DE112017003486T5

DE112017003486T5 - Verfahren zum evaluieren und herstellen eines siliziumwafers

Info

Publication number: DE112017003486T5
Application number: DE112017003486.8T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa TORIGOE; Toshiaki Ono
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2019-04-04
Also published as: WO2018012019A1; TWI631242B; TW201809375A; CN109477241B; JP2018008832A; CN109477241A; JP6569613B2; KR102180784B1; KR20190009354A

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Anwesenheit/Abwesenheit und Arten von defekthaften Gebieten in einem Siliziumwafer mit einem einfachen Verfahren evaluiert, während Zeit und Kosten eingespart werden.
Das Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers, der aus einem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten ist, der unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, beinhaltet: Messen (S14) der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn eine Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf den Siliziumwafer angewendet wird; und Bestimmen (S15) der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder der Art von Kristalldefekten auf Basis der gemessenen Erzeugungsrate von thermischen Donatoren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Evaluieren und Herstellen eines Siliziumwafers und insbesondere ein Evaluierungsverfahren für das Kristalldefektgebiet eines Siliziumwafers, der durch ein Czochralski-Verfahren (im Folgenden als „CZ-Verfahren“ bezeichnet) hergestellt wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es gibt verschiedene Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls, der als ein Halbleitermaterial verwendet wird, wobei im Allgemeinen ein CZ(Czochralski)-Verfahren oder ein FZ(Floating Zone)-Verfahren verwendet wird. Bei dem CZ- Verfahren wird ein in einen Quarztiegel gefülltes polykristallines Rohmaterial durch eine Heizung erhitzt und geschmolzen, und ein Keimkristall wird in die erhaltene Schmelze getaucht und dann unter Drehen hochgezogen, um dadurch einen Einkristall zu züchten. Bei dem FZ-Verfahren wird ein Teil eines polykristallinen Rohmaterialstabs durch Hochfrequenz erhitzt und geschmolzen, um eine Schmelzzone zu bilden, und ein Einkristall wird gezüchtet, während die Schmelzzone bewegt wird. Das CZ-Verfahren erleichtert die Ausbildung eines Kristalls mit größerem Durchmesser, so dass ein Wafer, der aus einem Siliziumeinkristall geschnitten wird, der durch das CZ-Verfahren hergestellt wird, als ein hochintegrierendes Halbleiterbauelementsubstrat verwendet wird.
Bei einem durch das CZ-Verfahren hergestellten Siliziumwafer können oxidationsinduzierte Stapelfehler, die in einer Ringform erscheinen (im Folgenden als ein „OSF“-Ring bezeichnet) erzeugt werden, wenn der Siliziumwafer 1 bis 10 Stunden lang unter einer Säureatmosphäre von 1000°C bis 1200°C einer thermischen Oxidationsbehandlung unterzogen wird. Darüber hinaus können mehrere Arten von kleinsten Defekten (im Folgenden als „eingewachsener Defekt“ bezeichnet) ausgebildet werden.
Ein Ort, wo der OSF-Ring in dem Kristall auftritt, wird bestimmt durch ein Verhältnis V/G zwischen der Ziehrate (Ziehgeschwindigkeit) V des Siliziumeinkristalls und eines kristallinternen Temperaturgradienten G in einer Ziehachsenrichtung innerhalb eines Temperaturbereichs ab dem Schmelzpunkt eines zu züchtenden Siliziumeinkristalls bis zu 1300°C. Wenn V/G über einem kritischen Wert liegt, bei dem der OSF-Ring in einem Kristallmittenteil eliminiert wird, kommt es zu einer Leerstellenhäufung, und Oktaeder-Leerstellendefekte von etwa 0, 1 µm werden gebildet. Die Leerstellendefekte können die Spannung, der eine Gateoxidschicht widersteht, herabsetzen oder können einen Isolationsfehler in einem Bauelementisolationsgebiet bewirken, wenn ein LSI vom MOS-Typ hergestellt wird. Weiterhin können die Leerstellendefekte einen charakteristischen Defekt wie etwa einem Kondensator-Durchbruch bewirken, wenn Grabenkondensatoren verwendet werden. Wenn andererseits V/G unter dem kritischen Wert liegt, kommt es zu einer Zwischengittersiliziumanhäufung, und Versetzungscluster werden ausgebildet, die zu einem charakteristischen Defekt wie etwa einem PN-Übergangs-Leck führen können.
Um solche Probleme in den Griff zu bekommen, sind bisher verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. Beispielsweise schlägt Patentdokument 1 ein Verfahren vor, das das Verhältnis V/G zwischen der Ziehgeschwindigkeit V bei Einkristallzüchten und dem kristallinternen Temperaturgradienten G steuert, um ein Gebiet zu züchten (im Folgenden als „defektfreies Gebiet“ bezeichnet), wo weder ein eingewachsener Defekt noch ein OSF-Ring gefunden wird.
Beispielsweise sind als ein Evaluierungsverfahren für die eingewachsenen Defekt oder den OSF-Ring ein Verfahren, das die Leerstellendefekte durch Infrarotlicht-Streutomographie detektiert, ein Verfahren, das den OSF-Ring, der durch Ätzen nach der thermischen Oxidationsbehandlung bei 1000°C bis 1200°C aktualisiert wird, unter Verwendung eines Mikroskops beobachtet, und dergleichen bekannt.
Patentdokumente 2 und 3 beschreiben ein Verfahren zum Analysieren und Evaluieren von Kristalldefekten des Siliziumwafers durch ein sogenanntes Kupferdekorationsverfahren. Beispielsweise beinhaltet das in Patentdokument 2 beschriebene Analyseverfahren einen Schritt des Ausbildens einer thermischen Oxidationsschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf der Oberfläche eines bloßen Wafers, einen Schritt des Ätzens der Rückseite des bloßen Wafers, einen Schritt des Dekorierens von Kupfer auf dem Defektgebiet des bloßen Wafers und einen Schritt des Analysierens des Defektgebiets des mit Kupfer dekorierten Wafers nach dem Kupferdekorationsschritt. In dem Analyseschritt werden die Verteilung und Dichte des Defektgebiets des mit Kupfer dekorierten Wafers mit dem unbewaffneten Auge analysiert, und die Morphologie des Defektgebiets des mit Kupfer dekorierten Wafers durch eine Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder eine Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert.
