DE112013001054T5

DE112013001054T5 - Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers

Info

Publication number: DE112013001054T5
Application number: DE112013001054.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Shin-Etsu Handotai Co. Lt Kamada Hiroyuki; c/o Shin-Etsu Handotai Co. Ltd. Hoshi Ryoji; c/o Shin-Etsu Handotai Co. Ltd. Sugawara Kosei
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: WO2013136666A1; JP2013193897A; US20150020728A1; JP5733245B2; US9650725B2; KR101929506B1; KR20140135981A; DE112013001054B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers bereit, wobei unter einer Wachstumsbedingung, das V/G ≥ 1,05 × (V/G)crt erreicht wird, wo V eine Wachstumsrate im Wachstum des Silizium-Einkristall-Ingots ist, G ein Temperaturgradient nahe einer Kristallwachstums-Grenzfläche ist, und (V/G)crt ein Wert von V/G ist, wenn ein dominanter Punktdefekt sich von einer Leerstelle zu interstitiellem Si verändert, ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 1017 Atome/cm3 (ASTM '79) oder weniger wachsen gelassen wird, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, der eine Region einschließt, wo die Fehlstellen dominant sind, und in der FPDs nicht durch präferenzielles Ätzen detektiert werden, aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt wird. Als ein Ergebnis wird das Verfahren bereitgestellt, das Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers mit niedriger Sauerstoffkonzentration ermöglicht, der vorzugsweise für eine Stromvorrichtung verwendet werden kann, mit guter Produktivität bei geringen Kosten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines defektkontrollierten Silizium-Einkristall-Wafers mit niedriger Sauerstoffkonzentration, der insbesondere in fortschrittlichen Technologiegebieten wie einem Speicher, einer CPU oder einem Stromgerät verwendet wird.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Im Zusammenhang mit Energiesparen erwecken Stromvorrichtungen in neuester Zeit Aufmerksamkeit. Diese Vorrichtungen unterscheiden sich von anderen Vorrichtungen wie einem Speicher, ein großer Strom fließt durch einen Wafer. Eine Region, in der ein Strom fließt, ist nicht auf eine extrem flache Oberfächenschicht, wie unterschiedlich im Stand der Technik, beschränkt, sie kann einen Bereich mit einer Dicke von zehn oder hunderten μm von der Oberflächenschicht sein, oder der Strom kann abhängig von einer Vorrichtung in eine Dicken-Richtung fließen.
Wenn Kristalldefekte oder BMDs (Bulk Micro Defects), gebildet durch Präzipitation von Sauerstoff, in einer Region vorhanden sind, wo solch ein Strom fließt, kann möglicherweise ein Problem der Abnahme einer Durchbruchsspannung oder eine Zunahme von Kriechstrom auftreten. Des Weiteren, da On-Widerstand und eine Durchbruchsspannung als wichtige Kennzeichen von Stromvorrichtungen durch den spezifischen Widerstand eines Wafers, der als ein Substrat dient, beeinflusst sind, ist ein CZ-Wafer, der basierend auf einem CZ-Verfahren (einem Czochralski-Verfahren) hergestellt ist, nicht für eine Stromvorrichtung verwendet worden, weil der CZ-Wafer Sauerstoff enthält, Sauerstoff zu einem Donor wird, der spezifische Widerstand sich dadurch ändert.
Deswegen ist als ein Wafer, der weniger Kristalldefekte aufweist und keinen Sauerstoff enthält, zum Beispiel ein Epitaxialwafer mit einer Epitaxialschicht, laminiert auf einen Wafer, der als Substrat dient oder einem Wafer, hergestellt basierend auf einem FZ-Verfahren (Floating Zone-Verfahren), verwendet worden. Da jedoch ein Epitaxialwafer teuer ist oder ein Schwierigkeitsgrad des Herstellens eines FZ-Kristalls zu dem Zeitpunkt des Vergrößerns eines Durchmessers ansteigt, weisen die jeweiligen Fälle Probleme auf. Daher gab es einen Bedarf für einen aus einem CZ-Kristall hergestellten Wafer, dessen Kosten relativ niedrig sind und dessen Durchmesser relativ einfach vergrößert werden kann.
Patentreferenzen 1 bis 7 offenbaren Verfahren oder Apparaturen zum Herstellen eines Einkristalls, basierend auf dem CZ-Verfahren.
Der CZ-Kristall wird im Allgemeinen aus einem Siliziumrohmaterial wachsen gelassen, das in einem Quarztiegel geschmolzen wird (einer Siliziumschmelze). Zu diesem Zeitpunkt wird Sauerstoff aus dem Quarztiegel eluiert. Obwohl der größere Teil des eluierten Sauerstoffs evaporiert wird, erreicht der sehr kleine Teil des Sauerstoffs einen Teil unmittelbar unterhalb einer Kristallwachstumsgrenzfläche durch die Siliziumschmelze, und somit enthält ein wachsen gelassener Silizium-Einkristall den Sauerstoff.
Der enthaltene Sauerstoff bewegt sich und agglomeriert durch eine Hitzebehandlung in z. B. der Fabrikation einer Vorrichtung, dadurch Ausbilden von Sauerstoffpräzipitaten, die BMDs genannt werden. Wie vorstehend beschrieben, wenn die BMDs gebildet werden, kann möglicherweise ein Problem von Kriechstrom oder einer Durchbruchsspannung auftreten. Da die Bildung der BMDs größtenteils unterdrückt werden kann, wenn die Sauerstoffkonzentration eines Silizium-Einkristalls gesenkt wird, wird eine niedrige Sauerstoffkonzentration als Qualität gefordert. Als eine Sauerstoffkonzentration reduzierende Technologie offenbart Patentreferenz 8 eine Verringerung in der Geschwindigkeit der Kristallrotation oder der Tiegelrotation in einem MCZ-Verfahren (einem Magnetfeld-anlegenden Czochralski-Verfahren), und es ist bekannt, dass eine sehr niedrige Sauerstoffkonzentration wie 2 × 10¹⁷ (Atome/cm³) erreicht werden kann.
Außerdem ist es bekannt, dass während des Kristallwachstums gebildete Kristalldefekte in einem CZ-Kristall vorhanden sind. Gewöhnlicherweise weist ein Siliziumeinkristall Fehlstellen und interstitielles Si als intrinsische Punktdefekte auf. Eine Sättigungskonzentration der intrinsischen Punktdefekte ist eine Funktion einer Temperatur, und ein übersättigter Zustand der Punktdefekte tritt bei einem raschen Temperaturabfall während des Kristallwachstums auf. Die übersättigten Punktdefekte setzen sich fort, den übersättigten Zustand durch Paar-Vernichtung, Auswärtsdiffusion-/Aufwärtsdiffusion oder dergleichen zu verringern. Im Allgemeinen kann dieser übersättigte Zustand nicht perfekt eliminiert werden, und entweder die Fehlstellen oder das interstitielle Si verbleiben schließlich als dominante übersättigte Punktdefekte. Es ist bekannt, dass der Zustand, dass die Fehlstellen im Überschuss vorliegen, dazu neigt zu passieren, wenn eine Kristallwachstumsrate hoch ist, und dass der Zustand, dass das interstitielle Si im Überschuss vorliegt, dazu neigt zu passieren, wenn die Kristallwachstumsrate niedrig ist. Wenn die Überschusskonzentration nicht niedriger als ein bestimmter Spiegel ist, werden die Punktdefekte agglomeriert und Kristalldefekte werden während des Kristallwachstums gebildet.
Als Sekundärdefekte in einer Region, wo die Fehlstellen dominant sind (eine V-Region), ist ein OSF-Nucleus oder ein Hohlraumdefekt bekannt. Der OSF-Nucleus ist ein Defekt, der als ein Stapelfehler beobachtet wird, wenn eine Kristallprobe einer Hitzebehandlung in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1100°C unterzogen wird, das interstitielle Si wird dabei von einer Oberfläche implantiert, der Stapelfehler (SF) wird um jeden OSF-Nucleus wachsen gelassen, und präferenzielles Ätzen wird unter Oszillieren dieser Probe in einem präferenziellen Ätzmittel durchgeführt. Da der Stapelfehler durch eine Sauerstoffbehandlung wächst, wird dieser Defekt OSF genannt (Oxygen Induced Staking Fault, sauerstoffinduzierter Stapelfehler).
