DE102008022747B4

DE102008022747B4 - Silicium-Einkristall-Wafer und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102008022747B4
Application number: DE102008022747.1A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Ono; Takayuki Kihara
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: TWI390091B; US20080292523A1; KR20080103414A; DE102008022747A1; TW200925341A; KR101020436B1

Abstract

Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Verarbeiten eines Einkristalls, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren; umfassend einen Schritt der Ausführung einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10Atomen/cm(ASTM F-121, 1979) oder höher, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer thermischen Behandlungstemperatur von 1250°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 0,6 µm bis 1,0 µm von der Waferoberfläche gebildet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Silicium-Einkristall-Wafer und ein Verfahren zu dessen Herstellung, und sie betrifft insbesondere einen Silicium-Einkristall-Wafer, welcher auch für eine dünne Film-Vorrichtung bzw. Dünnfilm-Vorrichtung geeignet ist, und dessen Herstellungsverfahren.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Wafer mit hervorragender Gettereigenschaft wurde vorgeschlagen, COP (Crystal Originated Particles) neben einer Oberflächenschicht eines getemperten Wafers durch Ausführen einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von 1100°C oder höher in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre zu eliminieren (vergleiche Patentdruckschrift 1).
Jedoch wird bei diesem Verfahren eine nach außen gerichtete Diffusion von Sauerstoff zum gleichen Zeitpunkt verursacht. Daher wird bei einem durch dieses Verfahren erhaltenen Wafer eine Fläche, in der kein Sauerstoffpräzipitat bzw. keine Sauerstoffausfällung existiert (BMD: Bulk Micro Defect), in einer Tiefe von 10 µm oder tiefer von der Waferoberfläche gebildet.
In den vergangenen Jahren sind Halbleitervorrichtungen noch dünner geworden und gleichzeitig damit gibt es eine Nachfrage nach Wafern, bei denen die oben erwähnten Getterschichten näher an den vorrichtungsaktiven Schichten sind.
Jedoch wird in dem oben erläuterten Herstellungsverfahren des Standes der Technik als Ergebnis der thermischen Behandlung zur Verbesserung der Getterfähigkeit eine Fläche, in der eine Sauerstoffausfällung existiert, gebildet und besitzt eine Tiefe von 10 µm oder tiefer von der Waferoberfläche; daher gibt es eine Nachfrage nach der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines Wafers, welches die volle Effizienz des Gettereffekts selbst in einer Dünnfilm-Vorrichtung hervorbringt.
Andererseits verwendet ein integrierter Halbleiterschaltkreis (bzw. eine -vorrichtung) einen Wafer als Substrat, der ausgeschnitten ist aus einem Einkristall, geformt aus einem Rohling, welcher, z.B. aus Silicium („silicone“) besteht und einer Anzahl von Verfahren zur Bildung eines Schaltkreises darauf unterliegt, so dass ein Produkt gebildet wird („so as to be a product“). Die Verfahren umfassen verschiedene physikalische Behandlungen, chemische Behandlungen und des Weiteren thermische Behandlungen und ebenso Behandlungen unter harschen Bedingungen, die 1000°C überschreiten. Daher entsteht ein winziger Defekt, ein sogenannter „Grown-in-Defect“ bzw. „eingewachsener Defekt“: die Ursache dafür bildet sich beim Züchten des Einkristalls, er wird wahrgenommen während dem Herstellungsverfahren der Vorrichtung und beeinflusst die Qualität in hohem Maße. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass „eingewachsener Defekt“ z.B. bei einem Silicium-Einkristall, gebildet durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren), einen Lochdefekt bezeichnet, mit einer Größe von 0,1 bis 0,2 µm, Infrarot-Scattering-Defekt genannt oder COP (Crystal Originated Particle) usw. oder einen Defekt, zurückzuführen auf eine winzige Versetzung in einer Größe von etwa 10 µm, genannt Dislokationscluster bzw. Versetzungscluster („dislocation cluster“).
In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Technologien zur Lösung der Nachteile der oben erläuterten eingewachsenen Defekte vorgeschlagen. Zum Beispiel beschreibt die Patentdruckschrift 2 ein Verfahren zum Züchten bzw. Ziehen eines Einkristalls durch Ziehen eines Impfkristalls unter Verwendung einer Einkristall-Zugvorrichtung bzw. -Apparatur (Züchtungsapparatur) unter Verwendung des CZ-Verfahrens mit einer verbesserten Struktur der heißen Zone als kühlendes Teil unmittelbar nach der Verfestigung beim Ziehen eines Einkristalls als Material, wobei die Atmosphäre in der Vorrichtung als Inertgasatmosphäre einschließlich Wasserstoff festgesetzt bzw. gewählt wird und des Weiteren ein Wasserstoffpartialdruck in der Atmosphäre innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (40 bis 400 Pa) gehalten wird. Durch Verwendung dieses Verfahrens kann ein Teil mit konstantem Durchmesser („constant diameter part“) des zu erhaltenden Einkristalls als defektfrei gezüchtet werden, ohne dass eingewachsene Defekte darin vorkommen. Wenn aus einem so gezüchteten Siliciumrohling ausgeschnitten wird, kann ein Siliciumwafer ohne eingewachsenen Defekt erhalten werden.
In den letzten Jahren sind Technologien zur Herstellung eines Siliciumwafers mit hervorragender Getterfähigkeit vorgeschlagen worden. Zum Beispiel beschreibt die Patentdruckschrift 2 eine Technologie des Eliminierens eines COP in der Nähe einer getemperten Waferoberfläche durch Ausführen einer thermischen Behandlung bei 1100°C oder höher in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre auf einem Wafer, der aus einem Siliciumrohling ausgeschnitten worden ist.
In diesem Verfahren wird jedoch zur selben Zeit eine nach außen gerichtete Diffusion von Sauerstoff verursacht. Daher wird in einem durch dieses Verfahren erhaltenen Wafer ein Gebiet ohne Defekte, genannt Sauerstoffausfällung bzw. -präzipitat (BMD: Bulk Micro Defect) mit darin existierender Getterwirkung gebildet, das 10 µm oder tiefer von der Waferoberfläche vorliegt, und es kann nicht gesagt werden, dass eine ausreichende Gettereigenschaft erhalten wird.
In den letzten Jahren sind die Halbleitervorrichtungen selbst dünner geworden und gemeinsam damit besteht eine Nachfrage für einen Wafer, bei dem ein BMD mit Getterwirkung näher an der vorrichtungsaktiven Schicht bzw. aktiven Schicht für die Vorrichtung („device active layer“) vorliegt.
Bei einem Siliciumwafer ohne eingewachsenen Defekt ist bekannt, dass das Sauerstoffausfällungsverhalten in der Dichte stark verschieden ist vom Fall des dominanten Punktdefekt-Typs („dominant point defects type“). Ein defektfreier Bereich wird durch Bereiche gebildet, in denen Lücken bzw. Leerstellen bzw. Fehlstellen („vacancies“) angereichert werden, und Bereiche, bei denen interstitielle Siliciumatome angereichert werden. Der BMD mit Getterwirkung wird in den Bereichen gebildet, bei denen Lücken angereichert sind. Jedoch wird bei Durchführung einer thermischen Behandlung bei 800°C für 4 Stunden und bei 1000°C für 16 Stunden der BMD in einem Bereich tiefer als 10 µm von der Schicht der Waferoberfläche gebildet, und die Bildung desselben in der Oberflächenschicht des Wafers kann nicht erwartet werden. Des Weiteren wird in den Bereichen, in welchen interstitielle Siliciumatome angereichert werden, die Bildung von BMD von Beginn an unterdrückt.
Des Weiteren offenbart die Patentdruckschrift 3 einen Siliciumwafer, ein Herstellungsverfahren dafür sowie ein Verfahren zum Züchten eines Silicium-Einkristalls, wobei der erhaltene Wafer ein vollständig defektfreier Wafer ist, welcher keine COP oder Dislokationscluster enthält, wobei der Wafer mit einem Sauerstoffgehalt von 10×10¹⁷ cm^-3 bis 20×10¹⁷ cm^-3 einer thermischen Behandlung im Temperaturbereich zwischen 450°C und 1400°C für Zeiten von 0 bis mehrere Sekunden behandelt wird. Darüber hinaus beschreibt die Patentdruckschrift 4 ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer, wobei die RTA-Behandlung von Siliciumwafern mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 12×10¹⁷ cm^-3 und Temperaturen von 1150°C bis 1300°C für 1-60 s ausgeführt wird. Des Weiteren beschreibt die Patentdruckschrift 5 Verfahren zur thermischen Behandlung von Siliciumwafern, wobei ein Silicium-Einkristall einer Hochtemperaturbehandlung in nicht oxidierender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1000°C bis 1300°C unterworfen wird, und dem Schritt der Hochtemperaturbehandlung eine Hitzebehandlung bei niedrigerer Temperatur vorausgeht. Des Weiteren offenbart die Patentdruckschrift 6 ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers ohne Defekte im Oberflächenbereich, in welchem eine Vorrichtung gebildet wird, wobei aus einem durch das Czochralski-Verfahren gezogenen Einkristall ein Wafer hergestellt wird, und ein Oberflächenbereich des Wafers zwischen 0,01 µs und 10 s in einem Temperaturbereich zwischen 1350°C und 1400°C in einem Laserverfahren getempert wird.

