DE112009000569T5

DE112009000569T5 - Silizium-Einkristall-Wafer, Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls oder Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers, und Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE112009000569T5
Application number: DE112009000569T
Authority: DE
Inventors: Koji Annaka Ebara; Shizuo Annaka Igawa; Tetsuya Annaka Oka
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2011-02-03
Also published as: US20110001219A1; JP2009249205A; TW201000690A; JP5151628B2; WO2009122648A1; KR20100137492A

Abstract

Silizium-Einkristall-Wafer, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren, wobei eine ganze Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in der Form eines Rings erzeugt werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region enthält.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Silizium-Einkristall-Wafer, welcher keine der folgenden defekten Regionen ist, einer V-Region, einer OSF-Region, und einer I-Region, und eine gute dielektrische Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika hat, ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls oder ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers, und ein Halbleiterbauelement.
HINTERGRUND
Während Bauelemente in den letzten Jahren mit einer Steigerung der Integration von Halbleiterschaltungen feiner geworden sind, ist der Qualitätsanspruch an einen nach dem Czochralski-Verfahren (im Folgenden als CZ-Verfahren abgekürzt) hergestellten Silizium-Einkristall, welcher als ein Substrat davon dient, gestiegen. Insbesondere gibt es Defekte, die eingewachsene (Grown-in) Defekte genannt werden, wie beispielsweise ein FPD, ein LSTD und ein COP, und durch die Züchtung eines Einkristalls erzeugt werden, die Defekte, welche dielektrische Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika und Bauelement-Charakteristika verschlechtern, und Wert auf einer Verringerung der Dichte und Größe dieser Defekte gelegt wird.
Bevor diese Defekte erklärt werden, wird zunächst beschrieben, was im Allgemeinen bekannt ist über einen Faktor zur Bestimmung der Konzentration von leerstellenartigen Punktdefekten, die Leerstellen genannt werden (Vacancies, im Folgenden auch als V abgekürzt), welche in den Silizium-Einkristall aufgenommen werden, und der Konzentration von interstitiellen Silizium-Punktdefekten, die Zwischengitteratome genannt werden (Interstitial-Si, im Folgenden auch als I abgekürzt), welche in den Silizium-Einkristall aufgenommen werden.
In dem Silizium-Einkristall ist eine V-Region eine Region, die viele Leerstellen enthält, das heißt, konkave Abschnitte oder lochartige Abschnitte, die durch das Fehlen der Siliziumatome entstehen, ein I-Region ist eine Region, die viele Versetzungen und zusätzliche Massen der Siliziumatome enthält, die durch das zusätzliche Vorhandensein von Siliziumatomen entstehen, und zwischen der V-Region und der I-Region befindet sich eine neutrale Region (Neutral, im Folgenden als N abgekürzt), welche das Fehlen oder einen Überschuss an Atomen nicht aufweist (kaum aufweist). Zusätzlich wurde herausgefunden, dass die oben genannten eingewachsenen Defekte (wie beispielsweise FPDs, LSTDs und COPs) nur erzeugt werden, wenn V und I in einem übersättigten Zustand sind, und auch, wenn die Atomverteilung etwas uneinheitlich ist; wenn jedoch V und I nicht übersättigt sind, liegen diese nicht als die eingewachsenen Defekte vor, welche agglomerierte Punktdefekte sind.
Es wurde bestätigt, dass die Konzentrationen dieser Punktdefekte durch das Verhältnis zwischen der Ziehgeschwindigkeit (der Wachstumsgeschwindigkeit) eines Kristalls und dem Temperaturgradienten G nahe der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche in dem Kristall in dem CZ-Verfahren bestimmt werden und die als OSFs genannten Defekte (oxidationsinduzierte Stapelfehler) in der Form eines Rings (im Folgenden auch als OSF-Ring bezeichnet) nahe der Grenze zwischen der V-Region und der N-Region verteilt sind, im Querschnitt senkrecht zur Kristallwachstumsachse gesehen. Diese durch das Wachstum eines Kristalls entstehenden Defekte sind beispielsweise ausführlich in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen den defekten Regionen und der Ziehgeschwindigkeit eines Silizium-Einkristalls zeigt, das durch das CZ-Verfahren, beschrieben in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 , gezüchtet wird.
Die bei einem Kristall entstehenden Defekte werden als eine Defektverteilungs-Map erhalten, wie in 6 gezeigt, wenn die Wachstumsrate von hoch zu niedrig in Richtung der Kristallachse in einer CZ-Ziehvorrichtung unter Verwendung einer Ofenstruktur (einer heißen Zone: nachstehend auch als HZ bezeichnet) mit einem niedrigen Temperaturgradienten G nahe der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche verändert wird.
Als Ergebnis einer Klassifikation dieser durch das Wachstum eines Kristalls verursachten Defekte wurde herausgefunden, dass, da beispielsweise die Wachstumsgeschwindigkeit relativ hoch ist, wie zum Beispiel die. Geschwindigkeit von gleich oder höher als etwa 0,6 mm/min, liegen die eingewachsenen Defekte, wie FPDs, LSTDs und COPs, verursacht durch eine Leerstelle, welche ein Cluster von Punktdefekten vom Leerstellen-Typ (Vacancies) ist, in dem nahezu gesamten Bereich in der Kristall-Durchmesserrichtung bei hohen Dichten liegen, und eine Region, in welcher diese Defekte liegen, wird als V-Region bezeichnet.
Nachdem die Wachstumsgeschwindigkeit allmählich verringert wird, beginnt der OSF-Ring, welcher am Rand des Kristalls erschienen ist, in Richtung der Innenseite des Kristalls zu schrumpfen und verschwindet schließlich.
Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter verringert wird, erscheint eine N-Region, welche den Überschuss oder Mangel an V und I kaum aufweist. Es wurde herausgefunden, dass, da die Konzentrationen von V und I in der N-Region gleich oder niedriger als die Sättigungskonzentration sind, obwohl deren Verteilung uneinheitlich ist, die V und I nicht zu eingewachsenen Defekten agglomerieren.
Die N-Regionen werden in eine Nv-Region, in welcher die Anzahl von V dominierend ist, und eine Ni-Region, in welcher die Anzahl von I dominierend ist, klassifiziert.
Es wurde erkannt, dass, wenn Wärmebehandlung durchgeführt wird, viele Oxid-Präzipitate (nachstehend als BMDs bezeichnet (Bulk Micro Defects = Volumenmikrodefekte)) in der Nv-Region gebildet werden; in der Ni-Region findet Sauerstoff Fällung kaum statt. Wie oben beschrieben, findet, auch wenn Wärmebehandlung durchgeführt wird, Sauerstoff-Fällung in der Ni-Region kaum statt, das heißt, die Dichte von BMDs ist niedrig, was in einer geringen Fähigkeit zur Durchführung einer Getterung von Verunreinigung bei Verunreinigung während Bauelementverarbeitung resultiert.
