DE102020119326A1 - Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, epitaktischer Siliziumwafer, Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, Siliziumwafer und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, epitaktischer Siliziumwafer, Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, Siliziumwafer und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Siliziumwafer, in dem bei der Vorrichtungsbildung keine Gleitversetzungen gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silliziumwafers umfasst das Verfahren das Bilden einer Siliziumepitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers, der aus einem durch das Czochralski-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock ausgeschnitten wird, wodurch der epitaktische Siliziumwafer erhalten wird; als obiger Siliziumwafer wird ein Siliziumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) von 5 × 1017Atome/cm3oder mehr und mit einem spezifischen Widerstand verwendet, der gleich dem oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht ist; und eine Siliziumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger und einer Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger wird auf dem Siliziumwafer gebildet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, einen epitaktischen Siliziumwafer, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, einen Siliziumwafer und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • In den letzten Jahren werden als Schaltvorrichtungen für Leistungsanwendungen, Thyristoren, Bipolartransistoren, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) usw. aktiv entwickelt. Unter diesen sind IGBTs Vorrichtungen, die sowohl die Hochgeschwindigkeitsfähigkeiten von MOSFETs als auch die niedrigen Sättigungsspannungscharakteristiken von Bipolartransistoren haben, und sie erregen Aufmerksamkeit in Anwendungen, die große Kapazität, hohe Durchbruchspannung und Hochgeschwindigkeitsschalten erfordern, wie zum Beispiel in der Anwendung für eine Leistungsversorgung für einen Leistungsmotor von Hybridfahrzeugen und Elektroautos.
  • Ein IGBT ist eine Gatespannungstreiberschaltvorrichtung (auch als „vertikaler IGBT“ bezeichnet) mit einer Gateelektrode und einer Emitterelektrode, die auf der Vorderseite eines Siliziumwafers ausgebildet sind, und einer Kollektorelektrode, die auf der Rückseite ausgebildet ist, und in dem IGBT fließt der Schaltstrom durch den gesamten Siliziumwafer zwischen dem Emitter auf der Vorderseite und dem Kollektor auf der Rückseite. Dementsprechend verschlechtern sich die Vorrichtungseigenschaften, wenn Kristalldefekte im Inneren des Siliziumwafers vorhanden sind; daher ist es wichtig, dass von der Vorderseite des Wafers bis zur Rückseite keine Kristalldefekte im Siliziumwafer vorhanden sind.
  • Ferner ist es auch wichtig, dass der spezifische Widerstand des Siliziumwafers hoch und gleichmäßig über den gesamten Wafer ist. In dieser Hinsicht werden, wenn ein Siliziumwafer Sauerstoff enthält, Sauerstoffdonatoren gebildet, wenn der Siliziumwafer einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so dass der spezifische Widerstand des Siliziumwafers variiert. Dementsprechend ist es auch wichtig, dass die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers niedrig ist.
  • Vor diesem Hintergrund wurden konventionell als Siliziumwafer für vertikale IGBTs Siliziumwafer verwendet, die aus einem einkristallinen Siliziumblock herausgeschnitten werden, der durch das Zonenschmelzverfahren (FZ-Verfahren) hergestellt wird, bei dem weniger Kristalldefekte gebildet werden und einkristallines Silizium mit niedrigerer Sauerstoffkonzentration im Vergleich zum Czochralski (CZ)-Verfahren gebildet werden kann.
  • Da der Durchmesser von einkristallinen Siliziumblöcken, die mit dem FZ-Verfahren hergestellt werden können, jedoch bis zu etwa 200 mm ist, werden einkristalline Siliziumblöcke mit großem Durchmesser, die einen Durchmesser von mehr als 200 mm haben, kaum hergestellt. Um dieses Problem zu lösen, wurden Techniken zur Herstellung von Siliziumwafern, die eine niedrige Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekte haben und für vertikale IGBTs verwendet werden, unter Verwendung des CZ-Verfahrens entwickelt, das das Wachstum von einkristallinen Siliziumblöcken mit großem Durchmesser ermöglicht.
  • Zum Beispiel beschreibt JP 2011-93778 A (PTL1) ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristallwafers mit einer Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer Widerstandsverteilung in der Ebene von 10 % oder weniger, indem, wenn ein einkristalliner Siliziumblock nach dem CZ-Verfahren gewachsen wird, ein Magnetfeld angelegt wird, um den Konvektionsfluss der Einsatzmaterialschmelze zu steuern (Magnetfeld angelegtes Czochralski (MCZ)-Verfahren) unter Verwendung eines Tiegels aus einem Material, das einen höheren Schmelzpunkt als Silizium hat und keine Sauerstoffatome in seiner Zusammensetzung hat.
  • ZITATLISTE
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2011-93778 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens von PTL 1 kann ein Siliziumwafer mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekten hergestellt werden. Der wie oben beschrieben hergestellte Siliziumwafer ist jedoch aufgrund der niedrigen Sauerstoffkonzentration von niedriger Festigkeit. Infolgedessen würden sich bei einem Vorrichtungsbildungsverfahren Gleitversetzungen im Siliziumwafer bilden.
  • Insbesondere in den letzten Jahren wird ein Siliziumwafer in einem Vorrichtungsbildungsverfahren einer strengen Wärmebehandlung unter Verwendung einer Schnellheiz-/Kühlvorrichtung unterzogen, wodurch eine hohe thermische Belastung auf den Siliziumwafer ausgeübt wird, die wahrscheinlich die Bildung von Gleitversetzungen verursacht. In diesem Fall besteht ein Bedarf an Siliziumwafern, in denen keine Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden.
