DE112011101914T5

DE112011101914T5 - Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers und Siliziumwafer

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Publication number: DE112011101914T5
Application number: DE112011101914T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Oka; Shuji Takahashi; Koji Ebara
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2013-03-28
Also published as: JP5439305B2; TW201214569A; KR101684873B1; KR20140001815A; JP2012023182A; CN103003927A; WO2012008087A1; TWI471940B; US20130093060A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers, zumindest umfassend: ein erstes Wärmebehandlungsverfahren, bei dem eine schnelle Wärmebehandlung auf einem Siliziumwafer mittels einer Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung in einer ersten Atmosphäre, die aus Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas, Edelgas und oxidierendem Gas mindestens eines enthält, bei einer ersten Temperatur, die höher als 1300°C und niedriger als oder gleich dem Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden durchgeführt wird; und ein zweites Wärmebehandlungsverfahren, bei dem nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren eine Temperatur und eine Atmosphäre derart gesteuert werden, dass sie eine zweite Temperatur und eine zweite Atmosphäre sind, die die Erzeugung eines Defekts unterdrücken, der durch eine Leerstelle im Siliziumwafer verursacht wird, und eine schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer bei der gesteuerten zweiten Temperatur in der gesteuerten zweiten Atmosphäre durchgeführt wird. Im Ergebnis wird ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers zur Verfügung gestellt, bei dem Defekte (RIE-Defekte), wie beispielsweise ein Oxidpräzipitat, ein COP und ein OSF, wobei die Defekte mittels des RIE-Verfahrens ermittelt werden, nicht in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche vorkommen, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, und die Lebensdauer 500 μsec oder länger ist, sowie einen Siliziumwafer, der mittels dieses Verfahrens hergestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers und auf einen Siliziumwafer, der mit diesem Verfahren hergestellt ist.
STAND DER TECHNIK
Da mit zunehmender Packungsdichte einer Halbleiterschaltung Bauelemente in den letzten Jahren feiner geworden sind, gibt es einen steigenden Bedarf an einem qualitativ höherwertigeren Silizium-Einkristall, der mittels des Czochralski-Verfahrens (nachfolgend als das CZ-Verfahren bezeichnet) hergestellt ist, wobei der Silizium-Einkristall als Substrat des Bauelements dient.
Im Übrigen tritt bei dem mittels des CZ-Verfahrens gezüchteten Silizium-Einkristall im Allgemeinen Sauerstoff in der Größenordnung von 10 bis 20 ppma (verwendet wird ein Umwandlungsfaktor von JEIDA: Japanese Electronic Industry Development Association) aus einem Quarztiegel aus und wird an einer Siliziumschmelzgrenzfläche in einen Siliziumkristall eingeführt.
Dann tritt im Verlauf des Kühlens des Kristalls der Zustand in einen übersättigten Zustand über, und der Sauerstoff agglomeriert, wenn die Kristalltemperatur 700°C oder weniger wird, und bildet ein Oxidpräzipitat (nachfolgend als eingewachsenes Oxidpräzipitat bezeichnet). Allerdings ist seine Größe extrem gering und verschlechtert bei einem Transport nicht die TZDB-(Time Zero Dielectric Breakdown = Zeit Null dielektrischer Durchbruch)-Charakteristika, die von den dielektrischen Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika umfasst sind, und die Bauelementcharakteristika. Es ist festgestellt worden, dass Defekte, die durch das Züchten eines Einkristalls hervorgerufen werden und die dielektrischen Oxid-Durchbruchsspannungscharakteristika und die Bauelementcharakteristika verschlechtern, Verbunddefekte sind, die dadurch erzeugt werden, dass der Kristall mit Leerstellen-Punktdefekten, die Leerstellen genannt werden (Vakanz, nachfolgend manchmal als Va abgekürzt), und interstitielles Silizium-Punktdefekten, die als interstitielles Silizium (interstitielles Si, nachfolgend manchmal als I abgekürzt) bezeichnet werden, übersättigt wird, wobei die Leerstellen-Punktdefekte und die interstitielles Silizium-Punktdefekte aus der Kristallschmelze in einen Silizium-Einkristall im Verlauf des Kühlens des Kristalls eingeführt werden und diese Punktdefekte mit Sauerstoff agglomerieren und eingewachsene (Grown-in) Defekte, wie beispielsweise FPDs, LSTDs, COPs und OSFs, sind.
Vor der Erläuterung dieser Defekte wird ein Faktor beschrieben, der die Konzentrationen von Va und I bestimmt, wobei Va und I in einen Silizium-Einkristall eingeführt werden.
4 ist eine Darstellung, die eine Defektregion eines Silizium-Einkristalls zeigt, wenn V/G, bei dem es sich um das Verhältnis der Ziehgeschwindigkeit V (mm/min) beim Züchten eines Einkristalls zum Durchschnittswert G (°C/mm) des Temperaturgradienten im Kristall in Richtung der Ziehachse im Temperaturbereich vom Siliziumschmelzpunkt bis 1300°C handelt, variiert wird, indem die Ziehgeschwindigkeit V (mm/min) beim Züchten eines Einkristalls variiert wird.
Im Allgemeinen hängt die Verteilung der Temperatur im Einkristall vom CZ-Ofenaufbau ab (nachfolgend als heiße Zone (HZ) bezeichnet) und bleibt in etwa gleich, selbst wenn die Ziehgeschwindigkeit variiert wird. Aus diesem Grund reagiert im Fall von CZ-Öfen mit demselben Aufbau V/G nur auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass die Ziehgeschwindigkeit V und V/G ungefähr direkt proportional sind. Daher wird die Ziehgeschwindigkeit V als vertikale Achse von 4 verwendet.
In einer Region, in der die Ziehgeschwindigkeit V relativ hoch ist, sind eingewachsene Defekte, wie beispielsweise FPDs, LSTDs und COPs, die als Gitterfehlstellen angesehen werden, die als Agglomeration von Leerstellen erzeugt werden, bei denen es sich um als Leerstelle bezeichnete Punktdefekte handelt, in hohen Dichten in fast dem gesamten Bereich in der Richtung eines Kristalldurchmessers vorhanden, und die Region, in der diese Defekte vorhanden sind, wird als V-reiche Region bezeichnet.
Wenn darüber hinaus die Wachstumsgeschwindigkeit reduziert wird, wird ein OSF-Ring, der am Rand des Kristalls ausgebildet wird, zum Inneren des Kristalls hin eingezogen und verschwindet schließlich. Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter reduziert wird, tritt eine neutrale (neutral: nachfolgend als N bezeichnet) Region auf, bei der der Überschuss oder Mangel an Va und interstitiellem Silizium gering ist. Es ist festgestellt worden, dass in der N-Region, da trotz einer ungleichmäßigen Verteilung von Va und I die Konzentrationen von Va und I niedriger als oder gleich den Sättigungskonzentrationen sind, diese nicht agglomerieren und zu Defekten werden. Die N-Region wird in eine Nv-Region, in der Va dominierend ist, und eine Ni-Region, in der I dominierend ist, unterteilt.
Es ist festgestellt worden, dass in der Nv-Region viele Oxidpräzipitate (Bulk Micro Defects = Volumenmikrodefekte, nachfolgend als BMD bezeichnet) gebildet werden, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, und in der Ni-Region fast keine Sauerstoffpräzipitation auftritt. Eine Region mit einer geringeren Wachstumsgeschwindigkeit wird als I-reiche Region bezeichnet, weil die Region mit I übersättigt ist, wodurch L/D (das eine Abkürzung für große Versetzung ist: eine interstitielle Versetzungsschleife, wie beispielsweise ein LSEPD oder ein LEPD)-Defekte, die als Versetzungsschleifen betrachtet werden, die als Cluster von I ausgebildet sind, in einer geringen Dichte darin vorhanden sind.