Als ein Verfahren zur Lösung dieses Problems wird rasches thermisches Tempern an einem Wafer, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2001-503009 offenbart, durchgeführt. Es wurde bekannt, dass beim Durchführen des raschen thermischen Temperns ermöglicht wird, Oxid-Präzipitate im Wafervolumen auch in der Ni-Region zu bilden.
Darüber hinaus wird, wie in 6 gezeigt, I übersättigt, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter verringert wird. Als Ergebnis liegen eingewachsene LID-Defekte bei niedrigen Dichten vor (Large Dislocation = große Versetzungen: eine Abkürzung für eine interstitielle Versetzungsschleife, wie beispielsweise LSEPD und LEPD), von denen man annimmt, dass sie eine Versetzungsschleife ist, in welcher aufgenommen ist, und eine solche Region als I-reiche Region bezeichnet wird.
Aufgrund dieser Tatsachen ist es möglich, beim Schneiden und Polieren des Einkristalls, welcher unter Steuerung der Wachstumsgeschwindigkeit gezüchtet wurde, so dass eine N-Region in einem gesamten Bereich entlang der Radialrichtung, von dem Zentrum des Kristalls ausgehend, einen Wafer zu erhalten, dessen gesamte Oberfläche eine N-Region wird, der Wafer mit besonders wenig eingewachsenen Defekte.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 offenbart die Tatsache, dass eine Region (nachstehend als eine Dn-Region bezeichnet), in welcher die dielektrischen Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika verschlechtert sind, nahe der OSF-Region auch in der Nv-Region vorliegt, die Region einen Defekt enthält, welcher durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesen wird, und der Defekt die TZDB-Charakteristik (Time Zero Dielectric Breakdown = Zeit Null dielektrischer Durchbruch) verschlechtert, welche eine der dielektrischen Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika ist. Die TZDB-Charakteristik wird zum Bewerten der Feldintensität verwendet, bei welcher ein Durchbruch eines Oxidfilms in dem Moment auftritt, wenn ein elektrisches Feld an den Oxidfilm angelegt wird, und ist ein Bewerten eines so genannten anfänglichen Durchbruchs.
Zusätzlich offenbart diese Veröffentlichung, dass, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit eines Silizium-Einkristalls, welcher nach oben gezogen wird, allmählich verringert wurde, durch Ziehen des Kristalls nach oben, während die Wachstumsgeschwindigkeit auf eine Wachstumsgeschwindigkeit gesteuert wird zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit an einer Grenze, wo die Defekte verschwinden, die nach dem Verschwinden des OSF-Rings noch vorhanden sind, und durch Cu-Abscheidungsverfahren erkannt werden, und der Wachstumsgeschwindigkeit an einer Grenze, wo eine interstitielle Versetzungsschleife entsteht, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit ferner allmählich verringert wird, ist es möglich, einen Silizium-Einkristall-Wafer zu erhalten, enthaltend nur eine N-Region (eine (Nv – Dn) + Ni-Region in 6), in welcher die TZDB-Charakteristik nicht verringert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In den aktuellen Bauelementen, die auf Flash-Speicher beruhen, ist jedoch die langfristige Zuverlässigkeit, das heißt, die zeitabhängige Durchbruchscharakterstik eines Oxidfilms wichtig. Als Ergebnis einer näheren Untersuchung der TDDB-Charakteristik (Time Dependent Dielectric Breakdown = zeitabhängiger dielektrischer Durchbruch), welche die zeitabhängige Durchbruchscharakterstik ist, haben die Erfinder herausgefunden, dass auch die (Nv – Dn) + Ni-Region, beschrieben in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 , eine Region enthält, in welcher die TDDB-Charakteristik verringert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht und ein Gegenstand davon ist, ein Silizium-Einkristall-Wafer bereitzustellen, welcher zu keiner von einer leerstellenreichen V-Region, einer OSF-Region, einer Dn-Region in einer Nv-Region, der Dn-Region, in welcher einer durch das Cu-Abscheidungsverfahren erkennbare Defekt erzeugt wird, und einer interstitiellen siliziumreichen I-Region gehört, und die TDDB-Charakterstik, welche die zeitabhängige Durchbruchscharakteristik eines Oxidfilms ist, zuverlässiger verbessern kann als ein bekannter Silizium-Einkristall-Wafer, und den Silizium-Einkristall-Wafer unter stabilen Produktsbedingungen bereitzustellen.
Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Silizium-Einkristall-Wafer bereit, indem eine ganze Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in der Form eines Rings erzeugt werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiese defekte Region enthält.
Als Ergebnis einer durch die Erfinder an dem Silizium-Einkristall-Wafer durch das CZ-Verfahren ausgeführten Untersuchung wurde herausgefunden, dass auch in der (Nv – Dn) + Ni-Region, beschrieben in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 , beim Vorliegen einer durch RIE-Verfahren (Reactive Ion Etching = reaktives Ionenätzen) nachgewiesenen defekten Region in dieser Region die TDDB-Charakteristik durch diesen Defekt abgebaut wird.
Wenn ein Silizium-Einkristall-Wafer ein solcher Silizium-Einkristall-Wafer der Erfindung ist, wird jedoch der Silizium-Einkristall-Wafer erhalten, in welchem eine ganze Waferebene einer N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene Region Defekte enthält, ein hochqualitativer Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau hochresistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, dass ein rasches thermisches Tempern an dem Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird.
Wie oben beschrieben, ist es möglich, mit dem dem raschen thermischen Tempern unterzogenen Silizium-Einkristall-Wafer BMDs in einem Volumen durch Wärmebehandlung in einem Bauelement-Herstellungsverfahren oder dergleichen in einer Ni-Region zu erzeugen, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet. Deswegen ist der Silizium-Einkristall-Wafer ein Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau resistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird, und mit einer hohen Getterfähigkeit.
Außerdem stellt die Erfindung einen durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Silizium-Einkristall-Wafer bereit, in dem eine ganze Waferebene einer N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in der Form eines Rings erzeugt werden, wenn thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und eine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und die Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, in der ganzen Waferebene nicht vorhanden sind.
Mit einem solchen Silizium-Einkristall-Wafer, da es die N-Region gibt, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, und die durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und die Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, in der ganzen Waferebene nicht vorhanden sind, wird der Silizium-Einkristall-Wafer zu einem Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau resistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird, und mit einer hohen Getterfähigkeit, da BMDs in einem Volumen durch Wärmebehandlung einfach gebildet werden.
Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls bereit, in dem, wenn ein Silizium-Einkristall durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, wird der Kristall unter Durchführung der Steuerung so gezüchtet, dass die Wachstumsgeschwindigkeit zu einer Wachstumsgeschwindigkeit wird zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit an einer Grenze, wo eine defekte Region, welche durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird und nach dem Verschwinden eines OSF-Rings vorhanden bleibt, verschwindet, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit des nach oben gezogenen Silizium-Einkristalls allmählich verringert wird, und der Wachstumsgeschwindigkeit an einer Grenze, wo eine interstitielle Versetzungsschleife erzeugt wird, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit verringert wird.
Aus dem Silizium-Einkristall, hergestellt durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, ist es möglich, einen Silizium-Einkristall-Wafer zu erhalten, welcher eine N-Region ist, die außerhalb der OSFs angeordnet ist, und keine defekte Region enthält, die durch das RIE-Verfahren zuverlässiger und stabiler nachgewiesen wird. Das bedeutet, dass es möglich ist, einen hochqualitativen Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm zu erhalten, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau hochresistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird.
Zusätzlich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers bereitgestellt, das Verfahren, durch welches ein Silizium-Einkristall durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls gezüchtet wird, ein Silizium-Einkristall-Wafer aus dem Silizium-Einkristall geschnitten wird, und rasches thermisches Tempern an dem Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird.
Mit einem solchen Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers, da das rasche thermische Tempern durchgeführt wird, ist es möglich, BMDs in einem Volumen zu erzeugen, auch in einer Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, wobei es ermöglicht wird, einen Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm zu erhalten, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau resistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird, und auch mit einer hohen Getterfähigkeit.
Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls bereit, wobei, wenn ein Silizium-Einkristall durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, der Kristall in eine Region gezüchtet wird, welche eine N-Region ist, die außerhalb eines OSF-Rings angeordnet ist, welcher in der Form eines Rings auftritt, wenn Wärmebehandlung an dem dadurch gezüchteten Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird, die Region, enthaltend keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und keine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet.
Aus dem Silizium-Einkristall, hergestellt durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, ist es möglich, einen Silizium-Einkristall-Wafer zuverlässiger und stabiler zu erhalten, der Silizium-Einkristall-Wafer, in welchem eine defekte, aus dem RIE-Verfahren stammende Region und eine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, nicht vorhanden sind. Dadurch wird ermöglicht, einen Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm zu erhalten, dessen zeitabhängige Durchbruchscharakteristik gegenüber Abbau resistent ist, auch wenn ein Bauelement daraus hergestellt wird, und auch mit einer hohen Getterfähigkeit, da BMDs in einem Volumen einfach gebildet werden.
Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Halbleiterbauelement unter Verwendung eines Silizium-Einkristall-Wafers der Erfindung bereit, ein Silizium-Einkristall-Wafer, geschnitten aus einem Silizium-Einkristall, hergestellt durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, hergestellt durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers.
Ein solches Halbleiterbauelement ist ein hochqualitatives Halbleiterbauelement mit einem Oxidfilm mit guter zeitabhängiger Durchbruchscharakteristik.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Erfindung möglich, einen Silizium-Einkristall-Wafer mit einem Oxidfilm einer hohen Durchbruchsspannung und mit guter zeitabhängiger Durchbruchscharakteristik, da es keine der folgenden defekten Regionen ist, einer V-Region, einer OSF-Region, und einer I-Region, und keinen durch das RIE-Verfahren nachgewiesenen Defekt enthält, und ein Halbleiterbauelement unter Verwendung eines solchen Silizium-Einkristall-Wafers zuverlässiger und stabiler bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Vorrichtung zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls nach oben zeigt;
2 ist eine schematische erläuternde Darstellung, die zeigt, wie eine längs geschnittene Probe auszuhöhlen ist, um eine Waferform zu erhalten;
3(a) ist ein Röntgentopographie-Bild. 3(b) ist eine Defekt-Map, gemessen durch das RIE-Verfahren;
4 ist ein Graph, der ein Bewertungsergebnis der TDDB-Charakteristik in jeder defekten Region zeigt;
5 ist eine erläuternde Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Einkristall-Wachstumsgeschwindigkeit und der Kristall-Defektverteilung in dem durch die Erfinder ausgeführten Experiment zeigt;
6 ist eine erläuternde Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Einkristall-Wachstumsgeschwindigkeit und der Kristall-Defektverteilung zeigt; und
7 ist eine erläuternde Darstellung, die den Ablauf des RIE-Verfahrens erklärt.
BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, ohne die Erfindung dabei zu beschränken.
Vor der Erklärung werden zunächst das RIE-Verfahren und das Verfahren zur Cu-Abscheidung beschrieben.
1) RIE-Verfahren
Als ein Verfahren zur Bewertung eines Mikrodefekts, enthaltend Siliziumoxid (nachstehend als SiOx bezeichnet) in einem Halbleiter-Einkristallsubstrat, während die Auflösung in der Tiefenrichtung erhöht wird, ein in dem japanischen Patent Nr. 3451955 offenbartem Verfahren, ist beispielsweise bekannt. Dieses Verfahren führt ein hochselektives anisotropes Ätzen, wie beispielsweise ein reaktives Ionenätzen, an einer Hauptoberfläche eines Substrats durch eine vorgegebene Dicke aus, und führt eine Bewertung eines Kristalldefekts durch Erfassen der verbliebenen Ätzrückstände aus.
Da eine Region, in welcher ein SiOx enthaltender Kristalldefekt gebildet wird, und eine Region, in welcher kein Kristalldefekt, enthaltend kein SiOx, gebildet wird, unterschiedliche Ätzgeschwindigkeiten haben (die Ätzrate der bildenden Region ist geringer als die der letztgenannten Region), bleibt eine Kegelprojektion mit einem SiOx enthaltenden Kristalldefekt als Scheitel bei Durchführung des oben beschriebenen Ätzens auf der Hauptoberfläche des Substrats.
In diesem Verfahren wird der Kristalldefekt in der Form eines Vorsprungsabschnitts durch anisotropes Ätzen ersichtlich, wodurch ermöglicht wird, auch kleinste Defekte einfach nachzuweisen.
Nachstehend wird ein spezifischer Ablauf des RIE-Verfahrens mit Verweis auf 7 beschrieben, anknüpfend als ein Beispiel an ein in dem japanischen Patent Nr. 3451955 offenbartes Kristalldefekt-Bewertungsverfahren.
In einem in 7(a) gezeigten Silizium-Einkristall-Wafer 100 werden Oxid-Präzipitate (BMDs 200) durch die Fällung von supergesättigten, in dem Silizium-Einkristall-Wafer 100 als SiOx durch Wärmebehandlung gelösten Sauerstoff gebildet.
