DE19960823A1

DE19960823A1 - Epitaxierte Halbleiterscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE19960823A1
Application number: DE19960823A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Siebert; Peter Storck
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: DE19960823B4; JP2001244272A; US20040115941A1; US6995077B2; JP3772088B2

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht aus halbleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der epitaktischen Schicht eine maximale Dichte von 0,14 Streulichtzentren pro cm·2· mit einem Streuquerschnitt von größer oder gleich 0,12 mum aufweist und die Vorderseite der Halbleiterscheibe vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht eine Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,29 nm RMS, gemessen durch AFM auf einer 1 mum mal 1 mum großen Referenzfläche, besitzt. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht aus halbleitendem Material. Das Verfahren umfaßt folgende Prozeßschritte: DOLLAR A (a) als einzigen Polierschritt einen Abtragspolierschritt; DOLLAR A (b) Reinigen und Trocknen der Halbleiterscheibe; DOLLAR A (c) Vorbehandeln der Vorderseite der Halbleiterscheibe bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius in einem Epitaxiereaktor und DOLLAR A (d) Abscheiden der epitaktischen Schicht auf der Vorderseite der vorbehandelten Halbleiterscheibe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterscheibe mit einer epitak tischen Beschichtung auf einer Vorderseite, die über eine redu zierte Anzahl von Lichtstreuzentren auf der Epitaxieschicht verfügt, und ein kostengünstiges Verfahren zu ihrer Herstel lung. Derartige Halbleiterscheiben eignen sich für die Verwen dung in der Halbleiterindustrie, insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm.

Eine Halbleiterscheibe, die insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder klei ner 0,18 µm geeignet sein soll, muß eine Vielzahl besonderer Eigenschaften aufweisen. Zwei besonders wichtige Eigenschaften von Halbleiterscheiben sind die Anzahl von Lichtstreuzentren (localized light scatterers, LLS) und die Rauhigkeit (Haze) auf der Oberfläche, auf welcher Halbleiter-Bauelemente erzeugt wer den sollen; in einer gewissen Anzahl und Größe können LLS zum Ausfall der Bauelemente führen.

Einkristalline Halbleiterscheiben mit einer einkristallin auf gewachsenen Schicht derselben Kristallorientierung, einer soge nannten Epitaxie- oder epitaktisch aufgewachsenen Schicht, auf welcher Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden, beispiels weise eine Siliciumscheibe mit einer Siliciumschicht, weisen gegenüber Halbleiterscheiben aus einem homogenen Material ge wisse Vorteile auf. In erster Linie ist dabei das sogenannte Latch-up-Problem zu nennen, das beispielsweise in CMOS-Schalt kreisen auf homogenem Material auftreten und zu Spannungen in den Transistoren führen kann, die eine Ladungsumkehr ermögli chen und einen Kurzschluß des betreffenden Bauelementes bewir ken können. Dem Fachmann ist bekannt, daß dieses Latch-up-Pro blem effektiv durch den Einsatz einer epitaxierten Halbleiter scheibe aus einer hochdotierten Substratscheibe (niedriger elektrischer Widerstand) und einer niedrig dotierten Epi taxieschicht (hoher Widerstand) verhindert werden kann, was gleichzeitig eine erwünschte Getterwirkung des Substrates bewirkt und außerdem den Flächenverbrauch des Bauelementes senkt. Darüber hinaus weisen epitaxierte Oberflächen eine im Vergleich mit polierten Halbleiterscheiben niedrigere Defektdichte, ausgedrückt als LLS, die beispielsweise soge nannte COPs (crystal-originated particles) sein können, auf, was in der Regel zu einer höheren Ausbeute an intakten Halbleiterbauelementen führt. Weiterhin besitzen Epitaxieschichten keinen nennenswerten Sauerstoffgehalt, womit das Risiko von potentiell schaltkreiszerstörenden Sauerstoffpräzipitaten in bauelementerelevanten Bereichen aus geschlossen ist.

