DE102008013325B4

DE102008013325B4 - Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102008013325B4
Application number: DE102008013325A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ammon Wilfried
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: CN101532174A; KR101028443B1; KR20090097114A; JP2009215158A; TWI391541B; US7868325B2; SG155841A1; US20090224366A1; CN101532174B; TW200942654A; DE102008013325A1; JP5297842B2

Abstract

Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium, die Fluor enthält, wobei die Fluor-Konzentration 1·1010 bis 1·1015 Atome/cm3 beträgt, und die frei ist von agglomerierten intrinsischen Punktdefekten, deren Durchmesser gleich oder größer ist, als ein kritischer Durchmesser im Bereich von 5 bis 60 nm.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium, die Fluor enthält und sich besonders zur Herstellung von elektronischen Bauelementen eignet, weil sie keine als störend eingestuften agglomerierten intrinsischen Punktdefekte aufweist. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterscheibe.
Seit den Anfängen der Mikroelektronik haben sich die Hersteller von Halbleiterscheiben aus Silicium unter anderem besonders der Aufgabe gewidmet, als störend eingestufte Defekte zumindest von dem Bereich der Halbleiterscheibe fernzuhalten, in dem der Aufbau von Strukturen elektronischer Bauelemente vorgesehen ist. Auf intrinsische Punktdefekte (Silicium-Zwischengitteratome, engl. „interstitials”, und Leerstellen, engl. „vacancies”) zurückzuführende Defekte werden in der Regel dann als störend eingestuft, wenn ihre größte räumliche Ausdehnung in einer Richtung vergleichbar der Ausdehnung der kleinsten Bauelementstrukturen oder größer ist. Defekte von agglomerierten Silicium-Zwischengitter-Atomen, die ein Netzwerk von Versetzungsschleifen umgibt und die eine Ausdehnung im Bereich von Mikrometern haben, werden als A-Defekte oder Lpit-Defekte („large etch pit defects”) bezeichnet. Diese Defekte werden üblicherweise überhaupt nicht akzeptiert. Defekte, die von agglomerierten Leerstellen gebildet werden und beispielsweise als COP-Defekte („crystal originated particles”) mittels Infrarot-Laserstreulicht-Tomographie nachgewiesen werden können, werden nur toleriert, solange sie kleiner sind, als die kleinsten Bauelementstrukturen.
Nach der Theorie von Voronkov, deren Gültigkeit durch experimentelle Ergebnisse gestützt wird, wird die Konzentration von Punktdefekten im Einkristall im Wesentlichen durch das Verhältnis V/G beim Kristallisieren der Schmelze bestimmt, wobei V die Geschwindigkeit der Kristallisation bezeichnet und G den axialen Temperaturgradienten an der Grenze zwischen der Schmelze und dem wachsenden Einkristall. Nach der Theorie gibt es ein bestimmtes Verhältnis V/G, bei dem die Konzentrationen von Silicium-Zwischengitter-Atomen und Leerstellen gleich sind. Darunter liegen die Zwischengitter-Atome im Überschuss vor und darüber sind es die Leerstellen. Gerät eine dominierende Punktdefektart beim Abkühlen in Übersättigung, können Agglomerate dieser Punktdefektart entstehen. Agglomerate von Leerstellen (engl. „voids”) werden umso größer, je länger die Verweildauer beim Abkühlen im Temperaturbereich der Bildungstemperatur dieser Agglomerate ist. Eine Strategie der Vermeidung von störenden Leerstellen-Agglomeraten besteht daher darin, beim Abkühlen für eine möglichst kurze Verweildauer im Bereich der Bildungstemperatur, die um 1100°C liegt, zu sorgen. Einkristalle mit Durchmessern von 200 mm und größer können jedoch nicht beliebig schnell abgekühlt werden, so dass der Defektgrößensteuerung durch Begrenzung der Verweildauer bei solchen Einkristallen Grenzen gesetzt sind. Eine andere Strategie verfolgt das Ziel, das Verhältnis V/G möglichst so zu steuern, dass ein deutlicher Überschuss einer Punktdefektart erst gar nicht entsteht. Eine solche Steuerung ist prozesstechnisch sehr aufwändig und wenig wirtschaftlich, weil in diesem Fall mit einer vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit V gearbeitet werden muss. Das zur Verfügung stehende Prozessfenster, das heißt, der Wertebereich, innerhalb dessen das Verhältnis V/G gesteuert werden muss, ist zudem eng begrenzt. Üblicherweise darf die Ziehgeschwindigkeit V bei vorgegebenem G nur um +/–0.01 mm/min variieren. Letzteres führt in der Regel dazu, dass Teile des Einkristalls nicht verwertet werden können, weil sie Defekte aufweisen, die nicht toleriert werden können.