Wenn eine Bewertung eines Kristalldefekts durch das oben beschriebene RIE-Verfahren unter Verwendung dieses Silizium-Einkristall-Wafers 100 als eine Probe durchgeführt wird, wird das Ätzen an den in dem Silizium-Einkristall-Wafer 100 enthaltenden BMDs 200 in einer Mischgasatmosphäre auf Halogenbasis (zum Beispiel HBr/Cl₂/He + O₂) aus der Hauptoberfläche des Silizium-Einkristall-Wafers 100 durch anisotropes Ätzen mit einem hohen Auswahlverhältnis unter Verwendung von beispielsweise einer kommerziellen RIE-Vorrichtung durchgeführt. Wie in 7(b) gezeigt, werden anschließend durch die BMDs 200 hervorgerufenen Kegelprojektionen als Ätzrückstände (Hillocks) 300 gebildet. Basierend auf den Hillocks 300 ist die Bewertung des Kristalldefekts möglich.
Durch Zählen der Anzahl von so erhaltenen Hillocks 300 ist es beispielsweise möglich, die Dichte von BMDs 200 in dem Silizium-Einkristall-Wafer 100 in dem geätzten Bereich zu erhalten.
2) Verfahren zur Cu-Abscheidung
Dieses Verfahren bildet einen isolierenden Film (einen SiO₂-Film, wenn Silizium verwendet wird) mit einer vorbestimmten Dicke unter Verwendung eines oxidierenden Ofens an der vorderen Oberfläche eines Halbleiterwafers und durchbricht den isolierenden Film in einen defekten nahe der vorderen Oberfläche des Wafers gebildeten Teil und scheidet (Abscheidung) eine elektrolytische Substanz, wie beispielsweise Cu, in den defekten Teil ab.
Mit anderen Worten, sobald eine Spannung an einen an der vorderen Oberfläche des Wafers gebildeten Oxidfilms in einer Lösung angelegt wird, in welcher Cu-Ionen gelöst sind, leitet ein Teil des Oxidfilms, welcher einen Defekt oder dergleichen enthält, eine höhere Strommenge als ein Teil, welcher keine Defekte enthält. Als Ergebnis werden Cu-Ionen zu Cu und werden in den defekten Teil abgeschieden. Das Verfahren zur Cu-Abscheidung ist eine Bewertungsmethode, die dieses Phänomen verwendet.
Es wurde bekannt, dass ein Defekt, wie beispielsweise ein COP, in einem Teil vorhanden ist, in welchem der Oxidfilm dazu neigt, abgebaut zu werden.
Unter Verwendung eines kollimierten Lichts oder mit einer visuellen Kontrolle eines defekten Teils des Wafers können der Teil, in welchem Cu abgeschieden wurde, die Verteilung und Dichte bewertet werden. Darüber hinaus können die Verteilung und Dichte unter Verwendung eines Lichtmikroskops, eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) oder dergleichen geprüft werden. Unter Durchführung einer Beobachtung eines Querschnitts mittels eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) kann außerdem eine Position, in welcher Cu in der Tiefenrichtung abgeschieden wurde, das heißt eine defekte Position, identifiziert werden.
Betreffend das Wachstum eines Silizium-Einkristalls durch das CZ-Verfahren haben die Erfinder einen bei dem RIE-Verfahren nachgewiesenen Defekt und die zeitabhängige Durchbruchscharakteristik (TDDB-Charakteristik) eines Oxidfilms nahe einer Grenze zwischen einer V-Region und einer I-Region genauer untersucht.
Als Ergebnis eines durchgeführten Experiments, welches nachstehend beschrieben wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass eine Region, die die TDDB-Charakteristik beeinflusst, in der (Nv – Dn) + Ni-Region, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 beschrieben, vorhanden ist. Insbesondere haben die Erfinder herausgefunden, dass in einem Teil der Nv-Region eine Region vorhanden ist, in welcher ein Defekt durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird, obwohl kein Defekt durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesen wird, und die TDDB-Charakteristik in der aus dem RIE-Verfahren entstehenden defekten Region verringert wird.
Aufgrund dieser Tatsachen haben die Erfinder herausgefunden, dass, wenn eine ganze Waferebene in eine Region umgewandelt werden kann, welche eine N-Region ist, die außerhalb einer OSF-Region angeordnet ist und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region enthält, es möglich ist, einen Wafer zuverlässiger und stabiler zu erhalten, den Wafer, welcher keine der oben beschriebenen unterschiedlichen eingewachsenen Defekte enthält und die TDDB-Charakteristik verbessern kann.
Nachstehend wird ein Experiment beschrieben, auf dessen Grundlage die vorliegende Erfindung gemacht wurde.
(Experiment)
Zunächst wurde ein Einkristall mit einem Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, einem Durchmesser von 12 Inch (300 mm) und einer Orientierung <100> unter Verwendung einer MCZ-Verfahren-Einkristall-Ziehvorrichtung (welche ein durchgehendes Magnetfeld anwendet), gezeigt in 1, nach oben gezogen, während die Wachstumsgeschwindigkeit (die Ziehgeschwindigkeit) allmählich verringert wird.
Vorliegend wird die Einkristall-Ziehvorrichtung der 1 beschrieben.
Die Einkristall-Ziehvorrichtung 30 enthält eine Ziehkammer 31, einen Tiegel 32, der in der Ziehkammer 31 vorgesehen ist, eine Heizeinrichtung 34, die um den Tiegel 32 angeordnet ist, einen Tiegel-Halteschaft 33 und einen Drehmechanismus dafür (nicht gezeigt), welcher den Tiegel 32 dreht, eine Spannvorrichtung 41 zum Halten eines Silizium-Impfkristalls, einen Draht 39 zum Ziehen der Spannvorrichtung 41 nach oben, und einen Aufwickelmechanismus (nicht gezeigt), welcher den Draht 39 dreht oder aufwickelt. Der Tiegel 32 ist mit einem Quarztiegel an seiner Innenseite, enthaltend Siliziumschmelze (geschmolzenes Silizium) 38 und einem Graphittiegel an seiner Außenseite ausgestattet. Außerdem ist ein Isoliermaterial 35 um die Außenseite der Heizung 34 angebracht.
Zusätzlich kann gemäß den Herstellungsbedingungen ein ringförmiger Graphitzylinder (Gasströmungsführungszylinder) 36 bereitgestellt werden, wie in 1 gezeigt, oder ein ringförmiges Außenisoliermaterial (nicht gezeigt) um eine Fest-Flüssigkeits-Grenze 37 eines Kristalls bereitgestellt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, Kühlgas einzuführen oder eine Röhrenkühlvorrichtung bereitzustellen, welche ein Einkristall durch Blockieren von Strahlungswärme kühlt. Außerdem ist es möglich, ein so genanntes MCZ-Verfahren zu verwenden, bei welchem ein Einkristall unter Unterdrückung der Konvektion der Schmelze durch horizontales Anordnen eines nicht abgebildeten Magnets an der Außenseite der Ziehkammer 31 und Anlegen eines durchquerenden oder vertikalen Magnetfelds an die Siliziumschmelze 38 stabil gezüchtet wird.