Patentdokument 3 beschreibt ein Verfahren, das die Kristalldefekte in einem durch das CZ-Verfahren hergestellten Siliziumeinkristall unter Verwendung eines Kupferdekorationsverfahrens analysiert, das eine mit Kupfer kontaminierte Probe mit Wärme behandelt und dann die Probe schnell abkühlt. Bei diesem Evaluierungsverfahren wird das Kupferdekorationsverfahren auf einem Siliziumeinkristall mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration angewendet, bei der die Zwischengittersauerstoffkonzentration in dem Kristall kleiner oder gleich 10×10¹⁷ Atome/cm³ beträgt (ASTM'79), um ein Gebiet, wo der OSF oder Kerne, die der OSF werden, existieren, mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren.
Patentdokument 4 beschreibt ein Verfahren zum Evaluieren einer Waferstruktur bezüglich Sauerstoffkonzentrationsverteilung, wie etwa die Schichtdicke einer Epitaxieschicht in einem Epitaxialwafer oder einer DZ-Schicht durch Messen des spezifischen Waferwiderstands, der durch thermische Donatoren verursacht wird, die aus Zwischengittersauerstoff erzeugt werden, wenn ein Siliziumwafer bei einer niedrigen Temperatur von etwa 450°C getempert wird.
[Zitierungsliste]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. H08-330316
[Patentdokument 2] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. H10-227729
[Patentdokument 3] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2001-81000
[Patentdokument 4] Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. H09-82768

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Das herkömmliche allgemeine Evaluierungsverfahren für die Kristalldefekte des Siliziumwafers beinhaltet jedoch mehrere Wärmebehandlungsprozesse und Ätzprozesse gemäß der Art des Kristalldefekts, was viel Zeit und Kosten für die Evaluierung erfordert.
Obwohl das Evaluierungsverfahren für die Kristalldefekte des Siliziumwafers unter Verwendung des Kupferdekorationsverfahrens die Anwesenheit/Abwesenheit des eingewachsenen Defektgebiets und des OSF-Ringgebiets zur gleichen Zeit evaluieren kann, erfordert es weiterhin einen Wärmebehandlungsprozess, der einige dutzende an Stunden für die Kupferdekoration benötigt, dem es nachteiligerweise an Einfachheit mangelt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Evaluieren und Herstellen eines Siliziumwafers, das in der Lage ist, die Anwesenheit/Abwesenheit und die Arten der Kristalldefektgebiete mit einem einfachen Verfahren zu evaluieren und dabei Zeit und Kosten zu sparen.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Zur Lösung der obigen Probleme ist ein Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers gemäß der vorliegenden Erfindung ein Evaluierungsverfahren für einen Siliziumwafer, der aus einem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten ist, der durch ein CZ-Verfahren gezüchtet wurde, wobei das Verfahren beinhaltet: Messen einer Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn eine Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf den Siliziumwafer angewendet wird, und Bestimmen der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder der Art des Kristalldefekts auf Basis der gemessenen Erzeugungsrate von thermischen Donatoren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Messen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren auf Basis einer Änderung beim spezifischen Widerstand, der durch Wärmebehandlung bewirkt wird, die auf den Siliziumwafer angewendet wird, der aus dem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten wird, der durch das CZ-Verfahren gezüchtet wird, während V/G gesteuert wird, die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts auf einfache Weise evaluiert werden.
Bevorzugt führt das Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes durch: Berechnen einer ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die die Erzeugungsrate der thermischen Donatoren ist, die bei einem ersten Messpunkt auf einem ersten Siliziumwafer erzeugt werden, der von dem Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnitten wird, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren in einem Zustand angewendet wird, in dem der erste Siliziumwafer Sauerstoffcluster enthält, Berechnen einer zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die die Erzeugungsrate der thermischen Donatoren ist, die bei einem zweiten Messpunkt auf einem von dem ersten Siliziumwafer verschiedenen zweiten Siliziumwafer erzeugt werden, wenn eine Donator-Beseitigungs-Behandlung und die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren nacheinander angewendet werden, und Bestimmen, auf Basis eines Erzeugungsratenverhältnisses von thermischen Donatoren, das ein Verhältnis der ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren zu der zweiten thermischen Donator-Erzeugungsrate ist, welchem eines Gebiets mit OSF-Kernen, eines Gebiets mit Leerstellendefekten und einem defektfreien Gebiet der erste Messpunkt entspricht. Der Zustand, in dem der Siliziumwafer die Sauerstoffcluster enthält, bezieht sich auf einen Zustand, bevor die Donator-Beseitigungs-Behandlung auf einen Siliziumwafer in einem Zustand wie gewachsen angewendet wird. Das defektfreie Gebiet bezieht sich auf ein Gebiet, das keinen eingewachsenen Defekt enthält und wo nach einer Evaluierungswärmebehandlung kein OSF-Ring erzeugt wird. Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder die Art des Kristalldefekts auf eine einfache Weise auf Basis der ersten und zweiten Erzeugungsraten von thermischen Donatoren evaluiert werden, die jeweils aus den beiden Wafern berechnet werden, von denen der eine der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wird und der andere davon dies nicht wird.
