DE3413082A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleitermaterialien - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleitermaterialienInfo
- Publication number
- DE3413082A1 DE3413082A1 DE19843413082 DE3413082A DE3413082A1 DE 3413082 A1 DE3413082 A1 DE 3413082A1 DE 19843413082 DE19843413082 DE 19843413082 DE 3413082 A DE3413082 A DE 3413082A DE 3413082 A1 DE3413082 A1 DE 3413082A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor material
- bell jar
- block
- single crystal
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 40
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 42
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 14
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 12
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002231 Czochralski process Methods 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Halbleitermaterialien und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials
mit einer geringen Anzahl von Mikrodefekten.
Als Verfahren zur Züchtung eines Silizium-Einkristalls, der das Grundmaterial für ein Halbleiter-Bauelement bildet, sind
das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) und das Zonenschmelz-Verfahren
(FZ-Verfahren) bekannt.
Die meisten Wafer zur Verwendung in Silizium-Bauelementen, wie z.B. in LSI-Bauelementen, werden gegenwärtig nach dem CZ-Verfahren
gezogen. Hierbei wird polykristallines Silizium in einem Quarztiegel geschmolzen. Ein Impfling wird in das geschmolzene
Silizium eingetaucht und unter Drehen relativ zum Tiegel nach oben weggezogen, um den Kristall aufwachsen zu
lassen.
Die mit dem CZ-Verfahren gezogenen Einkristallblöcke weisen
eine große Anzahl von Mikrodefekten oder deren Kerne auf. Der Wachstumszustand und die Anzahl der Mikrodefekte oder
der Kerne ist in verschiedenen Bereichen des Blockes unterschiedlich. Als Folge davon hat der Bulkteil der Wafer, die
durch Zersägen des nach dem CZ-Verfahren gezogenen Blocks hergestellt werden, eine schwankende Qualität. Diese Probleme
liegen im Wesen des CZ-Verfahrens begründet und sind unvermeidlich.
Die Kerne der Mikrodefekte gehen auf Fremdstoffe wie Kohlenstoff oder Schwermetalle (z.B. Gold, Eisen oder Kupfer) oder
auf SpannungskonzentrationsZentren zurück, die von Unterschieden in der Temperaturverteilung im Block hervorgerufen
werden. Sie werden während des Wachstums innerhalb des Blocks erzeugt. Nach dem CZ-Verfahren hergestellte Blöcke enthalten
18 3 Sauerstoff-Atome in einer Dichte von etwa 10 Atome/cm .
Dieser Wert geht über die Festloslichkeitsgrenze hinaus, die
bei 1.0000C bei 3 χ 10 Atome/cm liegt. Der Überschuß-Sauerstoff
über der Festloslichkeitsgrenze konzentriert sich in den Mikrodefekt-Kernen, wodurch die Mikrodefekte hervorgerufen
werden. Unter "Mikrodefekten" sind hier Kristallfehler in ! einer Größenordnung von einigen Mikrometern oder weniger zu
verstehen, die Sauerstoff-Präzipitate, Stapelfehler, kleine geschlossene Versetzungslinien usw. umfassen. Jeder Bereich
des Blockes hat unmittelbar nach dem Aufwachsen eine beträchtliche
Temperatur. Als Folge davon konzentriert sich der Sauerstoff an den Mikrodefekt-Kernen, wodurch während des Kristall-Wachstums
Präzipitate mit einer Ausdehnung zwischen 1 und 5 nm , hervorgerufen werden.
Die Anzahl der Mikrodefekte oder von deren Kernen ist auf der
Seite des Impflings (Oberseite) des Blocks größer als auf der entgegengesetzten Seite. Das ist auf die Sauerstoff- und
Fremdstoffkonzentrationen im Block zurückzuführen, die sich
aus dem Segregationsfaktor ergeben. Andererseits verändert sich die Anzahl der Mikrodefekte und der Kerne wegen der jeweiligen
thermischen Vorgeschichte des Blocks in einem Zug-Ofen
aufgrund der TemperaturSchwankungen an der Grenzfläche
zwischen der festen und der flüssigen Phase während des Hochziehens.
Diese Mikrodefekte verursachen Versetzungen. Die Mikrodefekte und die Versetzungen verschlechtern die elektrischen
Eigenschaften der Bauelemente und führen zur Verringerung der Produktionsausbeute. In den letzten Jahren haben der Integrationsgrad
und die Leistungsfähigkeit der Bauelemente beträchtlich zugenommen, und die Beherrschung der durch die
Mikrodefekte hervorgerufenen Kristallfehler ist heute eines
\ OUO Δ
der wesentlichen Probleme der Prozeßsteuerung. In einem Raumbild-Aufnahmeelement
führt beispielsweise das Vorhandensein von Kristalldefekten im Bild zu weißen Punkten und stellt den
Hauptgrund für die Verringerung der Ausbeute dar.
Hiermit liegt ein schwerwiegendes Problem bei der Fertigung von Halbleiter-Bauelementen darin, daß in dem nach dem CZ-Verfahren
gezogenen Block eine Vielzahl von Mikrodefekt-Kernen auftritt, und daß die Verteilung dieser Mikrodefekt-Kerne
stark streut.
Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist hiermit darin zu sehen, ein technologisches Verfahren zur Herstellung
von Halbleitermaterialien anzugeben, mit dem die den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile weitgehend vermieden werden.
Insbesondere soll mit diesem Verfahren die Anzahl der Mikrodefekt-Kerne in einem Halbleitermaterial reduziert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Halbleiter-Herstellungsverfahren anzugeben, das das Auftreten
von Rissen in den Kristallen eines Halbleitermaterials verhindert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiter-Herstellungsverfahren anzugeben, das eine
gleichmäßige Verteilung der Mikrodefekt-Kerne in einem Halbleitermaterial erlaubt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien anzugeben,
mit der die Mikrodefekt-Kerne verringert und gleichmäßig verteilt werden können.
-Ιοί Die genannten und weitere erfindungswesentliche Aufgabenstellungen
werden auch aus der Beschreibung bevorzugter Aus- ; führungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich.