Dies macht es möglich, einen Siliziumwafer mit einer äußerst geringen Anzahl an Defekten zu erhalten, wobei der Siliziumwafer, dessen gesamte Oberfläche die N-Region ist, durch Schneiden und Polieren eines nach oben gezogenen Einkristalls mit der Wachstumsgeschwindigkeit derart gesteuert wird, dass die gesamte Region vom Zentrum des Kristalls in radialer Richtung die N-Region wird.
Wenn darüber hinaus die zuvor beschriebenen BMDs an einer Siliziumwaferoberfläche erzeugt werden, bei der es sich um eine aktive Region des Bauelements handelt, beeinflussen die BMDs die Bauelementcharakteristika, wie beispielsweise die Sperrschicht-Leckage; andererseits sind, wenn die BMDs nicht im aktiven Bereich des Bauelements in einer großen Menge vorliegen, die BMDs von Nutzen, weil sie als Getterungsstellen fungieren, die Metallverunreinigungen einfangen, die während des Bauelementverfahrens eingemischt werden.
In den letzten Jahren ist als Verfahren zum Bilden von BMDs in einer Ni-Region, in der keine BMDs erzeugt werden, ein Verfahren (Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Wärmebehandlung) vorgeschlagen worden, mit dem die RTP-(Rapid Thermal Process = rasches thermisches Verfahren)-Behandlung durchgeführt wird. Die RTP-Behandlung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, mit dem die Temperatur schnell von Raumtemperatur zum Beispiel mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50°C/sec in einer Nitridfilmbildungsatmosphäre oder einer Mischgasatmosphäre aus einem Nitridfilmbildungsatmosphärengas und einem Nitridfilm-Nichtbildungsatmosphärengas, wie beispielsweise einem Edelgas oder einem reduzierenden Gas, angehoben wird und ein Silizium-Wafer für etwa mehrere zehn Sekunden auf eine Temperatur von etwa 1200°C erwärmt wird und dann schnell mit einer Temperaturabsenkgeschwindigkeit von beispielsweise 50°C/sec gekühlt wird.
Ein Mechanismus, durch den BMDs als Ergebnis einer Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung gebildet werden, die nach der RTP-Behandlung durchgeführt wird, ist ausführlich im Patentdokument 1 und Patentdokument 2 beschrieben. Es wird nun kurz ein BMD-Bildungsmechanismus beschrieben.
Zuerst wird bei der RTP-Behandlung Va von der Oberfläche eines Siliziumwafers injiziert, während eine hohe Temperatur von 1200°C zum Beispiel in einer N₂-Atmosphäre aufrechterhalten wird, und eine Neuverteilung von Va aufgrund dessen Diffusion und das Verschwinden mit I treten auf, während der Temperaturbereich von 1200°C auf 700°C mit einer Temperaturabsenkgeschwindigkeit von beispielsweise 5°C/sec gekühlt wird. Im Ergebnis tritt der Zustand in einen Zustand über, in dem Va ungleichmäßig in der großen Menge verteilt ist. Wenn der Siliziumwafer in einem solchen Zustand zum Beispiel bei 800°C wärmebehandelt wird, wird Sauerstoff schnell in einer Region mit einer hohen Va-Konzentration angehäuft, allerdings wird Sauerstoff nicht in einer Region mit einer niedrigen Va-Konzentration angehäuft. Wenn dann die Wärmebehandlung in diesem Zustand zum Beispiel bei 1000°C für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt wird, wächst der angehäufte Sauerstoff und es werden BMDs gebildet.
Wenn, wie zuvor beschrieben, eine Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung auf dem einer RTP-Behandlung unterzogenen Siliziumwafer durchgeführt wird, werden BMDs, die in der Tiefenrichtung des Siliziumwafers verteilt sind, gemäß dem Konzentrationsprofil des durch die RTP-Behandlung gebildeten Va ausgebildet. Daher ist es möglich, ein gewünschtes Va-Konzentrationsprofil im Siliziumwafer zu bilden, indem die RTP-Behandlung durchgeführt wird, während deren Zustände, wie beispielsweise die Atmosphäre, die maximale Temperatur und die Haltezeit, kontrolliert werden, und es ist möglich, einen Siliziumwafer herzustellen, der eine gewünschte DZ-Breite und ein gewünschtes BMD-Profil in der Tiefenrichtung hat, indem die Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung auf dem so erhaltenen Siliziumwafer durchgeführt wird.
Das Patentdokument 3 offenbart die Unterdrückung der BMD-Bildung als Ergebnis der Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche aufgrund der durchgeführten RTP-Behandlung in einer Atmosphäre aus Sauerstoffgas und I, welche aus einer Oxidfilm-Sperrschicht injiziert werden. Wie zuvor beschrieben, kann die RTP-Behandlung die BMD-Bildung abhängig von den Bedingungen, wie beispielsweise atmosphärisches Gas und maximale Haltetemperatur, fördern oder unterdrücken.
Da ein Tempern bei einer solchen RTP-Behandlung für eine äußerst kurze Zeit durchgeführt wird, tritt eine nach außen gerichtete Diffusion des Sauerstoffs kaum auf, wodurch es möglich wird, eine Reduzierung der Sauerstoffkonzentration in einer Oberflächenschicht zu ignorieren.
Darüber hinaus beschreibt das Patentdokument 4 ein Verfahren zum Durchführen der RTP-Behandlung auf einem Siliziumwafer, dessen gesamte Oberfläche eine N-Region ist, indem ein Siliziumwafer von einem Einkristall in einer N-Region abgeschnitten wird, in der keine Agglomeration von Va und I vorhanden ist.
Da keine eingewachsenen Defekte in Si vorhanden sind, wobei es sich um ein Material handelt, kann es mit diesem Verfahren möglich sein, den Wafer leicht durch die RTP-Behandlung frei von Defekten zu bekommen. Wenn allerdings der Siliziumwafer, dessen gesamte Oberfläche eine N-Region ist, hergestellt wird und nach der RTP-Behandlung TDDB-Charakteristika, die zeitabhängige dielektrische Durchbruchscharakteristika sind, die die langfristige Zuverlässigkeit eines Oxidfilms anzeigen, gemessen werden, obwohl die TZDB-Charakteristika in einer Nv-Region des Siliziumwafers kaum verschlechtert sind, werden die TDDB-Charakteristika manchmal schlechter. Da wie im Patentdokument 5 beschrieben eine Region, in der die TDDB-Charakteristika verschlechtert sind, eine Nv-Region und eine Region ist, in der ein durch ein RIE-Verfahren ermittelter Defekt vorhanden ist, ist es äußerst wichtig, einen Siliziumwafer ohne RIE-Defekte in dessen Oberflächenschicht und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Siliziumwafers zu entwickeln.
Ein Kristalldefektbeurteilungsverfahren mittels dieses RIE-Verfahrens wird erläutert.
Bei dem RIE-Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Beurteilen eines Siliziumoxid (nachfolgend als SiO_x bezeichnet) enthaltenden Mikrokristalldefekts in einem Halbleiter-Einkristallwafer, während eine Tiefenauflösung vorgesehen ist, und es ist ein im Patentdokument 6 offenbartes Verfahren bekannt.
Dieses Verfahren führt eine Beurteilung eines Kristalldefekts durch, indem ein hochselektives anisotropes Ätzens, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen, auf der Hauptoberfläche eines Wafers in gegebener Dicke ausgeführt und der verbleibende Ätzrest ermittelt wird.