Diese Teile der Vorrichtung können ähnlich zu denen gemacht werden, die beispielsweise in einer bekannten Vorrichtung verwendet werden.
Als nächstes wird ein Einkristall-Wachstumsverfahren mittels der oben beschriebenen Einkristall-Ziehvorrichtung 30 beschrieben. Zuerst wird ein polykristallines Silizium-Material von hoher Reinheit in dem Tiegel 32 auf einen Schmelzpunkt (etwa 1420°C) oder höher erwärmt und geschmolzen. Dann wird eine Spitze des Impfkristalls mit der Siliziumschmelze ungefähr in der Mitte von deren Oberfläche in Kontakt gebracht oder in diese eingetaucht, indem man den Draht 39 aufwickelt. Dann wird das Wachstum eines Silizium-Einkristalls 40 durch Drehen des Tiegel-Halteschaft 33 in eine geeignete Richtung und Ziehen des Impfkristalls nach oben unter Drehen und Aufwickeln des Drahts 39 gestartet. Danach kann der nahezu zylindrische Silizium-Einkristall 40 durch Einstellen der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur auf geeignete Weise erhalten werden.
Wenn der Silizium-Einkristall nach oben gezogen wurde, wurde bei diesem Experiment die Steuerung so durchgeführt, dass die Wachstumsgeschwindigkeit von dem Kopf des Kristalls zu seinem Schwanz in einem Bereich von 0,7 mm/min bis 0,4 mm/min allmählich verringert wurde. Außerdem wurde der Einkristall so hergestellt, dass die Sauerstoffkonzentration des Kristalls 23 bis 25 ppma (ASTM '79-Wert) erreichte.
Dann wurde der Ingot eines Silizium-Einkristalls, welcher nach oben gezogen wurde, in der Längsachsenrichtung des Kristalls geschnitten, wobei eine Vielzahl von plattenförmigen Blöcken hergestellt wurde.
Betreffend zwei dieser Blöcke wurde der Verteilungsstand von defekten Regionen, wie beispielsweise einer V-Region, durch WLT-Messung (wafer lifetime = Wafer-Lebensdauer) (für welche WT-85, hergestellt von SEMILAB Co., Ltd. als Messvorrichtung verwendet wurde) und Messung von OSF-Regionen untersucht, und die Wachstumsgeschwindigkeit in jeder Grenzregion wurde geprüft. Wie in 2 gezeigt, wurde außerdem eine andere der in Längsrichtung geschnittenen Proben ausgehöhlt, um eine Waferform mit einem Durchmesser von 8 Inch zu erhalten. Eine von denen wurde einem Hochglanz-Finish ausgesetzt, und nachdem ein thermischer Oxidfilm an der vorderen Oberfläche des Wafers gebildet wurde, wurde der Verteilungsstand (das heißt, eine Dn-Region) von Oxidfilm-Defekten durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung überprüft.
Im Übrigen wurde für die Messung von WLT eine der in Längsrichtung geschnittenen Proben in der Achsenrichtung des Kristalls so geschnitten, dass jedes Stück eine Länge von 10 cm aufwies und diese Stücke wurden einer Wärmebehandlung in einem Wafer-Wärmebehandlungsofen 2 Stunden bei 650°C in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt, und nachdem die Temperatur auf 800°C erhöht wurde und bei dieser Temperatur 4 Stunden gehalten wurde, wurde die Atmosphäre zu einer Sauerstoffatmosphäre geändert. Dann, nachdem die Temperatur auf 1000°C erhöht wurde und bei dieser Temperatur 16 Stunden gehalten wurde, wurden die Stücke gekühlt und aus dem Ofen genommen. Danach wurden davon die Röntgentopographie-Bilder gemacht und eine Wafer-Lebensdauer-Map durch SEMILAB WT-85 erzeugt.
Außerdem wurde für die Messung der OSF-Regionen eine der in Längsrichtung geschnittenen Proben der OSF-Wärmebehandlung ausgesetzt und dann wurde darauf ein Secco-Ätzen durchgeführt, und der Verteilungsstatus von OSFs wurde überprüft.
Darüber hinaus wurde als Messung von defekten Regionen durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung die Cu-Konzentration in einem Methanol-Lösungsmittel auf 0,4 bis 30 ppm eingestellt, eine Cu-Abscheidung wurde bei einer angelegten Spannung von 5 MV/cm für 5 Minuten durchgeführt, und ein Reinigen und Trocknen wurden durchgeführt. Dann wurde visuelle Beobachtung der Verteilung von abgeschiedenem Kupfer gemacht.
Aufgrund der Ergebnisse einer an diesen Proben durchgeführten Behandlung wurden die V-Region, die OSF-Region, die NV-Region, die Ni-Region, die I-Region und die Dn-Region identifiziert.

Die Wachstumsgeschwindigkeiten an den Grenzen des Einkristalls, welcher nach oben gezogen worden war, wurden folgende:

V-Region/OSF-Region-Grenze:	0,596 mm/min
OSF-Verschwindensgrenze:	0,587 mm/min
Cu-Abscheidungsdefekt-Verschwindensgrenze:	0,566 mm/min
Nv-Region/Ni-Region-Grenze:	0,526 mm/min
Ni-Region/I-Region-Grenze:	0,510 mm/min

Als nächstes wurde eine relative Positionsbeziehung zwischen der V-Region und dergleichen, die aus dem Verfahren zur Cu-Abscheidung resultierende defekte Region und die aus dem RIE-Verfahren resultierende defekte Region unter Verwendung der ähnlichen in Längsrichtung geschnittenen Probe erhalten.
Zuerst wurde die Probe ausgehöhlt (siehe 2), um eine Waferform mit einem Durchmesser von 8 Inch mit der identifizierten in der Mitte angeordneten Nv-Region zu erhalten. Dann durchlief die Probe eine Reihe der Verfahren zur Herstellung eines polierten Wafers, wie beispielsweise Schneiden, Läppen, Ätzen und Polieren, um einen polierten Wafer herzustellen (nachstehend als PW genannt) und dieser Wafer wurde als ein Bewertungsprobe-Wafer verwendet.
