DE112014006165B4 - Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, gekennzeichnet durch:einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster,einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird,einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist,einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder Ar-Atmosphäre gehalten wird, bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr, undeinen Sauerstoffkonzentrations-Variierungsbereich-Entfernungsschritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers nach dem Czochralski-Verfahren, der bevorzugt für Substrate und dergleichen von Halbleiter-Bauelementen verwendet wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein Silicium-Wafer, der als Substrat eines Halbleiter-Bauelements verwendet wird, wird aus einem Silicium-Einkristallbarren geschnitten, der typischerweise durch das Czochralski-Verfahren (nachfolgend auch als „CZ-Verfahren“ bezeichnet), gezogen wurde, und wird hergestellt durch Schritte wie Polieren. Das CZ-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Keimkristall in geschmolzenes Silicium in einem Quarztiegel getaucht und aus diesem nach oben gezogen wird, um einen Einkristall wachsen zu lassen. Im Allgemeinen enthält ein Kristall, der durch dieses Verfahren gewachsen ist, einen Kristalldefekt, der als Wachstumsdefekt (Grown-in Defekt) bezeichnet wird.
  • Wenn die Ziehgeschwindigkeit eines Silicium-Einkristalls mit V bezeichnet wird und der Temperaturgradient in dem Einkristall in der Wachstumsrichtung unmittelbar nach dem Ziehen mit G bezeichnet wird, hängt der Typ eines Wachstumsdefektes, der in den Silicium-Kristall eingeführt wird, von V/G ab.
  • 1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht eines gezogenen Einkristalls, die schematisch ein Beispiel der Beziehung zwischen einer Defektverteilung und V/G erläutert. Es wird überlegt, dass der Temperaturgradient G allgemein konstant ist, basierend auf der thermischen Eigenschaft einer Heißzonen-Struktur in einem CZ-Ofen, und somit ist es möglich, V/G zu steuern, indem die Ziehgeschwindigkeit V eingestellt wird. 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Ergebnisse der Beobachtung durch Röntgen-Topographie des Querschnittes eines Einkristalls erläutert, der erhalten wird durch Schneiden des Kristalls entlang der zentralen Achse, Auftragen von Cu darauf und Durchführen einer Wärmebehandlung mit diesem, wobei der Kristall wächst, wenn V/G graduell vermindert wird (2, die später beschrieben wird, erfolgt ebenfalls durch die gleiche Technik). Die Defektverteilung, die in 1 erläutert ist, ist die des Falls, bei dem ein Einkristall unter spezifischen Bedingungen gewachsen ist. Die Defektverteilung (Grenzen zwischen Defektbereichen) ändert sich aufgrund der Form der Heißzone, des Vorhandenseins/Abwesenheit eines magnetischen Feldes und dergleichen.
  • In 1 ist ein Bereich für Teilchen, die von einem Kristall stammen (COP), ein Bereich, umfassend COP, was ein Aggregat von Leerstellen (einem Mikroloch) ist, bei dem Atome fehlen, die ein Kristallgitter zum Zeitpunkt des Wachsens eines Einkristalls bilden sollten. Ein Dislokations-Clusterbereich ist ein Bereich, umfassend einen DislokationsCluster, der ein Aggregat von interstitiellen Siliciumatomen ist, die übermäßig zwischen Gittern eingenommen sind. Im COP-Bereich ist die Größe eines COP kleiner, je näher ein COP an einem OSF-Bereich liegt.
  • Ein Wachstumsdefekt hat eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften eines Halbleiter-Bauelements. Beispielsweise bei der Bildung eines MOS-FET auf einem Silicium-Wafer wird eine thermische Oxidation auf der Oberfläche des Wafers zur Bildung eines Gateoxidfilmes durchgeführt. Wenn ein COP in der Nähe der Oberfläche in den Oxidfilm aufgenommen wird, verschlechtert sich die Gateoxid-Integrität (GOI)-Eigenschaft eines Halbleiter-Elementes. Zusätzlich wird ein Dislokationscluster ebenfalls eine Ursache für schlechte Eigenschaften des Bauelements. Aus diesem Grund wurden Forschungen und Entwicklungen durchgeführt, für den Erhalt von Silicium-Wafern, ohne dass diese Wachstumsdefekte enthalten sind.
  • Wie in 1 erläutert, führt ein hohes Verhältnis von V/G (hohe Ziehgeschwindigkeit) zu überschüssigen Leerstellen, wodurch ein COP in einen Einkristall eingefügt wird. Ein kleines V/G-Verhältnis (niedrige Ziehgeschwindigkeit) führt zu übermäßigen interstitiellen Siliciumatomen, was das Auftreten eines Dislokationsclusters erleichtert. Beim Wachstum eines Silicium-Einkristalls wird zur Erhöhung der Produktivität die Ziehgeschwindigkeit üblicherweise erhöht, wodurch V/G groß gemacht wird, und somit enthält ein Wafer, der von einem gezogenen Einkristall erhalten wird, ein COP.
  • Ein Einkristall, der insgesamt aus einem Defekt-freien Bereich erzeugt ist, worin keine COPs oder Dislokationscluster enthalten sind, wird hergestellt durch Durchführen des Kristallziehens, während angemessen das Verhältnis (V/G) der Ziehgeschwindigkeit V des Silicium-Einkristalls zu dem Temperaturgradienten G im Einkristall in der Wachstumsrichtung unmittelbar nach dem Ziehen eingestellt wird. Das heißt, es ist möglich, die Einfügung von COP und einen Dislokationscluster in einen Kristall auszuschließen, indem eine Ziehanlage gesteuert wird, so dass, wie in 1 gezeigt, V/G zwischen einen Wert, der einer Position A entspricht, und einen Wert fällt, der einer Position B entspricht.
  • 2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des gezogenen Silicium-Einkristalls zeigt. 2 zeigt einen Wafer, erhalten durch Schneiden eines Einkristalls, der durch Steuern von V/G auf einen Wert gewachsen ist, der einer Position C entspricht, die in 1 dargestellt ist. Wie in 2 dargestellt, existiert ein OSF-Bereich in dem zentralen Teil des Wafers, wobei auf der äußeren Seite davon ein PV-Bereich und ein Pi-Bereich in dieser Reihenfolge existieren.
  • Diese Bereiche sind zwischen einem Bereich, der COP enthält, was ein Aggregat von Leerstellen ist, und einem Bereich, der Dislokationscluster enthält, was ein Aggregat interstitieller Siliciumatome ist, eingefügt und werden als Defekt-freie Bereiche angesehen, worin Leerstellen und interstitielle Siliciumatome bezüglich der Zahl ausgewogen sind und leicht verschmelzen, um zu verschwinden. Der PV-Bereich liegt nahe an einem Bereich, worin ein COP auftritt, und ist ein Defekt-freier Bereich, worin ein Punktdefekt vom Leerstellentyp dominiert. Der Pi-Bereich grenzt an einen Bereich an, worin ein Dislokationscluster auftritt, und ist ein Defekt-freier Bereich, worin ein Punktdefekt vom interstitiellen Silicium-Typ dominiert.
  • Selbst ein solcher Wafer, der aus Defekt-freien Bereichen ohne COPs oder Dislokationscluster besteht, ist nicht immer ein perfekter Defekt-freier Wafer. Obwohl er ein Defekt-freier Bereich ist, ist der OSF-Bereich benachbart zu einem Bereich, worin COPs auftreten, und enthält lagenförmige Sauerstoff-Präzipitate (OSF-Nuklei) in gewachsenem (as-grown) Zustand. Wenn der Wafer einer thermischen Oxidationsbehandlung bei hoher Temperatur (im Allgemeinen von 1000 bis 1200 °C unterworfen wird, werden die OSF-Kerne offenkundig als Oxidation-induzierter Stapelfehler (OSF).
