DE112012000607B4

DE112012000607B4 - Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats und Siliziumsubstrat

Info

Publication number: DE112012000607B4
Application number: DE112012000607.0T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Oka; Koji Ebara; Shuji Takahashi
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: JP5572569B2; CN103392223B; CN103392223A; TWI534310B; TW201245516A; US20130316139A1; DE112012000607T5; US9390905B2; JP2012175023A; KR20140021543A; KR101703696B1; WO2012114659A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats, umfassend:
Durchführen einer schnellen Hitzebehandlung an einem Siliziumsubstrat mit einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur durch Halten des Siliziumsubstrats bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als ein Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden, wobei das Siliziumsubstrat von einem durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten wird; Durchführen eines ersten Temperaturabsenkungsprozesses bis auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C bei einer Temperaturabsenkungsrate von 5 bis 150 °C/sek; und Durchführen eines zweiten Temperaturabsenkungsprozesses auf so eine Weise, dass eine Kühlzeit von X Sekunden und eine Temperaturabsenkungsrate von Y °C/sek. 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 erfüllt,
wobei die Hitzebehandlung in einer Atmosphäre, enthaltend ein Nitridfilm-bildendes atmosphärisches Gas, ein Edelgas oder eine Mischung aus diesen Gasen, durchgeführt wird,
wobei das der Hitzebehandlung unterzogene Siliziumsubstrat ein von einem Siliziumeinkristall-Ingot, der durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet worden ist und eine gesamte Ebene aus einer OSF-Region, einer N-Region oder einer gemischten Region aus der OSF-Region und der N-Region aufweist, geschnittener Siliziumeinkristallwafer ist, der eine Sauerstoffkonzentration von 5×10¹⁷ Atom/cm³ (JEIDA) oder mehr aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats, in dem eine präzipitationsfreie Zone (die nachstehend als eine DZ-Schicht bezeichnet wird) ohne eingezüchtetes Oxidpräzipitat, ohne eingezüchtete Defekte und ohne RIE-Defekt (ein Defekt, der durch RIE detektiert werden kann) aus einer Substratoberfläche bis zu einer gegebenen Tiefe gebildet wird und ein durch dieses Verfahren hergestelltes Siliziumsubstrat.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren, mit einer kleiner werdenden Vorrichtung für hohe Integration eines Halbleiterschaltkreises, ist die Nachfrage nach Qualität von einem durch ein Czochralski-Verfahren (das nachstehend als ein CZ-Verfahren bezeichnet wird) fabrizierten Siliziumeinkristall, der als ein Substrat für diesen Schaltkreis dient, gestiegen.
Zum Zeitpunkt des Züchtens des Siliziumeinkristalls durch das CZ-Verfahren wird Sauerstoff von etwa 10 bis 20 ppma (JEIDA: es wird ein durch die Japan Electronic Industry Development Association bereitgestellter Umsetzungsfaktor verwendet) üblicherweise in eine Schmelze aus einem Quarztiegel gelöst und in den Siliziumeinkristall an einer Siliziumschmelzgrenzfläche eingebracht.
Dann, in einem Verfahren zum Kühlen des Siliziumeinkristalls, erreicht der eingebrachte Sauerstoff einen Übersättigungszustand und agglomeriert, wenn eine Kristalltemperatur auf 700 °C oder weniger reduziert wird, und Oxidpräzipitate (die auch als eingezüchtete Oxidpräzipitate bezeichnet werden) werden gebildet. Jedoch ist die Größe der Oxidpräzipitate sehr klein; daher sind die TZDB (Nullzeitpunktdielektrischer Durchschlag, Time Zero Dielectric Breakdown) Charakteristika als eines der Oxid dielektrischen Durchschlagsspannungs-Charakteristika oder Vorrichtungs-Charakteristika in einem Versandstadium (shipping stage) nicht abgesenkt.
Ein durch Einkristallzüchtung bewirkter Defekt, der die Oxid dielektrischen Durchschlagsspannungs-Charakteristika oder die Vorrichtungs-Charakteristika absenkt, ist ein komplexer Defekt, der hergestellt wird, wenn ein in den Siliziumeinkristall aus einer Siliziumschmelze eingebrachter Vakanztyp-Punktdefekt, der eine Vakanz genannt wird (der nachstehend auch als ein VA bezeichnet wird), und ein interstitieller Siliziumpunktdefekt, der interstitielles-SI genannt wird (der nachstehend auch als I bezeichnet wird), während des Kühlens des Kristalls übersättigt werden und zusammen mit Sauerstoff agglomeriert werden, und es ist gezeigt worden, dass es ein eingezüchteter Defekt wie FPD, LSTD, COP oder OSF ist.
Vor dem Beschreiben dieser Defekte werden zuerst allgemein bekannte Dinge über einen Faktor, der die Konzentration von jedem VA und I, die in den Siliziumeinkristall eingebracht sind, beschreibt, beschrieben.
5 ist eine Ansicht, die eine Defektregion eines Siliziumeinkristalls zeigt, wenn V/G, das ein Verhältnis einer Ziehrate V (mm/min) zu einem Durchschnittswert G (°C/mm) eines kristallinen Temperaturgradienten in einer Ziehschaftrichtung in einem Temperaturbereich von einem Siliziumschmelzpunkt bis 1300 °C ist, durch Variieren von V zum Zeitpunkt des Züchtens des Einkristalls verändert wird.
Im Allgemeinen ist eine Temperaturverteilung in einem Einkristall abhängig von einer CZ Im-Ofen-Struktur (die nachstehend als eine heiße Zone (hot zone, HZ)) bezeichnet wird, und diese Verteilung variiert kaum, obwohl eine Ziehrate verändert wird. Daher, in dem Fall eines CZ-Ofens mit der gleichen Konfiguration, ist V/G allein mit einer Veränderung in der Ziehrate assoziiert. Das heißt, dass die Ziehrate V und V/G annähernd ein Verhältnis von direkter Proportionalität aufweist. Demzufolge stellt in 5 eine Ordinate eine Ziehrate V dar.
In einer Region, in der die Ziehrate V relativ hoch ist, sind eingezüchtete Defekte wie FPD, LSTD oder COP, die als durch Agglomerationspunktdefekte gebildete Hohlräume, genannt Vakanzen, angesehen werden können, dicht in der im Wesentlichen gesamten Region einer radialen Kristallrichtung vorhanden und die Region, in der diese Defekte vorhanden sind, wird eine V-reiche Region genannt.
Wenn eine Züchtungsrate reduziert wird, werden in einem peripheren Kristallteil hergestellte OSF-Ringe in das Innere des Kristalls zusammengezogen und sie werden eventuell zerstört. Wenn die Züchtungsrate weiter erniedrigt wird, tritt eine neutrale (die nachstehend als N bezeichnet wird) Region auf, in der Defizienz oder Überschuss an Vakanzen oder interstitiellem Silizium kaum auftritt.