Der Hohlraumdefekt ist ein kavitätenartiger Defekt, gebildet durch Ansammeln von Fehlstellen, und es ist bekannt, dass ein Oxidfilm, der als interner Wandoxidfilm bezeichnet wird, auf einer internen Wand gebildet wird. Der Name dieses Defekts variiert abhängig von den Detektionsverfahren. Wenn eine Waferoberfläche mit einem Laserstrahl bestrahlt wird und dieser Defekt durch einen Partikelzähler beobachtet wird, der reflektiertes Licht/gestreutes Licht oder dergleichen von der Oberfläche detektiert, wird der Defekt COP genannt (Crystal Originated Particle). wenn eine Probe in einem präferenziellen Ätzmittel für eine relativ lange Zeit belassen wird, ohne dass sie oszilliert wird und dieser Defekt beobachtet wird als ein Fließmuster, wird es als FPD bezeichnet (Flow Pattern Defect, Fließmusterdefekt). Wenn dieser Defekt durch Infrarotstreuungs-Tomographie (LST: Laser Scattering Tomography, Laserstreuungs-Tomographie) beobachtet wird, in welchem ein Infrarotlaserstrahl von einer Oberfläche eines Wafers eingeführt wird und gestreutes Licht von dieser Oberfläche detektiert wird, wird er als ein LSTD bezeichnet (Laser Scattering Tomography Defect, Laserstreuungs-Tomographiedefekt). Obwohl sich die Detektionsverfahren unterscheiden, werden alle diese Defekte als Hohlraumdefekte betrachtet.
Andererseits, in einer Region, wo das interstitielle Si dominant ist (eine I-Region), wird ein Kristalldefekt erhalten durch Agglutinieren des interstitiellen Si. Obwohl dieser Defekt nicht klar identifiziert ist, wird er als eine Dislokationsschleife oder dergleichen in Betracht gezogen, und der Defekt, der in der Größe groß ist, wird durch TEM(Transmissions-Elektronenmikroskopie)-Observierung als ein Dislokationsschleifencluster gefunden. Ein Sekundärdefekt dieses interstitiellen Si wird beobachtet als eine große Grube, wenn das gleiche Ätzverfahren wie das FPD durchgeführt wird, nämlich, wenn eine Probe in einem präferenziellen Ätzmittel für eine relativ lange Zeit ohne oszilliert zu werden belassen wird. Dieser wird als ein LEP bezeichnet (Large Etch Pit, große Ätzgrube) oder dergleichen.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUREN

Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei 8-2993
Patentliteratur 2: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei 11-116391
Patentliteratur 3: japanische ungeprüfte Patenveröffentlichung (Kokai) Nr. 2001-278692
Patentliteratur 4: WO 01/083860
Patentliteratur 5: WO 01/027362
Patentliteratur 6: WO 01/057293
Patentliteratur 7: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2009-161416
Patentliteratur 8: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. Hei 5-155682

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wie vorstehend beschrieben, in CZ-Kristallen für eine fortschrittliche Technologievorrichtung wie Stromvorrichtungen oder dergleichen sind weniger Kristalldefekte und eine niedrige Sauerstoffkonzentration gefordert worden.
In Bezug zu diesen Anforderungen haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass ein Wafer mit wenigen Defekten, der eine geringe Sauerstoffkonzentration aufweist und von dem FPDs nicht detektiert werden, für eine Stromvorrichtung geeignet ist.
Die Empfindlichkeit eines Defekt-Evaluierungsverfahrens kann nicht bedingungsfrei bestimmt werden, da sie durch die Leistung des Partikelzählers (eine Wellenlängen- oder Detektionsempfindlichkeit), Leistung der Infrarotstreuungs-Tomographie (einfallende Lichtintensität oder Detektionsempfindlichkeit), Sauerstoffkonzentration und andere beeinflusst ist, aber sie wird als ein Ergebnis eines Experiments betrachtet, durchgeführt durch die vorliegenden Erfinder, dass das Verhältnis von LSTD > COP ≈ FPD erhalten wird und die Empfindlichkeit für LSTDs ist hoch in einer Region mit niedriger Sauerstoffkonzentration.
Wie vorstehend beschrieben, wird es in mindestens einer Region mit niedriger Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall in Betracht gezogen, dass die Detektionsempfindlichkeit für LSTDs hoch ist und selbst ein Defekt, der sehr klein ist oder schwierig zu detektieren ist, detektiert werden kann, aber die vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass eine Defektgröße, die nicht als ein FPD detektiert werden kann, dessen Empfindlichkeit niedriger ist als LSTD, keine Ursache für einen Vorrichtungsausfall wird, und solch ein Einkristall in ausreichender Weise für eine Stromvorrichtung oder dergleichen verwendet werden kann. Deshalb ist eine Technologie notwendig, die einen Kristall bereitstellt, der eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweist und in dem keine FPDs detektiert werden.
Als eine Region, wo die FPDs nicht detektiert werden, kann die Verwendung eines Teils nahe einer sogenannten defektfreien Region in Betracht gezogen werden. Jedoch ist diese defektfreie Region eine enge Region, die zwischen einer fehlstellendominanten Region auftritt, die auftritt, wenn eine Wachstumsrate hoch ist, und einer interstitielles Si dominanten Region, die auftritt, wenn die Wachstumsrate niedrig ist, eine Kontrolle über das Ziehen eines Einkristalls zum Realisieren von Bedingungen, dass die defektfreie Region bereitgestellt wird, ist schwierig. Außerdem ist solch eine Kristallwachstumsrate im Allgemeinen niedrig und es ist schwierig zu sagen, dass Produktivität und Kosten überlegen sind.
Daher wird eine Technologie, die eine Defektgröße reduziert, bis FPDs nicht länger in der fehlstellendominanten Region detektiert werden, die auftauchen, wenn die Wachstumsrate hoch ist, verlangt. Als solch eine Technologie offenbaren Patentliteraturen 1 und 2 jeweils eine Technologie, die eine defektbildende Temperaturzonenpassagezeit, verkürzt und eine Defektgröße in der Herstellung eines Einkristalls reduziert. Außerdem offenbaren Patentliteraturen 3 und 4 jeweils eine Technologie, die nicht nur eine defektbildende Temperaturzone sondern auch die Konzentration von exzessiven Punktdefekten in Betracht zieht. Zusätzlich offenbart Patentliteratur 5 eine Technologie, die Defekte durch Dotieren mit Stickstoff in Bezug auf einen Einkristall reduziert.
Obwohl jedoch eine Reduktion in der Defektdichte in allen Fällen erreicht wird, wird ein Zustand, dass die Dichte von FPDs 0 wird, nicht erreicht. Des Weiteren, da sie nicht einer Sichtweise von einem Wafer für eine Stromvorrichtung aufweisen, wird ein Standpunkt von geringer Sauerstoffkonzentration ebenfalls nicht untersucht.
Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristall-Wafers mit niedriger Sauerstoffkonzentration bereitzustellen, der vorzugsweise für z. B. eine Stromvorrichtung verwendet werden kann, mit guter Produktivität bei niedrigen Kosten.
LÖSUNG DER PROBLEME
Um die Zielsetzung zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers bereitgestellt, umfassend: Wachsenlassen eines Silizium-Einkristall-Ingots mit der Verwendung einer CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur; und Ausschneiden eines Silizium-Einkristall-Wafers aus dem gewachsenen Silizium-Einkristall-Ingot, wobei unter einer Wachstumsbedingung das V/G ≥ 1,05 × (V/G)crt erreicht wird, wobei V eine Wachstumsrate im Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingots ist, G ein Temperaturgradient nahe einer Kristallwachstumsgrenzfläche ist, und (V/G)crt ein Wert von V/G ist, wenn ein dominanter Punktdefekt von einer Leerstelle zu interstitiellem Si wechselt, ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger wachsen gelassen wird, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, der eine Region einschließt, wo die Leerstelle dominant ist und in der FPDs nicht durch präferenzielles Ätzen detektiert werden, wird aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt.
Wenn der Silizium-Einkristall-Ingot wachsen gelassen wird und der Silizium-Einkristall-Wafer wie vorstehend beschrieben hergestellt wird, ist es möglich, den Silizium-Einkristall-Wafer mit niedriger Sauerstoffkonzentration herzustellen, indem ein Fehler hinsichtlich einer Durchbruchsspannung oder eines Kriechstroms im Falle des Fabrizierens einer Vorrichtung nicht auftritt, mit guter Produktivität. Deshalb kann der Silizium-Einkristall-Wafer, der vorzugsweise für z. B. eine Stromvorrichtung ist, bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
Zu diesem Zeitpunkt, vorzugsweise vor dem Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingots, wurde ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger wachsen gelassen unter Verändern der Wachstumsrate, V/G bei einer maximalen Wachstumsrate in dem Ausmaß, dass FPDs des wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingots nicht detektiert werden, wird erhalten, jede Defektgröße, die nicht als FPD in dem Silizium-Einkristall-Ingot detektiert wird, wachsen gelassen unter einem Zustand des erhaltenen V/G, wird basierend auf Punktdefektsimulation aufgenommen, und der Silizium-Einkristall-Ingot, aus dem der Silizium-Einkristall-Wafer ausgeschnitten wird, wird unter einer Bedingung wachsen gelassen, sodass eine Defektgröße kleiner wird als die zuvor erhaltene Defektgröße, die nicht als FPD detektiert wird.