Da eine Region, in der ein SiO_x enthaltender Kristalldefekt ausgebildet ist, und eine Nicht-Bildungsregion, die kein SiO_x enthält, sich hinsichtlich der Ätzrate unterscheiden (die erstere hat eine niedrigere Ätzrate), wenn das zuvor beschriebene reaktive Ionenätzen durchgeführt wird, bleibt eine konische Welle, die an ihrem Scheitelpunkt einen SiO_x, enthaltenden Kristalldefekt aufweist, auf der Hauptoberfläche des Wafers zurück. Der Kristalldefekt wird in Form eines Vorsprungs verstärkt, der durch anisotropes Ätzen erzeugt wird, wodurch es möglich wird, selbst einen Mikrodefekt leicht festzustellen.
Nachfolgend wird ein Kristalldefektbeurteilungsverfahren, das im Patentdokument 6 offenbart ist, beschrieben.
Durch eine Wärmebehandlung wird ein Oxidpräzipitat ausgebildet, bei dem es sich um Sauerstoff handelt, der als SiO_x abgeschieden wird, wobei der Sauerstoff in einem Siliziumwafer in einem übersättigten Zustand gelöst ist. Wenn dann das Ätzen auf dem Siliziumwafer von einer Hauptoberfläche des Siliziumwafers durch anisotropes Ätzen mit einem hohen Selektivitätsverhältnis für einen BMD, der in dem Siliziumwafer enthalten ist, in einer Atmosphäre aus einem auf Halogen beruhenden Gasgemisch (zum Beispiel HBr/Cl₂/He + O₂) mittels einer im Handel erhältlichen RIE-Vorrichtung durchgeführt wird, wird ein konischer Vorsprung, der durch den BMD hervorgerufen wird, als Ätzrest (eine Welle) ausgebildet. Daher kann ein Kristalldefekt auf der Grundlage der Welle beurteilt werden. Zum Beispiel ist es durch Zählen von so erhaltenen Wellen möglich, die Dichte von MBDs im Siliziumwafer in der Ätzregion zu bestimmen.
Wenn Defekte der Waferoberflächenschicht, die der Wärmebehandlung mittels des bestehenden Wärmebehandlungsverfahrens unterzogen werden, mittels des zuvor beschriebenen RIE-Verfahrens beurteilt wurden, wurde festgestellt, dass die Defekte nicht ausreichend ausgemerzt wurden.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2001-203210
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2001-503009
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2003-297839
Patentdokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2001-203210
Patentdokument 5: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2009-249205
Patentdokument 6: japanisches Patent Nummer 3451955

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Wenn ein MOS-Transistor in einem Bauelementverfahren hergestellt wird und eine Sperrvorspannung zum Betreiben des MOS-Transistors an eine Gate-Elektrode angelegt wird, expandiert eine Sperrschicht. Wenn ein Defekt, wie beispielsweise ein BMD, in der Region der Sperrschicht vorliegt, bewirkt ein solcher Defekt eine Sperrschicht-Leckage. Aus diesem Grund darf ein eingewachsener Defekt, der durch ein COP, ein BMD und ein eingewachsenes Oxidpräzipitat verkörpert wird, nicht in einer Waferoberflächenschicht (insbesondere eine 3 μm Region von der Oberfläche) vorkommen, die bei vielen Bauelementen eine Betriebsregion ist. Im Allgemeinen ist es notwendig, die Sauerstoffkonzentration unterhalb der festen Löslichkeitsgrenze zu halten, um sauerstoffbezogene Defekte, wie beispielsweise COPs, OSF-Kerne und Oxidpräzipitate auszumerzen. Dies kann mittels eines Verfahrens erreicht werden, bei dem die Sauerstoffkonzentration der Oberflächenschicht unterhalb der festen Löslichkeitsgrenze gehalten wird, indem eine Wärmebehandlung bei zum Beispiel 1100°C oder höher durchgeführt wird, und die Sauerstoffkonzentration der Oberflächenschicht aufgrund einer nach außen gerichteten Sauerstoffdiffusion verringert wird. Allerdings wird die Sauerstoffkonzentration der Oberflächenschicht durch die nach außen gerichtete Diffusion des Sauerstoffs signifikant verringert, was zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit der Oberflächenschicht führt.
Weiterhin muss ein Minoritätsträger eine ausreichende Lebensdauer haben, damit das Halbleiter-Bauelement richtig funktioniert. Die Lebensdauer des Minoritätsträgers (nachfolgend als Lebensdauer bezeichnet) wird durch die Bildung eines Defektniveaus verkürzt, das durch Metallverunreinigungen, Sauerstoffpräzipitation, Leerstellen usw. hervorgerufen wird. Um die Funktion des Halbleiter-Bauelements stabil sicherzustellen, ist es daher notwendig, einen Siliziumwafer auf eine solche Weise herzustellen, dass die Lebensdauer mindestens 500 μsec oder mehr beträgt.
Im Hinblick auf diese Umstände ist in den neueren Bauelementen ein Siliziumwafer wirksam, der keine sauerstoffbezogenen eingewachsenen Defekte und eingewachsenen Oxidpräzipitate in einer Bauelementfunktionsregion aufweist, in der die Lebensdauer 500 μsec oder mehr ist und ein BMD, der eine Getterung-Stelle wird, durch die Wärmebehandlung des Bauelements präzipitiert wird.
Aufgrund einer intensiven Studie haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es durch das Durchführen der RTP-Behandlung bei einer Temperatur von über 1300°C, möglich ist, RIE-Defekte in einer Siliziumwaferoberflächenschicht auszumerzen. Allerdings ist gleichzeitig festgestellt worden, dass in dem Siliziumwafer, der bei einer Temperatur von über 1300°C der RTP-Behandlung unterzogen wurde, die Lebensdauer nach der Wärmebehandlung stark verkürzt ist. Wie zuvor beschrieben, wird ein Fall, in dem die Lebensdauer kürzer als 500 μsec ist, zu einem Problem, weil es eine große Möglichkeit eines Bauelementversagens gibt.
Im Hinblick auf diese Tatsachen ist es, damit ein Bauelement richtig funktioniert, notwendig, einen Siliziumwafer ohne RIE-Defekte vorzusehen, bei dem die Lebensdauer ausreichend lang ist.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Probleme vorgenommen worden, und eine ihrer Aufgaben ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers vorzusehen, bei dem Defekte (RIE-Defekte), wie beispielsweise ein Oxidpräzipitat, ein COP und ein OSF, die mittels eines RIE-Verfahrens ermittelt werden, in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, nicht vorkommen und die Lebensdauer 500 μsec oder länger ist, sowie einen Siliziumwafer, der mit diesem Verfahren hergestellt wird.
MTTTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu erzielen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers vor, der zumindest umfasst: ein erstes Wärmebehandlungsverfahren, bei dem eine schnelle Wärmebehandlung auf einem Siliziumwafer durchgeführt wird, der von einem Silizium-Einkristallblock abgeschnitten wurde, der mittels des Czochralski-Verfahrens unter Anwendung einer Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung in einer ersten Atmosphäre, die aus Nitridfilmbildungsatmosphärengas, Edelgas und oxidierendem Gas mindestens eines enthält, bei einer ersten Temperatur, die höher als 1300°C ist und niedriger als oder gleich dem Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden gezüchtet wurde; sowie ein zweites Wärmebehandlungsverfahrens, bei dem nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren eine Temperatur und eine Atmosphäre so gesteuert werden, dass sie eine zweite Temperatur und eine zweite Atmosphäre sind, die die Erzeugung eines Defekts unterdrücken, der durch eine Leerstelle im Siliziumwafer hervorgerufen wird, und eine schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer bei der kontrollierten zweiten Temperatur in der kontrollierten zweiten Atmosphäre durchgeführt wird.
