DE112007002004T5

DE112007002004T5 - Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliziumwafers

Info

Publication number: DE112007002004T5
Application number: DE112007002004T
Authority: DE
Inventors: Kozo Omura Nakamura; Seiichi Omura Shimura; Tomoko Omura Nakajima
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-07-02
Also published as: US20100009548A1; TW200818329A; WO2008023701A1; JP2008053521A; KR20090051756A

Abstract

Ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schnellem Aufwärmen, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Aussetzens der Temperaturerhöhung über 10 Sekunden oder langer mit einer Temperatur in einem Bereich von mehr als 700°C bis weniger als 950°C zum Verhindern der Erzeugung einer Gleitdislokation während eines schnellen Aufheizvorgangs an wenigstens einem Siliziumwaferabschnitt, der einen Stützabschnitt einer Schnellerwärmungsvorrichtung oder einen Abschnitt eines äußeren Umfangsbereichs des Siliziumwafers berührt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliziumwafers, der durch Schneiden eines nach dem Czochralski-Verfahren hergestellten Siliziumeinkristallingots gebildet ist.
STAND DER TECHNIK
Als Wafer zum Herstellen von IC-Einheiten wie Halbleiter-ICs werden Siliziumeinkristallwafer (im Folgenden als Siliziumwafer bezeichnet) verwendet, die durch Unterwerfen eines Siliziumeinkristallingots, der im Wesentlichen nach dem Czochralski-Verfahren (hier als CZ-Verfahren) hergestellt worden ist, unter Schneiden, Schleifen und andere Prozesse.
Bei den Herstellungsverfahren von IC-Einheiten wurde umfassend ein Vorgang mit schnellem Erwärmen, schnellem Abkühlen (Rapid Thermal Prozcess: dieser thermische Prozess wird hier als RTP bezeichnet) des Siliziumwafers als eine thermische Behandlung zum Aktivieren der Dotierungselemente verwendet, mit denen die Siliziumwafer ionenimplantiert sind. Bei diesem RTP werden die Dotierungselemente, die in einer kleinen n-Schicht oder einer p-Schicht des Siliziumwafers eingeführt sind, durch schnelles Erwärmen aktiviert.
Dieses RTP wird durch Verwendung einer RTA (Rapid Thermal Annealer)-Vorrichtung durchgeführt.
Die RTA-Vorrichtung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der der Siliziumwafer durch einen Stützabschnitt in der RTA-Vorrichtung gestützt wird, sodann wird der gestützte Siliziumwafer schnell unter Verwendung von Infrarotlampen erwärmt. Als ein allgemein verwendetes Verfahren zum Stützen des Siliziumwafers gibt es ein Verfahren unter Verwendung einer Mehrzahl von Stützstiften zum Tragen einer Rückfläche eines Siliziumwafers und ein Verfahren unter Verwendung eines Suszeptors zum Stützen eines Umfangsabschnitts des Siliziumwafers. Nach dem schnellen Erwärmen auf eine hohe Temperatur wird der Siliziumwafer mit einer vorgegebenen Kühlrat durch Einstellen einer elektrischen Leistung, die wie erforderlich auf die Infrarotlampen aufgegeben wird, abkühlt.
Das RTP unter Verwendung der oben beschriebenen RTA-Vorrichtung wird weiter für eine thermische Behandlung genutzt, in der defektfreie Bereiche in einer Vorderflächenschicht des Siliziumwafers gebildet werden, während Sauerstoffabscheidungen (Bulk Micro Defect: BMD) in dem Inneren des Siliziumwafers gebildet werden.
Das BMD wird durch oxidische Ablagerungen (SiO2) gebildet und ist dazu in der Lage, schädliche Schwermetalle, die den Siliziumwafer in dem Herstellungsprozess der IC-Einheiten kontaminieren, abzufangen. Zum Verbessern des Ertrags der IC-Einheiten wird das BMD daher in den Siliziumwafer eingeführt.
Die unten angeführte Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren, bei dem defektfreie Bereiche in der vorderen Flächenschicht des Siliziumwafers mit dem schnellen Erwärmen ausgebildet werden und die BMD wird im Inneren des Siliziumwafers mit dem schnellen Abkühlen gebildet. Der gewünschte BMD wird durch schnelles Erwärmen des Siliziumwafers von Raumtemperatur auf etwa 1250°C mit einer Rate von etwa 100°C/s und sodann schnelles Abkühlen des Siliziumwafers, beispielsweise mit einer Abkühlrate von 50°C/s oder schneller, erreicht. Dieses Verfahren verwendet ein Phänomen, in dem Atomfehlstellen nur im Inneren des Wafers durch Beibehalten einer hohen Temperatur von 1250°C zum Einführen einer hohen Konzentration von Atomfehlstellen in den Siliziumwafer und sodann schnelles Abkühlen des Siliziumwafers eingefroren werden. Mit anderen Worten, hat dieser Vorgang ein Merkmal, bei dem, unter Verwendung eines Effekts, das die Atomfehlstellen die Erzeugung der oxidischen Ablagerungen ermöglicht, also eine defektfreie Schicht gebildet wird, in der keine BMD existieren und die hohe Konzentration von BMD die Wirkung des Einfangens der Schwermetalle hat, im Inneren des Siliziumwafers gebildet wird.
In dem Fall der Patentliteratur 1 tritt jedoch eine thermische Spannung in dem Siliziumwafer aufgrund des schnellen Erwärmens des Siliziumwafers auf. Wie später beschrieben wird, verursacht die thermische Spannung mit höherer Wahrscheinlichkeit eine GleitDislokation an einem Siliziumwaferabschnitt, der den Stützabschnitt der RTA-Vorrichtung berührt.
Ein Siliziumwafer mit einem großen Durchmesser von 300 mm zeigt eine größere Belastung, die durch das Eigengewicht verursacht wird. In dem Fall des RTP nach der Patentliteratur 1 ist die Erzeugung einer gleitenden Dislokation aufgrund der thermischen Spannung, die Erzeugung einer gleitenden Dislokation aufgrund der Belastung durch das Eigengewicht unvermeidbar.
(Zu der GleitDislokation)
Die GleitDislokation, die in dem Siliziumwafer mit dem RTP erzeugt wird, wird beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das Stiftmarkierungen und Randbeschädigungen des Siliziumwafers zeigt.
Wie in 1 gezeigt wird, werden, wenn drei Stützstifte zum Tragen der rückwärtigen Fläche des Siliziumwafers verwendet werden, drei Stiftmarkierungen P1–P3 auf der Rückseite des Siliziumwafers erzeugt.
Kleinere Kristalldefektbereiche, als Dislokation bezeichnet (Dislokationscluster) werden in der Nähe der Stiftmarkierungen erzeugt. Zusätzlich treten zu dem Zeitpunkt des Transports des Siliziumwafers (mehrere) Randbeschädigungen P4 zufällig an verschiedenen Bereichen in der Nähe des Umfangsabschnitts des Siliziumwafers auf. Kleinere Dislokationen (Dislokationscluster), die eine Ursache der Gleitdislokation werden, treten ebenfalls in der Nähe der Beschädigungen am Rand auf.
Die 2A und 2B zeigen Röntgenstrahltopographien in der Nähe der Stiftmarkierung nach dem RTP.