In der US 2003/0008479 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus Silicium nach der Czochralski-Methode beschrieben, bei dem die Gegenwart eines „Halogen-Getters” in der Schmelze zu einer Reinigung der Schmelze führt, was eine Abschwächung von metall-induzierten Defekten, COP-Defekten und anderen Defekten bewirkt. In der bevorzugten Ausgestaltung enthält die Schmelze mindestens 0,01 Gew.-% oder mindestens 4·10¹⁸ Atome/cm³ des „Halogen-Getters”.
In der DE 32 32 259 A1 ist ein Verfahren offenbart, das die Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silizium, die Fluor enthalten, betrifft. Das Fluor wird zur Kompensation von Gitterspannungen eingesetzt, die beim starken Dotieren mit Antimon oder mit Indium bewirkt werden.
JP 52-138 072 A beschreibt ein Verfahren, mit dem aus der Schmelze entweichendes SiO durch chemische Umsetzung, vorzugsweise mit Fluor, zu SiF₄ und Sauerstoff umgewandelt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, als störend eingestufte Defekte von agglomerierten intrinsischen Punktdefekten in Halbleiterscheiben aus Silicium auf zuverlässige und einfache Weise zu vermeiden, und einen besonders wirtschaftlichen Zugang zu solchen Halbleiterscheiben zu eröffnen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium, die Fluor enthält, wobei die Fluor-Konzentration 1·10¹⁰ bis 1·10¹⁵ Atome/cm³ beträgt, und die frei ist von agglomerierten intrinsischen Punktdefekten, deren Durchmesser gleich oder größer ist, als ein kritischer Durchmesser im Bereich von 5 bis 60 nm.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silicium, umfassend das Bereiten einer Schmelze aus Silicium, die mit Fluor dotiert ist und das Kristallisieren der Schmelze zu einem Einkristall, der Fluor im Bereich von 1·10¹⁰ bis 1·10¹⁵ Atome/cm³ enthält, mit einer Geschwindigkeit, bei der agglomerierte intrinsische Punktdefekte mit einem kritischen Durchmesser im Bereich von 5 bis 60 nm oder einem größeren Durchmesser entstehen würden, wenn auf Fluor als Dotierstoff verzichtet werden würde, und das Abtrennen von Halbleiterscheiben vom Einkristall.
Vorzugsweise wird eine Mindest-Konzentration an Fluor in einem Testversuch bestimmt, bei dem ein Testkristall aus einer Schmelze mit zumindest zeitweise kontinuierlich gesteigerter Fluor-Konzentration und unter sonst gleichartigen Bedingungen hergestellt wird, und diejenige Fluor-Konzentration als Mindest-Konzentration identifiziert wird, bei deren Erreichen agglomerierte intrinsische Punktdefekte im Testkristall verschwinden, deren Durchmesser gleich oder größer als der kritische Durchmesser ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Fluor mit intrinsischen Punktdefekten wechselwirkt mit dem Ergebnis, dass diese nicht mehr für die Bildung von Agglomeraten zur Verfügung stehen. Bezogen auf einen Überschuss an Leerstellen bedeutet dies, dass die Bildung von Leerstellen-Agglomeraten nicht mehr von der Konzentration der eingebauten freien Leerstellen entscheidend abhängt, sondern von der Konzentration der freien Leerstellen, die nicht bereits an Fluor gebunden sind. Erfindungsgemäß wird die Konzentration an freien Leerstellen über die Konzentration an Fluor gesteuert, die in den Einkristall und damit in die später daraus hervorgehende Halbleiterscheibe aufgenommen wird. Die Konzentration an freien Leerstellen wird soweit herabgesetzt, dass sie nicht mehr ausreicht, um agglomerierte Leerstellen bilden zu können, deren Durchmesser gleich oder größer ist als ein als kritisch eingestufter Durchmesser.
