittels eines Rückseiten-Endeffektors von unten an die zu beladende Scheibe herangeführt. Diese lagert auf drei konzentrisch angeordneten Haltepins, welche beim Beladevorgang abgesenkt werden. Siliciumscheibe und Substrathalter werden anschließend gemeinsam in das Boot geladen.
Danach wird die Prozesskammer mit einer vorgegebenen Aufheizrate aufgeheizt bis zum Erreichen einer vorgegebenen Zieltemperatur (erfindungsgemäß zwischen 1100 °C und 1300 °C). Vorzugsweise beträgt die Aufheizrate bei Temperaturen von bis zu 800 °C maximal 20 °C/Minute und im Temperaturbereich von 800 °C bis 900 °C maximal 10 °C/Minute, bevorzugt 8 °C/Minute. Im Temperaturbereich über 900 °C werden die maximalen Aufheizraten durch die unten angegebenen, an die Eigenschaften der Siliciumscheiben angepassten Ungleichungen definiert. Die Prozesskammer wird nun für eine vorgegebene Zeitspanne (erfindungsgemäß von 30 Minuten bis 3 Stunden) auf dieser Temperatur gehalten, um das Ausheilen der COPs zu ermöglichen. Danach wird die Prozesstemperatur mit einer vorgegebenen Abkühlrate erniedrigt bis zur Entladetemperatur von typischerweise 400 bis 600 °C. Für die Abkühlraten gelten die gleichen erlaubten und bevorzugten Werte wie für die Aufheizraten.
Erfindungsgemäß wird die thermische Behandlung unter Bedingungen durchgeführt, die die Entstehung einer BMD-freien Schicht an der Oberfläche der Siliciumscheibe ermöglichen. Dazu ist eine inerte oder reduzierende Atmosphäre notwendig. Eine inerte Atmosphäre enthält ausschließlich Gase, die nicht mit der Oberfläche der Siliciumscheiben reagieren, beispielsweise Edelgase wie Argon. Eine reduzierende Atmosphäre enthält vorzugsweise Wasserstoff, der mit inerten Gasen gemischt sein kann. Dauer und Temperatur der thermischen Behandlung stellen sicher, dass eine BMD-freie Schicht der gewünschten Dicke entsteht.
In Abhängigkeit vom Upper Yield Stress der Siliciumscheiben (und damit von der Konzentration von Stickstoff, interstitiellem Sauerstoff und anderen Dotierstoffen) werden die Siliciumscheiben erfindungsgemäß in drei Klassen eingeteilt. Jeder Klasse ist ein daran angepasster Substrathaltertyp zugeordnet, der für die betreffenden Siliciumscheiben ausreichend geringe gravitativ induzierte Spannungen hervorruft. Außerdem ist jeder Klasse eine an die Eigenschaften von Siliciumscheibe und Substrathalter angepasste Bedingung für die Aufheiz- und Abkühlraten während der thermischen Behandlung zugeordnet. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Substrathalter in Kombination mit der Einhaltung der erfindungsgemäßen Aufheiz- und Abkühlraten ermöglicht die thermische Behandlung von Siliciumscheiben mit großem Durchmesser und vergleichsweise niedriger Stickstoff-Konzentration, ohne die Entstehung von Vergleitungen zu riskieren.
Gemäß der Erfindung kann es vorkommen, dass ein bestimmter Typ von Siliciumscheiben mehreren Klassen zugeordnet werden kann. In diesem Fall ist es zur Vermeidung von Vergleitungen unerheblich, welcher Klasse die Siliciumscheiben zugeordnet werden. Aus wirtschaftlichen Erwägungen ist es jedoch bevorzugt, die Siliciumscheiben der möglichen Klasse mit der höchsten Nummer zuzuordnen, da dann Substrathalter mit einer möglichst niedrigen thermischen Masse zum Einsatz kommen, die wiederum möglichst hohe Aufheiz- und Abkühlraten erlauben.
Im Folgenden werden die Bedingungen für die thermische Behandlung von Siliciumscheiben für jede der drei Klassen im Detail beschrieben.