  • Der PV-Bereich enthält Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem gewachsenen Zustand. Wenn eine zweistufige Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur und hoher Temperatur (z.B. bei 800 °C und 1000 °C durchgeführt wird, kann ein Sauerstoffpräzipitat in dem PV-Bereich auftreten. Der Pi-Bereich enthält wenige Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in dem gewachsenen Zustand, und ist ein Bereich, bei dem ein Sauerstoffpräzipitat kaum auftritt, selbst wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
  • Defekte, die im OSF-Bereich und PV-Bereich, wie oben beschrieben, existieren, sind Defekte, die ersichtlich werden, wenn eine Wärmebehandlung oder dergleichen unter spezifischen Bedingungen durchgeführt wird. Jedoch gibt es einen zunehmend nicht-ignorierbaren Einfluss auf die Ausbeute von Bauelementen, ausgeübt durch einen mikrofeinen COP- und ebenso OSF-Bereich, was nicht deutlich in einem gewachsenen Zustand ist, und einen Defekt, der im PV-Bereich existiert. Beispielsweise ist bekannt, dass dann, wenn OSF, das bei der thermischen Oxidation bei den oben beschriebenen hohen Temperaturen auftritt, erzeugt und auf der Oberfläche eines Wafers gewachsen ist, das OSF einen Leckstrom verursacht, was zur Verschlechterung der Bauelementeigenschaften führt. Wenn Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei, die in dem PV-Bereich enthalten sind, Sauerstoffpräzipitate in einem Wärmebehandlungsverfahren in einem Herstellungsverfahren eines Bauelements bilden und die Sauerstoffpräzipitate in einer aktiven Schicht eines Elementes verbleiben, das ein Bauelement bildet, gibt es zusätzlich ein Risiko eines Leckstromes, der in dem Bauelement auftritt.
  • Aus diesem Grund ist es wichtig für einen Silicium-Wafer, dass er eine reduzierte Zahl von Wachstumsdefekten (einschließlich Siliciumoxiden) im Außenschichtbereich aufweist, auf dem ein Bauelement gebildet werden soll.
  • Druckschrift JP 2008- 207 991 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Wafers, bei dem ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einer Oberfläche, wobei die Gesamtheit davon in der Radialrichtung ein N-Bereich (Bereich, worin Punktdefekte vom Leerstellen-Typ und Punktdefekte vom interstitiellen Silicium-Typ in angemessenen Mengen vorliegen) einem schnellen thermischen Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre unterworfen und einem schnellen thermischen Prozess in einer Nitrieratmosphäre, einer Ar-Atmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre davon nach der Entfernung eines Oxidfilmes unterworfen wird, der gebildet ist durch das schnelle thermische Verfahren in der Oxidationsatmosphäre. Druckschrift JP 2008- 207 991 A beschreibt, dass dies die Herstellung eines Silicium-Wafers, umfassend keine COPs und mit einer niedrigen OSF-Dichte und mit einem Massenmikrodefekt (BMD) im Massenbereich ermöglicht.
  • Ein BMD ist ein gewachsener Sauerstoff-Präzipitatkern, enthalten in einem Halbleiter-Substrat, der als Getter-Stelle fungiert, die Schwermetalle darin aufnimmt. In einem Herstellungsschritt für ein Halbleiter-Bauelement fängt ein BMD Schwermetalle ein, wodurch es möglich wird, zu vermeiden, dass die Eigenschaften eines Bauelements sich aufgrund der Kontamination eines Bauelementbildungsbereiches in einem Silicium-Wafer durch das Schwermetall verschlechtern.
  • Die Erfinder untersuchten aufgrund von Experimenten, welche Art von Defekten durch das Herstellungsverfahren, das in Druckschrift JP 2008- 207 991 A beschrieben ist, auftreten. Bei dem Herstellungsverfahren wurde eine Bedingung für „ein schnelles thermisches Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre“ auf 1250 °C x 10 Sekunden eingestellt. Es wurde bestätigt, dass OSF-Defekte durch dieses Herstellungsverfahren inaktiviert werden können.
  • Wenn ein reaktives Ionen-Ätzen (RIE) auf einem Wafer durchgeführt wurde, bei dem ein solches Verfahren durchgeführt worden ist, wurden lagenförmige Sauerstoff-Präzipitate (OSF-Nuklei) in einem OSF-Bereich und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem PV-Bereich mit Größen von 9 nm oder mehr (nachfolgend als „Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden“ bezeichnet) als Projektionen auf einer Ätz-Oberfläche beobachtet. Das heißt, es wurde gefunden, dass Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden nicht eliminiert werden können durch die Oxidations-Wärmebehandlung bei 1250 °C × 10 Sekunden. Daher kann ein solcher Wafer nicht die Herstellung von feineren Bauelementen in der Zukunft erfüllen, weil Mängel durch ein Wärmebehandlungsverfahren und dergleichen in einem Bauelementschritt (einem Bauelementherstellungsverfahren) deutlich werden und eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften eines Bauelements haben können.
  • Wenn eine Temperatur in der Oxidations-Wärmebehandlung weiter angehoben wird, ist es möglich, OSF-Nuklei und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem PV-Bereich bis zu dem inneren Teil eines Wafers zu zerstören, aber Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden verbleiben in der Nähe einer Oberfläche des Wafers (siehe Druckschrift JP 2010 - 267 846 A mit US-Familienmitglied US 2010 / 0 290 971 A1 ).
  • Zusätzlich führt die Einführung von Sauerstoff zu einem Bereich, worin eine Sauerstoffkonzentration sich erhöhen kann durch Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur (zum Beispiel 400 bis 500 °C) in einem Bauelementschritt, und worin ein Sauerstoffdonor leicht auftritt, was verursachen kann, dass der spezifische Widerstand des Bereiches variiert. Wenn der Widerstand variiert, verschiebt sich die Arbeitsspannung eines Bauelements, was eine Fehlfunktion verursachen kann. Insbesondere in einem Bauelementherstellungsschritt der letzten Jahre wurde die Wärmebehandlung bei niedrigerer Temperatur und für eine kürzere Periode mit dem Fortschritt bei der Herstellung feinerer Bauelemente, durchgeführt. Folglich verursachen einige Wärmebehandlungen in dem Bauelementschritt kaum eine Änderung einer anfänglichen Sauerstoffkonzentrationsverteilung, was das Risiko erhöht, dass der Einfluss einer Variation in einer Außenschicht-Sauerstoffkonzentration deutlich wird.
  • Bei dem Herstellungsverfahren von Druckschrift JP 2008- 207 991 A diffundiert Sauerstoff nach außen durch den „schnellen thermischen Vorgang in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre, Ar-Atmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre davon“, durchgeführt nach dem „schnellen thermischen Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre“, was verursacht, dass eine Sauerstoffkonzentration in einer äußersten Schicht des Wafers sich vermindert. Wenn sich die Sauerstoffkonzentration vermindert, ändert sich die mechanische Festigkeit eines Bereiches mit einer solchen Sauerstoffkonzentration (siehe Druckschrift JP 2009 - 170 656 A ).
  • Wie aufgrund des Vorhergenannten ersichtlich ist, kann das Herstellungsverfahren gemäß Druckschrift JP 2008- 207 991 A diverse Probleme aufgrund des Auftretens von Bereichen mit erhöhten und verminderten Sauerstoffkonzentrationen verursachen.
  • Druckschrift JP 2010 - 267 846 A mit US-Familienmitglied US 2010 / 0 290 971 A1 offenbart „ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers mit einem Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer schnellen thermischen Vergütung (RTA) bei dem Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre von 1250 °C oder mehr und für 10 Sekunden oder mehr, und einem Schritt zur Entfernung von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxid-Bereichen in der Nähe eines Außenschichtbereiches des Wafers nach der RTA-Behandlung“. Druckschrift JP 2010 - 267 846 A mit US-Familienmitglied US 2010 / 0 290 971 A1 beschreibt, dass „dieses Verfahren die Herstellung eines Silicium-Wafers ermöglicht, der keine COPs oder Dislokationscluster beinhaltet, und worin Defekte wie OSF-Nuklei und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei, die im PV-Bereich existieren, die nicht in einem gewachsenen Zustand deutlich werden, zerstört oder vermindert werden“.
