DE112012000306T5

DE112012000306T5 - Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers und eines thermisch behandelten Wafers

Info

Publication number: DE112012000306T5
Application number: DE112012000306T
Authority: DE
Inventors: Weifeng Qu; Yuuki OOI; Shu Sugisawa; Fumio Tahara
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-01-07
Also published as: KR101750688B1; KR20140016255A; CN103328696A; JP5764937B2; DE112012000306B4; US20130264685A1; CN103328696B; JP2012153548A; WO2012101957A1; US8916953B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers vor, bei dem eine Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 1013 bis 1 × 1014 Atomen/cm3, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wurde, welcher mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassen wurde, in einer Nichtnitrieratmosphäre bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten durchgeführt wird. Im Ergebnis wird ein Verfahren zum Herstellen eines preisgünstigen Silizium-Einkristallwafers vorgesehen, der auf einen IGBT unter Verwendung eines Wafers mit einem V-Bereich anwendbar ist, der mittels des CZ-Verfahrens hergestellt wurde, das mit einem größeren Durchmesser umgehen kann, indem ein Grundmaterial ohne Defekte hergestellt wird und indem eine radiale Widerstandsverteilung erzeugt wird, die weitgehend gleich der ist, bei der eine Neutronenbestrahlung durchgeführt wird, ohne dass die Neutronenbestrahlung durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren beispielsweise zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers für einen IGBT.
STAND DER TECHNIK
Als Wafer für ein vertikales Silizium-Bauelement, wie beispielsweise einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode), wird im Allgemeinen ein Wafer mit einer Leitfähigkeit vom N-Typ verwendet, der mittels eines FZ-Verfahrens (Schwebezonenverfahrens) hergestellt ist. Da es sich beim IGBT um ein Bauelement handelt, bei dem ein Wafer in vertikaler Richtung verwendet wird, wird dieses durch die Qualität des massenbezogenen Großteils bzw. Grundmaterials des Wafers beeinflusst. Daher wird das FZ-Verfahren, mit dem ohne weiteres ein Wafer mit weniger Defekten erhalten werden kann, angewendet.
Allerdings ist eine Vergrößerung des Waferdurchmessers mittels des FZ-Verfahrens schwierig, und dieses Verfahren ist für die Massenproduktion nicht geeignet. Daher wurden ein mit Stickstoff dotierter Wafer, der einen Defektbereich, bei dem es sich um einen N-Bereich handelt, und eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat (Patentliteratur 1), und ein RTA-verarbeiteter Wafer mit einem N-Bereich und einer geringen Sauerstoffkonzentration (Patentliteratur 2) vorgeschlagen, die mittels des CZ-Verfahrens (Czochralski-Verfahrens) hergestellt werden.
Es ist zu beachten, dass der Defektbereich des Wafers beim CZ-Verfahren je nach der Ziehgeschwindigkeit eines Silizium-Einkristallblocks stark variiert. Eingewachsene Defekte, die als Poren angesehen werden können, die Ansammlungen von Löchern entsprechen, bei denen es sich um Punktdefekte, so genannte „Leerstellen”, handelt, liegen in dichter Anordnung in ziemlich dem ganzen Bereich in radialer Kristallrichtung in einem Gebiet vor, in dem die Ziehgeschwindigkeit hoch ist, und der Bereich, in dem diese Defekte vorliegen, wird als V-Bereich bezeichnet. Wenn weiter die Ziehgeschwindigkeit verringert wird, schrumpft ein OSF-Ring, der in einem Umfangsabschnitt des Kristalls erzeugt wird, zum Inneren eines Kristalls hin, und er wird schließlich ausgemerzt. Wenn die Ziehgeschwindigkeit weiter verringert wird, tritt ein N-(Neutral)-Bereich auf, in dem ein Überschuss und ein Mangel an Leerstellen und interstitiellem Silizium gering sind.
Da der Umfang der Ziehgeschwindigkeit, der zum Erhalten eines Silizium-Einkristalls mit einem N-Bereich erforderlich ist, eng und das Ausbeuteverhältnis schlecht ist, wird ein teurer Wafer vorgesehen, der aber in seinem Kristall fast keinen Defekt hat und daher als IGBT-Wafer verwendet wird.
Wenn eine Variation des Widerstands in der radialen Waferrichtung und in der vertikalen Richtung im Hinblick auf den IGBT-Wafer beträchtlich ist, wird zwischen Bauelementen ein unterschiedlicher Widerstand erzeugt, der die Ursache für eine Beschädigung sein kann.
Daher wurde als IGBT-Wafer auch ein Wafer vorgeschlagen, der eine radiale Widerstandsverteilung von nicht mehr als 5% hat (Patentliteratur 3, Patentliteratur 4).
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
PATENTLITERATUREN