[Patentdruckschrift 1] JP H10-144698 A
[Patentdruckschrift 2] JP 2006-312575 A
[Patentdruckschrift 3] EP 1 785 511 A1
[Patentdruckschrift 4] US 2005-0253221 A1
[Patentdruckschrift 5] US 2007-0095274 A1
[Patentdruckschrift 6] US 2007-0059904 A1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Silicium-Einkristall-Wafer bereitzustellen, der in der Lage ist, eine Getterwirkung bzw. einen Getterungseffekt effizient auch in einer Dünnfilm-Vorrichtung hervorzubringen, und das (entsprechende) Herstellungsverfahren bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Silicium-Einkristall-Wafer bereitzustellen, der in der Lage ist, einen Gettereffekt effizient selbst in einer Dünnfilm-Vorrichtung hervorzubringen, wobei ein BMD in hoher Dichte in einem flachen Bereich von z.B. bis zu 10 µm von der Oberflächenschicht existiert, jedoch existiert kein Defekt in seiner äußersten Oberflächenschicht, wirkend als vorrichtungsaktive Schicht bzw. aktive Schicht der Vorrichtung, selbst wenn er aus einem Kristall ausgeschnitten wird, welcher unter Nicht-Defekt-Bedingungen gezüchtet wird, so dass kein eingewachsener Defekt existiert, wenn der Kristall gezüchtet wird, und das (entsprechende) Herstellungsverfahren bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung liefert einen Siliciumwafer, erhalten durch Verarbeiten eines Einkristalls, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren, und Durchführen einer thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 10 Sekunden oder weniger an einem Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ (ASTM F-121,1979) oder höher.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch Durchführen einer thermischen Behandlung gemäß Anspruch 1 mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer COP und sauerstoffausfällende Keime („oxygen precipitation nuclei“) eliminiert, obwohl lediglich im Oberflächenbereich, und es zeigt sich eine hohe Oxidfilm-Durchbruchsspannung in diesem Gebiet. Ebenso existieren in einem Bereich von ungefähr 10 µm von der Oberfläche stabile sauerstoffausfällende Keime im Wafer, da ein Wafer mit hoher Sauerstoffdichte mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffkonzentration von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ oder höher verwendet wird. Demnach ist es möglich, einen Silicium-Einkristall-Wafer zu erhalten, wobei Kristalldefekte in der Waferoberflächenschicht eliminiert sind und stabile zu Getterquellen werdende („to be gattering sources“) sauerstoffausfällende Keime unmittelbar unterhalb der vorrichtungsaktiven Region vorliegen.
Ebenso wird in der vorliegenden Erfindung eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1000°C oder höher für 10 Sekunden oder kürzer an einem Wafer, ausgeschnitten aus dem Siliciumbarren bzw. Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt und mit einer interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden selbst bei einem aus einem Kristall ausgeschnittenen Wafer, gezüchtet unter einer defektfreien Bedingung, so dass keine eingewachsenen Defekte existieren beim Züchten des Kristalls, COP und sauerstoffausfällende Keime eliminiert, obwohl lediglich im Oberflächenbereich, und eine hohe Oxidfilm-Durchbruchsspannung zeigt sich in diesem Bereich, da eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen gemäß Anspruch 1 an dem Wafer ausgeführt wird. Ebenso liegen, da ein Wafer mit hoher interstitieller Sauerstoffdichte verwendet wird, stabile sauerstoffausfällende Keime in einem Bereich von etwa 10 µm von der Oberfläche im Wafer vor. Demgemäß ist es möglich, einen Wafer zu erhalten, bei dem Kristalldefekte in der Waferoberflächenschicht eliminiert sind und zu Getterquellen werdende stabile sauerstoffausfällende Keime unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Region vorliegen.
Figurenliste
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden, wobei:

1 eine Ansicht ist, die die Vorgehensweise eines Herstellungsverfahrens eines Silicium-Einkristall-Wafers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine schematische Schnittansicht ist, die ein Beispiel einer Einkristall-Zugvorrichtung zeigt, die verwendet wird zur Realisierung eines Herstellungsverfahrens eines Silicium-Einkristall-Wafers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine Ansicht, die die Vorgehensweise bei einem Herstellungsverfahren eines Siliciumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Ansicht einer Vorgehensweise bei einem Herstellungsverfahren eines Silicium-Einkristall-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beim Herstellungsverfahren eines Silicium-Einkristall-Wafers gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Siliciumrohling durch das CZ-Verfahren bei der Bedingung, dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (ASTM F-121,1979) ist oder höher, gezogen. Der Grund dafür ist, dass keine stabile Sauerstoffabscheidung, die eine Getterquelle wird, in wirksamer Zahl unmittelbar unter der Dünnfilmvorrichtungs-aktiven Schicht, vorhanden ist, wenn die Sauerstoffdichte beim Züchten des Siliciums unterhalb 1,4 x 10¹⁸ Atomen/cm³ ist.
Während dem Züchten des Siliciums ist eine Dotierung des Silicium-Einkristalls mit Stickstoff mit 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁵ Atomen/cm³ bevorzugt, da der defektfreie Bereich dadurch größer wird.
Danach wird der Siliciumrohling zu Wafern verarbeitet. Das Verarbeiten zu Wafern ist nicht in besonderer Weise beschränkt und es können allgemeine Verarbeitungsverfahren verwendet werden.
Nach dem Verarbeiten zu Wafern wird eine erste thermische Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens bei einer Temperatur von 1250°C oder höher, jedoch nicht höher als der Schmelzpunkt des Siliciums (1410°C) für 0,1 Sekunden oder kürzer gemäß Anspruch 1 ausgeführt. Die thermische Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens wird in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre ausgeführt, z.B. in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen.
In der thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens der vorliegenden Ausführungsform wird ein thermischer Behandlungsofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder ein thermischer Behandlungsofen vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle verwendet. Die thermische Behandlung wird 0,1 Sekunden oder kürzer ausgeführt, wenn ein thermischer Behandlungsofen vom Flutlichtlampentyp verwendet wird, und 0,1 Sekunden oder kürzer, wenn ein thermischer Behandlungsofen vom Lasertyp verwendet wird.
Durch Ausführen einer thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens wie oben erläutert ist es möglich, einen Wafer zu erhalten, wobei eine defektfreie Schicht auf der Waferoberfläche gebildet wird und eine Sauerstoffabscheidung, die eine Getterquelle sein soll, liegt unmittelbar unterhalb der aktiven Schicht für die Vorrichtung (10 bis 20 µm von der Waferoberfläche) vor.
Zusätzlich dazu ist es möglich, eine epitaktische Siliciumschicht auf der Waferoberfläche, unterworfen der thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens, zu züchten. Weil eine defektfreie Schicht auf der Waferoberfläche, unterworfen der thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens, gebildet wird, kann die defektfreie Schicht durch Bilden einer epitaktischen Schicht darauf des Weiteren vergrößert werden, oder die Dicke der defektfreien Schicht wird einstellbar.
Des Weiteren kann nach Ausführen der thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens eine zusätzliche, zweite thermische Behandlung bei 1150°C für etwa 30 bis 60 Minuten in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gemäß Anspruch 4 ausgeführt werden. Durch Ausführen der zweiten thermischen Behandlung nimmt die Größe der unmittelbar unter der aktiven Schicht für die Vorrichtung vorliegenden Sauerstoffabscheidung zu, und die Dicke der defektfreien Schicht wird einstellbar.
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde bestätigt, dass bei Ausführung einer thermischen Behandlung des schnellen Aufheizens und Abkühlens für 0,1 Sekunden oder kürzer an einem Wafer, der unter der Bedingung einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ (ASTM F-121,1979) oder höher gezüchtet bzw. wachsen gelassen wurde, eine Oberflächenschicht als vorrichtungsaktive Region eine hohe Oxidfilm-Zusammenbruchsspannung zeigt sowie Getterquellen werdende sauerstoffausfällende Keime, die unmittelbar unterhalb des aktiven Vorrichtungsbereichs vorhanden sind.
[Beispiel 1] (nicht erfindungsgemäß)
Eine Mehrzahl von Siliciumwafern, erhalten durch Schneiden eines Silicium-Einkristall-Rohlings (mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 14,5 × 10¹⁷ Atomen/cm³ (ASTM F-121,1979) und einem spezifischen Widerstand von 10 bis 20 Ωcm, ohne Stickstoffdotierung) mit einem Durchmesser von 200 nm und Ausführen von Finish-Spiegelpolieren („mirror finish processing“) daran wurden einer thermischen Behandlung bei 1150°C für 3 Sekunden durch Verwendung eines thermischen Behandlungsofens mit einer Halogenlampe als Hitzequelle unterworfen.
Jeder der der thermischen Behandlung unterworfenen Siliciumwafer wurde nochmals um etwa 0,2 µm poliert, wobei Wafer hergestellt wurden, die jeweils ein unterschiedliches Maß an erneutem Polieren auf ihrer Oberfläche aufwiesen bzw. mit einer unterschiedlichen erneut von ihrer Oberflächen abpolierten Menge. Auf den Wafern mit jeweils einem unterschiedlichen Maß an erneut abpolierter Menge von ihrer Oberfläche wurde ein Oxidfilm mit einer Dicke von 25 nm und ein MOS-Kondensator mit einer Messelektrode (phosphordotierte Polysiliciumelektrode) mit einer Fläche von 8 mm² gebildet. Anschließend wurden die Oxidfilm-Zusammenbruchsspannungscharakteristika (TZDB („Time Zero Dielectric Breakdown“)) unter der Bedingung gemessen, dass ein elektrisches Feld zur Beurteilung 11 MV/cm betrug (als Zusammenbruch wurde ein Überschreiten des Stromwerts von 10^-3 A betrachtet). Die MOS-Kondensatoren, die den Test im elektrischen Feld bestanden („which cleared a judging electric field“) wurden als gut erachtet. Ein Maximum an erneut abpolierter Menge (im Folgenden auch als defektfreie Tiefe bezeichnet) betrug 1,7 µm in denjenigen, die eine gute Rate von 90% zeigten.
Andererseits wurde an den Wafern, die der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unterworfen wurden, wie oben erläutert, eine weitere thermische Behandlung bei 1000°C für 16 h vorgenommen. Anschließend wurden die Wafer gespalten und 2 µm Wright-Ätzen durchgeführt. Beim Messen der Ätzvertiefungen, die bei 10 bis 20 µm von den Waferoberflächen existierten, und bei der Berechnung der BMD-Dichte wurden 2,1 × 10⁵/cm² gemessen.
Ergebnisse der defektfreien Tiefe und der BMD-Dichte sind in Tabelle 1 gezeigt mit Sauerstoffdichte, Stickstoffdichte und der Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen.
[Beispiel 2] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 22,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 3 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 1,8 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 4,9 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 3]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,6 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle einer Halogenlampe auf 1250°C für 0,001 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreien Tiefen und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 38,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 4]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 21,8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle einer Halogenlampe auf 1300°C für 0,001 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,8 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 52,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 5]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers anstelle einer Halogenlampe auf 1350°C für 0,001 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,8 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 29,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 6]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 22,3 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers anstelle einer Halogenlampe auf 1350°C für 0,001 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 1,0 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 62,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 7] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 1 wurde ein Wafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,3 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 1,5 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 5 Sekunden erfolgte; ein Wafer wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 58,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 8] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die anfängliche Dichte von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 85,8 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 5 Sekunden verändert wurde, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,3 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 51,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 9] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die Anfangsdichte von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 21,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 2,5 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 3 Sekunden verändert wurde, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,1 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 67,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 10] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die Anfangsdichte von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 21,9 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 75,8 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde und die Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 3 Sekunden verändert wurde, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 1,7 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 61,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 11]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die Anfangsdichte von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 20,4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 34,6 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle einer Halogenlampe und die Bedingung der thermischen Behandlung mit einem schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1300°C für 0,001 Sekunden verändert wurde, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,8 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 49,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 12]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die Anfangsdichte von interstitiellem Sauerstoff des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 21,0 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 81,5 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp anstelle einer Halogenlampe und die Bedingung der thermischen Behandlung mit einem schnellen Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1300°C für 0,001 Sekunden verändert wurden, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,8 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 52,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Vergleichsbeispiel 1]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 13,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingungen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 3 Sekunden verändert wurden, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,1 µm bezüglich der defektfreien Tiefe, jedoch war die BMD-Dichte geringer als 1,0 × 10⁴/cm².
[Vergleichsbeispiel 2]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 13,2 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 35,0 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde und die Bedingungen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1200°C für 5 Sekunden verändert wurden, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe, jedoch war die BMD-Dichte geringer als 1,0 × 10⁴/cm².
[Vergleichsbeispiel 3]
Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingungen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1100°C für 3 Sekunden verändert wurden, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 6,4 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte, jedoch 0 µm bezüglich der defektfreien Tiefe.
[Vergleichsbeispiel 4]