Durch die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben wird die
Erzeugung von Mikrodefekt-Kernen (d.h. Kernen von Sauerstoff-
Präzipitaten) und von Rissen in einem Block aus einem HaIb-■
leitermaterial verhindert, indem der Block mit Strahlungswärme erhitzt, der erhitzte Block rasch aufeine vorgegebene Temperatur
abgekühlt und danach für eine bestimmte Zeit auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele deutlich, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erfolgt Jn den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm mit den herkömmlichen Schritten für
das Ausheilen eines Blocks;
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der
Verwerfung eines Wafers und der Mikrodefekt-Dichte; Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der
Verwerfung eines Wafers durch eine Zwangs-Wärmebehandlung und der Mikrodefekt-Dichte;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Verwerfung eines Wafers aufgrund einer weiteren
Zwangs-Wärmebehandlung und der Mikrodefekt-Dichte; Fig. 5 ein Flußdiagramm mit den Schritten für das Ausheilen
eines Blocks nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 ein schematisches Schnittbild einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleitermaterials; und
Fig. 7 eine grafische Darstellung des Temperaturverlaufs für
den Ausheil-Schritt und den Abkühl-Schritt nach der vorliegenden Erfindung.
1+ I O UO Z.
Die Erfinder führten folgende zwei Experimente bezüglich der Mikrodefekte durch:
Mit dem ersten Experiment wurde untersucht, wie sich die Mikrodefekt-Kerne
bei der herkömmlichen Block-Ausheilbehandlung verändern.
Diese Block-Ausheilbehandlung wird durchgeführt, um Widerstandsstreuungen
in der Wachstumsrichtung und im Block-Querschnitt, der einem Wafer entspricht, durch Eliminieren der
Sauerstoff-Donatoren im Block zu reduzieren. Die Sauerstoff-Donatoren
treten bei 4500C auf und verschwinden bei 6000C.
Deshalb wird die herkömmliche Block-Ausheilbehandlung in einem Temperaturbereich von 600 bis 6500C durchgeführt.
Die herkömmliche Block-Ausheilbehandlung ist in Fig. 1 gezeigt.
Der vom Impfling abgeschnittene Block wird auf ein Boot gelegt und anschließend in nicht-oxidierender Atmospäre
in einem Horizontal-Ofen für die Wärmebehandlung ausgeheilt.
Vergleichende Untersuchungen wurden bei Ausheiltemperaturen
von 6000C, 6500C und 7000C angestellt. Es ergab sich, daß
die Defekt-Dichte des Wafers bei der höheren Ausheiltemperatur größer ist. Weiterhin ergab sich, daß die herkömmliche
Block-Ausheilbehandlung die Erzeugung der Mikrodefekt-Kerne fördert.
Man fand weiterhin heraus, daß die herkömmliche Ausheilbehandlung nicht günstig ist, wenn der Block einen Durchmesser
von 125 mm oder mehr aufweist. Das rührt davon her, daß
der Block aufgrund seines großen Volumens hohe innere Spannungen aufweist und eine lange Ausheilzeit benötigt, wodurch
die Erzeugung der Kerne gefördert wird. Darüberhinaus
muß der ausgeheilte Block an Luft mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 80°C/min. rasch abgekühlt werden, um das Maß der
Widerstandsänderung zu verringern. Ein derartig rasches Abkühlen ist jedoch nicht durchzuführen, da im Block Risse hervorgerufen
werden.
Im zweiten Experiment wurde die Beziehung zwischen der Verwerfung des Wafers und der Mikrodefekt-Dichte untersucht.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Verwerfung eines Wafers mit 100 mm Durchmesser
1ό und der Mikrodefekt-Dichte. Auf derartigen Wafern werden mittels des 5 μΐη-Prozesses komplementäre MOSFETs ausgebildet.
Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Verwerfung des Wafers mit höherer Mikrodefekt-Dichte ansteigt.
Die Verwerfung des Wafers wurde nach Ausbildung der Source- und Drain-Bereiche des MOSFETs gemessen. Die Messungen der
Verwerfung wurden nach der Laserinterferenz-Methode durchgeführt.
Andererseits wurde die Mikrodefekt-Dichte unter Anwendung des herkömmlichen Verfahrens gemessen, bei dem die Mikrodefekt-Dichte
im Inneren des Wafers, d.h. im Bulk-Bereich des Wafers, untersucht wird. Die Wafer werden bei 1.0000C für 16 Stunden
oxidiert, auf eine Tiefe von 40 μΐη hochglanzpoliert und für
fünf Minuten mit Wright-Ätzflüssigkeit geätzt. Die Anzahl
der Defekte an vorgegebenen Positionen wird gezählt und in die Bulk-Dichte (Anzahl/cm ) umgerechnet.
Wenn die Verwerfung 70 um übersteigt, nimmt die Genauigkeit-· der
übertragung für die gewünschte Struktur von der Maske auf den Wafer beim fotolithografischen Schritt selbst für den 5 umProzeß
ab, so daß die Ausbeute an Bauelementen dementsprechend verringert wird.
Die Mikrodefekt-Dichte muß gleich oder kleiner als
9 -3
5 χ 10 cm sein. Selbst wenn die Mikrodefekt-Dichte im Bulk erhöht wird, um den intrinsischen Gettereffekt zu er-
5 χ 10 cm sein. Selbst wenn die Mikrodefekt-Dichte im Bulk erhöht wird, um den intrinsischen Gettereffekt zu er-
9 -3 zielen, verstärken Dichten über 5 x10 cm den gegenläufigen Effekt der Ausbeute-Verringerung, bis der Gettereffekt
verlorengeht.
Um die Integrationsdichte noch weiter zu steigern, ist es deshalb notwendig, die Verwerfung zu verringern.
Die Fig. 3 und 4 zeigen grafisch den Zusammenhang zwischen der Verwerfung der Wafer und der Mikrodefekt-Dichte. Auf den
verwendeten wafern sind keinerlei Bauelemente ausgebildet. Die Verwerfung der Wafer in diametraler Richtung sowie die
Mikrodefekt-Dichte wurden mit denselben Verfahren gemessen, die in Zusammenhang mit Fig. 2 dargestellt wurden.
In den entsprechenden Experimenten wird die Anfangs-Verwerfung der Wafer von der nach der jeweiligen Temperaturbehandlung
subtrahiert. Die Anfangs-Verwerfung tritt beim Zersägen des Blockes auf und beträgt maximal etwa 25 μΐη. Für die Verwerfungen
sind damit Werte angegeben, die ausschließlich auf die elastische Verformung während der Wärmebehandlung zurückgehen
.
