DE102007049666B4 - Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium Download PDF

Info

Publication number
DE102007049666B4
DE102007049666B4 DE102007049666A DE102007049666A DE102007049666B4 DE 102007049666 B4 DE102007049666 B4 DE 102007049666B4 DE 102007049666 A DE102007049666 A DE 102007049666A DE 102007049666 A DE102007049666 A DE 102007049666A DE 102007049666 B4 DE102007049666 B4 DE 102007049666B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
doped
concentration
nitrogen
single crystal
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102007049666A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007049666A1 (de
Inventor
Dr. Ammon Wilfried von
Herbert Schmidt
Dr. Weber Martin
Dr. Nakai Katsuhiko
Dr. Ikari Atsushi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Priority to DE102007049666A priority Critical patent/DE102007049666B4/de
Publication of DE102007049666A1 publication Critical patent/DE102007049666A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007049666B4 publication Critical patent/DE102007049666B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H01L21/3221Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
    • H01L21/3223Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering using cavities formed by hydrogen or noble gas ion implantation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von p–-dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium, wobei ein Einkristall aus Silicium unter einem Wasserstoff-Partialdruck von 0,2 bis 2,5 mbar nach der Czochralski-Methode gezogen und dabei mit Bor, Wasserstoff und Stickstoff dotiert wird, wobei die Stickstoff-Konzentration in Abhängigkeit der Sauerstoff-Konzentration CO derart kontrolliert wird, dass sie in einem Bereich liegt, der von einer oberen und einer unteren Grenzkonzentration CN begrenzt wird, wobei die obere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 2715 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO)und die untere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 235 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO)berechnet wird, und CN und CO die Dimension [1/cm3] haben, und der Einkristall zu p–-dotierten Halbleiterscheiben verarbeitet wird, die epitaktisch beschichtet werden, wobei die Stickstoffkonzentration in den Halbleiterscheiben größer als 1 × 1014 cm–3 und kleiner als 1 × 1015 cm–3 ist.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium, so genannten Epischeiben. Gegenstand der Erfindung ist konkret die Herstellung von p-dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium, die sich durch eine hohe Getterfähigkeit und durch eine niedrige Anzahl an Schichtdefekten auszeichnen und daher gut für die Weiterverarbeitung zu hoch integrierten elektronischen Bauelementen eignen.
  • Anders, als dies bei stark mit Bor dotierten, p+-dotierten Halbleiterscheiben der Fall ist, ist die erwünschte Fähigkeit, metallische Verunreinigungen von der elektrisch aktiven Region fernzuhalten, bei schwach mit Bor dotierten, p-dotierten Halbleiterscheiben nur unzureichend ausgeprägt. Sie bilden in der Regel zu wenige Sauerstoffpräzipitate (BMD, bulk micro defects), die solche Verunreinigungen zu binden vermögen und auf diese Weise als so genannter intrinsischer Getter wirken. Bei schwach mit Bor dotierten Halbleiterscheiben aus Silicium werden Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate im Zuge der epitaktischen Beschichtung in einem Maße vernichtet, dass die resultierenden p-dotierten Epischeiben eine ausreichende Getterfähigkeit, die ab einer Dichte von mindestens 5 × 108 cm–3 Sauerstoffpräzipitaten angenommen wird, nicht mehr besitzen.
  • Es ist bekannt, dass die Bildung von Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate und letztendlich auch die Getterfähigkeit gesteigert werden kann, wenn die Halbleiterscheiben zusätzlich mit Stickstoff und/oder Kohlenstoff dotiert sind. Der hinzudotierte Stickstoff bewirkt, dass die Nukleationszentren bei höheren Temperaturen, auch bei den Temperaturen, die bei der epitaktischen Beschichtung herrschen, stabiler sind. Andererseits fördert Stickstoff jedoch auch die Bildung sauerstoffinduzierter Stapelfehler (OSF, Oxidation-induced stacking faults) in einem als OSF-Ring bekannten Gebiet der Halbleiterscheibe. Auf der Oberfläche einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht treten in diesem Gebiet dann auch vermehrt Schichtdefekte auf, die die Funktionsfähigkeit von elektronischen Bauelementen schwer beeinträchtigen können und daher möglichst vermieden werden sollten. Solche Schichtdefekte (LPD, light point defects) werden durch optische Verfahren mittels Laserstreulicht sichtbar gemacht.