In 2 ist lediglich eine Pinmarkierung mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm, der durch Kontaktieren mit einem Stift erzeugt worden ist, in dem mittleren Bereich der Fotografie erkennbar. Dies ist ein Beispiel eines Falls, bei dem eine Expansion oder Entwicklung der Gleitdislokation nicht auftritt. In 2B sind zwei Gleitdislokationen, die sich in zwei Richtungen von der Stiftmarkierung aufgrund des RTP erstrecken und entwickeln, erkennbar. Die Größe der beiden Gleitdislokationen betragen ungefähr 8 mm und bzw. 5 mm.
3 ist eine Röntgenbildtopograpie in der Nähe des Randes des Siliziumwafers nach dem RTP.
In 3 sind drei Gleitdislokationen erkennbar, die sich in einer Richtung in Richtung auf die Mitte des Siliziumwafers von drei Randbeschädigungen P4 erstrecken und entwickeln. Jede Größe der Gleitdislokation beträgt ungefähr 5 mm.
Wie oben beschrieben und in den 2B und 3 gezeigt, expandieren und entwickeln sich die kleinen Dislokationen (Dislokationscluster), die vor dem RTP vorhanden sind, um aufgrund der thermischen Belastung, die bei dem RTP auftritt große Gleitdislokationen zu werden.
Falls in dem Siliziumwafer eine Gleitdislokation erzeugt wird, verwirft sich der Siliziumwafer. Zusätzlich verursacht eine Gleitdislokation Fehler in den IC-Einheiten, die den Ertrag an IC-Einheiten erheblich beeinträchtigt. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf der Vermeidung der Erzeugung der Gleitdislokation in dem RTP des Siliziumwafers.
Die Patentliteraturstellen 2 und 3 offenbaren daher ein Verfahren zum Unterdrücken der Erzeugung einer Gleitdislokation durch Ändern der Zusammensetzung des Umgebungsgases bei dem RTP.
Die Patentliteraturstelle 4 offenbart ein Verfahren zur Unterdrückung der Bewirkung einer Gleitdislokation durch Hinzufügen von Stickstoff zu dem Siliziuimwafer zum weiteren Stärken des Wafers gegen eine Bewirkung einer Gleitdislokation aufgrund der thermischen Behandlung.
Die Patentliteraturstelle 5 offenbart ein Verfahren zum Unterdrücken der Erzeugung einer Gleitdislokation in dem Siliziumwafer durch Hinzufügen von Ammoniak (NH3) usw. zu dem Umgebungsgas, um die Temperatur des RTP zu senken.
Die Patentliteraturstelle 6 offenbart ein Verfahren zum Unterdrücken der Erzeugung einer Gleitdislokation in dem RTP durch Modifizieren der Form des ringförmigen Suszeptors, der den Siliziumwafer trägt.
Zusätzlich beziehen sich die Nicht-Patentliteraturstellen 1–4 auf Forschungsberichte bezüglich der Bewirkung einer Gleitdislokation in dem Siliziumeinkristall.
Die Nicht-Patentliteraturstelle 1 ist ein Bericht, wie ein kleines Dislokationscluster einfach erzeugt werden kann an einem Berührungspunkt mit einer geringfügigen Last in dem Siliziumeinkristall.
Die Nicht-Patentliteraturstelle 2 stellt einen Bericht dar bezüglich des Verhältnisses zwischen der Lokation und der Scherbelastung in de Siliziuimwafer. Entsprechend der Nicht-Patentliteraturstelle 2 ist die Scherbelastung, durch die die Dislokation beginnt sich zu bewegen, im Verhältnis zu der interstitialen Sauerstoffkonzentration, die in einer festen Lösung in dem Siliziumkristall ist, und die Gleitdislokation tritt mit geringer Wahrscheinlichkeit auf, wenn die Sauerstoffkonzentration zunimmt. Auf der anderen Seite ist es indiziert, dass die Dislokation durch eine erheblich geringere Scherbelastung beginnt und es ist daher schwierig, die Erzeugung der Gleitdislokation zu vermeiden.
Die Nicht-Patentliteraturstelle 3 bietet einen Bericht bezüglich des Verhältnisses der Zeitdauer des Temperns zu der Scherbelastung, durch die die Dislokation beginnt, sich bei 647°C nach der Dislokation zu bewegen, was auftritt, wenn der Siliziumeinkristall getempert wird. Die Nicht-Patentliteraturstelle 4 ist ein Bericht der Beziehung der Tempertemperatur und der Zeit zu der Scherbelastung durch die die Dislokation sich zu bewegen beginnt unter der Testtemperatur von 550°C, nachdem die Dislokation in dem getemperten Silikoneinkristall für eine bestimmte Zeitdauer unter dem Temperaturbereich von 350°C bis 850°C auftritt.
Nach den Berichten der Nicht-Patentliteraturstelle 3 und 4 beginnt die Dislokation unmittelbar nach der Bildung sich durch eine signifikant geringen Scherbelastung zu bewegen. Zusätzlich bleibt, während die Bewegung anhält, die Dislokation unter einer signifikant geringen Scherbelastung. Andererseits sammeln sich zum Zeitpunkt des Temperns der Dislokation Sauerstoffatome in dem Siliziumeinkristall zu der Dislokation und verstärken signifikant die Scherbelastung, durch die die Dislokation sich beginnt zu bewegen.
In dem Fall der Nicht-Patentliteraturstellen 3 und 4 wird die Dislokation in dem Siliziumeinkristall für eine bestimmte Zeitdauer ausgeglüht und sodann wird das Verhältnis zwischen der Dislokation und der Scherbelastung unter der vorgegebenen Umgebungstemperatur bewertet. Diese Literaturstellen sind daher nicht auf das Unterdrücken der Erzeugung der Gleitdislokation an dem Silikonwaferabschnitt, der den Schutzbereich der RAT-Vorrichtung und an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Silikonwafers während des Prozesses des plötzlichen Anstiegs der Temperatur des Siliziumwafers auf etwa 1250°C berührt, gerichtet.

Patentliteraturstelle 1: Japanische Offenlegung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2001-59319
Patent-Literaturstelle 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 11-135514
Patent-Literaturstelle 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2002-110685
Patent-Literaturstelle 4: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2002-43241
Patent-Literaturstelle 5: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2003-31582
Patent-Literaturstelle 6: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2002-134593
Nicht-Patentliteraturstelle 1: Kyoko Minowa und Koji Sumino, Physical Review Letters, Band 69, (1992) S. 320
Nicht-Patentliteraturstelle 2: Dimitris Mroudas und Robert A. Brown, Journal of Minerals Research, Band 6 (1991) S. 2337
Nicht-Patentliteraturstelle 3: Koji Sumino und Masato Imai, Philosophical Magazine A, Band 47, Nr. 5 (1983) S. 783
Nicht-Patentliteraturstelle 4: S. Senkader und R. R. Wilshaw, Journal of Applied Physics, Band 89 (2001) S. 4803.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind
Die vorliegenden Erfinder usw. haben ernsthaft die Unterdrückung der Erzeugung einer Gleitdislokation des Siliziumwafers während des RTP untersucht. Infolgedessen haben sie erkannt, dass der Stand der Technik die Erzeugung von Gleitdislokation in dem Siliziumwafer nicht ausreichend unterdrücken kann.