  • Dieses Verfahren kann nicht dazu führen, dass der Wafer ein BMD, das darin gebildet ist, enthält, solange kein bestimmtes weiteres Verfahren durchgeführt wird, und somit kann der Wafer nicht in einer Umgebung verwendet werden, in der eine Schwermetallverunreinigung auftreten kann.
  • Druckschrift DE 11 2012 000 607 T5 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliciumsubstrats, wobei das Siliciumsubstrat aus einem durch das CZ-Verfahren gezüchteten Silicium-Einkristall-Ingot geschnitten wird. Das Verfahren umfasst eine schnelle Hitzebehandlung (RTP-Behandlung), bei der das Siliciumsubstrat bei einer Temperatur, die höher als 1300 °C und nicht höher als der Schmelzpunkt von Silicium ist, für 1 bis 60 Sekunden gehalten wird. Die schnelle Hitzebehandlung kann dabei in einer Nitrier-Atmosphäre durchgeführt werden. Die BMD-Dichte derart behandelter Siliciumsubstrate (Silicium-Wafer) wurde mit Hilfe eines Messverfahrens bestimmt, bei dem eine Hitzebehandlungssimulation eines Flash-Memory-Fabrikationsprozesses durchgeführt und BMDs in dem Wafer präzipitiert wurden. Der Wafer wurde dann in 5 % HF getaucht und ein auf der Oberfläche gebildeter Oxidfilm wurde entfernt. Dann wurde mit einer RIE-Apparatur geätzt, und schließlich die BMD-Dichte gemessen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Diese Erfindung hat zur Aufgabe, die oben beschriebenen Probleme aufgrund einer Erhöhung oder Verminderung der Sauerstoffkonzentration zu lösen und ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers anzugeben, der eine Getter-Fähigkeit für Schwermetalle in einem Bauelementschritt aufweist.
  • Lösung des Problems
  • Kern der vorliegenden Erfindung sind die Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, die unten als (2) und (3) beschrieben werden.
  • Der in der vorliegenden Beschreibung angesprochene Silicium-Wafer, der selbst nicht Gegenstand der Patentansprüche ist, ist unter (1) beschrieben.
  • (1) Silicium-Wafer, enthaltend:
    • einen Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate von weniger als 10 % in einer Tiefenrichtung,
    • eine Dichte von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden von 1 × 106/cm3 oder weniger in einem Außenschichtbereich, der ein Tiefenbereich bis zu wenigstens 2 µm von einer Oberfläche ist, und
    • eine Sauerstoffpräzipitatdichte von 1 × 108/cm3 oder mehr in einem Massenbereich.
  • In der folgenden Beschreibung bedeutet „eine Sauerstoffkonzentration“ in einem Silicium-Wafer eine „interstitielle Sauerstoffkonzentration“, wenn nichts anderes angegeben ist.
  • In dieser Erfindung ist eine „Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate“ definiert als ein Vergleich zwischen dem Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich der äußersten Schicht, worin eine Sauerstoffkonzentration durch Wärmebehandlung variiert (nachfolgend als „Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der äußersten Schicht“ bezeichnet) und dem Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Teil eines Massenbereiches, worin eine Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen nicht durch die Wärmebehandlung variiert (nachfolgend als „Durchschnitt einer Massen-Sauerstoffkonzentration“ bezeichnet). Spezifisch wird angenommen, dass der Bereich der „äußersten Schicht“ ein „Tiefenbereich von bis zu 1 µm von der Oberfläche ist (ein Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von 1 µm von der Oberfläche)“, und dass der „Massenbereich“ ein Bereich ist, der „tiefer als ein Tiefenbereich von 10 µm von der Oberfläche“ ist. Wenn die Sauerstoffkonzentrationen tatsächlich durch die Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen werden, kann die Messung nicht an einem Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von weniger als 0,2 µm von der Oberfläche gemessen werden, und somit wird angenommen, dass der Bereich der äußersten Schicht ein Bereich zwischen der Tiefenposition von 0,2 µm von der Oberfläche und einer Tiefenposition von 1 µm von der Oberfläche ist. Die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate wird spezifisch wie folgt definiert. Variationsrate der Sauerstoffkonzentration = ( Durchschnitt  der Sauerstoffkonzentration der  a ¨ ußersten Schicht − Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der  Masse ) / Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse x 100   ( % ) .
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  • (2) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, umfassend:
    • einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationscluster,
    • einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren,
    • einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird,
    • einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist,
    • einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder Ar-Atmosphäre gehalten wird, bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr, und
    • einen Sauerstoffkonzentrations-Variierungsbereich-Entfernungsschritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
  • (3) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, enthaltend:
    • einen Wachstumsschritt zum Wachsen des Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationscluster,
    • einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren,
    • einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird,
    • einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt sich erhöht,
    • einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und
    • einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt erniedrigt, nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Mit dem Silicium-Wafer gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10 % ist, bei der Niedertemperatur-Wärmebehandlung in einem Bauelementschritt zu verhindern, dass ein Sauerstoffdonor in dem Ausmaß, dass die Fluktuation des Widerstandswertes ein Problem wird, selbst in einem Bereich mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auftritt. Zusätzlich ist es möglich, die Festigkeit eines solchen Wafers selbst in einem Bereich mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zu erhöhen. Weil die Sauerstoffkonzentration-Variationsrate in der Tiefenrichtung niedrig ist, ist weiterhin der Silicium-Wafer dieser Erfindung für verschiedene Wärmebehandlungsbedingungen in einem Bauelementschritt anwendbar.
  • Weil die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 1 × 106/cm3 oder weniger im Außenschichtbereich ist, der ein Tiefenbereich bis zu wenigstens 2 µm von der Oberfläche ist, ist es möglich, bessere Eigenschaften eines Bauelements, gebildet in einem Bereich, umfassend diesen Außenschichtbereich, vorzusehen und ebenfalls feinere Bauelemente zu unterstützen.
  • Weil die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Massenbereich 1 × 108/cm3 oder mehr ist, ist es möglich, eine ausreichende Getterwirkung für Schwermetalle in einem Bauelementschritt zu erhalten.
  • Der Silicium-Wafer gemäß der vorliegenden Offenbarung kann durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers hergestellt werden.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel der Beziehung zwischen der Defektverteilung und V/G in einem gezogenen Silicium-Einkristall zeigt.
    • [2] 2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt eines gezogenen Silicium-Einkristalls zeigt.
    • [3] 3 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers erläutert, umfassend einen Oxidfilm-Entfernungsschritt und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit Variation der Sauerstoffkonzentration.
    • [4] 4 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers zeigt, umfassend einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration.
    • [5] 5 ist ein Sauerstoffkonzentrationsprofil eines Silicium-Wafers in einem Beispiel.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ein mit den erfindungsgemäßen Verfahren herstellbarer Silicium-Wafer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in einer Tiefenrichtung weniger als 10 % ist, die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 1 × 106/cm3 oder weniger in einem Außenschichtbereich ist, der ein Tiefenbereich von bis zu wenigstens 2 µm von der Oberfläche davon ist, und eine Sauerstoff-Präzipitatdichte in einem Massenbereich 1 × 108/cm3 oder mehr ist.
  • Weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10 % ist, ist es möglich, bei einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung in einem Bauelementschritt zu verhindern, dass ein SauerstoffDonor in dem Ausmaß, dass eine Fluktuation des Widerstandswertes ein Problem wird, selbst in einem Bereich mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auftritt. Daher ist es möglich, die Verschiebung einer Betriebsspannung eines Bauelementsaufgrund einer Fluktuation des Widerstandswertes zu verhindern. Weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10 % ist, ist es auch möglich, die Festigkeit eines solchen Wafers selbst in einem Bereich mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zu erhöhen.
  • Thermische Bauelementverfahren unterscheiden sich nach den Bauelementherstellern und den endgültigen Bauelementprodukten. Aus diesem Grund ist es schwierig, wenn die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Wafer in einer Tiefenrichtung variiert, einen Einfluss eines thermischen Bauelementverfahrens auf die Eigenschaften vorherzusagen. Bezüglich des mit den erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Silicium-Wafers ist es leicht, einen solchen Einfluss vorherzusagen, weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung niedriger als 10 % ist.