  • In der US 6 641 888 B2 wird ein Einkristall aus Silicium beansprucht, der zur Herstellung einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe geeignet ist, Der Einkristall ist mit Stickstoff mit einer Konzentration von 1 × 1012 Atome/cm3 oder mehr dotiert und mit Kohlenstoff mit einer Konzentration von 0,1 × 1016 bis 5 × 1016 Atome/cm3.
  • In der US 6 162 708 A wird ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium beansprucht, wobei ein mit Stickstoff dotierter Einkristall gemäß der Czochralski-Methode gezogen und in Halbleiterscheiben geschnitten wird, und eine epitaktische Schicht auf der Oberfläche einer vom Einkristall geschnittenen Halbleiterscheibe gebildet wird.
  • In der EP 1 598 452 A1 wird eine Halbleiterscheibe aus Silicium beansprucht, die von einem Einkristall stammt, der gemäß der Czochralski-Methode in einer Wasserstoff enthaltenden inerten Atmosphäre gezüchtet wurde, wobei die Halbleiterscheibe in Dickenrichtung oder in radialer Richtung frei von eingewachsenen Defekten ist, oder quasi defektfrei ist und in der COPs oder Leerstellen mit einer Größe von 0,1 μm oder kleiner in wenigstens einem Teil der Halbleiterscheibe existieren.
  • In der US 2006/0225639 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Silicium gemäß der Czochralski-Methode beansprucht, bei dem der Wasserstoff-Partialdruck in der Ziehkammer 40 Pa oder darüber und 400 Pa oder darunter ist, und bei dem ein Stammabschnitt des Einkristalls als defektfreier Bereich wächst, der keine eingewachsenen Defekte aufweist. In der US 2006/0225640 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Silicium gemäß der Czochralski-Methode beansprucht, wobei der Einkristall aus einem defektfreien Bereich besteht, der keine eingewachsenen Defekte aufweist und mit Stickstoff und/oder Kohlenstoff dotiert ist, und wobei ein Gas der Atmosphäre in der Ziehkammer hinzugefügt wird, das eine Wasserstoff enthaltende Substanz enthält.
  • In der EP 1 143 045 A1 wird vorgeschlagen, die Stickstoffkonzentration auf einen niedrigen Bereich von 2 × 1013 cm–3 bis 1 × 1014 cm–3 zu beschränken und nur Halbleiterscheiben aus Silicium für eine epitaktische Beschichtung auszuwählen, die im Hinblick auf Punktdefekte über die gesamte Scheibenfläche ein leerstellenreiches Gebiet (v-Gebiet) mit oder ohne OSF-Ring aufweisen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die geforderten Randbedingungen einen erhöhten Kontroll- und Zeitaufwand beim Ziehen des Einkristalls erfordern. So muss die Abkühlrate im Bereich von 1000 bis 900°C niedrig gehalten werden, um die Morphologie der OSF-Keime zu verändern. Eine niedrige Abkühlrate erfordert in der Regel, dass der Einkristall mit einer niedrigen und damit unwirtschaftlichen Ziehgeschwindigkeit gezogen werden muss. Besonders nachteilig ist auch, dass der segregationsbedingte Anstieg der Stickstoffkonzentration den Bemühungen, die Stickstoffkonzentration zu begrenzen, zuwiderläuft. Die Stickstoffkonzentration steigt mit zunehmender Länge des Einkristalls stark an und kann deshalb schnell außerhalb des beschränkenden Bereichs geraten. Schichtdefekte können dann gegebenenfalls noch vermieden werden, wenn die Sauerstoffkonzentration niedrig gehalten wird. Hierfür ist aber ebenfalls ein erhöhter Kontrollaufwand notwendig und es besteht wiederum das Problem, dass dann möglicherweise zuwenig Sauerstoff vorhanden ist, um Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate in ausreichender Zahl zu bilden.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das Beschränkungen in deutlich geringerem Maße unterliegt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Die auf diese Weise hergestellten Epischeiben eignen sich wegen ihrer Getterfähigkeit und niedrigen Schichtdefekt-Dichten besonders gut für die Weiterverarbeitung zu hoch integrierten elektronischen Bauelementen.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass Wasserstoff die Wirkung von Stickstoff in Bezug auf die Förderung der Bildung sauerstoffinduzierter Stapelfehler deutlich abschwächt. Dies hat zur Konsequenz, dass deutlich mehr Spielraum vorhanden ist, die Zahl der Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate durch Dotieren mit Stickstoff zu stimulieren, ohne damit gleichzeitig OSF's in der Substratscheibe zu generieren und somit einen Anstieg von Schichtdefekten auf der Epischeibe zu provozieren. Erfindungsgemäß hergestellte Epischeiben weisen eine ausreichende Zahl von Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate auf und haben dennoch kaum Schichtdefekte. Unter Ausnutzung des v/G-Gesetzes wird vorzugsweise ein Einkristall hergestellt, der Halbleiterscheiben liefert, die keine Agglomerate von Silicium-Zwischengitteratomen aufweisen. Gemäß dem v/G-Gesetz reicht die geeignete Kontrolle des Quotienten aus der Ziehgeschwindigkeit v und dem axialen Temperaturgradienten G an der Kristallisationsgrenze während des Ziehens des Einkristalls aus, um die radiale Verteilung von Punktdefekten und deren Agglomeraten auf der Halbleiterscheibe zu steuern.