Klasse 3 umfasst Siliciumscheiben mit einem Upper Yield Stress von wenigstens 0,6 MPa, vorzugsweise im Bereich von 0,6 MPa bis 1,1 MPa, besonders bevorzugt von 0,7 MPa bis 1,0 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C. Darunter fallen beispielsweise Siliciumscheiben, die eine Stickstoff-Konzentration von 3·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2.10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 2 mΩcm bis 12 Ωcm aufweisen.
Derartige Siliciumscheiben werden während der thermischen Behandlung von Substrathaltern (siehe 2) unterstützt, die die Form eines geschlossenen konzentrischen Rings 10 haben. Der Außendurchmesser des Rings ist wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der Siliciumscheibe. Der Innendurchmesser beträgt höchstens 250 mm, bevorzugt ist der Bereich von 150 mm bis 250 mm, besonders bevorzugt von 170 bis 220 mm. Bei Experimenten und unterstützenden Finite-Elemente-Berechnungen mit verschiedenen Ringbreiten hat sich gezeigt, dass eine weitere Verringerung des Innendurchmessers unter den Wert von 150 mm (wie beispielsweise in WO2004/090967A1 offenbart) keine nennenswerte Verringerung des an der Innenkante entstehenden Kontaktdrucks mit sich bringt. Aus diesem Grund sind derart kleine Innendurchmesser unnötig und werden wegen der hohen thermischen Masse des Substrathalters vorzugsweise vermieden.
Die Substrathalter haben eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm, bevorzugt von 0,07 mm bis 0,25 mm von einer idealen Ausgleichsebene.
Die Dicke der Substrathalter gemäß dieser Ausführungsform liegt vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 1,5 bis 2,5 mm, falls die Substrathalter aus Siliciumcarbid bestehen.
Alle während der thermischen Behandlung von Siliciumscheiben der Klasse 3 stattfindenden Temperaturänderungen beim Aufheizen und Abkühlen in einem Temperaturbereich von über 900 °C erfolgen mit einer Rate RR, die so gewählt ist, dass zwischen der aktuellen Temperatur T (in °C) und der aktuellen Rate RR (in °C/Minute) folgender Zusammenhang besteht: |RR| ≤ 5,8·10–4 + 0,229·T – 3,5902137·10–4·T2 + 1,4195996·10–7·T3
Dieser Zusammenhang ist sowohl beim Aufheiz- als auch beim Abkühlvorgang einzuhalten. Aus diesem Grund steht auf der linken Seite der Ungleichung der Betrag der Rate, IRR.
Klasse 2 umfasst Siliciumscheiben mit einem Upper Yield Stress von mindestens 0,4 MPa, vorzugsweise im Bereich von 0,4 MPa bis 0,8 MPa und besonders bevorzugt von 0,5 MPa bis 0,7 MPa, gemessen bei 1200 °C. Darunter fallen beispielsweise Siliciumscheiben, die eine Stickstoff-Konzentration von 3.10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 8 Ωcm bis 60 Ωcm aufweisen.
Derartige Siliciumscheiben werden während der thermischen Behandlung von Substrathaltern (siehe 3) unterstützt, die die Form eines geschlossenen konzentrischen Rings 10 mit einer zusätzlichen Auflagefläche im Zentrum des Rings haben. Diese zusätzliche Auflagefläche wird vorzugsweise durch wenigstens drei strahlenförmig vom Zentrum des Rings ausgehende, mit dem Ring verbundene Auflagestreifen 11 gebildet, die vorzugsweise jeweils einen Winkel von 120° einschließen. Die übrigen Eigenschaften des Substrathalters entsprechen den Eigenschaften der für Siliciumscheiben der Klasse 3 verwendeten Substrathalter. Durch Verwendung einer zusätzlichen Auflagefläche im Zentrum des Rings werden Spannungen infolge des Eigengewichts der Siliciumscheibe weiter vermindert. Die höhere thermische Masse des Substrathalters macht aber eine Verringerung der Aufheiz- und Abkühlraten erforderlich:
Alle während der thermischen Behandlung von Siliciumscheiben der Klasse 2 stattfindenden Temperaturänderungen beim Aufheizen und Abkühlen in einem Temperaturbereich von über 900 °C erfolgen daher mit einer Rate RR, die so gewählt ist, dass zwischen der aktuellen Temperatur T (in °C) und der aktuellen Rate RR (in °C/Minute) folgender Zusammenhang besteht: |RR| ≤ 7,469·102 – 1,6928·T + 1, 28112·10–3·T2 – 3,2306467·10–3·T3
Klasse 1 umfasst Siliciumscheiben mit einem Upper Yield Stress von wenigstens 0,3 MPA, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,6 MPa und besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,5 MPa, gemessen bei 1200 °C. Darunter fallen beispielsweise Siliciumscheiben, die eine Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 1·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,0·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 40 Ωcm bis 90 Ωcm aufweisen.