Um die gewünschte Wirkung des Fluors zu erzielen, sollte die Fluor-Konzentration im Einkristall mindestens 1·10¹⁰ Atome/cm³, vorzugsweise mindestens 1·10¹¹ Atome/cm³ und besonders bevorzugt mindestens 1·10¹² Atome/cm³ betragen. Die obere Grenze der Fluor-Konzentration im Einkristall sollte aus verschiedenen Gründen nicht höher als 1·10¹⁵ Atome/cm³ und besonders bevorzugt nicht höher als 1·10¹⁹ Atome/cm³ sein. Fluor-Konzentrationen, wie sie zur Reinigung der Schmelze erforderlich sind, ziehen während der Kristallisation erhebliche prozesstechnische Schwierigkeiten nach sich, weil sich flüchtiges SiF₄ an heißen Oberflächen niederschlägt und zu Schichten von amorphem Silicium zersetzt. Davon betroffen sind besonders die Oberflächen des wachsenden Einkristalls und der heißen Grafitteile der Kristallisations-Vorrichtung. Wenn diese amorphen Schichten zu dick werden, kommt es infolge von Temperaturunterschieden zu thermischen Spannungen und schließlich zu Materialabplatzungen. Abgeplatzte Partikel, die in die Schmelze fallen, verursachen in der Regel Versetzungen im wachsenden Einkristall. Darüber hinaus bergen zu hohe Fluor-Konzentrationen im Einkristall die Gefahr, dass auch Fluoratome während der Abkühlphase des Einkristalls zu größeren Aggregaten präzipitieren, die dann ihrerseits unerwünschte Defektzentren bilden. Dies ist dann der Fall, wenn die Aggregate so groß werden, dass sie, vergleichbar wie im Fall von Lpit-Defekten, Versetzungsschleifen oder Netzwerke solcher Versetzungsschleifen im Einkristall bewirken. Ungeachtet dessen sind solche Aggregate durchaus als vorteilhaft zu betrachten, solange sie klein genug sind, um durch eine Wärmebehandlung der Halbleiterscheibe zumindest im Bereich einer oberflächennahen Zone aufgelöst werden zu können. Nach der Wärmebehandlung bildet sich dann eine defektfreie Zone („denuded zone”), die von der Oberfläche bis vorzugsweise mindestens 10 μm ins Innere der Halbleiterscheibe reicht und sich bestens für die Implementierung von Bauelementstrukturen eignet, und im Inneren (engl. „bulk”) der Halbleiterscheibe bleibt eine Zone mit den Aggregaten als Defektzentren, die als intrinsische Senke (engl. „internal getter”) metallische Verunreinigungen binden. Voraussetzung für diese vorteilhafte Wirkung ist, dass die Fluor-Konzentration im Einkristall so niedrig ist, dass sich keine größeren Aggregate bilden können und das Entstehen einer „denuded zone” gewährleistet ist. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 550°C bis 1100°C, besonders bevorzugt im Bereich von 600°C bis 1000°C.
Die Gegenwart von Stickstoff begünstigt die Bildung von Keimen, aus denen Sauerstoff-Präzipitate, sogenannte BMD (engl. ”bulk micro defects”) entstehen. Da sie ebenfalls als „Getter” wirken, ist es vorteilhaft, die Schmelze zusätzlich mit Stickstoff zu dotieren, besonders dann, wenn wegen des Fluors die Konzentration von freien Leerstellen so niedrig ist, dass die BMD-Bildung unzureichend wird, was ungefähr dann eintritt, wenn im _”bulk” der Halbleiterscheibe weniger als 1·10⁸ BMD/cm³ erzeugt werden können. Eine Stickstoff-Konzentration in der Halbleiterscheibe von 1·10¹³ bis 5·10¹⁴ Atome/cm³ ist besonders bevorzugt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schmelze mit Fluor und Wasserstoff und gegebenenfalls mit Stickstoff dotiert, um zusätzlich, insbesondere in Gegenwart hoher Sauerstoff-Konzentrationen von mehr als 5·10¹⁷ Atome/cm³, die Bildung von oxidationsinduzierten Stapelfehlern (OSF) zu unterdrücken.