Dadurch, dass ein solches erstes Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, ist es möglich, Defekte auszumerzen, die durch ein RIE-Verfahren in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche des Siliziumwafers ermittelt werden. Dann ist es dadurch möglich, dass das zuvor beschriebene zweite Wärmebehandlungsverfahren nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, die Konzentration von Leerstellen zu reduzieren, die im Siliziumwafer im ersten Wärmebehandlungsverfahren übermäßig erhöht sind, und die Erzeugung eines Defektniveaus zu unterdrücken, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wird. Dies macht es möglich zu verhindern, dass die Lebensdauer eines herzustellenden Siliziumwafers verkürzt wird. Darüber hinaus ist es durch das Durchführen der schnellen Wärmebehandlung möglich, die Präzipitation von BMDs im Wafer zur Zeit der Bauelementwärmebehandlung wirksam zu steuern.
Dabei ist es bevorzugt, dass in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren das zweite Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, indem die Temperatur schnell von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur, die niedriger als 1300°C ist, mit einer Temperaturabsenkgeschwindigkeit von 5°C/sec oder mehr aber 150°C/sec oder weniger abgesenkt wird und eine schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer auf der zweiten Temperatur für 1 bis 60 Sekunden durchgeführt wird.
Wie zuvor beschrieben, ist es durch das Durchführen der zuvor beschriebenen schnellen Wärmebehandlung im zweiten Wärmebehandlungsverfahren möglich, die Leerstellenkonzentration im Siliziumwafer wirksam zu reduzieren und die Erzeugung eines Defekts, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wird, wirksam zu unterdrücken. Dadurch wird es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass die Lebensdauer verkürzt wird.
Zu dieser Zeit kann als zweite Atmosphäre in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre, die aus Edelgas und Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas mindestens eines enthält, verwendet werden, und die zweite Temperatur kann auf 300°C oder höher aber niedriger als 1300°C eingestellt werden.
Dadurch, dass ein solches zweites Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, ist es möglich, die Leerstellenkonzentration zu verringern und die Erzeugung eines Defekts in geeigneter Weise zu unterdrücken, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wird. Dies macht es möglich, zuverlässig einen Siliziumwafer herzustellen, bei dem die Lebensdauer nicht verkürzt ist. Darüber hinaus ist es in einer Atmosphäre, die aus Edelgas und Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas mindestens eines enthält, möglich, einen Siliziumwafer zu erhalten, bei dem genügend BMDs in einem Bauelementfabrikationsverfahren präzipitiert werden.
Weiterhin können als zweite Atmosphäre in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre eines reduzierenden Gases oder eines Gasgemischs aus dem reduzierenden Gas und dem Edelgas verwendet werden, und die zweite Temperatur kann auf 300°C oder höher aber niedriger als 900°C eingestellt sein.
Dadurch, dass ein solches zweites Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, ist es möglich, die Leerstellenkonzentration zu reduzieren und die Erzeugung eines Defekts, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wird, in geeigneter Weise zu unterdrücken. Dies macht es möglich, zuverlässig einen Siliziumwafer zu erhalten, bei dem die Lebensdauer nicht verkürzt ist. Wenn darüber hinaus die zweite Atmosphäre eine Atmosphäre aus einem reduzierenden Gas oder einem Gasgemisch aus dem reduzierenden Gas und dem Edelgas ist, ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass eine Gleitversetzung erzeugt wird, wenn die Temperatur niedriger als 900°C ist, und einen Siliziumwafer zu erzeugen, in dem die BMDs zufriedenstellend präzipitiert werden.
Dabei kann als zweite Atmosphäre im zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre aus dem oxidierenden Gas verwendet werden, und die zweite Temperatur kann auf 300°C oder höher aber 700°C oder niedriger oder 1100°C oder höher aber niedriger als 1300°C eingestellt werden.
Dadurch, dass ein solches zweites Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, ist es möglich, eine Leerstelle durch eine Injektion von interstitiellem Silizium auszumerzen und einen Defekt adäquat zu unterdrücken, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wird. Dies macht es möglich, einen Siliziumwafer mit einer längeren Lebensdauer zu erhalten.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Siliziumwafer ein Silizium-Einkristallwafer ist, der von einem Silizium-Einkristallblock abgeschnitten wurde, dessen gesamte Oberfläche eine OSF-Region, eine N-Region oder eine Region ist, bei der die OSF-Region und die N-Region gemischt sind.
Durch die Verwendung eines solchen Silizium-Einkristallwafers wird ein Defekt in dem ersten Wärmebehandlungsverfahren leichter ausgemerzt. Wenn daher sogar Polieren, Ätzen usw. in einem späteren Verfahren durchgeführt werden, taucht kein Defekt auf der Vorderfläche auf, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, wodurch es möglich ist, einen qualitativ hochwertigeren Siliziumwafer herzustellen.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Siliziumwafer, der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines Siliziumwafers hergestellt wird, wobei in dem Siliziumwafer ein Defekt, der mittels eines RIE-Verfahrens ermittelt wird, nicht in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche des Siliziumwafers vorhanden ist, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, und die Lebensdauer des Siliziumwafers 500 μsec oder mehr beträgt.
Bei einem solchen Siliziumwafer liegt kein Bauelementcharakteristikfehler, der durch einen Defekt in einer Bauelementfabrikationsregion hervorgerufen wird, oder eine verkürzte Lebensdauer vor, und er wird ein qualitativ hochwertiger Wafer für die Bauelementfabrikation.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie zuvor beschrieben, tritt gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bauelementfehler nicht auf, da kein Defekt in einer Oberflächenschicht vorhanden ist und die Lebenszeit nicht verkürzt ist, wodurch es möglich ist, einen qualitativ hochwertigen Siliziumwafer herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung zum Herstellen eines Einkristallwafers zeigt;
3 ist eine Veranschaulichung, die das Verhältnis zwischen einer Wärmebehandlungstemperatur und einer Atmosphäre, bei bzw. in der eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, in einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel und der BMD-Dichte zeigt; und
4 ist eine erläuternde Darstellung, die das Verhältnis zwischen einer Ziehgeschwindigkeit und einer Defektregion bei der Herstellung des Silizium-Einkristalls zeigt.
BESTE ART ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Untersuchungen durchgeführt, um einen Siliziumwafer mit einer Oberflächenschicht ohne Defekte herzustellen, bei dem kein Bauelementfehler auftritt.
Im Ergebnis ist festgestellt worden, dass dadurch, dass die schnelle Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über 1300°C durchgeführt wird, es möglich ist, Defekte, die mittels des RIE-Verfahrens festgestellt wurden, bis zu einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche des Siliziumwafers auszumerzen.
Darüber hinaus ist als Ergebnis einer weiteren Studie festgestellt worden, dass, wenn die Lebensdauer eines Siliziumwafers, auf dem die schnelle Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über 1300°C durchgeführt wurde, wie zuvor beschrieben, beurteilt wird, die Lebensdauer unerwünscht verkürzt wird. Der Grund dafür ist nicht klar, aber es wird davon ausgegangen, dass, wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über 1300°C durchgeführt wird, eine hohe Konzentration von Leerstellen übermäßig in dem Wafer erzeugt werden und die Leerstellen sich im Verlauf des Kühlens ansammeln oder sich die Leerstellen mit anderen, im Wafer vorhandenen Elementen vereinen, was zur Erzeugung eines Defektniveaus führt. Die verkürzte Lebensdauer ist nicht erwünscht, weil sie zu einem Faktor für eine Verringerung der Ausbeute in einem Bauelementverfahren und zu einer Destabilisierung der Bauelementfunktion werden kann.