In den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Beispielen werden die Wafer der ersten Gruppe einer Wärmebehandlung für zwei Stunden
bei 800 0C in einer trockenen O^-Atmosphäre und anschließend
für 16 Stunden bei 1.0000C in einer oxidierenden
Atmosphäre unterzogen. Die Wärmebehandlung bei 8000C erhöht
die Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von Mikrodefekt-Kernen. Die spätere Wärmebehandlung bei 1.0000C führt
zum Auftreten der Mikrodefekte und nimmt die Erzeugung der Mikrodefekte ähnlich dem tatsächlichen Prozeß der Bauelementbildung
vorweg. Die Wafer der zweiten Gruppe werden nur der
Wärmebehandlung bei 1.00O0C ausgesetzt. Die Wafer der dritten
Gruppe werden keiner Wärmebehandlung unterzogen, sondern die- ; nen zu Vergleichszwecken.
; Im in Fig. 3 gezeigten Beispiel werden die Wafer der ersten
und der zweiten Gruppe zur Ermittlung der jeweiligen Verwerfungen einer ersten Zwangswärmebehandlung unterzogen.
Die Wafer werden hierzu vertikal in einem Boot in Abständen von 5 mm angeordnet. Das Boot mit den Wafern wird in die Quarzröhre
des horizontalen Wärmebehandlungs-Ofens eingeführt. Diese Quarzröhre weist einen Innendurchmesser von 150 mm auf und
hat eine Innentemperatur von 1.0000C. Die Wafer werden für
20 Minuten in der Quarzröhre belassen und anschließend herausgezogen. Das Einbringen des Boots in und das Ausbringen aus
der Quarzröhre erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/min. durch eine Selbstladevorrichtung.
Im in Fig. 4 dargestellten Beispiel werden die Wafer der ersten und der zweiten Gruppe zur Ermittlung der Verwerfungen
einer ersten Zwangswärmebehandlung und anschließend einer zweiten Zwangswärmebehandlung unterzogen. Diese zweite
Zwangswärmebehandlung entspricht der ersten, außer daß die Geschwindigkeit des Boots 35 cm/min, beträgt. Die Spannungen
in den Wafern sind für die zweite Zwangswärmebehandlung höher.
Die unterbrochenen Kurven in den Fig. 3 und 4 geben die Ergebnisse
an, die man für die vom Block unter verschiedenen Wachstumsbedingungen als Proben abgenommenen Vergleichswafer
erhält.
Angesichts der Fig. 3 und 4 sind folgende Tatsachen festzustellen:
Die Verwerfungen sind proportional zur Mikrodefekt-Dichte. Aus dem Vergleich der Wafer der ersten und der zweiten
Gruppe und aus dem Vergleich der Fig. 3 und 4 ergibt sich,
I JUÖZ
daß mit mehr Wärmebehandlungen die Mikrodefekt-Dichte ansteigt und die Verwerfungen verstärkt auftreten. Die Wafer zeigen in
anderen Worten die Tendenz, sich aufgrund der in ihnen auftretenden
höheren thermischen Spannung zu krümmen. Diese Tendenz tritt, mehr oder weniger stark, in jedem Wafer auf.
Die Mikrodefekt-Dichte ändert sich mit der Temperatur der Wärmebehandlung
des Halbleitermaterials. Diese Änderung wird durch die Änderung der Sauerstoffkonzentration im Kristall hervorgerufen.
Die Mikrodefekte verursachen Versetzungen. Diese VerSetzungen nehmen mit der höheren Mikrodefekt-Dichte zu. Als
Folge davon wird die kritische Spannung herabgesetzt, bei der Sprünge oder Stufen in den Wafer-Oberflächen durch die Konzentration
mehrerer Versetzungen gebildet werden. Die Wafer mit einer höheren Mikrodefekt-Dichte neigen zu Sprüngen oder
Verwerfungen während der Wärmebehandlungen im Verlauf des LSI-Prozesses. Das verschlechtert die Übertragungsgenauigkeit
des Musters von den Masken auf die Wafer beim fotolithografischen Schritt. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die
Kernbildung und das Wachstum der Mikrodefekte sowie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Sprüngen unterschiedlich
ist, wenn sich die Sauerstoffkonzentration im Kristall ändert.
Die von der thermischen Spannung herrührenden Verwerfungen sind in hohem Maße von der Qualität des Einkristalls, insbesondere
von der Präzipitation des Sauerstoffs (d.h. der Mikrodefekt-Dichte) abhängig.
Um die die Verwerfungen hervorrufende thermische Spannung herabzusetzen, wird während der Wärmebehandlung des Bauelement-Prozesses
das Ramping-Verfahren durchgeführt. Wenn dieses
Ramping-Verfahren bei einer Temperatur von 800 bis 9000C
erfolgt, werden nach experimentellen Untersuchungen des Erfinders verstärkt Kerne von Sauerstoff-Präzipitaten erzeugt,
und das Wachstum der Mikrodefekte nimmt ζγ, so daß die Fe-
stigkeit des Kristalls herabgesetzt wird.
ι Es ist daher ein gleichmäßiger Kristall erforderlich/ so daß
selbst bei der Wärmebehandlung kein Sauerstoff präzipitiert und wenige Mikrodefekt-Kerne erzeugt werden.
5| Fig. 5 ist ein Flußdiagramm/ das die Stufen des Halbleiter- : Herstellungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
j Der mittels des CZ-Verfahrens gezogene einkristalline Siliziumblock
wird ohne Abtrennung seines Impflings in einen Ausheil-Ofen gegeben, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Die Behandlung
des Blocks erfolgt, wenn der gesamte Impfkristall-Bereich mit einem Spannfutter in hängender Position eingespannt ist. Der
Block wird in dem Ofen nach den in Fig. 7 dargestellten Temperaturprogrammen ausgeheilt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
der Vorrichtung zur Halbleiterherstellung nach der vorliegenden Erfindung.
Der Ofen zur Durchführung der Ausheil-Wärmebehandlung ist als Vertikal- oder Stand-Ofen ausgebildet, der eine transparente
Quarz-Glasglocke 1 enthält. Die Oberseite dieser Glasglocke 1 ist mittels einer Abdeckung 2 verschlossen. Ein Stand-Ofen
findet Verwendung, um zu verhindern, daß der Halbleiterblock mit der Vorrichtung in Berührung kommt.