Derartige Siliciumscheiben werden während der thermischen Behandlung von Substrathaltern (siehe 4) unterstützt, die die Form einer Platte 12 haben, die die darauf liegende Siliciumscheibe im Wesentlichen vollflächig unterstützt. Die Platte weist vorzugsweise einen um 0 bis 2 mm größeren Durchmesser auf als die Siliciumscheibe. Ein Überstand in diesem Bereich ist geeignet, ein beim Beladen des Substrathalters auftretendes Verschwimmen der Siliciumscheibe aufgrund eines kurzzeitig auftretenden Luftpolsters zu kompensieren. Dies bedeutet, dass die Siliciumscheibe auch nach einem möglicherweise auftretenden leichten Verschwimmen noch vollflächig auf dem Substrathalter aufliegt. Ein größerer Überstand ist wegen unnötig hoher thermischer Masse zu vermeiden. Vorzugsweise weist die Platte wenigstens drei, besonders bevorzugt genau drei, Öffnungen 13 mit einem Durchmesser im Bereich von 3 bis 6 mm auf, durch die Beladehilfsmittel („pins") geführt werden können, sodass eine zweistufige Beladung, wie oben beschrieben, ermöglicht wird.
Die Dicke des plattenförmigen Substrathalters liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 0,8 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,55 bis 0,7 μm, falls die Substrathalter aus Siliciumcarbid bestehen. Der plattenförmige Substrathalter ist mechanisch stabiler und verwindungssteifer als der ringförmige Substrathalter mit oder ohne zusätzliche Auflagefläche im Zentrum. Daher ist beim plattenförmigen Substrathalter eine geringere Dicke ausreichend. Damit wird eine unnötig hohe thermische Masse vermieden. Die übrigen Eigenschaften des Substrathalters entsprechen den Eigenschaften der für Siliciumscheiben der Klasse 3 verwendeten Substrathalter. Bei Verwendung von plattenförmigen Substrathaltern werden die Spannungen infolge des Eigengewichts der Siliciumscheibe nochmals weiter vermindert. Die nochmals höhere thermische Masse macht aber eine weitere Verringerung der Aufheiz- und Abkühlraten erforderlich:
Alle während der thermischen Behandlung von Siliciumscheiben der Klasse 1 stattfindenden Temperaturänderungen beim Aufheizen und Abkühlen in einem Temperaturbereich von über 900 °C erfolgen daher mit einer Rate RR, die so gewählt ist, dass zwischen der aktuellen Temperatur T (in °C) und der aktuellen Rate RR (in °C/Minute) folgender Zusammenhang besteht: |RR| ≤ 9,258·102 – 2,2317·T + 1, 79552·10–3·T2 – 4,8169846·10–7·T3
Vorzugsweise bestehen die Substrathalter aller beschriebenen Typen aus Siliciumcarbid. Vorzugsweise weisen sie auf ihrer gesamten Fläche eine konstante Dicke auf, haben also keinen erhöhten Randbereich, keine Nuten oder ähnliche Strukturen, um die Herstellungskosten des Substrathalters gering zu halten. Denn jede Dickenvariation benötigt einen weiteren mechanischen Schritt für ihre Herstellung, der einerseits mit Kosten verbunden ist und andererseits die Gefahr der Eintreibung von metallischen Verunreinigungen in den Substrathalter birgt.