  • Diese Offenbarung wurde im Hinblick auf die oben genannten Herausforderungen gemacht, und es könnte hilfreich sein, einen Siliziumwafer zur Verfügung zu stellen, in dem keine Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden.
  • Wir schlagen die folgenden Merkmale vor, um den oben genannten Herausforderungen zu begegnen.
    1. [1] Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, wobei das Verfahren das Bilden einer Siliziumepitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers umfasst, der aus einem durch das Czochralski-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock ausgeschnitten wird, wodurch der epitaktische Siliziumwafer erhalten wird, wobei ein Siliziumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration, die in ASTM F121-1979 spezifiziert ist, von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und mit einem spezifischen Widerstand gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht als der Siliziumwafer verwendet wird, und eine Siliziumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger und einer Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger auf dem Siliziumwafer gebildet wird.
    2. [2] Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß [1] oben, wobei die Siliziumepitaxieschicht hergestellt wird, um einen Leitfähigkeitstyp gleich einem Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers zu haben, und der Siliziumwafer einen spezifischen Widerstand hat, der das Zehnfache oder mehr des spezifischen Widerstandes der Siliziumepitaxieschicht ist.
    3. [3] Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß [1] oder [2] oben, wobei die Siliziumepitaxieschicht einen Bereich hoher Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von 4 × 1016 Atome/cm3 oder mehr, der durch Diffusion von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Siliziumepitaxieschicht gebildet wird, und einen Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 umfasst, und die Siliziumepitaxieschicht so ausgebildet ist, dass eine Dicke des Bereichs niedriger Sauerstoffkonzentration mit der erforderlichen Dicke der Siliziumepitaxieschicht übereinstimmt.
    4. [4] Epitaktischer Siliziumwafer umfassend einen Siliziumwafer und eine Siliziumepitaxieschicht auf dem Siliziumwafer, wobei der Siliziumwafer eine Sauerstoffkonzentration, die in ASTM F121-1979 spezifiziert ist, von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr hat und einen spezifischen Widerstand gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht hat, und die Siliziumepitaxieschicht einen spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger hat und eine Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger hat.
    5. [5] Epitaktischer Siliziumwafer gemäß [4] oben, wobei ein Leitfähigkeitstyp der Siliziumepitaxieschicht derselbe wie ein Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers ist und der spezifische Widerstand des Siliziumwafers das Zehnfache oder mehr des spezifischen Widerstandes der Siliziumepitaxieschicht ist.
    6. [6] Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, wobei das Verfahren das Entfernen des Siliziumwafers des durch das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers hergestellten epitaktischen Siliziumwafers gemäß [3] oben und des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht umfasst, wodurch ein Siliziumwafer erhalten wird, der durch den Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration gebildet wird.
    7. [7] Siliziumwafer, umfassend eine Siliziumepitaxieschicht, die eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 hat, einen spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger hat und eine Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger hat.
    8. [8] Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren das Bilden einer Halbleitervorrichtung auf einer Oberfläche der Siliziumepitaxieschicht des epitaktischen Siliziumwafers, der durch das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers hergestellt wurde, gemäß [3] oben umfasst; und dann das Entfernen des Siliziumwafers des epitaktischen Siliziumwafers und des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht.
  • Diese Offenbarung kann einen Siliziumwafer bereitstellen, in dem bei der Vorrichtungsbildung keine Gleitversetzungen gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden.
  • Figurenliste
  • In den beiliegenden Zeichnungen:
    • 1 ist ein Diagramm, das das Konzept der Struktur eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß dieser Offenbarung veranschaulicht; und
    • 2 ist ein Diagramm, das einen Bereich veranschaulicht, in dem eine Vorrichtung in einem epitaktischen Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung gebildet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • (Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers)
  • Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine erste Ausführungsform dieser Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, und dieses Verfahren umfasst das Bilden einer Siliziumepitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers, der aus einem nach dem Czochralski-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock herausgeschnitten wird, wodurch der epitaktische Siliziumwafer erhalten wird. Hier wird als der obige Siliziumwafer ein Siliziumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration, die in ASTM F121-1979 spezifiziert ist, von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und mit einem spezifischen Widerstand gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht verwendet; und eine Siliziumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger und einer Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger wird auf dem Siliziumwafer gebildet.
  • Der Erfinder dieser Offenbarung hat sorgfältig untersucht, wie ein Siliziumwafer bereitgestellt werden kann, in dem sich bei der Vorrichtungsbildung keine Gleitversetzungen bilden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden. Wie oben beschrieben, kann ein Siliziumwafer mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekten durch das CZ-Verfahren erhalten werden. Da der Siliziumwafer jedoch eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat, ist die Festigkeit des Siliziumwafers selbst niedrig, und es würden sich aufgrund der Wärmebehandlung in einem Vorrichtungsbildungsverfahren Gleitversetzungen im Siliziumwafer bilden.
  • Die Verringerung der Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers und die Festigkeit des Siliziumwafers werden gegeneinander eingetauscht. Dementsprechend ist es schwierig, sowohl eine niedrigere Sauerstoffkonzentration als auch eine höhere Festigkeit eines Wafers zu erreichen, wenn ein Bulksiliziumwafer verwendet wird.
  • Vor diesem Hintergrund führte der Erfinder intensive Studien durch, um einen Siliziumwafer zu erhalten, der eine niedrige Sauerstoffkonzentration und weniger Kristallfehler hat und dennoch eine hohe Festigkeit hat. Infolgedessen entwickelte der Erfinder die Idee, mit Hilfe eines epitaktischen Siliziumwafers, der durch Wachsen einer Siliziumepitaxieschicht, die auf einem Siliziumwafer statt auf einem konventionellen Bulksiliziumwafer gebildet wird, einen Vorrichtungsbildungsbereich zu bilden, in dem vertikale IGBTs gebildet werden, und zwar vollständig aus der Siliziumepitaxieschicht.