Die Schmelze wird darüber hinaus vorzugsweise auch mit mindestens einem elektrisch aktiven Element dotiert, beispielsweise mit Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon.
Die Erfindung lässt sich gleichermaßen besonders vorteilhaft einsetzen, unabhängig davon, ob das Kristallisieren der Schmelze nach der Czochralski-Methode (CZ-Methode) oder nach dem Zonenschmelzverfahren (FZ-Methode) erfolgt. Bei Letzterem kann durch gezieltes Zuführen von Sauerstoff auch die BMD-Bildung unterstützt werden. Ein dafür geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der US 5,089,082 beschrieben. Unabhängig vom Herstellungsverfahren können die vom Einkristall abgetrennten Halbleiterscheiben auch beschichtet werden, beispielsweise mit einer epitaktischen Schicht.
Das Dotieren der Schmelze mit Fluor erfolgt vorzugsweise über die Gasphase, also durch Stoffübergang von der die Schmelze umgebenden Atmosphäre, der eine gasförmige Fluor-Quelle zugeführt wird, in die Schmelze. Die Fluor-Konzentration im Einkristall wird vorzugsweise über den Partialdruck der gasförmigen Fluor-Quelle in der Atmosphäre gesteuert. Prinzipiell kann die gasförmige Fluor-Quelle auch direkt in die Schmelze geleitet werden. Darüber hinaus kann auch ein Fluor enthaltender Feststoff als Fluor-Quelle verwendet werden, der zusammen mit Silicium zum Bereiten der Schmelze geschmolzen wird.
Als gasförmige Fluor-Quelle eignen sich beispielsweise SiF₄, HF, F₂, BF₃, PF₅ und Mischungen dieser Verbindungen. Besonders bevorzugt sind SiF₄ und F₂, weil durch sie nur Fluor als Fremdstoff in die Schmelze gelangt. HF bietet sich als Dotierstoff besonders dann an, um die Schmelze zusätzlich auch mit Wasserstoff zu dotieren. Feststoffe, die sich als Fluor-Quelle eignen, sind beispielsweise NH₄F, (NH₄)HF₂, (NH₄)₂SiF₆ und (NH₄)BF₄.
Primäres Ziel der Erfindung ist es, keine Agglomerate von intrinsischen Punktdefekten zuzulassen, deren Durchmesser gleich oder größer ist, als ein kritischer Durchmesser. Mit dem Durchmesser der Agglomerate ist ihre längste Ausdehnung in einer Richtung des Raumes gemeint. Im Fall von agglomerierten Silicium-Zwischengitter-Atomen ist der kritische Durchmesser mindestens der Durchmesser, bei dem von der Bildung von Lpit-Defekten gesprochen werden muss. Die Fluor-Konzentration im Einkristall wird folglich auf jeden Fall so eingestellt, dass an der hergestellten Halbleiterscheibe keine Lpit-Defekte nachweisbar sind. Eine strengere Vorgabe definiert den kritischen Durchmesser im Fall von agglomerierten Silicium-Zwischengitter-Atomen als den Durchmesser, bei dem sogenannte B-Defekte vorliegen.