  • Für den ausreichenden Erhalt der oben beschriebenen Wirkungen ist es wünschenswert, dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 5 % ist.
  • Weil die Dichte von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden 1 × 106/cm3 oder weniger im Außenschichtbereich ist, der ein Tiefenbereich bis zu 2 µm von der Oberfläche ist, ist es möglich, bessere Eigenschaften in einem Bauelement zu erhalten, das in einem Bereich gebildet ist, der diesen Außenschichtbereich umfasst, und ebenfalls feinere Bauelemente zu unterstützen.
  • Für den Erhalt der gleichen Wirkungen wie oben angegeben, selbst wenn ein Bauelement bis zu einem tieferen Bereich gebildet wird, wird der oben beschriebene Außenschichtbereich (ein Bereich mit einer Dichte von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden 1 × 106/cm3 oder weniger) wünschenswert so gemacht, dass er ein Tiefenbereich bis zu 5 µm von der Oberfläche, mehr wünschenswert ein Tiefenbereich bis zu 10 µm von der Oberfläche ist. Es ist wünschenswert, den Tiefenbereich des oben beschriebenen Außenschichtbereiches so einzustellen, dass ein Bereich enthalten ist, worin eine Sperrschicht in einem Bauelementgebildet wird.
  • Weil eine Dichte von Sauerstoffpräzipitaten (BMD) im Massenbereich 1 × 108/cm3 oder mehr ist, hat dieser Wafer eine ausreichende Getterwirkung für Schwermetalle in einem Bauelementschritt. Die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Massenbereich kann wie folgt gemessen werden. Zunächst wird eine Wärmebehandlung zur Auswertung bei einem Silicium-Wafer durchgeführt. Die Wärmebehandlung zur Auswertung kann als zweistufige Wärmebehandlung durchgeführt werden, umfassend eine Wärmebehandlung bei 800 °C × 4 Stunden mit anschließender Wärmebehandlung bei 1000 °C × 16 Stunden. Danach wird der Silicium-Wafer gespalten und einem Secco-Ätzen bei Raumtemperatur für 2 Minuten unterworfen. Ein Ätzmittel, das bei dem Secco-Ätzen verwendet wird, hat eine Selektivität für Sauerstoffpräzipitat (BMD). Dann wird eine Spaltungsebene, mit der diese Behandlung durchgeführt wurde, unter einem optischen Mikroskop beobachtet und eine Dichte bei jedem Ätzen wird gemessen. Diese Dichte kann als Sauerstoffpräzipitatdichte angesehen werden.
  • Der Silicium-Wafer dieser Erfindung hat wünschenswert eine Sauerstoffkonzentration von 8 × 1017 bis 14 × 1017/cm3. Dies ermöglicht die Unterdrückung der Wachstumsdefekte im Außenschichtbereich, der ein aktiver Bauelementbereich ist, und ermöglicht die Bildung von ausreichenden BMD, damit Schwermetallverunreinigungen im Massenbereich genügend eingefangen werden, während das Auftreten eines Sauerstoff-Donors minimiert wird, wobei die Festigkeit des Außenschichtbereiches aufrechterhalten wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers ist ein Verfahren, durch das der oben beschriebene Silicium-Wafer hergestellt werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Merkmale (A) oder (B) aufweist.
    1. (A) Verfahren, umfassend:
      • einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationscluster,
      • einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren,
      • einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird,
      • einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist,
      • einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführung des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und
      • einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration zum Entfernen eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
    2. (B) Verfahren, umfassend, einen Wachstumsschritt, zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationscluster, einen Schneideschritt zum Herausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, bei dem eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht wird, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder Ar-Atmosphäre bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunden oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt eines Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert wird, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
  • Nachfolgend wird jeder Schritt detailliert beschrieben.
  • (a) Wachstumsschritt des Silicium-Einkristallbarrens
  • Dies ist ein Schritt zum Wachsenlassen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das CZ-Verfahren. Bei dem Wachstum ist es gewünscht, eine Einkristall-Ziehanlage zu verwenden, die eine Heißzonenstruktur hat, konfiguriert für den Erhalt eines angemessenen Temperaturgradienten in der Wachstumsrichtung eines Kristalls unmittelbar nach dem Ziehen. In diesem Fall können Kristalldefekte durch Durchführen des Kristallwachstums bei einer angemessenen Ziehgeschwindigkeit gesteuert werden. Als ein spezifisches Verfahren zur Steuerung der Kristalldefekte durch Einstellen eines Temperaturgradienten und einer Ziehgeschwindigkeit kann beispielsweise das Verfahren gemäß Druckschrift JP 2010 - 267 846 A mit US-Familienmitglied US 2010 / 0 290 971 A1 die oben beschrieben ist, verwendet werden.
  • (b) Ausschneideschritt des Silicium-Wafers
  • Dies ist ein Schritt zum Herausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren. Bei diesem Schritt wird ein Barren typischerweise in eine Anzahl von Blöcken geschnitten, die gemäß ihrer elektrischen Widerstände identifiziert sind, und nach Schneiden, Läppen, chemischem Ätzen, Spiegelpolieren und anderen Behandlungen zu Wafern verarbeitet. Alle Behandlungen können entsprechend den konventionell durchgeführten Verfahren durchgeführt werden.
  • (c) Erster Wärmebehandlungsschritt
  • Dies ist ein Schritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung, worin die Silicium-Wafer, die in dem Ausschneideschritt herausgeschnitten worden sind, in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten werden.
  • Der Grund für die Durchführung dieser RTP-Behandlung in der Oxidationsatmosphäre liegt in der Zerstörung oder Reduktion von Defekten wie Lagen-förmigen Sauerstoffpräzipitaten (OSF-Nuklei), die in einem OSF-Bereich existieren, und Sauerstoffpräzipitatkernen, die in einem PV-Bereich existieren. Operative Vorteile der RTP-Behandlung werden unten beschrieben.
  • Ein Silicium-Einkristall, der durch das CZ-Verfahren gewachsen ist, enthält typischerweise Sauerstoff in der Größenordnung von 1018 Atomen/cm3 als Verunreinigung. Dieser Sauerstoff ist in dem Silicium-Kristall bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunktes von Silicium aufgelöst, spezifisch existiert er zwischen Silicium-Kristallgittern. In einem Wafer, der aus dem Silicium-Einkristall herausgeschnitten ist und bei Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur liegt, ist ein Teil des Sauerstoffes als Siliciumoxid (SiO2) ausgefällt, wodurch Kristalldefekte wie OSF-Nuklei und Sauerstoffpräzipitat-Nuklei in einem PV-Bereich gebildet werden.
  • Wenn mit diesem Wafer eine RTP-Behandlung in einer Oxidationsatmosphäre durchgeführt wird, wird Siliciumoxid in einem Kristalldefekt im Inneren des Wafers zerstört durch die Bewegung der Sauerstoffatome, die das Siliciumoxid in einem Kristallgitter ausmachen. Das zerstörte Siliciumoxid wird durch Leerstellen ersetzt. Weil die RTP-Behandlung in der oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, wird interstitielles Silicium von einer Oberflächenseite des Wafers injiziert, mit dem die Leerstellen eingebettet sind. Diese Serie von Verfahren wird als Schmelz(Auflösungs)-Phänomen erkannt. Als Ergebnis werden Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden wie OSF-Kerne und Sauerstoffpräzipitatkerne in einem PV-Bereich zerstört oder vermindert. Wenn COPs wie mikrofeine COPs enthalten sind, werden sie ebenfalls zerstört oder vermindert.