Nach dem Stand der Technik werden epitaxierte Halbleiterschei ben aus geeigneten Vorprodukten durch die Prozeßfolge Abtrags polieren - Endpolieren - Reinigen - Epitaxie hergestellt, wobei die Oberflächenrauhigkeit nach dem Abtragspolieren, gemessen mit dem Atomic-Force-Microscope-Verfahren (AFM) in einem Be reich von 1 µm mal 1 µm, je nach Prozeßführung etwa 0,5 bis 3 nm RMS (root-mean-square) und nach dem Endpolieren etwa 0,05 bis 0,2 nm RMS beträgt. Ebenfalls bekannt sind drei- oder vier stu-fige Polierprozesse, bei denen die Rauhigkeit sukzessive abge-senkt wird. In der Patentanmeldung EP 684 634 A2 ist eine Vorgehensvariante beschrieben, bei welcher im Abtragspolierschritt nacheinander zwei verschiedene Poliersole unterschiedlicher Körnung zugeführt werden, bevor die Halblei terscheiben einem Endpoliturschritt unterzogen werden. Nachteil mehrstufiger Polierverfahren ist, daß mit jedem zusätzlichen Schritt die Herstellkosten der Halbleiterscheiben ansteigen.

In der Patentanmeldung EP 711 854 A1 ist ein Verfahren zur Her stellung einer epitaxierten Scheibe beschrieben, indem eine ge sägt-geläppt-geätzte Siliciumscheibe abtragspoliert wird, wobei sich eine Oberflächenrauhigkeit von 0,3 bis 1,2 nm RMS (AFM, 1 µm mal 1 µm) einstellt, und zur Kostensenkung ohne Durchführung eines glättenden Endpolierschrittes eine epitaktische Silicium schicht abgeschieden wird. Zwar ist die so hergestellte Epita xieschicht einer unter vorheriger Anwendung eines Endpolierschrittes konventionell hergestellten Epitaxieschicht in ihren elektrischen Eigenschaften vergleichbar, jedoch führt der durch die relativ hohe Ausgangsrauhigkeit verursachte Anstieg an Lichtstreuzentren auf der epitaxierten Oberfläche potentiell zum vermehrten Ausfall von auf diesen Scheiben hergestellten Bauelementen.

Es war daher die Aufgabe gestellt, eine epitaxierte Halbleiter scheibe bereitzustellen, die zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm geeignet ist und die erwähnten Nachteile hinsichtlich der An zahl an Lichtstreuzentren auf der epitaxierten Oberfläche nicht aufweist, und die durch ein kostengünstiges Herstellungsverfah ren zugänglich ist. Ferner sollten die weiteren Eigenschaften der epitaxierten Halbleiterscheibe mindestens genau so gut sein wie die von nach dem Stand der Technik hergestellten epita xierten Halbleiterscheiben.

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht aus halbleitendem Material die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche der epitaktischen Schicht eine maximale Dichte von 0,14 Streulichtzentren pro cm² mit einem Streuquerschnitt von größer oder gleich 0,12 µm aufweist, und die Vorderseite der Halbleiterscheibe vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht eine Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,29 RMS, gemessen durch AFM auf einer 1 µm mal 1 µm großen Referenzfläche besitzt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstel lung einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitak tischen Schicht aus halbleitendem Material, das folgende Pro zeßschritte umfaßt:

a) als einzigen Polierschritt einen Abtragspolierschritt;
b) Reinigen und Trocknen der Halbleiterscheibe;
c) Vorbehandeln der Vorderseite der Halbleiterscheibe bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius in einem Epitaxiereaktor; und
d) Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf der Vorderseite der vorbehandelten Halbleiterscheibe.

