DE102010034002A1

DE102010034002A1 - Siliciumscheibe und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE102010034002A1
Application number: DE102010034002A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ammon Wilfried von; Dr. Kissinger Gudrun; Dawid Kot
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: TW201207172A; JP5548660B2; US20120039786A1; CN102373509B; MY158922A; KR101359849B1; CN104451889B; JP2012039117A; DE102010034002B4; CN102373509A; KR20120023551A; TWI500828B; CN104451889A; SG178669A1; US9005563B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·1017 bis 7,5·1017 cm–3, die nach folgenden, alternativ durchgeführten, thermischen Prozessen folgende BMD-Dichten aufweist: – eine BMD-Dichte von höchstens 1·108 cm–3 nach einer Behandlung für drei Stunden bei 780°C und anschließend für 16 Stunden bei 1000°C und – eine BMD-Dichte von wenigstens 1·109 cm–3 nach einem Aufheizen der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von 1 K/min von einer Starttemperatur von 500°C auf eine Zieltemperatur von 1000°C und anschließendem Halten auf 1000°C für 16 Stunden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Siliciumscheibe durch Bestrahlung mit Blitzlicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Siliciumscheibe mit stark verringerter Neigung zur Sauerstoffpräzipitation sowie ein Verfahren zur Herstellung der Siliciumscheibe, das eine thermische Behandlung umfasst.
Stand der Technik
Silicium-Einkristalle werden üblicherweise mittels des Verfahrens nach Czochralski aus einer in einem Quarztiegel befindlichen Siliciumschmelze gezogen. Durch Korrosion des Quarztiegels gelangt Sauerstoff in die Siliciumschmelze, der in Konzentrationen von einigen 10¹⁷ bis einigen 10¹⁸ cm^–3 (Atome pro Kubikzentimeter) in den Kristall eingebaut wird. Dieser Sauerstoff liegt zunächst in gelöster Form vor, ist aber bei Raumtemperatur und typischen bei der Herstellung elektronischer Schaltkreise und Bauelemente herrschenden Temperaturen übersättigt. Deshalb präzipitiert er während der Herstellung elektronischer Schaltkreise und Bauelemente oder anderer Temperaturbehandlungen bei ähnlichen Temperaturen. Dabei entstehen sogenannte BMDs. Das sind Sauerstoffagglomerate mit oder ohne zusätzliche Defekte, die während der Temperaturbehandlungen in der unmittelbaren Umgebung der Sauerstoffagglomerate entstehen können. Keime für die BMDs können bereits im Kristallziehprozess während der Abkühlung des Einkristalls gebildet werden. Wenn diese Keime eine – temperaturabhängige – kritische Größe überschreiten, sind sie in der Lage, während einer thermischen Behandlung zu wachsen. Diese wachstumsfähigen BMD-Keime werden als stabile Keime bezeichnet.
Die Dichte der BMD-Keime kann aufgrund ihrer geringen Größe nicht direkt bestimmt werden. Um die Dichte der stabilen BMD-Keime zu messen, wird die fertige (aber noch nicht im Rahmen eines Bauelemente-Prozesses strukturierte) Siliciumscheibe üblicherweise einem BMD-Test unterzogen. Dieser Test kann beispielsweise darin bestehen, die Siliciumscheibe für drei Stunden auf einer Temperatur von 780°C und anschließend für 16 Stunden auf einer Temperatur von 1000°C zu halten. Während dieser Temperaturbehandlung werden im ersten Schritt stabile BMD-Keime weiter stabilisiert, damit diese im zweiten Schritt bei 1000°C innerhalb von 16 h zu großen nachweisbaren BMDs wachsen können. Der Nachweis erfolgt nach der Temperaturbehandlung mittels einer Secco-Ätze an einer Bruchkante einer gebrochenen Siliciumscheibe bei einem Ätzabtrag von 2,5 μm. Dies ist ein üblicher Test zur Untersuchung des Sauerstoffpräzipitationsverhaltens von Siliciumscheiben. Bei einem anderen häufig verwendeten BMD-Test, der zu ähnlichen Ergebnissen führt, wird die Siliciumscheibe für vier Stunden auf einer Temperatur von 800°C und anschließend für 16 Stunden auf einer Temperatur von 1000°C gehalten.
Die stabilen BMD-Keime, die durch Temperaturbehandlung zu großen BMDs heranwachsen, können die Funktionen der elektronischen Schaltkreise und Bauelemente verschlechtern, indem sie z. B. Kurzschlüsse erzeugen oder die Lebensdauer der elektrischen Ladungsträger im Inneren der Siliciumscheiben herabsetzen oder ihre Anzahl verringern.
Dieses Problem wurde bisher in der Regel durch eine thermische Behandlung gelöst, die zu einer defektverarmten Zone (engl. „denuded zone”, DZ) an der Oberfläche der Siliciumscheibe führt. US2008/0292523A1 beschreibt mehrere Verfahren zur Herstellung einer derartigen defektverarmten Zone. Dabei wird die Siliciumscheibe mittels Halogenlampen, Xenon-Blitzlampen oder eines Lasers in kurzer Zeit (maximal 100 ms) auf eine Temperatur von über 1000°C erhitzt und danach wieder rasch abgekühlt. Dadurch werden die BMD-Keime in einer dünnen Schicht unterhalb der Oberfläche eliminiert. In einer Tiefe größer als 10 μm existieren dagegen weiterhin stabile BMD-Keime. Die BMD-Dichte im Inneren der Siliciumscheiben beträgt nach einer Blitzlampentemperung für eine Dauer von 1 ms bei einer Maximaltemperatur von 1250°C 3,8·10⁶ cm^–2 (entsprechend etwa 1,9·10¹⁰ cm^–3), die Dicke der defektverarmten Schicht beträgt 0,6 μm. Bei einer Maximaltemperatur von 1300°C resultiert eine defektverarmte Schicht von 0,8 μm Dicke und im Rest der Siliciumscheibe eine BMD-Dichte von 5,2·10⁶ cm^–2 (entsprechend etwa 2,6·10¹⁰ cm^–3). Die BMD-Dichte wurde gemessen nach einer thermischen Behandlung für vier Stunden bei 800°C und anschließend für 16 Stunden bei 1000°C.
Für Bauelemente, für die eine geringe Lebensdauer der Ladungsträger im Inneren der Siliciumscheibe schädlich ist, wie sie durch die BMDs verursacht wird, sind Siliciumscheiben mit einer hohen BMD-Dichte im Inneren und lediglich einer dünnen defektarmen Zone an der Oberfläche jedoch ungeeignet.
Es wurden daher auch Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, das gesamte Volumen der Siliciumscheibe von BMD-Keimen zu befreien. US6336968B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Siliciumscheibe rasch auf eine Temperatur von mindestens 1150°C aufgeheizt wird und für mehrere Sekunden (mindestens 1 s) bei dieser Temperatur verweilt, um die bereits existierenden BMD-Keime aufzulösen. Danach wird die Siliciumscheibe mit einer Abkühlrate von höchstens 20 K/s auf eine Temperatur von maximal 950°C abgekühlt. Bei der Verweiltemperatur von mindestens 1150°C entsteht eine sehr hohe Konzentration von Kristallgitterleerstellen, sog. Vakanzen, die normalerweise während der Abkühlung übersättigen und die Entstehung neuer BMD-Keime massiv fördern. Durch die langsame Abkühlung sollen sie vorher ausdiffundiert werden. Der gleiche Effekt kann durch ein längeres Verweilen bei einer konstanten Temperatur im Bereich von 1150 bis 950°C erreicht werden (z. B. ≥ 2 s bei 1150°C oder ≥ 2 min bei 950°C). Durch eine sauerstoffhaltige Atmosphäre kann die Reduzierung der Vakanzübersättigung unterstützt werden, weil durch die Oxidation der Oberfläche Silicium-Zwischengitteratome (interstitielle Siliciumatome, engl. „interstitials”) generiert werden, die mit den Vakanzen rekombinieren und so Ihre Dichte weiter reduzieren. Das Problem dieser Methode ist, dass sich die Vakanzen bei Temperaturen unter 1150°C an Sauerstoff binden und so ihre Ausdiffusion deutlich erschwert wird, weil die Rückreaktionen, die die Vakanzen wieder freisetzen, eine gewisse Zeit beanspruchen. Das Verfahren gemäß US6336968B1 nimmt daher vergleichsweise viel Zeit in Anspruch.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Siliciumscheiben bereitzustellen, die trotz eines im üblichen Bereich liegenden Sauerstoffgehalts eine deutlich reduzierte Dichte stabiler BMD-Keime im gesamten Scheibenvolumen aufweisen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·10¹⁷ bis 7,5·10¹⁷ cm^–3, die nach folgenden, alternativ durchgeführten, thermischen Prozessen folgende BMD-Dichten aufweist:

– eine BMD-Dichte von höchstens 1·10⁸ cm^–3 nach einer Behandlung für drei Stunden bei 780°C und anschließend für 16 Stunden bei 1000°C und
– eine BMD-Dichte von wenigstens 1·10⁹ cm^–3 nach einem Aufheizen der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von 1 K/min von einer Starttemperatur von 500°C auf eine Zieltemperatur von 1000°C und anschließendem Halten auf 1000°C für 16 Stunden.

Alle Sauerstoffkonzentrationen in dieser Beschreibung sind im Sinne der neuen ASTM-Norm (ASTM F121-83) zu verstehen.
Eine derartige Siliciumscheibe kann mittels eines Verfahrens hergestellt werden, das folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst:

a) Bereitstellung einer nicht strukturierten Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·10¹⁷ bis 7,5·10¹⁷ cm^–3 und einer Dicke von 0,6 bis 1,2 mm
b) Aufheizen der nicht strukturierten Siliciumscheibe auf eine Vorheiztemperatur im Bereich von 600 bis 1000°C und anschließende Bestrahlung einer Seite der Siliciumscheibe mit Blitzlicht für eine Dauer von 15 bis 400 ms, wobei eine Energiedichte von 50 bis 100 der zum Anschmelzen der Oberfläche notwendigen Energiedichte eingestrahlt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das aufgrund der Anwendung eines kurzen Lichtblitzes eine superschnelle Aufheizung auf eine Maximaltemperatur und eine sofort daran anschließende superschnelle Abkühlung umfasst, verkleinert die BMD-Keime nur, ohne dass sich jedoch eine hohe Vakanzenübersättigung im gesamten Scheibenvolumen einstellt. Außerdem werden die Vakanzen deutlich weniger an den Sauerstoff gebunden als in dem in US6336968B1 beschriebenen Verfahren. Die schnelle Aufheizung von einer Seite mittels Blitzlampentemperung für eine Dauer von 15 bis 400 ms, vorzugsweise 20 bis 50 ms, erzeugt ein Temperaturprofil in der Siliciumscheibe mit von der Vorderseite zur Rückseite hin abfallender Temperatur. Als Vorderseite wird in dieser Beschreibung die mit Blitzlicht bestrahlte Seite bezeichnet. Dies ist, wie später noch ausgeführt wird, nicht unbedingt die Seite, auf der später elektronische Bauelemente hergestellt werden. Die Temperatur ist jedoch im gesamten Volumen der Siliciumscheibe so hoch, dass stabile eingewachsene BMD-Keime schrumpfen. Dies führt zu einer von der Vorderseite zur Rückseite hin abfallenden Übersättigung der Vakanzen und zu einem insgesamt niedrigeren Niveau der Vakanzenkonzentration nach Ausgleich durch Diffusion während der Abkühlung. Daher ist es erfindungsgemäß nicht notwendig, die Vakanzen auszudiffundieren. Erfindungsgemäß sind deshalb weder Verweilzeiten im Temperaturbereich zwischen 1150 und 950°C noch die für RTA-Prozesse (engl. „Rapid Thermal Anneal”) vergleichsweise sehr geringen Abkühlraten kleiner oder gleich 20 K/s notwendig. Ebenso ist es nicht notwendig, durch eine oxidierende Atmosphäre die Reduzierung der Vakanzenkonzentration zu unterstützen.
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe unterscheidet sich von der nicht-präzipitierenden Siliciumscheibe gemäß US6336968B1 dadurch, dass die eingewachsenen BMD-Keime im wesentlichen nicht oder nur teilweise aufgelöst werden, sondern statt dessen auf eine Größe schrumpfen, die kleiner ist als die kritische Größe für ihr Wachstum in nachfolgenden thermischen Prozessen wie dem BMD-Test. Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe mit geschrumpften BMD-Keimen ist dadurch charakterisiert, dass sie nach einem BMD-Test eine sehr geringe BMD-Dichte aufweist. Nach einem alternativ zum BMD-Test durchgeführten thermischen Prozess, bei dem die Siliciumscheibe langsam auf 1000°C aufgeheizt und anschließend für 16 Stunden auf dieser Temperatur gehalten wird, zeigt die Siliciumscheibe dagegen eine sehr hohe BMD-Dichte.
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe zeichnet sich somit aufgrund ihrer sehr kleinen BMD-Keime durch ein sehr unterschiedliches Verhalten in zwei verschiedenen thermischen Prozessen aus. Dabei ist zu beachten, dass diese Prozesse nicht sequentiell durchgeführt werden, sondern als Alternativen. Dies bedeutet, dass eine Siliciumscheibe entweder in zwei Teile gebrochen wird und der eine Teil dem ersten thermischen Prozess und der zweite Teil dem zweiten thermischen Prozess unterworfen wird, um festzustellen, ob es sich um eine erfindungsgemäße Siliciumscheibe handelt. Es ist aber auch möglich, zwei auf identische Art und Weise hergestellte Siliciumscheiben, die aus diesem Grund dieselben Eigenschaften aufweisen, heranzuziehen. (Dies können beispielsweise zwei Siliciumscheiben sein, die von zwei unmittelbar benachbarten Positionen desselben Silicium-Einkristalls stammen und auf identische Art und Weise weiterprozessiert wurden.) Eine der beiden Scheiben wird dem ersten Prozess unterworfen, die andere Scheibe dem zweiten, um festzustellen, ob es sich bei diesem Typ von Siliciumscheiben um erfindungsgemäße Siliciumscheiben handelt.
Im Folgenden werden die beiden thermischen Prozesse, die zur Bestimmung der Sauerstoffpräzipitations-Eigenschaften erfindungsgemäßer Siliciumscheiben verwendet werden, näher beschrieben:
Test 1: Um die Dichte der BMD-Keime zu messen, wird die fertige Siliciumscheibe einem BMD-Test unterzogen, der eine Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 780°C für eine Dauer von drei Stunden und anschließend bei 1000°C für eine Dauer von 16 Stunden einschließt. Die Aufheiz- und Abkühlraten betragen 100 K/min. Die gesamte Temperaturbehandlung wird unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt. Im ersten Schritt dieser Temperaturbehandlung werden stabile BMD-Keime weiter stabilisiert, damit sie im zweiten Schritt bei 1000°C innerhalb von 16 h zu großen nachweisbaren BMDs wachsen können. Bei diesem Test handelt es sich um einen üblichen BMD-Test. Der Nachweis der BMDs erfolgt schließlich wie weiter unten beschrieben.
Test 2: Um die Dichte der geschrumpften BMD-Keime zu messen, wird die fertige Siliciumscheibe von einer Anfangstemperatur von 500°C mit einer Aufheizrate von 1 K/min auf 1000°C aufgeheizt und anschließend für 16 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Die gesamte Temperaturbehandlung wird unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt. Mit dieser Methode können kleine, für den normalen BMD-Test unterkritische BMD-Keime nachgewiesen werden, weil diese aufgrund der geringen Aufheizrate von 1 K/min gerade so schnell wachsen können, dass ihre Größe immer über dem kritischen Radius bleibt. Die Aufheizrate ist gleichzeitig jedoch so groß, dass während des Aufheizens neu entstehende Keime immer unterkritisch bleiben, weil für sie der kritische Radius mit der zunehmenden Temperatur zu schnell steigt. Die Wirkungsweise dieses Tests ist in G. Kissinger, A. Sattler, J. Dabrowski, W. von Ammon, Verification of a method to detect grown-in Oxide precipitate nuclei in Czochralski silicon, ECS Transactions, 11 (3) 161–171 (2007) beschrieben. Die Haltedauer auf 1000°C wurde jedoch auf 16 Stunden verlängert, um sicherzustellen, dass alle während der langsamen Aufheizung mitgewachsenen BMDs tatsächlich die Detektionsgrenze überschreiten, sodass sie anschließend nachgewiesen werden können. Der Nachweis der BMDs erfolgt schließlich in exakt derselben Art und Weise wie bei Test 1 wie unten beschrieben.
Nach jedem der beiden Tests erfolgt der Nachweis der BMDs auf dieselbe Art und Weise mittels einer Secco-Ätze an einer Bruchkante einer nach der thermischen Behandlung gebrochenen Siliciumscheibe bei einem Ätzabtrag von 2,5 μm. Die Secco-Ätzlösung wird hergestellt, indem 44 g Kaliumdichromat (K₂Cr₂O₇) in 1 dm³ Wasser aufgelöst werden. Diese Lösung wird im Verhältnis 1:2 mit 50%iger Flusssäure (HF in Wasser) gemischt (ein Teil Kaliumdichromat-Lösung mit zwei Teilen Flusssäure). Die Ätzdauer beträgt 3 min, was bei Raumtemperatur zu einem Ätzabtrag von 2,5 μm führt. Die BMDs an der angeätzten Bruchkante werden anschließend unter einem optischen Mikroskop ausgezählt. Auf diese Weise wird zunächst eine auf die Fläche bezogene BMD-Dichte bestimmt, die anschließend unter Verwendung des Ätzabtrags in eine Volumendichte umgerechnet wird.
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe mit geschrumpften BMD-Keimen ist dadurch charakterisiert, dass sie nach Durchführung des oben beschriebenen Tests 1 eine BND-Dichte von 1·10⁶ cm^–3 bis 1·10⁸ cm^–3, vorzugsweise 5·10⁶ cm^–3 bis 5·10 cm^–3 in der gesamten Siliciumscheibe aufweist. Nach dem oben beschriebenen Test 2 zeigt diese Siliciumscheibe dagegen eine BMD-Dichte im Bereich von 1·10⁹ cm^–3 bis 5·10¹¹ cm^–3 und vorzugsweise von 1·10¹⁰ cm^–3 bis 3·10¹¹ cm^–3.
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe besitzt keinen steilen Anstieg der Dichte der BMD-Keime im Inneren der Siliciumscheibe, sondern eine sehr niedrige Dichte von BMD-Keimen im gesamten Scheibenvolumen, gemäß dem oben als Test 1 beschriebenen BMD-Test. Diese Dichte ist so niedrig, dass man keine defektverarmte Zone (DZ) erkennen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer nicht-präzipitierenden Siliciumscheibe ist deutlich schneller als das Verfahren gemäß US6336968B1 .
Die erfindungsgemäß hergestellte Siliciumscheibe besitzt auch den Vorteil, dass in einer Zone direkt unter der Oberfläche auch eingewachsene Defekte wie COPs (= Agglomerate von Vakanzen) oder LPITs (= Agglomerate von Zwischengitteratomen) aufgelöst werden, die sonst die Bauelementefunktion oder die Funktion elektronischer Schaltkreise beeinträchtigen könnten.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt den Temperaturverlauf über die Dicke der Siliciumscheibe zu zwei verschiedenen Zeitpunkten während des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt zum Vergleich den Temperaturverlauf über die Dicke der Siliciumscheibe zu zwei verschiedenen Zeitpunkten während eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens mit kürzerer Blitzdauer.
3 zeigt die Tiefenabhängigkeit der BMD-Dichte einer erfindungsgemäßen Siliciumscheibe im Vergleich zu einer nicht thermisch behandelten Siliciumscheibe nach Durchführung des Tests 2.
Bevorzugte Ausführungsformen
Schritt a) Bereitstellung der Scheibe
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·10¹⁷ bis 7,5·10¹⁷ cm^–3 hergestellt. Dazu wird zunächst ein Silicium-Einkristall gezogen. Dies geschieht vorzugsweise unter Verwendung des Verfahrens nach Czochralski, da bei diesem Verfahren zwangsläufig Sauerstoff in den Einkristall eingebaut wird und somit das Problem der Sauerstoffpräzipitation auftritt, das durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst wird. Der Einkristall wird danach in Scheiben geschnitten. Diese Siliciumscheiben können weiteren im Stand der Technik bekannten Bearbeitungsschritten wie z. B. Kantenverrunden, Schleifen, Läppen, Ätzen, Politur, Kantenpolitur unterzogen oder sofort der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterworfen werden. Vorzugsweise sollten die Scheibenflächen planarisiert und die durch das Schneiden geschädigten Kristallbereiche (engl. „damage”) entfernt werden, bevor die thermische Behandlung in Schritt b) durchgeführt wird. Dies kann durch Schleifen oder Läppen oder eine geeignete Kombination davon erfolgen. Ferner ist es sinnvoll, vor Durchführung von Schritt b) die durch diese mechanische Bearbeitung der Scheibenflächen geschädigten Oberflächenbereiche durch Ätzen zu entfernen. Eine Entfernung der geschädigten Kristallbereiche vor der thermischen Behandlung ist sinnvoll, da sich ansonsten während der thermischen Behandlung Versetzungen bilden können. Eine Politur der Scheibenflächen vor der thermischen Behandlung ist nicht erforderlich, kann aber ebenfalls durchgeführt werden.
Die Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, zur Auftrennung des Einkristalls in Scheiben und zur Bearbeitung der Scheiben sind dem Fachmann bekannt und werden daher nicht näher beschrieben.
Wichtig ist jedoch, dass Siliciumscheiben der thermischen Behandlung in Schritt b) unterworfen werden, die noch keine Bauelemente-Strukturen tragen. Diese werden im Folgenden als „nicht-strukturierte” Siliciumscheiben bezeichnet. Es ist auch bekannt, Siliciumscheiben im Rahmen der Fertigung mikroelektronischer Bauelemente einer thermischen Behandlung mittels Blitzlicht zu unterwerfen. Dies geschieht jedoch zu einem völlig anderen Zweck, z. B. zur elektrischen Aktivierung implantierter Dotierstoffe.
Schritt b) Thermische Behandlung
In Schritt b) wird die Siliciumscheibe einer zweistufigen thermischen Behandlung unterworfen. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise einzeln in einer Vorrichtung, die mit einer oder mehreren Blitzlampen ausgestattet ist. Dabei handelt es sich in der Regel um Xenon-Lampen, die im Zusammenwirken mit Kondensatoren und einer geeigneten Steuerung für eine sehr kurze Zeitspanne mit Strom versorgt werden und daraufhin einen Lichtblitz mit einer Dauer im Mikro- oder Millisekunden-Bereich emittieren. Außerdem ist die Vorrichtung vorzugsweise mit einer weiteren, separaten Heizeinrichtung ausgestattet, die für die Vorheizung der Siliciumscheibe verwendet wird. Eine geeignete Vorrichtung zur thermischen Behandlung ist beispielsweise in US2009/0103906A1 beschrieben. Alternativ zu der dort beschriebenen Widerstandsheizung können zur Vorheizung der Siliciumscheibe auch andere Heizquellen wie Halogenlampen verwendet werden, wie sie beispielsweise in RTA-Vorrichtungen zum Einsatz kommen.
Die zu behandelnde Siliciumscheibe wird in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung transferiert und von der Starttemperatur auf eine erste Zieltemperatur aufgeheizt, die im Folgenden als Vorheiztemperatur bezeichnet wird. Die Starttemperatur ist die Temperatur, die die Siliciumscheibe aufweist, nachdem sie in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung transferiert wurde. Die Vorheiztemperatur liegt im Bereich von 600°C bis 1000°C. Eine Vorheizung auf wenigstens 600°C ist notwendig, um eine Beschädigung oder ein Brechen der Siliciumscheibe bei der anschließenden Blitzlampentemperung zu vermeiden. Die Obergrenze von 1000°C gewährleistet, dass durch die nachfolgende kurzzeitige Bestrahlung mit Blitzlicht noch ein ausreichender Temperaturgradient zwischen der bestrahlten Vorderseite der Siliciumscheibe und der nicht bestrahlten Rückseite der Siliciumscheibe erzielt werden kann. Vorzugsweise wird die Vorheiztemperatur in Abhängigkeit der Dicke der Siliciumscheibe gewählt. So erfordern dickere Siliciumscheiben eine höhere Vorheiztemperatur als dünnere Siliciumscheiben, um mit dem nachfolgenden Lichtblitz im gesamten Volumen der Siliciumscheibe den erfindungsgemäßen Effekt des Schrumpfens der BMD-Keime erzielen zu können. Beispielsweise eignet sich für Siliciumscheiben mit einer Dicke von 0,6 bis 1,0 mm eine Vorheiztemperatur von 600 bis 950°C und für Siliciumscheiben mit einer Dicke von 1,0 bis 1,2 mm eine Vorheiztemperatur von 700 bis 1000°C.
Wie oben beschrieben wird die Siliciumscheibe zunächst mittels einer Widerstandsheizung, mittels Lampen (beispielsweise Halogenlampen) oder anderer Heizquellen von der Starttemperatur auf die Vorheiztemperatur aufgeheizt. Die Aufheizrate hat für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Bedeutung. Sie sollte jedoch mindestens 20 K/min betragen, um ein Wachstum der existierenden BMD-Keime zu verhindern. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte die Aufheizrate ohnehin wesentlich größer sein, um die Prozessdauer gering zu halten. Die von RTA-Vorrichtungen bekannten Halogenlampen erlauben beispielsweise Aufheizraten von bis zu 100 K/s oder sogar mehr. Wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch, dass die Siliciumscheibe vor Einstrahlung des Lichtblitzes vollständig durchgeheizt ist, d. h. die gesamte Siliciumscheibe sollte eine homogene, der Vorheiztemperatur entsprechende Temperatur aufweisen. Diese Forderung ist bei den üblichen Aufheizraten von bis zu 100 K/s in der Praxis immer erfüllt.
Sobald die Vorheiztemperatur erreicht und die Temperatur in der Siliciumscheibe homogen ist, emittieren die Blitzlampen einen Lichtblitz für eine Dauer von 15 bis 400 ms, vorzugsweise von 20 bis 50 ms. Dabei wird eine Energiedichte eingestrahlt, die 50 bis 100%, vorzugsweise 90 bis 100% der zum Anschmelzen der Oberfläche notwendigen Energiedichte entspricht.
Erfindungsgemäß wird nur eine Seite der Siliciumscheibe mit dem Blitzlicht bestrahlt. Diese Seite wird hier als „Vorderseite” bezeichnet. Dabei kann es sich um die Seite handeln, die für die spätere Herstellung von Bauelementen vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, da eventuelle Abdrücke oder andere von der Scheibenauflage (Suszeptor, Pins) verursachte Schäden in diesem Fall auf der nicht für die Herstellung von Bauelementen vorgesehenen Seite entstehen, wo sie weniger stark stören.
Die zum Anschmelzen der Oberfläche nötige Energiedichte ist von der Vorheiztemperatur, der Dicke der Siliciumscheibe, der Reflektivität ihrer Oberfläche (d. h. der Oberflächenbeschaffenheit) und der Dauer des Lichtblitzes abhängig. Sie kann durch eine einfache Versuchsreihe ermittelt werden, in der die Energiedichte variiert und alle anderen zuvor genannten Parameter konstant gehalten werden. Ein Anschmelzen der Oberfläche kann durch optische Inspektion der Oberfläche nach erfolgter Blitzlichttemperung festgestellt werden. Ein Anschmelzen bewirkt eine Trübung der Politur bei polierten Oberflächen, verbunden mit geometrisch-strukturellen Veränderungen der glatten Oberfläche. Auch bei rauen Oberflächen bewirkt das Anschmelzen eine geometrisch-strukturelle Veränderung der Oberflächenstruktur.
Ist die zum Anschmelzen der Oberfläche nötige Energiedichte für einen Satz von Parametern ermittelt, so kann die Energiedichte des Lichtblitzes im erfindungsgemäßen Bereich von 50 bis 100% dieses Wertes gewählt werden. In diesem Bereich sind eine für die Schrumpfung der BMD-Keime ausreichend hohe Temperatur sowie ein ausreichend großer Temperaturgradient zwischen Vorder- und Rückseite sichergestellt. Durch den Blitz wird die Vorderseite der Siliciumscheibe auf eine Maximaltemperatur erhitzt, die im Bereich von 1100°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium liegt. Besonders bevorzugt ist eine Maximaltemperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts von Silicium, was durch eine Energiedichte von 90 bis 100% der zum Anschmelzen der Oberfläche nötigen Energiedichte erreicht wird. Wenn die Temperatur über dem Schmelzpunkt liegt, wird die Oberfläche der Siliciumscheibe leicht angeschmolzen, was zur Entstehung von Versetzungen unterhalb des angeschmolzenen Gebietes führen kann. Deshalb ist die Einstrahlung einer Energiedichte von < 100% der zum Anschmelzen der Oberfläche nötigen Energiedichte besonders bevorzugt. So lange diese Forderung erfüllt ist, sollte die Energiedichte aber möglichst groß gewählt werden.
Es können auch mehrere Lichtblitze in Folge emittiert werden, wobei die Maximaltemperatur der Scheibenvorderseite wiederum knapp unter dem Schmelzpunkt von Silicium liegen sollte.
Die Aufheizung der Vorderseite auf die Maximaltemperatur und die nachfolgende Abkühlung, jeweils um mehrere hundert Grad, erfolgen im Zeitraum von Millisekunden. Dies bedeutet, dass die Aufheiz- und Abkühlraten der Scheibenvorderseite um mehrere Größenordnungen größer sind als im Fall einer RTA-Behandlung, wie sie beispielsweise in US6336968B1 beschrieben ist. Die Verweilzeit bei der Maximaltemperatur ist erfindungsgemäß deutlich kürzer als die Verweilzeit bei RTA-Prozessen, die gemäß US6336968B1 im Bereich von über einer Sekunde liegt.
Wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Dauer des Lichtblitzes. Unter der „Dauer des Lichtblitzes” ist in diesem Zusammenhang seine Halbwertsbreite zu verstehen. So kann bei einer Dauer von weniger als 15 ms die Größe der BMD-Keime nicht im gesamten Volumen der Siliciumscheibe derart reduziert werden, dass sich bei einem üblichen BMD-Test (z. B. bei dem oben beschriebenen Test 1) keine BMDs mehr ausbilden. Wesentlich ist einerseits, dass der Lichtblitz so lange dauert, dass die gesamte Dicke der Siliciumscheibe einem deutlichen Temperaturanstieg ausgesetzt wird, auch wenn dieser je nach Abstand von der bestrahlten Oberfläche unterschiedlich hoch ist. Andererseits darf der Lichtblitz nicht zu lange dauern, da dies zu einem vollständigen Durchheizen der Siliciumscheibe, d. h. zu einem Verschwinden des erfindungsgemäß notwendigen Temperaturgradienten zwischen Vorder- und Rückseite führen würde. Diese Forderung ist bis zu einer Dauer von maximal 400 ms erfüllt. Unter diesen Bedingungen und in Verbindung mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Energiedichte des Lichtblitzes wird einerseits das gesamte Volumen der Siliciumscheibe kurzzeitig auf eine zum Schrumpfen der BMD-Keime ausreichende Temperatur gebracht. Andererseits sorgt der bei Einwirkung des Blitzes entstehende Temperaturgradient (d. h. die niedrigere Temperatur auf der Scheibenrückseite) dafür, dass die Vakanzenübersättigung im Mittel deutlich geringer bleibt als dies bei einem vollständigen Aufheizen der Scheibe auf Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt der Fall wäre. Außerdem sorgt der Temperaturgradient auch dafür, dass die Siliciumscheibe nach dem Lichtblitz wieder sehr schnell abkühlt. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich während des Abkühlens wieder stabile BMD-Keime neu bilden, wie dies beispielsweise bei der vergleichsweise langsamen Abkühlung gemäß US6336968B1 geschehen kann.
Der Temperaturverlauf über die Dicke der Siliciumscheibe zu verschiedenen Zeitpunkten nach Einwirkung des Lichtblitzes wird anhand von 1 und 2 veranschaulicht.
1 zeigt zwei modellierte Temperaturverläufe in einer 700 μm dicken Siliciumscheibe zu verschiedenen Zeitpunkten während einer erfindungsgemäß durchgeführten thermischen Behandlung mit Blitzlicht. Dazu wurde die Wärmeleitungsgleichung verwendet unter den Randbedingungen, dass vor dem Blitz die Temperatur in der gesamten Siliciumscheibe gleich der Vorheiztemperatur ist und dass die Temperatur auf der der Blitzlampe zugewandten Seite entsprechend einer Gauß-Kurve mit der entsprechenden Halbwertsbreite (Blitzdauer) bis zur Maximaltemperatur steigt und wieder abnimmt. Kurve 1 zeigt den Temperaturverlauf über die Dicke der Siliciumscheibe nach Ende der Vorheizphase und vor dem Lichtblitz. Die gesamte Dicke der Siliciumscheibe befindet sich gleichmäßig auf einer Temperatur von in diesem Fall 800°C. In Folge des Lichtblitzes mit einem Intensitätsverlauf entsprechend der Gauß'schen Normalverteilung und einer Halbwertsbreite von 20 ms wird auf der Vorderseite der Siliciumscheibe eine Maximaltemperatur von 1400°C erreicht. Kurve 2 zeigt die Temperaturverteilung über die Dicke der Siliciumscheibe zum Zeitpunkt des Erreichens der maximalen Temperatur auf der Scheibenvorderseite. Durch Wärmeleitung innerhalb der Siliciumscheibe, durch Abstrahlung von der Oberfläche sowie durch Wärmeleitung der umgebenden Atmosphäre kommt es im Anschluss zu einer Abkühlung und gleichzeitigen Umverteilung der Temperatur. Kurve 3 zeigt die Temperaturverteilung zu dem späteren Zeitpunkt, an dem die Temperatur an der Rückseite der Siliciumscheibe ihr Maximum erreicht hat.
Im Vergleich dazu zeigt 2 die entsprechenden modellierten Temperaturverläufe für einen nicht erfindungsgemäßen Lichtblitz mit einer Halbwertsbreite von 3 ms.
Es ist deutlich zu sehen, dass bei einer erfindungsgemäßen Durchführung mit einer Halbwertsbreite des Lichtblitzes von 20 ms (siehe 1) die Temperatur in der gesamten Siliciumscheibe deutlich über die Vorheiztemperatur steigt, während sie bei einer nicht erfindungsgemäß durchgeführten Behandlung mit einer Halbwertsbreite des Lichtblitzes von 3 ms (2) auf der Scheibenrückseite nur wenig ansteigt und unterhalb von 1000°C verbleibt, obwohl die Vorderseite 1400°C erreicht. Das hat zur Folge, dass bei gleicher Maximaltemperatur nur bei einer ausreichend großen Halbwertsbreite des Lichtblitzes auch die BMD-Keime im Inneren und an der Rückseite der Siliciumscheibe schrumpfen. Erfindungsgemäß werden die Vorheiztemperatur, die Dauer des Lichtblitzes und die Maximaltemperatur so gewählt, dass gewährleistet ist, dass die BMD-Keime auch im Inneren und an der Rückseite der Siliciumscheibe ausreichend schrumpfen. Dadurch entsteht nicht nur an der Scheibenvorderseite eine defektverarmte Zone (DZ). Vielmehr wird die Neigung zur Sauerstoffpräzipitation im gesamten Scheibenvolumen deutlich reduziert.
Schritt c) Kantenbearbeitung
Nach der thermischen Behandlung wird die Siliciumscheibe weiterverarbeitet, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann nach der thermischen Behandlung noch eine ein- oder mehrstufige Politur beider Seiten oder nur der Vorderseite erfolgen.
Es ist bekannt, dass thermische Prozesse mit superschneller Aufheizung auf eine Maximaltemperatur und anschließender superschneller Abkühlung zu Vergleitungen auf der Siliciumscheibe führen können. Die Vergleitungen können sich in nachfolgenden thermischen Prozessen der Schaltkreis- und Bauelementeherstellung weiter verbreiten und die Funktion der Schaltungen und Bauelemente stören oder zu Nichte machen. Diese Vergleitungen treten vor allem im Randbereich der Siliciumscheibe auf.
Wegen der sehr kurzen Gesamtprozessdauer der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung sind die Randvergleitungen sehr kurz. Daher ist die Zone am Rand der Siliciumscheibe, in der diese Randvergleitungen auftreten, nur sehr schmal. Deshalb kann sie ohne große Verluste abgetragen werden. Die Breite des abzutragenden Bereiches liegt vorzugsweise bei 1 bis 5 mm und besonders bevorzugt bei 2 bis 3 mm. Es ist daher bevorzugt, nach der thermischen Behandlung die Kante der Siliciumscheibe in einem zusätzlichen Schritt c) mechanisch zu bearbeiten, um den äußersten Rand der Siliciumscheibe, wo sich die Vergleitungen befinden, abzutragen.
Dafür eignen sich beliebige bekannte Verfahren zur Kantenbearbeitung von Siliciumscheiben, insbesondere Verfahren, mit denen der Kante der Siliciumscheibe gleichzeitig ein definiertes Profil gegeben wird (sog. Kantenverrundung). Dies erfolgt in der Regel durch Schleifen der Scheibenkante. Üblicherweise wird dafür eine Profilschleifscheibe verwendet, die ihr negatives Profil positiv auf die Scheibenkante kopiert. Es können jedoch auch nicht profilierte Schleifwerkzeuge wie z. B. Schleiftücher verwendet werden. Wenn die Kantenbearbeitung als Schritt c) nach der thermischen Behandlung gemäß Schritt b) durchgeführt wird, entfällt vorzugsweise die Kantenverrundung vor der thermischen Behandlung.
Durch die mechanische Bearbeitung der Scheibenkante wird der Radius der Siliciumscheibe um einen Wert verkleinert, der vorzugsweise mindestens so groß ist wie die Breite des von den Randvergleitungen betroffenen Bereichs.
Nach der mechanischen Kantenbearbeitung zum Abtragen der von Vergleitungen betroffenen Bereiche kann die Kante vorzugsweise poliert werden.
Ist der im optionalen Schritt c) erforderliche Materialabtrag so groß, dass dadurch der Durchmesser der fertig bearbeiteten Siliciumscheibe unter ihren Nenndurchmesser sinken würde, so kann dies bereits bei der Herstellung des Einkristalls berücksichtigt werden. Dieser kann mit einem Durchmesser gezogen werden, der mindestens um einen der Breite des in Schritt b) entstehenden Vergleitungsbereichs entsprechenden Wert über dem Nenndurchmesser der daraus herzustellenden Siliciumscheiben liegt. Die Siliciumscheiben haben in diesem Fall während der thermischen Behandlung in Schritt b) einen größeren Durchmesser als den Nenndurchmesser. Erst durch die Kantenbearbeitung in Schritt c) wird der Durchmesser der Siliciumscheiben auf den Nenndurchmesser reduziert.
Die entsprechend hergestellte Siliciumscheibe ist – zusätzlich zu den oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich der Sauerstoffpräzipitation – frei von Randvergleitungen. Dies kann mittels SIRD (Scanning Infrared Depolarization) nachgewiesen werden.
Falls die Randvergleitungen nicht stören, müssen sie nicht oder nicht vollständig abgetragen werden.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Beispiel 1
Mittels des Verfahrens nach Czochralski wurde ein mit Bor dotierter Silicium-Einkristall hergestellt. Dieser wurde in Scheiben gesägt, geläppt, geätzt und poliert. Die resultierenden Siliciumscheiben hatten eine Dicke von 725 μm, einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ωcm und eine Sauerstoffkonzentration wie in Tab. 1 angegeben.
Die Siliciumscheiben wurden (abgesehen von der Vergleichsprobe Nr. 11/3) einer erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen. Dabei wurden die Siliciumscheiben innerhalb von zwei Minuten auf 800°C vorgeheizt. Unmittelbar nach Erreichen der Vorheiztemperatur wurde der Lichtblitz einer Xenon-Lampe mit einer Halbwertsbreite von 20 ms ausgelöst und die Scheibenvorderseite damit bestrahlt. Die Energiedichte des Blitzes wurde variiert, wobei die Oberfläche der Siliciumscheibe bei einer Energiedichte von mehr als 97,5 J/m² zu schmelzen begann.

Danach wurde der oben beschriebene Test 1 als BMD-Test durchgeführt und danach die BMD-Dichte in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Tab. 1

Probe Nr	Energiedichte (J/m²)	Blitzdauer (ms)	BMD Dichte (cm^–3)	BMD Dichte (cm^–2)	Sauerstoffgehalt (10¹⁷ cm^–3)
11/3	-	-	3.0E + 09	7.4E + 05	7.1
20/2	85	20	4.6E + 07	1.1E + 04	7.1
22/3	85	20	2.0E + 07	5.1E + 03	7.1
23/1	85	20	1.8E + 07	4.4E + 03	7.1
23/3	85	20	2.8E + 07	6.9E + 03	7.1
22/4	85	20	2.3E + 07	5.7E + 03	7.1
23/2	85	20	1.5E + 07	3.8E + 03	7.1
20/3	90	20	2.2E + 07	5.5E + 03	7.1
24/1	90	20	1.4E + 07	3.5E + 03	6.9
20/4	95	20	9.1E + 06	2.3E + 03	7.1
24/2	95	20	2.0E + 07	4.9E + 03	6.9
21/3	97.5	20	9.1E + 06	2.3E + 03	6.9
21/1	97.5	20	7.6E + 06	1.9E + 03	6.9
22/1	97.5	20	2.0E + 07	5.1E + 03	7.1
21/4	97.5	20	2.3E + 07	5.7E + 03	6.9
22/2	97.5	20	1.0E + 07	2.5E + 03	7.1
24/3	97.5	20	1.2E + 07	3.0E + 03	6.9
21/2	100	20	1.0E + 07	2.5E + 03	6.9

Tab. 1 zeigt, dass nach dem Test 1 die BMD-Dichte der nicht thermisch behandelten Siliciumscheibe (Nr. 11/3) 3,0·10⁹ cm^–3 beträgt. Dagegen wurde die BMD-Dichte durch die erfindungsgemäße thermische Behandlung auf weniger als 5·10 cm^–3 im gesamten Volumen der Siliciumscheibe reduziert. Die geringsten BMD-Dichten werden bei den größten Energiedichten des Lichtblitzes erreicht, d. h. wenn die Maximaltemperatur der Scheibenvorderseite möglichst nahe am Schmelzpunkt von Silicium liegt. Die BMD-Dichte ist in allen Fällen so gering, dass keine defektverarmte Zone (DZ) festgestellt werden kann.
Eine weitere Siliciumscheibe aus der Menge der erfindungsgemäß thermisch behandelten Scheiben (entsprechend der Probe Nr. 20/4 gemäß Tab. 1) sowie eine weitere nicht thermisch behandelte Siliciumscheibe (entsprechend der Probe Nr. 11/3) wurden anstelle von Test 1 dem oben beschriebenen Test 2 unterzogen. Nach dem Test 2 zeigte die erfindungsgemäß thermisch behandelte Siliciumscheibe 20/4 eine BMD-Dichte von etwa 10¹¹ cm^–3, wie in 3 zu sehen ist. 3 zeigt die Tiefenabhängigkeit der BMD-Dichte nach Test 2. Die nicht thermisch behandelte Siliciumscheibe 11/3 wies nach Test 2 eine BMD-Dichte von etwas mehr als 10¹¹ cm^–3 auf. Nach Test 2 ist somit kein nennenswerter Unterschied in den BMD-Dichten der erfindungsgemäß thermisch behandelten und der nicht thermisch behandelten Siliciumscheibe feststellbar, obwohl sich die BMD-Dichten nach Test 1 (siehe Tab. 1) deutlich unterscheiden. Dies zeigt, dass die BMD-Keime aufgrund der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung nur geschrumpft sind und unter den besonderen Bedingungen des Tests 2 wieder sichtbar gemacht werden können.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurden Siliciumscheiben in derselben Art und Weise hergestellt wie gemäß Beispiel 1 und (mit Ausnahme der Probe Nr. 11/3) einer thermischen Behandlung unterworfen. Die thermische Behandlung unterschied sich von der thermischen Behandlung gemäß Beispiel 1 nur dadurch, dass die Halbwertsbreite des Lichtblitzes bei 3 ms lag. Die Energiedichte des Blitzes wurde variiert, wobei die Oberfläche der Siliciumscheibe bei einer Energiedichte von mehr als 52,5 J/m² die Oberfläche zu schmelzen begann.

Tab. 2 zeigt, dass nach dem Test 1 die BMD-Dichte der nicht thermisch behandelten Siliciumscheibe 3,0·10⁹ cm^–3 beträgt. In den thermisch behandelten Siliciumscheiben wurde die BMD-Dichte im Volumen der Siliciumscheiben nur auf weniger als 1·10⁹ cm^–3 reduziert. Es konnten keine BMD-Dichten von weniger als 2·10⁸ cm^–3 erreicht werden. Unter der Oberfläche auf der mit dem Lichtblitz bestrahlten Seite konnte eine defektarme Zone (DZ) mit einer in Tab. 2 angegebenen Tiefe nachgewiesen werden. Die Tiefe der DZ stieg mit der Energiedichte des Lichtblitzes an. Dieses Vergleichsbeispiel zeigt, dass es nicht möglich ist, mit einer kurzen Blitzlampentemperung gemäß dem Stand der Technik den gewünschten Effekt zu erreichen. Es entsteht stattdessen eine Siliciumscheibe mit einer defektarmen Zone an der Oberfläche und einer hohen BMD-Dichte im Volumen der Siliciumscheibe. Tab. 2

Probe Nr	Energiedichte (J/m^–2)	Blitzdauer (ms)	BMD Dichte (cm^–3)	BMD Dichte (cm^–2)	Sauerstoffgehalt (10¹⁷ cm^–3)	DZ (μm)
11/3	-	-	3.0E + 09	7.4E + 05	7.1	-
24/4	39	3	6.1E + 08	1.5E + 05	6.9	65
25/1	45	3	9.9E + 08	2.5E + 05	7.0	62
25/3	50	3	2.3E + 08	5.8E + 04	7.0	92
25/4	52.5	3	5.9E + 08	1.5E + 05	7.0	123
25/2	55	3	9.3E + 08	2.3E + 05	7.0	123

Beispiel 2
Mittels des Verfahrens nach Czochralski wurde ein mit Bor dotierter Silicium-Einkristall hergestellt. Dieser wurde in Scheiben gesägt, geläppt und geätzt, aber im Gegensatz zu Beispiel 1 nicht poliert. Die resultierenden Siliciumscheiben hatten eine Dicke von 680 μm, einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ωcm und eine Sauerstoffkonzentration von 6,9·10¹⁷ cm^–3.
Anschließend wurden die Siliciumscheiben einer thermischen Behandlung gemäß Beispiel 1 unterworfen. Die Energiedichte des Blitzes wurde variiert, wobei die Oberfläche der Siliciumscheibe bei einer Energiedichte von mehr als 97,5 J/m² zu schmelzen begann. Tab. 3

Probe Nr Energiedichte (J/m²) Blitzdauer (ms) BMD Dichte (cm^–3) BMD Dichte (cm^–2) Oberfläche

S3 95 20 6.1E + 07 1.5E + 04 geätzt

S4 100 20 5.1E + 06 1.3E + 03 geätzt
Beispiel 2 zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei nicht polierten Siliciumscheiben zum Erfolg führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0292523 A1 [0005]
US 6336968 B1 [0007, 0007, 0012, 0013, 0021, 0037, 0038]
US 2009/0103906 A1 [0029]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM F121-83 [0010]
G. Kissinger, A. Sattler, J. Dabrowski, W. von Ammon, Verification of a method to detect grown-in Oxide precipitate nuclei in Czochralski silicon, ECS Transactions, 11 (3) 161–171 (2007) [0017]

Claims

Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·10¹⁷ bis 7,5·10¹⁷ cm^–3, die nach folgenden, alternativ durchgeführten, thermischen Prozessen folgende BMD-Dichten aufweist: – eine BMD-Dichte von höchstens 1·10⁸ cm^–3 nach einer Behandlung für drei Stunden bei 780°C und anschließend für 16 Stunden bei 1000°C und – eine BMD-Dichte von wenigstens 1·10⁹ cm^–3 nach einem Aufheizen der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von 1 K/min von einer Starttemperatur von 500°C auf eine Zieltemperatur von 1000°C und anschließendem Halten auf 1000°C für 16 Stunden.
Siliciumscheibe gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine BMD-Dichte von 5·10⁶ cm^–3 bis 5·10⁷ cm^–3 nach einer Behandlung für drei Stunden bei 780°C und anschließend für 16 Stunden bei 1000°C.
Siliciumscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine BMD-Dichte von 1·10¹⁰ cm^–3 bis 3·10¹¹ cm^–3 nach einem Aufheizen der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von 1 K/min von einer Starttemperatur von 500°C auf eine Zieltemperatur von 1000°C und anschließendem Halten auf 1000°C für 16 Stunden.
Verfahren zur Herstellung einer Siliciumscheibe gemäß Anspruch 1, umfassend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge: a) Bereitstellung einer nicht strukturierten Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration von 5·10¹⁷ bis 7,5·10¹⁷ cm^–3 und einer Dicke von 0,6 bis 1,2 mm b) Aufheizen der nicht strukturierten Siliciumscheibe auf eine Vorheiztemperatur im Bereich von 600 bis 1000°C und anschließende Bestrahlung einer Seite der Siliciumscheibe mit Blitzlicht für eine Dauer von 15 bis 400 ms, wobei eine Energiedichte von 50 bis 100 der zum Anschmelzen der Oberfläche notwendigen Energiedichte eingestrahlt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Dicke der Siliciumscheibe 0,6 bis 1,0 mm und die Vorheiztemperatur in Schritt b) 600 bis 950°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Dicke der Siliciumscheibe 1,0 bis 1,2 mm und die Vorheiztemperatur in Schritt b) 700 bis 1000°C beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die eingestrahlte Energiedichte 90 bis 100% der zum Anschmelzen der Oberfläche notwendigen Energiedichte beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei nach Schritt b) die Kante der Siliciumscheibe in einem weiteren Schritt c) Material abtragend bearbeitet wird, wobei der Materialabtrag maximal 5 mm beträgt.