Wenn der Silizium-Einkristall-Ingot, wie vorstehend beschrieben, wachsen gelassen wird, kann der Silizium-Einkristall-Wafer mit niedriger Sauerstoffkonzentration, in dem FPDs nicht detektiert werden, auf sicherstellende Weise hergestellt werden.
Zu diesem Zeitpunkt, vorzugsweise zu dem Zeitpunkt des Wachsenlassens des Silizium-Einkristall-Ingots, wird Stickstoff dotiert, um den Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁶ (/cm³) wachsen zu lassen.
Dotieren mit Stickstoff in solch einer Konzentration ermöglicht das Reduzieren der Defekte, und der Silizium-Einkristall-Wafer, in dem FPDs nicht detektiert werden, kann einfacher hergestellt werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Silizium-Einkristall-Ingot vorzugsweise mit der Verwendung der CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur wachsen gelassen, umfassend: eine Hauptkammer, in der ein Tiegel, enthaltend eine Rohmaterialschmelze, angeordnet ist; eine Ziehkammer, die an einem oberen Teil der Hauptkammer verbunden ist und den wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot beherbergt; einen Kühlzylinder, der sich von einem Deckenteil der Hauptkammer in Richtung eines Flüssigkeitsspiegels der in dem Tiegel enthaltenen Rohmaterialschmelze verlängert ist und den Silizium-Einkristall-Ingot, der wachsen gelassen wird, umgibt; und ein Hilfskühlzylinder, angeordnet auf der Innenseite des Kühlzylinders.
Wenn solch eine Einkristall-Herstellungsapparatur verwendet wird, kann der wachsen gelassene Silizium-Einkristall-Ingot auf effektive Weise gekühlt werden, und eine Defektgröße kann des Weiteren reduziert werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur verwendet, in der ein niedrigeres Ende des Hilfskühlzylinders auf einen Spiegel eines niederen Endes des Kühlzylinders oder auf einen Spiegel unterhalb des unteren Endes des Kühlzylinders verlängert ist, aber nicht an den Flüssigkeitsspiegel der Rohmaterialschmelze reicht.
Solch ein Hilfskühlzylinder kann auf wirksame Weise einen Teil mit einer höheren Temperatur in dem Silizium-Einkristall-Ingot kühlen, der wachsen gelassen wird, dadurch des Weiteren Reduzieren der Defektgröße.
Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur verwendet, in der ein Schlitz ist, der kontinuierlich in einer axialen Richtung in dem Hilfskühlzylinder geformt ist.
Wenn solch ein Hilfskühlzylinder verwendet wird, ist er durch thermische Expansion gegen den Kühlzylinder gedrückt, Hitze kann effizienter abgeführt werden, und somit kann eine Defektgröße auf sicherstellende Weise durch effizienteres Kühlen reduziert werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur verwendet, in der ein Material des Kühlzylinders ein beliebiges ist von Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer, Titan, Molybdän, Wolfram und eine Legierung, die ein beliebiges dieser Materialien enthält, oder durch Beschichten eines Metalls mit einem beliebigen von Titan, Molybdän, Wolfram und einem Metall der Platingruppe hergestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur verwendet, in der ein Material des Hilfskühlzylinders ein beliebiges ist von einem Graphitmaterial, einem Kohlenstoff-Komposit, Edelstahl, Molybdän und Wolfram.
Wenn solch ein Material verwendet wird, kann der wachsen gelassene Silizium-Einkristall-Ingot effizient gekühlt werden, und die Defektgröße kann in ausreichender Weise reduziert werden.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Silizium-Einkristall-Wafer, der z. B. für eine Stromvorrichtung geeignet ist, mit guter Produktivität bei geringen Kosten hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur zeigt, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
2 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel der CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur zeigt, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
3 ist eine schematische Ansicht, die einen Hilfskühlzylinder der CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur zeigt, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
4 ist eine schematische Ansicht, die Defektregionen zeigt, die von Wachstumsraten von Silizium-Einkristall-Ingots mit gewöhnlicher Sauerstoffkonzentration und niedriger Sauerstoffkonzentration abhängen;
5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und FPD-Dichte zeigt;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und LSTD-Dichte zeigt;
7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen V/G und einer maximalen Defektgröße zeigt;
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen V/G und der maximalen Defektgröße, untersucht in Beispiel 1, zeigt;
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen V/G und der maximalen Defektgröße, untersucht in Beispiel 2, zeigt;
10 ist eine schematische Ansicht, die eine Einkristall-Herstellungsapparatur zeigt, die in Vergleichsbeispiel 2 verwendet wird; und
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen V/G und einer maximalen Defektgröße, untersucht in Vergleichsbeispiel 2, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail als eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers bereit, durch das ein Silizium-Einkristall-Ingot unter Verwendung einer CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur wachsen gelassen wird und ein Silizium-Einkristall-Wafer wird aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot ausgeschnitten.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Erfindung der Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger unter Wachstumsbedingungen wachsen gelassen, die V/G ≥ 1,05 × (V/G)crt erfüllen, wobei V eine Wachstumsrate beim Wachsenlassen eines Silizium-Einkristall-Ingots ist, G ist ein Temperaturgradient nahe einer Kristallwachstumsgrenzfläche und (V/G)crt ist ein Wert von V/G, wenn ein dominanter Punktdefekt sich von einer Leerstelle zu interstitiellem Si verändert, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, der eine Region einschließt, wo Fehlstellen dominant sind und in dem FPDs nicht durch präferenzielles Ätzen detektiert werden, wird aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt.
Im Vergleich mit dem FZ-Verfahren ermöglicht das CZ-Verfahren das leichte Wachsenlassen eines Kristalls mit einem großen Durchmesser von 8 Zoll (200 mm) oder mehr. Die vorliegenden Erfinder entdeckten, dass eine Reduktion in der Defektgröße auftritt, wenn die Sauerstoffkonzentration auf 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger in einer Fehlstellen-dominanten Region eingestellt wird, die auftritt, wenn die Wachstumsrate in einer solchen Einkristall-Herstellung basierend auf dem CZ-Verfahren, hoch ist. Außerdem, wenn eine Defektgröße angenommen wird, sodass FPDs nicht durch präferenzielles Ätzen detektiert werden, tritt ein Fehler hinsichtlich einer Durchbruchsspannung oder eines Kriechstroms nicht auf, selbst wenn eine Vorrichtung fabriziert wird. Deshalb kann der Silizium-Einkristall-Ingot unter einer Hochgeschwindigkeits-Wachstumsbedingung wachsen gelassen werden, das V/G einen Wert annimmt, der um 5% oder mehr größer ist als (V/G)crt, um einen Wafer herzustellen, in dem solch ein Vorrichtungsfehler nicht auftritt, und dadurch kann die Produktivität stark verbessert werden. Unter Inbetrachtnahme der Defektgröße ist ein großer V/G-Wert bevorzugt. Wenn das Wachstum jedoch in der Realität bei einer zu hohen Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist der Einkristall schwer zu formen aufgrund eines Problems der Kristalldeformation oder dergleichen, und daher ist V/G ≤ 5 × (V/G)crt bevorzugt.
Da sich hier ein Wert von G, abhängig von der Simulations-Software oder einer Temperaturzone, die in den Berechnungen verwendet wird, unterscheidet, ist das Vergleichen von spezifischen numerischen Werten unter den Herstellern schwierig, ein spezifisches Beispiel ist wie folgt gezeigt.
Eine FEMAG genannte Simulations-Software kann zum Berechnen einer Temperatur verwendet werden. Eine gegebene Einkristall-Herstellungsapparatur und eine Temperatur in einer heißen Zone werden unter Verwendung dieser Software simuliert und ein Temperaturgradient von einem Schmelzpunkt zu 1400°C wird bestimmt als G (K/mm). Ein Kristall wird durch die simulierte Einkristall-Herstellungsapparatur wachsen gelassen unter tatsächlichem Verändern einer Wachstumsrate V (mm/min), dieser Kristall wird vertikal geteilt und evaluiert, und eine Wachstumsrate Vcrt, wenn ein dominanter Punktdefekttyp sich verändert, wird berechnet. Wenn dieser Wert unter verschiedenen Bedingungen berechnet wird, wird (V/G)crt (= Vcrt/G) erhalten als ein fixer Wert, der 0,175 (mm²/min·K) unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen beträgt. Deshalb ist das V/G, das erforderlich ist, um ein Zielkristall zu erhalten, 0,184 (mm²/min·K) oder mehr in dem Verfahren, das die vorliegende Erfindung anwendet.