Obwohl beeinflusstes Va oder I in dieser N-Region vorhanden ist, weist sie eine gesättigte Konzentration oder eine niedrigere Konzentration auf und somit wird kein eingezüchteter Defekt durch Agglomeration hergestellt. Diese N-Region ist in eine Nv-Region, wo Va dominant ist, und eine Ni-Region, wo I dominant ist, unterteilt.
Es wurde herausgefunden, dass in der Nv-Region, wenn eine thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, viele Oxidpräzipitate (Bulkmikrodefekte, die nachstehend als BMDs bezeichnet werden) erzeugt werden und dass Sauerstoffpräzipitation in der Ni-Region kaum auftritt.
Des Weiteren wird in einer Region, in der die Züchtungsrate gering ist, I übersättigt, Defekte L/D (große Versetzung, large dislocation: eine Abkürzung eines interstitiellen Versetzungsrings, z. B. LSEPD oder LEPD), die als ein Versetzungsring betrachtet werden können, der als ein Ergebnis von Assemblieren von I erzeugt wird, sind in einer geringen Dichte vorhanden, und diese Region wird eine I-reiche Region genannt.
Daher kann zum Beispiel ein Siliziumsubstrat mit der N-Region mit stark reduzierten Defekten erhalten werden, wenn der Siliziumkristall, der gezogen wird während die Züchtungsrate so kontrolliert wird, dass die N-Region in der gesamten Region in der radialen Richtung von dem Zentrum des Einkristalls gebildet werden kann, geschnitten und poliert wird.
Außerdem, wenn der vorstehend beschriebene BMD auf der Siliziumsubstratoberfläche, die eine vorrichtungsaktive Region ist, erzeugt wird, werden Vorrichtungs-Charakteristika wie Übergangsleckage ungünstig beeinträchtigt, aber auf der anderen Seite, wenn der BMD in einem Bulk vorhanden ist, der nicht die vorrichtungsaktive Region ist, funktioniert der BMD als eine Getter-Stelle, wo während des Vorrichtungsprozesses gemischte Metallverunreinigungen aufgenommen werden, was effektiv ist.
In den letzten Jahren, als ein Verfahren zum Bilden von BMD in einem Substrat mit einer Ni-Region, in der das BMD kaum hergestellt wird, ist ein Verfahren zum Durchführen von RTP (schneller thermischer Prozess, rapid thermal process) (eine Schnellaufheiz- und Schnellabkühl-Hitzebehandlung) vorgeschlagen worden. Diese RTP-Behandlung ist ein Hitzebehandlungsverfahren zum schnellen Erhöhen einer Temperatur eines Siliziumsubstrats über Raumtemperatur bei einer Temperaturerhöhungsrate von z.B. 50 °C/Sekunde, Erhitzen und Halten einer Temperatur bei annähernd 1200 °C für annähernd 10 Sekunden, und schnelles Bewirken von Abkühlen.
Ein Mechanismus, dass die BMDs gebildet werden, wenn eine Oxidpräzipitations-Hitzebehandlung nach der RTP-Behandlung durchgeführt wird, ist in Patentliteratur 1 oder Patentliteratur 2 im Detail beschrieben. Der BMD-Bildungsmechanismus wird jetzt kurz erklärt.
Zuerst, in der RTP-Behandlung, werden Va aus einer Siliziumsubstratoberfläche injiziert, während eine hohe Temperatur von 1200 °C in z.B. einer N₂-Atmosphäre gehalten wird, und dann tritt Umverteilung und Zerstörung mit I durch Streuen von Va während einer Reduktion in der Temperatur auf. Als ein Ergebnis wird ein Status, in dem Va in einem Bulk gleichmäßig verteilt ist, realisiert. Wenn das Siliziumsubstrat in einem solchen Status einer Hitzebehandlung, z.B. bei 800 °C, unterzogen wird, tritt schnell Clustern von Sauerstoff in einer Region mit hoher Va-Konzentration auf, aber Clustern von Sauerstoff tritt nicht in einer Region mit niedriger Va-Konzentration auf. Dann, wenn eine Hitzebehandlung, z.B. bei 1000 °C, für einen gegebenen Zeitraum durchgeführt wird, wächst der clusterförmige Sauerstoff und die BMDs werden gebildet.
Wenn die Sauerstoffpräzipitations-Hitzebehandlung im Hinblick auf das Siliziumsubstrat nach der RTP-Behandlung auf diese Weise durchgeführt wird, werden BMDs mit einer Verteilung in einer Dickerichtung eines Siliziumsubstrats gemäß einem Konzentrationsprofil von durch die RTP-Behandlung gebildetem Va gebildet. Daher wird ein gewünschtes Va-Konzentrationsprofil auf dem Siliziumsubstrat durch Bewirken der RTP-Behandlung während deren Bedingungen wie eine Atmosphäre, eine maximale Temperatur, eine Retentionszeit und andere, kontrolliert werden, gebildet, und dann kann das Siliziumsubstrat mit einer gewünschten DZ-Breite und einem BMD-Profil in einer Dickerichtung durch Durchführen der Sauerstoffpräzipitations-Hitzebehandlung im Hinblick auf das Siliziumsubstrat hergestellt werden.
Des Weiteren offenbart Patentliteratur 3, das ein Oxidfilm auf einer Oberfläche gebildet wird, wenn die RTP-Behandlung in einer Sauerstoffgasatmosphäre durchgeführt wird, I wird aus einer Oxidfilmgrenzfläche injiziert und somit wird die BMD-Bildung unterdrückt. Auf diese Weise kann RTP-Behandlung die BMD-Bildung, abhängig von den Bedingungen, z. B. einem atmosphärischen Gas, einer maximalen Retentionszeit und anderen, sowohl fördern als auch unterdrücken.
Solche eine RTP-Behandlung ist Tempern in einer sehr kurzen Zeit, Ausdiffundieren von Sauerstoff tritt kaum auf und eine Reduktion in der Sauerstoffkonzentration in einer Oberflächenschicht kann ignoriert werden.
Darüber hinaus ist es bekannt, dass sich eine Sperrschicht verbreitert wenn ein MOS-Transistor in einem Vorrichtungsprozess fabriziert wird und eine Sperrvorspannung an einer Gate-Elektrode für deren Einsatz angelegt wird, aber wenn BMDs in der Sperrschichtregion vorhanden sind, und die Gegenwart der BMDs in dieser Sperrschicht Übergangsleckage bewirken kann. Daher dürfen eingezüchtete Defekte wie typisiert durch COP, BMD, oder eingezüchtete Oxidpräzipitate nicht in einer Oberflächenschicht, die eine Betriebsregion für viele Vorrichtungen ist, nicht vorhanden sein.