Die Quarz-Glasglocke 1 wird über einen Gaseinlaß 3 mit einer nicht-oxidierenden Gasatmosphäre gefüllt, d.h. mit einem inerten
Gas wie Stickstoff oder Argon. Vor Einführung des Gases wird in der Glasglocke 1 mittels einer Vakuumpumpe 11
ein Hochvakuum erzeugt. Die Glasglocke 1 ist so ausgebildet, daß ihre Form ähnlich der eines Blockes 5 ist, um eine gleichmäßige
Verteilung des Gases zu gewährleisten.
ι ο υ υ δ.
Die Quarz-Glasglocke 1 wird mit dem aus einem Silizium-Einkristall
hergestellten Block 5 beladen. Der Block 5 ist über der Quarz-Glasglocke 1 mittels eines Spannfutters 7 so eingespannt,
daß er sich mit einer Geschwindigkeit von 0 bis 30 Umdrehungen/min, drehen kann. Ein Impfling 5a ist so belassen,
daß er über den Block 5 hinaussteht. Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform besteht somit darin, daß der
Impfling 5a nicht vom gezogenen Block abgeschnitten wird. Das Spannfutter 7 umspannt den Impfling 5a.
Der Haüptteil des Blocks, d.h. der Bereich, aus dem die Wafer
gebildet werden, wird nicht in Kontakt mit der Vorrichtung gebracht. Die auf der Innenwand der Glasglocke 1 vorhandenen
Verunreinigungen werden damit von dem Block ferngehalten. Weiterhin werden keine Mikrorisse auf der Blockoberfläche
durch die mechanische Beanspruchung aufgrund der Berührung gebildet. Auch eine Temperaturänderung des Blocks durch eine
Wärmeübertragung auf die Vorrichtung über in Kontakt stehende Bereiche erfolgt nicht. Die Außenseite des Blocks spielt
deshalb bei der Erzeugung von Mikrodefekten, Sprüngen und Verunreinigungen im Blockkörper keine Rolle. Mikrodefekte
können alleine durch Steuerung der Ausheiltemperatur gesteuert werden.
Das Spannfutter 7 ist mit einer Riemenscheibe 9, diese wiederum
mittels eines Riemens mit einem Motor 10 verbunden. Der
Block wird gedreht, um die Temperatur und ihre Änderung an den jeweiligen Bereichen des Blocks gleichmäßig zu halten.
In der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform wird als Ausheil-Wärmequelle
eine Strahlungs-Wärmequelle verwendet. Diese Strahlungs-Wärmequelle ist aus Infrarot-Strahlungslampen
aufgebaut. Diese Infrarot-Strahlungslampen 6 sind außerhalb der Quarz-Glasglocke 1 angeordnet. Im einzelnen sind die In-
frarot-Strahlungslampen 6 nicht nur in den in Fig. 6 gezeigten Bereichen, sondern mit identischen Abständen vollständig um die
Außenseite der Glasglocke 1 herum angeordnet. Die Infrarot-Strahlungslampen
6 sind mit reflektierenden Spiegeln 4 so hinterlegt, daß die von ihnen emittierte Infrarot-Strahlung vollständig
die Innenseite der Glasglocke 1 erreicht. Die Infrarot-Strahlungslampen
6 und die reflektierenden Spiegel 4 sind auf einer Trägerplatte 8 gehaltert. Die Infrarot-Strahlungslampen
6 sind mit einer Leistungszuführung 12 verbunden. In der Glasglocke
1 liegt zwischen dem Block 5 und den Infrarot-Strahlungslampen 6 ein Temperatursensor. Eine Steuereinheit 13 mit
einem Mikroprozessor steuert die Leistungszuführung 12 entsprechend der Information vom Temperatursensor. Durch diese
Steuerung der Leistungszuführung 12 kann der Block erhitzt und rasch auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt werden.
Die Leistungszuführung 12 weist einen Thyristor auf. Die Gesamt-Infrarot-Strahlung
kann gesteuert werden, indem die Leistungszuführung 12 ganz oder teilweise abgeschaltet oder indem
der von der Leistungszuführung 12 zugeführte Strom begrenzt wird.
Aufgrund der Strahlungs-Wärmebehandlung ist der Block ohne körperlichen
Kontakt zu beheizen. Als Folge davon treten weder die oben genannten Verunreinigungen noch mechanische Spannungen
oder Temperaturungleichgewichte auf, die anderenfalls durch Kontakt mit der Vorrichtung hervorgerufen werden können. Mit
diesem Verfahren ist die Temperatur des Blocks einfacher als mit anderen Verfahren, wie z.B. dem Widerstands-Heizverfahren,
zu steuern. Das resultiert teilweise daraus, daß die Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt,und teilweise daraus, daß die
abgegebene Wärme (der Infrarot-Strahlung)genau und unmittelbar
zu steuern ist.
Im folgenden wird das Ausheilen des Blocks aus dem Silizium-,Einkristall
beschrieben.
O4 NUUi.
Der Block 5, der, wie in Fig. 6 gezeigt, kontaktlos in der Quarz-Glasglocke 1 gehaltert ist, wird gedreht. Hierbei wird
der Block 5 beispielsweise auf 1.200 bis 1.35O0C erhitzt und
für 1 bis 16 Stunden in der von den Infrarot-Strahlungslampen
6 ausgehenden Infrarot-Strahlung gehalten. Eine höhere Heiζtemperatur ist angebracht, um den Ausheileffekt zu steigern.
Wird der Schmelzpunkt des Halbleitermaterial mit T bezeichnet, beträgt die Ausheiltemperatur vorzugsweise 0,85 T
bis 0,95 T. Im Falle von Silizium sollte die Ausheiltemperatür
höher als 1.2000C sein und im Idealfall bei 1.3000C + 500C
liegen. In Fig. 7 sind beispielhaft Fälle dargestellt, in denen der Block bei 1.2000C und bei 1.3500C ausgeheilt wird. Der
Block wird für 1 bis 8 . Stunden auf 1.2000C oder für 0,5
bis 3 Stunden auf 1.3500C erhitzt.
Die meisten Gründe für die Bildung von Mikrodefekt-Kernen im
Block werden durch diese Ausheilbehandlung eliminiert. Die während des Wachstums des Blocks gebildeten Präzipitate mit
einer Größe von 1 bis 5 nm werden beseitigt. Ebenso wird das Zentrum der Spannungskonzentration im Block aufgrund des Unterschiedes
in der Temperaturverteilung beseitigt. Als Folge davon entsteht im Block eine gleichmäßige Verteilung der
Fremdstoffe, wie z.B. des Kohlenstoffes oder der Schwermetalle, der auch nach der Ausheilbehandlung im Block noch vorhandenen
Mikrodefekt-Kerne und des Sauerstoffs.