Durch die Kombination der Verfahrensschritte (a) bis (c) wird die Oberfläche der Vorderseite der Halbleiterscheibe so konditioniert, daß die Qualität der nachfolgend aufwachsenden epitaktischen Schicht hinsichtlich der maximalen Anzahl von Lichtstreuzentren auf der Oberfläche der Schicht mindestens den Anforderungen des Stands der Technik entspricht. Die Kosten einer gemäß der Verfahrensschritte (a) bis (d) hergestellten Halbleiterscheibe sind jedoch geringer als die einer vergleichbaren, nach dem Stand der Technik hergestellten Halbleiterscheibe.

Gemäß Schritt (c) des Verfahrens wird eine Halbleiterscheibe, die lediglich einer Abtragspolitur unterzogen wurde, in einem Epitaxiereaktor derart vorbehandelt, daß in einem ersten Schritt natürliches Oxid (native Oxide) von der Vorderseite der Halbleiterscheibe entfernt wird, indem die Halbleiterscheibe einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wird. In einem zweiten. Schritt wird die Oberflächenrauhigkeit der Vorderseite der Halbleiterscheibe reduziert, indem gasfömiges HCl in die Wasserstoffatmosphäre eingeleitet wird. Die derartig vorbehandelte Halbleiterscheibe erhält in Schritt (d) des Verfahrens eine epitaktische Schicht, die Dank der vorangegangenen Verfahrensschritte hinsichtlich der Rauhigkeit der epitaxierten Oberfläche und der Anzahl von Lichtstreuzentren mindestens dem Stand der Technik entspricht, das heißt, Charakteristika von vergleichbaren Halbleiter scheiben aufweist, deren Herstellung jedoch eine Abtragspolitur und eine Endpolitur (finishing) umfaßt.

Die Behandlung einer Halbleiterscheibe in einer HCl/H₂- Atmosphäre wurde in einem anderen Zusammenhang bereits beschrieben (H. M. Liaw und J. W. Rose in: Epitaxial Silicon Technology, Academic Press Inc., Orlando Florida 1986, Seiten 71-73).

Im vorgeschlagenen Verfahren bewirkt die gemäß Schritt (c) erfolgende Zugabe einer geringen Menge von gasförmigem HCl zur Wasserstoffatmosphäre eine deutliche Glättung der nur abtragspolierten Oberfläche der Halbleiterscheibe. Es wird vermutet, daß Silicium in Folge der nur geringen Zugabe von HCl nicht nur durch beginnende Ätze abgetragen wird, sondern auch eine Wiederabscheidung flüchtiger Chlorsilane und eine Rekristallisation von Silicium an der Oberfläche stattfindet. Dabei wird Silicium von Stellen hoher Reaktivität zu energe tisch günstigeren Stellen bewegt, und die deutliche Redu zierung der Rauhigkeit der Oberfläche bewirkt. In Gegenwart einer höheren HCl-Konzentration wird dieser Effekt durch den substanziellen Abtrag von Silicium durch Anätzen und die damit verbundene Aufrauhung der Oberfläche nicht mehr beobachtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung eines scheibenförmigen Körpers eingesetzt werden, der aus einem Material besteht, welches mit dem eingesetzten chemo-mechani schen Einseiten- oder Doppelseiten-Polierverfahren bearbeitet und epitaxiert werden kann. Silicium in einkristalliner Form mit einer Kristallorientierung (100), (110) oder (111), bei spielsweise kristallisiert durch einen Czochralski- oder einen Zonenziehprozeß, ist bevorzugt. Das Silicium enthält dabei eine gewisse Menge an Dotierstoff, wobei man zwischen Dotierstoffen aus der 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, bei spielsweise Bor, die zu Material vom p-Typ führen, und Elemen ten der 5. Hauptgruppe, beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon, die zu Material vom n-Typ führen, unterscheidet. Silicium oder Silicium/Germanium ist als Material für die epitaktische Beschichtung bevorzugt. Die epitaktische unterscheidet sich in der Regel durch ihren Dotierstoffgehalt in ihren elektrischen Eigenschaften von denen der Halbleiterscheibe. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. So ist es auch möglich, eine Epitaxieschicht ohne jeglichen Dotierstoffgehalt aufwachsen zu lassen. Im Rahmen der Erfindung sind Siliciumscheiben mit einer epitaktischen Beschichtung aus Silicium besonders bevorzugt, wobei Siliciumscheibe und Epi taxieschicht entweder beide vom p-Typ oder beide vom n-Typ sind.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Silici umscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm, 400 mm und 450 mm und Dicken von wenigen 100 µm bis einigen cm, bevorzugt von 400 µm bis 1200 µm. Die epitaxierten Halbleiter scheiben können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Aufbringen von Rückseitenversiegelungen oder weiterer Be handlung der Rückseite durch Schleifen, Ätzen, Polieren etc. jeweils nach dem Stand der Technik ihrem Bestimmungszweck zuge führt werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem ho mogenen Material kann die Erfindung natürlich auch zur Herstel lung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben (silicon-on-insulator) und sogenannten "bonded wafers" eingesetzt werden, obwohl hierbei der Kostenvorteil verloren gehen kann.