Um Defekte betreffend Sauerstoff wie COP, OSF-Keime oder Oxidpräzipitate zu zerstören, gibt es ein Verfahren zum Verringern der Sauerstoffkonzentration zu einer Feststofflöslichkeitsgrenze oder weniger. Zum Beispiel können Defekte zerstört werden, wenn eine Hitzebehandlung bei 1100 °C oder mehr durchgeführt wird und Sauerstoffkonzentration in einer Oberflächenschicht zu einer Feststofflöslichkeitsgrenze oder weniger durch Verwenden von Ausdiffundieren von Sauerstoff verringert wird. Jedoch, da die Sauerstoffkonzentration in der Oberflächenschicht durch das Ausdiffundieren von Sauerstoff beträchtlich verringert wird, gibt es ein Problem, dass die mechanische Stärke der Oberflächenschicht auch verringert wird.
Zusätzlich dazu muss ein Minoritätsträger eine ausreichende Nutzungsdauer aufweisen, um zu erlauben, dass eine Halbleitervorrichtung ordentlich funktioniert. Es ist bekannt, dass die Nutzungsdauer eines Minoritätsträgers (die nachstehend als eine Nutzungsdauer bezeichnet wird) durch Bildung eines Defektspiegels durch Metallverunreinigungen, Sauerstoffpräzipitation, Vakanzen und anderen verringert wird. Daher muss ein Siliziumsubstrat durch ein Verfahren hergestellt werden, das eine ausreichende Nutzungsdauer realisieren kann, um eine Funktion einer Halbleitervorrichtung sicher sicherzustellen.
Daher, in neuesten Vorrichtungen, ist ein Wafer mit einer ausreichenden Nutzungsdauer, in dem eingezüchtete Defekte oder eingezüchtete Oxidpräzipitate betreffend Sauerstoff in einer Vorrichtungsbetriebsregion nicht vorhanden sind und als Getter-Stellen dienende BMDs ausreichend in einem Bulk außerhalb der Vorrichtungsbetriebsregion durch eine Vorrichtungshitzebehandlung ausreichend präzipitiert sind, effektiv.
Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zum Ausschneiden eines Siliziumsubstrats mit einer gesamten Ebene einer N-Region aus einem N-Region-Einkristall, in dem Agglomerate aus Va oder I nicht vorhanden sind, und Durchführen einer RTP-Behandlung im Hinblick auf das Siliziumsubstrat. Im Fall dieses Verfahrens, da keine eingezüchtete Defekte in Si, das ein Material ist, vorhanden sind, kann in Betracht gezogen werden, dass keine Probleme auftreten obwohl die RTP-Behandlung durchgeführt wird, aber, wenn TDDB (zeitabhängiger dielektrischer Durchschlag, time dependent dielectric breakdown)-Charakteristika als temporale Durchschlagsspannungs-Charakteristika, die eine Langzeitverlässlichkeit eines Oxidfilms darstellen, nach dem Herstellen eines Siliziumsubstrats mit einer gesamten Ebene einer N-Region und Durchführen der RTP-Behandlung gemessen werden, sind TZBD-Charakteristika kaum in einer Nv-Region des Siliziumsubstrats verringert, aber die TDDB-Charakteristika können in manchen Fällen verringert sein. Des Weiteren, wie offenbart in Patentliteratur 4, da eine Region, in der die TDDB-Charakteristika verringert sind, eine Nv-Region und auch eine Region, in der durch das RIE-Verfahren detektierte Defekte (RIE-Defekte) vorhanden sind, ist, ist Entwickeln eines Siliziumsubstrats ohne in einer Oberflächenschicht vorhandenen RIE-Defekten und ein Herstellungsverfahren davon sehr wichtig.
Jetzt wird das RIE-Verfahren beschrieben.
Wie das RIE-Verfahren ist ein in Patentliteratur 5 offenbartes Verfahren als ein Verfahren zum Bewerten von kleinen Kristalldefekten, die Siliziumoxid enthalten, (die nachstehend als SiOx bezeichnet werden) in einem Siliziumsubstrat während des Bereitstellens einer Auflösung in einer Tiefenrichtung bekannt gewesen. Gemäß diesem Verfahren wird hochselektives anisotropes Ätzen wie ein reaktives Ionenätzen (das nachstehend als RIE bezeichnet wird) im Hinblick auf eine Hauptoberfläche des Substrats durchgeführt, bis eine festgesetzte Dicke bereitgestellt wird, und ein verbleibender Ätzrest wird detektiert, wodurch Kristalldefekte bewertet werden. Da eine Ätzrate sich abhängig von einer SiOx enthaltenden, einen Kristalldefekt bildenden Region und einer nicht-bildenden Region (die Ätzrate ist niedriger im Fall der ersteren), ändert, wenn das Ätzen durchgeführt wird, verbleibt ein konischer Vorsprung mit einem SiOx enthaltenden Kristalldefekt als ein Apex auf einer Hauptoberfläche des Substrats. Da der Kristalldefekt in Form eines Vorsprungs durch anisotropes Ätzen hervorgehoben wird, und somit kann ein sehr kleiner Defekt leicht detektiert werden.
Ein in Patentliteratur 5 offenbartes Verfahren zum Bewerten eines Kristalldefekts wird jetzt beschrieben.
Ein Oxidpräzipitat wird gebildet, wenn in einem Siliziumsubstrat gelöster Sauerstoff in einem Übersättigungsstatus als SiOx durch eine Hitzebehandlung präzipitiert wird. Des Weiteren, wenn anisotropes Ätzen mit einem hohen Selektivitätsverhältnis im Hinblick auf in dem Siliziumsubstrat eingeschlossenen BMDs in einer Halogen enthaltenden gemischten Gas (z. B. HBr/Cl₂/He+O₂) Atmosphäre mit einer kommerziell verfügbaren RIE-Vorrichtung durchgeführt wird, werden durch die BMDs erzeugte konische Vorsprünge als Ätzreste (Kügelchen) gebildet. Daher können Kristalldefekte basierend auf den Kügelchen bewertet werden. Zum Beispiel ermöglicht Zählen der Anzahl der erhaltenen Kügelchen erhalten der Dichte der BMDs auf dem Siliziumsubstrat in dem geätzten Bereich.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Kokai) JP 2001-203210 A
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) JP 2001-503009 A
Patentdokument 3: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Kokai) JP 2003-297839 A
Patentdokument 4: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Kokai) JP 2009-249205 A
Patentdokument 5: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Kokai) JP 2000-058509 A

WO 2010/119614 A1 , DE 11 2011 101914 T5 und US 2003-0104709 A1 beschreiben Verfahren zur thermischen Behandlung von Siliziumeinkristallwafern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Als ein Ergebnis des Durchführens von verschiedenen Forschungsarbeiten haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckt, dass Durchführen der RTP-Behandlung bei einer Temperatur von mehr als 1000 °C ermöglicht, dass RIE-Defekte in einer Substratoberflächenschicht zerstört werden. Es wurde jedoch auch gefunden, dass ein neues Problem, das die Nutzungsdauer des dem RTP-Verfahren unterzogenen Substrats bei einer Temperatur höher als 1300 °C nach der Hitzebehandlung stark absinkt. Obwohl die Ursache dieses Problems nicht klar ist, kann in Betracht gezogen werden, dass stark konzentrierte Vakanzen exzessiv in dem Substrat erzeugt werden, wenn die Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C durchgeführt wird und die Vakanzen während eines Abkühlprozesses agglomerieren oder die Vakanzen mit anderen in dem Substrat vorhandenen Elementen gekuppelt werden, um dadurch einen Defektspiegel zu bilden.