Wird der Block auf 1.3000C etwa 16 Stunden ausgeheilt, kann
18 3 die Sauerstoffkonzentration im Block von 10 Atome/cm
durch Diffusion des Sauerstoffs zur Außenseite des Blocks
17 3
auf 8x10 Atome/cm reduziert werden.
auf 8x10 Atome/cm reduziert werden.
Nach den Ausheilbehandlungen auf diesen Temperaturen für die vorgegebenen Zeiten wird die Abgabe der Infrarot-Strahlungslampen
6 abgesenkt, um den Block rasch abzukühlen. Die Temperaturverläufe für dieses rasche Abkühlen sind in ,
Fig. 7 dargestellt.
Zuerst wird der Block von den Ausheiltemperaturen mit einer : Rate von 10 bis 15°C/min. auf etwa 1.1000C abgekühlt. Anschließend
erfolgt eine Abkühlung des Blocks von etwa 1.1000C auf etwa 3000C mit einer Rate von 25 bis 100°C/min..
Die Abfallgeschwindigkeit der Temperatur pro Minute kann, wie oben beschrieben, genau durch Steuerung der Infrarot-Gesamtstrahlung
gesteuert werden. Die hier angegebenen Temperaturen sind die Werte, die von dem Temperatursensor 14 wahrgenommen
werden, d.h. die Temperaturen in der Glasglocke 1. Die tatsächlichen Temperaturen des Blocks 5 sind aufgrund seiner
großen Wärmekapazität geringfügig höher. Die Temperatur des Blocks 5 ändert sich mit der Temperatur in der Glasglocke 1.
Bei Temperaturen über 1.0000C werden wenige Mikrodefekt-Kerne
erzeugt. Der Block wird langsam abgekühlt, um von der Abkühloperation herrührende Nebeneffekte, wie z.B. Risse, zu begrenzen.
Die Erzeugung der Mikrodefekt-Kerne wird bei Temperaturen unter 1.1000C gesteigert.Um diese Erzeugung zu unterdrücken,
wird der Block schnell abgekühlt. Bei rascher Abkühlung des Blocks von 1.1000C auf 6500C kann die erneute Erzeugung der
Mikrodefekt-Kerne unterdrückt werden. Sauerstoff-Donatoren werden im Temperaturbereich von 650 bis 3800C erzeugt. Um
diesen Prozeß zu unterdrücken, erfolgt auch in diesem Temperaturbereich eine schnelle Abkühlung des Blocks. Das ermöglicht
die Herstellung eines Blocks mit wenig Mikrodefekt-Kernen und Sauerstoff-Donatoren.
Der zeitlich begrenzte Halteschritt auf 3000C wird durchgeführt,
um das Reißen des Blocks 5 durch die thermische Spannung während des schnellen Abkühlens zu verhindern. Dieser
Schritt kann auf einer beliebigen Temperatur unter etwa 3800C
erfolgen. Im vorliegenden Beispiel wird der Block auf 3000C
gehalten, um die Unterdrückung der erneuten Erzeugung der Sauerstoff-Donatoren sicherzustellen.
O M- IOUUi.
Bei Temperaturen unter 3000C kann der Block nach einer vorgegebenen
Zeit weiter schnell abgekühlt werden. Die Kühlrate kann dabei von der in den zwei oben genannten Verfahrensschritten
abweichen, in denen eine rasche Abkühlung erfolgt.
Nach dem vorliegenden Beispiel kann der Silizium-Einkristall-Block
5 in kontaktlosem Zustand auf hohen Temperaturen ausgeheilt werden. Das macht es möglich, ohne eine Verunreinigung
befürchten zu müssen, die Mikrodefekt-Kerne (d.h. die Kerne der Sauerstoff-Präzipitate) zu schmelzen, die während des
Wachstums des Einkristalls und während der Wärmeentwicklung im Ofen erzeugt werden. Aufgrund des Strahlungs-Heizsystems
unter Verwendung der Infrarot-Strahlungslampen 6 ist es
darüberhinaus möglich, den Kristall schneller als mit einem Widerstands-Heizsystem abzukühlen. Als Folge davon kann die
Ansammlung von Überschuß-Sauerstoff während des Abkühlschrittes
unterdrückt werden, der die Mikrodefekt-Kerne erzeugt.
In den Wafern, die von dem Einkristall-Block 5 abgesägt und hochglanzpoliert werden, sammeln sich selbst nach dem LSI-Prozeß
kaum Sauerstoff-Präzipitate an. Das verringert die Erzeugung von kleinen Versetzungslinien und von Oxidations-Stapelfehlern
beträchtlich.
Während ein herkömmlicher Kristall Mikrodefekte in einer An-
7 8 3
zahl von 10 bis 10 Atome/cm aufweist, zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wafer Mikrodefekte in einer maximalen Anzahl von 10 Atome/cm . Hierbei ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich, wenn die Temperatur des LSI-Prozesses auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt wird und der Kristall unter härteren Bedingungen Verwendung findet.
zahl von 10 bis 10 Atome/cm aufweist, zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wafer Mikrodefekte in einer maximalen Anzahl von 10 Atome/cm . Hierbei ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich, wenn die Temperatur des LSI-Prozesses auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt wird und der Kristall unter härteren Bedingungen Verwendung findet.
Nach dem in Fig. 7 gezeigten Ausheilschritt kann der Block erneut bei 6000C ausgeheilt werden. Dieser zusätzliche Ausheilschritt
wird durchgeführt, um die Streuung der Widerstände
in den verschiedenen Bereichen des Blocks zu unterdrücken. Diese resultiert daraus, daß auch nach der Wärmebehandlung auf
einer Temperatur von 4000C bis 6000C noch einige Sauerstoff-Donatoren
erzeugt werden, obwohl die Sauerstoff-Donatoren großteils durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt werden.
Ein entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeheilter Block weist eine bemerkenswert geringe Anzahl an Mikrodefekt-Kernen
(d.h. Kerne der Sauerstoff-Präzipitate) auf, so daß Halblei-I ter-Bauelemente mit hervorragenden Charakteristika mit hoher
Ausbeute hergestellt werden können.