Verglichen mit Beispiel 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 15,2 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Bedingungen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unter Verwendung einer Halogenlampe auf 1125°C für 3 Sekunden verändert wurden, ein Wafer hergestellt und die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte wurden gemessen. Die Ergebnisse betrugen 5,3 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte, jedoch 0 µm bezüglich der defektfreien Tiefe. [Tabelle 1]

	Siliciumrohling		Erste thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen			Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
	Sauerstoffdichte (× 10¹⁷ Atome/ cm³)	Stickstoffdichte (× 10¹³ Atome/ cm³)	Thermischer Behandlungsofen	Temperatur (°C)	Dauer (Sekunden)	Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
Beispiel 1*	14,5	keine Dotierung	Halogenlampe	1150	3	1,7	2,1
Beispiel 2*	22,1	keine Dotierung	Halogenlampe	1200	3	1,8	4,9
Beispiel 3	14,6	keine Dotierung	Flutlichtlampe	1250	0,001	0,6	38,0
Beispiel 4	21,8	keine Dotierung	Flutlichtlampe	1300	0,001	0,8	52,0
Beispiel 5	14,4	keine Dotierung	Laser	1300	0,001	0,8	29,0
Beispiel 6	22,3	keine Dotierung	Laser	1350	0,001	1,0	62,0
Beispiel 7*	14,3	1,5	Halogenlampe	1200	5	2,6	58,0
Beispiel 8*	14,7	85,8	Halogenlampe	1200	5	2,3	51,0
Beispiel 9*	21,1	2,5	Halogenlampe	1200	3	2,1	67,0
Beispiel 10*	21,9	75,8	Halogenlampe	1200	3	1,7	61,0
Beispiel 11	20,4	34,6	Flutlichtlampe	1300	0,001	0,8	49,0
Beispiel 12	21,0	81,5	Laser	1300	0,001	0,8	52,0
Vergleichsbeispiel 1	13,1	keine Dotierung	Halogenlampe	1200	3	2,1	(< 1x 104)
Vergleichsbeispiel 2	13,2	35,0	Halogenlampe	1200	5	2,6	(< 1x 104)
Vergleichsbeispiel 3	14,8	keine Dotierung	Halogenlampe	1100	3	0,0	6,4
Vergleichsbeispiel 4	15,2	keine Dotierung	Halogenlampe	1125	3	0,0	5,3
* (nicht erfindungsgemäß)

[Überlegungen]
Es wurde durch die Beispiele 1 bis 12 bestätigt, dass, wenn ein Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffkonzentration von 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) oder höher einer thermischen Behandlung bei 1250°C oder höher und 1350°C oder niedriger für nicht länger als 0,1 Sekunden unterworfen wurde, eine defektfreie Schicht von 0,6-1,0 µm im erhaltenen Wafer gebildet wurde.
Es wurde genauer bestätigt, dass eingewachsene (Hohlraum)-Defekte COP und sauerstoffausfällende Keime, die beim Ziehen durch das CZ-Verfahren gebildet werden, durch die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen eliminiert wurden und dass der Bereich eine hohe Oxidfilm-Zusammenbruchsspannung zeigt.
Andererseits wurde bestätigt, dass, da der Bereich 10 bis 20 µm von der Waferoberfläche hyperoxisch („hyperoxic“) beim Züchten des Kristalls war, stabile sauerstoffausfällende Keime wuchsen und bei einer thermischen Behandlung bei 1000°C für 16 Stunden sichtbar wurden.
Wie oben in den Beispielen ausgeführt, wurde bestätigt, dass ein stark zu bevorzugender Wafer erhalten wurde, wobei Defekte an der äußersten Waferschicht eliminiert waren und stabile sauerstoffausfällende Keime (Getterquellen) unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Region existierten. Es wurde ebenso bestätigt, dass weitere flachere defektfreie Schichten erhalten werden können, wenn ein thermischer Behandlungsofen vom Flutlichtlampentyp und ein thermischer Behandlungsofen vom Lasertyp verwendet werden.
Andererseits wurde in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 bestätigt, dass stabile sauerstoffausfällende Keime nicht existieren, obwohl eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen oder eine thermische Behandlung bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wurde, weil die Sauerstoffdichte, die im Kristall existierte, so niedrig war, dass eine genügende und stabile Größe des ausfällenden Keims nicht erhalten wurde, wenn der Kristall wuchs bzw. gezüchtet wurde.
Des Weiteren wurde in den Vergleichsbeispielen 3 und 4 bestätigt, dass, da die Temperatur der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen niedrig war, Defekte nicht genügend in der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen eliminiert wurden, und die Ausbeute der Oxidfilm-Zusammenbruchsspannung war von der äußersten Oberfläche her verschlechtert.
[Beispiel 13] (nicht erfindungsgemäß)
Auf einer Mehrzahl von Siliciumwafern, erhalten durch Schneiden eines Silicium-Einkristall-Rohlings (mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 16,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 20 Ωcm, keine Stickstoffdotierung) mit einem Durchmesser von 200 nm und der Durchführung von Finish-Spiegelpolieren darauf wurde eine thermische Behandlung bei 1150°C für 3 Sekunden durch einen Ofen zur thermischen Behandlung unter Verwendung einer Halogenlampe als seiner Hitzequelle durchgeführt.
Des Weiteren wurde auf jedem der Mehrzahl der Siliciumwafer, die der thermischen Behandlung unterworfen wurden, eine epitaktische Siliciumschicht bis 4,0 µm gezüchtet bzw. wachsen gelassen unter der Bedingung, dass die Stapeltemperatur („stacking temperature“) 1150°C betrug. Die defektfreie Tiefe und BMD-Dichte jedes der erhaltenen epitaktischen Siliciumwafer wurde unter derselben Bedingung wie derjenigen in Beispiel 1 gemessen. Die defektfreie Tiefe betrug 5,1 µm und die BMD-Dichte betrug 0,87 × 10⁵/cm².
[Beispiel 14] (nicht erfindungsgemäß)
Im Vergleich zu Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 16,6 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde und die Stickstoffdichte auf 34,0 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 5,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 3,5 × 10⁵/cm².
[Beispiel 15]
Verglichen mit Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 15,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, ein thermischer Behandlungsofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle eines thermischen Behandlungsofens vom Halogenlampentyp verwendet wurde, eine thermische Behandlung bei 1250°C für 0,001 Sekunden unter Verwendung des thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp durchgeführt wurde, und die Filmdicke der epitaktischen Schicht auf 3,5 µm verändert wurde, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 4,3 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 7,7 × 10⁵/cm².
[Beispiel 16]
Verglichen mit Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 17,8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 27,0 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde, ein thermischer Behandlungsofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle des thermischen Behandlungsofens vom Halogenlampentyp verwendet wurde, eine thermische Behandlung bei 1250°C für 0,001 Sekunden unter Verwendung des thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp durchgeführt wurde, und die Filmdicke der epitaktischen Schicht auf 3,5 µm verändert wurde, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 4,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 12,0 × 10⁵/cm².
[Beispiel 17]
Verglichen mit Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 16,4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, ein thermischer Behandlungsofen vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers anstelle eines thermischen Behandlungsofens vom Halogenlampentyp verwendet wurde, eine thermische Behandlung bei 1350°C für 0,001 Sekunden unter Verwendung des thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp durchgeführt wurde, und die Filmdicke der epitaktischen Schicht auf 3,5 µm verändert wurde, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 4,7 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 8,7 × 10⁵/cm².
[Beispiel 18]
Verglichen mit Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 17,8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 24,0 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde, unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers anstelle eines thermischen Behandlungsofens vom Halogenlampentyp, unter Ausführen einer thermischen Behandlung bei 1350°C für 0,001 Sekunden unter Verwendung des thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp, und Veränderung der Filmdicke der epitaktischen Schicht auf 3,5 µm ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 4,3 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 32,0 × 10⁵/cm².
[Vergleichsbeispiel 5]