Die weitere Beschreibung des Verfahrens erfolgt am Beispiel der Herstellung einer Siliciumscheibe mit einer epitaktischen Be schichtung der Vorderseite mit Silicium.

Prinzipiell ist es möglich, eine beispielsweise durch ein Innenloch- oder Drahtsägeverfahren gesägte Siliciumscheibe di rekt dem erfindungsgemäßen Prozeß zu unterziehen. Es ist jedoch sinnvoll und daher bevorzugt, die scharf begrenzte und daher mechanisch sehr empfindliche Scheibenkante mit Hilfe einer geeignet profilierten Schleifscheibe zu verrunden. Weiterhin ist es zwecks Verbesserung der Geometrie und teilweisem Abtrag der zerstörten Kristallschichten möglich, die Siliciumscheibe einem mechanischen Abtragsschritt wie Läppen oder Schleifen zu unterziehen, um den Materialabtrag im Polierschritt zu reduzie ren. Bevorzugt ist, die Siliciumscheibe einem Oberflächen- Schleifschritt zu unterziehen, wobei entweder eine Seite ge schliffen wird oder beide Seiten sequentiell oder beide Seiten gleichzeitig geschliffen werden. Zum Entfernen des in den mechanischen Prozeßschritten zwangsläufig erzeugten Damage der Scheibenobenfläche und -kante und zum Entfernen von gegebenen falls vorhandenen Verunreinigungen kann an dieser Stelle ein Ätzschritt folgen. Dieser Ätzschritt kann entweder als naßche mische Behandlung der Siliciumscheibe in einer alkalischen oder sauren Ätzmischung oder als Plasmabehandlung ausgeführt werden. Ein saurer Ätzschritt mit einer Mischung aus konzentrierter wäßriger Salpetersäure und konzentrierter wäßriger Flußsäure, beispielsweise die in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 198 33 257.2 beanspruchte Ausführungsform, ist bevorzugt.

Ein besonders bevorzugtes Ausgangsmaterial für die erfindungs gemäße Prozeßfolge sind Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm, hergestellt durch Sägen eines Silicium-Einkristalls, gefolgt von Kantenver runden, sequentiellem Oberflächenschleifen beider Scheibensei ten unter Abtrag von 10 µm bis 100 µm Silicium pro Seite und naßchemischem Ätzen in einer sauren Ätzmischung unter Abtrag von 5 µm bis 50 µm Silicium pro Scheibenseite.

Schritt (a) der erfindungsgemäßen Prozeßfolge

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen epitaxierten Halbleiter scheiben werden die Scheiben lediglich einer Abtragspolitur unterzogen, wobei die Politur entweder auf beiden Seiten gleichzeitig oder nur auf einer Seite der Scheibe durchgeführt wird. Ein geeigneter Polierprozeß für zweiseitig polierte Scheiben ist beispielsweise in der Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 199 05 737.0 beschrieben.