Die Rißbildung im Block kann dadurch verhindert werden, daß er nach dem Ausheilschritt schnell auf eine vorgegebene Temperatur
abgekühlt und eine bestimmte Zeit auf einer gegebenen Temperatur gehalten wird.
Die Erfindung ist nicht auf die im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise ohne Abweichen vom wesentlichen Erfindungsgedanken modifiziert
werden.
Beispielsweise kann die Abkühlrate des Blocks, insbesondere die in Fig. 7 dargestellte Rate von 100C bis 150C,verändert werden.
Diese Rate könnte auf 25 bis 1000C angehoben werden, ohne daß
die Wahrscheinlichkeit einer Rißbildung auftritt. Die Abkühlung des Blocks kann aber auch erheblich langsamer mit einer Rate
von 5 bis 100C erfolgen.
Die in Fig. 7 dargestellte Ausheilbehandlung kann nicht nur für den gesamten Block, sondern auch für die bereits gesägten Wafer
Anwendung finden. Hierbei können die Wafer jedoch nicht so gehalten werden, daß sie die Vorrichtung nicht berühren, so daß
diese Modifikation weniger vorteilhaft für die Unterdrückung
I J U Ö L
der Mikrodefekt-Erzeugung und der Verunreinigung als der Fall
ist, in dem der Block selbst ausgeheilt wird.
Darüberhinaus können Wasserstoff und Sauerstoff als Gasatmosphäre für die Ausheilbehandlung verwendet werden.
Zusätzlich zu den Infrarot-Strahlungslampen können Hochfrequenzspulen
oder Generatoren anderer elektromagnetischer Wellen als Infrarot-Strahlen als die Strahlungs-Wärmequellen
Verwendung f inden.
Der Endbereich des Blocks 5 auf Seite des Impflings 5a kann
mit einer Quarz-Montagevorrichtung eingespannt und gehalten werden. Dieses modifizierte Verfahren findet Anwendung, wenn
der Impfling 5a gebrochen und vom Block 5 getrennt ist. Dieses Verfahren ist jedoch weniger vorteilhaft für die Wafer-Ausheilbehandlung
als der Fall, in dem der Block 5 durch HaI-ten des Impflings 5a ausgeheilt wird.
Die bisherige Beschreibung war auf einen Fall gerichtet, in dem die vorliegende Erfindung für das Ausheilen eines Silizium-Einkristallblocks
Anwendung findet. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann auch für einen Halbleiter der III -. V ■
Gruppe/Wie z.B. Gallium-Arsen (Ga - As) oder Gallium-Phosphor (Ga-P), oder einen Halbleiter der II - V - Gruppe angewandt
werden. Die günstige Ausheiltemperatur beträgt in diesem Fall 0,85 Tk bis 0,95 Tk (wobei Tk den Schmelzpunkt angibt). Für
derartige Halbleitermaterialien sind die wesentlichen Prozeß-Parameter im folgenden in der Tabelle 1 zusammengefaßt, wobei
die Abkühlrate jeweils 10 bis 100°C/min. und die Ausheilzeit 0,5 bis 16 Stunden beträgt.
- 24 --.._- Tabelle
Material
| Ausheil temperatur [•c] |
Haltetemperatur nach Abkühlen fc] |
Schmelz punkt |
Ausheil atmosphäre |
| 950-1040 | 330 | 1240 | Arsen |
| 1100-1220 | 420 | 1450 | Phosphid |
| 500-580 | 120 | 712 | Antimon |
| 780-880 | 260 | 1062 | Phosphor |
| 700-780 | 210 | 942 | Arsen |
| 370-420 | 50 | 525 | H2/Argon |
- Leerseite -
Claims (1)
- I O UPATENTANWÄLTE; ; . : ~ ;*STREHL SCHÜBEL-HOPF " SCHULZWIDENMAYERSTRASSE 17. D HOOO MÜNCHEN 22HITACHI, LTD.
DEA-263796. April 1984Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien■:1.y Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer Glasglocke, einem an einem Teil der Glasglocke befestigten Spannfutter und einer um den äußeren Umfang der Glasglocke herum angeordneten Wärmequelle,gekennzeichnet durch folgende Schritte:(a) Aufnehmen des Halbleitermaterials in der Glasglocke durch Einspannen im Spannfutter, wobei das Halbleitermaterial ein Einkristallblock ist, der mit dem Spannfutter an einem Ende eingespannt und aufgehängt wird;(b) Erhitzen des Einkristallblocks mittels der Wärmequelle, wobei die Wärmequelle derart strahlt, daß der Einkristallblock durch die von ihr ausgehende Strahlungswärme erhitzt wird; und(c) Abkühlen des Einkristallblocks.2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach : Anspruch 1/dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallblock durch Steuerung der Strahlungswärmequelle im Verfahrensschritt (c) abgekühlt wird.3. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,1p daß das genannte Ende des Einkristallblocks auf der Seite eines Impfkristalls liegt.4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallblock mit einem Impfkristall verbunden ist und an diesem Impfkristall mit dem Spannfutter eingespannt wird.5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlungswärmequelle eine Vielzahl von Infrarot-Strahlungslampen verwendet wird.6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallblock beim Verfahrensschritt (c) durch Steuerung der durch die -Infrarot-Strahlungslampen fließenden elektrischen Ströme abgekühlt wird.7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasglocke mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre gefüllt wird.8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristallblock aus Silizium hergestellt wird.9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkristallblock mit einem Durchmesser von 125 mm oder größer verwendet wird.1o. Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleitermaterials ,gekennzeichnet durch folgende Schritte:(a) Erhitzen und Halten des Silizium-Halbleitermaterials auf einer Temperatur von 1.2000C oder höher;(b) Abkühlen des erhitzten Silizium-Halbleitermaterials auf eine Temperatur von 1.1000C;(c) rasches Abkühlen des abgekühlten Silizium-Halbleitermaterials von der Temperatur von 1.1000C auf eine vorgegebene Temperatur gleich oder niedriger als 3800C mit einer Abkühlrate von 25 bis 100°C/min ; und(d) Halten des rasch abgekühlten Silizium-Halbleitermaterials auf einer vorgegebenen Temperatur gleich oder niedriger als 3800C.11. Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleitermaterials nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlschritt (b) mit einer Abkühlrate von 10 bis 15°C/min durchgeführt wird.12. Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleitermaterials nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als das Silizium-Halbleitermaterial ein Einkristallblock verwendet wird.I O UO Z.13. Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleitermaterials nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß ein Block mit einem Durchmesser von 125 mm oder mehr verwendet wird.14. Wärmebehandlungs-Standofen zum Ausheilen eines Halbleitermaterials ,