Patentliteratur 1: WO 2009/025337
Patentliteratur 2: WO 2009/025342
Patentliteratur 3: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2010-62466
Patentliteratur 4: WO 2009/028658

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
MITTELS DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
In Bezug auf den zuvor beschriebenen Wafer wird allerdings der Wafer mit einem N-Bereich und mit geringer Sauerstoffkonzentration einer Stickstoffdotierung, RTA-Verarbeitung und Neutronenbestrahlung unterworfen, so dass Defekte im Grundmaterial ausgeschaltet werden und die radiale Widerstandsverteilung verbessert wird, und es wird die Verwendung des Wafers mit dem N-Bereich zugrunde gelegt. Daher sind die Kosten hoch und ist die Ausbeute schlecht.
Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Herstellen eines kostengünstigen Silizium-Einkristallwafers anzugeben, der auf einen IGBT anwendbar ist, indem ein Wafer mit einem V-Bereich verwendet wird, der mittels des CZ-Verfahrens hergestellt wird, das mit einem größeren Durchmesser umgehen kann, indem ein Grundmaterial erzeugt wird, das keine Defekte aufweist, und indem eine radiale Widerstandsverteilung vorgesehen wird, die weitgehend gleich der ist, bei der eine Neutronenbestrahlung durchgeführt wird, ohne dass eine Neutronenbestrahlung durchgeführt wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um diese Aufgabe zu erzielen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers vorgesehen, bei dem eine Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Eikristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma (mittels eines Umwandlungsfaktors von JEIDA: Japanese Electronic Industry Development Association) und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³, der von einem mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassenen Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich stammt, in einer Nichtnitrieratmosphäre bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten durchgeführt wird.
Selbst wenn im Hinblick auf den Silizium-Einkristallwafer der Silizium-Einkristall mit dem V-Bereich verwendet wird, ermöglicht die Durchführung der Wärmebehandlung in der Nichtnitrieratmosphäre bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten eine wirksame Reduzierung von Kristalldefekten nicht nur in der Oberflächenschicht sondern auch im Grundmaterial, und weiterhin kann auch eine radiale Variation des Waferwiderstands verbessert werden. Daher wird gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung der Silizium-Einkristallwafer mit dem V-Bereich mit guter Produktivität verwendet, wird die radiale Variation des Widerstands auch ohne Durchführen der Neutronenbestrahlung verbessert und kann der für einen IGBT geeignete Wafer hergestellt werden, wodurch die Produktivität des IGBT-Wafers verbessert werden kann und die Kosten reduziert werden können.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Dichte der Kristalldefekte mit einer Defektgröße von 15 mm oder mehr im Grundmaterial des Silizium-Einkristallwafers unter Durchführen der Wärmebehandlung auf 2 × 10⁶/cm³ oder weniger eingestellt wird.
Wenn eine solche Dichte der Kristalldefekte vorgesehen wird, kann ein qualitativ hochwertiger Wafer erhalten werden, der für einen IGBT und andere geeignet ist.
Dabei ist es bevorzugt, dass die radiale Variation des Widerstands des Silizium-Einkristallwafers unter Durchführen der Wärmebehandlung auf 5% oder weniger eingestellt wird.