  • Bei konventionellen Techniken, einschließlich der Technik der PTL 1, wie in 1A dargestellt, werden vertikale IGBTs auf einem Bulksiliziumwafer gebildet, der aus einem Einkristallsiliziumblock herausgeschnitten wird, der durch das FZ-Verfahren oder das MCZ-Verfahren in einem Vorrichtungsbildungsverfahren erhalten wird, und die Rückseite des Siliziumwafers wird geschliffen und poliert, um eine vorbestimmte Dicke in einem Zusammenbauverfahren zu erreichen.
  • Auf der anderen Seite wird in dieser Offenbarung, wie in 1B dargestellt, nur eine Siliziumepitaxieschicht eines epitaktischen Siliziumwafers als Siliziumschicht verwendet, in der vertikale IGBTs in einem Vorrichtungsbildungsverfahren gebildet werden.
  • Insbesondere kann im Gegensatz zum CZ-Verfahren, bei dem einkristallines Silizium unter Verwendung eines Quarztiegels mit Sauerstoff hergestellt wird, die Siliziumepitaxieschicht unter verminderter Durchmischung von Sauerstoff gebildet werden. Ferner kann eine Siliziumschicht mit weniger Kristalldefekten im Vergleich zu einem durch das CZ-Verfahren erhaltenen Siliziumwafer erhalten werden. Bei der Siliziumepitaxieschicht handelt es sich also um eine Siliziumschicht mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekten, wobei die Siliziumschicht zum Bilden vertikaler IGBTs geeignet ist.
  • Die Sauerstoffkonzentration der erhaltenen Siliziumepitaxieschicht ist jedoch so niedrig wie die Sauerstoffkonzentration eines Bulksiliziumwafers mit niedriger Sauerstoffkonzentration, der durch das CZ-Verfahren erhalten wird. Dementsprechend ist die Festigkeit des gesamten epitaktischen Silliziumwafers niedrig, wenn ein Siliziumwafer mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration als Substrat des epitaktischen Siliziumwafers verwendet wird, und es würden Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren gebildet werden.
  • Vor diesem Hintergrund untersuchte der Erfinder sorgfältig Möglichkeiten zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers mit einer Festigkeit, die die Bildung von Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren verhindert. Infolgedessen fand der Erfinder heraus, dass die Verwendung eines Silliziumwafers mit einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration, die die Bildung von Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren verhindert, insbesondere eine Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr, als Substrat eines epitaktischen Siliziumwafers signifikant wirksam ist. Dies führte zum Abschluss dieser Offenbarung.
  • Wie oben beschrieben, wird die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers höher gemacht als die eines Siliziumwafers, der konventionell für IGBTs verwendet wird, um die Bildung von Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren zu verhindern. Dementsprechend diffundiert, wie in 2 dargestellt, bei der Bildung der Siliziumepitaxieschicht auf dem Siliziumwafer der Sauerstoff im Siliziumwafer in die Siliziumepitaxieschicht und bildet aufgrund der Wärmebehandlung in einem Vorrichtungsbildungsverfahren Donatoren. Folglich variiert der spezifische Widerstand eines Bereichs in der Siliziumepitaxieschicht, in den der Sauerstoff diffundiert ist (im Folgenden als „Sauerstoffdiffusionsbereich“ bezeichnet).
  • Beachten Sie, dass, wie oben beschrieben, in der epitaktischen Schicht, in der der Sauerstoffdiffusionsbereich gebildet wird, ein Bereich mit einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration, insbesondere ein Bereich hoher Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von 4 × 1016 Atome/cm3 oder mehr und ein Bereich mit einer relativ niedrigen Sauerstoffkonzentration, insbesondere ein Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 gebildet werden. Hier, in dem Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration, haben die Sauerstoffdonatoren einen niedrigen Einfluss auf die Variation des spezifischen Widerstandes. Dementsprechend wird in dieser Offenbarung der Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht als ein vorrichtungsformbarer Bereich verwendet, in dem vertikale IGBTs gebildet werden können.
  • Ein solcher epitaktischer Siliziumwafer ermöglicht gemäß dieser Offenbarung die Herstellung einer vertikalen IGBT-Vorrichtung unter Verwendung eines Siliziumwafers mit einem Durchmesser von mehr als 200 mm ohne die Bildung einer Gleitversetzung. Die Merkmale werden im Folgenden beschrieben.
  • Zunächst wird ein Siliziumwafer, der aus einem nach dem CZ-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock herausgeschnitten wird, als Substrat eines epitaktischen Siliziumwafers vorbereitet. Wie oben beschrieben, ist es schwierig, einen Siliziumeinkristall mit einem großen Durchmesser von mehr als 200 mm (z.B. einem Durchmesser von 300 mm bis 450 mm) nach dem FZ-Verfahren zu wachsen. In dieser Hinsicht ist es relativ einfach, ein einkristallines Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr durch das CZ-Verfahren zu wachsen. In diesem Fall wird ein Siliziumwafer, der aus einem nach dem CZ-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock herausgeschnitten wird, als Substrat eines epitaktischen Siliziumwafers verwendet.
  • Insbesondere kann der obige Siliziumwafer hergestellt werden, indem ein einkristalliner Siliziumblock, der mit einem Einkristallsiliziumwachstumsvorrichtung gewachsen ist, in eine dünne Scheibe geschnitten wird und die Scheibe einem Oberflächenschleif- (Läpp-) Schritt, einem Ätzschritt und einem Spiegelpolierschritt unterzogen wird, gefolgt von einer Endreinigung.
  • Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers kann n-Typ oder p-Typ sein. Als n-Typ Dotierstoff können Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) usw. verwendet werden. Ferner können als p-Typ Dotierstoff Bor (B), Aluminium (Al) usw. verwendet werden.
  • Bei dieser Offenbarung ist es wichtig, dass die Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) des Siliziumwafers 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr ist. Eine auf dem Siliziumwafer zu bildende Siliziumschicht ist eine epitaktische Schicht, daher hat die Siliziumschicht eine niedrige Sauerstoffkonzentration. Wenn die Sauerstoffkonzentration des als Substrat dienenden Siliziumwafers niedrig ist, ist folglich die Sauerstoffkonzentration des gesamten epitaktischen Siliziumwafers niedrig, was die Festigkeit des epitaktischen Siliziumwafers selbst verringert und zur Bildung von Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren führen würde.
  • Um dem entgegenzuwirken, wird in dieser Offenbarung die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers, der als Substrat des epitaktischen Siliziumwafers dient, so eingestellt, dass keine Gleitversetzungen gebildet werden, und zwar auf 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr eingestellt. Wie in Beispielen beschrieben wird, kann die Einstellung der Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) des Siliziumwafers auf 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr die Bildung von Gleitversetzungen im Siliziumwafer in einem Vorrichtungsbildungsverfahren verhindern.
  • Ferner ist in dieser Offenlegung der spezifische Widerstand des Siliziumwafers gleich oder größer als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht. Dadurch kann verhindert werden, dass die Siliziumepitaxieschicht durch die Diffusion von Dotierstoffen, die dem Siliziumwafer zugesetzt wurden, in die Siliziumepitaxieschicht kontaminiert wird. Der spezifische Widerstand des Siliziumwafers ist z.B. 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger. Der spezifische Widerstand des Siliziumwafers ist vorzugsweise das 10-fache oder mehr des spezifischen Widerstandes der Siliziumepitaxieschicht.
  • Ferner ist der Siliziumwafer vorzugsweise ein Siliziumwafer, in dem bei der LPD-Auswertung keine Defekte von 0.12 µm oder mehr (im Folgenden auch als Lichtpunktdefekte (LPDs) bezeichnet) gefunden werden. Dadurch kann die Bildung von Epitaxiedefekten, die sich in der Siliziumepitaxieschicht bilden, verhindert werden. Ein von LPDs freier Siliziumwafer kann durch Wachsen eines einkristallinen Siliziumblocks nach dem CZ-Verfahren erhalten werden, bei dem das Verhältnis der Kristallzuggeschwindigkeit V in Bezug auf den Kristalltemperaturgradienten G in Zugrichtung (V/G) entsprechend gesteuert wird.
  • Der Begriff „LPD-freier Siliziumwafer“ bezieht sich hier auf einen Siliziumwafer, in dem durch die unten beschriebene Beobachtung und Auswertung keine LPDs gefunden werden. Konkret wird zunächst ein Siliziumwafer, der aus einem durch das CZ-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock herausgeschnitten wurde, einer Reinigung mit SC-1 unterzogen (d.h. Reinigung mit einer Mischlösung, in der wässriges Ammoniak, Wasserstoffperoxidlösung und Reinstwasser im Verhältnis 1: 1: 15 gemischt werden). Die Oberfläche des gereinigten Siliziumwafers wird mit dem von KLA-Tencor Corporation hergestellten Surfscan SP2 als Oberflächenfehlerinspektionssystem beobachtet. Hier wird der Beobachtungsmodus auf Schrägmodus (Schrägeinfallmodus) eingestellt. Ein Siliziumwafer, bei dem LPDs mit einer Größe von 0.12 µm oder mehr durch eine solche Auswertung nicht beobachtet werden, wird als „Siliziumwafer frei von LPDs“ definiert.
  • Die Dicke des Siliziumwafers ist nicht begrenzt, solange der Siliziumwafer eine ausreichende Festigkeit in Bezug auf das Bilden vertikaler IGBTs hat und vorzugsweise 700 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger ist.
  • Ferner ist bekannt, dass die Festigkeit eines Siliziumwafers dadurch verbessert wird, dass der Siliziumwafer Kohlenstoff oder Stickstoff enthält, Experimente des Erfinders ergaben jedoch, dass durch Kohlenstoff oder Stickstoff verursachte Mikrodefekte in einem kohlenstoff- oder stickstoffhaltigen Siliziumwafer leicht gebildet werden. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dem Siliziumwafer keinen Kohlenstoff oder Stickstoff zuzusetzen. Insbesondere ist die Kohlenstoffkonzentration des Siliziumwafers vorzugsweise 1 × 1014 Atome/cm3 oder weniger. Dadurch kann die Bildung von Kristalldefekten, die durch Kohlenstoff verursacht werden, verhindert werden. In ähnlicher Weise ist die Stickstoffkonzentration des Siliziumwafers vorzugsweise 1 × 1013 Atome/cm3 oder weniger. Dadurch kann die Bildung von Kristalldefekten, die durch Stickstoff verursacht werden, verhindert werden.
  • Als nächstes wird eine Siliziumepitaxieschicht auf dem obigen Siliziumwafer gebildet, um einen epitaktischen Siliziumwafer zu erhalten. Die Siliziumepitaxieschicht kann mit einem konventionell bekannten Verfahren, wie z.B. CVD, gebildet werden.