Verglichen mit Beispiel 13 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 13, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 15,8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, Ausführen einer thermischen Behandlung bei 1125°C für 3 Sekunden unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Halogenlampentyp ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 0,96 × 10⁵ /cm² bezüglich der BMD-Dichte, jedoch 0 µm bezüglich der defektfreien Tiefe. [Tabelle 2]

	Siliciumrohling		Erste thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen			Filmdicke der epitaktischen Schicht (µm)	Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
	Sauerstoffdichte (× 10¹⁷ Atome/ cm³)	Stickstoffdichte (× 10¹³ Atome/ cm³)	Thermischer Behandlungsofen	Temperatur (°C)	Dauer (Sekunden)	Filmdicke der epitaktischen Schicht (µm)	Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
Beispiel 13*	16,1	nicht dotiert	Halogenlampe	1150	3	4,0	5,1	0,87
Beispiel 14*	16,6	34,0	Halogenlampe	1150	3	4,0	5,6	3,5
Beispiel 15	15,1	nicht dotiert	Flutlichtlampe	1250	0,001	3,5	4,3	7,7
Beispiel 16	17,8	27,0	Flutlichtlampe	1250	0,001	3,5	4,6	12,0
Beispiel 17	16,4	nicht dotiert	Laser	1350	0,001	3,5	4,7	8,7
Beispiel 18	17,3	24,0	Laser	1350	0,001	3,5	4,3	32,0
Vergleichsbeispiel 5	15,8	nicht dotiert	Halogenlampe	1125	3	4,0	0,0	0,96
* (nicht erfindungsgemäß)

[Überlegungen]
Durch die Ergebnisse der Beispiele 13 bis 18 wurde bestätigt, dass beim Ausführen einer thermischen Behandlung bei 1350°C oder niedriger für nicht länger als 3 Sekunden an einem Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) und anschließendem Bilden einer epitaktischen Siliciumschicht darauf eine defektfreie Schicht von etwa 6 µm auf dem erhaltenen Wafer gebildet wurde. Ebenso wurde eine hohe BMD-Dichte in einem Bereich, der 10 bis 20 µm von der Waferoberfläche entfernt war, beobachtet.
Andererseits wurden in Vergleichsbeispiel 5, wobei die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1125°C stattfand, sauerstoffausfällende Keime in der Waferoberfläche nicht in genügendem Maße durch die thermische Behandlung eliminiert. Es wurde bestätigt, dass epitaktische Defekte von den sauerstoffausfällenden Keimen während des epitaktischen Wachstums auftraten und die Oxidfilm-Zusammenbruchsspannung sich verschlechterte.
[Beispiel 19] (nicht erfindungsgemäß)
Auf einer Mehrzahl von Siliciumwafern, erhalten durch Ausschneiden eines Silicium-Einkristall-Rohlings (mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 14,5 × 10¹⁷ Atomen/cm³ (ASTM F-121, 1979) und einem spezifischen Widerstand von 10 bis 20 Ωcm, keine Stickstoffdotierung) mit einem Durchmesser von 200 nm und Ausführen von Finish-Spiegelpolieren darauf, wurde eine thermische Behandlung bei 1150°C für 3 Sekunden durch einen thermischen Behandlungsofen unter Verwendung einer Halogenlampe als Hitzequelle ausgeführt.
An den Siliciumwafern, die der thermischen Behandlung unterworfen wurden, wurde eine zusätzliche thermische Behandlung bei 1000°C des Weiteren für 30 Minuten in Argongasatmosphäre ausgeführt.
Bei der Messung der defektfreien Tiefen und der BMD-Dichten der erhaltenen Siliciumwafer unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 betrug die defektfreie Tiefe 2,3 µm und die BMD-Dichte 2,3 × 10⁵/cm².
[Beispiel 20] (nicht erfindungsgemäß)
Verglichen mit Beispiel 19 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19, außer dass die Bedingung der zusätzlichen thermischen Behandlung auf 1200°C für 60 Minuten verändert wurde, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 5,6 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 1,1 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
Bei Beobachten der BMD-Größe mit einem Transmissionselektronenmikroskop vor und nach der zusätzlichen thermischen Behandlung war die Größe geringer (< 10 nm) als die minimale mit einem Transmissionselektronenmikroskop detektierbare Größe vor der Ausführung der zusätzlichen thermischen Behandlung. Nach der zusätzlichen thermischen Behandlung wurde jedoch eine Ausfällung bzw. Abscheidung in polyedrischen Formen mit durchschnittlicher Größe von 63,4 nm beobachtet.
[Beispiel 21]
Verglichen mit Beispiel 19 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,6 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, ein thermischer Behandlungsofen unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle einer Halogenlampe verwendet wurde, eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1250°C für 0,001 Sekunden ausgeführt wurde und die Bedingungen der zusätzlichen thermischen Behandlung auf 1150°C für 30 Minuten verändert wurden, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 2,1 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 19,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 22]
Verglichen mit Beispiel 19 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,6 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, ein thermischer Behandlungsofen des Flutlichtlampentyps unter Verwendung einer Xenonlampe anstelle einer Halogenlampe verwendet wurde, eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1250°C für 0,001 Sekunden ausgeführt wurde und die Bedingungen der zusätzlichen thermischen Behandlung auf 1150°C für 60 Minuten verändert wurden, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 3,5 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 12,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 23]
Verglichen mit Beispiel 19 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers anstelle einer Halogenlampe, Ausführen einer thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1300°C für 0,001 Sekunden und Veränderung der Bedingungen der zusätzlichen thermischen Behandlung auf 1150°C für 30 Minuten, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 3,7 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 10,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte.
[Beispiel 24] (nicht erfindungsgemäß)

Verglichen mit Beispiel 19 wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 19, außer dass die anfängliche interstitielle Sauerstoffdichte des Silicium-Einkristall-Rohlings auf 14,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) verändert wurde, die Stickstoffdichte auf 85,8 × 10¹³ Atome/cm³ verändert wurde, Ausführen einer thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1200°C für 5 Sekunden unter Verwendung einer Halogenlampe und Verändern der Bedingungen der zusätzlichen thermischen Behandlung auf 1150°C für 60 Minuten, ein Wafer hergestellt. Anschließend wurden die defektfreie Tiefe und die BMD-Dichte gemessen. Die Ergebnisse betrugen 4,9 µm bezüglich der defektfreien Tiefe und 24,0 × 10⁵/cm² bezüglich der BMD-Dichte. [Tabelle 3]