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die radiale Variation des Widerstands mittels Wärmebehandlung ohne Ausführen der Neutronenbestrahlung verbessert werden, und der qualitativ hochwertige Wafer kann kostengünstig erhalten werden.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Silizium-Einkristallwafer eine Leitfähigkeit vom N-Typ hat und für ein Bauelement für einen IGBT verwendet wird.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann ein solcher Wafer zur Verwendung in einem Bauelement für einen IGBT mit ausgezeichneter Produktivität kostengünstig hergestellt werden.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein thermisch behandelter Wafer vorgesehen, indem eine Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³ durchgeführt wird, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wird, der mittels des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wurde, wobei die Dichte der Kristalldefekte mit einer Defektgröße von 15 nm oder mehr im Grundmaterial des thermisch behandelten Wafers 2 × 10⁶/cm³ oder weniger beträgt.
Da ein solcher thermisch behandelter Wafer vom Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten werden kann, der mit einem guten Ausbeuteverhältnis wachsen gelassen werden kann, können die Kosten reduziert werden. Darüber hinaus ist die Zahl der Kristalldefekte im Grundmaterial gering, und daher ist dieser Wafer als Wafer für einen IGBT geeignet.
Dabei ist es bevorzugt, dass die radiale Variation des Widerstands des thermisch behandelten Wafers 5% oder weniger beträgt.
Wenn ein Bauelement hergestellt wird, kann ein solcher Wafer das Auftreten von Fehlern vermeiden, und es kann ein verbessertes Ausbeuteverhältnis erhalten werden.
Dabei ist es bevorzugt, dass der thermisch behandelte Wafer eine Leitfähigkeit vom N-Typ hat und für ein Bauelement für einen IGBT verwendet wird.
Auf diese Weise ist der thermisch behandelte Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Bauelement für einen IGBT bevorzugt.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein thermisch behandelter Wafer für einen IGBT mittels des Silizium-Einkristallwafers mit einem V-Bereich mit ausgezeichneter Produktivität kostengünstig hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die die Bewertungsergebnisse der Defekte in einem Wafer zeigt, der einer Wärmebehandlung gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 unterworfen wurde; und
2(a) ist ein Schaubild, das eine Größe von Defekten in der radialen Waferrichtung zeigt, und (b) ist eine Ansicht, die einen Defektbereich auf der Grundlage der Stickstoffkonzentration zeigt.
BESTE METHODE ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Zuerst ist ein thermisch behandelter Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung ein thermisch behandelter Wafer, der durch das Ausführen einer Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³ hergestellt wird, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wurde, welcher mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassen wurde, und ist die Dichte von Kristalldefekten mit einer Defektgröße von 15 nm oder mehr im Grundmaterial des thermisch behandelten Wafers 2 × 10⁶/cm³ oder weniger.
Da gemäß einem solchen thermisch behandelten Wafer die Zahl der Kristalldefekte, deren Größe zu einem Problem führen kann, sehr gering ist, ist dieser Wafer als Wafer für einen IGBT bevorzugt, auf dem ein Bauelement zum Beispiel in vertikaler Richtung (Dickenrichtung) des Wafers gebildet wird. Da weiter der thermisch behandelte Wafer vom Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wird, kann er mit ausgezeichneter Produktivität hergestellt werden.
Dabei ist es bevorzugt, dass die radiale Variation des Widerstands des thermisch behandelten Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung 5% oder weniger ist.
Ein solcher Wafer mit der Homogenität des Widerstands, der im zuvor beschriebenen Umfang durch die Wärmebehandlung ohne die Verwendung der Neutronenbestrahlung verbessert wurde, kann der qualitativ hochwertige, kostengünstige Wafer für einen IGBT sein.
Wenn der Leitfähigkeitstyp eines solchen thermisch behandelten Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung vom N-Typ ist, ist dieser Wafer als Wafer zur Verwendung in einem Bauelement für einen IGBT geeignet.