Ein Rückgang in der Nutzungsdauer kann ein Faktor sein, der ein Ausbeuteverhältnis in einem Vorrichtungsprozess reduziert oder eine Vorrichtungsfunktion destabilisiert. Insbesondere kann ein Vorrichtungsdefekt sehr wahrscheinlich auftreten, wenn die Nutzungsdauer weniger als 500 µsek beträgt, was zu einem Problem werden kann.
Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats, das keine RIE-Defekte in einer Oberflächenschicht aufweist und eine ausreichend lange Nutzungsdauer aufweist und auch das Siliziumsubstrat bereitstellt, bereitzustellen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um dieses Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats bereits, umfassend: Durchführen einer schnellen Hitzebehandlung an einem Siliziumsubstrat mit einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur durch Halten des Siliziumsubstrats bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als ein Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden, wobei das Siliziumsubstrat von einem durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten wird; dann Durchführen eines ersten Temperaturabsenkungsprozesses bis auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C bei einer Temperaturabsenkungsrate von 5 bis 150 °C/sek; und Durchführen eines zweiten Temperaturabsenkungsprozesses auf so eine Weise, dass eine Kühlzeit von X Sekunden und eine Temperaturabsenkungsrate von Y °C/sek 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 erfüllt.
Wie vorstehend beschrieben, wenn das Substrat der schnellen Hitzebehandlung durch Halten von diesem bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als die Siliziumschmelztemperatur ist, für 1 bis 60 Sekunden unterzogen wird, können RIE-Defekte und andere in der Substratoberflächenschicht effektiv zerstört werden, und Vakanzen können effektiv in das Substrat injiziert werden. Des Weiteren, wenn die Temperatur abgesenkt wird und das Kühlen wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird, kann Bildung der Defekte, was Reduktion der Nutzungsdauer bewirken kann, unterdrückt werden. Daher ist es möglich, ein Hochqualitätssiliziumsubstrat mit einer Nutzungsdauer von 500 µsek oder mehr, in dem BMDs exzellent in dessen Bulk gebildet sind und Defekte in dessen Oberflächenschicht als eine Vorrichtungsfabrikationsregion nicht vorhanden sind, herzustellen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die schnelle Hitzebehandlung in einer Atmosphäre, enthaltend ein Nitridfilm bildendes atmosphärisches Gas, ein Edelgas oder eine Mischung aus diesen Gasen, durchzuführen. Wenn die schnelle Hitzebehandlung in solch einer Atmosphäre durchgeführt wird, können Vakanzen zu dem Ausmaß injiziert werden, dass ausreichend BMDs präzipitiert werden können, während Auftreten von Gleitversetzung (slip dislocation) vermieden wird.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen als das der schnellen Hitzebehandlung zu unterziehendes Siliziumsubstrat ein von einem Siliziumeinkristall-Ingot, der durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet worden ist und eine gesamte Ebene aus einer OSF-Region, einer N-Region oder gemischten Region aus der OSF- und der N-Region aufweist, geschnittenen Siliziumeinkristallwafer, der eine Sauerstoffkonzentration von 5x1017 Atom/cm3 (JEIDA) oder mehr aufweist, zu verwenden.
Wenn solch ein Siliziumeinkristallwafer als das Siliziumsubstrat, das der schnellen Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen werden soll, verwendet wird, können Defekte sogar in dem Substrat zerstört werden und das Siliziumsubstrat ohne Defekte in der Vorrichtungsfabrikationsregion kann sicherer hergestellt werden.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein durch das Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats hergestelltes Siliziumsubstrat bereit, wobei durch das RIE-Verfahren detektierte Defekte in einer Tiefe von mindestens 1 µm von einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, die als eine Vorrichtungsfabrikationsregion dienen soll, nicht vorhanden sind, und eine Nutzungsdauer eines Minoritätsträgers des Siliziumsubstrats nicht kürzer als 500 µsek ist.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das vorstehend beschriebene Siliziumsubstrat hergestellt werden und es kann ein Hochqualitätssiliziumsubstrat sein, das ein Ausbeuteverhältnis bei Vorrichtungsfabrikation verbessern kann.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Hochqualitätssiliziumsubstrat mit einer Nutzungsdauer von 500 µsek oder mehr herzustellen, in dem Defekte in der als die Vorrichtungsfabrikationsregion dienenden Oberflächenschicht nicht vorhanden sind.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Einkristallziehapparatur zeigt;
2 ist eine schematische Figur, die ein Beispiel einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur eines Einzelwafer-Verarbeitungstyps zeigt;
3 ist ein Graph, der eine Temperaturabsenkungsrate, eine Kühlzeit und ein Nutzungsdauerbewertungsergebnis in jedem von dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
4 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen BMD-Dichte und einer Hitzebehandlungstemperatur in jedem von dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
5 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Ziehrate und einer Defektregion zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl die vorliegende Erfindung jetzt im Detail als eine Ausführungsform mit Referenz zu den Figuren beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
In einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Siliziumeinkristall-Ingot durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet und dann wird ein Siliziumsubstrat von dem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten.
Der Durchmesser oder dergleichen des zu züchtenden Siliziumeinkristall-Ingots ist nicht besonders beschränkt und kann ein Durchmesser sein von, z. B., 150 mm bis 300 mm oder größer, und der Ingot kann gemäß der Anwendung zu einer gewünschten Größe gezüchtet werden.
Hier wird eine Einkristallziehapparatur, die für das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, beschrieben werden.