	Siliciumrohling		Thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen			Zusätzliche thermische Behandlung		Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
	Sauerstoffdichte (× 10¹⁷ Atome/ cm³)	Stickstoffdichte (× 10¹³ Atome/ cm³	Thermischer Behandlungsofen	Temperatur (°C)	Dauer (Sekunden)	Temperatur (°C)	Dauer (min)	Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
Beispiel 19*	14,5	nicht dotiert	Halogenlampe	1150	3	1000	30	2,3	2,3
Beispiel 20*	14,5	nicht dotiert	Halogenlampe	1150	3	1200	60	5,6	1,1
Beispiel 21	14,6	nicht dotiert	Flutlichtlampe	1250	0,001	1150	30	2,1	19,0
Beispiel 22	14,6	nicht dotiert	Flutlichtlampe	1250	0,001	1150	60	3,5	12,0
Beispiel 23	14,4	nicht dotiert	Laser	1300	0,001	1150	30	3,7	10,0
Beispiel 24*	14,7	85,8	Halogenlampe	1200	5	1150	60	4,9	24,0
* (nicht erfindungsgemäß)

[Überlegungen]
Durch die Ergebnisse der Beispiele 19 bis 24 wurde bestätigt, dass die Größen der Sauerstoffausfällungen in einem Bereich, der sich 10 bis 20 µm von der Waferoberfläche befindet, zunehmen, bei Ausführen einer zusätzlichen thermischen Behandlung (nicht-oxidierende Atmosphäre) bei einem Wafer, der der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unterworfen wird (Beispiel 20). Im Ergebnis verbessert sich die thermische Stabilität im Bereich von 10 bis 20 µm und des Weiteren wird die defektfreie Tiefe einstellbar, da die BMD in der Oberflächenschicht aufgrund der nach außen gerichteten Diffusion von Sauerstoff nahe der Oberflächenschicht eliminiert wurde.
[Zweite Ausführungsform]
Zunächst wird die Anordnung einer Einkristall-Zugvorrichtung, die in der Lage ist, einen Siliciumrohling (im Folgenden auch als Einkristall bezeichnet) mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt herzustellen, kurz erläutert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Einkristall-Zugvorrichtung 2, zum Beispiel wie in 2 gezeigt, verwendet. In der in 2 gezeigten Zugvorrichtung befindet sich ein Tiegel 4 innerhalb eines Vorrichtungskörpers, der luftdicht gehalten wird. Der Tiegel 4 ist innerhalb eines Tiegelhaltebehälters 8, gestützt bzw. getragen von einer Tiegelträgerachse 6, angeordnet. Ein Hitzeschild 10 zur Bildung einer Heißzonenstruktur ist oberhalb des Tiegels 4 angeordnet. Der Hitzeschild 10 in der vorliegenden Ausführungsform ist so angeordnet, dass die äußere Hülle aus Ascheblei bzw. Schwarzblei gebildet ist, und die Innenseite mit Schwarzbleifilz ausgefüllt ist.
In einer Öffnung des Hitzeschilds 10 wird eine Zugachse 12 eingeführt, so dass sie während des Rotierens frei herausgezogen werden kann. Ein Impflinghalter 14 wird am unteren Ende der Zugachse 12 angebracht. An den Impflinghalter 14 wird ein Impfkristall (nicht gezeigt) angebracht, und eine Kraftquelle (nicht gezeigt) wird mit dem oberen Ende der Herauszugsachse 12 verbunden.
Ein Heizelement 16 wird an einem äußeren Umfang des Tiegelhaltebehälters 8 angeordnet. Durch Aktivieren des Heizelements 16 wird der Tiegel 4 erhitzt und die Schmelze 42 im Tiegel 4 wird bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten.
Bei der Einkristall-Zugvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Verbesserung in der Heißzonenstruktur vorgenommen, wie z.B. bei Material, Größe und Position des Hitzeschilds 10, der den Silicium-Einkristall 18 unmittelbar nach dem Erstarren umgibt; so dass ein interner Kristalltemperaturgradient in Richtung der Zugachse 12 mäßig an der Seite des Umfangsteils des Kristalls (Ge) im Vergleich zu demjenigen an der Seite des Zentrumsteils des Kristalls (Gc) anliegt, in einem Temperaturbereich vom Schmelzpunkt von Silicium (1419°C) bis nahe an 1250°C. Als ein Ergebnis wird während des Herausziehens die Temperatur des Oberflächenteils durch Hitzestrahlung von einer Wandoberfläche des Tiegels 4 und der Oberfläche der Schmelze 42 in Nachbarschaft eines Teils direkt nach dem Austritt aus der Schmelze 42 des Einkristalls gehalten, und der obere Teil des Einkristalls wird durch Verwendung des Hitzeschilds 10 und einem Kühlteil stark gekühlt, etc. Daher wird der Zentrumsteil des Kristalls (Gc) aufgrund eines Hitzetransfers gekühlt und ein Temperaturgradient kann auf der Seite des Zentrumsteils relativ steil werden.
Durch Verwendung der Zugvorrichtung 2, aufgebaut wie oben erläutert, wird ein Siliciumrohling durch ein gewöhnliches Verfahren, wie zum Beispiel durch das CZ-Verfahren, hergestellt.
(1) Zunächst wird ein Polykristall von hochreinem Silicium in den Tiegel 4 der Einkristallzugvorrichtung 2 gegeben, anschließend lässt man den Tiegel 4 um die Tiegelträgerachse 6 in einer Atmosphäre unter vermindertem Druck rotieren, das Heizelement 16 wird aktiviert, um den Polykristall des hochreinen Siliciums zu schmelzen, und die Schmelze 42 wird erhalten.
(2) Als Nächstes wird durch Bewegen der Kristallherauszugsachse 12 nach unten ein am Impflingskristallhalter 14 angebrachter Impfkristall (nicht gezeigt) am unteren Ende der Achse 12 in Kontakt mit der Schmelze 42 in Tiegel 4 gebracht.
(3) Als Nächstes wird durch Herausziehen des Impfkristalls während des Rotierens der Herauszugsachse 12 die Schmelze 42, die am Impfkristall adhäriert, verfestigt, und es wird ein Kristall gezüchtet, um so einen Siliciumrohling 18 zu züchten (Herausziehen des Silicium-Einkristalls: vergleiche 3). In der vorliegenden Ausführungsform wird beim Herausziehen der Impfling verjüngt, um so jeglichen Kristallverschub zu vermeiden, und anschließend wird der Kopfteil („the crown portion“) gebildet und weiter eine Schulter gebildet, wobei ein Teil mit konstantem Durchmesser gebildet wird („and the going to shoulder to form a constant diameter part“).
[Züchten des Siliciumrohlings]
In der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst das Züchten eines Siliciumrohlings 18 unter Bedingungen durchgeführt, bei denen ein Wert der interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] groß wird (hohe Sauerstoffdichte), d.h. 1,4 x 10¹⁸ Atome/cm³ oder größer. Wenn die Sauerstoffdichte des gezüchteten Siliciumrohlings 18 weniger als 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt, so liegt kein zur Getterquelle werdendes stabiles Sauerstoffpräzipitat bzw. -ausfällung in nennenswerter Zahl vor („does not exist by valid number“) unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Schicht des dünnen Films („the thin film device active layer“) vor.
Als Zweites wird das Züchten eines Siliciumrohlings 18 unter Bedingungen durchgeführt, unter denen der Teil mit konstantem Durchmesser ein defektfreier Bereich ohne eingewachsenen Defekt wird. Zum Beispiel wird ein Impfkristall in einem Zustand (heraus-)gezogen, in welchem ein Atmosphärengas, erhalten durch Mischen wasserstoffhaltigen Materials in Inertgasatmosphäre, in die Vorrichtung 2 eingeführt wird.
Als Inertgas ist billiges Argongas bevorzugt, jedoch können daneben eine Vielzahl von einfachen Edelgassubstanzen, wie z.B. He, Ne, Kr und Xe, und ein Gasgemisch aus diesen verwendet werden.
Das wasserstoffhaltige Material bezeichnet ein Material, das sich thermisch zersetzt, wenn es in der Schmelze 42 gelöst wird, und in der Lage ist, Wasserstoffatome an die Schmelze 42 zu liefern. Als ein Ergebnis, dass das wasserstoffhaltige Material in einem Inertgas, das als Atmosphärengas in die Vorrichtung 2 eingeführt werden soll, mit umfasst ist, kann die Wasserstoffdichte in der Schmelze 42 verbessert werden. Als wasserstoffhaltiges Material können anorganische Wasserstoffatomeenthaltende Verbindungen, wie z.B. Wasserstoffgas, H₂O und HCl verwendet werden; hierbei sollen Kohlenstoffhydride, wie z.B. Silangas, CH₄, CO₂ („_c2“) und H₂; und eine Vielzahl von wasserstoffatomhaltigen Materialien, wie z.B. Alkohol und Carbonsäure, erwähnt werden. Unter diesen wird es bevorzugt, Wasserstoffgas zu verwenden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Atmosphäre innerhalb der Vorrichtung 2 so eingestellt, dass sie eine Inertgasatmosphäre mit einem Wasserstoffpartialdruck von 40 Pa oder höher und 160 Pa oder niedriger ist. Durch Einstellen des Wasserstoffpartialdrucks innerhalb der Vorrichtung 2 auf innerhalb dieses Bereichs und Wählen einer Zuggeschwindigkeit, so dass sie im Bereich von 0,4 bis 0,6 mm/Minute liegt und vorzugsweise 0,43 bis 0,56 mm/Minute, ist es möglich, einen Siliciumrohling leicht zu züchten, aus welchem Wafer mit einem PV-Bereich („PV area“) (ein Bereich, in welchem die Fällung von Oxid beschleunigt wird, oder ein defektfreier Bereich, in dem Fehlstellen bzw. Leerstellen angereichert sind) über die gesamte Oberfläche ausgeschnitten werden können. Durch Festlegen des Wasserstoffpartialdrucks, so dass er 40 Pa oder höher beträgt, ist es möglich, dem Schmalwerden des Zuggeschwindigkeitsbereichs zum Erhalt eines defektfreien Bereichs, in dem Leerstellen angereichert werden, vorzubeugen. Andererseits ist es durch Festlegen des Wasserstoffpartialdrucks, so dass er 160 Pa oder weniger beträgt, möglich, wirksam dem vorzubeugen, dass PI-Bereiche (ein Bereich, in welchem das Sauerstoffpräzipitat unterdrückt wird oder ein defektfreier Bereich, in welchem interstitielle Siliciumatome angereichert werden) auf den ausgeschnittenen Wafern vermischt werden. Bei einem Wafer mit PV-Bereichen werden BMD leicht gebildet und wenn z.B. das sogenannte DZ (Denuded Zone)-Schicht-Bildungsverarbeiten auf der Oberfläche ausgeführt wird, so wird leicht eine BMD mit Getterwirkung darin gebildet. Auf PI-Bereichen werden BMD kaum gebildet.
Der Druck des Atmosphärengases innerhalb der Vorrichtung 2 ist nicht in besonderem beschränkt, solange der Wasserstoffpartialdruck im vorbestimmten Bereich, wie oben erläutert, ist, und gewöhnliche anwendbare Bedingungen werden ausreichend sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass, wenn Sauerstoffgas (O₂) in der inerten Atmosphäre vorliegt, die Atmosphäre zu kontrollieren bzw. einzustellen, so dass der Dichteunterschied 3 Vol.-% oder größer zwischen der Dichte des Gases, berechnet als Wasserstoffmoleküle, und der zweifachen Sauerstoffgasdichte wird. Durch Einstellen des Dichteunterschieds zwischen der Dichte des wasserstoffatomhaltigen Gases, berechnet als Wasserstoffmoleküle, und der zweifachen Sauerstoffgasdichte auf 3 Vol.-% oder größer wird der Effekt des Auftretens von eingewachsenen Defekten bei einem Rohling, wie z.B. COP und Versetzungscluster, aufgrund der Aufnahme von Wasserstoffatomen in den Siliciumrohling unterdrückt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der normale Innendruck im Ofen in einem Bereich von 1,3 bis 13,3 kPa (10 bis 100 Torr) liegt, die Stickstoffdichte in der Inertatmosphäre vorzugsweise eingestellt auf 20 Vol.-% oder weniger. Durch Einstellen der Stickstoffdichte in der Inertatmosphäre auf 20 Vol.-% oder weniger wird dem Auftreten von Dislokation bzw. Versetzung eines Silicium-Einkristalls vorgebeugt.
Wird Wasserstoffgas als Gas aus wasserstoffatomhaltigen Material zugegeben, so kann es aus einer Wasserstoffdruckgasflasche, einem Wasserstoffgasspeichertank und einem Tank, der mit einer wasserstoffspeichernden Legierung befüllt ist, usw. an die Inertatmosphäre in der Vorrichtung 2 durch ein gesondertes Rohr („exclusive pipe“) zugespeist werden.
Bezüglich der Einführung eines Inertgases, das ein wasserstoffatomhaltiges Material enthält, in die Atmosphäre in der Vorrichtung 2 in der vorliegenden Ausführungsform ist es ausreichend, wenn ein wasserstoffatomhaltiges Material in einem Inertgas umfasst ist, und das resultierende (Gas) wird in die Vorrichtung 2 eingeführt, während zumindest der Teil mit konstantem Durchmesser als gefordertem Durchmesser des Einkristalls heraufgezogen wird. Da Wasserstoff das Charakteristikum besitzt, dass er leicht in der Schmelze 42 in einer kurzen Zeit aufgelöst wird, ist es ausreichend, dass er lediglich von der Atmosphäre umfasst wird, während der Teil mit konstantem Durchmesser heraufgezogen wird, um die Wirkung in genügendem Maße zu erhalten. Ebenso wird es bezüglich Gewährleistung von Sicherheit bei der Handhabung von Wasserstoff bevorzugt, diesen nicht über das notwendige Maß hinaus zu verwenden. Demgemäß ist es bei den Stufen des Schmelzens des Polykristalls im Tiegel 4, des Entfernens eines Gases, des Eintauchens des Impflings bzw. Impfkristalls, der Halsbildung und dem Bilden eines Kopfteils bzw. Kronenteils („crown portion“) nicht notwendig, dass das in die Vorrichtung 2 einzuführende Inertgas das wasserstoffatomhaltige Material umfasst. Dies ist ebenso der Fall bei der Stufe der Beendigung des Wachstums, dem Bilden eines Konus durch Verjüngen des Durchmessers und dem Entfernen aus der Schmelze 42.