Es ist festgestellt worden, dass, um eine solche verkürzte Lebensdauer zu verhindern, Defekte in einer Waferoberflächenschicht bei einer Temperatur von über 1300°C ausgemerzt werden und dann als zweite Wärmebehandlung die schnelle Wärmebehandlung bei einer zweiten Temperatur in einer zweiten Atmosphäre zum Unterdrücken des Erzeugens eines durch eine Leerstelle hervorgerufenen Defekts durchgeführt wird, so dass die vorliegende Erfindung damit abgeschlossen ist. Dies macht es möglich, Defekte in einer Oberflächenschicht auszumerzen und gleichzeitig eine verkürzte Lebensdauer zu verhindern, wodurch es möglich wird, einen qualitativ hochwertigen Siliziumwafer ohne Bauelementfehler herzustellen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich als Beispiel einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt. 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung zum Verarbeiten von einzelnen Wafern zeigt.
Bei einem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Silizium-Einkristallblock gezüchtet, und ein Siliziumwafer wird vom Silizium-Einkristallblock abgeschnitten.
Der Durchmesser usw. eines zu züchtenden Silizium-Einkristallblocks ist nicht auf einen bestimmten Durchmesser usw. beschränkt und kann auf beispielsweise 150 bis 300 mm oder mehr eingestellt werden, und ein Silizium-Einkristallblock kann für einen bestimmten Zweck auf eine gewünschte Größe anwachsen gelassen werden.
Darüber hinaus ist es im Hinblick auf eine Defektregion eines zu züchtenden Silizium-Einkristallblocks möglich, zum Beispiel einen Einkristallblock zu züchten, wobei die gesamte Oberfläche aus einer V-reichen Region, einer OSF-Region, einer N-Region oder einer Region besteht, bei der diese Regionen gemischt sind; vorzugsweise wird ein Silizium-Einkristallblock gezüchtet, dessen gesamte Oberfläche eine OSF-Region, eine N-Region oder eine Region ist, bei der die OSF-Region und die N-Region gemischt sind.
Die vorliegende Erfindung kann Defekte selbst in einem Siliziumwafer stark reduzieren, der von einem eine V-reiche Region enthaltenden Silizium-Einkristallblock abgeschnitten wurde, wobei die Tendenz besteht, dass im Siliziumwafer COPs usw. erzeugt werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung besonders für einen Siliziumwafer wirksam, der von einem Silizium-Einkristallblock abgeschnitten wird, dessen gesamte Oberfläche eine OSF-Region, eine N-Region oder eine Region ist, bei der die OSF-Region und die N-Region gemischt sind, weil der Siliziumwafer fast keine COPs enthält, die am schwierigsten auszumerzen sind, wodurch es möglich wird, Defekte zuverlässig durch eine schnelle Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung auszumerzen, und es leicht wird, auch RIE-Defekte in einer tieferen Position auszumerzen.
Es wird nun eine Einkristall-Ziehvorrichtung, die beim Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, beschrieben.
In 1 wird eine Einkristall-Ziehvorrichtung 10 gezeigt. Die Einkristall-Ziehvorrichtung 10 umfasst eine Ziehkammer 11, einen Tiegel 12, der in der Ziehkammer 11 vorgesehen ist, eine Heizeinrichtung 14, die um den Tiegel 12 herum angeordnet ist, eine Tiegelhaltewelle 13, die den Tiegel 12 dreht, und einen Mechanismus (nicht gezeigt) zum Drehen der Tiegelhaltewelle 13, ein Impffutter 21, das einen Silizium-Impfkristall hält, einen Draht 19, der das Impffutter 21 nach oben zieht, und einen Aufnahmemechanismus (nicht gezeigt), der den Draht 19 dreht oder aufnimmt. Im Inneren des Tiegels 12 wird ein Quarztiegel auf der Seite vorgesehen, auf der der Tiegel 12 die Siliziumschmelze (geschmolzenes Metall) 18 darin enthält, und außerhalb des Tiegels 12 ist ein Graphittiegel vorgesehen. Darüber hinaus ist ein wärmeisolierendes Material 15 um die Außenseite der Heizeinrichtung 14 angeordnet.
Außerdem kann gemäß den Herstellungsbedingungen ein ringförmiger Graphitzylinder (ein Gasfluss-Führungszylinder) 16 wie in 1 vorgesehen sein, oder es kann auch ein ringförmiges äußeres wärmeisolierendes Material (nicht gezeigt) am Rand einer Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche 17 eines Kristalls vorgesehen sein. Weiterhin ist es auch möglich, eine zylindrische Kühlvorrichtung vorzusehen, die einen Einkristall durch Sprühen eines Kühlgases oder durch Aussperren von Strahlungswärme kühlt.
Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Vorrichtung des so genannten MCZ-Verfahrens zu verwenden, die ein stabiles Züchten eines Einkristalls durch Unterdrücken der Konvektion der Schmelze durch Vorsehen eines Magneten (nicht gezeigt) an der Außenseite der Ziehkammer 11 in horizontaler Richtung und Anlegen eines horizontalen oder vertikalen magnetischen Felds an die Siliziumschmelze 18 sicherstellt.
Die einzelnen Abschnitte dieser Vorrichtungen können zum Beispiel denen der bestehenden Vorrichtungen ähnlich sein.
Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Einkristallzüchtverfahren durch die zuvor beschriebene Einkristall-Ziehvorrichtung 10 beschrieben.
Zuerst wird ein hochreines polykristallines Silizium-Material geschmolzen, indem es auf den Schmelzpunkt (etwa 1420°C) oder mehr im Tiegel 12 erwärmt wird. Als Nächstes wird der Draht 19 abgerollt, um die Spitze des Impfkristalls praktisch mit dem Zentrum der Oberfläche der Siliziumschmelze 18 in Kontakt zu bringen oder die Spitze des Impfkristalls darin einzutauchen. Dann wird die Tiegelhaltewelle 13 in einer geeigneten Richtung gedreht und der Draht 19 wird aufgenommen, während er gedreht wird, um den Impfkristall nach oben zu ziehen. Auf diese Weise wird das Züchten eines Silizium-Einkristallblocks 20 begonnen.
Dann werden die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur in geeigneter Weise derart eingestellt, dass eine gewünschte Defektregion gebildet wird, und es wird ein Silizium-Einkristallblock 20 mit einer praktisch zylindrischen Form erhalten.
Um zum Beispiel die gewünschte Ziehgeschwindigkeit (Wachstumsgeschwindigkeit) wirksam zu steuern, wird ein vorläufiger Test zum Prüfen des Verhältnisses zwischen einer Ziehgeschwindigkeit und einer Defektregion durch Züchten eines Blocks bei variierten Ziehgeschwindigkeiten vorher durchgeführt, und die Ziehgeschwindigkeit wird dann wieder in einem Haupttest auf der Grundlage des Verhältnisses gesteuert, das es möglich macht, einen Silizium-Einkristallblock derart herzustellen, dass eine gewünschte Defektregion erhalten wird.
Dann werden zum Beispiel das Aufschneiden, Polieren und dergleichen an dem auf diese Weise hergestellten Silizium-Einkristallblock durchgeführt, und es kann ein Siliziumwafer erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt, bei dem eine schnelle Wärmebehandlung auf dem erhaltenen Siliziumwafer durchgeführt wird, indem eine Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung verwendet wird, indem der Siliziumwafer in einer ersten Atmosphäre, die aus Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas, Edelgas und oxidierendem Gas mindestens eines enthält, bei einer ersten Temperatur, die höher als 1300°C und ist niedriger als oder gleich dem Silizium-Schmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden gehalten wird.
Mit diesem ersten Wärmebehandlungsverfahren bei einer Wärmebehandlungstemperatur von über 1300°C ist es möglich, RIE-Defekte zuverlässig in einem Tiefenbereich von mindestens 1 μm von der Oberfläche des Siliziumwafers auszumerzen. Dies verhindert, dass Defekte an der Oberfläche auftauchen, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, wodurch es möglich wird, einen Bauelementfehler zu verhindern.