Vor dem Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingots ist es außerdem in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, einen Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger unter Verändern einer Wachstumsrate vorab wachsen zu lassen, einen V/G bei einer maximalen Wachstumsrate in dem Ausmaß zu berechnen, dass FPDs des wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingots nicht detektiert werden, und Verwenden der Punktdefektsimulation, um eine Defektgröße zu erhalten, sodass FPDs in dem Silizium-Einkristall-Ingot, der unter den erhaltenen V/G-Bedingungen wachsen gelassen wurde, nicht detektiert werden. Zusätzlich kann der Silizium-Einkristall-Ingot, aus dem der Silizium-Einkristall-Wafer herausgeschnitten wird, unter Bedingungen wachsen gelassen werden, dass eine Defektgröße nicht größer ist als die zuvor erhaltene Defektgröße, sodass FPDs nicht detektiert werden.
Wenn die Defektgröße, sodass FPDs nicht bei niedriger Sauerstoffkonzentration detektiert werden, vorab erhalten wird, und der Silizium-Einkristall-Ingot unter der Bedingung wachsen gelassen wird, dass eine Defektgröße nicht größer wird als die erhaltene Defektgröße, kann der Silizium-Einkristall-Wafer, in dem FPDs nicht detektiert werden, auf eine sichergestellte Weise hergestellt werden.
Spezifisch wird zum Beispiel eine vertikale Teilung und Evaluierung zuerst unter Verwendung des Silizium-Einkristall-Ingots durchgeführt, der bei niedriger Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) unter Verändern der Wachstumsrate wachsen gelassen wurde, dadurch Erhalten von V/G, mit welchem eine Region, wo FPDs erzeugt werden, schrumpft. Andererseits wird ein Mittel zum Berechnen der Defektgröße aus der Punktdefektsimulation hergestellt, die Defektgröße an FPD schrumpft V/G (V/G, mit welchem eine Region, wo FPDs erzeugt werden, schrumpft), erhalten in dem Silizium-Einkristall-Ingot, wachsen gelassen unter Verändern der Wachstumsrate, wird erhalten, und dieser Wert wird als eine Zielgröße bestimmt. Wenn eine Kühlbedingung (G) oder die Wachstumsrate (V) beim Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingots verändert wird, wird die Größe berechnet unter Verwendung des die Defektgrößen berechnenden Mittels, wie vorstehend beschrieben, und der Silizium-Einkristall-Ingot wird unter Bedingungen wachsen gelassen, die die Zielgröße verringern, dadurch auf sicherstellende Weise Erreichen der Zielqualität.
Als Verfahren zum Detektieren von FPDs durch Belassen einer aus dem Silizium-Einkristall-Ingot ausgeschnittenen Probe in einem präferenziellen Ätzmittel, hergestellt aus z. B. einer Fluorwasserstoffsäure, einer Salpetersäure, einer Essigsäure und Wasser, ohne Oszillieren einer Probe, wird ein als FPD bezeichneter Defekt, der ein Fließmuster einbezieht, beobachtet.
In dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Silizium-Einkristall-Ingot, basierend auf dem Czochralski-Verfahren unter Verwendung einer CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur wie in 1 abgebildet wachsen gelassen.
Die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur, die für das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird hier nun erklärt werden.
Die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur 20 in 1 umfasst eine Hauptkammer 1, einen Quarztiegel 5 und einen Graphittiegel 6, der eine Rohmaterialschmelze 4 in der Hauptkammer 1 enthält, einen Heizer 7, der um den Quarztiegel 5 und den Graphittiegel 6 angeordnet ist, einem Wärmeisolationsmaterial 8 um die Außenseite des Heizers 7 und eine Ziehkammer 2, die mit einem oberen Teil der Hauptkammer 1 verbunden ist, und einen wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot 3 beherbergt. Ein Gaseinlass 10, von dem ein in einen Ofen zu zirkulierendes Gas eingeführt wird, ist in der Ziehkammer 2 bereitgestellt, und ein Gas-Auslass 9, aus dem das in dem Ofen zirkulierte Gas ausgestoßen wird, ist in einem Bodenteil der Hauptkammer 1 bereitgestellt. Des Weiteren kann eine Hitzeschildkomponente 13, die gegen Hitzestrahlung von dem Heizer 7 oder der Rohmaterialschmelze 4 abschirmt, bereitgestellt sein. Der Quarztiegel 5 und der Graphittiegel 6 können auf- und abwärts in eine Kristallwachstums-Achsenrichtung bewegt werden, und der Quarztiegel 5 und der Graphittiegel 6 werden so aufwärts bewegt, das Abfallen eines Flüssigkeitsspiegels der Rohmaterialschmelze 4, die sich auf Grund der Kristallisierung während des Kristallwachstums reduziert, zu kompensieren. Als ein Ergebnis kann eine Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Rohmaterialschmelze 4 im Wesentlichen konstant beibehalten werden.
Des Weiteren ist es durch Installieren einer Magnetfeld erzeugenden Apparatur (nicht gezeigt) außerhalb der Hauptkammer 1 im Einklang mit den Herstellungsbedingungen möglich, eine Apparatur zu verwenden, die ein sogenanntes MCZ-Verfahren anwendet, durch das ein Konvektionsstrom der Rohmaterialschmelze 4 durch Anlegen eines horizontalen oder vertikalen Magnetfelds an die Rohmaterialschmelze 4 unterdrückt wird, und ein Einkristall wird auf stabile Weise wachsen gelassen.
In der vorliegenden Erfindung können diese jeweiligen Einheiten in der Apparatur gleich zu denen im Stand der Technik verwendet werden.
Es ist für solch eine Apparatur 20 bevorzugt, einen zylindrischen Kühlzylinder 11 aufzuweisen, der sich von einem Deckenteil der Hauptkammer 1 zu dem Flüssigkeitsspiegel der Rohmaterialschmelze 4, die in dem Quarztiegel 5 enthalten ist, erstreckt und den Silizium-Einkristall-Ingot 3 in einem Wachstumsprozess umgibt, und einen Hilfskühlzylinder 14, der auf der Innenseite des Kühlzylinders 11 angeordnet ist. Ein Kühlmedium-Einlass 12, durch den ein Kühlmedium eingeführt wird, ist an diesem Kühlzylinder 11 bereitgestellt.
Um eine Defektgröße zu reduzieren, ist eine Kühlrate des Silizium-Einkristall-Ingots ebenfalls wichtig, und die Defektgröße wird kleiner, je schnelleres Kühlen durchgeführt wird. Deshalb ermöglicht eine Apparatur mit dem Kühlzylinder, der durch das Kühlmedium forciert gekühlt wird, oder den darin bereitgestellten Hilfskühlzylinder, der Hitze von dem Silizium-Einkristall-Ingot absorbiert und sie zu dem Kühlzylinder ableitet, auf effiziente Weise das Reduzieren der Defektgröße.
Es ist für ein unteres Ende von solch einem Hilfskühlzylinder 14 bevorzugt, sich abwärts von einem unteren Ende des Kühlzylinders 11 wie in 1 gezeigt zu erstrecken und nicht den Flüssigkeitsspiegel der Rohmaterialschmelze 4 zu erreichen, oder es ist bevorzugt, einen Hilfskühlzylinder 14' anzuwenden, dessen unteres Ende auf der gleichen Höhe wie das untere Ende des Kühlzylinders 11 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt. Außerdem kann wie in 2 gezeigt ein Kühlzylinderschutzmaterial 15 bereitgestellt werden.
Da solch ein Hilfskühlzylinder eine Kristallregion mit einer hohen Temperatur kühlen kann, kann der Silizium-Einkristall-Ingot auf effiziente Weise gekühlt werden und dadurch kann die Defektgröße reduziert werden.
Außerdem ist es wie in 3 gezeigt in dem Hilfskühlzylinder 14 bevorzugt, einen Schlitz 16 zu bilden, der in die axiale Richtung kontinuierlich ist.
Wenn solch ein Schlitz gebildet wird, kann der Hilfskühlzylinder gegen den Kühlzylinder gedrückt werden, wenn er thermisch expandiert wird, und eine Hitze leitende Eigenschaft kann erhöht werden.
Als Material von solch einem Kühlzylinder 11 ist es bevorzugt, ein beliebiges zu sein von Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer, Titan, Molybdän, Wolfram und eine Legierung, die eine dieser Materialien enthält. Alternativ dazu ist es ebenfalls für dieses Material bevorzugt, durch Bedecken eines Metalls mit einem beliebigen von Titan, Molybdän, Wolfram gebildet zu sein, und ein Metall der Platingruppe wird verwendet. Als dieses zu bedeckende Metall ist vorzugsweise ein beliebiges von Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer, Titan, Molybdän, Wolfram und eine Legierung, die eines dieser Materialien enthält.