Ein erster Bewertungsprobe-Wafer wurde einer Wärmebehandlung in einem Wafer-Wärmebehandlungsofen bei 650°C 2 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen und, nachdem die Temperatur auf 800°C erhöht wurde und bei dieser Temperatur 4 Stunden gehalten wurde, wurde die Atmosphäre auf eine Sauerstoffatmosphäre geändert. Danach, nachdem die Temperatur auf 1000°C erhöht wurde und bei dieser Temperatur 16 Stunden gehalten wurde, wurde die Probe gekühlt und aus dem Ofen genommen. Danach wurde davon ein Röntgentopographie-Bild gemacht.
Auf einem zweiten Bewertungsprobe-Wafer wurde das Ätzen unter Verwendung einer Magnetron-RIE-Vorrichtung (Precision 5000 Etch, hergestellt von Applied Materials, Inc.) durchgeführt. Das Reaktionsgas war HBr/Cl₂He + O₂ Mischgas. Dann wurden die restlichen Projektionen nach dem Ätzen durch eine Laserstreuungsvorrichtung zur Überprüfung von Fremdkörpern (SP1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation) gemessen.
Betreffend einen dritten Bewertungsprobe-Wafer wurde eine Defekterzeugungsregion visuell unter Durchführung des Verfahrens zur Cu-Abscheidung beobachtet. Die Messbedingungen waren die gleichen wie die oben beschriebenen.
Die Bewertungsergebnisse sind in 3 gezeigt. 3(a) ist ein Röntgentopographie-Bild. Außerdem ist 3(b) eine Defekt-Map, gemessen mit dem RIE-Verfahren. Ein mit einer gestrichelten Linie umgebener Bereich ist eine Region, in welcher Oxid-Präzipitate (Defekte) durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wurden.
Im Übrigen sind in 3(b) die V-Region, die OSF-Region, die Nv-Region, die Ni-Region, die I-Region, welche in 3(a) gemessen wurden, und die Region (die schattierte Fläche), in welcher Defekte durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung beobachtet wurden, gemeinsam gezeigt.
Wie aus den 3(a) und 3(b) ersichtlich, ist die durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region in der V-Region und der Nv-Region, welche an die OSF-Region angrenzt, vorhanden. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesene defekte Region (die schattierte Fläche in 3(b)) in der an die OSF-Region grenzenden Nv-Region vorhanden ist und der Bereich der defekten Region enger ist als der Bereich der durch das RIE-Verfahren nachgewiesenen defekten Region. Das heißt, dass in der Nv-Region die durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region die durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesene defekte Region enthält.
Im Übrigen war die Wachstumsgeschwindigkeit, bei welcher die aus dem RIE-Verfahren resultierende defekte Region verschwand, folgende.
Verschwindensgrenze der aus dem RIE-Verfahren resultierenden Defekte: 0,536 mm/min
Das liegt zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit bei der oben beschriebenen Verschwindungsgrenze eines Cu-Abscheidungsdefekts und der Wachstumsgeschwindigkeit bei der oben beschriebenen Nv-Region/Ni-Region-Grenze.
Das in diesem Experiment erhaltene Verhältnis zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit des Silizium-Einkristalls und jeder Defektverteilung ist in 5 gezeigt. Im Übrigen sollte die defekte Region in der Nv-Region geteilt und wie folgt bestimmt werden:
eine Nv-(Dn)-Region, welche eine Nv-Region ist und eine Region, in welcher ein Defekt durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesen wird,
eine Nv-(RIE-Dn)-Region, welche eine Nv-Region ist und eine Region, in welcher ein Defekt durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird und nicht durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesen wird, und
eine Super-Nv-Region (Nv-RIE-Region), welche eine Nv-Region ist und eine Region, in welcher kein Defekt durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird.
Aufgrund des oben beschriebenen Verhältnisses zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit und der Defektverteilung wurde vorliegend die Wachstumsgeschwindigkeit so gesteuert, dass jede der Nv-(Dn)-Region, der Nv-(RIE-Dn)-Region und der Super-Nv-Region ausgerichtet werden konnten, der Kristall, welcher nach oben gezogen worden war, wurde hergestellt, um einen hochglanzpolierten Wafer zu erhalten, und die TDDB-Charakteristik, welche die dielektrische Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristik war, wurde bewertet.
Im Übrigen hatte die für die Bewertung verwendete MOS-Struktur eine Gate-Oxidfilmdicke von 25 nm und eine Elektrodenfläche von 4 mm², und die Kriterien für einen anfänglichen Fehler (α-Modus), einen zufälligen Fehler (β-Modus) und einen tatsächlichen Fehler (γ-Modus), die die Grenzen des Materials anzeigen, sind solche Qbd (Ladung zu Durchbruch: Ladungsmenge, die einen Durchbruch hervorruft) ist weniger als 0,01 C/cm², Qbd ist 0,01 C/cm² oder mehr jedoch weniger als 5 C/cm², bzw. Qbd ist gleich oder mehr als 5 C/cm².
Die Ergebnisse der TDDB-Messung der drei Regionen, definiert wie oben beschrieben, sind in 4 gezeigt.
Aus 4 ist ersichtlich, dass die Rate des Auftretens des γ-Modus, der den tatsächlichen Durchbruch des Oxidfilms anzeigt, ausgezeichnet war und 100% in der Super-Nv-Region lag; andererseits betrug die Rate des Auftretens des γ-Modus 88 in der Nv-(RIE-Dn)-Region und 65% in der Nv-(Dn)-Region.
Das bedeutet, dass auch in einer Region, welche eine Nv-Region ist und in welcher kein Defekt durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesen wird, der Region, welche bisher aufgrund ihrer TZDB-Charakteristik als eine gute vermutet wurde, wenn die Region eine Region (Nv-(RIE-Dn)-Region) ist, in welcher ein Defekt durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird, weist der Oxidfilm eine geringe Langzeitzuverlässigkeit auf. Mit anderen Worten ist die TDDB-Charakteristik in dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2002-201093 offenbarten Silizium-Einkristall-Wafer nicht notwendigerweise gut.
Ebenso wie in der Super-Nv-Region der vorliegenden Erfindung wird jedoch in einer Region, in welcher ein aus dem RIE-Verfahren resultierender Defekt nicht erzeugt wird, ein Silizium-Einkristall-Wafer von hoher Qualität mit nicht nur einer guten TZDB-Charakteristik sondern auch mit einer guten TDDB-Charakteristik erhalten.
Im Übrigen betragen die guten C-Modus-Chip-Ausbeuten von TZDB 100% (die Super-Nv-Region), 99% (die Nv-(RIE-Dn)-Region), und 92% (die Nv-(Dn)-Region).
Wenn eine Bewertung der TDDB-Charakteristik und der TZDB-Charakteristik für die Ni-Region in einer gleichen Weise durchgeführt wurde, wurden außerdem die guten Ergebnisse erhalten, die anzeigen, dass beide die Rate des Aufretens von γ-Modus und die gute C-Modus-Chip-Ausbeute betrugen 100% wie in der Super-Nv.