Bevorzugt bestimmt das Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, dass der erste Messpunkt auf dem ersten Siliziumwafer dem defektfreien Gebiet entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen ersten Ratenbereich fällt, bestimmt, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit den Leerstellendefekten entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen zweiten Ratenbereich fällt, der über dem ersten Ratenbereich liegt, und bestimmt, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit den OSF-Kernen entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen dritten Ratenbereich fällt, der über dem zweiten Ratenbereich liegt. Dies gestattet, dass das OSF-Ringgebiet, das Gebiet mit den Leerstellendefekten und das defektfreie Gebiet auf einfache Weise bestimmt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren bevorzugt zwei bis vier Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich von 430°C bis 480°C und besonders bevorzugt vier Stunden lang bei 450°C angewendet. Bei dieser Wärmebehandlungsbedingung können die Sauerstoffcluster aktiviert werden, um zu gestatten, dass die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder die Art des Kristalldefekts auf Basis der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren evaluiert wird.
Das Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt bevorzugt, dass der erste Messpunkt auf dem Siliziumwafer dem defektfreien Gebiet entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,3 und kleiner als 1,7 ist; bestimmt, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit dem Leerstellendefekt entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,7 und kleiner als 1,9 ist; und bestimmt, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit dem OSF-Kern entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,9 und kleiner als 2,3 ist. Dies gestattet, dass das OSF-Ringgebiet, das Gebiet mit dem Leerstellendefekt und das defektfreie Gebiet auf einfache Weise bestimmt werden.
Das Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung legt bevorzugt eine Kristalldefektkarte des Siliziumwafers in der radialen Richtung davon an durch Messen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bei mehreren in der radialen Richtung des Siliziumwafers gesetzten Messpunkten.
Bevorzugt wird es bei dem Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass spezifische Widerstände des Siliziumwafers gemessen werden, eine Trägerkonzentration anhand einer Irvin-Kurve auf Basis der spezifischen Widerstände berechnet wird, ein Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren auf Basis der Trägerkonzentration vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren berechnet wird, und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren anhand der Beziehung zwischen der Zeit, die für die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren benötigt wird, und dem Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren berechnet wird. In diesem Fall werden die spezifischen Widerstände des Siliziumwafers bevorzugt durch ein Vier-Sonden-Verfahren gemessen.
Ein Siliziumwafer-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: Züchten eines ersten Siliziumeinkristall-Ingots durch das CZ-Verfahren, Messen einer Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf einem Siliziumwafer zur Evaluierung angewendet wird, der aus dem ersten Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnitten ist, Bestimmen der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder der Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer zur Evaluierung auf Basis eines Ergebnisses der Messung der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, Verstellen einer Wachstumsbedingung für einen zweiten Siliziumeinkristall-Ingot auf Basis einer Wachstumsbedingung für den ersten Siliziumeinkristall-Ingot und eines Ergebnisses der Bestimmung über die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder die Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer zur Evaluierung, und Ausschneiden von Siliziumwafern für Produkt aus dem zweiten Siliziumeinkristall-Ingot.
Das Siliziumwafer-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot mit einem defektfreien Gebiet züchten, wobei der zweite Siliziumeinkristall-Ingot ein Gebiet mit Leerstellendefekten besitzt oder der zweite Siliziumeinkristall-Ingot ein Gebiet mit OSF-Kernen besitzt, durch Verstellen der Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot. Weiterhin wird in der vorliegenden Erfindung eine Ziehgeschwindigkeit des zweiten Siliziumeinkristall-Ingots bevorzugt als die Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot verstellt. Somit können verschiedene Arten von Siliziumwafern unter Verwendung von Evaluierungsergebnissen auf Basis der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung wird eine Donator-Beseitigungs-Behandlung bevorzugt auf die Siliziumwafer für Produkt angewendet. Dies gestattet das Bereitstellen von Siliziumwaferprodukten, die durch die thermischen Donatoren nicht beeinträchtigt sind.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren und ein Siliziumwafer-Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, die die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts unter Verwendung eines einfachen Verfahrens ohne Kosten- und Zeitreduktion evaluieren können.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Siliziumwafer-Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht, die die typische Beziehung zwischen V/G und der Art und Verteilung der Kristalldefekte darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das den Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm, das den Bestimmungsschritt der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und der Art des Kristalldefekts in dem Wafer darstellt;
5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in jeder der Waferproben A1 bis A3 und B1 bis B3 und der Wärmebehandlungszeit zur Erzeugung thermischer Donatoren darstellt;
6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren und Sauerstoffkonzentration in jedem des OSF-Ringerzeugungsgebiets, des Gebiets mit dem Leerstellendefekt und des defektfreien Gebiets darstellt, wenn die Behandlung für die Erzeugung von thermischen Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird; und
7 ist eine graphische Darstellung, die die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bei jedem Messpunkt des Wafers, der nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wird, durch die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren normalisiert, bei dem gleichen Messpunkt des der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogenen Wafers darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Siliziumwafer-Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet ein Siliziumeinkristall-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Kristallwachstumsschritt (S11) des Züchtens eines Siliziumeinkristall-Ingots durch das CZ-Verfahren, einen Schneideschritt (S12) des Ausschneidens von Siliziumwafern aus dem Siliziumeinkristall-Ingot, einen Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren (S13J, S14), der durchgeführt wird, wenn eine Evaluierung des Kristalldefektgebiets des Siliziumwafers notwendig ist, einen Bestimmungsschritt (S15) des Bestimmens der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und der Art des Kristalldefekts anhand eines Messergebnisses der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren und einen Verstellschritt (S16J, S17) des Verstellens einer Wachstumsbedingung für nachfolgende Siliziumeinkristall-Ingots auf Basis eines Ergebnisses der Bestimmung über die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts.
Das Siliziumeinkristall-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet weiterhin einen Donator-Beseitigungs-Behandlungsschritt (S18), der ausgeführt wird, wenn eine Evaluierung des Siliziumwafers unnötig ist, und einen Produktverarbeitungsschritt (S19), der Hochglanzoberflächenpolieren usw. beinhaltet, was auf den Siliziumwafer angewendet wird, der der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen worden ist.