Insbesondere dann, wenn der Siliziumwafer einen Durchmesser von 300 mm hat, dem RTP unterworfen wird, ist sein Eigengewicht hoch und die thermische Belastung nimmt aufgrund der großen Temperaturdifferenz in der Fläche zu. Es ist daher schwierig, die Erzeugung der Gleitdislokation an dem Abschnitt des Siliziumwafers, der den Stützbereich der RTA-Vorrichtung berührt und an dem Randbereich des äußeren Umfangs des Siliziumwafers zu unterdrücken. Zusätzlich übersteigt die Temperatur während des RTP zum Einführen von BMD 1.200°C, diese hohe Temperatur hält für eine lange Zeitdauer an. Dieser Zustand ist für das Gleiten bedenklich, das Gleiten bezüglich der Stiftmarkierung ist unvermeidbar.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das obige Problem gemacht und die Aufgabe der Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Siliziumwafers, bei dem die Erzeugung der Gleitdislokation in dem RTP des Siliziumwafers unterdrückt wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Merkmal geschaffen, bei dem das Erwärmen für 10 s oder langer bei einer Temperatur in einem Bereich von 700°C und weniger als 950°C ausgesetzt wird, um die Erzeugung einer Gleitdislokation während einer schnellen Temperaturerhöhung wenigstens an einem Abschnitt des Siliziumwafers, der einen Stützabschnitt einer Schnellerwärmungsvorrichtung oder einen Abschnitt des äußersten Umfangsbereichs des Siliziumwafers berührt, zu vermeiden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal, bei dem die Temperaturerhöhung für 10 s oder länger bei einem Temperaturbereich der anders als 700°C oder geringer und 900°C oder darüber ist, um die Erzeugung einer Gleitdislokation während einer schnellen Temperaturerhöhung wenigstens eines Bereichs des Siliziumwafers, der einen Stützabschnitt einer Schnellerwärmungsvorrichtung oder eines Abschnitts eines äußeren Umfangsbereichs des Siliziumwafers berührt, zu vermeiden.
Der erste und der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung schaffen ein thermisches Behandlungsverfahren zum signifikanten Unterdrücken der Expansion oder der Entwicklung einer Gleitdislokation, die während des RTP unvermeidlich in einem Siliziumwafer auftritt.
Nach den Berichten in den Nicht-Patentliteraturstellen 3 und 4, wird die Dislokation unmittelbar nach deren Erzeugung und die Dislokation, die in Bewegung ist, durch eine sehr geringe Scherbelastung bewegt. Andererseits wird durch Tempern die Dislokation in einem bestimmten Temperaturbereich Sauerstoffatome in dem Siliziuimeinkristall zu der Dislokation beitragen. Dies erhöht signifikant die Scherbelastung, durch die Dislokation beginnt sich zu bewegen.
Die Nicht-Patentliteraturstelle 3 und 4 sind gerichtet auf das Evaluieren der Beziehung zwischen der Dislokation und der Scherbelastung unter einer bestimmten Umgebungstemperatur, nachdem der Siliziumeinkristall für eine bestimmte Zeitdauer ausgeglüht ist und vermittelt keinerlei Kenntnis über die Unterdrückung der Gleitdislokationserzeugung während des Vorgangs des schnellen Ansteigens der Siliziumwafertemperatur auf etwa 1.250°C.
Bei der vorliegenden Erfindung dient ein Temperaturerhöhungsschritt zum Unterdrücken der Erzeugung von GleitDislokation in dem Siliziumwafer an dem Siliziumwaferabschnitt, der mit dem Stützabschnitt der RTA-Vorrichtung in Kontakt kommt und in einem Randbereich des äußeren Umfangs des Siliziumwafers zu dem Zeitpunkt der Wärmebehandlung des Siliziumwafers unter schneller Temperaturerhöhung. Die vorliegende Erfindung schafft ein thermisches Behandlungsverfahren, bei dem der Temperaturerhöhungsschritt in dem RTP eingeschlossen ist.
Insbesondere wird, wie in 5B gezeigt, das Erwärmen für 10 s oder länger bei einer vorgegebenen Heizsuspensionstemperatur ausgesetzt, um die Bewegung der Dislokation zu unterdrücken, während die Dislokation in dem Siliziumwafer während der Heizsuspensionszeit getempert wird, um es den Sauerstoffatomen in dem Siliziumwafer zu erlauben, sich an der Dislokation zu sammeln.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal nach dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem Umgebungsgas aus der thermischen Behandlung ein Gas ist, das ein Gemisch aus Argongas und Stickstoffgas ist.
Nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zu dem Effekt, der durch den ersten oder den zweiten Aspekt der Erfindung bewirkt wird, eine Fläche des Siliziumwafers werden während des Erwärmens gestärkt (gehärtet), da Stiffstoffgas dem Umgebungsgas zugemischt ist.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei der das Umgebungsgas der thermischen Behandlung ein Gemisch ist aus Argongas und Ammoniakgas ist.
Nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zu dem Aspekt der durch den ersten oder durch den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bewirkt wird, derselbe thermische Behandlungseffekt erreicht werden wie bei einer höheren Retentionstemperatur, da das Ammoniakgas zu dem Umgebungsgas zugemischt ist, auch wenn eine hohe Retentionstemperatur gering ist. Dies liegt daran, dass das Ammoniakgas die Funktion des Förderns der Einbringung von Fehlstellen in den Siliziumwafer hat.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal nach einem des ersten bis des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung, bei dem nach dem Schritt des Aussetzen des Erwärmens die Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur bei einer Temperaturerhöhungsrate von etwa 90°C/s erhöht wird und nachdem die Temperatur auf einem vorgegebenen Wert für eine bestimmte Zeitdauer beibehalten worden ist, wird die Temperatur mit einer Kühlungsrate von etwa 50°C/s abgesenkt.
Nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Siliziumwafer mit einer hohen Rate von etwa 90°C/s nach der Temperaturerhöhungsaussetzungszeit erwärmt werden. Zusätzlich zu dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann nach dem Aussetzen des Erwärmens der Siliziumwafer mit einer Rate von etwa 90°C/s erwärmt werden. Zusätzlich kann, da der Siliziumwafer mit einer relativ geringen Abkühlrate abgekühlt wird, Sauerstoff in dem Siliziumwafer sich ausreichen bewegen.
Ein sechster Aspekt der Erfindung schafft ein Merkmal nach einem ersten bis des fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung, bei dem die vorgegebene Temperatur in einem Bereich von 1200°C bis 1250°C ist.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine geeignete hohe Retentionstemperatur ausgewählt werden, wie dies erforderlich ist, in Übereinstimmung mit einer Art des Umgebungsgases.
Ein siebenter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal nach einem des ersten bis des sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung, bei dem der Durchmesser des Siliziumwafers 300 mm oder größer ist.
Nach einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren auf RTP des Siliziumwafers, der einen großen Durchmesser hat, angewendet werden.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Merkmal nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem eine thermische Behandlung mit schneller Temperaturerhöhung des Siliziumwafers als eine Vorbehandlung ausgeführt wird in Vorbereitung für einen Schritt des Bildens von Sauerstoffabscheidungen.