Als Ergebnis des obigen Experiments haben die Erfinder herausgefunden, dass es möglich ist, einen Silizium-Einkristall-Wafer mit nicht nur einer guten TZDB-Charakteristik sondern auch mit einer guten TDDB-Charakteristik durch Entfernen der durch das RIE-Verfahren hervorgerufenen defekten Region aus der N-Region zu erhalten, und haben die vorliegende Erfindung vollendet.
Das heißt, dass der Silizium-Einkristall-Wafer der vorliegenden Erfindung ein Silizium-Einkristall-Wafer ist, dessen gesamte Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb der OSF-Region angeordnet ist und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region enthält, der Silizium-Einkristall-Wafer, welcher durch das CZ-Verfahren hergestellt wird.
Der Silizium-Einkristall-Wafer 1 der vorliegenden Erfindung wird aus der N-RIE-Region des Silizium-Einkristalls geschnitten, wie beispielsweise in 5 gezeigt. Die N-RIE-Region ist eine Region, welche die N-Region ist, in welcher kein Defekt durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird. Wie oben erläutert, ist die RIE-Region breiter als die aus dem Verfahren zur Cu-Abscheidung resultierende defekte Region Dn und die N-RIE-Region enthält keine Dn-Region.
Demnach ist der Silizium-Einkristall-Wafer der vorliegenden Erfindung ein Silizium-Einkristall-Wafer von einer hohen Qualität mit einer guten TDDB-Charakteristik zusätzlich zu einer guten TZDB-Charakteristik.
Wenn insbesondere ein Silizium-Einkristall-Wafer ein Silizium-Einkristall-Wafer ist, dessen ganze Waferebene eine N-Region ist, der Silizium-Einkristall-Wafer ist, in welchem die aus dem RIE-Verfahren resultierende defekte Region und die Ni-Region nicht vorhanden sind, das heißt, der aus der Super-Nv-Region gebildete Silizium-Einkristall-Wafer, weist dieser Silizium-Einkristall-Wafer außerdem auch eine gute TDDB-Charakteristik auf. Zusätzlich ist der Silizium-Einkristall-Wafer ein Silizium-Einkristall-Wafer, enthaltend keine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, der Silizium-Einkristall-Wafer, welcher gänzlich die Nv-Region (abgesehen von der RIE-Region) ist. Demzufolge werden unter Durchführung der Wärmebehandlung BMDs in dem Volumen gebildet, wobei der Silizium-Einkristall-Wafer zu einem Silizium-Einkristall-Wafer mit guter Getterfähigkeit wird.
Andererseits, auch wenn ein Silizium-Einkristall-Wafer eine N-Region ist, enthaltend eine Ni-Region, wenn der Silizium-Einkristall-Wafer dem raschen thermischen Tempern unterzogen wurde, ist es möglich, die BMDs zum Zeitpunkt der Wärmebehandlung für die Sauerstoff-Fällung zu erzeugen, auch in der Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet. Dadurch wird ermöglicht, eine ausreichend hohe Getterfähigkeit zu erhalten.
Möglich ist, die Konzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung der BMDs mit den Herstellungsbedingungen in dem raschen thermischen Tempern zu ändern. Unter Durchführung des raschen thermischen Tempern finden Umverteilung durch Injektion oder Diffusion von Punktdefekten V des Leerstellentyps und Verschwinden, hervorgerufen durch Rekombination des Punktdefekts V vom Leerstellentyp und des interstitiellen Silizium I, welches ein interstitieller Punktdefekt vom Silizium-Typ ist, statt, wobei es möglich ist, das Konzentrationsprofil von V zu steuern. Nachdem die Wärmebehandlung für die Sauerstoff-Fällung durchgeführt wird, ist es möglich, die BMDs in dem Volumen gemäß dem Konzentrationsprofil von V zu bilden.
Zusätzlich ist ein Halbleiterbauelement, das den oben beschriebenen Silizium-Einkristall-Wafer der vorliegenden Erfindung verwendet, ein Halbleiterbauelement von einer hohen Qualität mit guter TDDB-Charakteristik, und kann die Anforderungen des Markts erfüllen.
Darüber hinaus kann der oben beschriebene Silizium-Einkristall-Wafer der vorliegenden Erfindung durch Schneiden des Wafers aus dem Silizium-Einkristall erhalten werden, der durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls erhalten wird, das Verfahren, das nachstehend beschrieben wird. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es möglich, die Ziehvorrichtung, gezeigt beispielsweise in 1, zu verwenden. Der Aufbau dieser Ziehvorrichtung wurde oben beschrieben.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls wird ein Kristall unter Durchführung der Steuerung so gezüchtet, dass die Wachstumsgeschwindigkeit zu einer Wachstumsgeschwindigkeit wird zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit in einer Grenze, in welcher eine defekte Region, die durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird und nach dem Verschwinden des OSF-Rings verschwindet, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit des nach oben gezogenen Silizium-Einkristalls allmählich verringert wird, und der Wachstumsgeschwindigkeit in der Grenze, in welcher eine interstitielle Versetzungsschleife erzeugt wird, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter verringert wird.
Das heißt, dass die Steuerung so durchgeführt wird, dass die Wachstumsgeschwindigkeit (die Ziehgeschwindigkeit) des Silizium-Einkristalls in einen Bereich der N-RIE-Region fällt, und der Silizium-Einkristall in dieser Region nach oben gezogen wird.
Darüber hinaus wird ein Kristall in einer Region gezüchtet, welche eine N-Region ist, die außerhalb des OSF-Rings angeordnet ist, welcher in der Form eines Rings auftritt, wenn eine Wärmebehandlung an dem so gezüchteten Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird, die Region, enthaltend keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und keine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet.
Das heißt, dass die Steuerung so durchgeführt wird, dass die Wachstumsgeschwindigkeit des Silizium-Einkristalls in einen Bereich der Super-Nv-Region (Nv-RIE-Region) fällt, und der Silizium-Einkristall in dieser Region nach oben gezogen wird.
Um den Silizium-Einkristall mit einer bestimmungsgemäßen defekten Region unter Durchführung der Steuerung so nach oben zu ziehen, dass die Wachstumsgeschwindigkeit in einen bestimmten Bereich, wie oben beschrieben, fällt, ist es vorzugsweise einfach, vorab einen Vorversuch an das Verhältnis zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit des Silizium-Einkristalls und der defekten Region des bei dieser Wachstumsgeschwindigkeit nach oben gezogenen Silizium-Einkristalls durchzuführen.