Die Fläche der Substrathalter, auf der die Siliciumscheibe aufliegt, hat vorzugsweise eine mittlere Rauhigkeit R_a von 0,15 μm bis 0,5 μm, besonders bevorzugt von 0,2 μm bis 0,4 μm sowie von 0,25 μm bis 0,35 μm.
Die mittlere Rauhigkeit R_a wird über eine Distanz von 5000 μm mit einem mechanischen Tastschnittgerät (Profiler), beispielsweise Dektak V 300 der Firma Veeco, USA, gemessen.
Werden Siliciumscheiben mit den angegebenen Eigenschaften auf die beschriebene Art thermisch behandelt, so entsteht eine oberflächennahe „COP-freie" Schicht mit einer Dicke von mindestens 5 μm, vorzugsweise 10 μm und besonders bevorzugt 15 μm sowie eine zur Sicherstellung einer ausreichenden Getterfähigkeit geeignete BMD-Dichte im Inneren der Siliciumscheibe. Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Stickstoff-Konzentration wird die Entstehung stickstoffinduzierter Defekte während der thermischen Behandlung vermieden. Gleichzeitig sind die Substrathalter und die Bedingungen der thermischen Behandlung, insbesondere die Aufheiz- und Abkühlraten, so an die Eigenschaften der Siliciumscheiben angepasst, dass die Siliciumscheiben trotz ihres vergleichsweise geringen Stickstoff-Gehalts während der thermischen Behandlung nicht vergleiten, da die thermischen und gravitativ induzierten Spannungen auf niedrigem, für die Siliciumscheibe unschädlichem Niveau gehalten werden. Somit ermöglicht das beschriebene Verfahren die Herstellung der erfindungsgemäßen Siliciumscheibe.
Beispiel 1
Ein einkristalliner Siliciumstab mit einer Stickstoff-Konzentration von 6·10¹³ Atome/cm³ am Stabanfang und von 2,5·10¹⁴ Atome/cm³ am Stabende, einer interstitiellen Sauerstoff-Konzentration von 6,5·10¹⁷ Atome/cm³ bis 6,6·10¹⁷ Atome/cm³ und einem spezifischen Widerstand von 8 Ωcm bis 12 Ωcm wird nach dem Czochralski-Verfahren gezogen und in Scheiben geschnitten. Die Scheiben werden poliert. Aufgrund der Dotierstoff-Konzentrationen sind alle Scheiben in die erfindungsgemäße Klasse 2 einzuordnen. Die Siliciumscheiben werden einer erfindungsgemäßen thermischen Behandlung in einer Atmosphäre bestehend aus 100 % Argon mit einer Haltezeit von 2 Stunden bei 1200 °C unterworfen, wobei sie auf Substrathaltern mit einer Rauhigkeit von R_a = 0,15 μm aufliegen, die für Klasse 2 geeignet sind. Die Aufheiz- und Abkühlraten werden so gewählt, dass sie bei jeder Temperatur der für Klasse 2 angegebenen Ungleichung entsprechen.
Anschließend werden mehrere Scheiben, die aus verschiedenen Positionen entlang der Stabachse stammten, mittels SP1 hinsichtlich des Auftretens von stickstoffinduzierten Defekten vermessen. 9 zeigt den Vergleich des DNN-Kanals (> 0,128 μm LSE; Kurve 31) mit dem DWN-Kanal (> 0,120 μm LSE; Kurve 32). Angegeben ist die Gesamtzahl N_LS der im jeweiligen Kanal detektierten Lichtstreuzentren auf der gesamten Vorderseite der Siliciumscheiben. Die niedrigen Scheiben-Nummern N_W stammen vom Stabanfang, die hohen vom Stabende. Die deutlich höhere Countrate im DNN-Kanal zeigt das Auftreten von stickstoffinduzierten defekten. Die Gesamtzahl der detektierten Defekte ist jedoch für alle Scheiben maximal 45.
Die prozessierten Siliciumscheiben werden außerdem mittels SIRD auf Vergleitungen untersucht. 7 zeigt eine gemäß diesem Beispiel hergestellte, vergleitungsfreie Siliciumscheibe.
Eine MO6-Messung an diesen Siliciumscheiben ergibt eine COP-Dichte von 0,8 COPs/cm² bezogen auf eine Schichtdicke von 5 μm. Daraus ergibt sich eine volumenbezogene COP-Dichte von 1600 COPs/cm³ in dieser Schicht. Die BMD-Dichte im Volumen der Siliciumscheiben beträgt 8·10⁹ BMDs/cm³ bis 1,5·10¹⁰ BMDs/cm³, gemessen mit MO4.
Eine der erfindungsgemäß thermisch behandelten Siliciumscheiben wurde einer Abtragspolitur unterworfen, wobei 10 μm Material abgetragen wurde. Diese Scheibe wies eine Stickstoff-Konzentration von 1,9 10¹⁴ Atome/cm³ auf, was anhand der Stabposition, Verwendung des bekannten Segregationskoeffizienten von Stickstoff in Silicium und Messung der Stickstoff-Konzentration am Stabanfang mittels Massenspektrometrie ermittelt werden konnte. Zur Sichtbarmachung der COPs wurde die Scheibe nach der Politur mittels SC1-Lösung (NH₃/H₂O₂/H₂O) bei etwa 85 °C für 20 Minuten angeätzt. Danach wurde eine SP1-Streulichtmessung vorgenommen, wobei die gesamte Scheibenfläche untersucht wurde. 10 zeigt das Ergebnis dieser Messung mit Streuereignissen, die im „Dark Field Normal"-Kanal mit einer Streuintensität von größer als 0,12 μm LSE aufgetreten sind. Die Scheibe zeigt kein kreisförmig zentriertes COP-Defektbild, wie es für einen vakanzenreich gezogenen Siliciumstab zu erwarten ist, wenn noch COPs vorhanden wären, die nicht durch die thermische Behandlung aufgelöst wurden. Die Messung führte somit zu dem Ergebnis, dass die untersuchte Siliciumscheibe eine COP-freie Schicht mit einer Dicke von wenigstens 10 μm aufweist.
Vergleichsbeispiel 1
Eine weitere Charge von Siliciumscheiben, die aus dem Siliciumstab gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, wird analog Beispiel 1 thermisch behandelt. Die Substrathalter sind mit den in Beispiel 1 verwendeten Substrathaltern identisch, weisen aber eine geringere Rauhigkeit von Ra = 0,10 μm auf. Die prozessierten Siliciumscheiben werden wiederum mittels SIRD auf Vergleitungen untersucht. 6 zeigt, dass allein aufgrund der geringeren Rauhigkeit sehr große Vergleitungsbereiche 22 auftreten.

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung einer Vielzahl von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 300 mm und einem Upper Yield Stress von mindestens 0,6 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, in einem Vertikalofen, wobei – die Siliciumscheiben während der thermischen Behandlung auf Substrathaltern aufliegen, die die Form eines geschlossenen konzentrischen Rings aufweisen mit einem Innendurchmesser von höchstens 250 mm und einem Außendurchmesser, der wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der Siliciumscheiben, wobei die Flächen der Substrathalter, auf denen die Siliciumscheiben aufliegen, eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm von einer idealen Ausgleichsebene aufweisen, – die Siliciumscheiben zu Beginn der thermischen Behandlung mit einer vorgegebenen Aufheizrate bis auf eine Zieltemperatur im Bereich von 1100 °C bis 1300 °C aufgeheizt werden, – die Siliciumscheiben anschließend für eine Dauer von 30 Minuten bis 3 Stunden unter einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre auf der Zieltemperatur gehalten werden, – die Siliciumscheiben danach mit einer vorgegebenen Abkühlrate abgekühlt werden und – die Aufheiz- und Abkühlrate RR (in °C/Minute) im Temperaturbereich über 900 °C in Abhängigkeit von der aktuell herrschenden Temperatur T (in °C) so gewählt ist, dass zu jeder Zeit folgende Bedingung erfüllt ist: |RR| ≤ 5,8.104 + 0,229·T – 3,5902137·10–4·T2 + 1,4195996·10–7·T3
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Siliciumscheiben einen Upper Yield Stress im Bereich von 0,6 MPa bis 1,1 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Siliciumscheiben vor Beginn der thermischen Behandlung eine Stickstoff-Konzentration von 3·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 2 mΩcm bis 12 Ωcm aufweisen.