Der durch das obige Verfahren gezüchtete Siliciumrohling 18 besitzt keinen eingewachsenen Defekt und die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] ist darüber hinaus 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder größer. Der [Oi]-Wert bedeutet hier einen Messwert, basierend auf dem Fourier-Transforminfrarotspektrophotometrischen Verfahren, standardisiert durch ASTM F-121 (1979).
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Atmosphäre in der Vorrichtung 2 auf eine spezifische Atmosphäre zum Ziehen eines Einkristalls eingestellt. Daher kann, selbst wenn die Sauerstoffdichte im erhaltenen Rohling hoch wird, eine Sauerstoffausfällung bzw. ein -präzipitat in vorrichtungsaktiven Bereichen in den ausgeschnittenen Wafern unterdrückt werden und die Schaltkreischarakteristika („circuit characteristics“) werden nicht verschlechtert. Wird jedoch die Sauerstoffdichte zu hoch, so ist der Effekt des Unterdrückens der Ausfällung verloren, so dass die Sauerstoffdichte vorzugsweise eingestellt wird, so dass sie nicht höher ist als 1,6 × 10¹⁸ Atome/cm³.
(4) Als Nächstes werden Wafer aus dem gezüchteten Siliciumrohling 18 ausgeschnitten (Waferverarbeitung: vergleiche 3). Die Auschneideverarbeitung zum Erhalt von Wafern ist nicht in besonderer Weise beschränkt und es können allgemeine Methoden für Ausschneideverfahren verwendet werden. Hier werden Wafer von einem Siliciumrohling 18, in dem keine eingewachsenen Defekte vorliegen und kein eingewachsener Defekt verursacht wird, ausgeschnitten.
Alternativ kann vor dem Ausschneiden von Wafern aus dem gezüchteten Siliciumrohling 18 eine Dotierung mit Stickstoff in einem Dichtebereich von 1 × 10¹² bis 5 × 10¹⁴ Atomen/cm³ vorgenommen werden und/oder es kann eine Dotierung mit Kohlenstoff in einem Dichtebereich von 5 × 10¹⁵ bis 2 × 10¹⁷ Atomen/cm³ im Rohlingskristall vorgenommen werden. Beim (Heraus-)Ziehen des Einkristalls kann ein Inertgas, das ein wasserstoffhaltiges Material enthält, als Atmosphärengas verwendet werden. In dieser Weise kann auch ein defektfreier Bereich, in welchem BMD reichlich erzeugt werden, d.h. ein PV-Bereich, vergrößert werden („increased“).
Hier sind die Werte der Dotierungsdichten von Stickstoff und Kohlenstoff Messwerte, basierend auf ASTM F-123 (1981).
(5) Als Nächstes wird eine thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1200°C oder höher für nicht länger als für 0,1 Sekunden an den ausgeschnittenen Wafern ausgeführt (thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen: vergleiche 3).
Durch Ausführen einer thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen bei 1000°C oder höher für nicht mehr als 10 Sekunden an einem Wafer (nicht erfindungsgemäß) ist es möglich, einen Wafer zu erhalten, in dem eine defektfreie Schicht auf der Waferoberfläche gebildet ist und eine Sauerstoffabscheidung als Getterquelle unmittelbar unter den vorrichtungsaktiven Schichten vorliegt (10 bis 20 µm von der Waferoberfläche).
In der vorliegenden Ausführungsform wird die erste thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen vorzugsweise bei einer Temperatur von 1250°C oder höher ausgeführt, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium (1410°C). Beim Ausführen bei 1000°C oder höher kann eine defektfreie Schicht auf der Waferoberfläche gebildet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen vorzugsweise in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, z.B. in einer Atmosphäre von Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen, ausgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen ausgeführt werden unter Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder einem thermischen Behandlungsofen vom Lasertyp unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle. Die Dauer der thermischen Behandlung beträgt 0,1 Sekunden oder kürzer bei Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Flutlichtlampentyp und 0,1 Sekunden oder kürzer bei Verwendung eines thermischen Behandlungsofens vom Lasertyp.
(6) Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine epitaktische Siliciumschicht auf der Waferoberfläche nach der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen gezüchtet werden kann (epitaktisches Wachstum: vergleiche 3). Da eine defektfreie Schicht auf der Waferoberfläche, die der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen unterworfen wird, gebildet wird, kann durch Bilden der epitaktischen Schicht darauf die defektfreie Schicht des Weiteren vergrößert werden oder die Dicke der defektfreien Schicht eingestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Wafer nach der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen des Weiteren einer zusätzlichen zweiten thermischen Behandlung in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre unterworfen werden, z.B. in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen (zusätzliche thermische Behandlung: vergleiche 3). Durch Ausführen einer zweiten thermischen Behandlung an dem Wafer nach Ausführen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen kann die Größe einer Sauerstoffausfällung, die unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Schicht vorliegt, größer werden, und die Dicke der defektfreien Schicht kann ebenfalls eingestellt werden.
Die Temperatur der zweiten thermischen Behandlung beträgt in diesem Fall 1150°C und die Dauer beträgt 30 bis 60 Minuten.
(7) Durch das obige Verfahren wird ein Siliciumwafer der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Der so erhaltene Siliciumwafer besitzt keine eingewachsenen Defekte im vorrichtungsaktiven Gebiet unterhalb der Waferoberfläche, d.h. er ist defektfrei. Ebenso wird der in der vorliegenden Ausführungsform erhaltene Siliciumwafer von einem Siliciumrohling 18 ausgeschnitten, wobei die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder höher beträgt. Daher liegen BMD in der Anzahl von 5 × 10⁴/cm² unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Region vor. Konkret wird der durch das obige Verfahren der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Siliciumwafer ein defektfreier Wafer, der BMD erfordert („requiring BMD“).
[Beispiel 1]
Als Nächstes wird die vorliegende Erfindung in weiteren Einzelheiten unter Bezug auf Beispiele, die die oben erläuterte zweite Ausführungsform verkörpern, erläutert werden. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist.
Eine Einkristall-Zugvorrichtung 2, gezeigt in 2, wurde hergestellt. Es wurde ein Hitzeschild 10 verwendet, so angeordnet, dass die äußere Hülle durch Schwarzblei gebildet wurde und die Innenseite durch Schwarzblei gefüllt war.
Unter Verwendung einer Einkristall-Zugvorrichtung 2 wurde zuerst ein Polykristall aus hochreinem Silicium in den Tiegel 4 der Einkristall-Zugvorrichtung 2 eingebracht. Anschließend wurde der Tiegel 4 um die Tiegelträgerachse 6 in reduzierender Atmosphäre rotieren gelassen, und zur gleichen Zeit wurde das Heizelement 16 aktiviert, um den hochreinen Siliciumpolykristall zu schmelzen und die Schmelze 42 zu erhalten.
Als Nächstes wurde durch Bewegung der Kristallzugachse 12 nach unten ein Impfkristall bzw. Impfling (nicht gezeigt), angebracht am Impflingshalter 14 am unteren Ende der Achse 12, in Kontakt mit der Schmelze 42 in Tiegel 4 gebracht.
Als Nächstes wurde der Impfkristall nach oben gezogen, während man die Zugachse 12 rotieren ließ, der Impfling wurde verschmälert, um keine Kristalldislokation zu verursachen, ein Kopfteil bzw. Kronenteil wurde gebildet und ging anschließend in eine Schulter über („going to shoulder“), wobei ein Teil mit konstantem Durchmesser gebildet wurde (Siliciumrohling 18).
Im vorliegenden Beispiel war der Zieldurchmesser des Teils mit konstantem Durchmesser (Dc: vergleiche 2) 200 mm, und ein Temperaturgradient in Achsenrichtung innerhalb des wachsenden Einkristalls lag in einem Bereich vom Schmelzpunkt bis 1370°C; wobei der Zentrumsteil des Kristalls (Gc) 3,0 bis 3,2°C/mm betrug und der Kristallumfangsteil (Ge) 2,3 bis 2,5°C/mm betrug. Ebenso wurde der Druck der Atmosphäre in der Vorrichtung 2 auf 4000 Pa festgesetzt und die Zuggeschwindigkeit betrug 0,52 mm/Minute, wobei ein Einkristall gezüchtet wurde. In diesem Fall wurde der Wasserstoffpartialdruck in der Atmosphäre in der Vorrichtung 2 auf 250 Pa eingestellt, um einen Silicium-Einkristall zu züchten.
Als ein Ergebnis wurde ein Siliciumrohling (der spezifische Widerstand betrug 10 bis 20 Ωcm, keine Stickstoffdotierung) mit einem Teil mit konstantem Durchmesser (etwa 200 mm) ohne eingewachsenen Defekt erhalten mit Werten der interstitiellen Sauerstoffdichte, wie in Tabelle 1 gezeigt. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass die Werte von [Oi] hier Messwerte, basierend auf dem Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometrieverfahren, standardisiert durch ASTM F-121 (1979), bedeuten.
Als Nächstes wurden Wafer aus dem erhaltenen Siliciumrohling ausgeschnitten und es wurde Finish-Spiegelpolieren („mirror finish processing“) auf diesen ausgeführt.
Als Nächstes wurde auf der erhaltenen Mehrzahl von Siliciumwafern eine erste thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen ausgeführt durch Verwendung von den in Tabelle 1 gezeigten Hitzequellen in einer Argongasatmosphäre und bei Temperaturen und Zeiträumen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, um Waferproben (Proben 1 bis 11) zu erhalten. Ebenso wurden Probewafer 1 bis 3 und 11 hergestellt und eine epitaktische Siliciumschicht wurde darauf unter einer Stapeltemperaturbedingung von 1150°C gezüchtet, so dass epitaktische Siliciumwaferproben (Proben 12 bis 15) erhalten wurden.
Die defektfreie Tiefe und Sauerstoffausfällungs-(BMD)-Dichte der erhaltenen Waferproben (Proben 1 bis 15) wurden evaluiert.
Die „defektfreie Tiefe“ wurde wie oben erläutert erhalten. Zuerst wurde eine thermische Behandlung bei 800°C für 4 Stunden und bei 1000°C für 16 Stunden an den Waferproben, unterworfen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen (Proben 1 bis 11), oder den Waferproben, auf denen epitaktisches Wachstum erfolgt war (Proben 12 bis 15), ausgeführt. Danach wurde jeder der Wafer nach der thermischen Behandlung erneut um etwa 0,2 µm poliert, um so Wafer mit verschiedenen von ihren Oberflächen erneut (ab-)polierten Mengen herzustellen. Als Nächstes wurde auf den Wafern, die jeweils eine verschiedene erneut von ihrer Oberfläche abpolierte Menge aufwiesen, ein Oxidfilm mit einer Dicke von 25 nm und ein MOS-Kondensator mit einer Messelektrode (phosphordotierte Polysiliciumelektrode) mit einer Fläche von 8 mm² gebildet. Anschließend wurden die Oxidfilm-ZusammenbruchsspannungsCharakteristika (TZDB-Verfahren) unter der Bedingung gemessen, dass ein elektrisches Feld zur Beurteilung 11 MV/cm betrug (als Zusammenbruch wurde erachtet, wenn der Stromwert 10^-3A überschritt) und MOS-Kondensatoren, die das elektrische Testfeld überstanden („cleared“) wurden als gut erachtet. Eine maximale erneut polierte Menge, bei der als gute Rate 90% erachtet wurden, wurde erhalten und als defektfreie Tiefe (µm) angesehen.
Die „BMD-Dichte“ wurde erhalten wie oben erläutert. Als Erstes wurden an den Waferproben, unterworfen der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen (Proben 1 bis 11), oder den Waferproben, nachdem eine epitaktische Schicht auf ihnen gezüchtet worden war (Proben 12 bis 15), eine thermische Behandlung bei 800°C für vier Stunden und bei 1000°C für 16 Stunden ausgeführt. Anschließend wurden die Wafer gespalten und es wurde an ihnen 2 µm Wright-Ätzen ausgeführt. Die in einem Bereich 3 bis 10 µm von der Waferoberfläche auftretenden Ätzvertiefungen wurden mit einem optischen Mikroskop vermessen und die BMD-Dichte (× 10⁵/cm²) wurde berechnet.