  • Wie oben beschrieben, wird in dieser Offenbarung der gesamte Vorrichtungsbildungsbereich, der vertikale IGBTs bildet, aus der Siliziumepitaxieschicht gebildet. Auf diese Weise kann eine Siliziumschicht mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekten, wie sie für vertikale IGBTs erforderlich sind, erhalten werden. Hier ist die Sauerstoffkonzentration der Siliziumepitaxieschicht niedriger als die Grenze der Analyse der Sauerstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) (z.B. weniger als 1 × 1016 Atome/cm3).
  • Die Dicke der Siliziumepitaxieschicht ist 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger. Die Dicke einer Siliziumschicht, die derzeit zum Bilden vertikaler IGBTs verwendet wird, ist 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger. Dementsprechend ist die Dicke der Siliziumepitaxieschicht 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger. Es ist zu beachten, dass in dieser Offenbarung die Dicke der Siliziumepitaxieschicht so bestimmt wird, dass die Dicke des Bereichs niedriger Sauerstoffkonzentration ohne die Dicke des oben beschriebenen Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration die oben beschriebenen Anforderungen erfüllt.
  • Ferner ist der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger. Damit können die von vertikalen IGBTs geforderten Widerstandsspannungseigenschaften erreicht werden. Der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht kann durch Steuern der Menge der Dotierstoffe, die in die Siliziumepitaxieschicht eingebracht werden, eingestellt werden. In dieser Offenbarung bedeutet der spezifische Widerstand einen Wert, den man erhält, indem man den gemessenen Widerstand durch die Dicke der Siliziumepitaxieschicht teilt. Weiterhin wird der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht so bestimmt, dass die Dicke des Bereichs niedriger Sauerstoffkonzentration, ausgenommen die Dicke des oben beschriebenen Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration, die obigen Anforderungen erfüllt.
  • Ferner ist der Leitfähigkeitstyp der Siliziumepitaxieschicht vorzugsweise derselbe wie der Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers. Insbesondere wird auf einem p-Typ Siliziumwafer vorzugsweise eine p-Typ Siliziumepitaxieschicht gebildet und auf einem n-Typ Siliziumwafer vorzugsweise eine n-Typ Siliziumepitaxieschicht gebildet. Dadurch kann die Umkehrung des Leitfähigkeitstyps aufgrund der Dotierstoffe, die während des Wachstums der Siliziumepitaxieschicht aus dem Siliziumwafer in die Siliziumepitaxieschicht diffundiert sind, verhindert werden.
  • Da, wie oben beschrieben, der spezifische Widerstand des Vorrichtungsbildungsbereichs, in dem vertikale IGBTs gebildet werden, hoch und gleichmäßig sein muss, kann der obige Bereich hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht nicht für die Bildung vertikaler IGBTs verwendet werden, und die vertikalen IGBTs können nur in dem verbleibenden Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration gebildet werden. Dementsprechend wird die Siliziumepitaxieschicht vorzugsweise so ausgebildet, dass die Dicke des Sauerstoffkonzentrationsbereichs mit der erforderlichen Dicke der Siliziumepitaxieschicht übereinstimmt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Vorrichtungsbildungsbereich eine Dicke hat, die für die Bildung vertikaler IGBTs erforderlich ist.
  • (Epitaktischer Siliziumwafer)
  • Als nächstes wird ein epitaktischer Siliziumwafer beschrieben, der gemäß dieser Offenbarung eine zweite Ausführungsform darstellt. Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung ist ein epitaktischer Siliziumwafer mit einem Siliziumwafer und einer Siliziumepitaxieschicht auf dem Siliziumwafer. Hier hat der obige Siliziumwafer eine Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und einen spezifischen Widerstand, der gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht ist, und die obige epitaktische Schicht hat charakteristischerweise eine Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger. Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung kann durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß dieser Offenbarung erhalten werden.
  • In dem epitaktischen Siliziumwafer wird gemäß dieser Offenlegung ein Vorrichtungsbildungsbereich, in dem vertikale IGBTs gebildet werden, vollständig aus einer Siliziumepitaxieschicht gebildet. Insbesondere wird der Vorrichtungsbildungsbereich aus einer Siliziumschicht gebildet, der eine niedrige Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekte hat und für die Bildung vertikaler IGBTs geeignet ist. Da der Siliziumwafer, der als Substrat des epitaktischen Siliziumwafers dient, eine Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) von 5 × 1017 Atomen/cm3 oder mehr hat, kann die Bildung von Gleitversetzungen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren verhindert werden.
  • Wie oben beschrieben, ist der obige Siliziumwafer vorzugsweise ein LPD-freier Siliziumwafer, und der Leitfähigkeitstyp der Siliziumepitaxieschicht und der Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers sind vorzugsweise gleich.
  • (Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers und Siliziumwafer)
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, wobei das Verfahren eine dritte Ausführungsform gemäß dieser Offenbarung ist, werden gemäß dieser Offenbarung der Siliziumwafer des durch das oben genannte Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers hergestellten epitaktischen Siliziumwafers und ein Bereich hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht entfernt, wodurch ein Siliziumwafer erhalten wird, der aus einem Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration besteht. Auf diese Weise kann ein Siliziumwafer erhalten werden, der aus einer Siliziumepitaxieschicht mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration und weniger Kristalldefekten besteht.
  • Insbesondere ist ein Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung, der durch das oben beschriebene Verfahren erhalten wird, ein Siliziumwafer umfassend einer Siliziumepitaxieschicht, die eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 hat, einen spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger hat und eine Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger hat und ein Siliziumwafer ist, der für die Bildung von vertikalen IGBTs geeignet ist.