  • Als oxidierende Atmosphäre kann beispielsweise eine Atmosphäre von Gas, umfassend ein oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O2, O3 und H2O (Dampf) verwendet werden. Zur Verstärkung der Wirkung zur Entfernung von SiO2 im Kristalldefekt ist es wünschenswert, dass ein oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O2, O3 und H2O 100 % der oxidierenden Atmosphäre ausmachen. Die oxidierende Atmosphäre ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann beispielsweise eine Atmosphäre aus einem gemischten Gas von einer oder mehreren Arten sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O2, O3 und H2O, und Inertgas.
  • Der Grund zur Durchführung der RTP-Behandlung bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C liegtdarin, dass eine Behandlungstemperatur von 1250 °C oder weniger zu einer unzureichenden Wirkung der Zerstörung und Entfernung oder zur Verminderung der Kristalldefekte führt. Weil ein Wafer bei einer Temperatur von mehr als dem Schmelzpunkt von Silicium 1410 °C schmilzt, ist es wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungstemperatur auf 1400 °C einzustellen. Wenn die Behandlungstemperatur verhältnismäßig hoch ist, selbst wenn sie bei oder weniger als 1400 °C ist, kann eine Gleitdislokation in den Wafer eingeführt werden und zusätzlich werden einer Anlage hohe Belastungen auferlegt. Daher ist es wünschenswert, die obere Grenze der Temperatur auf 1350 °C einzustellen.
  • Der Grund für die Einstellung der Retentionszeit bei der Behandlungstemperatur (Temperatur von mehr als 1250 °C) auf eine Sekunde oder mehr liegt darin, dass eine Retentionszeit von weniger als eine Sekunde zu einer unzureichenden Wirkung zur Entfernung der Kristalldefekte führt. Es ist wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungsperiode auf 60 Sekunden im Hinblick auf die Verminderung des Auftretens von Gleiten einzustellen, obwohl dies von der Behandlungstemperatur abhängt.
  • Eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate bei der RTP-Behandlung wird innerhalb eines Bereiches von 10 °C/s bis 300 °C/s eingestellt. Eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate von weniger als 10 °C/s führt zu einer signifikanten Verminderung der Produktivität und eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate von 300 °C/s ist die Heizgrenze von gegenwärtigen RTP-Vorrichtungen. Für das Unterdrücken des Auftretens eines Gleitens in einem Wafer und zur Sicherstellung der Reproduzierbarkeit der Temperatursteuerung ist es mehr wünschenswert, die Temperaturerhöhungs/-abfallrate auf 150 °C/s oder weniger einzustellen. Für die RTP-Behandlung ist es wünschenswert, einen Lampen-Temperofen zu verwenden, durch den eine schnelle Temperaturerhöhung und eine schnelle Temperaturerniedrigung durchgeführt werden kann. Die Verwendung eines Lampen-Temperofens ermöglicht die Durchführung der Behandlung, ohne dass eine übermäßige Wärmemenge an einen Wafer abgegeben wird.
  • (d) Oxidfilm-Entfernungsschritt
  • Dies ist ein Schritt zur Entfernung eines Oxidfilmes, der auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers in dem ersten Wärmebehandlungsschritt gebildet wird. Weil der erste Wärmebehandlungsschritt in der oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, erhöht sich eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des Silicium-Wafers. Ein solcher Bereich enthält einen Oxidfilm in einer äußersten Wafer-Schicht, und einen Bereich, der eine Schicht unterhalb des Oxidfilmes ist, worin Sauerstoff in einem Silicium-Kristall aufgelöst ist oder in der Form von ausgefällten Oxiden existiert. Unter diesen ist es der Oxidfilm, der in diesem Schritt entfernt werden soll.
  • Der Oxidfilm ist extrem dünn im Vergleich zu dem gesamten Bereich, worin sich die Sauerstoffkonzentration durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes erhöht. Aus diesem Grund wird die Dicke des gesamten Bereiches nicht wesentlich durch Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes geändert.
  • Der Oxidfilm kann beispielsweise durch Ätzen mit Fluorwasserstoff (HF)-Lösung entfernt werden.
  • (e) Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration
  • Dies ist ein Schritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin sich die Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht (nachfolgend als Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration bezeichnet). Bei diesem Schritt wird der gesamte Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, der den Oxidfilm enthält, entfernt.
  • Durch Entfernen des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration werden die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin sich die Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht, kann so erfolgen, dass in dem verbleibenden Bereich des Wafers der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung (Variationsrate der Sauerstoffkonzentration in dem Bereich der äußersten Schicht (ein Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von 1 µm von der Oberfläche) in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration in dem Massenbereich, worin sich die Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen nicht ändert (ein Bereich, der tiefer ist als eine Tiefenposition von 10 µm von der Oberfläche)) beispielsweise weniger als 10 % (zum Beispiel weniger als 5 %, falls notwendig) wird.
  • Der Oxidfilm in dem Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration kann durch das gleiche Verfahren wie der oben beschriebene Entfernungsschritt für den Oxidfilm entfernt werden.
  • Der Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration wird durch Bearbeiten oder chemische Reaktion entfernt. Irgendein Verfahren ist anwendbar, solange das Verfahren diesen Bereich ohne Einfluss auf die Flachheit des Wafers und mit einer ausreichend kleinen Bearbeitungsschädigung entfernen kann. Als Bearbeitung kann ein Schleifbearbeiten, Polierbearbeiten oder dergleichen verwendet werden. Angesichts der Minimierung der Bearbeitungsschädigung ist das Verwenden des Polierbearbeitens wünschenswert. Als chemische Reaktion kann ein saures Ätzen, alkalisches Ätzen oder dergleichen verwendet werden. Zusätzlich können das Bearbeiten und die chemische Reaktion in Kombination durchgeführt werden.
  • (f) Zweiter Wärmebehandlungsschritt
  • Dies ist ein Schritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes oder des Entfernungsschrittes des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100 °C oder mehr und für eine Sekunde oder mehr gehalten wird.
  • Durch diesen Schritt werden BMD-Kerne gebildet. Wenn die Behandlungstemperatur weniger als 1100 °C ist, werden die BMD-Kerne nicht mit ausreichend hoher Dichte gebildet. Eine höhere Behandlungstemperatur führt zur Bildung der BMD-Kerne mit einer höheren Dichte, was beim Einfangen von Schwermetallverunreinigungen bevorzugt ist. Wenn auf der anderen Seite die Behandlungstemperatur mehr als 1300 °C ist, kann der interstitielle Sauerstoff, der in die äußere Schicht in dem ersten Wärmebehandlungsschritt diffundiert ist, tiefer in den Wafer diffundieren, wodurch der Bereich, der in einem Entfernungsschritt eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration entfernt werden soll, der danach durchgeführt wird, aufgeweitet wird. In diesem Fall vermindert sich die Produktivität. Wenn zusätzlich die Wärmebehandlungstemperatur mehr als 1300 °C ist, treten Sauerstoffpräzipitate in einem 2 µm-Bereich in der äußeren Schicht auf. Wenn ein Oxidfilm in einem solchen Bereich in dem Bauelementschritt gebildet wird, vermindert sich die dielektrische Spannung des Oxidfilmes. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungstemperatur auf 1300 °C einzustellen.
  • Als Nitrier-Härtungsatmosphäre kann beispielsweise eine Atmosphäre aus Gas, umfassend eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff (N2) und Ammoniak (NH3), angewandt werden. Die eine oder mehreren Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N2 und NH3, kann 100 % der Nitrier-Härtungsatmosphäre ausmachen, oder die Nitrier-Atmosphäre kann eine Atmosphäre aus einem gemischten Gas von einer oder mehreren Arten sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N2 und NH3, und einem Inertgas (z.B. Ar).
  • Die Temperaturabfallrate des zweiten Wärmebehandlungsschrittes wird auf beispielsweise 10 °C/s oder mehr, mehr gewünscht auf 50 °C/s oder mehr eingestellt. Dies ermöglicht eine erhöhte BMD-Dichte. Wenn die Temperaturabfallrate weniger als 10 °C/s ist, können die BMD-Kerne nicht effizient gebildet werden.