  • Weder die p-dotierten Halbleiterscheiben aus Silicium, noch die von diesen durch epitaktisches Beschichten gewonnenen Epischeiben benötigen eine spezielle Wärmebehandlung bei Temperaturen von 1000°C oder darüber, während der die Nukleationszentren zu getterfähigen Sauerstoffpräzipitaten heranwachsen können. Dieser Prozess findet vielmehr im Zuge der Herstellung der Bauelemente statt und zwar auch dann, wenn wie bei der Herstellung der Bauelemente der modernsten Generation, nur noch kurz dauernde Wärmebehandlungen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von unter 1000°C vorgesehen sind.
  • Die p-dotierten Halbleiterscheiben aus Silicium werden erfindungsgemäß hergestellt, indem ein Einkristall aus Silicium nach der Czochralski-Methode gezogen und dabei mit Bor, Wasserstoff und Stickstoff dotiert wird. Ein solches Verfahren, bei dem gleichzeitig mit Wasserstoff und Stickstoff dotiert wird, ist zwar grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der EP 1 136 596 A1 beschrieben, jedoch in einem anderen Zusammenhang, aus dem sich die vorliegende Erfindung nicht ableiten lässt. Da Wasserstoff dazu neigt, in Silicium Mikroblasen zu bilden, wenn er in höheren Konzentrationen vorhanden ist, ist darauf zu achten, dass die zur Bildung der Mikroblasen erforderliche Konzentration nicht entsteht. Dies lässt sich zuverlässig dadurch erreichen, dass der Einkristall bei einem Wasserstoff-Partialdruck von weniger als 3 mbar gezogen wird. Im Hinblick auf die die Wirkung von Wasserstoff, die Bildung von Schichtdefekten zu unterdrücken, ist es erfindungsgemäß, wenn der Wasserstoff-Partialdruck beim Ziehen des Einkristalls in einem Bereich von 0,2 bis 2,5 mbar liegt.
  • Was die Dotierung mit Stickstoff betrifft, so ist eine Stickstoff-Konzentration von 1 × 1015 cm–3 als obere Grenze anzusehen.
