DE102012217727A1

DE102012217727A1 - Verfahren zum Nachweis von Defekten in einkristallinem Silicium

Info

Publication number: DE102012217727A1
Application number: DE201210217727
Authority: DE
Inventors: Ludwig Köster; Michael Boy; Andreas Huber; Reinhold Wahlich
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Nachweis von Defekten in einkristallinem Silicium, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellung einer Probe aus einkristallinem Silicium; b) Kontamination der Probe mit einem der Metalle Nickel, Palladium oder Platin in einer Oberflächenkonzentration von 1 × 1011 bis 1 × 1014/cm2; c) Thermische Behandlung der kontaminierten Probe bei einer Temperatur (T) von 500 bis 1000 °C für eine Dauer (d), die in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≤ exp(18,4–0,0206·T/°C) erfüllt, und wobei die Probe nach Ende der Dauer (d) mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 150 K/s auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger abgekühlt wird; und d) Nachweis der in der thermisch behandelten Probe vorhandenen Defekte.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Nachweis von Defekten in einkristallinem Silicium, wobei die Probe kontrolliert mit einem Metall kontaminiert wird und anschließend die in der Probe vorhandenen Defekte nachgewiesen werden.
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 cm³ (Atome pro Kubikzentimeter) in den Kristall eingebaut wird. Dieser Sauerstoff liegt bei der Kristallisation des Siliciums während des Kristallziehprozesses 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 Sauerstoffagglomerate, so genannte BMDs („bulk micro defects“). Keime für die BMDs werden bereits während der Abkühlung des Einkristalls beim Kristallziehen gebildet. Wenn diese Keime eine kritische Größe überschreiten, sind sie in der Lage, während einer nachfolgenden thermischen Behandlung zu wachsen.
Die im Rahmen der Herstellung elektronischer Bauelemente stattfindenden thermischen Prozessschritte werden mit zunehmender Integrationsdichte bei immer niedrigeren Temperaturen durchgeführt, die zum Teil 1000 °C nicht mehr erreichen. Auch die Dauer der thermischen Behandlungen wurde immer weiter reduziert. Die dabei entstehenden BMDs, die auch in modernen Bauelementeprozessen zum Gettern metallischer Verunreinigungen benötigt werden, sind sehr klein und mittels gängiger Methoden wie IR-LST (Infrarot-Streulicht-Tomographie, engl. „infrared light scattering tomography“) und Defektätze (z.B. Wright-Ätze) nicht mehr ausreichend in Größe und Anzahl nachweisbar. Simulationen und TEM-Untersuchungen (Transmissionselektronenmikroskopie, engl. „transmission electron microscopy“) zeigen hohe BMD-Dichten (> 1 × 10¹⁰/cm³) und BMD-Größen bis hinab zu 5 nm, die unterhalb der Nachweisempfindlichkeit von IR-LST (ca. 20 nm) oder üblicher Defektätzen liegen.
Es ist üblich, kleine BMDs vor einem Nachweis mittels einer selektiven Defektätze, IR-LST oder TEM durch eine thermische Behandlung so weit wachsen zu lassen, dass ihre Größe für einen Nachweis mit der verwendeten Methode ausreicht. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in JP11-297704A offenbart. Die thermische Behandlung wird bei einer Temperatur von 900 bis 1100 °C durchgeführt und dauert mindestens eine Stunde, wenn der Nachweis mittels IR-LST erfolgen soll. Danach weist eine ausreichende Anzahl der BMDs eine Größe von mindestens 30 nm auf, was einen Nachweis mittels IR-LST ermöglicht. Diese Methode kann jedoch nicht mehr sinnvoll angewandt werden, wenn das thermische Budget während der Bauelementeherstellung noch niedriger ist, wie oben bereits beschrieben. Um die tatsächliche Gettereffizienz der Sauerstoffpräzipitate während des Bauelementeprozesses zu beurteilen, muss das bei der BMD-Erzeugung und dem BMD-Nachweis angewandte thermische Budget demjenigen während der Herstellung der Bauelemente entsprechen.
Die Nachweisempfindlichkeit von TEM ist deutlich höher als im Fall von IR-LST. Daher würde sich TEM grundsätzlich auch zum Nachweis sehr kleiner BMDs eignen. Aufgrund der starken Vergrößerung eignet sich TEM jedoch nur zur Untersuchung sehr kleiner Probenvolumina, d. h. im Wesentlichen zur Betrachtung einzelner Defekte, nicht jedoch zum quantitativen Nachweis von Defekten. Die Bestimmung einer Defektdichte in einem größeren Probenvolumen ist mit TEM daher in der Praxis nicht möglich.
Aufgabe
Mangels eines geeigneten Nachweisverfahrens für kleine BMDs kann die BMD-Dichte nicht mehr zuverlässig als ein Maß für die Gettereffizienz verwendet werden. Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Nachweisverfahren bereitzustellen, das es erlaubt, sehr kleine Defekte, beispielsweise BMDs mit einem Durchmesser von 5 bis 20 nm, quantitativ nachzuweisen.
Lösung
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Nachweis von Defekten in einkristallinem Silicium, umfassend folgende
Schritte:

a) Bereitstellung einer Probe aus einkristallinem Silicium;
b) Kontamination der Probe mit einem der Metalle Nickel, Palladium oder Platin in einer Oberflächenkonzentration von 1 × 10¹¹ bis 1 × 10¹⁴/cm²;
c) Thermische Behandlung der kontaminierten Probe bei einer Temperatur (T) von 500 bis 1000 °C für eine Dauer (d), die in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≤ exp (18,4–0,0206·T/°C) erfüllt, und wobei die Probe nach Ende der Dauer (d) mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 150 K/s auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger abgekühlt wird; und
d) Nachweis der in der thermisch behandelten Probe vorhandenen Defekte.

Zur Steigerung der Nachweisempfindlichkeit der verwendeten Detektionsmethoden werden die in der Probe vorhandenen Defekte, darunter BMDs und COPs (engl. „crystal originated particles“; Leerstellenagglomerate) gezielt mit einem der Metalle Nickel, Palladium oder Platin dekoriert. In Schritt b) wird die Probe mit einer geeigneten Menge des Metalls kontaminiert. In Schritt c) diffundiert das Metall in die Probe und wird bevorzugt an allen Stellen deponiert, an denen das Kristallgitter des Siliciums gestört ist, beispielsweise an den BMDs.
Durch die Dekoration der BMDs und anderer Defekte lässt sich die Nachweisempfindlichkeit der Detektionsverfahren IR-LST und Defektätze deutlich steigern. Der Effekt beruht im Fall von IR-LST auf dem höheren Brechungsindex von Metallen, der zu einer Steigerung der Streulichtintensität führt. Im Fall der Defektätze führt die Dekoration mit dem Metall zu einer Steigerung der Selektivität der Ätze.
Im Anschluss an die erfindungsgemäße Metalldekoration können die herkömmlichen Detektionsmethoden IR-LST und Defektätze ohne Änderung und mit gleichzeitig deutlich erhöhter Nachweisempfindlichkeit eingesetzt werden. Damit wird auch eine Detektion sehr kleiner BMDs möglich, wie sie in neuen Bauelementeprozessen mit geringen thermischen Budgets entstehen.
Bei der erfindungsgemäßen Temperatur und Dauer der thermischen Behandlung zum Eindiffundieren der oberflächlich aufgebrachten Metallkontamination in Schritt c) wird die Sauerstoffpräzipitation nicht signifikant beeinflusst. Die Dichte und Größenverteilung der vorhandenen BMDs bleiben somit im Wesentlichen unverändert. Folglich eignen sich für die Dekoration der Defekte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nur Metalle, die unter den Bedingungen der thermischen Behandlung ausreichend schnell diffundieren, um das gesamte Volumen der Probe (in der Regel eine weniger als 1 mm dicke Siliciumscheibe) gleichmäßig mit dem Metall zu kontaminieren. Das Metall, dessen Konzentration und die Bedingungen der thermischen Behandlung sind so gewählt, dass die BMDs homogen dekoriert werden, aber keine Selbstausscheidungen des Metalls auftreten.
Dagegen treten bei den im Stand der Technik ( JP2002-071564A ) bekannten Verfahren, bei denen eine Defektdekoration mit Kupfer mit einem Nachweis durch IR-LST kombiniert wird, bedingt durch Übersättigung von Kupfer auf Grund der sehr starken Kontamination, Selbstausscheidungen von Kupfer auf, die ebenfalls IR-Licht streuen und daher das Ergebnis der IR-LST-Messung verfälschen. Die Problematik der Kupfer-Selbstausscheidungen wurde in JP2002-071564A entweder nicht erkannt oder ist für den Nachweis der in einer oder zwei Dimensionen ausgedehnteren Defekte, auf die das in JP2002-071564A offenbarte Verfahren abzielt, nicht relevant. Ein quantitativer Nachweis kleiner Defekte, beispielsweise kleiner BMDs oder COPs, ist in Gegenwart einer unbekannten Konzentration von Kupfer-Selbstausscheidungen jedoch mit einem nicht tolerablen Fehler behaftet.
Zudem lässt sich bei den erfindungsgemäß verwendeten Metallen Nickel, Palladium und Platin eine homogene Defektdekoration im gesamten angegebenen Bereich der in Schritt c) angewandten Abkühlrate erreichen. Im Fall von Kupfer ist die Homogenität der Defektdekoration dagegen sehr stark von der Abkühlrate abhängig, sodass die Reproduzierbarkeit der erzielten Ergebnisse gering ist.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall von p⁺-dotierten Siliciumscheiben, die beispielsweise als Substrate für eine epitaktische Beschichtung verwendet werden. Derartige Siliciumscheiben weisen eine hohe Konzentration von freien Ladungsträgern auf, die IR-Licht stark absorbieren und streuen, was zu einem hohen Untergrundsignal, zu einer stark reduzierten Streulichtintensität und folglich zu einer besonders geringen Nachweisempfindlichkeit führt. Letztere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich erhöht werden. Zudem treten in p⁺-dotierten Siliciumscheiben mit besonders hoher Dotierstoffkonzentration keine COPs auf, sodass die BMDs den einzigen Defekttyp darstellen, der in solchen Scheiben in hoher Konzentration vorhanden ist. In diesem Fall kann die in Schritt d) ermittelte Defektdichte mit der BMD-Dichte gleichgesetzt werden und stellt damit unmittelbar ein Maß für die Gettereffizienz des Materials dar.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt ein mittels eines optischen Mikroskops erzeugtes Bild der Bruchkante einer hoch mit Bor dotierten Siliciumscheibe nach einer Wright-Ätze ohne vorangehende Metallkontamination.
2 zeigt ein der 1 entsprechendes Bild der Bruchkante einer vergleichbaren Siliciumscheibe nach einer Wright-Ätze mit vorangehender erfindungsgemäßer Kontamination mit Nickel.
3 zeigt ein mittels IR-LST erzeugtes Laserstreulichtbild der Spaltfläche einer hoch mit Bor dotierten, nicht kontaminierten Siliciumscheibe.
4 zeigt ein der 3 entsprechendes Laserstreulichtbild der Spaltfläche einer erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierten Siliciumscheibe.
5 zeigt einen Vergleich der Laserstreulichtintensitäten I der nicht kontaminierten (3) mit der erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierten Siliciumscheibe (4) als Funktion der radialen Position r.
6 zeigt ein mittels IR-LST erzeugtes Laserstreulichtbild der Spaltfläche einer hoch mit Bor dotierten und erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierten Siliciumscheibe, die am Ende des Schritts c) mit einer erfindungsgemäßen Abkühlrate von 20 K/s abgekühlt wurde.
7 zeigt ein der 6 entsprechendes Laserstreulichtbild der Spaltfläche einer gleichartigen Siliciumscheibe, die jedoch nicht erfindungsgemäß mit einer Abkühlrate von 0,3 K/s abgekühlt wurde.
8 zeigt ein mittels eines optischen Mikroskops erzeugtes Bild der Bruchkante einer hoch mit Bor dotierten und erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierten Siliciumscheibe, die am Ende des Schritts c) mit einer erfindungsgemäßen Abkühlrate von 20 K/s abgekühlt wurde.
9 zeigt ein der 8 entsprechendes Bild der Bruchkante einer vergleichbaren Siliciumscheibe, die jedoch nicht erfindungsgemäß mit einer Abkühlrate von 0,3 K/s abgekühlt wurde.
10 zeigt die Laserstreulichtintensität I einer lokal an zwei Stellen erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierten, schwach mit Bor dotierten Siliciumscheibe mit einem COP-behafteten Bereich im Zentrum als Funktion der radialen Position r.
11 zeigt ein mittels IR-LST erzeugtes Laserstreulichtbild der Spaltfläche einer gemäß dem Stand der Technik mit Kupfer kontaminierten FZ-Siliciumscheibe, wobei die Oberflächenkonzentration des Kupfers 1 × 10¹⁵/cm² betrug.
12 zeigt ein der 13 entsprechendes Laserstreulichtbild, jedoch für eine Oberflächenkonzentration des Kupfers von 1 × 10¹³/cm².
13 zeigt ein der 13 entsprechendes Laserstreulichtbild, jedoch für eine Oberflächenkonzentration des Kupfers von 1 × 10¹¹/cm².
14 zeigt ein der 13 entsprechendes Laserstreulichtbild, jedoch für eine nicht kontaminierte Siliciumscheibe.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Probe aus einkristallinem Silicium bereitgestellt. Die Probe ist vorzugsweise eine Scheibe, deren Dicke üblicherweise zwischen 0,5 und 1 mm (und insbesondere zwischen 0,6 und 0,8 mm) liegt. Die Probe sollte vorzugsweise frei von oberflächlichen Schädigungen des Kristallgitters („damage“) sein, wie sie durch mechanische Bearbeitungsschritte wie Sägen, Läppen oder Schleifen entstehen, da die Kristallgitterschäden ebenfalls als Getterzentren wirken würden. Die geschädigten Oberflächenbereiche sollten vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Ätzen oder Polieren oder vorzugsweise eine Kombination von beiden entfernt werden.
In Schritt b) wird die Probe mit Nickel, Palladium oder Platin kontaminiert, sodass eine Oberflächenkonzentration des Metalls von 1 × 10¹¹ bis 1 × 10¹⁴/cm² (Atome pro Quadratzentimeter) resultiert. Bei einer geringeren Metallkonzentration werden die in der Probe vorhandenen BMDs im nachfolgenden Schritt c) nicht ausreichend mit dem Metall dekoriert, was wiederum dazu führt, dass die nicht oder nur geringfügig dekorierten Defekte in Schritt d) ggf. nicht nachgewiesen werden können. Wird die Metallkonzentration über die angegebene Obergrenze erhöht, kann es im nachfolgenden Schritt c) zu inhomogener Dekoration der Kristalldefekte oder gar zu Selbstausscheidungen des Metalls im Inneren oder an der Oberfläche der Probe kommen. Letztere führen zu einer erhöhten Rauigkeit der Oberfläche („haze“), die ebenfalls IR-Licht streut und so den BMD-Nachweis in Schritt d) stört. Eine besonders homogene Dekoration der Defekte lässt sich erreichen, wenn die Metallkonzentration im Konzentrationsbereich von 1 × 10¹² bis 1 × 10¹³/cm² liegt, weshalb dieser Bereich bevorzugt ist.
Die Kontamination erfolgt mit einem der Metalle Nickel, Palladium oder Platin, da diese Metalle schon bei niedrigen Temperaturen einen hohen Diffusionskoeffizienten in Silicium aufweisen. Somit reichen bei diesen Metallen in Schritt c) moderate thermische Bedingungen aus, um das Metall in der Probe zu verteilen. Außerdem hat sich gezeigt, dass bereits geringe Konzentrationen dieser Metalle ausreichen, um die Nachweisempfindlichkeit der in Schritt d) angewandten Detektionsverfahren deutlich zu erhöhen, wohingegen bei den gemäß dem Stand der Technik angewandten höheren Konzentrationen bereits Selbstausscheidungen auftreten. Unter den in JP2002-071564A genannten Bedingungen für die Kontamination mit Kupfer (100 ppm Kupfer-Konzentration bezogen auf die Massen der Komponenten) resultiert eine vollständig mit Kupfer belegte Oberfläche. Die Oberflächenkonzentration beträgt in diesem Fall mindestens 1 × 10¹⁵/cm², was mindestens einer Atomlage entspricht.
Die Kontamination der Probe erfolgt vorzugsweise, indem eine das Metall enthaltende Lösung auf eine Fläche der Probe aufgebracht und anschließend durch Rotation der Probe wieder abgeschleudert wird. Dieses Kontaminationsverfahren wird im Folgenden als „Schleudermethode“ bezeichnet.
Die Schleudermethode wird vorzugsweise an hydrophilen Scheiben mit einer sehr dünnen, chemisch erzeugten Oxidschicht angewendet. Dazu wird die Probe vor der Kontamination mit einer in der Halbleitertechnologie üblichen SC1-Reinigung und danach mit einer SC2-Reinigung gereinigt und hydrophiliert.
Für die anschließende Kontamination wird vorzugsweise eine hochreine saure wässrige Lösung mit einem definierten Metallgehalt verwendet. Die Lösung kann durch Verdünnen aus kommerziellen hochreinen analytischen Standardlösungen, wie sie von akkreditierten Labors erhältlich sind, hergestellt werden. Um das Metall in Lösung zu halten, enthalten diese Standardlösungen beispielsweise etwa 1 % Salpetersäure (HNO₃). Das benötigte Volumen der Lösung ist von der Größe der Probe abhängig. Im Fall einer Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm werden etwa 30 ml Lösung benötigt, für eine Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 200 mm etwa 15 ml, um die Oberfläche komplett zu bedecken. Die Metallkonzentration in der Lösung ist von der zu erzielenden Oberflächenkonzentration auf der Oberfläche der Siliciumscheibe abhängig. Für eine Oberflächenkonzentration des Metalls von 1 × 10¹²/cm² auf der Siliciumscheibe wird beispielsweise eine Metallkonzentration in der Lösung von ca. 0,5 ppm (ppm = 10^–6) benötigt. Um eine Oberflächenkonzentration von 1 × 10¹⁴/cm² zu erzielen, verwendet man eine Lösung mit etwa 50 ppm Metallkonzentration. In dieser Beschreibung sind die Konzentrationsangaben in ppm, ppb und ppt immer als Massenverhältnisse (Masse des in der Lösung enthaltenen Metalls bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung) zu verstehen.
Die Probe wird vorzugsweise vollständig mit der Lösung belegt. Danach wird die Lösung abgeschleudert, indem die Probe in Rotation versetzt und so lange gedreht wird, bis die Lösung vollständig entfernt ist und die der gewünschten Oberflächenkonzentration entsprechende Menge an Metall auf der Scheibe verbleibt. Das Abschleudern erfolgt bei einer Siliciumscheibe mit 300 mm Durchmesser vorzugsweise bei einer Drehzahl von 500 bis 1800 min^–1 (Umdrehungen pro Minute).
Der Vorteil der Schleudermethode liegt in einer homogenen, ganzflächigen Belegung der Oberfläche mit dem Metall.
Alternativ kann die Kontamination der Probe auch erfolgen, indem zumindest ein Tropfen einer das Metall enthaltenden Lösung auf die Oberfläche der Probe aufgebracht und die Lösung zumindest teilweise verdunstet wird, so dass das enthaltene Metall auf der Oberfläche der Probe verbleibt. Dieses Kontaminationsverfahren wird im Folgenden als „Tropfenmethode“ bezeichnet.
Für die Tropfenmethode werden vorzugsweise hydrophobe Scheiben ohne natürliches Oxid eingesetzt, um ein Zerfließen des Tropfens auf der Probe zu verhindern. Dazu werden die Scheiben vorzugsweise unmittelbar vor der Kontamination mit einer Flusssäure enthaltenden wässrigen Lösung oder durch Abscannen der Oberfläche mit einem Flüssigkeitstropfen in einer Flusssäure-haltigen Atmosphäre („fume and scan“-Prozess) gereinigt.
Zur Herstellung der Kontaminationslösung werden vorzugsweise die gleichen Standardlösungen wie für die oben beschriebene Schleudermethode verwendet. Vorzugsweise beträgt die Metallkonzentration in der Lösung bei der Tropfenmethode jedoch nur 50 ppt (ppt = 10^–12) bis 100 ppb (ppb = 10^–9). Bei der Schleudermethode sind höhere Konzentrationen notwendig, da bei der Schleudermethode nur ein kleiner Anteil des mit der Lösung auf die Probenoberfläche aufgebrachten Metalls auf der Probenoberfläche verbleibt und der größte Teil mit der überschüssigen Lösung abfließt.
Für die Kontamination wird vorzugsweise ein einzelner Tropfen der Lösung mit einer Pipette auf die Probe aufgebracht und anschließend vorzugsweise vollständig verdunstet. Dies geschieht vorzugsweise bei waagerechter Lagerung der Probe unter Reinraumbedingungen bei Raumtemperatur innerhalb von fünf bis acht Stunden.
Die Tropfenmethode bietet mehrere Vorteile, nämlich dass nur ein kleiner Teil der zu untersuchenden Probe kontaminiert wird, so dass auch mehrere Tropfen mit unterschiedlicher Metallkonzentration oder verschiedenen Metallen aufgebracht werden können und dass die nicht kontaminierten Bereiche der Probe als Referenz dienen können.
Unabhängig von der eingesetzten Kontaminationsmethode kann die damit erzielte tatsächliche Oberflächenkonzentration des Metalls auf der Probe mit oberflächenempfindlichen Methoden wie VPD-ICPMS (engl. „vapor phase decomposition inductively coupled plasma mass spectrometry“) an Referenzproben ermittelt werden. Auf diese Weise lassen sich die genauen Bedingungen der Kontamination auf einfache Weise so festlegen, dass die gewünschte Oberflächenkonzentration des Metalls erzielt wird.
In Schritt c) wird die mit dem Metall kontaminierte Probe thermisch behandelt, um das Metall in die Probe eindiffundieren zu lassen. Dieser Schritt wird im Folgenden als „Eintreibschritt“ bezeichnet. Der Eintreibschritt kann in einem beliebigen in der Halbleiterindustrie üblicherweise verwendeten Horizontal- oder Vertikalofen für die gleichzeitige Behandlung mehrerer Proben oder in einer lampenbeheizten RTA-Vorrichtung (engl. „Rapid Thermal Anneal“) für die Behandlung einer Probe durchgeführt werden.
Die Probe wird zunächst mit einer Aufheizrate von vorzugsweise mindestens 3 K/min oder besonders bevorzugt mindestens 5 K/min aufgeheizt. Bei geringeren Aufheizraten ist nicht auszuschließen, dass die in der Probe enthaltenen BMDs während des Aufheizens wachsen, was das Ergebnis des in Schritt d) durchgeführten Defektnachweises verfälschen würde.
Die Behandlung erfolgt bei einer Temperatur T von 500 bis 1000 °C für eine Dauer d, die in Abhängigkeit von der Temperatur T gewählt wird.
Die Untergrenze der Dauer d wird in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur T dadurch bestimmt, dass eine ausreichende Diffusion des Metalls in der Probe stattfinden muss, um das Metall homogen in der Probe zu verteilen und eine gleichmäßige Dekoration der darin vorhandenen Defekte zu ermöglichen. Die erfindungsgemäß eingesetzten Metalle diffundieren in Silicium so schnell, dass sich das Metall während eines relativ langsamen Aufheizens einer Siliciumscheibe mit einer üblichen Dicke von etwa 0,5 bis 1 mm mit einer Aufheizrate von 3 K/min (wie oben angegeben) auf eine Zieltemperatur von beispielsweise 900 °C bereits gleichmäßig in der Scheibe verteilt, ohne dass die Temperatur längere Zeit auf der Zieltemperatur gehalten werden muss. Es ist daher nicht sinnvoll, eine absolute Untergrenze für die Dauer der thermischen Behandlung anzugeben.
Um eine homogene Verteilung des Metalls in der Probe sicherzustellen, wird insbesondere im Fall deutlich höherer Aufheizraten und einer scheibenförmigen Probe mit einer Dicke von etwa 0,6 bis 0,8 mm die Dauer (d) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) vorzugsweise so gewählt, dass sie die
Ungleichung

d /h ≥ 9·exp(−0,00527·T/°C) [1] erfüllt. In allen Ungleichungen wird die Temperatur T in Grad Celsius (°C) und die Dauer d in Stunden (h) angegeben. Besonders bevorzugt ist eine Wahl der Dauer (d) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) gemäß der Ungleichung
d/h ≥ 12∙exp(–0,00527·T/°C) [2].

Eine gemäß Ungleichung [1] gewählte Dauer d stellt im Fall von Nickel eine Diffusionslänge von etwa 0,6 mm sicher, eine gemäß Ungleichung [2] gewählte Dauer eine Diffusionslänge von etwa 0,8 mm.
Die Obergrenze der Dauer d wird in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur T dadurch bestimmt, dass die in der Probe enthaltenen Defekte, insbesondere BMDs, nicht nennenswert wachsen dürfen, um das Ergebnis nicht zu verfälschen. Geht man davon aus, dass ein Durchmesserwachstum der BMDs um etwa 2 nm noch tolerabel ist, ergibt sich daraus, dass die Dauer d in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur T folgende Bedingung erfüllen muss: d/h ≤ exp(18,4–0,0206·T/°C)[3]
Vorzugsweise sollte der Durchmesser der BMDs jedoch nur um maximal 1 nm wachsen. Um dies sicherzustellen, muss die Dauer d in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur T folgende Bedingung erfüllen: d/h ≤ exp(17,9–0,0205·T/°C) [4]
Eine längere Dauer würde in Verbindung mit einer ausreichend hohen Temperatur zum Wachstum der in der Probe enthaltenen BMDs führen, was die in Schritt d) erzielten Ergebnisse verfälschen würde. Eine Temperatur von unter 800 °C (beispielsweise von 500 oder 600 °C) führt auch innerhalb von fünf Stunden nicht zu einem deutlichen Wachstum der vorhandenen BMDs, weshalb bei diesen Temperaturen eine derart lange Dauer der thermischen Behandlung möglich ist, ohne die Ergebnisse zu verfälschen. Da bei Temperaturen oberhalb von etwa 800 °C ein merkliches Wachstum der BMDs einsetzt, muss die Behandlungsdauer bei einer Temperatur von beispielsweise 900°C auf maximal etwa eine Stunde (und vorzugsweise etwa eine halbe Stunde) beschränkt werden, um eine Verfälschung der Ergebnisse zu verhindern. Bei derart hohen Temperaturen reicht bereits eine Dauer von wenigen Minuten aus, um das Metall gleichmäßig in der Probe zu verteilen.
Vorzugsweise wird eine Temperatur von 600°C bis 900°C gewählt, da in diesem Bereich die Löslichkeit und die Geschwindigkeit der Diffusion des Metalls im Silicium in jedem Fall ausreichend groß sind und die BMDs nicht oder nur unwesentlich wachsen. In diesem bevorzugten Temperaturbereich ist eine Dauer von etwa fünf Minuten bis zu einer halben Stunde ausreichend, um das Metall gleichmäßig in einer Probe mit einer Dicke von etwa 0,6 bis 0,8 mm zu verteilen, und daher besonders bevorzugt. Eine längere Dauer ist zwar nicht schädlich, bringt aber auch keinen Nutzen, und sollte daher aus wirtschaftlichen Gründen vermieden werden. Insgesamt sollte aus Wirtschaftlichkeitsgründen eine Kombination aus einer Dauer von maximal einer Stunde und einer Temperatur innerhalb der durch die Ungleichungen [1] und [3] bzw. besonders bevorzugt innerhalb der durch die Ungleichungen [2] und [4] definierten Bereiche gewählt werden.
Am Ende der thermischen Behandlung wird die Probe mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 150 K/s auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger abgekühlt. Bei einer geringeren Abkühlrate ist eine homogene Dekoration der in der Probe enthaltenen Defekte nicht zu erreichen. Besonders bevorzugt ist eine Abkühlrate von 1 bis 70 K/s, weil dies für homogene Dekoration sorgt und noch im Rahmen der technischen Möglichkeiten von Hochtemperaturöfen liegt.
In Schritt d) werden die zuvor mit dem Metall dekorierten Defekte nachgewiesen. Der Nachweis erfolgt durch im Stand der Technik bekannte Verfahren.
Als Nachweismethode besonders bevorzugt ist die Infrarot-Streulicht-Tomographie (IR-LST), da diese Methode eine einfache, schnelle und zuverlässige Bestimmung der Defektdichte erlaubt. Bei IR-LST wird ein Infrarot-Laserstrahl in die Silicium-Probe fokussiert und das von Defekten gestreute Licht detektiert. Durch Analyse des Signals können Informationen über die Dichte und Größe der in der Probe vorhandenen Defekte erhalten werden.
In einer ersten bekannten Anordnung wird der Laserstrahl senkrecht auf eine polierte Fläche der Probe gerichtet und senkrecht dazu das von Defekten gestreute, an einer Bruchkante austretende Licht mit Hilfe einer Kamera aufgenommen. Durch Verschieben der Probe im Laserstrahl kann ein zweidimensionales Bild der Defektverteilung aufgenommen werden und über eine digitale Bildverarbeitung die Defektdichte und Größenverteilung der Defekte ermittelt werden. Das Verfahren ist in folgender Literaturstelle beschrieben: Kazuo Moriya et al., J. Appl. Phys. 66, 5267 (1989): Development of a bulk microdefect analyzer for Si wafers.
In einer anderen Anordnung wird das an der Oberfläche (und nicht an einer Bruchkante) der Probe austretende Streulicht der Defekte detektiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil einer berührungslosen und zerstörungsfreien Messung, allerdings den Nachteil einer geringeren Empfindlichkeit im Vergleich zur Messung an einer Bruchkante.
Eine weitere im Rahmen der Erfindung anwendbare Nachweismethode ist die Durchführung einer selektiven Defektätze, wodurch die Defekte an der Oberfläche sichtbar gemacht werden. Danach werden die sichtbar gemachten Defekte ausgezählt.
Als Defektätze kommen z.B. die weit verbreiteten Ätzen Wright-Ätze oder Secco-Ätze, aber auch aus Gründen des Umwelt- und Gesundheitsschutzes bevorzugte chromfreie Ätzen zum Einsatz, die anstelle von Chrom in der Oxidationsstufe VI Halogenid-haltige Verbindungen, z.B. Kaliumiodid oder 3d-Übergangsmetallverbindungen wie Kupfernitrat oder Silbernitrat als selektivitätsverstärkende Komponenten verwenden.
Anstelle der Verwendung flüssiger Ätzmittel kann das Ätzen auch in der Gasphase, mittels reaktivem Ionen-Ätzen (engl. „reactive ion etching“, RIE) erfolgen. Dieses Verfahren ist in folgender Literaturstelle beschrieben: Kenji Nakashima, Tomoyuki Yoshida, and Yasuichi Mitsushima, J. Electrochem. Soc. 2005 vol. 152, issue 5, G339-G344: Measurements of Size, Morphology, and Spatial Distribution of Oxygen Precipitates in Si Wafers Using RIE. RIE bietet den Vorteil einer hohen Selektivität, d. h. eines sehr scharfen Anätzens sehr kleiner Defekte, die mit den zuvor genannten Ätzverfahren in der flüssigen Phase nicht mehr nachweisbar sind und damit die Möglichkeit, sehr hohe Defektdichten aufzulösen.
Unabhängig vom gewählten Ätzverfahren kann die Defektätze an einer Oberfläche der Probe erfolgen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Verteilung der Defekte über die gesamte Fläche der Siliciumscheibe untersucht werden soll. Falls die Oberfläche der Siliciumscheibe besonders defektarm ist und die Defekte in einer bestimmten Tiefe unterhalb der Oberfläche untersucht werden sollen, kann vor der Durchführung der Defektätze die dieser Tiefe entsprechende Materialdicke durch Politur abgetragen werden. Die Siliciumscheibe kann nach Durchführung des Schritts c) auch entlang einer Vorzugsrichtung des Kristallgitters gebrochen und die Defektätze an der Bruchkante durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Defektdichte als Funktion der Tiefe senkrecht zu den Flächen der Siliciumscheibe sowie in radialer Richtung bestimmt werden.
Die Auszählung der angeätzten Defekte kann unter Verwendung eines optischen Mikroskops erfolgen. Die Auszählung kann rein visuell erfolgen oder durch automatische Auswertung der vom Mikroskop erzeugten Bilder mittels einer Bilderkennungs-Software. Dafür eignen sich Mikroskope mit angeschlossener Bildauswertung wie NSX^® 115 des Herstellers Rudolph Technologies, Inc. Auch Streulicht-Verfahren können für die Auszählung der Defekte eingesetzt werden. Dafür eignen sich Oberflächeninspektionsgeräte wie Surfscan^® SP1, Surfscan^® SP2 oder Surfscan^® SP3 der KLA-Tencor Corporation.
Beispiele
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
Schritt a): Zwei einkristalline Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und einer hohen Dotierung mit Bor (1,5 × 10¹⁹/cm³ Bor-Konzentration) werden für eine Dauer von zehn Stunden bei einer Temperatur von 850 °C in einer oxidierenden Atmosphäre (Stickstoff mit 5 vol% Sauerstoff) thermisch behandelt. Diese Behandlung führt zu einer hohen Dichte an kleinen BMDs (mit einem Durchmesser von weniger als 20 nm).
Danach werden die beiden Siliciumscheiben mit einer SC1-Lösung (wässrige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Wasserstoffperoxid (H₂O₂)) und anschließend mit einer SC2-Lösung (wässrige Lösung von Chlorwasserstoff (HCl)) behandelt, um die Oberfläche zu reinigen und zu hydrophilieren. Danach werden die Scheiben getrocknet. Diese Vorbehandlung ermöglicht eine gleichmäßige Kontamination.
Schritt b): Im folgenden Schritt wird für das Beispiel 1 eine der beiden Scheiben in horizontaler Lage mit der Rückseite auf einen rotierbaren Probentisch gelegt. Dann wird eine Kontaminationslösung mit 0,5 ppm Nickel auf der Vorderseite gleichmäßig aufgetragen und anschließend durch Rotation des Probentisches mit einer Drehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute für eine Dauer von 20 Sekunden definiert abgeschleudert. Der Kontaminationsprozess wird bei Raumtemperatur und
Normaldruck durchgeführt. Es resultiert eine Nickel-Oberflächenkonzentration von 1 × 10¹²/cm².
Schritt c): Im Folgenden wird die oberflächlich kontaminierte Scheibe einem Eintreibschritt unterzogen, um das Metall ins gesamte Volumen einzudiffundieren, ohne jedoch die Sauerstoffpräzipitation signifikant zu beeinflussen. Der Eintreibschritt findet bei 900 °C für 30 Minuten unter inerter Atmosphäre (Stickstoff und Argon) statt. Diese Kombination aus Temperatur und Dauer erfüllt alle Ungleichungen [1] bis [4], d. h. das Wachstum des Durchmessers der in der Scheibe enthaltenen BMDs ist auf weniger als 1 nm beschränkt. Gleichzeitig ist eine ausreichende Diffusionslänge sichergestellt, sodass sich das Metall gleichmäßig in der Scheibe verteilt. Das Aufheizen der Scheibe findet mit einer Rate von 1 K/s statt, das Abkühlen der Scheibe mit einer Abkühlrate von 20 K/s.
Die zweite Scheibe wird für das Vergleichsbeispiel 1 nicht mit Nickel kontaminiert und direkt nach der oben beschriebenen Reinigung und Trocknung untersucht.
Schritt d) Beide Scheiben werden in der Mitte senkrecht zu ihren ebenen Flächen gespalten und anschließend an der Spaltfläche eine selektive Defektätze nach Wright durchgeführt, um die in den Scheiben enthaltenen Defekte anzuätzen. Die Spaltflächen werden mit einem optischen Mikroskop untersucht. Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt der Spaltfläche bei 200facher Vergrößerung. 1 zeigt die nicht mit Nickel kontaminierte Scheibe gemäß Vergleichsbeispiel 1, 2 die erfindungsgemäß mit Nickel kontaminierte Scheibe gemäß Beispiel 1. Am oberen Bildrand ist jeweils die Oberfläche der Siliciumscheibe erkennbar. Es zeigt sich deutlich, dass ohne die erfindungsgemäße Kontamination nach einer Defektätze im Mikroskop keine BMDs zu erkennen sind. Dagegen lässt sich bereits bei einer sehr geringen Nickel-Kontamination von 1 × 10¹²/cm², die nach Eintreiben einer Volumenkonzentration von etwa 1 × 10¹³/cm³ entspricht, nach der Defektätze eine eindeutige, homogene Abbildung der BMDs erkennen. Dies ist auf das geänderte chemische Verhalten der durch das Gettern der Metallatome dekorierten BMDs gegenüber der Defektätze zurückzuführen.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
Es werden zwei Scheiben derselben Art wie in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 verwendet und bis Schritt c) wie oben beschrieben behandelt. Lediglich der Nachweis der Defekte in Schritt d) erfolgt mittels einer anderen Methode:
Beide Scheiben werden wiederum in der Mitte senkrecht zu ihren ebenen Flächen gespalten. Die Detektion der Kristalldefekte findet nun jedoch mittels eines IR-LST-Gerätes (BMD-Analyzer MO-441 der Firma Raytex Corporation, Japan) statt. Dabei wird mit einem IR-Laser senkrecht zur polierten Oberfläche an verschiedenen radialen Positionen eingestrahlt. Das gestreute IR-Licht wird über die Bruchkante mittels einer Kamera detektiert. Aus den Eigenschaften des Streulichtsignals können neben der radialen Defektverteilung auch die Streulichtintensitäten ermittelt und daraus eine Größenverteilung der Defekte berechnet werden.
Die 3 und 4 zeigen jeweils die mit IR-LST gewonnenen Defektbilder an den Spaltflächen der nicht kontaminierten (Vergleichsbeispiel 2, 3) und der mit 1 × 10¹²/cm² Nickel kontaminierten Scheibe (Beispiel 2, 4). Am oberen Bildrand ist jeweils wiederum die Oberfläche der Siliciumscheiben erkennbar. 5 zeigt außerdem die Streulichtintensität I in Abhängigkeit von der radialen Position r für Beispiel 2 (quadratische Symbole, ■) und Vergleichsbeispiel 2 (dreieckige Symbole, ▲) im Vergleich. Im Vergleich zwischen 3 (Vergleichsbeispiel 2) und 4 (Beispiel 2) ist ebenso wie in 5 die stärkere Streulichtintensität der gemäß Beispiel 2 mit Nickel kontaminierten Scheibe im Vergleich zur Scheibe ohne Metallkontamination gemäß Vergleichsbeispiel 2 zu erkennen. Dies ist auf die Steigerung des Brechungsindex durch Dekoration der Defekte mit Metallatomen zurückzuführen.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3
Zwei Siliciumscheiben der in Beispiel 1 verwendeten Art werden wie in Beispiel 1 beschrieben in Schritt b) mit Nickel kontaminiert. Die Oberflächenkonzentration des Nickels beträgt nun jedoch in beiden Fällen 1 × 10¹³/cm², was im erfindungsgemäßen Bereich liegt. Außerdem werden die Abkühlraten in Schritt c) variiert: In Beispiel 3 beträgt die Abkühlrate wie in Beispiel 20 K/s (erfindungsgemäß), in Vergleichsbeispiel 3 nur 0,3 K/s (nicht erfindungsgemäß). Die Detektion der Defekte erfolgt wie in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 mit IR-LST.
6 (Beispiel 3) und 7 (Vergleichsbeispiel 3) zeigen die Streulichtbilder an den Spaltflächen der beiden Scheiben. Bei der geringen Abkühlrate gemäß Vergleichsbeispiel 3 (7) ist bereits eine inhomogene Dekoration an einzelnen Defekten zu erkennen, die zu einem deutlich stärkeren Streulichtsignal als in Beispiel 3 (6) führt. Andererseits ist die Zahl der sichtbaren Defekte in 7 deutlich geringer als in 6. Dies ist für einen quantitativen Defektnachweis ungünstig. Angestrebt ist eine gleichmäßige Dekoration aller Defekte, wie in 6 gezeigt.
Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4
Es werden zwei Scheiben derselben Art wie in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 verwendet und bis Schritt c) wie oben
beschrieben behandelt. Lediglich der Nachweis der Defekte in Schritt d) erfolgt mittels einer Defektätze nach Wright und optischer Mikroskopie, wie in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
8 zeigt die Spaltfläche nach der Defektätze für die mit 20 K/s abgekühlte Siliciumscheibe (Beispiel 4), 9 die Spaltfläche nach der Defektätze für die mit 0,3 K/s abgekühlte Siliciumscheibe (Vergleichsbeispiel 4). Im Vergleich der beiden Figuren ist derselbe Effekt erkennbar wie in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3. Die langsamere Abkühlrate in Schritt c) führt zu einem stärkeren Ätzangriff an einzelnen Defekten und zu einer geringeren Anzahl sichtbarer Defekte.
Beispiel 5
Schritt a): Für dieses Beispiel wird eine einkristalline Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm verwendet, die aufgrund der gewählten Bedingungen beim Kristallziehen im Zentrum einen Bereich mit COPs und im äußeren Bereich bei r > 100 mm einen Bereich aufweist, der frei von Kristalldefekten ist. Die Siliciumscheibe wird keiner thermischen Behandlung zur Erzeugung von BMDs unterzogen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, und weist daher keine BMDs auf.
Schritt b): Auf dieser Scheibe wird mit der Tropfenmethode im COP-Bereich sowie im defektfreien Bereich jeweils ein Kreis mit ca. 10 mm Durchmesser wie oben beschrieben mit Nickel kontaminiert, sodass eine Oberflächenkonzentration von 5 × 10¹²/cm² resultiert.
Schritt c): Der Eintreibschritt erfolgt bei einer Temperatur von 900 °C für eine Dauer von 30 Minuten. Die Abkühlrate beträgt 20 K/s.
Schritt d): Die Detektion der Defekte erfolgt wie in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 mittels IR-LST. 10 zeigt analog zu 5 die Streulichtintensität I in Abhängigkeit von der radialen Position r. Die mit Nickel kontaminierten Stellen sind durch die schraffierten Bereiche 1 gekennzeichnet. Anhand des radialen Verlaufs der Streulichtintensität lassen sich der Bereich 2, in dem COPs auftreten, und der defektfreie Bereich 3 eindeutig unterscheiden.
Im COP-Bereich 2 ist an der mit Nickel kontaminierten Stelle 1 eine deutliche Zunahme der Streulichtintensität verglichen mit dem nicht mit Nickel kontaminierten Rest des Bereichs 2 zu beobachten. Dagegen ist im defektfreien Bereich 3 weder an der mit Nickel kontaminierten Stelle 1 noch außerhalb davon Streulicht nachweisbar. Dies bedeutet zum einen, dass keine Kristalldefekte dekoriert wurden und zum anderen, dass keine metallischen Selbstausscheidungen beobachtet werden. Dadurch wird gezeigt, dass die erfindungsgemäße Dekoration mit einer geringen Menge an Nickel gezielt zur Steigerung der Empfindlichkeit der Detektion von Kristalldefekten (in diesem Fall COPs) verwendet werden kann, ohne dass das Ergebnis durch Selbstausscheidungen verfälscht wird.
Vergleichsbeispiel 6
Schritt a): Für dieses Vergleichsbeispiel werden vier einkristalline Siliciumscheiben verwendet, die aus einem mit dem tiegelfreien Zonenziehverfahren („Float Zone“, FZ) gezogenen Kristall hergestellt wurden. Aufgrund des sehr niedrigen Sauerstoffgehalts von ca. 1 × 10¹⁵/cm³ treten in diesen Scheiben keine Sauerstoffpräzipitate (BMDs) auf. Sie enthalten auch keine sonstigen Kristalldefekte wie COPs.
Schritt b): Die vier Siliciumscheiben werden (nicht erfindungsgemäß) mit Kupfer in verschiedenen Konzentrationen kontaminiert. Dazu wird das Schleuderverfahren angewandt, analog zu dem für Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Verfahren. Die Kupfer-Konzentrationen der kontaminierten Scheiben betragen 1 × 10¹⁵/cm², 1 × 10¹³/cm² und 1 × 10¹¹/cm². Die vierte Scheibe wird mit einer Lösung ohne Kupfer behandelt und weist daher eine Kupferkonzentration von null auf.
Schritt c): Analog zu Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wird eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von 900 °C für eine Dauer von 30 Minuten durchgeführt. Danach wird jede der Scheiben mit einer Abkühlrate von 20 K/s abgekühlt.
Schritt d): Die vier Scheiben werden wie in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 mit IR-LST an einer Spaltfläche untersucht. Die 11 bis 14 zeigen die Streulichtbilder der Spaltflächen der Scheiben mit den Kupfer-Konzentrationen 1 × 10¹⁵/cm² (11), 1 × 10¹³/cm² (12) und 1 × 10¹¹/cm² (13) sowie der nicht kontaminierten Scheibe (14).
Ab einer Kontamination von 1 × 10¹³/cm² sind Streulichtzentren zu beobachten. 12 zeigt eine geringe Anzahl wenig intensiver Streulichtzentren, 11 eine große Anzahl von Streulichtzentren mit teils hoher Streulichtintensität. Dabei muss es sich wegen der nicht vorhandenen Kristalldefekte um Selbstausscheidungen von Kupfer handeln. Dies belegt, dass die im Stand der Technik verwendete Kontamination mit Kupfer einer hohen Konzentration von über 1 × 10¹⁵/cm³ (entsprechend etwa 1 × 10¹⁴/cm²) eine hohe Wahrscheinlichkeit der Bildung von Kupfer-Selbstausscheidungen mit sich bringt, wodurch die Ergebnisse einer quantitativen Defektbestimmung stark verfälscht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11297704 A [0004]
JP 2002071564 A [0012, 0012]
JP 2002-071564 A [0012, 0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kazuo Moriya et al., J. Appl. Phys. 66, 5267 (1989): Development of a bulk microdefect analyzer for Si wafers [0056]
Kenji Nakashima, Tomoyuki Yoshida, and Yasuichi Mitsushima, J. Electrochem. Soc. 2005 vol. 152, issue 5, G339-G344: Measurements of Size, Morphology, and Spatial Distribution of Oxygen Precipitates in Si Wafers Using RIE [0060]

Claims

Verfahren zum Nachweis von Defekten in einkristallinem Silicium, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellung einer Probe aus einkristallinem Silicium; b) Kontamination der Probe mit einem der Metalle Nickel, Palladium oder Platin in einer Oberflächenkonzentration von 1 × 10¹¹ bis 1 × 10¹⁴/cm²; c) Thermische Behandlung der kontaminierten Probe bei einer Temperatur (T) von 500 bis 1000 °C für eine Dauer (d), die in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≤ exp(18,4–0,0206·T/°C) erfüllt, und wobei die Probe nach Ende der Dauer (d) mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 150 K/s auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger abgekühlt wird; und d) Nachweis der in der thermisch behandelten Probe vorhandenen Defekte.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe eine Scheibe mit einer Dicke zwischen 0,6 mm und 0,8 mm mit einer damagefreien Oberfläche ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkonzentration des Metalls gemäß Schritt b) 1 × 10¹² bis 1 × 10¹³/cm² beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontamination der Probe in Schritt b) erfolgt, indem eine das Metall enthaltende Lösung auf eine Fläche der Probe aufgebracht wird und anschließend durch Rotation der Probe wieder abgeschleudert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe eine hydrophile Oberfläche aufweist, dass die Konzentration des Metalls in der Lösung 0,5 bis 50 ppm beträgt und dass das Abschleudern der Lösung bei einer Drehzahl von 500 bis 1800 min^–1 erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontamination der Probe in Schritt b) erfolgt, indem zumindest ein Tropfen einer das Metall enthaltenden Lösung auf die Oberfläche der Probe aufgebracht wird und das in der Lösung enthaltene Lösungsmittel zumindest teilweise verdunstet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe eine hydrophobe Oberfläche ausweist, dass die Konzentration des Metalls in der Lösung 50 ppt bis 100 ppb beträgt, dass ein Tropfen der Lösung auf die Oberfläche der Probe aufgebracht wird und dass dieser Tropfen durch Verdunstung vollständig eingetrocknet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Temperatur 600 bis 900 °C und die Abkühlrate 1 bis 70 K/s beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Dauer (d) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≤ exp (17,9–0,0205·T/°C) erfüllt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Dauer (d) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≥ 9∙exp(–0,00527·T/°C) erfüllt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Dauer (d) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) so gewählt wird, dass sie die Ungleichung d/h ≥ 12∙exp(–0,00527·T/°C) erfüllt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Dauer (d) eine Stunde oder weniger beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis der Defekte durch Infrarot-Streulicht-Tomographie erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis der Defekte durch eine selektive Defektätze und anschließende Auszählung der Defekte erfolgt.