1 zeigt die Einkristallziehapparatur 10. Diese Einkristallziehapparatur 10 ist aus einer Ziehkammer 11, einem Tiegel 12 in der Ziehkammer 11, ein um den Tiegel 12 herum angeordnetes Heizgerät 14, einen Tiegelhalteschaft 13 und dessen Rotationsmechanismus (nicht gezeigt), die konfiguriert sind, den Tiegel 12 zu rotieren, eine Keimspannvorrichtung 21, die einen Siliziumkeimkristall trägt, einen Draht 19, der die Keimspannvorrichtung 21 zieht, und einen Aufnahmemechanismus (nicht gezeigt), der den Draht 19 rotiert oder aufnimmt, aufgebaut. Im Hinblick auf den Tiegel 12 ist auf der Innenseite davon, auf einer Seite, wo die Siliziumschmelze 18 aufbewahrt wird, ein Quarztiegel bereitgestellt, und auf der Außenseite davon ist ein Graphittiegel bereitgestellt. Zusätzlich dazu ist ein isolierendes Material 15 auf der äußeren Peripherie des Heizgeräts 14 angeordnet.
Des Weiteren, gemäß den Herstellungsbedingungen, kann ein ringförmiger Graphitzylinder (ein Gasflussleitzylinder) 16, wie in 1 gezeigt, bereitgestellt sein, oder ein ringförmiges, außen isolierendes Material (nicht gezeigt) kann außerhalb einer fest-flüssigen Grenzfläche 17 des Kristalls bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann auch eine zylindrische Kühlapparatur bereitgestellt sein, die ein Kühlgas versprüht oder Strahlungshitze blockiert, um den Einkristall zu kühlen.
Außerdem ist es möglich, eine ein sogenanntes MCZ-Verfahren verwendende Apparatur zu verwenden, ausgestattet mit einem Magnet (nicht gezeigt) auf der äußeren Seite der Ziehkammer 11, um einen Konvektionsstrom einer Siliziumschmelze 18 zu unterdrücken und dadurch stabil den Einkristall durch Anlegen eines horizontalen oder vertikalen magnetischen Felds an der Schmelze zu züchten.
In der vorliegenden Erfindung können als einschlägige Teile dieser Apparaturen beispielsweise die gleichen Teile wie die in konventionellen Beispielen verwendet werden.
Ein Beispiel eines Einkristallzüchtungsverfahrens, das die Einkristallziehapparatur 10 verwendet, wird jetzt beschrieben werden.
Zuerst wird ein hochreines polykristallines Silizium-Rohmaterial zu einem Schmelzpunkt (annähernd 1420 °C) oder mehr erhitzt und in dem Tiegel 12 geschmolzen. Dann wird der Draht 19 so abgewickelt, dass das Ende des Keimkristalls mit einem im Wesentlichen zentralen Teil der Oberfläche der Siliziumschmelze 18 in Kontakt gebracht oder in einen im Wesentlichen zentralen Teil der Oberfläche der Siliziumschmelze 18 eingetaucht wird. Dann wird der Tiegelhalteschaft 13 in eine geeignete Richtung rotiert, der Draht 19 wird rotiert und aufgespult, um einen Keimkristall zu ziehen, wodurch Züchten des Siliziumeinkristall-Ingots 20 beginnt.
Dann werden die Ziehrate und die Temperatur entsprechend eingestellt, sodass eine gewünschte Defektregion gebildet werden kann und der im Wesentlichen zylindrische Siliziumeinkristall-Ingot 20 wird erhalten.
Um effektiv diese gewünschte Ziehrate (eine Züchtungsrate) zu kontrollieren, wird der Ingot zum Beispiel während die Ziehrate fortwährend geändert wird gezüchtet, ein vorläufiger Test zum Überprüfen eines Verhältnisses zwischen der Ziehrate und der Defektregion wird durchgeführt, um zum Beispiel so ein Verhältnis wie in 5 gezeigt zu erhalten, und dann wird die Ziehrate durch einen Haupttest, basierend auf diesem Verhältnis, kontrolliert, wodurch der Siliziumeinkristall-Ingot so hergestellt wird, dass er die gewünschte Defektregion erhält.
Darüber hinaus, im Hinblick auf die zu züchtende Defektregion des Siliziumeinkristall-Ingots, obwohl ein Siliziumeinkritall-Ingot mit der gesamten Ebene aus einer V-reichen Region, einer OSF-Region, einer N-Regiion oder einer Mischung aus diesen Regionen gezüchtet werden kann, wird der Siliziumeinkristall-Ingot erfindungsgemäß mit der gesamten Ebene aus der N-Region, der OSF-Region oder der Mischung aus der OSF- und der N-Region gezüchtet.
Da ein Siliziumsubstrat mit der vorstehend beschriebenen Defektregion kaum COPs enthält, die zum großen Teil schwer zerstört werden können, können die Defekte sicher durch die schnelle Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung zerstört werden und in tieferen Positionen vorhandene RIE-Defekte können leicht zerstört werden, was besonders effektiv ist.
Zusätzlich, wenn zum Beispiel solch ein hergestellter Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten und poliert wird, kann ein Siliziumsubstrat erhalten werden.
Des Weiteren ist es bekannt, dass Vakanzen in dem Siliziumsubstrat mit in dem Siliziumsubstrat enthaltenen Verunreinigungselementen gekuppelt werden und es wird in Betracht gezogen, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumsubstrat das Verhalten der durch die schnelle Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkten Vakanzen stark beeinflusst. Obwohl ein direktes kausales Verhältnis zwischen den Vakanzen und der Nutzungsdauer nicht klar ist, werden zum Beispiel in einem Siliziumsubstrat mit einer Sauerstoffkonzentrationen von 5×10¹⁷ Atom/cm³ (JEIDA) oder mehr vor der schnellen Hitzebehandlung Vakanz-Sauerstoffpaare mit hoher Konzentration zum Zeitpunkt des Absenkens einer Temperatur nach der schnellen Hitzebehandlung hergestellt und die Bildung von Defekten, die einen tiefen Spiegel bilden, der die Nutzungsdauer beeinträchtigt, kann schnell unterdrückt werden, was erfindungsgemäß vorgesehen ist. Solche eine Sauerstoffkonzentration kann während des vorstehend beschriebenen Züchtens der Ingots eingestellt werden.
Das so fabrizierte Siliziumsubstrat wird einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlbehandlung unterzogen, zum Beispiel mit einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur eines Einwafer-Verarbeitungstyps. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur des Einwafer-Verarbeitungstyps, die in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Die in 2 gezeigte Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur 52 weist eine aus Quarz hergestellte Kammer 53 auf und ein Siliziumsubstrat W kann in dieser Kammer 53 einer schnellen Hitzebehandlung unterzogen werden. Heizen wird durch Heizlampen 54 (z. B. Halogenlampen) durchgeführt, die angeordnet sind, die Kammer von oberen, unteren, linken und rechten Seiten zu umgeben. Die Heizlampen 54 werden konfiguriert, unabhängig bereitgestellte elektrische Energie zu kontrollieren.