Wirkungen der Erfindung
Nach dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können sich Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer zu einem Dislokaktionscluster sammeln durch Einstellen einer bestimmten Temperaturerhöhungssuspensionszeit in dem Temperaturerhöhungsschritt. Dies macht es möglich, die Scherbelastung zu erhöhen, durch die die Dislokation beginnt sich zu bewegen und signifikant die Expansion und die Entwicklung der Dislokation zu unterdrücken, die während des folgenden Temperaturerhöhungsschritts zur Gleitdislokation wird. Entsprechend kann ein Siliziumwafer mit hoher Qualität der dem RTP unterzogen ist, einfach hergestellt werden.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, da die Oberfläche des Siliziumwafers gehärtet werden kann, weiter eine Expansion und einer Entwicklung zu einer Gleitdislokation zu unterdrücken.
Nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die hohe Retentionstemperatur gesenkt werden, es wird möglich, den gesamten thermischen Behandlungsprozess abzukürzen und die thermische Belastung der RTA-Vorrichtung zu senken.
Nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da die Temperatur mit einer hohen Rate erhöht wird, in optimaler Weise ein defektfreier Abschnitt in der Oberflächenschicht des Siliziumwafers hergestellt, wobei, da die Kühltemperatur derart optimiert wird, dass der Sauerstoff sich frei in dem Siliziumwafer bewegen kann, die gewünschten Sauerstoffabscheidungen in dem Siliziumwafer gebildet werden.
Nach dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Einstellen der geeigneten hohen Retentiontemperatur wie erforderlich, die Erzeugung einer Gleitdislokation weiter unterdrückt werden.
Nach dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Siliziumwafer mit hoher Qualität zu schaffen, der einen großen Durchmesser hat, durch die RTP-Behandlung. Nach dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da die Sauerstoffabscheidungen gebildet werden durch Verwendung des Siliziumwafers, in dem die Gleitdislokation unterdrückt ist, die Bildung von Sauerstoffabscheidungen mit einem hohen Ertrag erreicht werden.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Nachfolgenden wird das RTP des Siliziumwafers nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Bezüglich der RTA-Vorrichtung)
Zunächst wird ein RTA (RTA: Rapid Thermal Annealer) Vorrichtung in dem RTP bei der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die RTA-Vorrichtung, die in dem RTP des Siliziumwafers verwendet wird, zeigt.
In 4 hat die RTA-Vorrichtung eine Kammer 12, die aus einer Quarzplatte 11 besteht und die thermische Behandlung des Siliziumwafers 13 wird in der Kammer 12 ausgeführt. Infrarotlampen 14, 14 sind so angeordnet, dass sie die Kammer 12 von der oberen und der unteren Seite umgeben und Wärme aufbringen. Elektrische Leistung für jede der Infrarotlampen 14, 14 wird unabhängig zugeführt und gesteuert.
Der Siliziumwafer 13 ist auf drei Stützstiften 18 angeordnet, die auf einem Quarztisch 17 vorgesehen sind. Es ist zu beachten, dass eine ringförmige Stütze statt der Stützstifte 18 vorgesehen sein kann.
Die Kammer 12 ist mit einem Gaseinführungsport 15 zum Einführen von Umgebungsgas für die thermische Behandlung und einem Gasauslassport 16 zum Abführen des Umgebungsgases versehen.
Zusätzlich wird die Temperatur des Siliziumwafers 13 kontaktlos gemessen unter Verwendung eines Infrarottermometers, das außerhalb der Kammer 12 angeordnet und nicht gezeigt ist.
Das RTP mit der RTA-Vorrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, kann im Wesentlichen in die nachfolgenden sechs Schritte aufgeteilt werden.

(1) Stützen des Siliziumwafers 13 mit den drei Stützstiften 18, die in der Kammer 12 vorgesehen sind.
(2) Gleichmäßiges Strömen des Umgebungsgases für die thermische Behandlung von einer rechtsseitigen Richtung A zu einer linksseitigen Richtung B, um die thermische Behandlung des Siliziumwafers in einer vorgegebenen Mischgasumgebung zu behandeln.
(3) Erwärmen des Siliziumwafers mit Infrarotlampen 14, 14 mit einer vorgegebenen Temperaturerhöhungsrate und Anheben der Temperatur auf eine hohe Retentionstemperatur T0, im Folgenden wird dieser Schritt als „Temperaturerhöhungsschritt" bezeichnet.
(4) Beibehalten der hohen Temperatur für eine gegebene Zeitdauer bei der hohen Retentionstemperatur T0. Während dieses Schritts werden Atomfehlstellen in den Siliziumwafer eingeführt.
(5) Stoppen der Temperaturerhöhung mit den Infrarotlampen und schnelles Abkühlen des Wafers. Während dieses Schritts werden Atomfehlstellen in der Oberflächenschicht des Siliziumwafers nach Außen defundiert, um zu verschwinden, und große Anzahl von Siliziumfehlstellen werden nur in dem Inneren des Wafers eingefroren. Infolgedessen werden während des thermischen Prozess bei dem Herstellungsprozess von IC Bauteilen ein Zustand, bei dem Sauerstoffabscheidungen (BMD) nur in dem Inneren des Wafers verursacht werden.
(6) Nach dem schnellen Abkühlen wird der Siliziuimwafer 18 aus der Kammer 12 genommen.

(Erzeugung des Vorgangs der Gleitdislokation)
In einem Fall des obigen RTP war es schwierig, die Erzeugung einer Gleitdislokation an dem Siliziumwafer, der den Stützabschnitt der RTA-Vorrichtung berührt, zu vermeiden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Erzeugungsvorgang der Gleitdislokation in dem Siliziumwafer während des RTP sorgfältig untersucht und haben den Vorgang der Bewirkung der Gleitdislokation betrachtet, wie oben erwähnt.
Zunächst tritt eine Kontaktbeschädigung an einem Kontaktpunkt des Sililziumwafers auf, wenn der Siliziumwafer den Stützstift, die ringförmige Aufnahme oder dgl. aufnimmt. Diese Kontaktbeschädigung ist eine unvermeidbare Beschädigung, die schon bei einer geringfügigen Berührungslast auftritt und ein kleines Dislokationscluster (Cluster der Dislokation) wird an dem Kontaktbereich erzeugt. Zusätzlich zu dem Kontaktpunkt, wie oben beschrieben, verbleibt eine unerwünschte Randbeschädigung in einem Fall, in dem der Waferrand zum Transport des Wafers kontaktiert wird, was ein Ausgangspunkt zur Erzeugung der Gleitdislokation ist. Da die erzeugten Dislokationscluster und die Randbeschädigung klein sind und auf der rückseitigen Seite oder an dem Randabschnitt des Siliziumwafers auftreten, sind die Dislokationscluster und die Randbeschädigungen selbst nicht zerstörend. Die Nicht-Patentliteraturstelle 1 stellt einen Bericht dar, wie die kleinen Dislokationscluster an dem Kontaktbereich zum Zeitpunkt eines leichten Kontakts entstehen.
Jedoch beginnt die Dislokation in den Cluster sich durch die Scherbelastung aufgrund der thermischen Belastung, die während der Temperaturerhöhung auftritt, sich zu bewegen und expandiert und entwickelt sich sodann. Wenn die Dislokation erheblich expandiert und sich entwickelt, wird sie zur erheblichen Gleitdislokation, die in einigen Fällen mehrere zehntel Millimeter erreicht.