  • Da die Dicke des obigen Siliziumwafers niedrig ist, wird der Siliziumwafer vorzugsweise auf Quarz oder ein geeignetes kostengünstiges Trägersubstrat mit niedriger Verunreinigung gebondet, das einem Transferschritt oder einem Vorrichtungsbildungsverfahren unterzogen wird. Das Bonden des Siliziumwafers auf das Trägersubstrat kann z.B. mit Hilfe eines Normaltemperaturvakuumbondverfahrens durchgeführt werden, das in JP 2017-045886 A beschrieben ist.
  • Die Sauerstoffkonzentration des obigen Siliziumwafers ist so niedrig wie die des in PTL 1 erwähnten Bulksiliziumwafers. Da jedoch der Trägerteil des Wafers den Siliziumwafer beim Vorrichtungsbildungsverfahren nicht direkt berührt, werden beim Vorrichtungsbildungsverfahren keine Gleitversetzungen im Siliziumwafer gebildet.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung)
  • Anschließend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung beschrieben, wobei das Verfahren eine vierte Ausführungsform gemäß dieser Offenbarung ist. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß dieser Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung auf einer Oberfläche einer Siliziumepitaxieschicht eines epitaktischen Siliziumwafers gebildet, der durch das obige Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß dieser Offenbarung hergestellt wurde, und der Siliziumwafer und ein Bereich hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht werden dann entfernt.
  • Wie oben beschrieben, kann mit dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß dieser Offenbarung ein epitaktischer Siliziumwafer erhalten werden, der für die Bildung vertikaler IGBTs geeignet ist, bei denen in einem Vorrichtungsbildungsverfahren keine Gleitversetzungen gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden. Eine Halbleitervorrichtung, wie z.B. ein vertikaler IGBT, wird in der epitaktischen Siliziumschicht des so erhaltenen epitaktischen Siliziumwafers gebildet, und der Siliziumwafer, der als ein Substrat des epitaktischen Siliziumwafers dient, und ein Bereich hoher Sauerstoffkonzentration im Siliziumwafer werden dann entfernt, wodurch eine Halbleitervorrichtung mit ausgezeichneten Vorrichtungseigenschaften hergestellt wird.
  • BEISPIELE
  • Es werden nun Beispiele beschrieben; diese Offenbarung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • (Konventionelles Beispiel 1)
  • Ein einkristalliner Siliziumblock (Durchmesser: 200 mm, Leitfähigkeitstyp: n-Typ, Dotierstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand: 5000 Ω·cm, Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979): 1 × 1017 Atome/cm3) wurde nach dem CZ-Verfahren gewachsen. Anschließend wurde der erhaltene einkristalline Siliziumblock einem Waferverarbeitungsverfahren unterzogen, wodurch ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm erhalten wurde.
  • (Beispiel 1)
  • Ein einkristalliner Siliziumblock (Durchmesser: 200 mm, Leitfähigkeitstyp: n-Typ, Dotierstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand: 5000 Ω·cm, Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979): 5 × 1017 Atome/cm3) wurde nach dem CZ-Verfahren gewachsen. Als nächstes wurde der erhaltene einkristalline Siliziumblock einem Waferverarbeitungsverfahren unterzogen, wodurch ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm erhalten wurde. Der erhaltene Siliziumwafer wurde in einen Epitaxiereaktor geladen, und eine Siliziumepitaxieschicht (spezifischer Widerstand: 500 Ω·cm, Dicke: 400 µm) wurde bei einer Reaktortemperatur von 1175 °C gewachsen. Auf diese Weise wurde ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung hergestellt. Die Spezifikationen des erhaltenen epitaktischen Siliziumwafers sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
    Siliziumwafer Siliziumepitaxieschicht Qualitätsauswertung
    Wafertyp Spezifischer Widerstand (Ω·cm) SauerstoffKonzentration (Atome/cm3) Spezifischer Widerstand (Ω·cm) Dicke (µm) Bildung von Gleitversetzungen Dicke der epitaktischen Schicht mit Sauerstoffkonzentration der SIMS Detektionsgrenze (1 × 1016 Atome/cm3) (µm) Dicke der epitaktischen Schicht mit Sauerstoffkonzentration von 4 × 1016 Atome/cm3 und mehr (µm) Dicke des vorrichtungsformbaren Bereichs (µm)
    Konventionelles Beispiel 1 CZ Wafer 5000 1 × 1017 - - Ja - - -
    Vergleichsbeispiel 1 CZ Wafer 5000 2 × 1017 500 400 Ja 35.0 30.0 370
    Vergleichsbeispiel 2 CZ Wafer 5000 3 × 1017 500 400 Ja 36.0 31.0 369
    Beispiel 1 CZ Wafer 5000 5 × 1017 500 400 Nein 40.0 36.0 364
    Beispiel 2 CZ Wafer 5000 8 × 1017 500 400 Nein 42.0 37.0 363
    Beispiel 3 CZ Wafer 5000 9 × 1017 500 400 Nein 43.0 38.0 362
    Beispiel 4 CZ Wafer 5000 1.1 × 1018 500 400 Nein 43.5 39.0 361
    Beispiel 5 CZ Wafer 5000 1.2 × 1018 500 400 Nein 44.0 39.0 361
    Beispiel 6 CZ Wafer 5000 1.3 × 1018 500 400 Nein 46.0 41.0 359
    Beispiel 7 CZ Wafer 5000 1.5 × 1018 500 400 Nein 47.0 42.0 358
    Beispiel 8 CZ Wafer 5000 1.6 × 1018 500 400 Nein 47.5 43.0 357
    Konventionelles Beispiel 2 CZ Wafer 1000 1 × 1017 - - Ja - - -
    Vergleichsbeispiel 3 CZ Wafer 1000 2 × 1017 40 50 Ja 5.75 4.5 45.5
    Vergleichsbeispiel 4 CZ Wafer 1000 3 × 1017 40 50 Ja 6.25 5.0 45.0
    Beispiel 9 CZ Wafer 1000 5 × 1017 40 50 Nein 6.50 5.3 44.7
    Beispiel 10 CZ Wafer 1000 8 × 1017 40 50 Nein 6.75 5.5 44.5
    Beispiel 11 CZ Wafer 1000 9 × 1017 40 50 Nein 7.00 5.8 44.2
    Beispiel 12 CZ Wafer 1000 1.1 × 1018 40 50 Nein 8.00 6.8 43.2
    Beispiel 13 CZ Wafer 1000 1.2 × 1018 40 50 Nein 8.10 7.9 42.1
    Beispiel 14 CZ Wafer 1000 1.3 × 1018 40 50 Nein 8.20 8.0 42.0
    Beispiel 15 CZ Wafer 1000 1.5 × 1018 40 50 Nein 8.50 8.3 41.7
    Beispiel 16 CZ Wafer 1000 1.6 × 1018 40 50 Nein 9.00 8.8 41.2
  • (Beispiel 2)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 8 × 1017 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 3)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 9 × 1017 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 4)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1.1 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 5)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1.2 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 6)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1.3 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 7)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1.5 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 8)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1.6 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 2 × 1017 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Sauerstoffkonzentration des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 3 × 1017 Atome/cm3 eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Konventionelles Beispiel 2)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde in ähnlicher Weise wie im konventionellen Beispiel 1 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie im konventionellen Beispiel 1.