Die Art und Verteilung der Kristalldefekte, die in dem durch das CZ-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristall enthalten sind, hängen von einem Verhältnis V/G zwischen einer Siliziumeinkristall-Ziehgeschwindigkeit V und einem kristallinternen Temperaturgradienten G in einer Ziehachsenrichtung ab. Um die Kristallqualität in dem Siliziumeinkristall zu steuern, ist es deshalb notwendig, V/G präzise zu steuern. Jedoch kann, ob ein Siliziumeinkristall-Ingot (erster Siliziumeinkristall-Ingot), der unter einer gewissen Bedingung gezüchtet worden ist, eine gewünschte Kristallqualität besitzt oder nicht, erst bestimmt werden, wenn die Kristallqualität tatsächlich evaluiert wird.
Somit werden in der vorliegenden Ausführungsform die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts in dem aus dem Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnittenen Wafer evaluiert. Wenn die gewünschte Kristallqualität als Ergebnis der Evaluierung der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und der Art des Kristalldefekts nicht genügend ist, wird das Evaluierungsergebnis zum Wachstumsschritt zurückgeschickt für einen nachfolgenden Siliziumeinkristall-Ingot (zweiten Siliziumeinkristall-Ingot), und eine Kristallwachstumsbedingung wie etwa die Kristallziehgeschwindigkeit V wird verstellt, um die gewünschte Kristallqualität zu erhalten.
2 ist eine Ansicht, die die typische Beziehung zwischen V/G und der Art und Verteilung der Kristalldefekte darstellt.
Wie in 2 dargestellt, werden, wenn V/G groß ist, Fehlstellen übermäßig erzeugt, wodurch Leerstellendefekte erzeugt werden, die Anhäufungen der Fehlstellen sind. Der Leerstellendefekt ist ein Kristalldefekt, der im Allgemeinen als COP (Crystal Originated Particle) bezeichnet wird. Wenn andererseits V/G klein ist, werden übermäßig Zwischengitter-Siliziumatome erzeugt, wodurch Versetzungscluster erzeugt werden, die Anhäufungen des Zwischengittersiliziums sind. Zum Herstellen eines Einkristalls, der weder das COP noch ein Versetzungscluster enthält, ist es deshalb notwendig, V/G sowohl in der radialen Richtung als auch der Längenrichtung (Kristallwachstumsrichtung) des Einkristalls zu steuern.
Die Kristallziehgeschwindigkeit V ist bei jeder Position in der radialen Richtung des Einkristalls konstant, so dass, um zu bewirken, dass der kristallinterne Temperaturgradient G in der radialen Richtung in einen vorbestimmten Bereich fällt, es notwendig ist, in einer Kammer ein Gebiet mit adäquat hoher Temperatur auszubilden (heiße Zone) . Der kristallinterne Temperaturgradient G in der radialen Richtung wird durch einen Wärmeabschirmungskörper gesteuert, der über einer Siliziumschmelze vorgesehen ist, wodurch eine adäquate heiße Zone in der Nähe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche ausgebildet werden kann. Andererseits hängt der kristallinterne Temperaturgradient G in der Längenrichtung nicht nur von der Struktur der heißen Zone ab, sondern auch von der Kristallziehgeschwindigkeit V, so dass die Einkristallziehgeschwindigkeit V verstellt werden muss. Gegenwärtig wird ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm, frei von COP und Versetzungscluster, unter strenger Kontrolle der Kristallziehgeschwindigkeit V hergestellt.
Jedoch ist der COP-freie und Versetzungscluster-freie Siliziumwafer, der durch Steuern von V/G gezogen wird, nicht über der ganzen Oberfläche homogen, sondern enthält mehrere Gebiete, die nach der Wärmebehandlung ein unterschiedliches Verhalten aufweisen. Beispielsweise existieren ein OSF-Gebiet, ein Pv-Gebiet und ein Pi-Gebiet zwischen einem Gebiet, wo die COPs erzeugt werden, und einem Gebiet, wo die Versetzungscluster erzeugt werden, in absteigender Reihenfolge V/G.
Das OSF-Gebiet ist ein Gebiet, das plattenartige Sauerstoff-Präzipitate (OSF-Kerne) in einem Zustand wie gewachsen enthält (Zustand, wo keine Wärmebehandlung durchgeführt wird, nachdem der Einkristall gezüchtet ist) und in dem OSFs erzeugt werden, wenn eine Oxidationswärmebehandlung bei einer Temperatur von bis zu 1000°C bis 1200°C durchgeführt wird. Das Pv-Gebiet enthält Sauerstoff-Präzipitatkerne in dem Zustand wie gewachsen und in dem Sauerstoff-Präzipitate leicht erzeugt werden, wenn Wärmebehandlungen mit zwei Schritten einer niedrigen Temperatur und einer hohen Temperatur (z.B. 800°C und 1000°C) angewendet werden. Das Pi-Gebiet enthält selten Sauerstoff-Präzipitate in dem Zustand wie gewachsen und in dem die Sauerstoff-Präzipitate kaum erzeugt werden, obwohl eine Wärmebehandlung angewendet wird.
Wie oben beschrieben wird V/G hauptsächlich durch Verstellen der Ziehgeschwindigkeit V gesteuert. Wenn beispielsweise ein Wafer hergestellt wird, der viele Leerstellendefektgebiete oder OSF-Ringgebiete enthält, obwohl ein Wafer gewünscht wird, der hauptsächlich das defektfreie Gebiet enthält, wird bestimmt, dass V/G zu groß ist und die Kristallziehgeschwindigkeit V wird reduziert. Wenn umgekehrt ein Wafer hergestellt wird, der viele defektfreie Gebiete enthält, obwohl ein Wafer gewünscht wird, der hauptsächlich das OSF-Ringgebiet enthält, wird bestimmt, dass V/G zu klein ist und die Kristallziehgeschwindigkeit V wird erhöht. Durch Verstellen der Kristallziehgeschwindigkeit V kann so ein Siliziumeinkristall-Ingot mit gewünschter Kristallqualität hergestellt werden.