Die Ergebnisse der defektfreien Tiefe und der BMD-Dichte sind in Tabelle 4 zusammen mit der interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] und der Bedingung der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen gezeigt. [Tabelle 4]

Probe-Nr.	Siliciumrohling		Wafer
	Siliciumrohling		Erste thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen				Evaluierung
	Interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] (× 10¹⁷ Atome/ cm³)	Eingew. Defekt	Ofen zur thermischen Behandlung	Temperatur (°C)	Dauer (Sekunden)	Dicke des epitaktischen gezüchteten Films (µm)	Defektfreie Tiefe (µm)	BMD-Dichte (× 10⁵/ cm²)
1*	14,4	keiner	Halogenlampe	1000	5	-	2	3,1
2	14,3	keiner	Flutlichtlampe	1200	0,001	-	1,2	4
3	14,2	keiner	Laser-Spike	1300	0,001	-	1,4	5,1
4*	20,1	keiner	Halogenlampe	1000	3	-	1,6	4,7
5	19,7	keiner	Flutlichtlampe	1200	0,001	-	0,8	5,1
6	20,8	keiner	Laser-Spike	1300	0,001	-	1	4,3
7 (Vergleichsbeispiel)	11,2	keiner	Halogenlampe	1000	5	-	>5	<0,01
8 (Vergleichsbeispiel)	12,3	keiner	Flutlichtlampe	1200	0,001	-	>5	<0,01
9 (Vergleichsbeispiel)	14,8	keiner	-			-	0	4,57
10 (Vergleichsbeispiel)	14,1	keiner	Halogenlampe	1000	11	-	>5	0,3
11*	15,1	keiner	Halogenlampe	950	5	-	0,4	6,2
12*	14,4	keiner	Halogenlampe	1000	5	3	5,4	1,8
13	14,3	keiner	Flutlichtlampe	1200	0,001	3	4,8	0,89
14	13,2	keiner	Laser-Spike	1300	0,001	3	4,6	1,1
15*	15,1	keiner	Halogenlampe	950	5	3	3,4	3,1
* (nicht erfindungsgemäß)

Das Folgende kann aus Tabelle 4 abgeleitet werden.

(1) Bei den Waferproben (Proben 1 bis 6), ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt, wobei die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ betrug, wurde als erstes herausgefunden, dass eine defektfreie Tiefe von 2 µm oder flacher gebildet worden war. Es wird angenommen, dass dies anzeigt, dass wenn auch lediglich in extremen Oberflächengebieten, sauerstoffausfällende Keime, gebildet zum Zeitpunkt des CZ-Ziehens, aufgrund der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen eliminiert wurden, und eine hohe Oxidfilm-Zusammenbruchsspannung zeigte sich in diesen Bereichen. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass die Waferproben 1 bis 6 defektfreie Wafer ohne jegliche darin vorkommende COP- oder Versetzungscluster sind, und daher waren Defekte, die nach dem Züchten des Kristalls vorliegen, lediglich sauerstoffausfällende Keime.
Zum Zweiten wurde die Tatsache gefunden, dass die BMD-Dichte in Bereichen tiefer als 3 µm von der Waferoberfläche hoch war. Es wird angenommen, dass stabile sauerstoffausfällende Keime („oxygen stable precipitation nuclei“), die aufgrund von viel Sauerstoff („high oxygen“) zum Zeitpunkt des Kristallwachstums gewachsen waren, nicht durch die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen eliminiert wurden, und das Auftreten wurde bei einer thermischen Behandlung bei 1800°C für vier Stunden und bei 1000°C für 16 Stunden ersichtlich.
Wie oben erläutert, wurde gemäß Proben 1 bis 6 bestätigt, dass es möglich ist, einen Wafer herzustellen, in welchem der Bereich, welcher 2 µm oder flacher ist, entsprechend einer vorrichtungsaktiven Region defektfrei war und das Sauerstoffpräzipitat (Getterquelle), geeignet zum Gettern mit Defekten („valid for impurity gettering“), liegt mit hoher Dichte unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Schicht vor.
(2) Andererseits wurde herausgefunden, dass Waferproben (Proben 7 und 8), ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsene Defekte, jedoch mit niedriger Sauerstoffdichte, so dass die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] niedriger als 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ war, eine defektfreie Tiefe (defektfreie Schicht) von 5 µm oder tiefer bildeten. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Hitzestabilität des Sauerstoffpräzipitats bzw. der -ausfällung, gebildet zum Zeitpunkt des Kristallwachstums, mangelhaft war, und die BMD-Dichte war in einem Bereich, der tiefer als 3 µm von der Waferoberfläche sich befand, niedrig.
(3) Selbst bei einer Waferprobe, ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt und mit einer interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ oder höher, wurde herausgefunden, dass, wenn die thermische Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen nicht darauf ausgeführt wurde (Probe 9), aufgrund eines Effekts des Vorliegens von sauerstoffausfällenden Keimen, gebildet zum Zeitpunkt des Kristallwachstums, eine defektfreie Breite nicht erhalten werden konnte.
(4) Selbst im Fall eines aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser und ohne eingewachsenen Defekt ausgeschnittenen Wafers mit einer interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ oder höher, ebenfalls unterworfen einer thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen, wurde, wenn die Behandlungsdauer der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen lang war (Probe 10), eine defektfreie Tiefe (defektfreie Schicht) von 5 µm oder tiefer gebildet, und die BMD-Dichte neigte dazu, in einem Bereich tiefer als 3 µm von der Waferoberfläche niedrig zu sein. Es wurde herausgefunden, dass bei einer Waferprobe mit relativ niedriger Behandlungstemperatur (Probe 11) eine Tendenz dazu auftrat, dass eine defektfreie Breite schwer zu erhalten war. Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass, wenn die Behandlungstemperatur hier den Schmelzpunkt von Silicium (1410°C) überschreitet, der Wafer schmilzt.
(5) In den Waferproben (Proben 12 bis 15), ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt und mit einer interstitiellen Sauerstoffdichte [Oi] von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ oder höher, wurde herausgefunden, dass, selbst wenn eine epitaktische Schicht nach der thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen gezüchtet wurde, eine defektfreie Tiefe (defektfreie Schicht) von etwa 6 µm oder flacher auf dem erhaltenen Wafer gebildet worden war, und darüber hinaus die BMD-Dichte in einem tiefen Bereich von 7 bis 15 µm von der Waferoberfläche hoch war. Konkret wurde bestätigt, dass, durch Kombinieren von epitaktischem Wachstum in dieser Weise ein Wafer mit beliebiger Breite der defektfreien Schicht hergestellt werden kann.
Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass in der Waferprobe (Probe 15), bei welcher die Behandlungstemperatur in der ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen vergleichsweise niedrig war, es bestätigt wurde, dass eine defektfreie Tiefe (defektfreie Schicht) näher an der Waferoberfläche, verglichen mit derjenigen bei den Waferproben 12 bis 14, gebildet wurde und BMD mit einer genügenden Dichte lagen unmittelbar unter der vorrichtungsaktiven Region vor.

Claims

Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Verarbeiten eines Einkristalls, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren; umfassend einen Schritt der Ausführung einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ (ASTM F-121, 1979) oder höher, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer thermischen Behandlungstemperatur von 1250°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 0,6 µm bis 1,0 µm von der Waferoberfläche gebildet wird.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Verarbeiten eines Einkristalls, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren; umfassend einen Schritt der Ausführung einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ (ASTM F-121, 1979) oder höher; und einen Schritt des epitaktischen Wachstums eines Silicium-Einkristalls auf einem der ersten thermischen Behandlung unterworfenen Wafer, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer thermischen Behandlungstemperatur von 1250°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 0,8 µm bis 1,2 µm von der Waferoberfläche vor dem Schritt des epitaktischen Wachstums eines Silicium-Einkristalls auf dem Wafer gebildet wird.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Silicium-Einkristall mit Stickstoff mit 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁵ Atomen/cm³ während des Wachstums des Silicium-Einkristalls durch das Czochralski-Verfahren dotiert wird.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Verarbeiten eines Einkristalls, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren; umfassend einen Schritt der Ausführung einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer mit einer anfänglichen interstitiellen Sauerstoffdichte von 1,4 × 10¹⁸ Atomen/cm³ (ASTM F-121, 1979) oder höher, und einen Schritt der Ausführung einer zweiten thermischen Behandlung bei 1150°C, für eine Zeitspanne von 30 min bis 60 min, in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre am Silicium-Einkristall-Wafer nach der ersten thermischen Behandlung, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer thermischen Behandlungstemperatur von 1250°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 2,1 µm bis 3,7 µm von der Waferoberfläche gebildet wird.
Silicium-Einkristall-Wafer, hergestellt durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Ausführen einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer, ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt, wobei die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder höher beträgt, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer Temperatur von 1200°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 0,8 µm bis 1,4 µm von der Waferoberfläche gebildet wird.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Einkristall-Wafer, erhalten durch Ausführen einer ersten thermischen Behandlung mit schnellem Aufheizen und Abkühlen für 0,1 Sekunden oder kürzer durch einen Temperofen vom Flutlichtlampentyp unter Verwendung einer Xenonlampe als Hitzequelle oder durch einen Temperofen vom Laser-Spike-Typ unter Verwendung eines Lasers als Hitzequelle an dem Silicium-Einkristall-Wafer, ausgeschnitten aus einem Siliciumrohling mit einem Teil mit konstantem Durchmesser ohne eingewachsenen Defekt, wobei die interstitielle Sauerstoffdichte [Oi] 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder höher beträgt, und einen Schritt des epitaktischen Wachstums eines Silicium-Einkristalls auf einem der ersten thermischen Behandlung unterworfenen Wafer, wobei die erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre aus Argongas, Stickstoffgas, Wasserstoffgas oder einem gemischten Gas aus diesen bei einer Temperatur von 1200°C oder höher, jedoch nicht höher als dem Schmelzpunkt von Silicium, ausgeführt wird, derart, dass eine defektfreie Schicht in einer Tiefe von 1,6 µm bis 1,8 µm von der Waferoberfläche gebildet wird.