Schritt (b) der erfindungsgemäßen Prozeßfolge

Nach dem Polierschritt (a) werden die Siliciumscheiben von der Poliermaschine entfernt und einer Reinigung und Trocknung nach dem Stand der Technik unterzogen. Die Reinigung kann entweder als Batchverfahren unter gleichzeitiger Reinigung einer. Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit Sprühverfahren oder auch als Einzelscheibenprozeß ausgeführt werden.

Schritt (c) der erfindungsgemäßen Prozeßfolge

Die gemäß der Schritte (a) und (b) behandelten Siliciumscheiben werden nun in einem Reaktor, der auch zur nachfolgenden epitaktischen Abscheidung einer Siliciumschicht benutzt wird, einer Vorbehandlung unterzogen, bei der zunächst das natürliche Oxid (native Oxide) von der Oberfläche entfernt und danach die nach der Abtragspolitur noch vorhandene Oberflächenrauhigkeit deutlich reduziert wird. Das Entfernen des Oxids erfolgt in einer reinen Wasserstoffatmosphäre in einem Temperaturbereich von 950 bis 1200 Grad Celsius, wobei ein Temperaturbereich von 1100 bis 1150 Grad bevorzugt ist. Der Wasserstofffluß liegt in einem Bereich von 1 bis 100 SLM, bevorzugt 50 SLM. Die Re duzierung der Oberflächenrauhigkeit erfolgt durch Zugabe von gasförmigem HCl in die Wasserstoffatmosphäre bei einer Tempe ratur von 950 bis 1200 Grad Celsius, bevorzugt 1100 bis 1180 Grad Celsius, besonders bevorzugt 1140 Grad Celsius. Dabei wird die Konzentration des gasförmigen HCl so gering gehalten, daß die Ätzrate in einem Bereich von 0,01 µm/min bis 0,1 µm/min liegt, wobei der Ätzabtrag in einem Bereich von 0,01 bis 0,2 µm, vorzugsweise von 0,01 bis unter 0,1 µm liegt.

Schritt (d) der erfindungsgemäßen Prozeßfolge

Die gemäß der Schritte(a) bis (c) behandelten Siliciumscheiben werden nach einem Standardverfahren mit einer epitaktischen Siliciumschicht mindestens auf der Vorderseite versehen. Dies geschieht bevorzugt nach dem CVD-Verfahren (chemical vapor deposition), indem Silane, beispielsweise Silan (SiH₄), Dichlorsilan (SiH₂Cl₂), Trichlorsilan (SiHCl₃) oder Tetrachlorsilan (SiCl₄) zur Scheibenoberfläche geführt werden, sich dort bei Temperaturen von 600°C bis 1250°C zu elementarem Silicium und flüchtigen Nebenprodukten zersetzen und eine epitaktische, das heißt einkristalline, kristallo graphisch an der Halbleiterscheibe orientiert aufgewachsene Siliciumschicht bilden. Bevorzugt werden Siliciumschichten mit einer Dicke von 0,3 µm bis 10 µm. Die Epitaxieschicht kann undotiert oder gezielt beispielsweise mit Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon dotiert sein, um den Leitungstyp und die gewünschte Leitfähigkeit einzustellen.