Um in der vorliegenden Ausführungsform zu bestimmen, ob der hergestellte Siliziumeinkristall-Ingot eine gewünschte Kristallqualität erfüllt oder nicht, wird eine zeitliche Änderung von thermischen Donatoren in dem von dem Ingot ausgeschnittenen Siliziumwafer gemessen.
In dem CZ-Verfahren wird ein in einen Quarztiegel gefülltes polykristallines Siliziumrohmaterial geschmolzen und der Siliziumeinkristall wird aus der erhaltenen Schmelze gezüchtet. Somit enthält der Siliziumeinkristall Sauerstoff, welcher aus dem Quarztiegel bei einer Konzentration von etwa 10×10¹⁷ Atomen/cm³ (ASTM F-121, 1979) eluiert wird. Dieser Sauerstoff bewirkt komplexe Effekte: Er kann bewirken, dass die Kristalldefekte in dem Wafer einen bauelementcharakteristischen Defekt bewirken, wohingegen er zu einer Erhöhung der Waferstärke in dem Bauelementherstellungsprozess beiträgt, um eine Verformung oder die Ausbildung von Sauerstoff-Präzipitaten mit einer Getterwirkung zu unterdrücken, die Schwermetall einfängt, was eine Bauelementfehlfunktion innerhalb des Wafers bewirkt.
Im Allgemeinen sind Sauerstoffatome im Silizium elektrisch neutral und beeinflussen den elektrischen Widerstand des Siliziums nicht. Es ist jedoch bekannt, dass der durch das CZ-Verfahren hergestellte Siliziumeinkristall unter Verwendung des Quarztiegels gezüchtet wird, so dass übersättigter Sauerstoff in dem Kristall enthalten ist und, wenn der Siliziumeinkristall einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nur etwa 450°C unterzogen wird, sich mehrere Sauerstoffatome miteinander verbinden, um ein Sauerstoffcluster zu bilden, das als ein Donator dient, der Elektronen emittiert.
Die durch die Wärmebehandlung von etwa 450°C ausgebildeten thermischen Donatoren werden durch punktförmige Defekte beeinflusst, und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren differiert aufgrund einer Differenz bei der Konzentration der punktförmigen Defekte zwischen einem Fehlstellen-dominanten Gebiet (COP-Gebiet, OSF-Ringgebiet) und dem defektfreien Gebiet. Somit werden in der vorliegenden Ausführungsform die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer auf Basis der Erzeugungsrate der in dem Siliziumwafer erzeugten thermischen Donatoren bestimmt.
In dem Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren (S14) werden zwei Siliziumwafer zur Evaluierung, die nacheinander aus dem Ingot in dem Schneideschritt (S12) ausgeschnitten sind, vorbereitet. Die beiden Wafer zur Evaluierung werden bevorzugt durch eine Drahtsäge aus dem Ingot ausgeschnitten und werden bevorzugt einem Grobpolieren unterzogen. Dann wird einer (erster Wafer) der beiden Wafer einer Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren unterzogen, ohne vorher der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen worden zu sein, und der andere (zweiter Wafer) davon wird der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren unterzogen, nachdem er zuvor der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen worden ist. Dann wird die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren anhand einer Änderung beim spezifischen Widerstand jedes des ersten und des zweiten Wafers vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren berechnet.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren darstellt.
Wie in 3 dargestellt, beinhaltet der Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren (S14) einen Vorbereitungsschritt (S20) des Vorbereitens des ersten und zweiten Wafers in dem Zustand wie gewachsen, einen Spezifische-Widerstand-Messschritt (S21) des Messen des spezifischen Widerstands des ersten Wafers, einen Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung von thermischen Donatoren (S22) des Anwendens der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf den ersten Wafer nach Messung des spezifischen Widerstands, einen Spezifische-Widerstand-Messschritt (S23) des Messens des spezifischen Widerstands des ersten Wafers nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren und einen Schritt (S24) des Berechnens einer ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren anhand der zwei Messwerte des spezifischen Widerstands, die vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren erhalten wurden.
Der Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren (S14) beinhaltet weiterhin einen Schritt (S25) des Anwendens der Donator-Beseitigungs-Behandlung auf den zweiten Wafer, einen Widerstands-Messschritt (S26) des Messens des spezifischen Widerstands des zweiten Wafers nach der Donator-Beseitigungs-Behandlung, einen Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung von thermischen Donatoren (S27) des Anwendens, auf den zweiten Wafer nach einer Messung des spezifischen Widerstands, der gleichen Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren wie der für den ersten Wafer, einen Spezifische-Widerstand-Messschritt (S28) des Messens des spezifischen Widerstands des zweiten Wafers nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren, und einen Schritt (S29) des Berechnens einer zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren aus den beiden Messwerten des spezifischen Widerstands, erhalten vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren.
Die Temperatur der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren wird bevorzugt in einem Bereich von 430°C bis 480°C eingestellt und insbesondere bevorzugt auf 450°C eingestellt. Die Zeit für die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren wird bevorzugt in einem Bereich von einer bis vier Stunden eingestellt und besonders bevorzugt in einem Bereich von zwei bis vier Stunden eingestellt. Die Donator-Beseitigungs-Behandlung ist eine kurzzeitige Wärmebehandlung, die unter einer Atmosphäre aus inertem Gas von zum Beispiel 600°C bis 700°C angewendet wird, und die Wärmebehandlungszeit wird auf zum Beispiel etwa 15 Minuten eingestellt.
Der in der Ebene liegende spezifische Widerstand des Siliziumwafers kann durch ein sogenanntes Vier-Sonden-Verfahren gemessen werden. Auf Basis des gemessenen spezifischen Widerstands wird eine Trägerkonzentration aus einer Irvin-Kurve berechnet, ein Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren wird auf Basis der Trägerkonzentration vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren berechnet, und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren kann auf Basis der Beziehung zwischen der Zeit, die die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren benötigt, und dem Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren berechnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird bevorzugt, dass mehrere Messpunkte entlang der radialen Richtung des Siliziumwafers gesetzt werden, die Widerstandsmessung an jedem Messpunkt durchgeführt wird und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren aus den Ergebnissen der Messung berechnet wird. Durch derartiges Evaluieren der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und der Art des Kristalldefekts für jeden Messpunkt kann eine Defektkarte des Siliziumwafers in der radialen Richtung angelegt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Bestimmungsschritt der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und der Art des Kristalldefekts in dem Wafer darstellt.