Als Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des zuvor beschriebenen, thermisch behandelten Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun nachfolgend ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wird, welcher mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassen wurde, einer Wärmebehandlung in einer Nichtnitrieratmosphäre bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten unterworfen.
In der vorliegenden Erfindung wird der Silizium-Einkristallblock zum Beispiel mittels des MCZ-Verfahrens unter Steuerung der Ziehgeschwindigkeit oder dergleichen wachsen gelassen, so dass ein Defektbereich ein V-Bereich wird und die Sauerstoffkonzentration weniger als 7 ppma wird. Dabei wird der Stickstoff derart dotiert, dass die Stickstoffkonzentration 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atome/cm³ sein kann. Weiter kann im Fall des Einstellens des Leitfähigkeitstyps auf den N-Typ, zum Beispiel P, As oder Sb als Dotiermittel verwendet werden.
Wenn weiterhin der so wachsengelassene Silizium-Einkristallblock aufgeschnitten wird und zum Beispiel einem Polieren unterworfen wird, kann der Silizium-Einkristallwafer, dessen gesamte Oberfläche aus einem V-Bereich gebildet ist, mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³ hergestellt werden.
Obwohl der Wafer mit dem N-Bereich, wie zuvor beschrieben, in herkömmlichen Beispielen für einen IGBT verwendet wird, kann der Wafer mit einem V-Bereich in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und daher kann der Spielraum für die Ziehgeschwindigkeit beim Blockzüchten erhöht werden, wodurch die Produktivität bei der Waferherstellung verbessert wird. Da das CZ-Verfahren verwendet wird, kann darüber hinaus leicht ein Wafer mit einem großen Durchmesser erhalten werden.
Wenn dabei die Stickstoffkonzentration weniger als 1 × 10¹³ Atome/cm³ beträgt, nimmt die Größe der Oxidpräzipitate im Wafer zu und ein Ausmerzen von Defekten im Grundmaterial durch eine Wärmebehandlung in einem späteren Verfahren wird schwierig. Wenn die Stickstoffkonzentration höher als 1 × 10¹⁴ Atome/cm³ ist, wird ein OSF-Bereich auf dem Wafer-Außenumfang gebildet.
Außerdem beträgt die Sauerstoffkonzentration des Silizium-Einkristallwafers gemäß der vorliegenden Erfindung weniger als 7 ppma oder vorzugweise 5 ppma oder weniger, und eine solche äußerst geringe Sauerstoffkonzentration ermöglicht das hinreichende Ausmerzen von Defekten im Wafer mittels der Wärmebehandlung. Wenn andererseits die Sauerstoffkonzentration 7 ppm oder mehr ist, werden Defekte kaum mittels der Wärmebehandlung ausgemerzt, und viele Defekte bleiben insbesondere im Grundmaterial zurück.
Wenn wie zuvor beschrieben in der vorliegenden Erfindung das Einstellen der Sauerstoffkonzentration und der Stickstoffkonzentration in die zuvor beschriebenen Bereiche fällt, ermöglicht dies eine Reduzierung eines Oxidpräzipitatgröße im Wafer auf 250 a. u. oder weniger bei einer Bewertung in Bezug auf die Infrarotstreuintensität mittels MO601 (hergestellt von Mitsui Mining And Smelting Company, Limited), und Defekte können ohne weiteres durch eine anschließende Wärmebehandlung ausgemerzt werden.
Weiter wird ein solcher Silizium-Einkristallwafer einer Wärmebehandlung in einer Nichtnitrieratmosphäre zum Beispiel aus Ar, H₂ oder Ar + O₂ bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten in einem vertikalen Wärmebehandlungsofen oder dergleichen unterworfen.
Bei dieser Wärmebehandlung diffundiert Sauerstoff in der Oberflächenschicht nach außen, wird ein Oxidfilm einer Innenwand eines jeden eingewachsenen Defekts in dem Grundmaterial gelöst, wird jeder Hohlraum reduziert und wird der Hohlraum weiterhin gefüllt, wodurch die Dichte der Kristalldefekte mit einer Defektgröße von 15 nm oder mehr im Grundmaterial auf 2 × 10⁶/cm³ oder weniger eingestellt werden kann.
Wenn dabei die Wärmebehandlung in einer Nitrieratmosphäre aus NH₃, N₂ oder dergleichen durchgeführt wird, wird ein Nitridfilm auf der Waferoberfläche gebildet, wird die nach außen gerichtete Diffusion des Sauerstoffs verhindert und können die Defekte nicht ausreichend ausgemerzt werden.