Nach Durchführung dir epitaktischen Beschichtung mindestens der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit vorzugsweise Silicium liegt eine erfindungsgemäße Halbleiterscheibe vor, die eine hydrophobe Oberfläche besitzt und in dieser Form einer Weiterverarbeitung zur Herstellung integrierter Bauelemente zugeführt werden kann. Es ist jedoch möglich, wenn auch im Rahmen der Erfindung nicht zwingend notwendig, die Scheibenoberfläche zum Schutz vor Kontaminationen zu hydrophilieren, das heißt, sie mit einer dünnen Oxidschicht zu überziehen, beispielsweise einer Oxidschicht einer Dicke von etwa 1 nm, die dem Fachmann als "native oxide" bekannt ist. Dies kann prinzipiell auf zwei verschiedene Arten geschehen: Zum einen kann die Oberfläche der epitaxierten Halb leiterscheibe mit einem oxidativ wirkenden Gas, beispielsweise Ozon, behandelt werden, was in der Epitaxiekammer selbst oder in einer separaten Anlage durchgeführt werden kann. Zum anderen ist eine Hydrophilierung in einer Badanlage mit einer Badse quenz vom RCA-Typ, gefolgt von einer Trocknung der Scheiben, möglich.

Nach Durchführung der erfindungsgemäßen Prozeßsequenz (a) bis (d) liegen mindestens auf der Vorderseite epitaxierte Halblei terscheiben mit einer schleierfreien Oberfläche vor, die vor ihrer weiteren Weiterverarbeitung zur Herstellung von Halblei ter-Bauelementen einer Charakterisierung ihrer Eigenschaften zugeführt werden können. Messungen mit einem auf Laserbasis arbeitenden optischen Oberflächeninspektionsgerät zeigen eine maximale Dichte von 0,14 Streulichtzentren pro cm² epitaxierter Scheibenoberfläche und eine Oberflächenrauhigkeit (Haze) von weniger als 0,2 ppm an.

Falls notwendig, kann an einer geeigneten Stelle der Prozeß kette eine Laserbeschriftung zur Scheibenidentifizierung und/ oder ein Kantenpolierschritt eingefügt werden, zum Beispiel vor oder nach dem Schleifen im Falle der Lasermarkierung sowie vor, im oder nach der Doppelseitenpolitur im Falle des Kantenpolie rens. Eine Reihe weiterer, für bestimmte Produkte erforderliche Prozeßschritte wie beispielsweise die Aufbringung von Rücksei tenbeschichtungen aus Polysilicium, Siliciumdioxid und/oder Siliciumnitrid läßt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an den geeigneten Stellen in die Prozeßkette einbau en. Es kann darüber hinaus auch zweckmäßig sein, die Halblei terscheibe vor oder nach einzelnen Prozeßschritten einer Batch- oder Einzelscheibenreinigung nach dem Stand der Technik zu unterziehen.

Hinsichtlich der weiteren üblicherweise zur Scheibencharakte risierung herangezogenen, dem Fachmann wohlbekannten Parameter wie beispielsweise Metallkontamination der Scheibenoberfläche und Minoritätsladungsträger-Lebensdauer sowie nanotopologische Eigenschaften weist eine erfindungsgemäß hergestellte epita xierte Halbleiterscheibe keine Nachteile gegenüber einer epita xierten Halbleiterscheibe auf, die nach dem Stand der Technik unter Anwendung eines Endpolierschrittes vor der Abscheidung der Epitaxieschicht hergestellt wird.

Eine erfindungsgemäß hergestellte epitaxierte Halbleiterschei be, insbesondere eine Siliciumscheibe mit einer epitaktischen Siliciumbeschichtung, erfüllt die Anforderungen für die Her stellung von Halbleiterbauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als optimale Lösung zur Herstellung von epitaxierten Silicium scheiben mit den geschilderten Merkmalen erwiesen. An das Aus gangsprodukt werden minimale Geometrieanforderungen gestellt, was die Anforderungen an die Vorprozesse reduziert. Die im beidseitigem Polieren erzielte gute Geometrie tritt schon nach relativ geringen Materialabträgen und durch die erhöhte Pro zeßsicherheit, gepaart mit einem verringerten Bruchrisiko, in sehr hohen Ausbeuten auf, ohne daß kostenintensive Schritte zur lokalen Geometriekorrektur beispielsweise durch Plasmaätzen notwendig sind, und bleibt durch die entfallende Notwendigkeit der Durchführung eines Endpolierschrittes auch am erfindungs gemäßen Endprodukt voll erhalten.