Wie in 4 dargestellt, wird in dem Bestimmungsschritt (S15) der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets im Wafer und der Art des Kristalldefekts ein Verhältnis aus der ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren zu der zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren berechnet (S30). Wenn das berechnete Verhältnis größer oder gleich 1,3 und kleiner als 1,7 ist, wird der relevante Messpunkt als ein defektfreies Gebiet bestimmt (S31J, S34); wenn das berechnete Verhältnis größer oder gleich 1,7 und kleiner als 1,9 ist, wird der relevante Messpunkt als ein Gebiet mit Leerstellendefekten bestimmt (S31N, S32J, S35); und wenn das berechnete Verhältnis größer oder gleich 1,9 und kleiner als 2,3 ist, wird der relevante Messpunkt als ein Gebiet mit OSF-Kernen bestimmt (S31N, S32N, S33J, S36). Wenn weiterhin das berechnete Verhältnis nicht innerhalb einen der obigen Bereiche fällt, wird der relevante Messpunkt als unbestimmbar bestimmt (S31N, S32N, S33N, S37) .
Wie oben beschrieben wird in dem Siliziumwafer-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Siliziumwafer aus dem durch das CZ-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnitten, dann werden die Erzeugungsrate der thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf den Siliziumwafer angewendet wird, und die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts auf Basis der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bestimmt. Dies gestattet, dass ein Gebiet mit den OSF-Kernen, ein Gebiet mit den Leerstellendefekten oder das defektfreie Gebiet in einer kurzen Zeit einfach bestimmt wird. Weiterhin kann die Evaluierung durch eine vergleichsweise kurzzeitige Niedertemperatur-Wärmebehandlung erzielt werden, ohne zum Beispiel den Kupferdekorierungsschritt zu erfordern, die beim herkömmlichen Evaluierungsverfahren verwendet wird. Das heißt, es ist möglich, die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets im Siliziumwafer und die Art des Kristalldefekts unter Verwendung eines einfachen Verfahrens mit Zeit- und Kostenreduktion zu evaluieren.
Weiterhin wird bei dem Siliziumwafer-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren des Siliziumwafers zur Evaluierung, aus einem vorausgegangenen Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnitten, gemessen, die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder die Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer zur Evaluierung wird auf Basis eines Ergebnisses der Messung der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bestimmt und eine Wachstumsbedingung für nachfolgende Siliziumeinkristall-Ingots wird auf Basis eines Ergebnisses der Bestimmung verstellt, so dass die Kristallwachstumsbedingung auf einfache Weise optimiert werden kann.
Wenngleich die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen können innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Dementsprechend sind alle derartigen Modifikationen in der vorliegenden Erfindung enthalten.
Beispielsweise werden in der obigen Ausführungsform der erste und zweite Siliziumwafer, die aus dem Siliziumeinkristall-Ingot ausgeschnitten sind, in dem Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren (S14) vorbereitet, und die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren (S27) wird auf den zweiten Wafer nach der Donator-Beseitigungs-Behandlung (S25) angewendet, um die zweite Erzeugungsrate von thermischen Donatoren zu berechnen; der obige Berechnungsschritt der zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren kann jedoch in der vorliegenden Erfindung weggelassen werden. Das heißt, die zweite Erzeugungsrate von thermischen Donatoren wird zuvor durch Anwenden der Donator-Beseitigungs-Behandlung und der Wärmebehandlung thermischer Donatoren auf einem Siliziumwafer ähnlich dem zweiten Siliziumwafer berechnet und als eine Datenbank gespeichert. Dann werden die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets und die Art des Kristalldefekts nur durch Messen der ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren und Auslesen der zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren aus der Datenbank evaluiert.
[Beispiele]
Der Einfluss, den die Art des Kristalldefekts auf die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren hatte, wurde evaluiert. Bei diesem Evaluierungstest wurde ein P-Siliziumeinkristall-Ingot mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Ebenenorientierung von (100) durch das CZ-Verfahren gezüchtet. Zu dieser Zeit wurde der Siliziumeinkristall-Ingot unter Steuerung von V/G derart gezüchtet, dass ein OSF-Ringerzeugungsgebiet in dem Siliziumeinkristall-Ingot enthalten ist. Die Sauerstoffkonzentration des Siliziumeinkristall-Ingots betrug 5×10¹⁷ bis 20×10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM F-121, 1979) . Durch Schneiden des Siliziumeinkristall-Ingots wurden zwei Siliziumwaferproben A1 und B1 jeweils mit dem OSF-Erzeugungsgebiet erhalten. Das OSF-Ringerzeugungsgebiet bezieht sich auf ein Gebiet, wo der OSF-Ring nach Evaluierungswärmebehandlung erzeugt wird, d.h. ein Gebiet mit den OSF-Kernen in dem Zustand wie gewachsen.
Weiterhin wurde ein anderer Siliziumeinkristall-Ingot unter den gleichen Bedingungen wie jenen für die Proben A1 und B1 gezüchtet, außer dass V/G derart gesteuert wurde, dass ein Gebiet mit den Leerstellendefekten in dem Siliziumeinkristall-Ingot enthalten war, und der erhaltene Siliziumeinkristall-Ingot wurde geschnitten, um zwei Siliziumwaferproben A2 und B2 jeweils mit dem Gebiet mit den Leerstellendefekten zu erhalten.