gekennzeichnet durch(a) eine Glasglocke (1) für die Aufnahme des Halbleitermaterials (5), wobei die Glasglocke ein stehender Hohlzylinder mit einer Abdeckung (2) auf seiner Oberseite ist, die den Zylinder hermetisch verschließt;(b) ein Spannfutter (7) zur Halterung des Halbleitermaterials (5), wobei das Spannfutter (7) auf der Abdeckung (2) angebracht ist, um das Halbleitermaterial (5) innerhalb der Glasglocke (1) aufzuhängen; und(c) eine Strahlungswärmequelle (4, 6, 8), die um den Außenumfang der Glasglocke (1) herum angeordnet ist.15. Wärmebehandlungs-Standofen nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungswärmequelle (4, 6, 8) eine Vielzahl von Infrarot-Strahlungslampen (6) aufweist, und daß die Glasglocke (1) aus transparentem Quarz hergestellt ist.16. Wärmebehandlungs-Standofen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß die Infrarot-Strahlungslampen (6) um den Außenumfang der Glasglocke (1) herum und mit einem vorgegebenen Abstand von- $ einander angeordnet sind.17. Wärmebehandlungs-Standofen nach Anspruch 16/ dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Strahlungslampen (6) mit reflektierenden Spiegeln (4) so hinterlegt sind, daß der Großteil der von den Lampen emittierten Infrarot-Strahlung auf die Glasglocke (1) gerichtet ist.18. Wärmebehandlungs-Standofen nach einem der Ansprüche bis 17,dadurch gekennzeichnet, daß die Glasglocke (1) eine Form ähnlich der des in ihr aufgehängten Blocks aus Halbleitermaterial (5) aufweist.19. Wärmebehandlungs-Standofen nach einem der Ansprüche bis 18,dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (7) drehbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58060757A JPS59190300A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 半導体製造方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3413082A1 true DE3413082A1 (de) | 1984-10-11 |
Family
ID=13151461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843413082 Withdrawn DE3413082A1 (de) | 1983-04-08 | 1984-04-06 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleitermaterialien |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59190300A (de) |
| KR (1) | KR840008533A (de) |
| DE (1) | DE3413082A1 (de) |
| FR (2) | FR2543980A1 (de) |
| GB (1) | GB2137524A (de) |
| IT (1) | IT1175968B (de) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61219795A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-30 | Mitsubishi Metal Corp | 析出核の形成速度が速いシリコン単結晶ウエハおよびその製造法 |
| JPS61222999A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Dowa Mining Co Ltd | ３−ｖ族化合物半導体単結晶の電気的特性改良方法 |
| JPH0787187B2 (ja) * | 1987-08-13 | 1995-09-20 | 古河電気工業株式会社 | ＧａＡｓ化合物半導体基板の製造方法 |
| JPS6472999A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Nippon Mining Co | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
| JPS6472997A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Nippon Mining Co | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
| US5219632A (en) * | 1988-02-24 | 1993-06-15 | Haruhito Shimakura | Compound semiconductor single crystals and the method for making the crystals, and semiconductor devices employing the crystals |
| US5209811A (en) * | 1988-03-25 | 1993-05-11 | Shin-Etsu Handotai Company Limited Of Japan | Method for heat-treating gallium arsenide monocrystals |
| US5228927A (en) * | 1988-03-25 | 1993-07-20 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Method for heat-treating gallium arsenide monocrystals |
| JPH0653639B2 (ja) * | 1988-10-31 | 1994-07-20 | 株式会社ジャパンエナジー | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
| JPH02263792A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンの熱処理方法 |
| JPH0633236B2 (ja) * | 1989-09-04 | 1994-05-02 | 新日本製鐵株式会社 | シリコン単結晶の熱処理方法および装置ならびに製造装置 |
| JPH04215439A (ja) * | 1990-12-14 | 1992-08-06 | Nikko Kyodo Co Ltd | ＧａＡｓ単結晶基板の製造方法 |
| MY127594A (en) | 1997-04-09 | 2006-12-29 | Memc Electronic Materials | Low defect density, vacancy dominated silicon |
| DE69841714D1 (de) | 1997-04-09 | 2010-07-22 | Memc Electronic Materials | Silicium mit niedriger Fehlerdichte und idealem Sauerstoffniederschlag |
| EP1090166B1 (de) | 1998-06-26 | 2002-03-27 | MEMC Electronic Materials, Inc. | Verfahren zur herstellung fehlerfreier siliziumkristalle von willkürlichem grossen durchmesser |
| CN1313651C (zh) | 1998-10-14 | 2007-05-02 | Memc电子材料有限公司 | 基本无生长缺陷的外延硅片 |
| EP1125008B1 (de) | 1998-10-14 | 2003-06-18 | MEMC Electronic Materials, Inc. | Wärmegetempertes einkristallines silizium mit niedriger fehlerdichte |
| US6312516B2 (en) | 1998-10-14 | 2001-11-06 | Memc Electronic Materials, Inc. | Process for preparing defect free silicon crystals which allows for variability in process conditions |
| US6858307B2 (en) | 2000-11-03 | 2005-02-22 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for the production of low defect density silicon |
| US7105050B2 (en) | 2000-11-03 | 2006-09-12 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for the production of low defect density silicon |
| US6689209B2 (en) * | 2000-11-03 | 2004-02-10 | Memc Electronic Materials, Inc. | Process for preparing low defect density silicon using high growth rates |
| KR100805518B1 (ko) | 2001-01-26 | 2008-02-20 | 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 | 산화 유도된 적층 결함을 실질적으로 포함하지 않는베이컨시 지배 코어를 갖는 낮은 결함 밀도의 실리콘 |
| WO2004003265A1 (ja) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | Sumitomo Titanium Corporation | シリコン単結晶材料とその製造方法 |
| MY157902A (en) | 2006-05-19 | 2016-08-15 | Memc Electronic Materials | Controlling agglomerated point defect and oxygen cluster formation induced by the lateral surface of a silicon single crystal during cz growth |
| CN101660209B (zh) * | 2009-06-25 | 2012-05-30 | 南安市三晶阳光电力有限公司 | 一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置 |