Als Material des Kühlzylinders 11 weist SUS, das eine Legierung von Eisen, Chrom und Nickel ist, insbesondere eine hohe Vielfältigkeit der Verwendung auf und kann leicht verwendet werden.
Zusätzlich ist vorzugsweise als Material von jedem der Hilfskühlzylinder 14 und 14' ein Material, das bei hohen Temperaturen stabil ist und hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, bevorzugt, und ein beliebiges von einem Graphitmaterial, einem Kohlenstoff-Komposit, Edelstahl, Molybdän und Wolfram ist bevorzugt. Insbesondere ist das Graphitmaterial bevorzugt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Hitzestrahlungsrate aufweist und leicht Hitze von einem Kristall absorbieren kann.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Wachsenlassen eines Silizium-Einkristall-Ingots durch die Einkristall-Herstellungsapparatur 20 wird nun hiernach beschrieben werden.
Zuerst wird ein polykristallines Rohmaterial von Silizium von hoher Reinheit zu einem Schmelzpunkt erhitzt (ungefähr 1420°C) oder mehr und in dem Quarztiegel 5 geschmolzen, dadurch Erhalten der Rohmaterialschmelze 4. Dann wird eine Spitze eines Impfkristalls in Kontakt mit einem im Wesentlichen zentralen Teil einer Oberfläche der Rohmaterialschmelze 4 gebracht oder eingetaucht durch Abwinden eines Drahts. Anschließend werden der Quarztiegel 5 und der Graphittiegel 6 in einer geeigneten Richtung rotiert und der Draht wird unter Rotation hoch genommen und der Impfkristall wird hochgezogen, um das Wachstum des Silizium-Einkristall-Ingots 3 zu starten.
Anschließend werden eine Ziehrate und eine Temperatur geeigneterweise so eingestellt, dass Sauerstoffkonzentration, eine Defektregion und V/G gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, dadurch Erhalten des Silizium-Einkristall-Ingots 3 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form.
In der vorliegenden Erfindung ist es zu dem Zeitpunkt des Wachsenlassens des Silizium-Einkristall-Ingots bevorzugt, Stickstoff zu dotieren, um den Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁶ (/cm³) wachsen zu lassen.
Wenn solch eine Stickstoffkonzentration eingestellt wird, kann die Defektgröße reduziert werden und andererseits wird die Einkristallisierung des Silizium-Einkristall-Ingots nicht inhibiert.
Der so wachsen gelassene Silizium-Einkristall-Ingot wird Schneiden, Fasen/Abschrägen, Läppen, Ätzen, Polieren und weiteren unterzogen, dadurch Fabrizieren des Silizium-Einkristall-Wafers, der eine Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger aufweist, und eine fehlstellendominante Region einschließt und von dem FPDs durch präferenzielles Ätzen nicht detektiert werden. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung weiteres Erhöhen der Wachstumsrate, um den Silizium-Einkristall-Wafer mit der fehlstellendominanten Region über dessen gesamte Oberfläche bereitzustellen, in Bezug auf die Produktivität bevorzugt ist.
Der vorstehend beschriebene Silizium-Einkristall-Wafer kann ein hochqualitativer Wafer von niedrigen Kosten sein, der für eine Stromvorrichtung bevorzugt ist, ohne Verursachen eines Durchbruchspannungsfehlers oder eines Kriechstromfehlers einer fabrizierten Vorrichtung.
BEISPIELE
Obwohl die vorliegende Erfindung nun spezifischer hiernach basierend auf Beispielen und Vergleichsbeispielen erklärt werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
(Experiment 1)
Zuerst wurden Defekt-Charakteristika eines Niedrigsauerstoffkristalls erfasst.
Eine Defektverteilung in einem Siliziumkristall mit gewöhnlicher Sauerstoffkonzentration relativ zu einer Wachstumsrate ist wie schematisch in 4(a) gezeigt. Eine fehlstellendominante Region ist auf einer hohen Wachstumsratenseite bereitgestellt, und eine interstitielle Si-dominante Region ist auf einer geringen Wachstumsratenseite bereitgestellt.
In der hohen Ratenseiten Region wurden viele Silizium-Einkristall-Ingots mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationswerten in der Region wachsen gelassen, wo Fehlstellen ausreichend dominant sind, dass OSF-Nuclei in Betracht gezogen werden an eine äußere Peripherie zu adhärieren, wenn ein Wafer ausgeschnitten wird. Waferförmige Proben werden aus diesen Silizium-Einkristall-Ingots ausgeschnitten und einer FPD-Evaluierung unterzogen. Zur Observierung von FPDs wurden die Waferproben einem Flachschliff, Reinigen und Spiegelätzen unter Verwendung einer gemischten Säure unterzogen, dann wurden die Proben in einem präferenziellen Ätzmittel, bestehend aus Fluorwasserstoffsäure, einer Salpetersäure, einer Essigsäure und Wasser ohne Oszillation belassen, bis ein Abschliff des Ätzens 25 ± 3 μm auf beiden Seiten wurde, und FPDs wurden durch ein optisches Mikroskop gezählt.
Sauerstoffkonzentrations-Abhängigkeit wurde klar in der Dichte der detektierten FPDs beobachtet, wie in 5 gezeigt. Ein Phänomen, das die FPD-Dichte abschüssig mit einer Reduktion in der Sauerstoffkonzentration abnimmt, wurde in dem Sauerstoffkonzentrationsbereich von 8 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) bis 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) beobachtet.
Andererseits wurde die gleiche Probe wie die Probe, aus der die Daten erhalten wurden, gespalten, und LSTD-Dichte wurde unter Verwendung von Infrarotstreu-Tomographie (MO441, hergestellt durch Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.) untersucht. 6 zeigt das Ergebnis.
Im Vergleich mit dem abschüssigen Sinken der FPD-Dichte, die durch die Reduktion in der Sauerstoffkonzentration einbezogen ist, wurde die LSTD-Dichte nicht durch die Sauerstoffkonzentration beeinflusst und weist einen im Wesentlichen fixen Wert auf.
Es ist besagt, dass FPDs und LSTDs Kavitäten sind, die Hohlräume genannt werden. In einem Kristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration gibt es Defekte, die als LSTDs detektiert werden, aber nicht als FPDs detektiert werden, selbst wenn sie Defekte des gleichen Typs sind. Als Grund warum sie als LSTDs detektiert werden, aber nicht als FPDs, wird eine kleine Defektgröße oder eine Änderung in einem Defektzustand in Betracht gezogen. Im Allgemeinen ist ein interner Wandoxidfilm in jedem Hohlraum in einem CZ-Kristall vorhanden. Jedoch wird es in Betracht gezogen, dass dieser interne Wandoxidfilm verdünnt ist und eventuell durch eine Reduktion in der Sauerstoffkonzentration verschwindet. In der auf den FPDs basierten Detektion gibt es eine Möglichkeit, dass Verdünnen des Oxidfilms einen Einfluss aufweist. Andererseits, da die LSTDs durch Streuen von Infrarotstrahlen detektiert werden, wird es in Betracht gezogen, dass Streuen auftritt, wenn es einen Unterschied in der Dielektrizitätskonstante gibt und somit die LSTDs empfindlicher detektiert werden in Bezug auf jeden Hohlraum, der keinen Oxidfilm aufweist.
Daher wurde es verstanden, dass Hohlräume, die in der fehlstellendominanten Region vorhanden sind, als LSTDs detektiert werden, da die Sauerstoffkonzentration verringert ist, aber sie nicht als FPDs detektiert werden. Wie vorstehend beschrieben, wird es in Betracht gezogen, dass dieses Phänomen durch eine Abnahme in der Größe und Verdünnen des internen Wandoxidfilms in jedem Hohlraum auf Grund einer Reduktion in der Sauerstoffkonzentration verursacht ist. Im Fall des Verwendens des Wafers für mindestens eine fortschrittliche Technologievorrichtung wie eine Stromvorrichtung gibt es kein Problem in der Verwendung, wenn Defekte nicht als FPDs detektiert werden.
Deshalb ist eine Technologie, die es schwierig macht, Defekte als FPDs durch Reduktion in der Sauerstoffkonzentration, die niedriger als die vorstehend erwähnten 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) zu detektieren ist, ist sehr wichtig, und sie kann angewandt werden, um den Silizium-Einkristall-Wafer für eine Vorrichtung wie eine Stromvorrichtung herzustellen.
(Experiment 2)
Des Weiteren, um einen Einfluss durch die Sauerstoffkonzentration auf Defekte zu sehen, die als FPDs detektiert werden, wurde ein Experiment zum Untersuchen einer Defektregion unter Verändern einer Wachstumsrate durchgeführt.