Auf der Gasauslassseite ist ein Auto-Shutter 55 bereitgestellt, sodass Luft von außerhalb blockiert wird. Eine nicht dargestellte Wafer-Insertionsöffnung, die konfiguriert ist durch eine Schieber geöffnet/geschlossen zu werden, ist in dem Auto-Shutter 55 bereitgestellt. Außerdem ist in dem Auto-Shutter 55 eine Gasauslassöffnung 51 bereitgestellt, sodass eine Atmosphäre in dem Ofen eingestellt werden kann.
Zusätzlich dazu ist das Siliziumsubstrat W auf einem auf einem Quarztablett gebildeten Dreipunktträgerteil 57 angeordnet. Ein Quarzpuffer 58 ist auf der Gaseinführungsöffnungsseite des Quarztabletts bereitgestellt, sodass verhindert werden kann, dass ein Einführungsgas, wie ein oxidiertes Gas, ein nitriertes Gas oder ein ArGas, direkt auf das Siliziumsubstrat W einwirkt.
Des Weiteren ist ein nicht gezeigtes Temperaturmessungsspezialfenster in der Kammer 53 bereitgestellt und die Temperatur des Siliziumsubstrats W kann durch dieses Spezialfenster mit einem außerhalb der Kammer 53 installiertem Pyrometer 59 gemessen werden.
Darüber hinaus wird in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, mit der vorstehend beschriebenen Schnellaufheiz- und Schnellabkühltemperatur die schnelle Hitzebehandlung an dem Siliziumsubstrat durch Halten des Siliziumsubstrats für 1 bis 60 Sekunden bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als ein Siliziumschmelzpunkt ist, erhöht bei einer Temperaturerhöhungsrate von beispielsweise 50 °C/sek, durchgeführt. Dann wird ein erster Temperaturabsenkungsprozess bis auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C bei einer Temperaturabsenkungsrate von 5 bis 150 °C/sek durchgeführt, und ein zweiter Temperaturabsenkungsprozess wird im Folgenden zum Kühlen durchgeführt, sodass eine Kühlzeit von X Sekunden und eine Temperaturabsenkungsrate Y° C/sek 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 erfüllt.
Wenn das Siliziumsubstrat der schnellen Hitzebehandlung bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als der Siliziumschmelzpunkt ist, auf diese Weise unterzogen wird, können durch das RIE-Verfahren detektierte Defekte in einer Tiefe von mindestens 1 µm von einer Siliziumsubstratoberfläche zerstört werden. Die schnelle Hitzebehandlungszeit, die in den Bereich von 1 bis 60 Sekunden fällt, ist für die Zerstörung der Defekte ausreichend, aber eine Zeit, die 60 Sekunden übersteigt, kann möglicherweise zu einer Reduktion der Produktivität, einem Ansteigen der Kosten, Auftreten von Gleitversetzung und anderen führen. Außerdem kann die schnelle Hitzebehandlung, die für 60 Sekunden oder weniger durchgeführt wird, verhindern, dass Sauerstoffkonzentration in einer Oberflächenschicht stark durch exzessive Ausdiffusion von Sauerstoff während der schnellen Hitzebehandlung reduziert wird, und es kann auch eine Reduktion der mechanischen Stärke verhindern.
Zusätzlich kann die Temperaturabsenkungsrate, die langsamer als 5 °C/sek zu dem Zeitpunkt des Reduzierens der Temperatur, die höher ist als 1300 °C, zu einer Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C, ist, zu einer Absenkung der Produktivität führen, und die Temperaturabsenkungsrate von schneller von 150 °C/sek kann möglicherweise in dem Auftreten von Gleiten durch schnelles Kühlen resultieren.
Wenn die Temperatur auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C in dem ersten Temperaturabsenkungsprozess verringert wird, muss eine Kühlzeit nicht extensiv erhöht werden und die Vakanzen können ausreichend zu dem Zeitpunkt des zweiten Temperaturabsenkungsprozesses kontrolliert werden. Wenn die zweite Temperaturabsenkung von einer Temperatur höher als 800 °C begonnen wird, wird die für das Kühlen benötigte Zeit lang und die Produktivität wird abgebaut. Wenn die zweite Temperaturabsenkung bei einer Temperatur von weniger als 600 °C begonnen wird, können die Vakanzen in dem Substrat nicht ausreichend kontrolliert werden.
Des Weiteren können in dem zweiten Temperaturabsenkungsprozess, wenn die Kühlzeit von X Sekunden und die Temperaturabsenkungsrate von Y °C/sek so eingestellt sind, dass sie 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 erfüllt, die Vakanzen effektiv kontrolliert werden und eine Reduktion der Nutzungsdauer kann unterdrückt werden. Solch eine Kontrolle ist möglich, da es in Betracht gezogen werden kann, dass Diffusion der in hohen Konzentrationen durch die schnelle Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C hergestellten Vakanzen gefördert wird, die Konzentration verringert wird, die Vakanzen mit jedem anderen Verunreinigungselement gekuppelt werden, um Defekte zu bilden, die die Nutzungsdauer nicht verkürzen, und Bildung der durch die Vakanzen bewirkten Defekte, die die Nutzungsdauer verkürzen, kann dadurch unterbunden werden.
Der vorstehend beschriebene Temperaturabsenkungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein neues Problem lösen, das die Vakanzen, wenn die schnelle Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C zum Zerstören der RIE-Defekte in der Substratoberflächenschicht durchgeführt wird, exzessiv produziert werden, und die Nutzungsdauer des Substrats wird durch die durch die Vakanzen hergestellten Defekte reduziert.
In dem zweiten Temperaturabsenkungsprozess kann die Temperatur auf z.B. eine normale Temperatur oder weniger abgesenkt werden. Außerdem, da die zweite Temperaturabsenkungsrate relativ langsam ist, wird die erste Temperaturabsenkungsrate von der Temperatur höher als 1300 °C zu der Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C vorzugsweise im Hinblick auf Produktivität zu einer hohen Rate gesetzt und in diesem Fall wird der Temperaturabsenkungsprozess bei einer Temperaturabsenkungsrate, die niedriger ist als die erste Temperaturabsenkungsrate, durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird die schnelle Hitzebehandlung in einer Atmosphäre enthaltend ein Nitridfilm-bildendes atmosphärisches Gas, ein Edelgas oder eine Mischung aus diesen Gasen durchgeführt.
Das Verwenden der vorstehend beschriebenen Atmosphäre ermöglicht Verhindern von Gleitversetzung, verglichen mit einer Situation, in der die schnelle Hitzebehandlung z.B. in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird, und ein Problem wie Übergangsleckage durch die Gleitversetzung kann verhindert werden, wodurch ein Vorrichtungsausbeuteverhältnis verbessert wird. Außerdem können Vakanzen effektiv injiziert werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Hochqualitätssiliziumsubstrat mit einer Nutzungsdauer von 500 µsek oder mehr herzustellen, indem durch das RIE-Verfahren detektierte Defekte in einer Tiefe von mindestens 1 µm von der Oberfläche, die als die Vorrichtungsfabrikationsregion dient, nicht vorhanden sind.
BEISPIEL
Die vorliegende Erfindung wird jetzt spezifischer, basierend auf einem Beispiel und Vergleichsbeispielen, beschrieben werden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
(Beispiel, Vergleichsbeispiel 1)
Mit der in 1 gezeigten Siliziumeinkristallziehapparatur wurde ein N-Region-Silizumeinkristall-Ingot (ein Durchmesser: 12 Inches (300 mm), eine Orientierung: <100>, ein Leitfähigkeitstyp: p-Typ) gezüchtet, während ein transverses Magnetfeld, basierend auf dem MCZ-Verfahren, angelegt wurde, und von diesem Ingot geschnittene Siliziumeinkristallwafer wurden jeweils einer Hitzebehandlung (einer schnellen Hitzebehandlung) bei ersten Temperaturen von 1250 °C, 1290 °C, 1320 °C und 1350 °C für 10 Sekunden mit der in 2 gezeigten Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur (Helios, hergestellt in diesem Beispiel durch Mattson) unterzogen. Bei dieser schnellen Hitzebehandlung wurden Ar, N₂ und HN₃/Ar als die Atmosphäre verwendet.
Anschließend wurde das erste Temperaturabsenkungsverfahren von der ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur bei einer Temperaturabsenkungsrate von 30 °C/sek durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt war die zweite Temperatur jeweils auf 900 °C, 800 °C, 700 °C, 600 °C und 500 °C gesetzt. Dann wurden in dem zweiten Temperaturabsenkungsprozess von der zweiten Temperatur eine vorbestimmte Temperaturabsenkungsrate und eine Kühlzeit festgesetzt und der Wafer wurde abgekühlt. Dann wurde eine Waferoberfläche auf annähernd 5 µm poliert.
Unter diesen so fabrizierten Wafern wurden Wafer, die durch Verringern auf Raumtemperatur unter Bedingungen einer Ar-Atmosphäre, einer zweiten Temperatur von 800 °C und einer Temperaturabsenkungsrate von 9 °C/sek in dem zweiten Temperaturabsenkungsprozess erhalten wurden, auf RIE-Defekte in der Waferoberflächenschicht inspiziert.
Bei dieser Inspektion wurde Ätzen mit einer Magnetron-RIE-Apparatur durchgeführt (Centura, hergestellt von Applied Materials). Dann wurden restliche Vorsprünge nach dem Ätzen durch eine Kontaminations-Inspektionsapparatur von einem Laserstreuungstyp (SPI, hergestellt von KLA-Tencor) gemessen und die Defektdichte wurde berechnet. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Tabelle 1]

Atmosphäre Erste Temperatur

1250 °C 1290 °C 1320 °C 1350 °C

Ar 116 65 0 0

N₂ 240 51 0 0

NH₃/Ar 302 60 0 0
Es kann von Tabelle 1 verstanden werden, dass die RIE-Defekte vollständig in jeder Atmosphäre durch die bei einer Temperatur höher als 1300 °C durchgeführte schnelle Hitzebehandlung zerstört werden. Des Weiteren, da die Ergebnisse die Defekte auf der Oberfläche nach Polieren von 5 µm zeigen, kann verstanden werden, dass die von der Oberfläche bis zur Tiefe von mindestens 5 µm vorhandenen Defekte durch die schnelle Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C in diesem Beispiel zerstört wurden. Andererseits, wenn die Temperatur in der schnellen Hitzebehandlung jeweils 1290 °C und 1250 °C ist, wurden viele RIE-Defekte in der Oberflächenschicht gesehen, und es kann verstanden werden, dass jede dieser Temperaturen für Zerstörung unzureichend war.
Des Weiteren, unter den fabrizierten Wafern, wurden die Wafer der Hitzebehandlung (der schnellen Hitzebehandlung) bei einer ersten Temperatur von 1350 °C in der Ar-Atmosphäre für 10 Sekunden unterzogen, der erste Temperaturabsenkungsprozess wurde bis auf eine zweite Temperatur von 800 °C bei 30 °C/sek durchgeführt, der zweite Temperaturabsenkungsprozess wurde mit verschiedenen Kühlzeiten und Temperaturabsenkungsraten durchgeführt, und die Nutzungsdauer der Wafer wurde gemessen.
Als das Messverfahren wurde eine Behandlung zum Aufbringen einer Lösung, erhalten durch Tropfen von 2 g Iod in Ethanol auf den Wafer (eine chemische Passivierungsbehandlung, die nachstehend als eine CP-Behandlung bezeichnet wird) durchgeführt, und eine Nutzungsdauer wurde durch eine Nutzungsdauermessapparatur (WT-2000, hergestellt von Semilab) gemessen. 3 zeigt ein Verhältnis relativ zu der gemessenen Nutzungsdauer.
Wie in 3 gezeigt, kann verstanden werden, dass die Nutzungsdauer nach der schnellen Hitzebehandlung exzellenter ist wenn die Kühlzeit kürzer als 100 Sekunden ist, da die Temperaturabsenkungsrate geringer ist. Darüber hinaus, wenn die Kühlzeit 100 Sekunden oder mehr beträgt, wird eine exzellente Nutzungsdauer durch Setzen der Temperaturabsenkungsrate auf 10 °C/sek oder weniger erhalten. Basierend auf solch einem Verhältnis, in dem zweiten Temperaturabsenkungsprozess, unter der Annahme, dass die Kühlzeit X Sekunden beträgt und die Temperaturabsenkungsrate Y°C/sek ist, ermöglicht das Einstellen von X und Y die Bereiche, dargestellt durch 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 (der in der Kurve gezeigte Bereich einer schattierten Fläche), zu erfüllen, die Herstellung eines Wafers mit einer exzellenten Nutzungsdauer.
Außerdem, wenn die Nutzungsdauer des Wafers im Beispiel, in dem die zweite Temperatur jeweils auf 700 °C und 600 °C eingestellt wurde, gemessen wurde, trat die gleiche Tendenz wie die in 3 auf.
Jedoch wurde im Vergleichsbeispiel, wo die zweite Temperatur auf 900 °C oder 500 °C eingestellt wurde, das vorstehend beschriebene Verhältnis nicht erhalten, und die Nutzungsdauer war in dem der schnellen Hitzebehandlung bei einer Temperatur von höher als 1300 °C unterzogenen Wafer in diesem Fall reduziert.
Zusätzlich dazu wurde in jeder Atmosphäre von Ar, N₂ oder NH₃/Ar die Hitzebehandlung (die schnelle Hitzebehandlung) bei jeweils Temperaturen von 1250 °C, 1300 °C, 1325 °C oder 1350 °C für 10 Sekunden durchgeführt, der erste Temperaturabsenkungsprozess wurde bis auf eine zweite Temperatur von 800 °C bei einer Temperaturabsenkungsrate von 30 °C/sek durchgeführt, dann wurde der zweite Temperaturabsenkungsprozess bei einer Temperaturabsenkungsrate von 9 °C/sek für eine Kühlzeit von 120 Sekunden durchgeführt, und BMD-Dichte des dieser Behandlung unterzogenen Wafers wurde gemessen.
Als Messverfahren wurde eine Hitzebehandlungssimulation eines Flash-Memory-Fabrikationsprozesses durchgeführt und BMDs wurden in dem Wafer präzipitiert. Der Wafer wurde dann in 5 % HF getaucht und ein auf der Oberfläche gebildeter Oxidfilm wurde entfernt. Dann wurde Ätzen mit der RIE-Apparatur durchgeführt, die Anzahl der restlichen Vorsprünge wurde durch ein Elektronenmikroskop gemessen, Defektdichte wurde berechnet und die BMD-Dichte wurde gemessen. 4 zeigt die Messungsergebnisse. Es ist anzumerken, dass, als ein Referenzbeispiel (Ref. in 4), 4 auch die BMD-Dichte zeigt, die auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben gemessen wurde, in einem auf die gleiche Weise wie vorher fabrizierten Wafer, mit der Ausnahme, dass die Schnellaufheiz- und Schnellabkühl-Hitzebehandlung nicht durchgeführt wurde.
Wie in 4 gezeigt, kann verstanden werden, dass jede Atmosphäre leichtes Kontrollieren der Bildung von BMDs zu dem Zeitpunkt der Vorrichtungsfabrikations-Hitzebehandlung ermöglicht. Darüber hinaus ist die BMD-Dichte in jeder Atmosphäre höher wie verglichen mit dem Fall, in dem die Schnellaufheiz- und Schnellabkühl-Hitzebehandlung nicht durchgeführt wird. Außerdem ist in jeder Atmosphäre, wenn die schnelle Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C durchgeführt wird, die hohe BMD-Dichte gesichert.
(Vergleichsbeispiel 2)
Mit der in 1 gezeigten Siliziumeinkristallziehapparatur wurde ein N-Region-Siliziumeinkristall-Ingot (ein Durchmesser: 12 Inches (300 mm), eine Orientierung: <100>, ein Leitfähigkeitstyp: p-Typ) gezüchtet, während ein transverses Feld, basierend auf dem MCZ-Verfahren, angelegt wurde, und von diesem Ingot geschnittener Siliziumeinkristallwafer wurden jeweils einer Hitzebehandlung (einer schnellen Hitzebehandlung) bei ersten Temperaturen von 1250 °C, 1290 °C, 1320 °C und 1350 °C für 10 Sekunden mit der in 2 gezeigten Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur (Helios, in diesem Beispiel hergestellt von Mattson) unterzogen. Bei dieser schnellen Hitzebehandlung wurden Ar und HN₃/Ar als die Atmosphäre benutzt.
Anschließend wurde die Temperatur von jeder Hitzebehandlungstemperatur auf eine normale Temperatur bei einer Temperaturabsenkungsrate von 30 °C/sek ohne Durchführen der in zwei Stufen erfolgenden Temperaturabsenkung durchgeführt. Dann wurde der Wafer für annähernd 5 µm poliert.
RIE-Defekte in einer Waferoberflächenschicht des so fabrizierten Wafers wurden wie beim Beispiel und Vergleichsbeispiel 1 gemessen. Als ein Ergebnis wurde die gleiche Tendenz wie die in Tabelle 1 erhalten. Zusätzlich dazu zeigt Tabelle 2 ein durch Messen der Nutzungsdauer des fabrizierten Wafers wie im Beispiel erhaltenes Ergebnis.
[Tabelle 2]

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

Ar ⊚ ○ × ×

NH₃/Ar ○ Δ × ×

⊚: 1000 µsek oder mehr
○: 500 µsek oder mehr und weniger als 1000 µsek
Δ: 100 µsek oder mehr und weniger als 500 µsek
×: weniger als 100 µsek

Wie aus Tabelle 2 offensichtlich, kann verstanden werden, dass in jeder Atmosphäre die Nutzungsdauer reduziert wird wenn die Temperatur der schnellen Hitzebehandlung erhöht wird, insbesondere wird die Nutzungsdauer merklich reduziert, wenn die schnelle Hitzebehandlung bei einer Temperatur höher als 1300 °C, weniger als 100 µsek wird, durchgeführt wird.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist nur eine Erläuterung und alle Beispiele, die im Wesentlichen das gleiche Merkmal aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen zeigen wie die des in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebenen technischen Konzepts, sind in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats, umfassend: Durchführen einer schnellen Hitzebehandlung an einem Siliziumsubstrat mit einer Schnellaufheiz- und Schnellabkühlapparatur durch Halten des Siliziumsubstrats bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht größer als ein Siliziumschmelzpunkt ist, für 1 bis 60 Sekunden, wobei das Siliziumsubstrat von einem durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten wird; Durchführen eines ersten Temperaturabsenkungsprozesses bis auf eine Temperatur in dem Bereich von 600 bis 800 °C bei einer Temperaturabsenkungsrate von 5 bis 150 °C/sek; und Durchführen eines zweiten Temperaturabsenkungsprozesses auf so eine Weise, dass eine Kühlzeit von X Sekunden und eine Temperaturabsenkungsrate von Y °C/sek. 0 < Y ≤ 0,15 X - 4,5 wenn X < 100 erfüllt und 0 < Y ≤ 10 wenn 100 ≤ X ≤ 200 erfüllt, wobei die Hitzebehandlung in einer Atmosphäre, enthaltend ein Nitridfilm-bildendes atmosphärisches Gas, ein Edelgas oder eine Mischung aus diesen Gasen, durchgeführt wird, wobei das der Hitzebehandlung unterzogene Siliziumsubstrat ein von einem Siliziumeinkristall-Ingot, der durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet worden ist und eine gesamte Ebene aus einer OSF-Region, einer N-Region oder einer gemischten Region aus der OSF-Region und der N-Region aufweist, geschnittener Siliziumeinkristallwafer ist, der eine Sauerstoffkonzentration von 5×10¹⁷ Atom/cm³ (JEIDA) oder mehr aufweist.
Siliziumsubstrat, hergestellt durch das Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats nach Anspruch 1, wobei durch das RIE-Verfahren detektierte Defekte in einer Tiefe von mindestens 1 µm von einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, die als eine Vorrichtungsfabrikationsregion dienen soll, nicht vorhanden sind, und eine Nutzungsdauer eines Minoritätsträgers des Siliziumsubstrats nicht kürzer als 500 µsek ist.