Andererseits indiziert die Nicht-Literaturstelle 2, dass die Scherbelastung, durch die die Dislokation beginnt, sich zu bewegen, im Verhältnis zu der interstitialen Sauerstoffkonzentration ist, die in dem Siliziumkristall gelöst ist, und beschreibt weiter, dass die Dislokation sich durch eine signifikante geringe Scherbelastung beginnt zu bewegen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich dem in den Nicht-Patentliteraturstellen 3 und 4 beschriebenen Phänomen zugewandt.
Nach den Nicht-Patentliteraturstellen 3 und 4 beginnt die Dislokation unmittelbar nach der Erzeugung sich durch die sehr geringe Scherbelastung zu bewegen. Während sie in Bewegung ist, behält die Dislokation weiter ihre Bewegung durch die sehr geringe Scherbelastung bei. Andererseits wird sich durch das Tempern der Dislokation die Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer an der Dislokation ansammeln. Dies erhöht erheblich die Scherbelastung, durch die die Dislokation beginnt, sich zu bewegen.
Dieses legt nahe, dass durch das Tempern der Dislokationscluster in dem Siliziumwafer bei einer konstanten Temperatur der Effekt, dass die Expansion und Entwicklung der Dislokation während des anschließenden Wärmeschritts auftreten, unterdrückt werden kann.
Die Nicht-Patentliteraturstellen 3 und 4 sind jedoch auf das Evaluieren einer Beziehung zwischen der Dislokation und der Scherbelastung bei einer bestimmten Umgebungstemperatur, nachdem die Dislokation in dem Siliziumeinkristall für eine vorgegebene Zeitdauer getempert worden ist, gerichtet, sie sind nicht gerichtet auf das Unterdrücken der Gleitdislokationserzeugung an dem Siliziumwaferabschnitt, der den Stützabschnitt der RTA-Vorrichtung berührt, und an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Siliziumwafers während des Prozesses des schnellen Anhebens der Siliziumtemperatur auf bis zu 1250°C.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung hatten dann die Idee, das, wenn bei einem Temperzustand der die Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer veranlasst, sich während des RTP an der Dislokation zu sammeln, gefunden werden kann, die Erzeugung der Gleitlokation in dem Siliziumwafer durch Anwenden eines Temperzustands bei dem RTP unterdrückt werden kann.
Auf der Basis dieser Erkenntnis wurde die vorliegende Erfindung als ein Ergebnis von ernsthaften Ausführungen von Experimenten zum Finden des Temperzustands für das RTP des Siliziumwafers gemacht. Nachfolgend wird das RTP nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(RTP nach der vorliegenden Erfindung)
Die vorliegendende Erfindung wurde durch den Temperaturerhöhungsstop (oben unter (3) gemacht.
Wie in 5A gezeigt, wird bei dem üblichen RTP während des Temperaturerhöhungsschritts der Siliziumwafer schnell erhitzt, während die Erhitzungsrate auf einer hohen Erhitzungsrate erhalten bleibt (Achse A in der Figur) derart, dass die Temperatur eine hohe Retentionstemperatur T0 mit hoher Geschwindigkeit erreicht. Nachdem die Temperatur die hohe Retentionstemperatur T0 erreicht, wird dieser Zustand für eine vorgegebene Zeitdauer (Abschnitt B in der Figur) beibehalten. Sodann wird der Siliziumwafer schnell abgekühlt (Abschnitt C in der Figur).
Andererseits wird in einem Fall der vorliegenden Erfindung, wie in 5B gezeigt, der Sililziumwafer auf eine Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur T1 in dem Bereich von mehr als 7700°C auf weniger als 950°C erreicht (Abschnitt D in der Figur), wird also nicht schnell auf die vorgegebene Temperatur T0 in einem einzigen Schritt erwärmt. Nachfolgend wird bei der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur T1 das Erwärmen für 10 s oder länger (Abschnitt E in der Figur), bezeichnet als Temperaturerhöhungsaussetzzeit, ausgesetzt. Nach dem Ende der Temperaturerhöhungsaussetzzeit wird das Erwärmen wieder ausgeführt auf eine hohe Retentionstemperatur T0 (Abschnitt F in der Figur). In diesem Fall wird die Temperaturerhöhungsrate von 50°C/s auf 90°C/s eingestellt. Nach dem Erreichen der hohen Retentionstemperatur T0 wird der Prozess auf diesem Zustand für eine bestimmte Zeitdauer (Abschnitt G in der Figur) beibehalten. Die Zeitdauer zum Beibehalten der hohen Retentionstemperatur T0 wird von 5 Sekunden bis 30 Sekunden beibehalten. Danach wird der Siliziumwafer schnell abgekühlt (Abschnitt H in der Figur). In diesem Fall ist die Abkühlrate etwa 50°C/s.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass während des Temperaturerhöhungsschritts bei dem RTP des Siliziumwafers die Erhitzungsaussetzzeit von 10 Sekunden oder länger bei der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur T1 in dem Bereich über 700°C auf weniger als 950°C beträgt. Es sollte beachtet werden, dass die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit nur 10 Sekunden oder mehr betragen muss und die Dauer, falls erforderlich, geändert werden kann.
Bei dieser Erhitzungsaussetzzeit kann die Erzeugung einer Gleitdislokation in dem Siliziumwafer iin dem nachfolgenden schnellen Temperaturerhöhungsschritt, der die hohe Retentionstemperatur T0 erreicht, signifikant unterdrückt werden. Es wird angenommen, dass dieses darauf beruht, dass die Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer sich an der Dislokation ansammeln (Dislokationscluster) während der Wärmeaussetzzeit; dies erhöht die Scherbelastung, durch die die Dislokation beginnt sich zu bewegen und die Bewegung der Dislokation, die während des nachfolgenden Temperaturerhöhungsschritts auftritt, wird signifikant unterstützt.
Wie oben beschrieben, kann nach der vorliegenden Erfindung, da bei dem RTP die Wärme-Suspensionszeit in dem Temperaturerhöhungsschritt des Siliziumwafers eingestellt wird, das Entstehen einer Gleitdislokation signifikant unterdrückt werden. Infolgedessen kann bei dem RTP nach der vorliegenden Erfindung der Hoch-Qualitätssiliziumwafer einfach hergestellt werden, ohne dass die Gleitdislokation auftritt.
ERSTES BEISPIEL
Bei dem erste Beispiel wird ein Siliziumwafer, der zu bewerten ist, mit einer Sauerstoffkonzentration von 14 × 10¹⁷ Atomen/cm³ (alt ASTM) mit einem Durchmesser von 300 mm hergestellt. In der RTA-Vorrichtung wird der Siliziumwafer durch drei Stützstifte getragen. Zusätzlich wird als in die Kammer einzuführendes Umgebungsgas ein Mischgas, in dem 2,5% in dem Gesamtdruck durch Stickstoffgas und der Rest in dem Gesamtdruck durch Argongas gebildet wird, verwendet.