Als Einkristall-Herstellungsapparatur und eine heiße Zone (HZ) wurde die in 1 gezeigte Apparatur verwendet. Diese Einkristall-Herstellungsapparatur weist einen wassergekühlten SUS-Kühlzylinder auf, der sich vom Deckenteil einer Hauptkammer zu einer Oberfläche einer Rohmaterialschmelze erstreckt und in eine zylindrische Form gebracht ist, die einen Silizium-Einkristall-Ingot umgibt. Außerdem ist ein Hilfskühlzylinder in diesen Zylinder eingepasst. Dieser Hilfskühlzylinder ist aus einem Graphitmaterial hergestellt. Außerdem ist ein Schlitz 16, der in die Longitudinalrichtung spaltet, wie in 3 gezeigt, in dem Hilfskühlzylinder ausgebildet. Ein unteres Ende des Hilfskühlzylinders ist konfiguriert, sich zu einer unteren Seite eines unteren Endes des Kühlzylinders zu erstrecken und den Silizium-Einkristall-Ingot aus einer Region mit einer höheren Temperatur zu kühlen.
Mit der Verwendung dieser Apparatur wurde jeder Silizium-Einkristall-Ingot mit einem Durchmesser von 8 Zoll (200 mm), basierend auf dem Czochralski-Verfahren, zum Anlegen eines Magnetfelds (dem MCZ-Verfahren) wachsen gelassen. Es ist angemerkt, dass eine Magnetfeld erzeugende Apparatur nicht in den Figuren gezeigt ist.
In dem MCZ-Verfahren wurden die Silizium-Einkristall-Ingots unter graduellem Absenken einer Wachstumsrate aus einer hohen Rate zu einer niedrigen Rate wachsen gelassen. Zu diesem Zeitpunkt wurden Parameter, die die in den Silizium-Einkristall-Ingots eingeschlossene Sauerstoffkonzentration kontrollieren, alleine verändert, andere Bedingungen wurden nicht geändert, und zwei Silizium-Einkristall-Ingots mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationswerten wurden wachsen gelassen.
Waferförmige Proben wurden aus den erhaltenen Silizium-Einkristall-Ingots ausgeschnitten und Sauerstoffkonzentrationswerte wurden basierend auf einer FT-IR-Methode gemessen. Als ein Ergebnis betrugen sie ungefähr 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) bzw. ungefähr 6,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79). Ein an jeder ausgeschnittenen waferförmigen Probe angrenzender Block wurde vertikal entlang einer Kristallwachstums-Achse geschnitten und vertikal unterteilte Proben wurden dadurch fabriziert. Jede vertikal geteilte Probe wurde präferenziellem Ätzen unter Verwendung des gleichen Flusses wie der von Experiment 1 unterzogen, und eine FPD-Verteilung wurde beobachtet.
Jede Defektverteilung wurde untersucht, und die Defektverteilung in einer Probe mit hoher Sauerstoffkonzentration war wie in 4(a) gezeigt, während die Defektverteilung in einer Probe mit niedriger Sauerstoffkonzentration wie in 4(b) gezeigt war. Von diesen Verteilungen weist die Verteilung von FPDs eine Form auf, die von einem Teil von einer hohen Wachstumsrate hin zu einem Teil von einer geringen Wachstumsrate schrumpft. Ein Verhältnis V/G einer Wachstumsrate V und eines Temperaturgradienten G nahe einer Kristallwachstumsgrenzfläche, wenn ein geschrumpfter Spitzenteil wachsen gelassen wurde (V/G bei einer maximalen Wachstumsrate, die nicht zur Detektion von FPDs führt) wurde erhalten. Der Grund warum V/G hier erhalten wird ist, dass Diskutieren über eine Defektverteilung unter Verwendung eines Verhältnisses von V/G in Bezug auf einen Defekt bildenden Mechanismus allgemein ist. G wurde als ein Temperaturgradient von einem Schmelzpunkt zu 1400°C in einem zentralen Teil des Kristalls erhalten, nachdem eine Temperaturverteilung in einer Ofenstruktur, die tatsächlich in dem Experiment angewendet wurde, mit der Verwendung von Simulations-Software FEMAG erhalten wurde, die eine Temperaturanalyse der Ofenstruktur ermöglicht.
Werte von FPD schrumpfen V/G (das heißt V/G, wenn der geschrumpfte Spitzenteil wachsen gelassen wurde), erhalten aus der FPD-Verteilung des vertikal geteilten Kristalls, betrugen 0,180 (mm²/min·K) im Fall der Probe mit hoher Sauerstoffkonzentration in 4(a) und 0,186 (mm²/min·K) im Fall der in 4(b) gezeigten Niedrigsauerstoffprobe. Da beide Proben die gleiche G aufweisen, wurde es bestätigt, dass die Wachstumsrate um 3% oder mehr erhöht werden kann. Unter Inbetrachtnahme, dass eine gewöhnliche defektfreie Kristallwachstumsmarge ungefähr 3 bis 5% beträgt, kann es gesagt werden, dass die FPD-Schrumpfwachstumsrate (das heißt die Wachstumsrate, wenn der Schrumpfspitzenteil wachsen gelassen wurde) auf Grund einer Reduktion in der Sauerstoffkonzentration stark erhöht wurde. Es wurde gleichsam bestätigt aus diesem Experiment, dass eine Region, wo FPDs nicht detektiert werden, durch eine Reduktion in der Sauerstoffkonzentration vergrößert war.
(Experiment 3)
Anschließend wird eine Versuchsberechnung einer Defektgröße durchgeführt, um zu erreichende Bedingungen zu untersuchen.
Ein Mechanismus, dass ein eingewachsener Defekt in einem Siliziumkristall erzeugt wird, wurde vorgeschlagen durch Voronkov oder Ammon oder dergleichen, und es kann durch ein Punktdefekt-Diffusionsmodell, das durch viele Ingenieure untersucht ist, erklärt werden. Eine Übersicht davon ist wie folgt.
Zuerst wurden Punktdefekte (Fehlstellen und interstitielles Si) mit Gleichgewichtskonzentrationswerten bei einem Schmelzpunkt eingeführt. Die in einem Kristall eingeführten Punktdefekte sind übersättigt, da die Gleichgewichts-Konzentrationen mit einer Reduktion der Temperatur, einbezogen durch das Kristallwachstum, gesenkt werden. Die übersättigten Punktdefekte diffundieren zu einer Oberfläche des Kristalls oder einer Wachstumsgrenzfläche. Zum Zeitpunkt dieser Diffusion werden die Fehlstellen dominant, wenn eine Wachstumsrate hoch ist, und das interstitielle Si wird dominant, wenn die Wachstumsrate niedrig ist, da Fehlstellen und interstitielles Si unterschiedliche Gleichgewichts-Konzentrationswerte und Temperaturabhängigkeiten des Diffusionskoeffizienten aufweisen. Wenn die übersättigten dominanten Punktdefekte eingewachsene Defekte als Sekundärdefekte, wenn eine Defekt bildende Temperaturzone erreicht wird. Sie sind Hohlräume, wenn die Fehlstellen dominant sind, oder Versetzungsschleifen oder dergleichen, wenn das interstitielle Si dominant ist. Es wird gesagt, dass ob diese Punktdefekte dominant sind durch V/G bestimmt wird, das heißt einem Verhältnis der Wachstumsrate V und dem Temperaturgradienten G nahe der Kristallwachstumsgrenzfläche.
Eine maximale Defektgröße wurde basierend auf diesem Modell abgeschätzt. Zuerst wurde die Konzentration der übersättigten Punktdefekte in einem zentralen Teil des Kristalls abgeschätzt. Im Falle von Bedingungen von relativ raschem Quenchen, ist ein Einfluss der Diffusion aus dem zentralen Teil des Kristalls zu der Kristalloberfläche gering, und die Übersättigungskonzentration der Punktdefekte wird stark beeinträchtigt durch die Diffusion, die zu der Wachstumsgrenzfläche auftritt, was Aufwärtsdiffusion genannt wird. Daher wurde eine Temperaturverteilung des zentralen Kristallteils in die axiale Richtung unter Verwendung von Simulations-Software FEMAG erhalten, Temperaturen von dem Schmelzpunkt zu einer Defekt bildenden Temperaturzone wurden ungefähr alle 20 Grad geteilt, um eine eindimensionale Aufwärtsdiffusion zu berechnen, und die Konzentration der übersättigten Punktdefekte wurde in einer einfachen Weise berechnet. Dann wurde eine Diffusionsdistanz aus einer Defekt bildenden Temperaturzone-Passierzeit erhalten, und eine maximale Defektgröße, wenn alle die übersättigten Punktdefekte in der Diffusionsdistanz sichergestellt waren, zur Bildung von einem Sekundärdefekt beizutragen, wurde berechnet. Obwohl die Defekt bildende Temperaturzone auf 1150 bis 1080°C eingestellt wurde, wurde sie auf 1080 bis 1040°C eingestellt, da von einer Bildungstemperatur behauptet wird, dass sie verringert wird, wenn Stickstoff dotiert wird.