Weiterhin wurde noch ein weiterer Siliziumeinkristall-Ingot unter den gleichen Bedingungen wie jenen für die Proben A1 und B1 gezüchtet, außer dass V/G derart gesteuert wurde, dass der Siliziumeinkristall-Ingot aus dem defektfreien Gebiet bestand, und der erhaltene Siliziumeinkristall-Ingot wurde geschnitten, um zwei Siliziumwaferproben A3 und B3 zu erhalten, die jeweils aus dem defektfreien Gebiet bestanden.
Danach wurde die Donator-Beseitigungs-Behandlung 15 Minuten lang unter einer Nitridatmosphäre von 700°C angewendet, um während des Züchtens des Kristalls in jeder der Siliziumwaferproben B1, B2 und B3 erzeugte thermischen Donatoren zu eliminieren.
Die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren wurde auf die Siliziumwaferproben A1 bis A3 (Beispiele 1 bis 3) angewendet, die durch einen Prozess vorbereitet wurden, der die Donator-Beseitigungs-Behandlung nicht beinhaltet, und die Siliziumwaferproben B1 bis B3 (Vergleichsbeispiele 1 bis 3), die durch einen Prozess vorbereitet wurden, der die Donator-Beseitigungs-Behandlung unter einer Nitridatmosphäre von 450°C beinhaltet, um die thermischen Donatoren zu erzeugen.
Der spezifische Widerstand jeder der Siliziumwaferproben A1 bis A3 und B1 bis B3 wurde unter Verwendung eines Spezifische-Widerstand-Messverfahrens gemäß einem durch JIS H 0602: 1995 spezifizierten Vier-Sonden-Verfahren gemessen, und eine Trägerkonzentration wurde anhand einer Irvin-Kurve berechnet. Weiterhin wurde ein Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren auf Basis der Trägerkonzentration vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren berechnet, und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren wurde auf Basis der Beziehung zwischen der Wärmebehandlungszeit und dem Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren berechnet.
5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in jeder der Waferproben A1 bis A3 und B1 bis B3 und der Wärmebehandlungszeit für die Erzeugung von thermischen Donatoren darstellt. Die horizontale Achse gibt die Wärmebehandlungszeit (h) an, und die vertikale Achse gibt die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren (cm^-3/h) an. Diese graphische Darstellung bezieht sich nur auf Wafer, deren Sauerstoffkonzentration 11×10¹⁷ Atome/cm³ genügt.
Wenn, wie in 5 dargestellt, die Wärmebehandlungszeit weniger als 4 Stunden beträgt, war die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in den Proben (Proben A1, A2 und A3), die nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen worden sind, höher als in den Proben (Proben B1, B2 und B3), die der Donator-Beseitigungs-Behandlung in irgendeinem des OSF-Ringerzeugungsgebiets, des Gebiets mit dem Leerstellendefekt und des defektfreien Gebiets unterzogen wurden. Weiterhin war die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren die gleiche unter den obigen Gebieten in den Proben, die der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden, während die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in der Reihenfolge OSF-Ringerzeugungsgebiet, Gebiet mit dem Leerstellendefekt und defektfreiem Gebiet in den Proben höher wurde, die der Donator-Beseitigungs-Behandlung nicht unterzogen wurden. Wenn die Wärmebehandlungszeit vier Stunden übersteigt, stieg die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren einmal an und nahm dann in den Proben ab, die nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden. Andererseits nahm in den Proben, die der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden, die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren ab, wenn die Wärmebehandlungszeit vier Stunden übersteigt, und wurde in allen den Bedingungen nach dem Verstreichen von 16 Stunden die gleiche.
6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren und Sauerstoffkonzentration in jedem des OSF-Ringerzeugungsgebiets, des Gebiets mit dem Leerstellendefekt und des defektfreien Gebiets darstellt, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird. Die horizontale Achse gibt die Sauerstoffkonzentration (× 10¹⁷ Atome/cm³) an, und die vertikale Achse gibt die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren (cm^-3/h) an.
Wie in 6 dargestellt, wie im Fall von 1, war die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in den Proben (Proben A1, A2 und A3), die nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden, höher als in den Proben (Proben B1, B2 und B3), die der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden, und zwar bei jeder Sauerstoffkonzentration. Weiterhin war die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren die gleiche unter den obigen Gebieten in den Proben, die der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden, während die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in der Reihenfolge OSF-Ringerzeugungsgebiet, Gebiet mit dem Leerstellendefekt und defektfreiem Gebiet in den Proben höher wurde, die nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurden.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bei jedem Messpunkt des Wafers, der nicht der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wird, durch die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren normalisiert, bei dem gleichen Messpunkt des der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogenen Wafers darstellt. Die horizontale Achse gibt die Sauerstoffkonzentration (× 10¹⁷ Atome/cm³) an, und die vertikale Achse gibt die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren (normalisierter Wert) an.
Wie in 7 dargestellt, beträgt die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem defektfreien Gebiet des Wafers, der der Donator-Beseitigungs-Behandlung nicht unterzogen wurde, das 1,3-fache oder mehr und weniger als das 1, 7-fache der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem Wafer, der der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurde. Weiterhin beträgt die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem Gebiet mit dem Leerstellendefekt des Wafers, der der Donator-Beseitigungs-Behandlung nicht unterzogen wurde, das 1,7-fache oder mehr und weniger als das 1,9-fache der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem Wafer, der der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogen wurde. Weiterhin ist die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem OSF-Erzeugungsgebiet des der Donator-Beseitigungs-Behandlung nicht unterzogenen Wafers das 1,9-fache oder mehr und weniger als das 2,3-fache der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren in dem der Donator-Beseitigungs-Behandlung unterzogenen Wafer.