Beispielsweise kann das durch die Erfinder durchgeführte oben beschriebene Experiment als der Vorversuch durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird der Silizium-Einkristall nach oben gezogen, während die Wachstumsgeschwindigkeit allmählich verringert wird, und die defekten Regionen werden in der oben beschriebenen Weise untersucht. Aufgrund des erhaltenen Verhältnisses zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit und der defekten Region wird dann ein Einkristall in einer bestimmungsgemäßen defekten Region nach oben gezogen.
Wenn der Silizium-Einkristall unter Durchführung der Steuerung so nach oben gezogen wird, dass seine Wachstumsgeschwindigkeit in einen Bereich der N-RIE-Region, bezogen auf das oben beschriebene Beispiel, fällt, wird vorliegend der Silizium-Einkristall bei 0,536 mm/min (die Verschwindensgrenze der aus dem RIE-Verfahren resultierenden Defekte) bis 0,510 mm/min (die Ni-Region/I-Region-Grenze) nach oben gezogen.
Wenn hingegen der Silizium-Einkristall unter Durchführung der Steuerung so nach oben gezogen wird, dass seine Wachstumsgeschwindigkeit in einen Bereich der Super-Nv-Region (Nv-RIE-Region) fällt, wird darüber hinaus der Silizium-Einkristall bei 0,536 mm/min (die Verschwindensgrenze der aus dem RIE-Verfahren resultierenden Defekte) bis 0,526 mm/min (die Nv-Region/Ni-Region-Grenze) nach oben gezogen.
Auf diese Weise wird es möglich, unter Durchführung der Steuerung so, dass die Wachstumsgeschwindigkeit zu der Wachstumsgeschwindigkeit einer bestimmungsgemäßen defekten Region wird, die defekte Region, enthaltend keine aus dem RIE-Verfahren resultierenden Defekte, Ziehen des Silizium-Einkristalls nach oben, und Schneiden des Silizium-Einkristalls einen Silizium-Einkristall-Wafer der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
Wenn der Silizium-Einkristall-Wafer, enthaltend die N-RIE-Region, insbesondere die Ni-Region, in der oben beschriebenen Weise erhalten wird, ist es ferner empfehlenswert, ein rasches thermisches Tempern durchzuführen. Wie oben beschrieben, ist es möglich, unter Durchführung des raschen thermischen Temperns BMDs in dem Volumen auch in der Ni-Region zu bilden, in welcher die BMDs nicht einfach stattfinden. Dadurch wird ermöglicht, eine ausreichende Getterfähigkeit bereitzustellen.
Im Übrigen werden die Bedingungen des zum jetzigen Zeitpunkt durchgeführten raschen thermischen Temperns nicht besonders beschränkt und die Bedingungen können angemessen in einer solchen Weise eingestellt werden, dass ein bestimmungsgemäßes BMD-Profil erhalten wird, wenn die Wärmebehandlung in einem nachfolgenden Verfahren des Halbleiterbauelements oder dergleichen durchgeführt wird. Eine in Durchführung des raschen thermischen Temperns verwendete Vorrichtung wird ebenso nicht besonders beschränkt; so kann beispielsweise eine zu der bekannten Vorrichtung ähnliche Vorrichtung verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform in irgendeiner Weise beschränkt wird. Die vorangehende Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, und diejenigen, welche im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweisen, wie der in den Patentansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebene technische Grundgedanke, und welche eine ähnliche Wirkung und ähnliche Effekte bereitstellen, fallen unter den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Silizium-Einkristall-Wafer, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren, der Silizium-Einkristall-Wafer, in welchem eine ganze Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in Form eines Rings erzeugt werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region enthält. Im Ergebnis wird ein Silizium-Einkristall-Wafer bereitgestellt, welcher zu keiner von einer leerstellenreichen V-Region, einer OSF-Region, einer Dn-Region in einer Nv-Region, der Dn-Region, in welcher ein durch das Verfahren zur Cu-Abscheidung nachgewiesener Defekt erzeugt wird, und einer interstitiellen siliziumreichen I-Region gehört, und die TDDB-Charakteristik, welche die zeitabhängige Durchbruchcharakteristik eines Oxidfilms ist, zuverlässiger verbessern kann als ein bekannter Silizium-Einkristall-Wafer, und der Silizium-Einkristall-Wafer wird unter stabilen Herstellungsbedingungen bereitgestellt.
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 2002-201093 [0005, 0005, 0015, 0017, 0020, 0056, 0090]
- JP 2001-503009 [0012]
- JP 3451955 [0044, 0047]

Claims

Silizium-Einkristall-Wafer, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren, wobei eine ganze Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in der Form eines Rings erzeugt werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und keine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region enthält.
Silizium-Einkristall-Wafer nach Anspruch 1, wobei rasches thermisches Tempern an dem Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird.
Silizium-Einkristall-Wafer, gezüchtet durch das Czochralski-Verfahren, wobei eine ganze Waferebene eine N-Region ist, die außerhalb von OSFs angeordnet ist, welche in der Form eines Rings erzeugt werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und eine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und eine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet, in der ganzen Waferebene nicht vorhanden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, wobei wenn ein Silizium-Einkristall durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, der Kristall unter Durchführung der Steuerung so gezüchtet wird, dass die Wachstumsgeschwindigkeit zu einer Wachstumsgeschwindigkeit wird zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit in einer Grenze, wo eine defekte Region, welche durch das RIE-Verfahren nachgewiesen wird und nach dem Verschwinden eines OSF-Rings verschwindet, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit des nach oben gezogenen Silizium-Einkristalls allmählich verringert wird, und der Wachstumsgeschwindigkeit in einer Grenze, wo eine interstitielle Versetzungsschleife erzeugt wird, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter verringert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers, wobei ein Silizium-Einkristall durch das Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls nach Anspruch 4 gezüchtet wird, ein Silizium-Einkristall-Wafer aus dem Silizium-Einkristall geschnitten wird, und rasches thermisches Tempern an dem Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, wobei wenn ein Silizium-Einkristall durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, der Kristall in einer Region gezüchtet wird, welche eine N-Region ist, die außerhalb eines OSF-Rings angeordnet ist, welche in der Form eines Rings auftritt, wenn Warmebehandlung an dem so gezüchteten Silizium-Einkristall-Wafer durchgeführt wird, die Region, enthaltend eine durch das RIE-Verfahren nachgewiesene defekte Region und keine Ni-Region, in welcher Sauerstoff-Fällung nicht einfach stattfindet.
Halbleiterbauelement, das einen der Silizium-Einkristall-Wafer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet, ein Silizium-Einkristall-Wafer, der aus dem Silizium-Einkristall geschnitten wird, der durch das Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls nach Anspruch 4 oder 6 hergestellt wird, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, der durch das Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls-Wafers nach Anspruch 5 hergestellt wird.