In dem Temperaturerhöhungsschritt des RTP wird die Temperaturerhöhungsrate von der Raumtemperatur zu der Temperaturerhöhung-Suspensionstemperatur T1 auf 90°C/s eingestellt. Die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit T1 wird auf sieben Zustände von 700, 750, 800, 850, 900, 950 und 1000°C eingestellt und die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeiten von 5, 10 und 20 Sekunden werden jeweils auf die sechs Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperaturen mit Ausnahme von 700°C eingestellt. In dem Fall der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur 700°C werden die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeiten von 10, 20 und 60 Sekunden eingestellt. Es ist zu beachten, dass zu Vergleichszwecken das RTP mit dem konventionellen Temperaturerhöhungsschritt, das keinerlei Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit aufweist, ausgeführt wird.
Die Temperaturerhöhungsrate von der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur T1 auf die hohe Retentionstemperatur von 1250°C wird auf 90°C/s eingestellt. Nachfolgend wird die hohe Retentionstemperatur T0 über 30 Sekunden beibehalten und sodann wird der Siliziumwafer mit einer Abkühlrate von 50°C/s abgekühlt.
6 zeigt ein Ergebnis des Gleitens, das durch ein Röntgenstrahlentopographiemessungsergebnis des Siliziumwafers, der dem RTP mit 22 Temperaturerhöhungsschrittmustern in dem ersten Beispiel erhalten ist.
Entsprechend 6 wird in einem Fall eines Vergleichsbeispiels 1, bei dem eine Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit nicht vorgesehen ist, die Gleitdislokation mit einer Länge von 42 mm insgesamt in der Nähe der Stützstifte erzeugt. Zusätzlich werden drei Gleitabschnitte, die in 3 gezeigt sind, an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Wafers erzeugt.
Zusätzlich werden in dem Fall einer Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur von 700°C (Vergleichsbeispiele 2–4) Gleitdislokationen in allen Siliziumwafern erfolgt. Die Länge der Gleitdislokationen reicht von 30 mm bis 37 mm. Zusätzlich wird einer der drei in 3 gezeigten Gleitabschnitte an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Wafers erzeugt. Es wird angenommen, dass dies daran liegt, dass die Diffusionsrate der Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer gering ist aufgrund der tiefen Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur und da die Sauerstoffatome nicht ausreichend sich bewegen können und sich in an dem Dislokationscluster sammeln.
Weiter wird in einem Fall, dass die Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur 950°C oder mehr beträgt (Vergleichsbeispiele 9–14) eine Gleitdislokation in allen Siliziumwafern erzeugt. Die Gesamtlänge der Gleitdislokation in der Nähe der Stützstifte reicht von 35 mm bis 45 mm. Zusätzlich werden ein bis vier Gleitabschnitte, wie in 3 gezeigt, an dem Randabschnitt an dem äußeren Umfang des Wafers erzeugt. Es wird angenommen, dass der Grund dafür darin besteht, dass die Sauerstoffatome sich nicht effektiv an der Dislokation ansammeln aufgrund der hohen Temperatur von 950°C oder darüber, der den Effekt verringert, das die Dislokation die Sauerstoffatome absorbiert und daher die Expansion und Entwicklung der Gleitdislokation nicht effektiv unterdrückt werden kann.
In einem Fall des RTP unter einer Temperbedingung nach der vorliegenden Erfindung kann es sich dagegen, mit anderen Worten, in einem Fall der Beispiele 1–8 der vorliegenden Erfindung verstehen, dass jede Länge der Gleitdislokationen in 1–2 mm in allen Fällen fällt. Zusätzlich exiistert kein Gleitabschnitt, wie in 3 gezeigt, an dem Randabschnitt an dem äußeren Umfang des Wafers. Insbesondere wird, falls die Bedingung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Expansion und Entwicklung der Gleitdislokation in dem Siliziumwafer erheblich unterdrückt, verglichen mit dem üblichen Beispiel.
Weiter wird, auch wenn die Ewärmungs-Suspensionstemperatur in dem Bereich von 750°C bis 900°C ist, die Länge der Gleitdislokationen in jedem Fall groß, wenn die Wärme-Suspensionszeit 5 Sekunden beträgt (Vergleichsbeispiele 5–8). Dies liegt wohl daran, dass die Sauerstoffatome sich nicht ausreichend in der Dislokation während der Temperaturerhöhungs-Suspensionzeit ansammeln können, da die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit zu kurz war.
Nach dem ersten Beispiel kann, wie oben beschrieben, durch Einführen des Temperaturerhöhungsschritts nach der vorliegenden Erfindung in das RTP, Sauerstoffatome in dem Siliziumwafer in dem Dislokationscluster während der Suspension des Erwärmens angesammelt werden. Dies stärkt die Scherfestigkeit des Wafers und verhindert die Dislokation daran, zu beginnen sich zu bewegen. Infolgedessen kann die Erzeugung der Gleitdislokation in dem Siliziumwafer während des RTP signifikant unterdrückt werden und der Siliziumwafer mit hoher Qualität, der dem RTP unterzogen wird, kann einfach hergestellt werden.
Es ist zu beachten, dass es erwünscht ist, dass die Stützstifte zum Stützen des Siliziumwafers eine geringe Adhäsionsneigung zu Silizium haben und dass die Stützstifte mit scharfen Spitzen versehene Quarzstifte oder aus SiC gebildet sein sollen. Dasselbe gilt für den Fall des zweiten Beispiels.
Zusätzlich kann bei dem ersten Beispiel durch Zumischen von Stickstoffgas zu dem Umgebungsgas die Fläche des Siliziumwafers gefestigt werden. Dies schafft den Effekt, dass während des Temperaturerhöhungsschritts die Expansion und die Entwicklung des in der Nähe der Fläche des Siliziumwafers existierende Dislokationscluster zu einer Gleitdislokation wird, weiter unterdrückt werden kann.
7 ist ein Diagramm, das die Verteilung der BMD-Dichte der Tiefenrichtung in einem Fall zeigt, wenn die thermische Behandlung auf den Siliziumwafer aufgebracht nach dem RTP aufgebracht wird. Die horizontale Achse repräsentiert einen Abstand (μm) von der fläche des Wafers, während die vertikale Achse die BMD-Dichte (cm^–2) repräsentiert. Die thermische Behandlung wird bei 780°C über vier Stunden ausgeführt und anschließend bei 1000°C über 16 Stunden. Die BMD-Dichte wird durch Auszählen des geätzten Bildes des BMD unter Verwendung eines optischen Mikroskops nach 2 μm-Selektionsätzen mit einer Wright-Ätzlösung ausgeführt.
Wie in 7 gezeigt, versteht es sich, dass ein günstiger Abscheidungszustand, in dem eine defektfreie Schicht in einer Oberflächenschicht des Siliziumwafers existiert bei einer hohen Dichte BMD in dem Inneren des Siliziumwafers erhalten werden kann. Es ist zu beachten, dass aufgrund der Einbringung von Atomfehlstellen in das RTP während der Suspension bei 1250°C völlig unabhängig von dem Vorgang des Erwärmens auf 1250°C ist, die Dichte des BMD unabhängig von dem Temperaturerhöhungsschritt ist. Dieselbe Verteilung ergibt sich in allen Zuständen. Es versteht sich, dass, mit anderen Worten, entsprechend der vorliegenden Erfindung, keinerlei Gleiten auftritt, eine günstige BMD-Dichteverteilung kann erreicht werden.