  • (Beispiel 9)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1.
  • (Beispiel 10)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 2.
  • (Beispiel 11)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 3 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 3.
  • (Beispiel 12)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 4 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 4.
  • (Beispiel 13)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 5 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 5.
  • (Beispiel 14)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 6 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 6.
  • (Beispiel 15)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 7 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 7.
  • (Beispiel 16)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer gemäß dieser Offenbarung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 8 vorbereitet. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 8.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer wurde auf ähnliche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie im Vergleichsbeispiel 1.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • Ein epitaktischer Siliziumwafer wurde auf ähnliche Weise wie im Vergleichsbeispiel 2 hergestellt. Der spezifische Widerstand des einkristallinen Siliziumblocks wurde jedoch auf 1000 Ω·cm, der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht auf 40 Ω·cm und die Dicke der Siliziumepitaxieschicht auf 50 µm eingestellt. Alle anderen Bedingungen waren die gleichen wie im Vergleichsbeispiel 2.
  • < Auswertung der Dicke des Sauerstoffdiffusionsbereichs >
  • Die chipförmigen Proben wurden durch Spalten der epitaktischen Siliziumwafer gemäß den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 vorbereitet. Die vorbereiteten chipförmigen Proben wurden von der Rückseite jedes Siliziumwafers bis in die Nähe der Grenzfläche mit der Siliziumepitaxieschicht geschliffen und poliert, und die Sauerstoffkonzentration wurde durch SIMS-Analyse von der Siliziumwaferseite in Richtung der Siliziumepitaxieschicht in Wafertieferichtung ausgewertet. Als Ergebnis wurde ein Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration von 1 × 1016 Atome/cm3 oder mehr, der die Nachweisgrenze der SIMS-Analyse darstellt, als Sauerstoffdiffusionsbereich bestimmt, und die Dicke des Bereichs wurde gemessen. Ferner wurde die Dicke eines Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration gemessen, in dem die Sauerstoffkonzentration 4 × 1016 Atome/cm3 oder mehr war und keine Vorrichtung gebildet werden konnte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers hoch, die Dicke des Sauerstoffdiffusionsbereichs groß und die Dicke des vorrichtungsformbaren Bereichs, in dem vertikale IGBTs gebildet werden konnten, niedrig. Wie a in Tabelle 1 zu sehen ist, kann, wenn das Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Dicke des Bereichs, in dem eine Vorrichtung gebildet werden kann, vorher bestimmt wird, eine Siliziumepitaxieschicht mit einer Dicke sichergestellt werden, die zur Bildung vertikaler IGBTs erforderlich ist.
  • < Auswertung der Bildung von Gleitversetzungen >
  • Epitaktischer Siliziumwafer gemäß den Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 sowie Siliziumwafer gemäß den konventionellen Beispielen 1 und 2, die wie oben beschrieben vorbereitet wurden, wurden Auswertungen unterzogen, um festzustellen, ob in einem Vorrichtungsbildungsverfahren Gleitversetzungen gebildet wurden. Insbesondere wurde jeder epitaktische Wafer einer Wärmebehandlung (1150 °C × 4 h) unterzogen, die einen Vorrichtungsbildungsverfahren in einer Stickstoffatmosphäre unter Verwendung eines horizontalen Wärmebehandlungsofens simulierte. Ferner wurden Auswertungen durchgeführt, um durch Röntgenbeugung (XRD) zu bestimmen, ob Gleitversetzungen mit einer Länge von 3 mm oder mehr aus dem Waferende jedes epitaktischen Wafers gebildet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurden Gleitversetzungen mit einer Länge von 3 mm oder mehr in den Beispielen 1 bis 16 nicht gebildet. Im Gegensatz dazu wurde in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und in den konventionellen Beispielen 1 und 2, in denen die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers, der als epitaktischer Siliziumwafer dient, niedrig war, festgestellt, dass Gleitversetzungen mit einer Länge von 3 mm oder mehr in einem peripheren Bereich des Wafers in Kontakt mit einem Wärmebehandlungsboot gebildet wurden.