Die Fluor-Konzentration im Einkristall wird dann folglich höher sein müssen und so eingestellt, dass an der hergestellten Halbleiterscheibe keine B-Defekte nachweisbar sind. Im Fall von agglomerierten Leerstellen ist der kritische Durchmesser der Durchmesser, der gemäß einer Vorgabe als zu groß eingestuft wird. Die Vorgabe richtet sich nach der Verwendungsbestimmung der Halbleiterscheibe, also in erster Linie nach den Breiten der kleinsten Bauelementstrukturen, für die die Halbleiterscheibe das Substrat bilden soll. Der kritische Durchmesser liegt im Bereich von 5 bis 60 nm, beispielsweise 60 bis 40 nm oder 40 bis 20 nm oder, bei einer besonders strengen Vorgabe, 20 bis 5 nm. Die Fluor-Konzentration im Einkristall wird dann folglich so eingestellt, dass an der hergestellten Halbleiterscheibe keine Defekte von agglomerierten Leerstellen mit Durchmessern im vorgegebenen Bereich nachweisbar sind.
Der besondere wirtschaftliche Nutzen der Erfindung besteht darin, dass der beim schnellen Kristallisieren der Schmelze entstehende Überschuss an Leerstellen nicht mehr limitierend wirkt. Die Einkristalle können ungeachtet des entstehenden Leerstellen-Überschusses so schnell gezogen werden, wie es prozesstechnisch möglich ist. Der sich dann zwangsläufig einstellende hohe Leerstellen-Überschuss wird durch eine entsprechende Menge an Fluor soweit abgebaut, dass die bleibende Konzentration an freien Leerstellen nicht mehr ausreicht, um Agglomerate bilden zu können, deren Durchmesser als kritisch eingestuft wird. Neben der möglichen höheren Ziehgeschwindigkeit ist vor allem das beträchtlich größere Prozessfenster von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung, das bei gegebenem Gradienten G einen breiteren Bereich an Ziehgeschwindigkeiten verfügbar macht, innerhalb dessen der entstehende Einkristall ausschließlich die spezifizierten Defekte aufweist.
Die praktische Umsetzung erfolgt zweckmäßigerweise indem in einem Test ermittelt wird, welche Menge der Fluor-Quelle mindestens notwendig ist, damit unter gewählten Herstellungsbedingungen gerade keine als zu groß eingestuften Agglomerate mehr entstehen. So wird beispielsweise ein Einkristall aus Silicium nach der Czochralski-Methode mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit V und einem Quotienten V/G gezogen, der die Entstehung eines hohen Überschusses an Leerstellen bedingt. Während der Einkristall wächst wird der ihn umgebenden Atmosphäre eine Fluor-Quelle zugeführt und deren Partialdruck kontinuierlich erhöht. Anschließend werden der Einkristall oder daraus geschnittene Halbleiterscheiben auf vorhandene Leerstellen-Agglomerate hin analysiert. Schneidet man beispielsweise ein Brett axial aus dem Einkristall und analysiert die Schnittflächen, wird man Leerstelllen-Agglomerate finden, deren Größe von der axialen Position im Brett abhängig ist. Da die axiale Position mit einem bestimmten Partialdruck der Fluor-Quelle verknüpft ist, lässt sich ohne Weiteres entscheiden, welcher Partialdruck mindestens notwendig ist, um einen Einkristall unter ansonsten gleichartigen Bedingungen wie im Test ziehen zu können, der keine COP-Defekte enthält, die als zu groß eingestuft werden.
Prinzipiell kann der Test auch so erfolgen, dass ein Einkristall in einer Atmosphäre mit einem bestimmten Anteil an einer Fluor-Quelle gezogen wird und der Quotient V/G durch kontinuierliches Steigern der Geschwindigkeit V erhöht wird. Die Analyse des Einkristalls oder seiner Halbleiterscheiben wird dann die Geschwindigkeit offenbaren, die unter den gewählten Bedingungen nicht überschritten werden darf, damit keine Leerstellen-Agglomerate entstehen, die als zu groß eingestuft werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an zwei Beispielen demonstriert.