  • (g) Entfernungsschritt eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration
  • Dies ist ein Schritt zur Entfernung, nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, eines Bereiches des Silicium-Wafers, in dem die Sauerstoffkonzentration in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert (nachfolgend als „Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereich“ bezeichnet), wobei mit dem Silicium-Wafer der Oxidfilm-Entfernungsschritt durchgeführt worden ist (der Entfernungsschritt für den Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration wird nicht durchgeführt).
  • Die Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes führt zur Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers. Im Gegensatz dazu vermindert die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers. Auf diese Weise führt die Durchführung des ersten und des zweiten Wärmebehandlungsschrittes zu einem Bereich, worin die Sauerstoffkonzentration variiert im Vergleich zu der vor der Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes. Ein solcher Bereich wird in diesem Schritt entfernt.
  • Durch Entfernung des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches werden die Sauerstoffkonzentrationen im verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen in der Tiefenrichtung des Wafers konstant gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin die Sauerstoffkonzentration in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, wird so durchgeführt, dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers weniger als 10 % wird, und erwünschter sind weniger als 5 %.
  • Die Entfernung des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches kann durch mechanisches Polieren durchgeführt werden.
  • Die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes erzeugt einen Bereich in dem Bereich der äußersten Schicht des Wafers, worin eine Sauerstoffkonzentration sich im Vergleich zu dem tieferen Bereich des Wafers vermindert. Ein solcher Bereich hat verminderte mechanische Festigkeit, und durch Durchführen des Entfernungsschrittes für den Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration ist es möglich, die mechanische Festigkeit des verbleibenden Bereiches des Wafers auf demselben Niveau wie vor der Wärmebehandlung zu halten.
  • (h) Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration
  • Dies ist ein Schritt, bei dem nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ein Bereich des Silicium-Wafers entfernt wird, in dem sich die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert (nachfolgend als „Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration“ bezeichnet), wobei der Silicium-Wafer dem Entfernungsschritt des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration unterworfen worden ist. Weil der zweite Wärmebehandlungsschritt in der Nitrier-Atmosphäre oder Ar-Atmosphäre durchgeführt wird, führt die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes zu einer Verminderung der Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers.
  • Wie zuvor beschrieben, sind die Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung des Wafers nach Durchführung des Entfernungsschrittes für den Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und vor Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes im Wesentlichen konstant. Durch Entfernen des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration werden die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin sich die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert, erfolgt so, dass die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers weniger als 10 % wird, und erwünschter sind weniger als 5 %.
  • Die Entfernung des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration kann durch mechanisches Polieren durchgeführt werden.
  • Der Bereich, der durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes erzeugt ist und der eine verminderte Sauerstoffkonzentration hat, kann eine verminderte mechanische Festigkeit haben. Weil ein solcher Bereich durch Durchführen des Entfernungsschrittes für den Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration entfernt ist, hat der verbleibende Bereich des Wafers eine hohe mechanische Festigkeit.
  • 3 illustriert eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers zum Zeitpunkt der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers mit dem oben beschriebenen Merkmal (A). In 3 bezeichnet die Abszissenachse die Tiefe von der Oberfläche des Wafers und die Ordinatenachse eine Sauerstoffkonzentration. Unter Bezugnahme auf 3 wird die Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils (Beziehung zwischen der Tiefe von der Oberfläche und der Sauerstoffkonzentration) zum Zeitpunkt der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) beschrieben.
  • Nach Durchführen des Ausschneideschrittes und vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes sind die Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung des Wafers im Wesentlichen konstant (der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentration-Variationsrate ist weniger als 10 %, wünschenswert weniger als 5 %), beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 1018 Atomen/cm3. Durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer O2-Atmosphäre und bei 1350 °C × 10 s wird Sauerstoff in den Silicium-Wafer von der Oberfläche des Wafers eingeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers erhöht wird, wie durch eine Kurve (durchgezogene Linie) L1 in 3 erläutert ist.
  • Danach wird bei dem Herstellungsverfahren dieser Erfindung der Oxidfilm entfernt (Oxidfilm-Entfernungsschritt). Die Dicke des Oxidfilmes ist 10 bis 30 nm was extrem dünn ist im Vergleich zu 3 bis 10 µm, was die Dicke des gesamten Bereiches ist, in dem die Sauerstoffkonzentration durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes erhöht ist. Aus diesem Grund wird, selbst wenn der Oxidfilm entfernt wird, die Dicke des gesamten Bereiches nicht wesentlich geändert.
  • Durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer Mischgasatmosphäre aus NH3 und Ar und bei 1150 °C × 10 Sekunden, vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers wie durch eine Kurve (gestrichelte Linie) L2 in 3 gezeigt ist. In dem Bereich der äußersten Schicht des Wafers wird ein Bereich erzeugt, worin die Sauerstoffkonzentration sich vermindert im Vergleich zu der vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes. Wenn der zweite Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als bei dem ersten Wärmebehandlungsschritt, ist die Dicke eines Bereiches, worin die Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert, klein im Vergleich zu der Dicke eines Bereiches, worin die Sauerstoffkonzentration sich in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht. Daher ist die Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches im Wesentlichen gleich zu der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration. Wenn der zweite Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher ist als bei dem ersten Wärmebehandlungsschritt, diffundiert der interstitielle Sauerstoff, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt diffundiert ist, tiefer und somit ist die Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration größer als nach Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes.
  • Danach wird ein Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereich (ein Bereich, der flacher ist als eine tiefe Position, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P1 in 3) entfernt (Entfernungsschritt des Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen im verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers. Eine Entfernungsdicke des Außenschichtbereiches des Wafers (Dicke eines Bereiches, der von dem Wafer-Außenschichtbereich entfernt wird) kann vorher durch eines der folgenden Verfahren (i) bis (iii) bestimmt werden.
    • (i) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlichen Entfernungsdicken durchgeführt, zur Durchführung eines Experimentes, zum Messen der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
    • (ii) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich eines Temperaturerhöhungs/-abfallprofils) in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches.
    • (iii) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und einer Retentionsperiode bei der Temperatur in jedem des ersten und zweiten Wärmebehandlungsschrittes zur Bestimmung der Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches (Verfahren zur Durchführung der Berechnung des obigen Verfahrens (ii) auf einfache Weise).
  • Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, erläutert durch Kurve L2 in 3, wird durch das obige Verfahren (ii) bestimmt.
  • 4 erläutert eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers zum Zeitpunkt der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers, mit dem oben beschriebenen Merkmal (B). In 4 bedeutet die Abszisse die Tiefe von der Oberfläche des Wafers und die Ordinate bedeutet eine Sauerstoffkonzentration. Unter Bezugnahme auf 4 wird das Sauerstoffkonzentrationsprofil bei Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung beschrieben, der das oben beschriebene Merkmal (B) hat.
  • Nach Durchführung des Ausschneideschrittes und vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes sind die Sauerstoffkonzentrationen im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers (der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate ist weniger als 10 %, wünschenswert weniger als 5 %). Durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes beispielsweise in einer O2-Atmosphäre und bei 1350 °C × 10 Sekunden, wird Sauerstoff in den Silicium-Wafer von der Oberfläche des Wafers eingeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers erhöht wird, wie durch eine Kurve (durchgezogene Linie) L3 in 4 gezeigt ist.
  • Danach wird bei dem Herstellungsverfahren dieser Erfindung ein Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration (Tiefenbereich, der flacher ist als eine Tiefenposition, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P2 in 4) entfernt (Entfernungsschritt des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers (zum Beispiel ist die Variation der Sauerstoffkonzentrationen weniger als 10 %). Eine Entfernungsdicke des Wafers kann vorher durch eines der Verfahren (iv) bis (vi) bestimmt werden.
    • (iv) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlicher Entfernungsdicke durchgeführt, zum Durchführen eines Experimentes, zur Messung der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
    • (v) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich eines Temperaturerhöhungs/-abfallprofils) in dem ersten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration.
    • (vi) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und Retentionsperiode bei der Temperatur im ersten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration (Bereich zur Durchführung der Berechnung des obigen (v) auf einfache Weise).
  • Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, illustriert durch Kurve L3 in 4, wird durch das obige Verfahren (v) bestimmt.
  • Durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer Mischgasatmosphäre aus NH3 und Ar und bei 1150 °C × 10 Sekunden vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers, wie durch eine Kurve (gestrichelte Linie) L4 in 4 gezeigt ist. Weil der Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, die in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht ist, bereits entfernt worden ist, ist der Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, die höher ist als vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes, im Wesentlichen nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes abwesend.
  • Dann wird der Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration (Bereich gemäß 4 zwischen dem Tiefenbereich, erläutert durch die Punkt-Strich-Linie P2 (Oberfläche), und einer Tiefenposition, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P3) entfernt (Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im Wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers. Eine Entfernungsdicke des Wafers kann vorher durch eines der folgenden Verfahren (vii) bis (ix) bestimmt werden.
    • (vii) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlichen Entfernungsdicken durchgeführt, zur Durchführung eines Experimentes, zum Messen der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
    • (viii) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich eines Temperaturerhöhungs/-abfallprofils) in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration.
    • (ix) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und Retentionsperiode bei der Temperatur im zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration (Verfahren zur Durchführung der Berechnung des obigen (viii) auf einfache Weise).
  • Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, illustriert durch die Kurve L4 in 4, wird durch das obige Verfahren (viii) bestimmt.
  • Zur Erhöhung der Produktivität ist es in dem Schritt zur Entfernung eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration, dem Entfernungsschritt eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und dem Entfernungsschritt des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration, wünschenswert, die Menge der Entfernung des Wafers möglichst klein einzustellen, um die Zeiten, die für diese Entfernungsschritte erforderlich sind, zu verkürzen, solange die Variation der Sauerstoffkonzentration des verbleibenden Bereiches nach der Entfernung auf einem akzeptablen Niveau liegt.
  • Im Vergleich zu den Maximalwerten des BMD-Dichteprofils nach der Wärmebehandlung für die BMD-Bewertung mit der unveränderten Wärmebehandlungstemperatur beim zweiten Wärmebehandlungsschritt ist der maximale Wert beispielsweise 6,1 × 109/cm3 für den Wafer, erhalten durch das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (A), während er beispielsweise 1,2 × 1010/cm3 für den Wafer ist, erhalten durch das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B). Das heißt im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) kann das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B) einen Wafer mit einer höheren BMD-Dichte ergeben. Wenn eine höhere BMD-Dichte benötigt ist oder wenn das Gettern in der Nachbarschaft bei einer Position näher an einem Aktivbereich des Bauelements erforderlich ist, ist es effektiver, das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B) zu verwenden.
  • Der oben beschriebene Silicium-Wafer kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers hergestellt werden.
  • Beispiele
  • [Beispiel A]
  • Silicium-Wafer wurden durch das Herstellungsverfahren dieser Erfindung mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) unter den Bedingungen, gezeigt in Beispielen 1 und 2 in Tabelle 1, hergestellt, zum Untersuchen der Sauerstoffkonzentrationsprofile in der Tiefenrichtung der Wafer und der Dichten der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden. Die Herstellungsbedingungen der Wafer sind wie folgt.
  • Zunächst wurden Wafer durch Schneiden eines Silicium-Einkristallbarrens erhalten, der durch das CZ-Verfahren gewachsen ist. Die erhaltenen Wafer bestanden aus einem defektfreien Bereich, umfassend keine COPs oder Dislokationscluster, aber mit OSF (C-OSF3)-Defekten. Als Wafer wurden zwei Arten von Wafern mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen hergestellt. Die Sauerstoffkonzentration von einem Wafer (nachfolgend als „Wafer A“ bezeichnet) war 9,9 × 1017 Atome/cm3, und die Sauerstoffkonzentration des anderen Wafers (nachfolgend als Wafer B bezeichnet) war 12,1 × 1017 Atome/cm3. Die beiden Arten von Wafer wurden jeweils den folgenden Schritten unterworfen.
  • Diese Wafer wurden geläppt und dem Anfasen unterworfen. Danach wurden ihre Oberflächen geschliffen und die Wafer zur Entfernung von Spannungen geätzt.
  • Als erster Behandlungsschritt wurden diese Wafer einer RTA-Behandlung in einer Atmosphäre von 100 % O2 bei 1325 °C × 10 Sekunden unterworfen. Die Dicke eines Oxidfilmes, gebildet durch diese Behandlung, war 173 Å (wobei 1 Å = 0,1 nm). Als Oxidfilm-Entfernungsschritt wurde der Oxidfilm durch Ätzen mit Fluorwasserstoff-Lösung entfernt.
  • Als zweiter Wärmebehandlungsschritt wurden diese Wafer einer RTA-Behandlung bei 1175 °C × 10 Sekunden in einer Nitrier-Atmosphäre spezifisch in Flüssen von NH3 und Ar bei Flussraten von 3 slm (Standardliter/min) bzw. 17 slm 50 °C/s unterworfen. Dann wurde die Temperaturerhöhungsrate von und die Temperaturabfallrate auf 70 °C/s eingestellt. Es wurde bestätigt, dass die BMD-Dichte sich mit einer Änderung der Temperaturabfallrate änderte. Spezifisch verminderte sich die BMD-Dichte, wenn die Temperaturabfallrate auf weniger als 10 °C/s eingestellt wurde.
  • Danach wurde als Entfernungsschritt für einen Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration ein Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, der bei dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variierte, durch doppelseitiges Polieren und einseitiges Polieren entfernt. Durch Einstellen der Dicke des zu entfernenden Bereiches auf 6 µm oder mehr konnte der Bereich mit einer variierenden Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen vollständig entfernt werden.
  • 5 erläutert das Sauerstoffkonzentrationsprofil des Wafers, der auf diese Weise erhalten wurde. Die Sauerstoffkonzentrationen wurden durch SIMS gemessen. Die Sauerstoffkonzentrationen waren im Wesentlichen in der Tiefenrichtung konstant, und der Absolutwert der Variationsrate davon war weniger als 10 %.
  • Mehr detailliert war in dem Wafer, erhalten durch Behandlung des Wafers A, der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen 1,0 × 1018 Atome/cm3 in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 µm von der Oberfläche (Bereich der äußersten Schicht) und 9,9 × 1017 Atome/cm3 in einem Bereich bei Tiefen von 10 µm oder mehr von der Oberfläche (Massenbereich). Daher war die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate, die von der Behandlung des Wafers A resultierte (Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der äußersten Schicht - Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse)/Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse × 100 (%)) 1 %.
  • In dem Wafer, erhalten durch Behandeln des Wafers B, war der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen 1,22 × 1018 Atome/cm3 in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 µm von der Oberfläche und 1,21 × 1018 Atome/cm3 in einem Bereich bei Tiefen von 10 µm oder mehr von der Oberfläche. Daher war die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate, die von der Behandlung des Wafers B resultiert, 0,8 %.
  • Wenn die Wärmebehandlungstemperatur hoch war oder die Wärmebehandlungstemperatur lang war im Vergleich zu 1325 °C × 10 Sekunden, was die RTA-Behandlungsbedingung des oben beschriebenen ersten Wärmebehandlungsschrittes ist, konnte ein Bereich mit einer variierten Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen vollständig entfernt werden, indem eine größere Dicke des zu entfernenden Bereiches (mehr als 6 µm) festgelegt wurde.
  • Die Bewertung des Wafers, erhalten durch die obige Behandlung ergab, dass die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden unter der Nachweisgrenze (1 × 105/cm3) in dem Bereich der äußeren Schicht von bis zu 5 µm von der Oberfläche des Wafers war. Zusätzlich wurde als Wärmebehandlung für die Auswertung dieser Wafer einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre aus 3 % O2/97 % N2 bei 800 °C × 4 Stunden und weiterhin einer Wärmebehandlung in einer N2-Atmosphäre bei 1000 °C × 16 Stunden unterworfen. Die BMD-Dichte der gesamten Oberfläche des Wafers nach dieser Wärmebehandlung für die Auswertung war etwa 6 × 109/cm3 für den Wafer, erhalten durch die Behandlung des Wafers A, und etwa 6 × 1010/cm3 für den Wafer, erhalten durch Behandlung des Wafers B. Durch den zeitabhängigen dielektrischen Durchbruchstest (TZDB) wurde die GOI-Eigenschaft mit 100 % bewertet, was gut war.