Bezugszeichenliste

S11: Kristallwachstumsschritt
S12: Schneideschritt
S13, S14: Messschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren
S15: Bestimmungsschritt
S16, 17: Kristallwachstumsbedingungsverstellschritt
S20: Wafervorbereitungsschritt
S21: Spezifischer-Widerstand-Messschritt für den ersten Wafer
S22: Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung von thermischen Donatoren für den ersten Wafer
S23: Spezifischer-Widerstand-Messschritt für den ersten Wafer
S24: erster Berechnungsschritt für die Erzeugungsraten thermischer Donatoren
S25: Donator-Beseitigungs-Behandlungsschritt für den zweiten Wafer
S26: Spezifischer-Widerstand-Messschritt für den zweiten Wafer
S27: Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung von thermischen Donatoren für den zweiten Wafer
S28: Spezifischer-Widerstand-Messschritt für den zweiten Wafer
S29: zweiter Berechnungsschritt für die Erzeugungsraten von thermischen Donatoren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H08330316 [0009]
JP H10227729 [0009]
JP 200181000 [0009]
JP H0982768 [0009]

Claims

Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers, der aus einem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten ist, der durch ein CZ-Verfahren gezüchtet wird, umfassend Messen einer Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn eine Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf den Siliziumwafer angewendet wird, und Bestimmen der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder der Art des Kristalldefekts auf Basis der gemessenen Erzeugungsrate von thermischen Donatoren.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 1, beinhaltend Berechnen einer ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die die Erzeugungsrate der thermischen Donatoren ist, die bei einem ersten Messpunkt auf einem ersten Siliziumwafer erzeugt werden, der aus dem Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten wird, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren in einem Zustand angewendet wird, in dem der erste Siliziumwafer Sauerstoffcluster enthält, Berechnen einer zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die die Erzeugungsrate der thermischen Donatoren ist, die bei einem zweiten Messpunkt auf einem von dem ersten Siliziumwafer verschiedenen zweiten Siliziumwafer erzeugt werden, wenn eine Donator-Beseitigungs-Behandlung und die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren nacheinander angewendet werden, und Bestimmen, auf Basis eines Erzeugungsratenverhältnisses von thermischen Donatoren, das ein Verhältnis der ersten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren zu der zweiten Erzeugungsrate von thermischen Donatoren ist, welchem eines Gebiets mit OSF-Kernen, eines Gebiets mit Leerstellendefekten und eines defektfreien Gebiets der erste Messpunkt entspricht.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 2, wobei bestimmt wird, dass der erste Messpunkt auf dem ersten Siliziumwafer dem defektfreien Gebiet entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen ersten Ratenbereich fällt, bestimmt wird, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit den Leerstellendefekten entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen zweiten Ratenbereich fällt, der über dem ersten Ratenbereich liegt, und bestimmt wird, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit den OSF-Kernen entspricht, wenn das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren in einen dritten Ratenbereich fällt, der über dem zweiten Ratenbereich liegt.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren zwei bis vier Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich von 430°C bis 480°C angewendet wird.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 2, wobei bestimmt wird, dass der erste Messpunkt auf dem ersten Siliziumwafer dem defektfreien Gebiet entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,3 und kleiner als 1,7 ist.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 2 oder 5, wobei bestimmt wird, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit dem Leerstellendefekt entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,7 und kleiner als 1,9 ist.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 2, 5 oder 6, wobei bestimmt wird, dass der erste Messpunkt dem Gebiet mit dem OSF-Kern entspricht, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren vier Stunden lang bei 450°C angewendet wird und das Erzeugungsratenverhältnis von thermischen Donatoren größer oder gleich 1,9 und kleiner als 2,3 ist.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend das Anlegen einer Kristalldefektkarte des Siliziumwafers in der radialen Richtung davon durch Messen der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren bei mehreren in der radialen Richtung des Siliziumwafers gesetzten Messpunkten.
Verfahren zum Evaluieren eines Siliziumwafers nach Anspruch 1, wobei spezifische Widerstände des Siliziumwafers gemessen werden, eine Trägerkonzentration anhand einer Irvin-Kurve auf Basis der spezifischen Widerstände berechnet wird, ein Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren auf Basis der Trägerkonzentration vor und nach der Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren berechnet wird, und die Erzeugungsrate von thermischen Donatoren anhand der Beziehung zwischen der Zeit, die für die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren benötigt wird, und dem Ausmaß der Erzeugung thermischer Donatoren berechnet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers, beinhaltend Züchten eines ersten Siliziumeinkristall-Ingots durch das CZ-Verfahren, Messen einer Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, die erzeugt werden, wenn die Wärmebehandlung zur Erzeugung thermischer Donatoren auf einen Siliziumwafer zur Evaluierung angewendet wird, der aus dem ersten Siliziumeinkristall-Ingot geschnitten ist, Bestimmen der Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder der Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer zur Evaluierung auf Basis eines Ergebnisses der Messung der Erzeugungsrate von thermischen Donatoren, Verstellen einer Wachstumsbedingung für einen zweiten Siliziumeinkristall-Ingot auf Basis einer Wachstumsbedingung für den ersten Siliziumeinkristall-Ingot und eines Ergebnisses der Bestimmung über die Anwesenheit/Abwesenheit des Kristalldefektgebiets oder die Art des Kristalldefekts in dem Siliziumwafer zur Evaluierung, und Ausschneiden von Siliziumwafern für Produkt aus dem zweiten Siliziumeinkristall-Ingot.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 10, beinhaltend Züchten des zweiten Siliziumeinkristall-Ingots mit einem defektfreien Gebiet durch Verstellen der Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 10, beinhaltend Züchten des zweiten Siliziumeinkristall-Ingots mit einem Gebiet mit Leerstellendefekten durch Verstellen der Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Anspruch 10, beinhaltend Züchten des zweiten Siliziumeinkristall-Ingots mit einem Gebiet mit OSF-Kernen durch Verstellen der Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach Ansprüchen 10 bis 13, beinhaltend eine Ziehgeschwindigkeit des zweiten Siliziumeinkristall-Ingots wird als die Wachstumsbedingung für den zweiten Siliziumeinkristall-Ingot verstellt.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine Donator-Beseitigungs-Behandlung auf die Siliziumwafer für Produkt angewendet wird.