Alle im folgenden aufgeführten Beispiele und Vergleichsbeispie le betreffen die Herstellung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von (300 ± 0,2) mm, einem Sauerstoffgehalt von (6 ± 1) . 10¹⁷ Atomen/cm³ und einer Bor-Dotierung, die zu einem Widerstand im Bereich von 5 bis 20 mΩ.cm führt, und die eine epitaktische Siliciumschicht auf der Vorderseite mit einer Bor- Dotierung, die zu einem Widerstand im Bereich von 1 bis 10 Ω.cm führt, besitzen.

Beispiel

Für dieses Beispiel standen 300-mm-Siliciumscheiben mit doppel seitig polierter Oberfläche, die entsprechend den Schritt(a) und (b) poliert und gereinigt worden waren, zur Verfügung. Die Rauhigkeit der vorpolierten Scheibe betrug 0,7 nm RMS (AFM, 1 µm mal 1 µm)

Schritt (c)

Die Vorderseite der Halbleiterscheiben wurden nun vor der epitaktischen Beschichtung in dem Epitaxiereaktor einer Vorbehandlung unterzogen, die zum Ziel hatte, in einem ersten Schritt das natürliche Oxid auf der Vorderseite zu entfernen und in einem zweiten Schritt die Rauhigkeit auf der Oberfläche drastisch zu verringern, so daß nach epitaktischer Beschichtung eine Halbleiterscheibe mit deutlich verbesserten Eigenschaften hinsichtlich Oberflächenrauhigkeit und Anzahl der Lichtstreu zentren zur Verfügung steht. Dies wurde dadurch erreicht, daß zunächst das natürliche Oxid in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1120 Grad Celsius für eine Minute entfernt wurde. Danach wurde für eine Minute bei einer Temperatur von 1140 Grad Celsius der Wasserstoffatmosphäre gasförmiges HCl zugesetzt mit dem Ziel, die noch vorhandenen Rauhigkeit auf der Vorderseite deutlich zu reduzieren. Die Ätzrate betrug dabei weniger als 0,04 µm/min. der Ätzabtrag 0,04 µm. Nach dieser erfindungsgemäßen Vorbehandlung wiesen die Scheiben eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,17 nm RMS (AFM, 1 µm mal 1 µm) auf.

Schritt (d)

Die entsprechend dem Schritt (c) vorbehalten Halb leiterscheiben wurden dann entsprechend dem Stand der Technik in dem Epitaxiereaktor auf der Vorderseite mit einer epitak tisch aufgewachsenen Siliciumschicht versehen, wobei als Sili ciumkomponente SiHCl₃ zum Einsatz kam und der Widerstand durch Dotierung mit Diboran, B₂H₆, eingestellt wurde. Bei einer Re aktorkammertemperatur von 1140°C wurde bei einer Abscheiderate von 3 µm/min eine Schicht der Dicke 3,2 µm abgeschieden.