  • Liegt die Stickstoff-Konzentration darüber, lässt es sich auch durch zusätzliches Dotieren mit Wasserstoff nicht mehr vermeiden, dass die hergestellten Epischeiben im Gebiet des OSF-Rings zahlreiche Schichtdefekte aufweisen. Der erfindungsgemäße Bereich der Stickstoff-Konzentration liegt über 1 × 1014 cm–3 und unter 1 × 1015 cm–3. Liegt die Stickstoff-Konzentration außerhalb dieses Bereiches, weil sie niedriger ist, werden zu wenige Nukleationszentren für Sauerstoffpräzipitate gebildet, besonders dann, wenn nicht genügend Sauerstoff im Einkristall vorhanden ist. Umgekehrt können auch bei einer niedrigen Stickstoff-Konzentration zu viele Schichtdefekte gebildet werden, wenn die Konzentration an Sauerstoff in der zu beschichtenden Halbleiterscheibe zu hoch ist. Es ist daher vorgesehen, die Sauerstoff-Konzentration mit zu berücksichtigen, indem beim Ziehen des Einkristalls auf die segregationsbedingte Zunahme der Stickstoff-Konzentration mit einer kontrollierten Reduktion der Sauerstoff-Konzentration reagiert wird. Die Sauerstoff-Konzentration im Einkristall sollte einen Wert von 6 × 1017 cm–3, vorzugsweise 5,5 × 1017 cm–3 nicht mehr überschreiten, wenn die Stickstoff-Konzentration segregationsbedingt auf 1 × 1015 cm–3 angestiegen ist. Üblicherweise nimmt ein Einkristall beim Ziehen nach der Czochralski-Methode mit zunehmender Länge weniger Sauerstoff auf, weil wegen der abnehmenden Schmelzenmenge weniger Sauerstoff über die Tiegelwand in die Schmelze gelangt. Darüber hinaus stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um die Sauerstoff-Konzentration kontrolliert zu reduzieren, die beliebig kombinierbar eingesetzt werden können. Beispielsweise sinkt die Sauerstoff-Konzentration im Einkristall, wenn die Stärke eines Magnetfelds erhöht wird, das Konvektionsströme in der Schmelze dämpft. Eine gleichartige Wirkung wird erzielt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Tiegels herabgesetzt wird, wenn der Gasdruck in der Ziehanlage verringert wird oder wenn die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases erhöht wird, das durch die Ziehanlage und dabei über den Tiegel geleitet wird.
  • Der nach der Czochralski-Methode hergestellte und mit Bor, Wasserstoff und Stickstoff dotierte Einkristall wird in Scheiben getrennt. Dies geschieht vorzugsweise mit Hilfe einer Drahtsäge, weil damit eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang erzeugt werden kann. Diese Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem Durchmesser von vorzugsweise 200 mm oder 300 mm enthalten Bor in einer Konzentration von 1 × 1017 cm–3 bis 1 × 1013 cm–3, was einer p-Dotierung entspricht. Sie werden anschließend elementaren Bearbeitungsschritten unterzogen, die das Ziel haben, mechanische Beschädigungen zu beseitigen und ebene und parallele Seitenflächen sowie glatte Kanten zu schaffen. Dazu zählen die Bearbeitung durch Läppen und/oder Schleifen der Seitenflächen, eine Behandlung mit einem Ätzmittel, das Polieren von zumindest einer der beiden Seitenflächen, sowie das Verrunden und Polieren der Kante. Auf einer polierten Seitenfläche wird eine dünne Schicht aus Silicium epitaktisch abgeschieden. Die Dicke der epitaktischen Schicht beträgt vorzugsweise 1 bis 5 μm. Sie enthält einen Dotierstoff vom p-Typ, vorzugsweise Bor, weshalb auch von einer p/p-dotierten Epischeibe gesprochen wird. Die Bor-Konzentration beträgt vorzugsweise 2 × 1016 bis 1 × 1015 cm–3.
  • Die Epischeiben können im Volumen unter der epitaktischen Schicht („bulk”), das dem Volumen der Halbleiterscheibe vor der Beschichtung entspricht, eine Vielzahl von Sauerstoffpräzipitaten ausbilden, was ihnen eine ausreichende Getterfähigkeit verleiht. Die Konzentration der gebildeten BMD's beträgt mindestens 5 × 108 cm–3, vorzugsweise 109 bis 1010 cm–3. Die Zahl der Schichtdefekte beträgt vorzugsweise weniger als 40, bezogen auf Defekte, die größer als 0,09 μm sind und bezogen auf eine Fläche, die eine Epischeibe mit einem nominellen Durchmesser von 200 mm hat.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen weiter beschrieben.
  • Es wurden p-dotierte Einkristalle aus Silicium mit einem Durchmesser von 200 mm nach der Czochralski-Methode hergestellt und zu p-dotierten Halbleiterscheiben weiterverarbeitet. Zu Vergleichszwecken war ein Teil der Halbleiterscheiben zusätzlich nur noch mit Stickstoff dotiert, während ein anderer Teil der Halbleiterscheiben erfindungsgemäß zusätzlich noch mit Stickstoff und mit Wasserstoff einer Konzentration von ca. 1 × 1015 cm–3 dotiert war. Die Halbleiterscheiben wurden epitaktisch beschichtet, so dass p/pdotierte Epischeiben erhalten wurden.
  • Die 1 bis 12 zeigen die Ergebnisse von Defektmessungen an den p-dotierten Halbleiterscheiben (1 bis 4) und an den p/p-dotierten Epischeiben (5 bis 12). Gemessen wurden BMD-Dichten nach einer Sauerstoffpräzipitate bildenden Wärmebehandlung während 16 Stunden bei 1000°C mit einem MO-4 Laserstreulicht-Messgerät von Mitsui Mining and Smelting, OSF-Dichten nach einer Oxidation in Gegenwart von Wasserdampf bei 1100°C, 1 h mit einem optischen Mikroskop und Schichtdefekt-Dichten mit einem Partikelzähler SP-1 von KLA-Tencor. Die Halbleiterscheiben hatten dieselbe Sauerstoff-Konzentration von 7,2 × 1017 cm–3 nach ASTM-Norm F121-83.
  • Der Vergleich der Figuren zeigt, dass es bei der Beschränkung auf zusätzliches Dotieren mit Stickstoff (1, 2, 5, 6, 9 und 10) zwar gelingt, durch Absenken der Stickstoff-Konzentration von 1,3 × 1015 cm–3 (2, 6 und 10) auf 1,2 × 1014 cm–3 (1, 5 und 9) eine deutliche Verringerung der Schichtdefektdichten zu erreichen, dass diese Verringerung aber nicht mehr in einem Randbereich gelingt, in dem sich ein OSF-Ring ausbildet. Liegt die Stickstoff-Konzentration bei 1,3 × 1015 cm–3, erstreckt sich ein OSF-Gebiet über die gesamte Scheibenfläche (2). Zwar werden die Anforderungen bezüglich der BMD-Dichte erfüllt (6), jedoch nicht bezüglich der Schichtdefektdichte.
  • Schichtdefekte sind in großer Anzahl auf der gesamten Oberfläche der Epischeibe vorhanden (10). Die Reduktion der Stickstoff-Konzentration auf 1,2 × 1014 cm–3 bewirkt, dass ein OSF-Gebiet nur noch im Randbereich der Halbleiterscheibe zu finden ist (1). Die Epischeibe genügt zwar noch den Anforderungen bezüglich der BMD-Dichte (5), jedoch nicht mehr den Anforderungen bezüglich der Schichtdefektdichte. Es bleibt ein dem OSF-Gebiet der Halbleiterscheibe entsprechendes Gebiet im Randbereich mit einer hohen Anzahl an Schichtdefekten (9).
  • Eine Verringerung der Schichtdefekte auf der gesamten Oberfläche der Epischeibe ist nur zu erreichen, wenn, wie es die Erfindung vorschreibt, zusätzlich auch noch mit Wasserstoff dotiert wurde und die Stickstoff-Konzentration auf 1,2 × 1014 cm–3 gesenkt wurde (3, 7 und 11). Den 4, 8 und 12 ist zu entnehmen, dass bei einer zu hohen Stickstoff-Konzentration von 1,3 × 1015 cm–3 auch das zusätzliche Datieren mit Wasserstoff nicht mehr die gewünschte Wirkung hat. Liegt die Stickstoff-Konzentration bei 1,3 × 1015 cm–3, erstreckt sich das OSF-Gebiet unverändert über die gesamte Scheibenfläche (4). Zwar werden die Anforderungen bezüglich der BMD-Dichte wieder erfüllt (8), jedoch nicht bezüglich der Schichtdefektdichte. Schichtdefekte sind in großer Anzahl auf der gesamten Oberfläche der Epischeibe vorhanden (12). Das Dotieren mit Wasserstoff in Kombination mit der Reduktion der Stickstoff-Konzentration auf 1,2 × 1014 cm–3 bewirkt, dass ein DSF-Gebiet nicht mehr gebildet wird (3). In 3 ist deshalb auch nur die Nachweisgrenze der OSF-Dichte von 30 cm–2 eingezeichnet. Die Epischeibe genügt auch den Anforderungen bezüglich der BND-Dichte (7) und nun auch den Anforderungen bezüglich der Schichtdefektdichte. Auf der Epischeibe werden nur noch einige wenige Schichtdefekte (ca. 28 Defekte, die größer als 0,09 μm sind) gefunden (11).
  • 13 zeigt für verschiedene Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen auf, wie zusätzliches Dotieren mit Wasserstoff die Stickstoff-Grenzkonzentration verschiebt, deren Überschreiten zur Ausbildung eines OSF-Rings und damit zu einem Anstieg von Schichtdefekten führen würde. Durch Dotieren mit Wasserstoff kann bei einer gegebenen Sauerstoff-Konzentration die Stickstoff-Konzentration um fast eine Größenordnung zum Vorteil der Bildung stabiler Nukleationszentren erhöht werden. Die untere Grenzlinie, die eine Ausgleichsgerade der klein gezeichneten Datenpunkte ist, zeigt die Stickstoff-Grenzkonzentration, wenn auf ein zusätzliches Dotieren mit Wasserstoff verzichtet wird. Die obere Grenzlinie, die eine Ausgleichsgerade der hervorgehoben gezeichneten Datenpunkte ist, zeigt die Wirkung auf die Ausbildung eines OSF-Rings, wenn zusätzlich mit Wasserstoff dotiert wird. Die Grenzlinien trennen jeweils ein darunter liegendes Gebiet, in dem kein OSF-Ring gebildet wird, von einem darüber liegenden Gebiet, in dem ein OSF-Ring gebildet wird.
  • Der durch die vorliegende Erfindung erzielte Fortschritt ist in 13 besonders anschaulich dargestellt. Sie zeigt den Bereich von Wertepaaren geeigneter Stickstoff- und Sauerstoff-Konzentrationen, die eine Unterdrückung von OSF-Defekten bewirken und folglich auch zu einer Vermeidung von Schichtdefekten auf der späteren Epischeibe führen und gleichzeitig eine ausreichend hohe BMD-Dichte erzeugen. Nur eine sorgfältige Abstimmung beider Konzentrationen liefert dieses Ergebnis. Diese Abstimmung erfolgt während des Ziehens des Einkristalls, indem darauf geachtet wird, dass die Stickstoff-Konzentration den gemäß 13 von einer bestimmten Sauerstoff-Konzentration CO vorgegebenen Bereich weder nach unten noch nach oben verlässt. Dieser Bereich wird von einer oberen und einer unteren Grenzkonzentration CN begrenzt, wobei die obere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 2715 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO) und die untere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 235 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO) berechnet wird, und CN und CO die Dimension [1/cm3] haben. Die Sauerstoff-Konzentration CO ist nach der derzeit gültigen ASTM-Norm zu bestimmen.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung von p-dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium, wobei ein Einkristall aus Silicium unter einem Wasserstoff-Partialdruck von 0,2 bis 2,5 mbar nach der Czochralski-Methode gezogen und dabei mit Bor, Wasserstoff und Stickstoff dotiert wird, wobei die Stickstoff-Konzentration in Abhängigkeit der Sauerstoff-Konzentration CO derart kontrolliert wird, dass sie in einem Bereich liegt, der von einer oberen und einer unteren Grenzkonzentration CN begrenzt wird, wobei die obere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 2715 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO) und die untere Grenzkonzentration nach der Formel CN = 235 × 1014 × exp(–0.91 × 10–17 × CO) berechnet wird, und CN und CO die Dimension [1/cm3] haben, und der Einkristall zu p-dotierten Halbleiterscheiben verarbeitet wird, die epitaktisch beschichtet werden, wobei die Stickstoffkonzentration in den Halbleiterscheiben größer als 1 × 1014 cm–3 und kleiner als 1 × 1015 cm–3 ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass p/p-dotierte epitaktisch beschichtete Halbleiterscheiben erzeugt werden.
DE102007049666A 2006-10-18 2007-10-17 Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium Active DE102007049666B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007049666A DE102007049666B4 (de) 2006-10-18 2007-10-17 Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006049231 2006-10-18
DE102006049231.5 2006-10-18
DE102007049666A DE102007049666B4 (de) 2006-10-18 2007-10-17 Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007049666A1 DE102007049666A1 (de) 2008-04-24
DE102007049666B4 true DE102007049666B4 (de) 2013-03-28

Family

ID=39198618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007049666A Active DE102007049666B4 (de) 2006-10-18 2007-10-17 Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007049666B4 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6162708A (en) * 1998-05-22 2000-12-19 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for producing an epitaxial silicon single crystal wafer and the epitaxial silicon single crystal wafer
EP1136596A1 (de) * 2000-03-24 2001-09-26 Wacker Siltronic Gesellschaft für Halbleitermaterialien Aktiengesellschaft Halbleiterscheibe aus Silicium und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe
EP1143045A1 (de) * 1999-10-15 2001-10-10 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Siliziumeinkristallwafer für epitaktischen wafer, epitaktischer wafer, verfahren zu dessen herstellung und auswertungsverfahren
US6641888B2 (en) * 1999-03-26 2003-11-04 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal, silicon wafer, and epitaxial wafer.
EP1598452A1 (de) * 2003-02-25 2005-11-23 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Siliciumwafer, herstellungsverfahren dafür und verfahren zum ziehen eines siliciumeinkristalls
US20060225640A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Toshiaki Ono Method for manufacturing silicon single crystal, and silicon wafer
US20060225639A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Toshiaki Ono Method for growing silicon single crystal, and silicon wafer

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6162708A (en) * 1998-05-22 2000-12-19 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for producing an epitaxial silicon single crystal wafer and the epitaxial silicon single crystal wafer
US6641888B2 (en) * 1999-03-26 2003-11-04 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal, silicon wafer, and epitaxial wafer.
EP1143045A1 (de) * 1999-10-15 2001-10-10 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Siliziumeinkristallwafer für epitaktischen wafer, epitaktischer wafer, verfahren zu dessen herstellung und auswertungsverfahren
EP1136596A1 (de) * 2000-03-24 2001-09-26 Wacker Siltronic Gesellschaft für Halbleitermaterialien Aktiengesellschaft Halbleiterscheibe aus Silicium und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe
EP1598452A1 (de) * 2003-02-25 2005-11-23 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Siliciumwafer, herstellungsverfahren dafür und verfahren zum ziehen eines siliciumeinkristalls
US20060225640A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Toshiaki Ono Method for manufacturing silicon single crystal, and silicon wafer
US20060225639A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Toshiaki Ono Method for growing silicon single crystal, and silicon wafer

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007049666A1 (de) 2008-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012214085B4 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung
DE19609107B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern
DE112014006165B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers
DE102007005346B4 (de) Halbleiterscheiben aus Silicium und Verfahren zu deren Herstellung
EP3387166B1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und verfahren zu deren herstellung
DE102008046617B4 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren für deren Herstellung
DE102008022747B4 (de) Silicium-Einkristall-Wafer und Verfahren zur Herstellung
DE102007027111B4 (de) Siliciumscheibe mit guter intrinsischer Getterfähigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112014002781B4 (de) Verfahren zur Kontrolle der Sauerstoffpräzipitation in stark dotierten Siliciumwafern, geschnitten aus nach dem Czochralski-Verfahren gezüchteten Ingots, und Silicumwafer
DE10205084B4 (de) Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe sowie dadurch hergestellte Siliciumscheibe
EP3394325A1 (de) Siliciumscheibe mit homogener radialer sauerstoffvariation
DE60209064T2 (de) Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung
DE102016115436A1 (de) Verfahren zum Züchten von monokristallinem Silizium und einem daraus hergestellten monokristallinen Siliziumingot
DE112006000816T5 (de) Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, getemperter Wafer und Produktionsverfahren für getemperten Wafer
DE60205316T2 (de) Halbleitersubstrat aus Silizium und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102014208815B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe aus Silizium
WO2018108735A1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium
DE112018001919T5 (de) Verfahren zum herstellen eines siliziumepitaxialwafers und siliziumepitaxialwafer
DE10336271B4 (de) Siliciumscheibe und Verfahren zu deren Herstellung
DE102014221421B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium
DE102004021113A1 (de) SOI-Scheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102007049666B4 (de) Verfahren zur Herstellung von p- -dotierten und epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silicium
EP3701563B1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium
DE19924649B4 (de) Halbleiterscheiben mit Kristallgitter-Defekten und Verfahren zur Herstellung derselben
EP3662504A1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und verfahren zur herstellung der halbleiterscheibe

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130629