| CN102094248B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-11 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种退火装置和方法 |
| JP6287462B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2018-03-07 | 三菱マテリアル株式会社 | プラズマ処理装置用電極板及びその製造方法 |
| US11739437B2 (en) * | 2018-12-27 | 2023-08-29 | Globalwafers Co., Ltd. | Resistivity stabilization measurement of fat neck slabs for high resistivity and ultra-high resistivity single crystal silicon ingot growth |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2436490A1 (de) * | 1974-07-29 | 1976-02-12 | Licentia Gmbh | Verfahren zum homogenen dotieren eines halbleiterkoerpers aus silizium mit phosphor |
| DE3136105A1 (de) * | 1980-09-12 | 1982-04-29 | Ushio Denki K.K., Tokyo | "verfahren und vorrichtung zum tempern von halbleitern" |
| GB2116871A (en) * | 1982-03-16 | 1983-10-05 | Vnii Monokristallov | Apparatus for growing single crystals from a melt using the Czochralski method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1719021B1 (de) * | 1963-07-13 | 1969-09-11 | Siemens Ag | Verfahren zum Verkleinern des Querschnittes eines lotrecht angeordneten Stabes aus Halbleitermaterial |
| CH458566A (de) * | 1967-08-14 | 1968-06-30 | Balzers Patent Beteilig Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Zonenschmelzen im Vakuum mit Elektronenstrahlbeschuss |
| GB1186127A (en) * | 1968-01-05 | 1970-04-02 | Dow Corning | Method and Apparatus for Doping Semiconductors. |
| DE1769405B2 (de) * | 1968-05-18 | 1972-08-03 | Battelle-Entwicklungs-Gesellschaft mbH, 6000 Frankfurt | Verfahren zur herstellung von einkristallen aus schmelzbaren stoffen |
| JPS5029405B1 (de) * | 1971-02-06 | 1975-09-23 | ||
| US3737282A (en) * | 1971-10-01 | 1973-06-05 | Ibm | Method for reducing crystallographic defects in semiconductor structures |
| GB2080780B (en) * | 1980-07-18 | 1983-06-29 | Secr Defence | Heat treatment of silicon slices |
-
1983
- 1983-04-08 JP JP58060757A patent/JPS59190300A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-07 FR FR8401838A patent/FR2543980A1/fr not_active Withdrawn
- 1984-02-16 GB GB08404092A patent/GB2137524A/en not_active Withdrawn
- 1984-04-02 KR KR1019840001721A patent/KR840008533A/ko not_active IP Right Cessation
- 1984-04-05 IT IT20408/84A patent/IT1175968B/it active
- 1984-04-06 DE DE19843413082 patent/DE3413082A1/de not_active Withdrawn
- 1984-05-30 FR FR8408514A patent/FR2543981A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2436490A1 (de) * | 1974-07-29 | 1976-02-12 | Licentia Gmbh | Verfahren zum homogenen dotieren eines halbleiterkoerpers aus silizium mit phosphor |
| DE3136105A1 (de) * | 1980-09-12 | 1982-04-29 | Ushio Denki K.K., Tokyo | "verfahren und vorrichtung zum tempern von halbleitern" |
| GB2116871A (en) * | 1982-03-16 | 1983-10-05 | Vnii Monokristallov | Apparatus for growing single crystals from a melt using the Czochralski method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP-Z: Patents Abstracts of Japan c-128, Oct.6, 1982, 6, No.197-57-106596 * |
| US-Z: Electronics, Nov.3, 1982, S.46-47 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1175968B (it) | 1987-08-12 |
| FR2543981A1 (fr) | 1984-10-12 |
| JPH0453840B2 (de) | 1992-08-27 |
| FR2543980A1 (fr) | 1984-10-12 |
| GB8404092D0 (en) | 1984-03-21 |
| KR840008533A (ko) | 1984-12-15 |
| JPS59190300A (ja) | 1984-10-29 |
| IT8420408A0 (it) | 1984-04-05 |
| GB2137524A (en) | 1984-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3413082A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleitermaterialien | |
| DE19609107B4 (de) | Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern | |
| EP0328048B1 (de) | Herstellung von Halbleiterscheiben mit verbesserter Kontrolle der Innenstörstellen | |
| DE69817365T2 (de) | Sauerstoffausdiffusionsloses sauerstoff-ausfällungsverfahren in siliziumwafer | |
| DE69915729T2 (de) | Stickstoffdotierte einkristalline Siliziumscheibe mit geringen Fehlstellen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| EP0829559B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium mit geringer Defektdichte | |
| DE102008046617B4 (de) | Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren für deren Herstellung | |
| DE10055648B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers mit gesteuerter Störstellenverteilung und damit hergestellter Siliziumwafer | |
| DE10047345B4 (de) | Wärmebehandlungsverfahren eines Siliciumwafers und behandelter Siliciumwafer | |
| DE69928434T2 (de) | Wärmebehandelte siliziumplättchen mit verbesserter eigengetterung | |
| DE10205084B4 (de) | Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe sowie dadurch hergestellte Siliciumscheibe | |
| DE69904675T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Stickstoff- dotierten Siliciumeinkristalles mit geringer Defektdichte | |
| DE112016000465B4 (de) | Verfahren zur Fertigung von Silicium-Wafern | |
| DE20118092U1 (de) | Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumeinkristallen hoher Qualität | |
| DE112014006165B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers | |
| DE69703028T2 (de) | Siliziumeinkristall ohne Kristalldefekte im peripheren Waferteil | |
| DE2619965A1 (de) | Verfahren zur einstellung des sauerstoffgehalts in siliciumkristallen | |
| DE102015224983A1 (de) | Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE102005039116B4 (de) | Verfahren zur Erzeugung eines Siliziumwafers | |
| DE4442239A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Einkristallen | |
| DE112018002163B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer | |
| DE10143231A1 (de) | Einkristalliner Siliziumwafer, Rohling und Herstellungsverfahren derselben | |
| DE60019780T2 (de) | Verfahren zur herstellung von czochralski-silizium ohne agglomerierte eigenzwischengitteratom-defekte | |
| DE10052411A1 (de) | Siliciumwafer und Wärmebehandlungsverfahren desselben und der wärmebehandelte Siliciumwafer | |
| DE19924649B4 (de) | Halbleiterscheiben mit Kristallgitter-Defekten und Verfahren zur Herstellung derselben |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |