DE102014221421B3

DE102014221421B3 - Process for producing an epitaxial semiconductor wafer of monocrystalline silicon

Info

Publication number: DE102014221421B3
Application number: DE102014221421.1A
Authority: DE
Inventors: Karl Mangelberger; Walter Heuwieser; Alfred Miller
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2034-10-23

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die p/p+ dotiert ist, umfassend: das Bereitstellen einer Schmelze aus Silizium; das Ziehen eines Einkristalls aus Silizium mit einer Ziehgeschwindigkeit V aus der Schmelze gemäß der CZ-Methode, wobei Sauerstoff und Bor in den Einkristall eingebaut werden und die Konzentration von Sauerstoff im Einkristall nicht weniger als 5 × 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6 × 1017 Atome/cm3 beträgt und die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 10 mΩcm und nicht mehr als 20 mΩcm ist, und wobei auf ein Dotieren der Schmelze mit Stickstoff verzichtet wird; das Anlegen eines CUSP-Magnetfelds an die Schmelze während des Ziehens des Einkristalls aus Silizium; die Regelung der Ziehgeschwindigkeit V und eines axialen Temperaturgradienten G an der Phasengrenze zwischen dem Einkristall und der Schmelze derart, dass der Quotient V/G nicht weniger als 0,21 mm2/°C min und nicht mehr als 0,31 mm2/°C min ist; das Kühlen des aus der Schmelze gezogenen Einkristalls mit einer Abkühlrate, die in einem Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C nicht weniger als 0,5°C/min und nicht mehr als 1,2°C/min beträgt; das Herstellen einer Substratscheibe aus einkristallinem Silizium mit einer polierten Seitenfläche durch Bearbeiten des Einkristalls aus Silizium; und das Abscheiden einer epitaktischen Schicht aus Silizium auf der polierten Seitenfläche der Substratscheibe, wobei das Abscheiden der epitaktischen Schicht die erste Wärmebehandlung ist, im Verlauf derer die Substratscheibe auf eine Temperatur von nicht weniger als 700°C erhitzt wird.A method of making a single crystal silicon epitaxial wafer p / p + doped, comprising: providing a melt of silicon; pulling a single crystal of silicon at a melt pulling rate V according to the CZ method, wherein oxygen and boron are incorporated into the single crystal, and the concentration of oxygen in the single crystal is not less than 5 × 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6 × Is 1017 atoms / cm 3 and the resistivity of the single crystal is not less than 10 mΩcm and not more than 20 mΩcm, and dispenses with doping of the melt with nitrogen; applying a CUSP magnetic field to the melt while pulling the silicon single crystal; the control of the pulling rate V and an axial temperature gradient G at the phase boundary between the monocrystal and the melt such that the quotient V / G is not less than 0.21 mm 2 / ° C min and not more than 0.31 mm 2 / ° C min is; cooling the melt-pulled monocrystal at a cooling rate which is not less than 0.5 ° C / min and not more than 1.2 ° C / min in a temperature range of 1000 ° C to 800 ° C; preparing a substrate wafer of single crystal silicon having a polished side surface by processing the single crystal of silicon; and depositing an epitaxial layer of silicon on the polished side surface of the substrate wafer, wherein the deposition of the epitaxial layer is the first heat treatment during which the substrate wafer is heated to a temperature of not less than 700 ° C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die p/p⁺ dotiert ist.The invention relates to a method for producing an epitaxial semiconductor wafer of monocrystalline silicon doped p / p ⁺ .

Eine p/p⁺ epitaktische Halbleiterscheibe, kurz p/p⁺ Epischeibe (engl. p/p⁺ epitaxial wafer), aus einkristallinem Silizium entsteht bei der Abscheidung einer epitaktischen Schicht aus Silizium auf einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die eine hohe Konzentration an Bor-Atomen enthält und nachfolgend Substratscheibe genannt wird. Solche epitaktischen Halbleiterscheiben sind nachgefragte Produkte für die Herstellung elektronischer Bauelemente. Die hochdotierte Substratscheibe bietet einen gewissen Schutz vor Latch-up, einem Effekt, mit dem die unbeabsichtigte Auslösung eines Kurzschlusses einhergeht und der die Zerstörung des elektronischen Bauelements zur Folge haben kann.A p / p ⁺ epitaxial wafer, short p / p ⁺ Epischeibe (English p / p ⁺ epitaxial wafer) of single-crystal silicon is formed in the deposition of an epitaxial layer of silicon on a semiconductor wafer of single-crystal silicon, which has a high concentration of boron Contains atoms and is subsequently called substrate wafer. Such epitaxial semiconductor wafers are sought-after products for the production of electronic components. The heavily doped substrate wafer provides some protection against latch-up, an effect associated with the inadvertent release of a short circuit, which can result in the destruction of the electronic device.

Der Bereich der Halbleiterscheibe, in dem die elektronischen Bauelemente untergebracht werden, muss vor Verunreinigung durch Metallspuren geschützt werden. Bei epitaktischen Halbleiterscheiben befindet sich dieser Bereich üblicherweise in der epitaktischen Schicht. Einen besonders wirksamen Schutz vor metallischen Verunreinigungen bilden BMDs (bulk micro defects), Präzipitate von Sauerstoff in der Substratscheibe, weil sie so genannte interne Getter darstellen, an die sich metallische Verunreinigungen bevorzugt anlagern. Die Neigung von übersättigtem Sauerstoff in hochdotiertem Silizium zu präzipitieren, ist jedoch nicht besonders ausgeprägt. BMDs wachsen aus Keimen heran, üblicherweise im Verlauf einer oder mehrerer Wärmebehandlungen, die zur Herstellung elektronischer Bauelemente notwendig sind. Es ist daher erforderlich, dass eine Epischeibe bei Auslieferung an den Hersteller elektronischer Bauelemente über genügend BMD-Keime in der Substratscheibe verfügt, damit eine hohe Dichte an BMDs entstehen kann.The area of the semiconductor wafer in which the electronic components are housed must be protected from contamination by metal traces. For epitaxial semiconductor wafers, this region is usually in the epitaxial layer. A particularly effective protection against metallic impurities form BMDs (bulk micro defects), precipitates of oxygen in the substrate wafer, because they represent so-called internal getters, to which metallic impurities preferentially attach. However, the tendency of supersaturated oxygen to precipitate in highly doped silicon is not particularly pronounced. BMDs grow from germs, usually in the course of one or more heat treatments necessary to make electronic devices. It is therefore necessary that when delivered to the manufacturer of electronic components an episcope has sufficient BMD nuclei in the substrate wafer to allow a high density of BMDs to be produced.

Das Abscheiden der epitaktischen Schicht auf der Substratscheibe findet bei Temperaturen von über 1000°C statt. Bei solchen Temperaturen werden kleinere BMD-Keime aufgelöst, was die Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl von BMD-Keimen in hochdotierten Substratscheiben zusätzlich erschwert.The deposition of the epitaxial layer on the substrate wafer takes place at temperatures above 1000 ° C. At such temperatures, smaller BMD nuclei are dissolved, which further complicates the provision of a sufficient number of BMD nuclei in highly doped substrate slices.

Des Weiteren ist bei Herstellern elektronischer Bauelemente die Tendenz zu beobachten, Wärmebehandlungen zur Herstellung von elektronischen Bauelementen über kürzere Zeiträume und bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen als früher. Diese Tendenz und die Tendenz, eine geringere Konzentration an Sauerstoff in der Substratscheibe zu verlangen als früher, machen die Bereitstellung von p/p⁺ Epischeiben, die trotzdem hohe Dichten an BMDs entwickeln können, zu einer Herausforderung.Furthermore, there is a tendency among manufacturers of electronic components to perform heat treatments to produce electronic devices for shorter periods of time and at lower temperatures than before. This tendency, and the tendency to require a lower concentration of oxygen in the substrate wafer than before, make the provision of p / p ⁺ epishers, which nevertheless can develop high densities of BMDs, a challenge.

In JP 2002-64102 wird vorgeschlagen, die Substratscheibe mit Stickstoff zu dotieren, um hohe BMD-Dichten sicherzustellen. Epischeiben mit stickstoffdotiertem Substrat sind jedoch anfällig für die Ausbildung von Defekten in der epitaktisch gewachsenen Schicht.In JP 2002-64102 it is proposed to dope the substrate wafer with nitrogen to ensure high BMD densities. However, epoxy-doped substrate epishers are prone to the formation of defects in the epitaxially grown layer.

Gemäß JP 2003-2 786 A wird der Einkristall, von dem die Substratscheibe abgetrennt wird, mit Stickstoff dotiert und während des Ziehens des Einkristalls das Verhältnis V/G von Ziehgeschwindigkeit V und Temperaturgradienten im Einkristall G in bestimmten Grenzen gehalten.According to JP 2003-2786A For example, the single crystal from which the substrate wafer is separated is doped with nitrogen, and during the pulling of the single crystal, the ratio V / G of pulling rate V and temperature gradients in the single crystal G are kept within certain limits.

Gemäß der Lehre von US 2002/0 179 003 A1 wird der Einkristall, von dem die Substratscheibe abgetrennt wird, mit Stickstoff und Kohlenstoff dotiert und der Einkristall während des Ziehens des Einkristalls das Verhältnis V/G derart kontrolliert, dass ausschließlich N-Gebiet entsteht.According to the doctrine of US 2002/0179003 A1 For example, the single crystal from which the substrate wafer is separated is doped with nitrogen and carbon, and the monocrystal, while pulling the single crystal, controls the ratio V / G so as to form only the N-type region.

In US 2008/0 047 485 A1 wird dargelegt, wie durch den Einsatz eines Heizers die Menge an Sauerstoff beeinflusst werden kann, die vom Tiegel an eine Schmelze aus Silizium abgegeben wird.In US 2008/0 047 485 A1 It is explained how the use of a heater can influence the amount of oxygen that is released from the crucible to a melt of silicon.

Es gibt auch den Vorschlag, vor der Epitaxie eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C über einen Zeitraum von nicht weniger als 1 h durchzuführen, der BMD-Keime stabilisiert. Ein solcher Vorschlag ist beispielsweise in der EP 1 475 829 A1 und der JP 2008-150283 A2 enthalten. Die stabilisierten BMD-Keime überstehen die Epitaxie und werden nicht aufgelöst. Dieses Verfahren ist jedoch wenig attraktiv, weil wegen der Wärmebehandlung zusätzliche Kosten anfallen.There is also a proposal to perform a heat treatment at a temperature of not lower than 800 ° C for a period of not less than one hour prior to the epitaxy, which stabilizes BMD nuclei. Such a proposal is for example in the EP 1 475 829 A1 and the JP 2008-150283 A2 contain. The stabilized BMD germs survive the epitaxy and are not dissolved. However, this method is not very attractive because additional costs are incurred due to the heat treatment.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vorteilhaftere Vorgehensweise aufzuzeigen.Object of the present invention is therefore to show a more advantageous approach.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die p/p⁺ dotiert ist, umfassend:
das Bereitstellen einer Schmelze aus Silizium;
das Ziehen eines Einkristalls aus Silizium mit einer Ziehgeschwindigkeit V aus der Schmelze gemäß der CZ-Methode, wobei Sauerstoff und Bor in den Einkristall eingebaut werden und die Konzentration von Sauerstoff im Einkristall nicht weniger als 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und nicht mehr als 6 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt und die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 10 mΩcm und nicht mehr als 20 mΩcm ist, und wobei auf ein Dotieren der Schmelze mit Stickstoff verzichtet wird;
das Anlegen eines CUSP-Magnetfelds an die Schmelze während des Ziehens des Einkristalls aus Silizium;
die Regelung der Ziehgeschwindigkeit V und eines axialen Temperaturgradienten G an der Phasengrenze zwischen dem Einkristall und der Schmelze derart, dass der Quotient V/G nicht weniger als 0,21 mm²/°C min und nicht mehr als 0,31 mm²/°C min ist;
das Kühlen des aus der Schmelze gezogenen Einkristalls mit einer Abkühlrate, die in einem Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C nicht weniger als 0,5°C/min und nicht mehr als 1,2°C/min beträgt;
das Herstellen einer Substratscheibe aus einkristallinem Silizium mit einer polierten Seitenfläche durch Bearbeiten des Einkristalls aus Silizium; und
das Abscheiden einer epitaktischen Schicht aus Silizium auf der polierten Seitenfläche der Substratscheibe, wobei das Abscheiden der epitaktischen Schicht die erste Wärmebehandlung ist, im Verlauf derer die Substratscheibe auf eine Temperatur von nicht weniger als 700°C erhitzt wird.The object is achieved by a method for producing an epitaxial semiconductor wafer of monocrystalline silicon which is doped p / p ⁺ , comprising:
providing a melt of silicon;
pulling a single crystal of silicon at a melt pulling rate V according to the CZ method, wherein oxygen and boron are incorporated into the single crystal, and the concentration of oxygen in the single crystal is not less than 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and not more than 6 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and the resistivity of the single crystal is not less than 10 mΩcm and not more than 20 mΩcm, and dispensing with doping of the melt with nitrogen;
applying a CUSP magnetic field to the melt while pulling the silicon single crystal;
the control of the pulling rate V and an axial temperature gradient G at the phase boundary between the single crystal and the melt such that the quotient V / G is not less than 0.21 mm ² / ° C min and not more than 0.31 mm ² / ° C is min;
cooling the melt-pulled single crystal at a cooling rate which is not less than 0.5 ° C / min and not more than 1.2 ° C / min in a temperature range of 1000 ° C to 800 ° C;
preparing a substrate wafer of single crystal silicon having a polished side surface by processing the single crystal of silicon; and
depositing an epitaxial layer of silicon on the polished side surface of the substrate wafer, wherein the deposition of the epitaxial layer is the first heat treatment during which the substrate wafer is heated to a temperature of not less than 700 ° C.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne das Dotieren der Substratscheibe mit Stickstoff aus und ohne eine Wärmebehandlung der Substratscheibe vor der Epitaxie zum Zweck der Stabilisierung von BMD-Keimen. Das gelingt, weil der Einkristall unter Bedingungen gezogen und abgekühlt wird, die die Entstehung von BMD-Keimen und deren Stabilisierung unterstützen.The method of the present invention does not require doping the substrate wafer with nitrogen and without heat treating the substrate wafer prior to epitaxy for the purpose of stabilizing BMD nuclei. This is possible because the monocrystal is pulled and cooled in conditions that support the formation of BMDs and their stabilization.

Zur Stabilisierung der BMD-Keime trägt insbesondere bei, dass der Einkristall im Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C vergleichsweise langsam abgekühlt wird. Die Abkühlrate beträgt in diesem Temperaturbereich nicht weniger als 0,5°C/min und nicht mehr als 1,2°C/min, vorzugsweise nicht weniger als 0,7°C/min und nicht mehr als 1°C/min.To stabilize the BMD germs contributes in particular that the monocrystal in the temperature range of 1000 ° C to 800 ° C is cooled comparatively slowly. The cooling rate in this temperature range is not less than 0.5 ° C / min and not more than 1.2 ° C / min, preferably not less than 0.7 ° C / min and not more than 1 ° C / min.

Der Einkristall wird unter Bedingungen gezogen, unter denen eine vergleichsweise niedrige Konzentration an Sauerstoff und eine vergleichsweise hohe Konzentration an Bor in den Einkristall eingebaut wird. Die Konzentration an Sauerstoff beträgt nicht weniger als 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und nicht mehr als 6 × 10¹⁷ Atome/cm³ (new ASTM). Die Resistivität des Einkristalls beträgt nicht weniger als 10 mΩcm und nicht mehr als 20 mΩcm. Die Bor-Konzentration liegt dementsprechend näherungsweise im Bereich von 3,10 × 10¹⁸ Atome/cm³ bis 8,43 × 10¹⁸ Atome/cm³. Zum Einstellen der Bor-Konzentration im Einkristall wird die Schmelze mit Bor dotiert. Die Sauerstoff-Konzentration im Einkristall wird durch Anlegen eines CUSP-Magnetfelds an die Schmelze kontrolliert. Der Einsatz eines horizontalen Magnetfelds hat sich als nicht zufriedenstellend erwiesen, weil damit die geforderte niedrige Abkühlrate des Einkristalls im Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C nicht erreicht werden konnte. Zur Entstehung der BMD-Keime trägt insbesondere bei, dass der Einkristall unter Bedingungen gezogen wird, die einkristallines Silizium entstehen lässt, in dem Vakanzen gegenüber interstitiellem Siliziumatomen als Punktdefekte dominieren. Die Ziehgeschwindigkeit V und der axiale Temperaturgradient G an der Phasengrenze zwischen dem Einkristall und der Schmelze werden derart geregelt, dass der Quotient V/G nicht weniger als 0,21 mm²/°C min und nicht mehr als 0,31 mm²/°C min ist. Die Variation des Quotienten V/G entlang des Radius des Einkristalls beträgt vorzugsweise nicht mehr als 15% des Mittelwerts, besonders bevorzugt nicht mehr als 10% des Mittelwerts. Der Temperaturgradient G kann insbesondere über die Konfiguration der näheren Umgebung des Einkristalls, der sogenannten hot zone, beeinflusst werden. Die Ziehgeschwindigkeit V beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,5 mm/min und nicht mehr als 0,55 mm/min.The single crystal is pulled under conditions in which a comparatively low concentration of oxygen and a comparatively high concentration of boron are incorporated into the single crystal. The concentration of oxygen is not less than 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and not more than 6 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ (new ASTM). The resistivity of the single crystal is not less than 10 mΩcm and not more than 20 mΩcm. Accordingly, the boron concentration is approximately in the range of 3.10 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ to 8.43 × 10 ¹⁸ atoms / cm ³ . To adjust the boron concentration in the monocrystal, the melt is doped with boron. The oxygen concentration in the single crystal is controlled by applying a CUSP magnetic field to the melt. The use of a horizontal magnetic field has proved to be unsatisfactory because it could not reach the required low cooling rate of the single crystal in the temperature range of 1000 ° C to 800 ° C. In particular, the formation of the BMD nuclei contributes to the fact that the monocrystal is pulled under conditions that give rise to monocrystalline silicon in which vacancies over interstitial silicon atoms dominate as point defects. The pulling rate V and the axial temperature gradient G at the phase boundary between the single crystal and the melt are controlled such that the quotient V / G is not less than 0.21 mm ² / ° C min and not more than 0.31 mm ² / ° C is min. The variation of the quotient V / G along the radius of the single crystal is preferably not more than 15% of the average, more preferably not more than 10% of the average. The temperature gradient G can in particular be influenced by the configuration of the closer environment of the single crystal, the so-called hot zone. The pulling speed V is preferably not less than 0.5 mm / min and not more than 0.55 mm / min.

Der gezogene Einkristall, der einen Durchmesser von vorzugsweise mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 300 mm hat, wird zu Substratscheiben aus einkristallinem Silizium verarbeitet. Die Arbeitsschritte umfassen neben dem Teilen des Einkristalls in Scheiben weitere mechanische Bearbeitungsschritte wie das Läppen und/oder das Schleifen der Seitenflächen der Scheiben und das Verrunden der Kanten der Scheiben. Die Substratscheiben werden vorzugsweise auch chemisch geätzt und insbesondere chemisch-mechanisch poliert. Eine Substratscheibe weist daher eine polierte Kante und mindestens eine polierte Seitenfläche auf. Vorzugsweise werden beide Seitenflächen, also die Vorderseite und die Rückseite poliert.The drawn single crystal, which has a diameter of preferably at least 200 mm, particularly preferably at least 300 mm, is processed into substrate wafers of monocrystalline silicon. The operations include, besides dividing the single crystal into slices, other mechanical operations such as lapping and / or grinding the side surfaces of the disks and rounding the edges of the disks. The substrate wafers are preferably also chemically etched and in particular chemically-mechanically polished. A substrate wafer therefore has a polished edge and at least one polished side surface. Preferably, both side surfaces, ie the front and the back are polished.

Auf der polierten Seitenfläche der Substratscheibe beziehungsweise der polierten Vorderseite wird eine epitaktische Schicht aus Silizium abgeschieden. Dieser Schritt wird vorzugsweise in einem Einzelscheibenreaktor durchgeführt, beispielsweise in einem von Applied Materials angebotenen Reaktor vom Typ Centura^®. Das Abscheidegas enthält vorzugsweise ein Wasserstoff enthaltendes Silan, beispielsweise Trichlorsilan (TCS). Die Abscheidetemperatur liegt bei Verwendung von TCS in einem Temperaturbereich von vorzugsweise nicht weniger als 1000°C und nicht mehr als 1250°C. Die Dicke der epitaktischen Schicht hängt vom beabsichtigten Verwendungszweck der Epischeibe ab und beträgt vorzugsweise mindestens 1 μm. Erfindungsgemäß ist das Abscheiden der epitaktischen Schicht die erste Wärmebehandlung, bei der die Substratscheibe auf eine Temperatur von nicht weniger als 700°C erhitzt wird. Es findet vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht also keine Wärmebehandlung zur Nukleation von BMD-Keimen statt. Die Substratscheibe ist auch nicht absichtlich mit Stickstoff dotiert und enthält daher vorzugsweise nicht mehr als 1 × 10¹² Atome/cm³ dieses Elements.An epitaxial layer of silicon is deposited on the polished side surface of the substrate wafer or the polished front side. This step is preferably carried out in a single-wafer reactor, for example in an offered by Applied Materials Centura ^® type reactor. The deposition gas preferably contains a hydrogen-containing silane, for example trichlorosilane (TCS). The deposition temperature when using TCS is in a temperature range of preferably not less than 1000 ° C and not more than 1250 ° C. The thickness of the epitaxial layer depends on intended use of the epi disc and is preferably at least 1 micron. According to the invention, the deposition of the epitaxial layer is the first heat treatment in which the substrate wafer is heated to a temperature not lower than 700 ° C. There is therefore no heat treatment for the nucleation of BMD germs before the deposition of the epitaxial layer. Also, the substrate wafer is not intentionally doped with nitrogen and thus preferably contains not more than 1 × 10 ¹² atoms / cm ^{3 of} this element.

Die entstehende Epischeibe hat trotzdem eine hohe Anzahl an BMD-Keimen, die sich zu BMDs entwickeln lassen. Nach Standard-Tests wie einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1000°C über einen Zeitraum von 16 h oder einer ersten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 780°C über einen Zeitraum von 3 h gefolgt von einer zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1000°C über einen Zeitraum von 16 h beträgt die BMD-Dichte im Bereich der Substratscheibe der Epischeibe vom Zentrum bis zum Rand der Epischeibe über eine radiale Länge von 90% des Radius nicht weniger als 1 × 10⁸ cm^–3, vorzugsweise nicht weniger als 5 × 10⁸ cm^–3. Darüber hinaus ist die Variation der BMD-Dichte entlang des Radius der Epischeibe gering. Die BMD-Dichte schwankt vom Zentrum bis zum Rand der Epischeibe über eine radiale Länge von 90% des Radius um vorzugsweise nicht mehr als 30% vom Mittelwert.The resulting episcope nevertheless has a high number of BMD germs that can be developed into BMDs. After standard tests such as a heat treatment at a temperature of 1000 ° C over a period of 16 h or a first heat treatment at a temperature of 780 ° C over a period of 3 h followed by a second heat treatment at a temperature of 1000 ° C For a period of 16 hours, the BMD density in the area of the substrate disk of the episcipalis from the center to the edge of the episcope over a radial length of 90% of the radius is not less than 1 × 10 ⁸ cm ^-3 , preferably not less than 5 × 10 ⁸ cm ^-3 . In addition, the variation of the BMD density along the radius of the episcipalis is small. The BMD density varies from the center to the edge of the episcope over a radial length of 90% of the radius, preferably not more than 30% of the mean.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.The invention will be further explained with reference to a drawing.

1 zeigt die schematische Darstellung einer besonders bevorzugten hot zone, bei der der wachsende Einkristall 1 von einem Hitzeschild 2 umgeben ist, dessen unteres Ende geringen Abstand zur Schmelze 3 hat. Weiterhin ist im Bereich des unteren Endes des Hitzeschilds 2 ein ringförmiger Heizer 4 vorhanden, durch den Wärme zum Rand der Phasengrenze zwischen dem Einkristall 1 und der Schmelze 3 zugeführt wird. Der ringförmige Heizer 4 unterstützt die Regelung des Temperaturgradienten an der Phasengrenze und ist vorzugsweise auch Bestandteil einer Regelung des Durchmessers des Einkristalls. Auf Höhe des mittleren und oberen Bereichs des Hitzeschilds 2 und mit einigem Abstand zum ringförmigen Heizer 4 umgibt den Einkristall 1 auch eine Kühleinrichtung 5, vorzugsweise ein mit Wasser gekühlter Kühler. Die Schmelze 3 befindet sich in einem Tiegel 6 aus Quarz, der wiederum von einem Stütztiegel 7 aus Graphit gestützt wird. Die Tiegel 6, 7 und die Schmelze 3 ruhen auf einem Ende einer dreh-, heb- und senkbaren Welle 8. Der Schmelze 3 wird hauptsächlich Wärme über eine Widerstandsheizung 9 zugeführt, die um den Stütztiegel 7 herum angeordnet ist. Eine Einrichtung 10 zur Erzeugung des CUSP-Magnetfelds, das an die Schmelze 3 angelegt wird, umgibt wiederum die Widerstandsheizung 9. 1 shows the schematic representation of a particularly preferred hot zone, in which the growing single crystal 1 from a heat shield 2 is surrounded, the lower end of small distance to the melt 3 Has. Furthermore, in the region of the lower end of the heat shield 2 an annular heater 4 present, by the heat to the edge of the phase boundary between the single crystal 1 and the melt 3 is supplied. The annular heater 4 supports the regulation of the temperature gradient at the phase boundary and is preferably also part of a regulation of the diameter of the single crystal. At the height of the middle and upper area of the heat shield 2 and at some distance from the annular heater 4 surrounds the single crystal 1 also a cooling device 5 , preferably a water-cooled condenser. The melt 3 is in a pot 6 made of quartz, which in turn is supported by a support crucible 7 is supported by graphite. The crucibles 6 . 7 and the melt 3 resting on one end of a rotatable, raisable and lowerable shaft 8th , The melt 3 is mainly heat through a resistance heater 9 fed around the support crucible 7 is arranged around. An institution 10 to generate the CUSP magnetic field that is applied to the melt 3 is applied, in turn surrounds the resistance heating 9 ,

Beispiel (B) und Vergleichsbeispiel (V):Example (B) and Comparative Example (V):

Es wurde ein Einkristall aus Silizium gezogen und zu Substratscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und polierter Seitenfläche verarbeitet. Die hot zone beim Ziehen des Einkristalls war mit den in 1 gezeigten Merkmalen ausgestattet. Maßgebliche Parameter der Ziehbedingungen (der Quotient V/G und die Abkühlrate q im Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C) sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1: V/G [mm²/°C min] q [°C/min] (B) 2,7 0,9 A monocrystal of silicon was grown and processed into substrate disks having a diameter of 300 mm and a polished side surface. The hot zone when pulling the single crystal was with the in 1 featured features. Relevant parameters of the drawing conditions (the quotient V / G and the cooling rate q in the temperature range of 1000 ° C to 800 ° C) are summarized in Table 1. Table 1: V / G [mm ² / ° C min] q [° C / min] (B) 2.7 0.9

Vom Einkristall gewonnene Substratscheiben mit einer Resistiviät von 18 mΩcm und einer Sauerstoff-Konzentration von 5,25 × 10¹⁷ Atome/cm³ wurden, ohne zuvor wärmebehandelt worden zu sein, mit einer p-dotierten Epitaxieschicht aus Silizium bei einer Abscheidetemperatur von 1150°C beschichtet. Anschließend wurde das Präzipitationsverhalten der resultierenden Epischeiben getestet. Der Standardtest umfasste eine Wärmebehandlung der Epischeiben bei einer Temperatur von 1000°C über einen Zeitraum von 16 h. 2 zeigt die radiale Verteilung der Dichte BD der BMD-Defekte im Bereich der Substratscheibe einer Epischeibe nach dieser Wärmebehandlung.Substrate-grown substrate wafers having a resistivity of 18 mΩcm and an oxygen concentration of 5.25 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ were treated with a p-type silicon epitaxial layer at a deposition temperature of 1150 ° C. without being previously heat treated coated. Subsequently, the precipitation behavior of the resulting epi discs was tested. The standard test involved heat-treating the epiphers at a temperature of 1000 ° C for a period of 16 hours. 2 shows the radial distribution of the density BD of the BMD defects in the region of the substrate disk of an episcope after this heat treatment.

Zum Vergleich wurde ein Einkristall mit annähernd gleicher Ziehgeschwindigkeit gezogen, aber bei veränderter hot zone. An Stelle eines CUSP-Magnetfelds wurde ein horizontales Magnetfeld an die Schmelze angelegt. Die maßgeblichen Parameter der Ziehbedingungen sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2: V/G [mm²/°C min] q [°C/min] (V) 2 1,5 For comparison, a single crystal was pulled at approximately the same pulling rate, but with a changed hot zone. Instead of a CUSP magnetic field, a horizontal magnetic field was applied to the melt. The relevant parameters of the drawing conditions are summarized in Table 2. Table 2: V / G [mm ² / ° C min] q [° C / min] (V) 2 1.5

Die weitere Verarbeitung des Einkristalls zu Epischeiben erfolgte auf dieselbe Weise wie im vorstehend beschriebenen Beispiel, ebenso der Test des Präzipitationsverhaltens der Epischeiben. Die Substratscheiben des Vergleichs hatten eine Resistiviät von 18 mΩcm und eine Sauerstoff-Konzentration von 6,3 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die höhere Sauerstoff-Konzentration wurde gewählt, um überhaupt eine nennenswerte BMD-Bildung zu erreichen. 3 zeigt die radiale Verteilung der Dichte BD der BMD-Defekte im Bereich der Substratscheibe einer Epischeibe des Vergleichs nach erfolgtem Standardtest. Im Gegensatz zum Beispiel gemäß 2 schwankt die BMD-Dichte deutlich über den Radius R der Epischeibe und erreicht den Zielwert von 1 × 10¹⁸ cm^–3 kaum.The further processing of the single crystal to Epischeiben was carried out in the same manner as in the example described above, as well as the test of the precipitation behavior of the Epischeiben. The substrate disks of the comparison had a resistivity of 18 mΩcm and an oxygen concentration of 6.3 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ . The higher oxygen concentration was chosen to achieve any significant BMD formation. 3 shows the radial distribution of the density BD of the BMD defects in the region of the substrate disc of an episcard of the comparison after the standard test. In contrast to the example according to 2 The BMD density varies significantly beyond the radius R of the episcipal and barely reaches the target value of 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .

Claims

A method of making a single crystal silicon epitaxial wafer doped p / p ⁺ , comprising: providing a melt of silicon; pulling a single crystal of silicon at a melt pulling rate V according to the CZ method, wherein oxygen and boron are incorporated into the single crystal, and the concentration of oxygen in the single crystal is not less than 5 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and not more than 6 × 10 ¹⁷ atoms / cm ³ and the resistivity of the single crystal is not less than 10 mΩcm and not more than 20 mΩcm, and dispensing with doping of the melt with nitrogen; applying a CUSP magnetic field to the melt while pulling the silicon single crystal; the control of the pulling rate V and an axial temperature gradient G at the phase boundary between the single crystal and the melt such that the quotient V / G is not less than 0.21 mm ² / ° C min and not more than 0.31 mm ² / ° C is min; cooling the melt-pulled single crystal at a cooling rate which is not less than 0.5 ° C / min and not more than 1.2 ° C / min in a temperature range of 1000 ° C to 800 ° C; preparing a substrate wafer of single crystal silicon having a polished side surface by processing the single crystal of silicon; and depositing an epitaxial layer of silicon on the polished side surface of the substrate wafer, wherein the deposition of the epitaxial layer is the first heat treatment during which the substrate wafer is heated to a temperature of not less than 700 ° C.

A method according to claim 1, characterized in that the single crystal is pulled at a pulling rate V which is not less than 0.5 mm / min and not more than 0.55 mm / min.