Charakterisierung der epitaxierten Siliciumscheiben

Die mit Silicium auf der Vorderseite epitaxierten Silicium scheiben wurden auf einem nach dem Laserprinzip arbeitenden Oberflächeninspektionsgerät des Typs SP1 der Fa. KLA-Tencor hinsichtlich ihrer Defekte auf der epitaxierten Vorderseite charakterisiert; für die Gesamtzahl der LLS-Defekte gleich oder größer 0,12 µm ergab sich im DWN-Kanal ("dark field wide") ein Mittelwert von 22 ± 15, entsprechend (0,03 ± 0,02) LLS/cm², der Hazewert lag bei 0,06 ± 0,03 ppm.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde so vorgegangen, daß die zweiseitig nach dem in (a) be schriebenen Verfahren polierten Scheiben nach Reinigung und Trocknung eine Rauhigkeit von 0,7 nm RMS (AFM, 1 µm mal 1 µm) aufwiesen. Ohne die in der Erfindung beschriebene Vorbehandlung wurde nach der epitaktischer Beschichtung auf der Vorderseite ein Mittelwert der LLS-Defekte gleich oder größer 0,12 µm im DWN-Kanal von 368 ± 124, entsprechend (0,52 ± 0,18) LLS/cm². Der Hazewert lag bei 0,09 ± 0,04 ppm.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde so vorgegangen, daß die wie im Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen doppelseitig polierten Scheiben einer Vorbehand lung im Epitaxiereaktor unterzogen wurden, wobei die HCl-Kon zentration so hoch war, daß die Ätzrate 2 µm/min betrug und insgesamt 2 µm von der Siliziumoberfläche abgeätzt wurden. Nach epitaktischer Siliciumabscheidung wurden die folgenden Meßwer te erhalten: Mittelwert LLS-Defektzahl Vorderseite gleich oder größer 0,12 µm im DWN-Kanal 150 ± 45, entsprechend (0,21 ± 0,06) LLS/cm². Der Hazewert lag bei 1,2 ± 0,4 ppm.

Weitere Charakterisierung der hergestellten Scheiben

Die Vorderseiten, Rückseiten und Kanten der nach dem oben auf geführten Beispiel und den beiden Vergleichsbeispielen herge stellten 300-mm-Siliciumscheiben wurden mit den üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden hinsichtlich Metallkontamination der Scheibenoberfläche und Minoritätsladungsträger-Lebensdauer sowie nanotopologische Eigenschaften charakterisiert. Es wurden keine statistisch relevanten Abweichungen zwischen den einzel nen Versuchsgruppen beobachtet.

Claims

1. Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht aus halbleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der epitaktischen Schicht eine maximale Dichte von 0,14 Streulichtzentren pro cm² mit einem Streuquerschnitt von größer oder gleich 0,12 µm aufweist und die Vorderseite der Halbleiterscheibe vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht eine Oberflächenrauhigkeit von 0,05 bis 0,29 nm RMS, gemessen durch AFM auf einer 1 µm mal 1 µm großen Referenzfläche besitzt.

2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer auf der Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht aus halbleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Prozeßschritte umfaßt:

a) als einzigen Polierschritt einen Abtragspolierschritt;
b) Reinigen und Trocknen der Halbleiterscheibe;
c) Vorbehandeln der Vorderseite der Halbleiterscheibe bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius in einem Epitaxiereaktor; und
d) Abscheiden der epitaktischen Schicht auf der Vorderseite der vorbehandelten Halbleiterscheibe.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtragspolieren die Vorder- und die Rückseite der Halbleiter scheibe gleichzeitig poliert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtragspolieren nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schritt (c) genannte Vorhandlung direkt vor der epitaktischen Abscheidung im Epitaxiereaktor durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in einem ersten Schritt der Vorbehandlung gemäß Schritt (c) in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius behandelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in einem zweiten Schritt der Vorbehandlung gemäß Schritt (c) bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius in einer Wasserstoffatmosphäre behandelt wird, der gasförmiges HCl beigemischt ist, wobei bei einer Ätzrate von 0.01 µm/min bis 0.1 µm/min von 0,01 bis 0,2 µm an Material von der Oberfläche der Halbleiterscheibe abgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die in Schritt (d) abgeschiedene epitaktische Schicht eine Dicke von 0,3 µm bis 10 µm besitzt und bei einer Temperatur von 600°C bis 1250°C abgeschieden wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die in Schritt (d) abgeschiedene epitaktische Schicht mit einem oxidierenden Gas hydrophiliert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die in Schritt (d) abgeschiedene epitaktische Schicht naßchemisch hydrophiliert wird.

11. Verwendung einer nach einem der Ansprüche 2 bis 10 herge stellten epitaxierten Halbleiterscheibe zur Herstellung von integrierten Halbleiter-Bauelementen.