Darüber hinaus ist es, was die Schnellwärmebehandlungszeit im ersten Wärmebehandlungsverfahren anbetrifft, nur notwendig, die Behandlung für 1 bis 60 Sekunden durchzuführen. Insbesondere gibt es durch Einstellen einer oberen Grenze bei 60 Sekunden fast kein Abfallen der Produktivität, die einen Kostenanstieg verhindert, und es ist möglich, die Erzeugung einer Gleitversetzung während der schnellen Wärmebehandlung zuverlässig zu verhindern. Außerdem ist es dadurch, dass eine Diffusion von Sauerstoff nach außen während der Wärmebehandlung in der genau richtigen Weise erfolgt, möglich zu verhindern, dass die Sauerstoffkonzentration in der Oberflächenschicht stark reduziert wird, wodurch es möglich wird, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit zu verhindern.
Weiterhin ist es in der zuvor beschriebenen Atmosphäre möglich, RIE-Defekte in der Waferoberflächenschicht auszumerzen und gleichzeitig Punktdefekte, wie beispielsweise neue Leerstellen, in dem Wafer gleichförmig auszubilden. Dies sorgt für eine beträchtliche Förderung der BMD-Bildung zur Zeit der Bauelement-Wärmebehandlung usw. in einem späteren Verfahren und macht es möglich, einen Siliziumwafer mit hoher Getterungsleistung zu erzeugen. Darüber hinaus wird in einer oxidierendes Gas enthaltenden Atmosphäre abhängig von der Konzentration die BMD-Bildung zur Zeit der Bauelement-Wärmebehandlung unterdrückt. Wie zuvor beschrieben ist es möglich, die BMD-Bildung zur Zeit der Bauelement-Wärmebehandlung durch Einstellen der Atmosphäre zu steuern.
Darüber hinaus ist die Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung, die zur schnellen Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, nicht auf eine bestimmte Vorrichtung beschränkt, und eine Vorrichtung ähnlich einer im Handel erhältlichen, bestehenden Vorrichtung kann verwendet werden. Eine schematische Darstellung für ein Beispiel einer Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung, die für die schnelle Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in 2 gezeigt.
Eine Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung 52 hat eine Kammer 53 aus Quarz, und die schnelle Wärmebehandlung kann auf einem Siliziumwafer W in dieser Kammer 53 durchgeführt werden. Das Erwärmen wird mittels Wärmelampen 54 (zum Beispiel Halogenlampen) durchgeführt, die derart angeordnet sind, dass sie die Kammer 53 von oben und unten und von rechts und links umgeben. Die Wärmelampen 54 sind so konfiguriert, dass sie den elektrischen Strom, der unabhängig zugeführt wird, steuern.
Eine automatische Klappe 55 ist auf der Gasauslassseite vorgesehen und lässt Außenluft draußen. Die automatische Klappe 55 ist mit einer nicht dargestellten Wafereinführöffnung ausgestattet, die so konfiguriert ist, dass sie durch ein Gate-Ventil geöffnet und geschlossen werden kann. Darüber hinaus wird die automatische Klappe 55 mit einer Abgasöffnung 51 ausgestattet, die es möglich macht, die Ofenatmosphäre einzustellen.
Weiterhin wird der Siliziumwafer W auf einem Dreipunkt-Stützabschnitt 57 angeordnet, der auf einem Quarztablett 56 ausgebildet ist. Auf der Seite des Quarztabletts 56, wo eine Gaszuführöffnung vorgesehen ist, wird ein Quarzpuffer 58 vorgesehen, der es möglich macht zu verhindern, dass ein zugeführtes Gas, wie beispielsweise ein oxidierendes Gas, ein Nitriergas oder ein Ar-Gas, direkt auf den Siliziumwafer W bläst.
Außerdem wird in der Kammer 53 ein nicht veranschaulichtes spezielles Fenster zum Messen der Temperaturen vorgesehen, und es ist möglich, die Temperatur des Siliziumwafers W durch das spezielle Fenster mittels eines Pyrometers 59 zu messen, das außerhalb der Kammer 53 vorgesehen ist.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Erfindung ein zweites Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt, bei dem nach dem zuvor beschriebenen ersten Wärmebehandlungsverfahren eine Temperatur und eine Atmosphäre derart gesteuert werden, dass sie eine zweite Temperatur und eine zweite Atmosphäre sind, die die Erzeugung eines Defekts unterdrücken, der durch eine Leerstelle im Siliziumwafer hervorgerufen wird, und eine schnelle Wärmebehandlung wird auf dem Siliziumwafer bei der gesteuerten zweiten Temperatur in der gesteuerten zweiten Atmosphäre durchgeführt.
Mit einem solchen zweiten Wärmebehandlungsverfahren ist es möglich, eine Agglomeration von Leerstellen und die Bildung eines Defektniveaus aufgrund einer Leerstelle zu verhindern und zu verhindern, dass die Lebensdauer stark verkürzt wird. Dies macht es möglich, einen Siliziumwafer zu erhalten, bei dem die Lebensdauer nach der Wärmebehandlung 500 μsec oder mehr beträgt.
Zu dieser Zeit ist es im zweiten Wärmebehandlungsverfahren nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren bevorzugt, das zweite Wärmebehandlungsverfahren durchzuführen, indem die Temperatur schnell von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur, die niedriger als 1300°C ist, mit einer Temperaturabsenkgeschwindigkeit von 5°C/sec oder mehr aber 150°C/sec oder weniger abgesenkt wird und die schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer auf der zweiten Temperatur für 1 bis 60 Sekunden durchgeführt wird.
Durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsverfahrens unter den zuvor beschriebenen Bedingungen ist es möglich, die Leerstellenkonzentration zu reduzieren und die Bildung eines Defektniveaus aufgrund einer Leerstelle wirksam zu unterdrücken und eine verkürzte Lebensdauer wirksam zu verhindern.
Darüber hinaus ist es möglich, als zweite Atmosphäre in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre zu verwenden, die aus Edelgas und Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas mindestens eines enthält, und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber niedriger als 1300°C einzustellen.
In einer solchen Atmosphäre und bei einer solchen Temperatur der Wärmebehandlung ist es möglich, die Agglomeration von Leerstellen und die Bildung eines Defektniveaus aufgrund einer Leerstelle wirksamer zu unterdrücken. Weiterhin wird, wenn die zweite Atmosphäre eine Atmosphäre ist, die aus Edelgas und Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas mindestens eines enthält, die BMD-Bildung zur Zeit der Bauelement-Wärmebehandlung weiter gefördert. Darüber hinaus ist als zweite Temperatur in einer solchen Atmosphäre eine Temperatur von 300°C oder mehr aber 900° oder niedriger oder 1100°C oder höher aber 1250°C oder niedriger besonders wünschenswert. Bei einer Temperatur in diesem Bereich ist es möglich, die Agglomeration von Leerstellen weiter zu unterdrücken und eine Wärmebehandlung durchzuführen, bei der die Lebensdauer kaum verkürzt ist.
Darüber hinaus ist es auch möglich, als zweite Atmosphäre in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre aus dem reduzierenden Gas oder einem Gasgemisch aus dem reduzierenden Gas und dem Edelgas zu verwenden und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber niedriger als 900°C einzustellen.
Weiterhin ist es in einer solchen Atmosphäre und bei einer solchen Temperatur der Wärmebehandlung auch möglich, die Agglomeration von Leerstellen wirksamer zu unterdrücken und eine Leerstelle und die Bildung eines Defektniveaus aufgrund einer Leerstelle zuverlässig zu unterdrücken. Weiterhin wird in einer Atmosphäre aus dem reduzierenden Gas oder einem Gasgemisch aus dem reduzierenden Gas und dem Edelgas die BMD-Bildung zur Zeit der Bauelement-Wärmebehandlung weiter gefördert. Die zweite Temperatur, die niedriger als 900°C ist, ist wünschenswert, da eine Gleitversetzung bei einer solchen Temperatur selten erzeugt wird. Wenn darüber hinaus das reduzierende Gas Wasserstoff ist, wird Wasserstoff in den Wafer injiziert. Der Wasserstoff verursacht die Bildung eines Donors durch Wärmebehandlung in einem Bauelementverfahren, und ein solcher Donor verursacht eine verkürzte Lebensdauer und eine Änderung des Waferwiderstands. Insbesondere ist in den letzten Jahren die Temperatur der Wärmebehandlung im Bauelementverfahren ständig niedriger geworden, und es ist nicht erwünscht, dass der Wasserstoff, der die Bildung eines Donors bewirkt, in hoher Konzentration im Siliziumwafer verteilt wird. So stellt dadurch, dass das zweite Wärmebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung in dem zuvor beschriebenen Temperaturbereich von 300°C oder höher aber niedriger als 900°C durchgeführt wird, der Wasserstoff kein Problem dar, weil der injizierte Wasserstoff eine geringe Konzentration hat.
Darüber hinaus ist es auch möglich, als zweite Atmosphäre in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre aus einem oxidierenden Gas zu verwenden und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber 700°C oder niedriger oder 1100°C oder höher aber niedriger als 1300°C einzustellen.
Auch in einer solchen Atmosphäre und bei einer solchen Temperatur der Wärmebehandlung ist es möglich, die Agglomeration von Leerstellen wirksamer zu unterdrücken und die Bildung eines Defektniveaus aufgrund einer Leerstelle zuverlässig zu unterdrücken. In der Atmosphäre aus oxidierendem Gas wird bei einer Wärmebehandlungstemperatur von über 700°C aber unter 1100°C eine Agglomeration von Leerstellen unzureichend unterdrückt; allerdings ist es in dem zuvor erwähnten Temperaturbereich von 300°C oder mehr aber 700°C oder weniger oder 1100°C oder mehr aber niedriger als 1300°C möglich, die Agglomeration von Leerstellen wirksam zu unterdrücken und einen Defekt, der durch eine Leerstelle hervorgerufen wurde, zuverlässig zu unterdrücken.
Hier kann als Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zum Beispiel N₂-Gas oder NH₃-Gas verwendet werden und als Edelgas kann zum Beispiel Ar-Gas verwendet werden, als reduzierendes Gas kann zum Beispiel H₂-Gas verwendet werden und als oxidierendes Gas kann zum Beispiel O₂ enthaltendes Gas verwendet werden. Allerdings sind die Gase nicht auf die zuvor beschriebenen Gasarten beschränkt.
Im Übrigen sind die zweite Temperatur und die in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren zu steuernde Atmosphäre nicht auf eine bestimmte Temperatur und Atmosphäre beschränkt, und können eine Temperatur und eine Atmosphäre sein, die nicht den zuvor beschriebenen Bedingungen entsprechen und die die Erzeugung eines eine Leerstelle hervorgerufenen Defekts unterdrücken können. Darüber hinaus kann das zweite Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt werden, nachdem der Siliziumwafer aus der Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren herausgenommen wurde, und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden, indem das zweite Wärmebehandlungsverfahren mehr als einmal durchgeführt wird.
Der mit dem zuvor beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines Siliziumwafers hergestellte Siliziumwafer ist ein qualitativ hochwertiger Wafer für die Bauelementfabrikation, bei dem ein Defekt, der mittels eines RIE-Verfahrens ermittelt wird, nicht in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Siliziumwaferoberfläche vorkommt, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, und die Lebensdauer des Siliziumwafers ist 500 μsec oder mehr.
[Beispiel]
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher auf der Grundlage eines Beispiels und eines Vergleichsbeispiels beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel, Vergleichsbeispiel)
Ein N-Regionen-Silizium-Einkristallblock (Durchmesser: 12 Zoll (300 mm), Ausrichtung <100>, Leitfähigkeitstyp: p-Typ) wurde mittels der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung von 1 unter Anlegung eines quer verlaufenden Magnetfelds mittels des MCZ-Verfahrens gezüchtet, und eine schnelle Wärmebehandlung (das erste Wärmebehandlungsverfahren) wurde auf einer Mehrzahl von Silizium-Einkristallwafern, die von dem gezüchteten Block abgeschnitten wurden, in einer Ar-Gas-Atmosphäre bei 1350°C für 10 Sekunden mittels der Schnellwärme/Schnellabkühl-Vorrichtung der 2 durchgeführt (hier Helios hergestellt von Mattson Technology, Inc.), um RIE-Defekte in einer Waferoberflächenschicht auszumerzen.
Danach wurde mit einer Temperaturabsenkrate von 30°C/sec gekühlt, bis die Temperatur die zweite Temperatur (300 bis 1300°C) wird, die niedriger als 1300°C ist, und eine Wärmebehandlung wurde für 10 Sekunden in einer Atmosphäre eines vorbestimmten Gases durchgeführt (eine Ar-Gas-Atmosphäre, eine N₂-Gas-Atmosphäre, eine NH₃/Ar-Gas-Atmosphäre, eine H₂-Gas-Atmosphäre und eine O₂-Gas-Atmosphäre) (das zweite Wärmebehandlungsverfahren). Dann wurden Wafer gebildet, deren Oberflächen auf eine Tiefe von etwa 5 μm poliert waren.
Es wurde ein Ätzverfahren auf jedem der auf diese Weise gebildeten Wafer unter jeder Wärmebehandlungsbedingung durchgeführt, indem eine Magnetron RIE-Vorrichtung (Centura hergestellte durch Applied Materials, Inc.) verwendet wurde. Die anschließende Messung des restlichen Vorsprungs nach dem Ätzen durch eine Laserstreuungs-Fremdteilcheninspektionsvorrichtung (SP1 hergestellt von KLA-Tencor Corporation) und die Berechnung der Defektdichte zeigten, dass Defekte in jedem dieser Wafer in dem ersten Wärmebehandlungsverfahren ausgemerzt wurden und die Defektdichte 0 war.
Darüber hinaus wurde die Behandlung (chemische Passivierungsbehandlung, nachfolgend CP-Behandlung), mit der eine Ethanollösung, in die 2 Gramm Iod getropft wurden, auf ein Objekt aufgetragen wird, auf anderen Wafern durchgeführt, und die Lebensdauer wurde mittels einer Lebensdauer-Messvorrichtung gemessen (WT-2000 hergestellt von SEMILAB Co. Ltd.). Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
Ausgezeichnet... 1000 μsec oder länger
Gut... 700 μsec oder länger und kürzer als 1000 μsec
Ausreichend... 400 μsec oder länger und kürzer als 700 μsec
Schlecht... kürzer als 400 μsec
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde, wenn die Atmosphäre eine Ar-Gas-Atmosphäre eine N₂-Gas-Atmosphäre und eine NH₃/Ar-Gas-Atmosphäre war, eine gute Lebensdauer im Bereich von 300°C oder höher aber niedriger als 1300°C gemessen. Darüber hinaus wurde in einer H₂-Gas-Atmosphäre bei 900°C oder höher die Lebensdauer verkürzt und es wurde eine Gleitversetzung erzeugt. Daher ist in einer H₂-Gas-Atmosphäre eine Temperatur erwünscht, die 300°C oder höher aber niedriger als 900°C ist. Weiterhin wurde in einer O₂-Gas-Atmosphäre die Lebensdauer im Bereich von 800°C bis 1000°C verkürzt, und bei 300°C oder höher aber 700°C oder niedriger oder 1100°C oder höher aber niedriger als 1300°C war die Lebensdauer nicht verkürzt. Daher ist in einer O₂-Gas-Atmosphäre der Temperaturbereich von 300°C oder höher aber 700°C oder niedriger oder 1100°C oder höher aber niedriger als 1300°C erwünscht.