Verfahren zur thermischen Behandlung einer Vielzahl von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 300 mm und einem Upper Yield Stress von mindestens 0,4 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, in einem Vertikalofen, wobei – die Siliciumscheiben während der thermischen Behandlung auf Substrathaltern aufliegen, die die Form eines geschlossenen konzentrischen Rings aufweisen mit einem Innendurchmesser von höchstens 250 mm, einem Außendurchmesser, der wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der Siliciumscheiben, und mit einer zusätzlichen Auflagefläche im Zentrum des Rings, wobei die Flächen der Substrathalter, auf denen die Siliciumscheiben aufliegen, eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm von einer idealen Ausgleichsebene aufweisen, – die Siliciumscheiben zu Beginn der thermischen Behandlung mit einer vorgegebenen Aufheizrate bis auf eine Zieltemperatur im Bereich von 1100 °C bis 1300 °C aufgeheizt werden, – die Siliciumscheiben anschließend für eine Dauer von 30 Minuten bis 3 Stunden unter einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre auf der Zieltemperatur gehalten werden, – die Siliciumscheiben danach mit einer vorgegebenen Abkühlrate abgekühlt werden und – die Aufheiz- und Abkühlrate RR (in °C/Minute) im Temperaturbereich über 900 °C in Abhängigkeit von der aktuell herrschenden Temperatur T (in °C) so gewählt ist, dass zu jeder Zeit folgende Bedingung erfüllt ist: |RR| ≤ 7,469·102 – 1,6928·T + 1,28112·10–3·T2 – 3,2306467·10–7·T3
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Siliciumscheiben einen Upper Yield Stress im Bereich von 0,4 MPa bis 0,8 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Siliciumscheiben vor Beginn der thermischen Behandlung eine Stickstoff-Konzentration von 3·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 8 Ωcm bis 60 Ωcm aufweisen.
Verfahren zur thermischen Behandlung einer Vielzahl von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 300 mm und einem Upper Yield Stress von mindestens 0,3 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, in einem Vertikalofen, wobei – die Siliciumscheiben während der thermischen Behandlung auf Substrathaltern aufliegen, die die Form einer Platte (12) aufweisen mit einem Außendurchmesser, der wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der Siliciumscheiben, wobei die Flächen der Substrathalter, auf denen die Siliciumscheiben aufliegen, eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm von einer idealen Ausgleichsebene aufweisen, – die Siliciumscheiben zu Beginn der thermischen Behandlung mit einer vorgegebenen Aufheizrate bis auf eine Zieltemperatur im Bereich von 1100 °C bis 1300 °C aufgeheizt werden, – die Siliciumscheiben anschließend für eine Dauer von 30 Minuten bis 3 Stunden unter einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre auf der Zieltemperatur gehalten werden, – die Siliciumscheiben danach mit einer vorgegebenen Abkühlrate abgekühlt werden und – die Aufheiz- und Abkühlrate RR (in °C/Minute) im Temperaturbereich über 900 °C in Abhängigkeit von der aktuell herrschenden Temperatur T (in °C) so gewählt ist, dass zu jeder Zeit folgende Bedingung erfüllt ist: |RR| ≤ 9,258102 – 2,2317·T + 1,79552·10–3·T2 – 4,8169846·10–7·T3
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Siliciumscheiben einen Upper Yield Stress im Bereich von 0,3 MPa bis 0,6 MPa, gemessen bei einer Temperatur von 1200 °C, aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Siliciumscheiben vor Beginn der thermischen Behandlung eine Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 1·10¹⁴ Atome/cm³, eine interstitielle Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³ und einen Widerstand von 40 Ωcm bis 90 Ωcm aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumscheiben vor Beginn der thermischen Behandlung eine Stickstoff-Konzentration von höchstens 6·10¹⁴ Atome/cm³ aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter, auf denen die Siliciumscheiben aufliegen, während der thermischen Behandlung in einem Abstand von 7,5 bis 15 mm, gerechnet von Auflagefläche zu Auflagefläche, parallel übereinander gelagert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter eine mittlere Rauhigkeit R_a von 0,15 μm bis 0,5 μm aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter aus Siliciumcarbid bestehen.