ZWEITES BEISPIEL
Bei dem zweiten Beispiel wird als zu bewertender Siliziumwafer ein Siliziumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von 13,5 × 10¹⁷ Atomen/cm³ (alt ASTM) mit einem Durchmesser von 300 mm hergestellt. In der RTA-Vorrichtung wird der Siliziumwafer durch drei Stützstifte gestützt. Zusätzlich wird, anders als bei dem ersten Beispiel, gemischtes Gas, in dem 10% in dem Gesamtdruck durch Ammoniakgas und der Rest in dem Gesamtgas durch Argongas gebildet wird, verwendet, das als Umgebungsgas in die Kammer eingeführt wird.
Bei dem Temperaturerhöhungsschritt des RTP ist die Temperaturerhöhungsrate von der Raumtemperatur zu der Temperaturerhöhungssuspensionstemperatur T1 auf 90°C/s eingestellt. Die Wärme-Suspensionstemperatur T1 ist auf sieben Werte von 700, 750, 800, 850, 900, 950 und 1000°C eingestellt und die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeiten von 5, 10 und 20 Sekunden sind bei jeder der sechs Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperaturen in dem Fall 700°C eingestellt. Die Temperaturerhöhungs-Suspensionszeit von 10, 20 und 60 Sekunden sind nur im Fall der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur von 700°C eingestellt. Es ist zu beachten, dass zum Zwecke des Vergleichs die RTP mit dem üblichen Temperaturerhöhungsschritt, der keinerlei Wärmesuspensionszeit aufweist, ebenfalls ausgeführt wird.
Die Temperaturerhöhungsrate von der Temperaturerhöhungs-Suspensionstemperatur T1 auf die hohe Retentionstemperatur T0 von 1200°C ist auf 90°C/s eingestellt. Nachfolgend wird die hohe Retentationstemperatur T0 für 20 Sekunden aufrechterhalten und sodann wird der Siliziumwafer bei einer Abkühlrate von 40°C/s abgekühlt.
8 zeigt ein Ergebnis des Gleitens, das sich als Resultat einer Röntgenstrahlen-Topographiemessung des Siliziumwafers, der dem RTP mit 22 Wärmeschrittmustern in dem zweiten Beispiel unterworfen worden ist.
Entsprechend 8 wird in dem Fall einer Wärme-Suspensionszeit von 700°C (Vergleichsbeispiel 2–4) die Gleitdislokation in allen Siliziumwafern erzeugt. Die Gesamtlänge der Gleitdislokation in der Nähe der Stützstifte reicht von 29 mm bis 36 mm. Zusätzlich ist einer der beiden Gleitbereiche wie in 3 gezeigt, an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Wafers erzeugt. Es wird angenommen, dass der Grund darin besteht, dass die Sauerstoffatome in dem Siliziuimwafer sich nicht ausreichend bewegen und sich aufgrund der geringen Wärme-Suspensionstemperatur an der Dislokation ansammeln.
Entsprechend wird in einem Fall der Wärme-Suspensionstemperatur von 59°C oder mehr (Vergleichsbeispiele 9–14) die Gleitdislokation in allen Siliziumwafern erzeugt. Die Gesamtlänge der Gleitdislokation in der Nähe der Stützstifte erreicht von 31 mm bis 42 mm. Zusätzlich werden ein oder zwei Gleitabschnitte, wie in 3 gezeigt, an dem Randabschnitt über den äußeren Umfang des Wafers erzeugt. Es wird angenommen, dass der Grund darin besteht, dass die Sauerstoffatome sich nicht effektiv an der Dislokation sammeln aufgrund der hohen Temperatur von 950°C oder mehr den Effekt, dass die Dislokation die Sauerstoffatome absorbiert, schwächt und damit die Expansion und Entwicklung der Gleitdislokation nicht effektiv unterdrückt werden kann.
Andererseits versteht es sich, dass in einem Fall des RTP unter der Bedingung der vorliegenden Erfindung, mit anderen Worten in den Beispielen 1–8 der vorliegenden Erfindung, jede Länge der Gleitdislokation in den anderen Fällen 1–2 mm beträgt. Zusätzlich existiert an dem Randabschnitt des äußeren Umfangs des Wafers kein Gleitabschnitt, wie in 3 gezeigt ist. Insbesondere ist in dem Fall des zweiten Beispiels ist die Expansion und die Entwicklung der Gleitdislokation erheblich unterdrückt gegenüber dem bekannten Verfahren.
Wie oben beschrieben, werden sich entsprechend dem zweiten Beispiel, wie dies bei dem ersten Beispiel der Fall ist, durch Vorsehen des Temperaturerhöhungsschritts nach der vorliegenden Erfindung in das RTP, Sauerstoffatome in den Siliziumwafer an dem Dislokationscluster während der Wärme-Suspensionszeit sammeln. Dies erhöht die Scherfestigkeit des Siliziumwafers und verhindert die Dislokation daran, zu beginnen sich zu bewegen. Infolgedessen kann die Erzeugung der Gleitdislokation in dem Siliziumwafer mit dem RTP signifikant unterdrückt werden, was es möglich macht, einfach einen Siliziumwafer mit hoher Qualität herzustellen.
Es ist zu beachten, dass bei dem zweiten Beispiel Ammoniakgas dem Umweltgas zugemischt wird. Durch Verwendung von Ammoniakgas als Umgebungsgas kann auch bei einer geringen Retentionstemperatur die thermische Behandlung in ähnlicher Weise wirken wie bei der höheren Retentionstemperatur.
9 ist ein Diagramm, das die Verteilung der BMD-Dichte in der Tiefenrichtung zeigt an einem Fall, bei dem die thermische Behandlung nach dem RTP auf den Siliziumwafer aufgebracht wird. Die horizontale Achse stellt einen Abstand (μm) von der Fläche des Wafers dar, während die vertikale Achse die BMD-Dichte cm^–2 repräsentiert. Die thermische Behandlung wird bei 780°C über drei Stunden aufgebracht und danach bei 1000°C für 16 Stunden. Die BMD-Dichte wird erhalten durch Auszählen des geätzten Bildes des BMD unter Verwendung eines optischen Mikroskops nachdem ein 2 μm Auswahlätzen mit einer Wright-Ätzlösung ausgeführt ist.
Wie in 9 gezeigt, versteht es sich, dass ein günstiger Abscheidungszustand, in dem eine defektfreie Schicht in einer Oberflächenschicht des Siliziumwafers existiert, bei einer hohen BMD-Dichte im Inneren des Siliziumwafers erhalten werden kann. Es versteht sich weiter, dass die BMD-Dichte ähnlich zu derjenigen bei dem Prozess bei einer Temperatur von 1250°C, wie es bei dem ersten Beispiel beschrieben wird, erhalten werden kann bei einer Temperatur von 1200°C. Es wird angenommen, dass sich dies aus der Einbringung von Fehlstellen mit dem Ammoniakgas ergibt.
Es ist zu beachten, da die Einführung von Atomfehlstellen in dem RTP während der Suspension bei 1200°C auftritt und überhaupt nicht abhängig ist von dem Prozess des Erwärmens auf 1200°C, die Dichte des BMD ist unabhängig von dem Temperaturerhöhungsschritt. Es kann so dieselbe Verteilung bei allen Fällen festgestellt werden.