  • < Leckstromauswertung >
  • Um die Wirkung von Sauerstoff, der als feste Lösung in der Siliziumepitaxieschicht enthalten ist, auf eine vertikale IGBT-Vorrichtung im Voraus zu bestimmen, werden pn-Übergangsdioden vorbereitet, die die vertikale IGBT-Vorrichtung bilden, und der Leckstrom im pn-Übergang wird im Voraus ausgewertet.
  • Insbesondere wurden die epitaktischen Wafer gemäß Beispiel 9, Beispiel 10 und Beispiel 11 von der Oberflächenseite der Siliziumepitaxieschicht aus geschliffen und poliert, so dass 10 µm der Siliziumepitaxieschicht übrig blieben. Anschließend wurden B-Ionen in die n-Typ Siliziumepitaxieoberfläche implantiert, um einen p-Typ Bereich zu bilden; und ein Vorrichtungsisolationsbereich, der unter Verwendung von STI, einem Zwischenschichtfilm und Al-Verdrahtung gebildet wurde, wurde nacheinander hergestellt, wodurch Proben von pn-Übergangsdioden für die Leckstrommessung vorbereitet wurden.
  • Für jede der so erhaltenen Proben wurden 0 V an die Rückseite des Wafers und eine negative Spannung an den p-Typ Bereich angelegt. Die negative Spannung wurde von 0 V erhöht, und die Spannung, bei der ein Strom mit einer Stromdichte von 1 × 10-6 A/cm2 oder mehr floss, wurde ausgewertet. Als Ergebnis wurde durch SIMS-Analyse festgestellt, dass Sauerstoff in einer Konzentration von 4 × 10-16 cm-3 oder mehr in der Tiefe einer Verarmungsschicht vorhanden war, wo die Spannung, bei der der Strom bei einer Stromdichte von 1 × 10-6 A/cm2 oder mehr floss. Dementsprechend wurde zur Kontrolle des Leckstroms die Konzentration von Sauerstoff, der als feste Lösung in der epitaktischen Schicht enthalten ist, notwendigerweise auf weniger als 4 × 10-16 cm-3 eingestellt.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Diese Offenbarung stellt einen Siliziumwafer bereit, in dem bei der Vorrichtungsbildung keine Gleitversetzungen gebildet werden, die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und weniger Kristalldefekte gebildet werden.
  • 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
    • JP 2011093778 A [0007, 0008]
    • JP 2017045886 A [0048]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, wobei das Verfahren ein Bilden einer Siliziumepitaxieschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers umfasst, der aus einem durch das Czochralski-Verfahren gewachsenen einkristallinen Siliziumblock ausgeschnitten wird, wodurch der epitaktische Siliziumwafer erhalten wird, wobei ein Siliziumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration, die in ASTM F121-1979 spezifiziert ist, von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und mit einem spezifischen Widerstand gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht als der Siliziumwafer verwendet wird, und die Siliziumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger und einer Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger auf dem Siliziumwafer gebildet wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1, wobei die Siliziumepitaxieschicht so hergestellt wird, dass sie einen Leitfähigkeitstyp hat, der dem Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers entspricht, und der Siliziumwafer einen spezifischen Widerstand hat, der das Zehnfache oder mehr des spezifischen Widerstandes der Siliziumepitaxieschicht ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Siliziumepitaxieschicht einen Bereich hoher Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von 4 × 1016 Atome/cm3 oder mehr, der durch Diffusion von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Siliziumepitaxieschicht gebildet wird, und einen Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 umfasst, und die Siliziumepitaxieschicht so ausgebildet ist, dass eine Dicke des Bereichs niedriger Sauerstoffkonzentration mit der erforderlichen Dicke der Siliziumepitaxieschicht übereinstimmt.
  4. Epitaktischer Siliziumwafer umfassend einen Siliziumwafer und eine Siliziumepitaxieschicht auf dem Siliziumwafer, wobei der Siliziumwafer eine Sauerstoffkonzentration, die in ASTM F121-1979 spezifiziert ist, von 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr hat und einen spezifischen Widerstand gleich oder höher als der spezifische Widerstand der Siliziumepitaxieschicht hat, und die Siliziumepitaxieschicht einen spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger hat und eine Dicke von 50 µm oder mehr und and 400 µm oder weniger hat.
  5. Epitaktischer Siliziumwafer gemäß Anspruch 4, wobei ein Leitfähigkeitstyp der Siliziumepitaxieschicht derselbe ist wie ein Leitfähigkeitstyp des Siliziumwafers, und der spezifische Widerstand des Siliziumwafers das Zehnfache oder mehr des spezifischen Widerstandes der Siliziumepitaxieschicht ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, wobei das Verfahren das Entfernen des Siliziumwafers des durch das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers hergestellten epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 3 und des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht umfasst, wodurch ein Siliziumwafer erhalten wird, der durch den Bereich niedriger Sauerstoffkonzentration aufgebaut ist.
  7. Siliziumwafer, umfassend eine Siliziumepitaxieschicht, die eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 4 × 1016 Atome/cm3 hat, einen spezifischen Widerstand von 40 Ω·cm oder mehr und 10000 Ω·cm oder weniger hat und eine Dicke von 50 µm oder mehr und 400 µm oder weniger hat.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren das Bilden einer Halbleitervorrichtung auf einer Oberfläche der Siliziumepitaxieschicht des epitaktischen Siliziumwafers, der durch das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers hergestellt wurde, gemäß Anspruch 3; und dann das Entfernen des Siliziumwafers des epitaktischen Siliziumwafers und des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration in der Siliziumepitaxieschicht umfasst.
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