Beispiel 1:
Ein Einkristall-Stab aus Silicium wurde gemäß der FZ-Methode gezogen und zwar zunächst in einer Atmosphäre bestehend aus Argon. Die Schmelze war weder mit Stickstoff noch mit Wasserstoff dotiert. Nach einer gezogenen Stablänge von 10 cm mit Nenndurchmesser wurde SiF₄ als Fluor-Quelle in die Atmosphäre geleitet und die Konzentration bis zu einer gezogenen Stablänge von 60 cm von 0,6 l/h bis 5 l/h kontinuierlich gesteigert. Dann wurden noch weitere 10 cm Stablänge gezogen, ohne Zufuhr von SiF₄ und bei stehender Gasatmosphäre. Der gesamte Einkristall blieb versetzungsfrei. Die anschließende Analyse auf Lpit-Defekte nach Secco-Ätze durch visuelle Inspektion und auf COP-Defekte durch Infrarot-Laserstreulicht-Tomographie mit einem Analysengerät vom Typ MO-4 des Herstellers Mitsui Mining and Smelting, Japan, ergab, dass die anfänglich im Randbereich des Einkristalls vorhandenen Lpit-Defekte zuerst verschwanden und die im Zentrumsbereich vorhandenen COP-Defekte ab einer Stablänge von 40 cm nicht mehr nachweisbar waren. Ihre Größe war demnach unter die Nachweisgrenze des Analysengerätes von etwa 20 nm gesunken. Auch nachdem die Zufuhr von SiF₄ beendet worden war, entstanden keine größeren Agglomerate mehr, offenbar, weil durch die stehende Gasatmosphäre ein ausreichender Fluor-Partialdruck und damit eine ausreichende Fluor-Konzentration in der Schmelze erhalten blieb, die die Entstehung größerer Punktdefekt-Agglomerate weiterhin unterdrückte.
Die verschiedenen Kristallpositionen, die hinsichtlich ihrer Defektdichte analysiert wurden, wurden anschließend mit IR-Absorption vermessen. Dabei wurde bei 1206 cm^–1 eine Absorptionslinie gefunden, deren Intensität mit der Fluor-Konzentration korreliert ist. Damit kann mit einer einfachen Messmethode Fluor im „bulk” nachgewiesen werden.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in den 1 bis 3 veranschaulicht. 1 zeigt die gefundenen COP-Defekte in Abhängigkeit der axialen Position im Einkristall. Aufgetragen ist die gefundene Maximaldichte (engl. „peak density”, pd) der COP-Defekte gegen die axiale Position im Einkristall, aP, wobei die Wertepaare jeweils auf 100% bezogen sind. Mit zunehmender Länge des Einkristalls ist ein starker Abfall der COP-Dichten zu beobachten. Die 2 und 4 zeigen exemplarisch, wie sich auch die radiale Defektverteilung bezüglich der COP-Defekte und Lpit-Defekte ändert. 2 zeigt die Defektdichten dd von COP-Defekten und Lpit-Defekten in Abhängigkeit der radialen Position, rP, auf der Halbleiterscheibe bei der axialen Position aP = 7,35% im Einkristall, wobei die Wertepaare ebenfalls jeweils auf 100% bezogen sind. Das Zentrum der Halbleiterscheibe befindet sich bei rP = 100%, der Rand bei rP = 0%. In 3 sind die zugehörigen Intensitäten der Streulichtsignale pro Defekt aufgetragen, die bei Lpit-Defekten wegen ihrer Größe wesentlich höher sind als bei COP-Defekten und deshalb zur Unterscheidung beider Defektarten herangezogen werden können. 2 und 3 zeigen in der zusammenschau demnach Lpit-Defekte im Randbereich und COP-Defekte im Zentrumsbereich der Halbleiterscheibe an. 4 ist eine der 2 entsprechende Darstellung für die axiale Position aP = 66,18% im Einkristall. Bei aP = 66,18% sind die zuvor bei aP = 7,35% noch nachgewiesenen COP-Defekte im Zentrum und Lpit-Defekte am Rand verschwunden.