Substrathalter aus Siliciumcarbid zum Unterstützen einer Siliciumscheibe während einer thermischen Behandlung, wobei der Substrathalter die Form eines geschlossenen konzentrischen Rings (10) mit einem Außendurchmesser, der wenigstens 300 mm beträgt und mindestens so groß ist wie der Durchmesser der Siliciumscheibe, und einem Innendurchmesser im Bereich von 150 mm bis 250 mm aufweist, und wobei die Fläche des Substrathalters, auf der die Siliciumscheibe aufliegt, eine mittlere Rauhigkeit R_a von 0,15 μm bis 0,5 μm und eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm von einer idealen Ausgleichsebene aufweist.
Substrathalter gemäß Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Auflagefläche im Zentrum des Rings.
Substrathalter gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Auflagefläche im Zentrum des Rings durch wenigstens drei vom inneren Rand des Rings ausgehende, sich im Zentrum des Rings treffende Auflagestreifen (11) gebildet wird.
Substrathalter gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 3 mm.
Substrathalter aus Siliciumcarbid zum Unterstützen einer Siliciumscheibe während einer thermischen Behandlung, wobei der Substrathalter die Form einer Platte (12) mit einem Durchmesser, der wenigstens 300 mm beträgt und um 0 bis 2 mm größer ist als der Durchmesser der Siliciumscheibe, aufweist, und wobei die Fläche des Substrathalters, auf der die Siliciumscheibe aufliegt, eine mittlere Rauhigkeit Ra von 0,15 μm bis 0,5 μm und eine Ebenheit mit Abweichungen im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm von einer idealen Ausgleichsebene aufweist.
Substrathalter gemäß Anspruch 18, gekennzeichnet durch wenigstens drei Öffnungen (13) mit einem Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 6 mm, durch die Beladehilfsmittel geführt werden können.
Substrathalter gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Dicke im Bereich von 0,4 mm bis 0,8 mm.
Substrathalter gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch eine konstante Dicke über die gesamte Fläche des Substrathalters.
Siliciumscheibe, die keine epitaktisch abgeschiedene und keine durch Verbinden mit der Siliciumscheibe hergestellte Schicht trägt, mit einer Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 8·10¹⁴ Atome/cm³, einer Sauerstoff-Konzentration von 5,2·10¹⁷ Atome/cm³ bis 7,5·10¹⁷ Atome/cm³, einer BMD-Dichte im Zentrum der Dicke der Siliciumscheibe von 3·10⁸ cm^–3 bis 2·10¹⁰ cm^–3, einer kumulierten Gesamtlänge aller linearen Vergleitungen von nicht mehr als 3 cm und einer kumulierten Gesamtfläche aller flächig ausgedehnten Vergleitungsbereiche von nicht mehr als 7 cm², wobei die Vorderseite der Siliciumscheibe weniger als 45 stickstoffinduzierte Defekte einer Größe von mehr als 0,13 μm LSE im DNN-Kanal, eine Schicht mit einer Dicke von wenigstens 5 μm, in der nicht mehr als 1·10⁴ COPs/cm³ mit einer Größe von wenigstens 0,09 μm auftreten, und eine BMD-freie Schicht mit einer Dicke von mindestens 5 μm aufweist.
Siliciumscheibe gemäß Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Stickstoff-Konzentration von 1·10¹³ Atome/cm³ bis 6·10¹⁴ Atome/cm³.
Siliciumscheibe gemäß einem der Ansprüche 22 oder 23, gekennzeichnet durch einen Durchmesser von 300 mm oder größer.