Obwohl drei Stützstifte bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel zum Stützen des Siliziumwafers verwendet werden kann, kann der Siliziumwafer auch auf einer kreisförmigen Aufnahme gestützt sein, falls dies erforderlich ist. Zusätzlich wird die Temperaturerhöhungsrate auf 90°C/s in den Beispielen eingestellt. Die Temperaturerhöhungsrate wird jedoch in dem Bereich von 50°C/s bis 90°C/s beibehalten, der defektfreie Bereich kann in der Oberflächenschicht des Siliziumwafers ausgebildet sein, während die Erzeugung der Gleitdislokation unterdrückt wird.
Bei den obigen Beispielen wurde eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gemacht, bei dem 1250°C in dem Fall eines Mischgases aus Stickstoff und Argon angewendet wurde und 1200°C wird angewendet in dem Fall eines Mischgases aus Ammoniak und Argon. Die hohe Retentionstemperatur kann optional auf eine Temperatur von 1200°C oder mehr bis 1250°C in Übereinstimmung mit der gewünschten BMD-Dichte eingestellt werden. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Beispielen werden die Sauerstoffabscheidungen in dem Siliziumwafer effektiv gebildet durch Einstellen der Kühlrate auf 50°C/s. Die Abkühlrate kann jedoch auf 50°C/s oder mehr oder auf 50°C/s oder weniger eingestellt werden.
KÜRZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das Stiftmarkierungen und Randbeschädigungen an dem Sililziumwafer zeigt.
2A und 2B sind Röntgenstrahlentopographen in der Nähe einer Stiftmarkierung nach dem RTP.
3 ist ein Röntgenstrahlentopograph in der Nähe des Randes des Siliziumwafers nach dem RTP.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die RTA-Vorrichtung zeigt, bei dem das RTP-Verfahren des Siliziumwafers nach der vorliegenden Erfindung angewendet worden ist.
5A ist ein Diagramm, das den üblichen RTP zeigt, 5B ist ein Diagramm, das das RTP nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 zeigt ein Ergebnis des Gleitens, das das Ergebnis einer Röntgenstrahlentopographiemessung des Siliziumwafers ist, der dem RTP unterworfen worden ist mit 22 Wärmeschrittmustern nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
7 ist ein Diagramm, das die Verteilung der BMD-Dichte in der Tiefenrichtung in einem Fall zeigt, bei dem die thermische Behandlung aufgebracht worden ist auf den Siliziumwafer nach dem RTP nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein Ergebnis des Gleitens gewonnen von einem Ergebnis einer Röntgenstrahlentopographiemessung des Siliziumwafers, der dem RTP unterworfen worden ist mit 22 Wärmeschrittmustern nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
9 ist ein Diagramm, das die Verteilung der BMD-Dichte in der Tiefenrichtung in einem Fall zeigt, bei dem die thermische Behandlung auf den Siliziumwafer angewendet worden ist nach dem RTP nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Wärmebehandlungsverfahren geschaffen, bei dem die Erzeugung einer Gleitdislokation in dem Siliziumwafer RTP unterdrückt wird, um das Problem einer nicht ausreichenden Unterdrückung der Erzeugung einer Gleitdislokation von Siliziumwafern bei üblichem RTP zu lösen. Ein Schritt wird geschaffen, bei dem die Temperaturzunahme für 10 Sekunden oder länger bei einer Temperatur in einem Bereich von mehr als 700°C bis unterhalb 950°C ausgesetzt wird, um so die Erzeugung einer Gleitdislokation während des schnellen Erwärmens wenigstens an einem Bereich des Siliziumwafers, der einen Stützabschnitt einer Schnellerwärmungsvorrichtung berührt oder an einem Bereich an dem äußeren Umfangsabschnitt des Siliziumwafers zu verhindern.

10: RTA-Vorrichtung
11: Quarzplatte
12: Kammer
13: Siliziumwafer
14: Infrarotlampen
15: Gaseinlassport
16: Gasauslassport
17: Quarztisch
18: Stützstift

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 2001-59319 [0030]
- JP 11-135514 [0030]
- JP 2002-110685 [0030]
- JP 2002-43241 [0030]
- JP 2003-31582 [0030]
- JP 2002-134593 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Kyoko Minowa und Koji Sumino, Physical Review Letters, Band 69, (1992) S. 320 [0030]
- Dimitris Mroudas und Robert A. Brown, Journal of Minerals Research, Band 6 (1991) S. 2337 [0030]
- Koji Sumino und Masato Imai, Philosophical Magazine A, Band 47, Nr. 5 (1983) S. 783 [0030]
- S. Senkader und R. R. Wilshaw, Journal of Applied Physics, Band 89 (2001) S. 4803 [0030]

Claims

Ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schnellem Aufwärmen, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Aussetzens der Temperaturerhöhung über 10 Sekunden oder langer mit einer Temperatur in einem Bereich von mehr als 700°C bis weniger als 950°C zum Verhindern der Erzeugung einer Gleitdislokation während eines schnellen Aufheizvorgangs an wenigstens einem Siliziumwaferabschnitt, der einen Stützabschnitt einer Schnellerwärmungsvorrichtung oder einen Abschnitt eines äußeren Umfangsbereichs des Siliziumwafers berührt.
Ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schnellem Aufwärmen, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Aussetzens der Temperaturerhöhung über 10 Sekunden oder länger mit einer Temperatur in einem Bereich ausschließlich des Bereichs von 700°C oder weniger und 950°C oder mehr zum Verhindern der Erzeugung einer Gleitdislokation während eines schnellen Aufheizvorgangs an wenigstens einem Siliziumwaferabschnitt, der einen Stützabschnitt einer Schnellaufheizvorrichtung oder an einem Abschnitt eines äußeren Umfangsbereichs des Siliziumwafers berührt.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung mit schneller Temperaturerhöhung eines Siliziumwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das bei der thermischen Behandlung verwendete Umgebungsgas eine Mischung aus Argongas und Stickstoffgas ist.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung mit schneller Temperaturerhöhung eines Siliziumwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das bei der thermischen Behandlung verwendete Umgebungsgas eine Mischung aus Argongas und Ammoniakgas ist.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schneller Temperaturerhöhung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Verfahren aufweist: nach dem Schritt des Aussetzens des Erwärmens ein Schritt des Anhebens einer Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsrate von etwa 90°C/s, und, nachdem die Temperatur auf der vorgegebenen Temperatur auf eine vorgegebene Zeitdauer beibehalten worden ist, Abkühlen mit einer Abkühlrate von etwa 50°C/s.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung eines Sliziumwafers mit schneller Temperaturerhöhung nach Anspruch 5, wobei die vorgegebene Temperatur in einem Bereich von 1200°C bis 1250°C ist.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schneller Temperaturerhöhung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Durchmesser des Siliziumwafers 300 mm oder größer ist.
Das Verfahren zur thermischen Behandlung eines Siliziumwafers mit schneller Temperaturerhöhung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die thermische Behandlung des Siliziumwafers mit schneller Temperaturerhöhung als ein Vorbehandlungsschritt für einen Schritt des Bildens von Sauerstoffabscheidungen ausgeführt wird.