Darüber hinaus wurde eine Simulationswärmebehandlung eines Flash-Speicher-Fabrikationsverfahrens auf anderen Wafern durchgeführt, und es wurden BMDs in den Wafern gebildet. Dann erfolgte ein Eintauchen in 5 %igem HF, um einen an der Oberfläche gebildeten Oxidfilm zu entfernen. Danach wurde ein Ätzvorgang mittels einer RIE-Vorrichtung durchgeführt, die Zahl der restlichen Vorsprünge wurde mittels eines Elektronenmikroskops gemessen und die Defektdichte wurde berechnet. Ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der berechneten BMD-Dichte und einer Temperatur und einer Atmosphäre im zweiten Wärmebehandlungsverfahren zeigt, ist in 3 veranschaulicht.
Wie in 3 gezeigt, waren die BMD-Dichten der Wafer, auf denen die schnelle Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wurde, die keine O₂-Gas-Atmosphäre war, insgesamt hoch; andererseits lagen die BMD-Dichten der Wafer, auf denen eine schnelle Wärmbehandlung in einer O₂-Gas-Atmosphäre durchgeführt wurde, aufgrund der Unterdrückung der BMD-Bildung unter einer minimalen Detektionsgrenze. Wie zuvor beschrieben ist es möglich, die BMD-Bildung zur Zeit der Bauelementfabrikations-Wärmebehandlung leicht durch eine Atmosphäre zu steuern.
(Versuchsbeispiel)
Ein N-Regionen-Silizium-Einkristallblock (Durchmesser: 12 Zoll (300 mm), Ausrichtung <100>, Leitfähigkeitstyp: p-Typ) wurde unter Anlegung eines quer ausgerichteten Magnetfelds mittels des MCZ-Verfahrens durch die Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung der 1 gezüchtet, und die schnelle Wärmebehandlung (das erste Wärmebehandlungsverfahren) wurde auf einer Mehrzahl von Silizium-Einkristallwafern, die von dem gezüchteten Block abgeschnitten waren, jeweils in einer Ar-Gas-Atmosphäre, einer N₂-Gas-Atmosphäre, einer NH₃/Ar-Gas-Atmosphäre und einer O₂-Gas-Atmosphäre bei 1250 bis 1350°C für 10 Sekunden unter Verwendung der Schnellwärme/Schnellabkühl-Vorrichtung von 2 (hier Helios hergestellt von Mattson Technology, Inc.) durchgeführt, um RIE-Defekte in einer Waferoberflächenschicht auszumerzen.
Die Vorderflächen der Wafer, die der Wärmebehandlung unterzogen wurden, wurden auf eine Tiefe von etwa 5 μm poliert, und es wurde ein Ätzverfahren mittels einer Magnetron-RIE-Vorrichtung (Centura hergestellt von Applied Materials, Inc.) durchgeführt. Dann wurde ein verbleibender Vorsprung nach dem Ätzen mittels einer Laserstreuungs-Fremdteilchen-Inspektionsvorrichtung (SP1 hergestellt von KLA-Tencor Corporation) durchgeführt und die Defektdichte berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
Wie aus Tabelle 2 deutlich ist, werden im ersten Wärmebehandlungsverfahren RIE-Defekte vollständig durch die schnelle Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über 1300°C ausgemerzt. Darüber hinaus werden, da dies die Messergebnisse von Defekten auf der Oberfläche, die auf eine Tiefe von 5 μm poliert wurde, sind, in diesem Beispiel die Defekte in einer Tiefe von mindestens 5 μm von der Oberfläche durch die schnelle Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über 1300°C ausgemerzt.
Weiterhin sind die Messergebnisse im Hinblick auf die Lebensdauern der anderen Wafer auf dieselbe Weise wie im Beispiel in der Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]

Erste Atmosphäre 1250°C 1290°C 1320°C 1350°C

Ar ausgezeichnet gut schlecht schlecht

NH₃/Ar gut ausreichend schlecht Schlecht

Ausgezeichnet... 1000 μsec oder länger
Gut... 700 μsec oder länger und kürzer als 1000 μsec
Ausreichend... 400 μsec oder länger und kürzer als 700 μsec
Schlecht... kürzer als 400 μsec
Wie aus der Tabelle 3 deutlich ist, ist die Lebensdauer umso kürzer je höher die Temperatur ist, und wenn die schnelle Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die 1300°C übersteigt, ist die Lebensdauer stark verkürzt.
Es ist davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch deren zuvor beschriebene Ausführung beschränkt ist. Die obige Ausführungsform ist nur ein Beispiel und alles, was weitgehend denselben Aufbau wie das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung angegebene technische Konzept hat und was ähnlichen Nutzen und Vorteile bietet, fällt unter den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung.
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 2001-203210 [0028, 0028]
JP 2001-503009 [0028]
JP 2003-297839 [0028]
JP 2009-249205 [0028]
JP 3451955 [0028]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers, zumindest umfassend: ein erstes Wärmebehandlungsverfahren, bei dem eine schnelle Wärmebehandlung auf einem Siliziumwafer, der von einem mittels des Czochralski-Verfahrens gezüchteten Silizium-Einkristallblock abgeschnitten wurde, mittels der Schnellerwärmungs/Schnellabkühl-Vorrichtung in einer ersten Atmosphäre, die aus Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas, Edelgas und oxidierendem Gas mindestens eines enthält, in einer ersten Temperatur, die höher als 1300°C und niedriger als oder gleich dem Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden durchgeführt wird; und ein zweites Wärmebehandlungsverfahren, bei dem nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren eine Temperatur und eine Atmosphäre derart gesteuert werden, dass sie eine zweite Temperatur und eine zweite Atmosphäre sind, die die Erzeugung eines Defekts unterdrücken, der durch eine Leerstelle im Siliziumwafer verursacht wird, und eine schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer bei der gesteuerten zweiten Temperatur in der gesteuerten zweiten Atmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Siliziumwafers nach Anspruch 1, wobei im zweiten Wärmebehandlungsverfahren nach dem ersten Wärmebehandlungsverfahren das zweite Wärmebehandlungsverfahren durchgeführt wird, indem die Temperatur schnell von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur, die niedriger als 1300°C ist, mit einer Temperaturabsenkgeschwindigkeit von 5°C/sec oder mehr aber 150°C/sec oder weniger abgesenkt wird und eine schnelle Wärmebehandlung auf dem Siliziumwafer auf der zweiten Temperatur für 1 bis 60 Sekunden durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei als zweite Atmosphäre im zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre verwendet wird, die aus Edelgas und Nitridfilmbildungs-Atmosphärengas mindestens eines enthält, und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber niedriger als 1300°C eingestellt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei als zweite Atmosphäre im zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre aus einem reduzierenden Gas oder einem Gasgemisch aus dem reduzierenden Gas und dem Edelgas verwendet wird, und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber niedriger als 900°C eingestellt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei als zweite Temperatur in dem zweiten Wärmebehandlungsverfahren eine Atmosphäre aus oxidierendem Gas verwendet wird, und die zweite Temperatur auf 300°C oder höher aber 700°C oder niedriger oder 1100°C oder höher aber niedriger als 1300°C eingestellt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Siliziumwafer ein Silizium-Einkristallwafer ist, der aus einem Silizium-Einkristallblock geschnitten wird, dessen gesamte Oberfläche eine OSF-Region, eine N-Region oder eine Region ist, bei der die OSF-Region und die N-Region gemischt sind.
Siliziumwafer, hergestellt mittels des Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Defekt, der mittels eines RIE-Verfahrens ermittelt wird, nicht in einer Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche des Siliziumwafers vorkommt, die eine Bauelementfabrikationsregion wird, und die Lebensdauer des Siliziumwafers 500 μsec oder länger ist.