Weiterhin ist die Ausmerzung der Defekte unzureichend, wenn die Wärmebehandlungstemperatur weniger als 1150°C beträgt, und es kann eine Schlupfversetzung auftreten, wenn diese Temperatur 1300°C übersteigt. Außerdem ist eine Wärmebehandlungstemperatur von 1200°C oder weniger bevorzugt, da sie sicher das Auftreten einer Schlupfversetzung vermeiden kann. Die Wärmebehandlungszeit, die eine Minute oder mehr beträgt, kann wirksam die Ausmerzung der Defekte erreichen, und die Wärmebehandlungszeit von 120 Minuten oder weniger reicht aus und kann das Auftreten einer Schlupfversetzung unterdrücken.
Diese Wärmebehandlung kann die radiale Variation des Widerstands des Wafers auf 5% oder weniger drücken.
Bei den herkömmlichen Beispielen zum Erhalten eines solchen Widerstands, der in radialer Richtung homogen ist, ist die Neutronenbestrahlung erforderlich, und diese Behandlung erhöht die Kosten. Allerdings haben die vorliegenden Erfinder ein Verfahren zum Homogenisieren des Widerstands mittels einer Wärmebehandlung aufgrund der folgenden Kenntnisse entdeckt.
Ein Dotiermittel, wie beispielsweise P, diffundiert nicht allein, sondern es diffundiert ein Dotiermittelpaar und I (Si) (interstitielles Silizium). Insbesondere wenn Leerstellen vorliegen, wird die Diffusion des Dotiermittels + I (Si) erleichtert.
Wenn daher die Hochtemperatur-Wärmebehandlung im Hinblick auf einen stickstoffdotierten Wafer mit geringem Sauerstoffgehalt gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, tritt eine nach außen gerichtete Stickstoffdiffusion auf, und es wird ein Überschuss an Leerstellen erzeugt, da die Sauerstoffmenge gering ist. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass diese Massenerzeugung von Leerstellen die Diffusion des Dotiermittels + I (Si) erleichtert und dass der Widerstand dahingehend variiert, dass er homogen wird.
Eine solche Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Homogenisierung des Widerstands, der äquivalent zu oder über dem der Neutronenbestrahlung ist, und kann die Herstellungskosten eines Wafers für einen IGBT wirksam reduzieren.
Wenn gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers der vorliegenden Erfindung die Leitfähigkeit auf den N-Typ eingestellt wird, kann ein Wafer, der zur Verwendung in einem Bauelement für einen IGBT bevorzugt ist, mit ausgezeichneter Produktivität kostengünstig hergestellt werden.
Allerdings können der thermisch behandelte Wafer und ein Wafer, der mittels des Verfahrens zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, auch für andere Bauelemente als den IGBT verwendet werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun spezieller auf der Grundlage von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist.
(Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1)
(Nachweis der kritischen Bedeutung der Sauerstoffkonzentration)
Es wurden drei Arten von Silizium-Einkristallwafern mit einem V-Bereich und mit einer Stickstoffkonzentration von 5 × 10¹³ Atomen/cm³ und Sauerstoffkonzentrationen von 4 ppma, 6 ppma und 8 ppma (JEIDA) hergestellt, die mittels des Czochralski-Verfahren erhalten wurden, und es wurde eine Wärmebehandlung in einer Ar-Atmosphäre bei 1170°C für eine Stunde durchgeführt.
Die Dichte der Kristalldefekte mit einer Größe von 15 nm oder mehr in jedem Wafer, der dieser Wärmebehandlung unterworfen wurde, wurde unter Verwendung von MO601 (hergestellt von Mitsui Mining And Smelting Company, Limited) bewertet. MO601 ermöglicht die Bewertung von Defekten, die bei 5 μm oder so in der Oberflächenschicht vorliegen.
Zur Zeit der Bewertung wurde die Bewertung der Defekte im Grundmaterial durch Polieren in der Tiefenrichtung (auf 50 μm oder 100 μm ausgerichtet) und unter Verwendung von MO601 durchgeführt. Gemäß diesem Bewertungsverfahren kann eine durchgehend polierte Oberfläche bewertet werden.
1 und Tabelle 1 zeigen ein Bewertungsergebnis. [Tabelle 1]

Sauerstoffkonzentration Oi (ppma) 4 5 6 8

Oberflächenschicht (/cm²) 0,00 0,00 0,00 0,03

Grundmaterial (/cm³) 50 μm Polierung 0 0 1,8E6 4,2E7

100 μm Polierung 0 0 1,8E6 4,2E7
Wie in 1 und Tabelle 1 gezeigt ist, blieben bei einer Sauerstoffkonzentration von 8 ppma Defekte im Grundmaterial zurück, und zwar insbesondere trotz der Durchführung einer Wärmebehandlung, und es war unmöglich, die Defektdichte im Grundmaterial auf 2 × 10⁶/cm³ oder weniger einzustellen. Andererseits war im Fall von 4 bis 6 ppma die Defektdichte 2 × 10⁶/cm³ oder weniger, und insbesondere im Fall von 5 ppma oder weniger wurden keine Defekte im Grundmaterial festgestellt. Daher kann davon ausgegangen werden, dass eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma, insbesondere von 5 ppma oder weniger, bevorzugt ist.
(Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 2)
(Nachweis der kritischen Bedeutung der Stickstoffkonzentration)
Es wurden vier Arten von Silizium-Einkristallwafern mit einem V-Bereich und mit einer Sauerstoffkonzentration von 4 ppma (JEIDA) und einer Stickstoffkonzentration von weniger als 1 × 10¹³ Atomen/cm³, 2 × 10¹³ Atomen/cm³, 5 × 10¹³ Atomen/cm³, 2 × 10¹⁴ Atomen/cm³, die mittels des Czochralski-Verfahrens erhalten wurden, hergestellt, und es wurde eine Wärmebehandlung in einer Ar-Atmosphäre bei 1170°C für eine Stunde durchgeführt.
Tabelle 2 zeigt ein Ergebnis, das durch Bewertung der Defekte mittels desselben Verfahrens wie im Beispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde. [Tabelle 2]

N₂ (Atome/cm³) < 1E13 2E13 5E13 2E14

Oberflächenschicht (/cm²) 36,6 0,000 0,004 0,001

Grundmaterial (/cm³) 50 μm Polierung 4E6 0,00 0,00 0,00

100 μm Polierung 4E6 0,00 0,00 0,00
Wenn, wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, die Stickstoffkonzentration weniger als 1 × 10¹³ Atome/cm³ beträgt, ist die Größe von Defekten im mittigen Abschnitt groß, und die Defekte bleiben selbst nach der Wärmebehandlung in der Oberflächenschicht und dem Grundmaterial zurück.
2(a) ist ein Schaubild, das eine Größe von Defekten im Silizium-Einkristall vor der Wärmebehandlung zeigt, und (b) zeigt ein Ergebnis, das durch Messen eines Defektbereichs auf der Oberfläche unter Verwendung von MO601 erhalten wird. Die Defektgröße im mittigen Abschnitt nimmt ab, wenn die Stickstoffkonzentration steigt, wie in 2(a) gezeigt ist. Wenn allerdings, wie in 2(b) gezeigt ist, die Stickstoffkonzentration 2 × 10¹⁴ Atome/cm² beträgt, obwohl der Wafer vom Einkristall erhalten wird, der unter denselben Bedingungen gezogen wird, ist die Stickstoffkonzentration übermäßig, und es wird ein OSF-Bereich am Außenumfang des V-Bereichs gebildet. Wenn die Stickstoffkonzentration 1 × 10¹⁴ Atome/cm³ auf diese Weise übersteigt, wurde der OSF-Bereich am Außenumfang gebildet.
(Beispiel 3, Vergleichsbeispiel 3)
Es wurde ein Silizium-Einkristallwafer mit einem V-Bereich und mit einer Stickstoffkonzentration von 5 × 10¹³ Atomen/cm³ und einer Sauerstoffkonzentration von 4 ppma (JEIDA), der mittels des Czochralski-Verfahrens erhalten wurde, hergestellt, und es wurde eine Wärmebehandlung in einer Ar-Atmosphäre für eine Stunde durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde bei jeder der Wärmebehandlungstemperaturen 1130, 1150, 1170, 1200 und einer Temperatur von über 1300°C (> 1300°C) durchgeführt.