  • Für jeden Fall wurde die Untersuchung bezüglich des Vorhandenseins/Abwesenheit von „Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden“, die auf der Oberfläche des Wafers deutlich wurden, durch reaktives Ionen-Ätzen mit unterschiedlichen Dicken des zu entfernenden Bereiches durchgeführt. Wenn Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden (1 × 105/cm3 oder mehr) verblieben, konnte der Bereich mit variierter Sauerstoffkonzentration nicht im Wesentlichen vollständig entfernt werden.
  • Bezüglich Wafer A war beispielsweise, wenn die Dicke eines Bereiches, der in dem oben beschriebenen Polierschritt entfernt werden sollte, auf 2 µm eingestellt wurde, die Dickte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 4,5 × 106/cm3. In diesem Fall war der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 µm von der Oberfläche 14,1 × 1017 Atome/cm3, was hoch war im Vergleich zu der Sauerstoffkonzentration in einem Bereich mit Tiefen von 10 µm oder mehr von der Oberfläche.
  • Wenn das Polieren nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes nicht durchgeführt wurde, scheiterte die Verminderung der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden, und darüber hinaus verschlechterte sich die GOI-Eigenschaft unter dem Einfluss des Nitrierens in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Untersuchung wurde bestätigt, dass durch Auswahl einer geeigneten Poliermenge es möglich ist, Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung eines Wafers im Wesentlichen konstant zu machen und ebenso Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden signifikant zu vermindern, selbst wenn die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre und die Wärmebehandlung in einer Nitrier-Atmosphäre durchgeführt werden.
  • [Beispiel B]
  • Als Beispiele dieser Erfindung wurden Silicium-Wafer unter den Bedingungen gemäß den Beispielen 3, 4 und 5 in Tabelle 1 hergestellt. Als Herstellungsverfahren, das nicht die Erfordernisse dieser Erfindung erfüllt, wurde ein Silicium-Wafer unter der Bedingung hergestellt, die im Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle 1 gezeigt ist. [Tabelle 1]
    Material-Wafer Bearbeitungsbedingung Ergebnis
    Kristalliner Bereich in der Ebene oiAtome/ cm3 Erster Behandlungsschritt Entfernung 1 Zweiter Behandlungsschritt Entfernung 2 WachstumsDefektdichte (Maximalwert) BMD-Dichte (Maximalwert) Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate (Absolutwert)
    Bsp. 1 OSF/PV/Pi-Mischung 9,90E+17 1325 °C × 10 s O2 keine 1175 °C × 10 s NH3/Ar 6 µm ≤ 1E+5/cm3 (D.L.) 6,1E+ 9/cm3 1 %
    Bsp. 2 OSF/PV/Pi-Mischung 1,21E+18 1325 °C × 10 s O2 keine 1175 °C × 10 s NH3/Ar 6 µm ≤ 1E+5/cm3 (D.L.) 5,8E+ 10/cm3 0,8 %
    Bsp. 3 PV/Pi-Mischung 9,60E+17 1260 °C × 10 s O2 keine 1125 °C × 10 s NH3/Ar 3 µm ≤ 1E+5/cm3 (D.L.) 5,6E+ 8/cm3 3 %
    Bsp. 4 OSF/PV/Pi-Mischung 1,35E+18 1300 °C × 10 s O2 keine 1150 °C × 10 s NH3/Ar 4 µm 9,2E+5/cm3 2,2E+ 10/cm3 1 %
    Bsp. 5 OSF/PV/Pi-Mischung 9,90E+17 1350 °C × 10 s O2 4 µm 1175 °C × 10 s NH3/Ar 2 µm ≤ 1E+5/cm3 (D.L.) 1,2E+ 10/cm3 2 %
    Vgl. - bsp. 1 OSF/PV/Pi-Mischung 9,90E+17 1325 °C × 10 s O2 keine 1175 °C × 10 s NH3/Ar 2 µm 4,5E+6/cm3* 7,5E+ 9/cm3 42 %*

    Bemerkung: „*“ zeigt an, dass die Bedingung aus dem Bereich, der erfindungsgemäß definiert wird, herausfällt.
  • Die Wafer, die der Behandlung unterzogen werden sollten (Material-Wafer), waren ein Wafer mit einem PV-Bereich und einem Pi-Bereich (PV/Pi-Mischung) und Wafer mit einem OSF-Bereich, einem PV-Bereich und einem Pi-Bereich (OSF/PV/Pi), die hergestellt wurden auf der Basis der darin enthaltenen Kristalldefekte. Zusätzlich waren die Material-Wafer solche mit einer Sauerstoffkonzentration (interstitielle Sauerstoffkonzentration Oi) von 9,60 × 1017 Atomen/cm3, 9,90 × 1017 Atomen/cm3, 1,21 × 1018 Atomen/cm3 oder 1,35 × 1018 Atomen/cm3.
  • Der Ausdruck „Entfernung 1“ in Tabelle 1 ist ein Schritt zum Entfernen des Außenschichtbereiches des Wafers nach Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes, und für Wafer, mit denen dieser Schritt durchgeführt wird, ist die Entfernungsdicke bei diesem Schritt in der Spalte von „Entfernung 1“ gezeigt. Es wird festgestellt, dass selbst bei Wafern, bei denen „keine“ bei „Entfernung 1“ gezeigt ist, der zweite Wärmebehandlungsschritt nach Entfernung eines Oxidfilmes durchgeführt wurde. Der Ausdruck „Entfernung 2“ in Tabelle 1 ist der Schritt zur Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes. Die Entfernungsdicke in diesem Schritt ist in der Spalte von „Entfernung 2“ gezeigt.
  • Tabelle 1 zeigt als Ergebnis der Bewertung der erhaltenen Wafer:
    1. (a) Maximalwert der Dichten von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden in dem Außenschichtbereich, der ein Tiefenbereich von bis zu 5 µm von der Oberfläche ist (Wachstumsdefektdichte (Maximalwert)),
    2. (b) Maximalwert der Sauerstoffpräzipitatdichten in dem Massenbereich (BMD-Dichte (Maximalwert)), und
    3. (c) Absolutwert der Sauerstoffkonzentration-Variationsrate (Oberflächen-Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate (absoluter Wert)).
  • Aus diesem Ergebnis versteht sich, dass durch Auswahl von angemessenen Entfernungsdicken bei „Entfernung 1“ und „Entfernung 2“ entsprechend den Behandlungstemperaturen des ersten und des zweiten Wärmebehandlungsschrittes es möglich ist, Wafer mit Wachstumsdefektdichten von 1 × 105/cm3 (Detektionsgrenze: D.L.) oder weniger und Oberflächen-Sauerstoffkonzentrations-Variationsraten von weniger als 10 % zu erhalten. Zusätzlich versteht sich, dass durch Auswahl der angemessenen Behandlungsbedingungen es möglich ist, eine Wachstumsdefektdichte von 1 × 106/cm3 oder weniger zu erhalten, selbst wenn ein Material-Wafer einen OSF-Bereich enthält.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, gekennzeichnet durch: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder Ar-Atmosphäre gehalten wird, bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr, und einen Sauerstoffkonzentrations-Variierungsbereich-Entfernungsschritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, gekennzeichnet durch: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneideschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250 °C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt sich erhöht, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100 °C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt erniedrigt, so dass der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereichs des Silicium-Wafers weniger als 10 % wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmebehandlungsschritt durchgeführt wird in einer Atmosphäre von Gas, umfassend eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O2, O3 und H2O.
  4. Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Wafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im zweiten Wärmebehandlungsschritt niedriger ist als die Temperatur im ersten Wärmebehandlungsschritt.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturabfallrate des zweiten Wärmebehandlungsschrittes 10 °C/s oder mehr ist.
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