Beispiel 2:
Ein Einkristall aus Silicium mit einer Länge von 1 m und einem Durchmesser von 300 mm wurde gemäß der CZ-Methode gezogen. Durch die Ziehvorrichtung wurde zunächst nur Argon geleitet. Die Schmelze war weder mit Stickstoff noch mit Wasserstoff dotiert. Nach einer gezogenen Stablänge von 20 cm mit Nenndurchmesser wurde SiF₄ als Fluor-Quelle zusätzlich zu Argon durch die Ziehvorrichtung geleitet und der SiF₄-Fluss von 30 l/h bis 300 l/h kontinuierlich gesteigert. Auch in diesem Versuch bewirkte die Steigerung der Fluor-Konzentration im Einkristall die Unterdrückung anfänglich vorhandener Lpit-Defekte und COP-Defekte.

Claims

Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium, die Fluor enthält, wobei die Fluor-Konzentration 1·10¹⁰ bis 1·10¹⁵ Atome/cm³ beträgt, und die frei ist von agglomerierten intrinsischen Punktdefekten, deren Durchmesser gleich oder größer ist, als ein kritischer Durchmesser im Bereich von 5 bis 60 nm.
Halbleiterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluor-Konzentration 1·10¹¹ bis 1·10¹⁴ Atome/cm³ beträgt.
Halbleiterscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Durchmesser im Bereich von 5 bis 40 nm liegt.
Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff oder Wasserstoff oder Stickstoff und Wasserstoff enthalten ist.
Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element aus der Gruppe enthalten ist, die von den Elementen Bor, Phosphor, Arsen und Antimon gebildet wird.
Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine „denuded zone” und eine „bulk-zone” mit Fluor enthaltenden Defekten, die metallische Verunreinigungen an sich binden.
Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine epitaktische Schicht.
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silicium, umfassend das Bereiten einer Schmelze aus Silicium, die mit Fluor dotiert ist und das Kristallisieren der Schmelze zu einem Einkristall, der Fluor im Bereich von 1·10¹⁰ bis 1·10¹⁵ Atome/cm³ enthält, mit einer Geschwindigkeit, bei der agglomerierte intrinsische Punktdefekte mit einem kritischen Durchmesser im Bereich von 5 bis 60 nm oder einem größeren Durchmesser entstehen würden, wenn auf Fluor als Dotierstoff verzichtet werden würde, und das Abtrennen von Halbleiterscheiben vom Einkristall.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze derart mit Fluor dotiert ist, dass die Fluor-Konzentration im Einkristall 1·10¹¹ bis 1·10¹⁴ Atome/cm³ beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser im Bereich von 5 bis 40 nm als der kritische Durchmesser betrachtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kristallisieren der Schmelze nach der Czochralski-Methode oder nach dem Zonenschmelzverfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dotieren der Schmelze mit Fluor eine gasförmige Fluor-Quelle verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Fluor-Quelle aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt wird, die aus SiF₄, HF, F₂, BF₃, PF₅ und Kombinationen dieser Verbindungen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dotieren der Schmelze mit Fluor ein Feststoff als Fluor-Quelle verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluor-Quelle aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt wird, die aus NH₄F, (NH₄)HF₂, (NH₄)₂SiF₆ und (NH₄)BF₄ und Kombinationen dieser Verbindungen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mit Stickstoff oder Wasserstoff oder mit Stickstoff und Wasserstoff dotiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mit mindestens einem elektrisch aktiven Element dotiert wird, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die von Bor, Phosphor, Arsen, Antimon und Kombinationen dieser Elemente gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben bei einer Temperatur im Bereich von 550°C bis 1100°C mit Wärme behandelt werden, zum Zweck der Bildung einer „denuded zone” und einer „bulk-zone”, die Fluor enthaltende und metallische Verunreinigungen bindende Defekte aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine epitaktische Schicht auf den Halbleiterscheiben abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindest-Konzentration an Fluor in einem Testversuch bestimmt wird, bei dem ein Testkristall aus einer Schmelze mit zumindest zeitweise kontinuierlich gesteigerter Fluor-Konzentration und unter sonst gleichartigen Bedingungen hergestellt wird, und diejenige Fluor-Konzentration als Mindest-Konzentration identifiziert wird, bei deren Erreichen agglomerierte intrinsische Punktdefekte im Testkristall verschwinden, deren Durchmesser gleich oder größer als der kritische Durchmesser ist.