Eine maximale Defektgröße unter den durch Experiment 2 (FPD schrumpft V/G) erhaltenen Bedingung wurde unter Verwendung dieser Technik abgeschätzt. Das heißt, die maximale Defektgröße in den Defektgrößen, die nicht als FPD detektiert werden, wurde abgeschätzt. 7 zeigt ein Ergebnis.
Eine Achse der Abszisse in einem Graph von 7 stellt V/G dar, welches ein Schlüsselparameter des Modells ist (hier wurde G erhalten als Temperaturgradient von dem Schmelzpunkt zu 1400°C). Wenn V/G ungefähr 0,175 (mm²/min·K) beträgt, nimmt eine Defektgröße abschüssig ab und nimmt unmittelbar zu. Dieser Teil ist eine sogenannte defektfreie Region, und kein Defekt wird innerhalb ungefähr ±2% von V/G als dem niedrigsten Punkt gebildet, dadurch resultierend in der defektfreien Region. Zusätzlich ist eine Region, wo V/G kleiner ist, eine Region, wo das interstitielle Si dominant ist, und eine Region, wo V/G höher ist, ist eine Region, wo die Fehlstellen dominant sind. Im Allgemeinen werden Hohlraumdefekte gebildet, da eine Region, wo V/G 0,180 (mm²/min·K) übersteigt, übersättigte Fehlstellen im Überfluss aufweist, und FPDs werden detektiert.
Jedoch, wie in Experiment 2 erhalten, im Falle von geringer Sauerstoffkonzentration, wenn V/G 0,186 (mm²/min·K) beträgt, schrumpft die Region von FPDs. Obwohl der Zustand zu diesem Zeitpunkt durch eine gebrochene Linie in 7 angegeben ist, betrug eine maximale Defektgröße, berechnet unter dieser Bedingung, 95 nm. Deshalb wird es in Betracht gezogen, dass FPDs in einem Kristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration von niedriger als 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) unter einem Zustand, dass die maximale Defektgröße 95 nm oder weniger beträgt, nicht detektiert werden.
Somit kann gesagt werden, dass, wenn der Kristall mit niedriger Sauerstoffkonzentration mit der maximalen Defektgröße von 95 nm oder weniger wachsen gelassen wird, der exzellente Kristall, in dem FPDs nicht detektiert werden, selbst dann wachsen gelassen werden kann, wenn das Wachstum bei einer hohen Rate durchgeführt wird.
(Beispiel 1)
Die Einkristall-Herstellungsapparatur und eine im-Ofen-Struktur, gezeigt in 1 gleich zu der in Experiment 2, wurde verwendet, und ein Silizium-Einkristall-Ingot, der keine FPDs in einer fehlstellenreichen Region und einen Durchmesser von 8 Zoll (200 mm) aufweist, wurde basierend auf dem Czochralski-Verfahren zum Anwenden eines Magnetfelds (dem MCZ-Verfahren) wachsen gelassen.
Zuerst wurde eine Versuchsberechnung einer maximalen Defektgröße wie in Experiment 3 durchgeführt, durchgeführt. Obwohl eine Versuchsberechnung im Fall von fehlendem Stickstoff in Experiment 3 durchgeführt wurde, wurde eine maximale Defektgröße im Fall des Stickstoffdotierens ebenfalls berechnet. Eine Defekt-bildende Temperatur im Falle des Dotierens mit Stickstoff wurde eingestellt auf 1080 bis 1040°C. 8 zeigt ein Ergebnis. Im Falle des fehlenden Dotierens mit Stickstoff war das Ergebnis das gleiche wie das in 7 gezeigte, und die maximale Defektgröße war nur nahe einer defektfreien Region kleiner als 95 nm. Andererseits, im Falle des Dotierens mit Stickstoff war die maximale Defektgröße kleiner als 95 nm bei einer beliebigen V/G.
Daher wurde ein Silizium-Einkristall-Ingot unter Einstellen einer Wachstumsrate V auf ungefähr 0,9 mm/min wachsen gelassen. V/G ist zu diesem Zeitpunkt 0,257 (mm²/min·K) und erfüllt die Bedingung, dass V/G ≥ 1,05 × (V/G)crt (= 0,184 (mm²/min·K) ist, und es ist ein durch eine gestrichelte Linie in 8 angegebener Zustand. Die Ziel-Sauerstoffkonzentration wurde eingestellt auf 4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) und Stickstoff wurde so dotiert, dass die Stickstoffkonzentration in dem Silizium-Einkristall-Ingot 3 bis 9 × 10¹³ (/cm³) wurde, dadurch Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingots.
Jede waferförmige Probe wurde aus dem Silizium-Einkristall-Ingot, der unter der vorstehend beschriebenen Bedingung wachsen gelassen wurde, ausgeschnitten und eine Messung der Sauerstoffkonzentration und eine FPD-Evaluierung wurden durchgeführt. Die durch das FT-IR-Verfahren gemessene Sauerstoffkonzentration betrug ungefähr 4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79), wie beabsichtigt. Außerdem wurde die FPD-Evaluierung durch das gleiche Verfahren durchgeführt, wie in Experimenten 1 und 2. Als ein Ergebnis wurden FPDs nicht beobachtet.
Ein polierter Wafer (PW) wurde aus einem aus diesem Silizium-Einkristall-Ingot ausgeschnittenen Block durch Prozesse wie Schneiden, Ätzen, Polieren und andere fabriziert. Als ein Ergebnis des Fabrizierens eines IG-BT, welches eine Art von Stromvorrichtungen ist, unter Verwenden dieses polierten Wafers und Durchführen einer Evaluierung wurde es betätigt, dass eine Leistung, äquivalent zu der eines polierten Wafers, der einen FZ-Kristall verwendet (FZ-PW), verwendet im Stand der Technik, erhalten wurde. Es ist schwierig, einen Kristall mit großem Durchmesser von 200 mm durch das FZ-Verfahren im Vergleich zu dem CZ-Verfahren zu erhalten, und Kosten sind in dem FZ-Verfahren hoch. Ersetzen des FZ-Kristalls mit dem vorstehend beschriebenen CZ-Kristall erleichtert das Reduzieren der Kosten.
(Beispiel 2)
Um einen Silizium-Einkristall-Ingot schneller abzukühlen als die in Experiment 2 und Beispiel 1 verwendeten Apparaturen, wurden eine Einkristall herstellende Apparatur und eine im-Ofen-Struktur, in der ein Kühlzylinder angeordnet ist, näher an einer Schmelzoberfläche zu sein, gezeigt in 2, verwendet.
Obwohl die Grundstruktur die gleiche ist wie die der in Experiment 2 oder Beispiel 1 verwendeten Apparatur, ist ein unteres Ende eines Hilfskühlzylinders 14' auf im Wesentlichen der gleichen Höhe wie ein unteres Ende eines Kühlzylinders 11 bereitgestellt, und eine Fähigkeit zum Kristallkühlen wird verbessert durch Pressen eines Carbonmaterials mit einer hohen Strahlungsrate gegen einen Kühlzylinder. Die Außenseite des Kühlzylinders 11 trägt nicht zum Kristallkühlen bei, aber führt zu einer Erhöhung im Hitzeverlust, und sie wird daher mit einem Hitze isolierenden Material 15 bedeckt.
9 zeigt ein Ergebnis des Durchführens einer Versuchsberechnung einer maximalen Defektgröße eines Silizium-Einkristall-Ingots, wenn er durch eine Apparatur mit solch einer Struktur wachsen gelassen wurde. In 9 betrug (V/G)crt 0,175 (mm²/min·K), V/G betrug 0,200 (mm²/min·K) (≥ 1,05 × (V/G)crt (= 0,184 mm²/min·K)), wenn eine Wachstumsrate V 1,2 mm/min betrug, und eine maximale Defektgröße betrug diesmal 83,2 nm. Wenn die Wachstumsrate V 2,5 mm/min betrug, betrug V/G außerdem 0,416 (mm²/min·K) (≥ 1,05 × (V/G)crt (= 0,184 mm²/min·K)), und die maximale Defektgröße betrug diesmal 94,0 nm.
Basierend auf dem vorstehend beschriebenen Ergebnis wurde die Ziel-Sauerstoffkonzentration auf 4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) eingestellt, Silizium-Einkristall-Ingots, wachsen gelassen auf zwei Wachstumsratenebenen, d. h. 1,2 mm/min bzw. 2,5 mm/min, wurden wachsen gelassen. Wie in Beispiel 1 wurden Sauerstoffkonzentration und FPDs in Bezug auf die Silizium-Einkristall-Ingots evaluiert. Als ein Ergebnis betrug in dem bei der Wachstumsrate von 1,2 mm/min wachsen gelassenen Kristall die Sauerstoffkonzentration ungefähr 4 × 10¹⁷ Atome/cm³, FPDs wurden nicht detektiert, und die Zielqualität wurde erhalten. Andererseits, in dem bei der Wachstumsrate von 2,5 mm/min wachsen gelassenen Kristall deformierte der Kristall aufgrund von Wachstum bei der hohen Rate, unterwegs erfolgte eine Dislokalisation und somit wurde ein einzeln kristallisierter Teil evaluiert. Als Ergebnis war die Sauerstoffkonzentration auf ungefähr 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ reduziert, FPDs wurden nicht detektiert, und die Zielqualität wurde erhalten.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Silizium-Einkristall-Ingot wurde unter den gleichen Bedingungen wie Beispiel 1 wachsen gelassen, außer dass die Ziel-Sauerstoffkonzentration eingestellt wurde auf 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79). Das heißt, mit der Verwendung der in 1 gezeigten Apparatur wurde Stickstoff dotiert, um eine Stickstoffkonzentration von 3 bis 9 × 10¹³ (/cm³) zu erreichen, und der Silizium-Einkristall-Ingot wurde bei einer Wachstumsrate V = ungefähr 0,9 mm/min wachsen gelassen. Eine aus diesem Silizium-Einkristall-Ingot ausgeschnittene Probe wurde verwendet, um Sauerstoffkonzentration und FPDs zu evaluieren. Als ein Ergebnis betrug die Sauerstoffkonzentration ungefähr 12 × 10¹⁷ Atome/cm² (ASTM '79), wie beabsichtigt. Andererseits wurden FPDs detektiert und die Zielqualität wurde nicht erhalten.
Es ist offensichtlich aus dem vorstehend beschriebenen Ergebnis, dass die Reduktion in der Sauerstoffkonzentration eines der wichtigsten Erfordernisse ist.
(Vergleichsbeispiel 2)
Im Unterschied zu der Einkristall-Herstellungsapparatur, angewandt in jedem der Beispiele 1 und 2, wurde eine Einkristall-Herstellungsapparatur 100 und eine im-Ofen-Struktur ohne Kühlzylinder verwendet. Ein Ergebnis der Durchführung einer Versuchsberechnung einer maximalen Defektgröße in dieser Apparatur war wie in 11 gezeigt, und eine Maximalgröße war nicht niedriger als 95 nm, außer einem Teil nahe einer defektfreien Region, unabhängig von der Gegenwart/Abwesenheit von Stickstoffdotierung. Mit der Verwendung dieser Apparatur wurde ein Silizium-Einkristall-Ingot unter Anzielen einer niedrigen Sauerstoffkonzentration unter Bedingungen einer Wachstumsrate von V = 0,9 mm/min und V/G = 0,288 (mm²/min·K) wachsen gelassen. Als ein Ergebnis war die Sauerstoffkonzentration ausreichend niedrig wie 4 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79), aber FPDs wurden detektiert, und die Zielqualität wurde nicht erhalten. Wie in Beispiel 1 wurde ein polierter Wafer (PW) aus diesem Silizium-Einkristall-Ingot fabriziert, IG-BT wurde fabriziert und evaluiert. Als ein Ergebnis trat ein Vorrichtungsfehler auf.
Daher kann es verstanden sein, dass, wenn die Sauerstoffkonzentration niedrig ist, jede Defektgröße zunahm, um als ein FPD detektiert zu werden, bei der Wachstumsrate, höher als die in der defektfreien Region, wenn die Apparatur keinen Kühlzylinder und andere aufwies, und nicht konfiguriert ist, eine schnell kühlende Struktur zu sein, verwendet wird. Deshalb wird es in Betracht gezogen, dass Kühlen des Kristalls ein wichtiges Element ist.
Es ist zu bemerken, dass das vorstehend beschriebene Evaluierungsergebnis eine Stromvorrichtung betrifft, an die eine hohe Spannung angelegt wird, aber der Silizium-Einkristall-Wafer, hergestellt basierend auf der vorliegenden Erfindung, weist keine Probleme eines Fehlers der Durchbruchsspannung oder Fehlers von Kriechstrom auf, selbst in anderen Vorrichtungen, wie einem Speicher, einer CPU, einer Bildaufnahmevorrichtung und anderen, die mit einer niedrigeren Spannung arbeiten. Deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht eine Technologie, die auf die Herstellung des Silizium-Einkristall-Wafers für eine Stromvorrichtung beschränkt ist.
Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt ist. Die vorangehende Ausführungsform ist ein veranschaulichendes Beispiel, und jedes Beispiel, das im Wesentlichen die gleiche Struktur aufweist und die gleichen Funktionen und Wirkungen erfüllt wie das technische Konzept, das in den Ansprüchen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist in dem technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers, umfassend: Wachsenlassen eines Silizium-Einkristall-Ingot mit der Verwendung einer CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur; und Ausschneiden eines Silizium-Einkristall-Wafers aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot, wobei, unter einer Wachstumsbedingung, das V/G ≥ 1,05 × (V/G)crt erreicht wird, wo V eine Wachstumsrate im Wachstum des Silizium-Einkristall-Ingots ist, G ein Temperaturgradient nahe einer Kristallwachstums-Grenzfläche ist, und (V/G)crt ein Wert von V/G ist, wenn ein dominanter Punktdefekt sich von einer Leerstelle zu interstitiellem Si verändert, ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger wachsen gelassen wird, und ein Silizium-Einkristall-Wafer, der eine Region einschließt, wo die Fehlstellen dominant sind und in der FPDs nicht durch präferenzielles Ätzen detektiert werden, aus dem wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot hergestellt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach Anspruch 1, wobei, vor dem Wachsenlassen des Silizium-Einkristall-Ingot, ein Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Sauerstoffkonzentration von 7 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM '79) oder weniger unter Verändern der Wachstumsrate wachsen gelassen wurde, V/G bei einer maximalen Wachstumsrate in dem Maße, dass FPDs des wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingots nicht detektiert werden, erhalten wird, jede Defektgröße, die nicht als FPD in dem Silizium-Einkristall-Ingot, wachsen gelassen unter einer Bedingung des erhaltenen V/G, basierend auf Punktdefekt-Simulation, aufgenommen wird, und der Silizium-Einkristall-Ingot, aus dem der Silizium-Einkristall-Wafer ausgeschnitten wird, unter einer Bedingung wachsen gelassen wird, sodass eine Defektgröße kleiner wird als die zuvor erhaltene Defektgröße, die nicht als FPD detektiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Zeitpunkt des Wachsenlassens des Silizium-Einkristall-Ingots Stickstoff dotiert wird, um den Silizium-Einkristall-Ingot mit einer Stickstoffkonzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁶ (/cm³) wachsen zu lassen.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Silizium-Einkristall-Ingot mit der Verwendung der CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur wachsen gelassen wird, umfassend: eine Hauptkammer, in der ein eine Rohmaterialschmelze enthaltender Tiegel angeordnet ist; eine Ziehkammer, die mit einem oberen Teil der Hauptkammer verbunden ist und den wachsen gelassenen Silizium-Einkristall-Ingot beherbergt; einen Kühlzylinder, der sich von einem Deckenteil der Hauptkammer zu einem Flüssigkeitsspiegel der Rohmaterialschmelze, die in dem Tiegel enthalten ist, erstreckt und den Silizium-Einkristall-Ingot, der wachsen gelassen wird, umgibt; und einen Hilfskühlzylinder, angeordnet auf der Innenseite des Kühlzylinders.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach Anspruch 4, wobei die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur, in der ein unteres Ende des Hilfskühlzylinders sich zu einem Spiegel eines unteren Endes des Kühlzylinders oder zu einem Spiegel unterhalb des unteren Ende des Kühlzylinders erstreckt, aber nicht den Flüssigkeitsspiegel der Rohmaterialschmelze erreicht, verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach Anspruch 4 oder 5, wobei die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur, in die ein Schlitz gebildet ist, der in einer axialen Richtung kontinuierlich ist, in dem Hilfskühlzylinder, verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6, wobei die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur, in die ein Material des Kühlzylinders ein beliebiges ist von Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer, Titan, Molybdän, Wolfram und eine Legierung, enthaltend ein beliebiges dieser Materialien, oder hergestellt durch Beschichten eines Metalls mit einem beliebigen von Titan, Molybdän, Wolfram und einem Metall der Platingruppe, verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Einkristall-Wafers nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 7, wobei die CZ-Einkristall-Herstellungsapparatur, in die ein Material des Hilfskühlzylinders ein beliebiges ist von einem Graphitmaterial, einem Carbon-Komposit, Edelstahl, Molybdän und Wolfram, verwendet wird.