Die Defekte wurden mittels desselben Verfahrens wie im Beispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 1 bewertet. Weiterhin wurde eine radiale Widerstandsverteilung auf einer Oberfläche mittels des Ausbreitungswiderstandsverfahrens durchgeführt. Tabelle 3 zeigt ein Ergebnis. [Tabelle 3]

Wärmebehandlungstemperatur (°C)	1130	1150	1170	1200	> 1300
Oberflächenschichtdefekt (/cm³)	1,5	0,008	0,001	0,00	0,004
Defekte im Grundmaterial (/cm³)	5E6	0	0	0	0
Schlupfversetzung	Keine	Keine	Keine	Keine	Vorhanden
Radiale Widerstandsverteilung (%)	< 7	< 5	< 5	< 5	< 5

Wenn, wie in 3 gezeigt ist, die Wärmebehandlungstemperatur 1130°C beträgt, bleiben Defekte zurück, und die Homogenisierung des Widerstands ist unzureichend. Wenn andererseits die Wärmebehandlungstemperatur 1150 bis 1200°C beträgt, werden die Defekte ausgemerzt und ist der Widerstand homogen. Wenn darüber hinaus die Wärmebehandlungstemperatur höher als 1300°C ist, tritt eine Schlupfversetzung auf.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist nur ein veranschaulichendes Beispiel, und alle Beispiele, die weitgehend dieselbe Konfiguration haben und dieselben Funktionen und Wirkungen wie das technische, in den Ansprüchen gemäß der vorliegenden Erfindung beschriebene Konzept umfassen, sind vom technischen Umfang der Erfindung umfasst.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers, wobei eine Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wurde, welcher mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassen wurde, in einer Nichtnitrieratmosphäre bei 1150 bis 1300°C für 1 bis 120 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers nach Anspruch 1, wobei die Dichte der Kristalldefekte mit einer Defektgröße von 15 nm oder mehr in einem Grundmaterial des Silizium-Einkristallwafers auf 2 × 10⁶/cm³ oder weniger unter Durchführen der Wärmebehandlung eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei die radiale Variation des Widerstands des Silizium-Einkristallwafers auf 5% oder weniger unter Durchführen der Wärmebehandlung eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristallwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Silizium-Einkristallwafer eine Leitfähigkeit vom N-Typ hat und für ein Bauelement für einen IGBT verwendet wird.
Thermisch behandelter Wafer, der unter Durchführung einer Wärmebehandlung im Hinblick auf einen Silizium-Einkristallwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 7 ppma und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm³ hergestellt wird, der von einem Silizium-Einkristallblock mit einem V-Bereich erhalten wird, welcher mittels des Czochralski-Verfahrens wachsen gelassen wurde, wobei die Dichte der Kristalldefekte mit einer Defektgröße von 15 nm oder mehr in einem Grundmaterial des thermisch behandelten Wafers 2 × 10⁶/cm³ oder weniger ist.
Thermisch behandelter Wafer nach Anspruch 5, wobei eine radiale Variation des Widerstands des thermisch behandelten Wafers 5% oder weniger ist.
Thermisch behandelter Wafer nach Anspruch 5 oder 6, wobei der thermisch behandelte Wafer eine Leitfähigkeit vom N-Typ hat und für ein Bauelement für einen IGBT verwendet wird.