DE3910185A1 - Siliziumplaettchen mit hervorragendem gettervermoegen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Siliziumplaettchen mit hervorragendem gettervermoegen und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Siliziumplättchen mit
hervorragendem Gettervermögen und auf ein Verfahren zu
dessen Herstellung. Sie bezieht sich insbesondere auf
ein Siliziumplättchen mit hervorragendem Gettervermögen
für Elektronik-Einheiten, wie integrierte Schaltkreise,
und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Wenn bei der Herstellung integrierter Schalteinheiten
auf Siliziumplättchen Mängel, verunreinigende Substanzen
oder Verunreinigungen in dem Oberflächenteil des Siliziumplättchens,
worauf diese Einheiten gebildet werden,
vorhanden sind, oder wenn diese in diesen Oberflächenteil
eingebracht werden, rufen sie das Phänomen eines
übermäßigen Stromverlustes hervor und beeinflussen die
Ausbeute annehmbarer Einheiten von der Fertigungslinie
ernsthaft. Diese schädlichen Mängel, verunreinigende
Substanzen und Verunreinigungen können in einem
bestimmten Maß von den diese Einheit bildenden Bereichen
auf unschädliche Bereiche im Trägermaterial verschoben
werden. Diese Tatsache wurde im technischen Bereich
erkannt. Im technischen Bereich der Elektronikindustrie
werden diese Verfahren und das Verfahren zur Dispersion
und zum Einschluß dieser Mängel, verunreinigender Substanzen
und Verunreinigungen, die in den aktiven Bereichen
dieser Einheit vor und während der Herstellung der
Einheit auftreten, als "Getterung" bezeichnet.
Das Verfahren, das Silangas in Gegenwart des Siliziumplättchens
einer thermischen Zersetzung unterzieht,
wodurch auf der Rückseite des Siliziumplättchens ein
Dampfphasen-Wachstum einer polykristallinen Siliziumschicht
hervorgerufen wird, um dem Siliziumplättchen das
Gettervermögen zu verleihen, ist in der Technik bekannt
[offengelegte japanische Patentanmeldung SHO
58(1983)-1 38 035, SHO 59(1984)-1 86 331 und SHO
52(1977)-1 20 777].
Übrigens wird die Getterung mit der polykristallinen
Siliziumschicht durch die Tatsache erfüllt, daß die in
dem Siliziumkristallplättchen vorhandenen Verunreinigungen
in den Korngrenzflächen des polykristallinen
Siliziums eingeschlossen werden. Zur Erhöhung des
Gettervermögens ist es erforderlich, daß die Polysiliziumschicht
in engem Kontakt mit dem Substrat aus Einkristallsilizium
gebildet wird, und darüber hinaus
sollte die Polysiliziumschicht eine große Korngrenzoberfläche
aufweisen. Damit die Korngrenzfläche reichlich
groß ist, ist es erforderlich, daß die einzelnen
Kristallkörner klein und einheitlich sind.
Bei dem in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
Nr. SHO 52(1977)-1 20 777 beschriebenen Siliziumplättchen
wird im Beispiel 1 erläutert, daß, wenn eine Seitenhälfte
des Oxidfilms mit 2700 Å (270 nm) Dicke, der auf der
Rückseite des Siliziumplättchens ausgebildet ist, weggeätzt
wurde, auf der Rückseite des Siliziumplättchens ein
1,6 µm dicker Polysiliziumfilm überlagert wurde, und das
so behandelte Siliziumplättchen in bezug auf Effektivität
des Getterverfahrens durch Verringerung der Stromverluste
der MOS-Kondensatoren ausgewertet wurde, der
Stromverlust auf der Seite mit dem weggeätzten Oxidfilm
etwa um zwei Größenordnungen verringert wurde. Beispiel
1 beinhaltet deutlich, daß die Abwesenheit des Oxidfilms
zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Polysiliziumfilm
eine wesentliche Forderung ist, um die Getterwirksamkeit
zu verleihen.
Dieses Beispiel wurde wie folgt wiederholt. Eine Probe
eines Siliziumplättchens wurde in 1%ige Fluorwasserstoffsäure
getaucht, um den Oxidfilm auf der Oberfläche
des Siliziumplättchens wegzuätzen und die darunterliegenden
Oberflächen des Einkristallsiliziums freizulegen.
Um zu verhindern, daß auf der Oberfläche des Plättchens
ein Oxidfilm wächst, wurde es in einen Niederdruckofen
zur chemischen Aufdampfung (LPCVD) gegeben, der bei
Raumtemperatur mit Stickstoffgas gespült wurde, das mit
einer Strömungsmenge von 20 l/min hindurchgeleitet
wurde. Danach wurde das Ofeninnere, das das Plättchen
beinhaltet, auf 40 Pa evakuiert und von Raumtemperatur
auf 650°C erwärmt, wobei die Stickstoffgasströmung beibehalten
wurde, die mit einer Menge von 0,5 l/min zugeführt
wurde. Wenn die Temperatur 650°C erreichte, wurde
dem Ofen Silangas in einer Menge von 0,35 l/min zugeführt,
das von der Stickstoffgasströmung getragen wurde,
die mit einer Menge von 0,5 l/min 120 min lang zugeführt
wurde, um auf der Oberfläche des Siliziumplättchens
einen Polysiliziumfilm aufzutragen. Nach der Auftragsbehandlung
wurde die Oberfläche des Siliziumplättchens
unter einem optischen Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop
geprüft. Diese Prüfung offenbarte, daß
absolut kein oder nur ein teilweises Wachstum des Polysiliziumfilms
auf der Oberfläche des Siliziumplättchens
auftrat. Bei einer gründlicheren Prüfung der Oberfläche,
die das teilweise Wachstum des Polysiliziumfilms aufwies,
wurde gefunden, daß Partikel, die innerhalb des
evakuierten Ofens erzeugt wurden, am geätzten Teil
hafteten oder auf dem Teil, an dem Teilchen in der Flüssigkeit
hafteten, wenn der Oxidfilm mit Fluorwasserstoffsäure
weggeätzt wurde, ein Polysiliziumfilm gewachsen
war. Diese Beobachtung kann durch das Postulat
logisch erklärt werden, das auf der Oberfläche des
Siliziumplättchens, von der der Oxidfilm weggeätzt
wurde, um die darunterliegende Oberfläche des Einkristallsiliziums
freizulegen, kein Wachstum des Polysiliziumfilms
gestattet ist, da die CVD-Reaktion
epitaktischer Natur ist, während nur in dem Teil, der
mit Partikeln bedeckt ist, der Polysiliziumfilm in Form
einer Insel wächst.
Durch dieses in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
SHO 58(1983)-1 38 035 beschriebene Verfahren wird
kein ausreichendes Gettervermögen erhalten, da die Polysiliziumschicht
direkt auf der Oberfläche des Substrats
des Einkristallsiliziums gebildet wird.
Durch das Verfahren der offengelegten japanischen
Patentanmeldung SHO 59(1984)-1 86 331 wird die auf der
Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums gebildete
Polysiliziumschicht mit Sauerstoff dotiert.
Dieses Dotieren mit Sauerstoff verschlechtert jedoch
eher das Gettervermögen, das durch die Polysiliziumschicht
hervorgerufen werden soll.
Es ist folglich Aufgabe dieser Erfindung, ein Siliziumplättchen,
das ein hervorragendes Gettervermögen aufweist,
und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Siliziumplättchen gelöst,
das ein Substrat aus einem Einkristallsilizium, einen
auf eine Oberfläche des Substrats in einer Dicke im
Bereich von 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm) gebildeten
Siliziumoxidfilm und eine auf dem Siliziumoxidfilm ausgebildete
Polysiliziumschicht umfaßt, das ein hervorragendes
Gettervermögen aufweist.
Die obengenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur
Herstellung eines Siliziumplättchens mit hervorragendem
Gettervermögen gelöst, wobei dieses Verfahren umfaßt:
Aussetzen der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums gegenüber einem Gas, das molekularen Sauerstoff enthält, wodurch auf der Oberfläche ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm) gebildet wird, und Aussetzen dieses Siliziumoxidfilmes gegenüber gasförmigem Silan bei erhöhter Temperatur, wodurch auf dem Siliziumoxidfilm eine Polysiliziumschicht gebildet wird.
Aussetzen der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums gegenüber einem Gas, das molekularen Sauerstoff enthält, wodurch auf der Oberfläche ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm) gebildet wird, und Aussetzen dieses Siliziumoxidfilmes gegenüber gasförmigem Silan bei erhöhter Temperatur, wodurch auf dem Siliziumoxidfilm eine Polysiliziumschicht gebildet wird.
Da bei diesem Verfahren die Polysiliziumschicht durch
das Medium des Siliziumoxidfilms, der eine bestimmte
Dicke aufweist, auf dem Substrat des Einkristallsilizium
gebildet wird, zeichnet sich die Polysiliziumschicht
durch Haftvermögen und Homogenität aus, und die
einzelnen Kristallkörner der Polysiliziumschicht weisen
eine geringe und einheitliche Größe auf. Verglichen mit
dem herkömmlichen Siliziumplättchen, das nur aus der
Polysiliziumschicht gebildet wird, zeigt das erfindungsgemäße
Siliziumplättchen ein stark erwünschtes Gettervermögen,
da die Korngrenzfläche groß ist. Dieses Siliziumplättchen
kann folglich als Material verwendet werden,
das die Herstellung sehr dichter IC-Einheiten
mit hoher Ausbeute gestattet.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte
Siliziumplättchen mit hervorragendem Gettervermögen umfaßt
ein Substrat aus Einkristallsilizium, einen auf
einer Oberfläche des Substrats gebildeten Siliziumoxidfilm
mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 8 Å (0,1 bis
0,8 nm) und eine auf dem Siliziumoxidfilm gebildete
Polysiliziumschicht.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Substrat
des Einkristallsiliziums wird hergestellt, indem die
Oberfläche des Substrats von Einkristallsilizium feingeschliffen
wird und diese feingeschliffene Oberfläche
anschließend einer chemischen Ätzbehandlung unterzogen
wird, wodurch eine Oberflächenschicht von nicht mehr als
einigen Zehnteln µm Dicke entfernt wird und eine geschliffene
Oberfläche hervorgerufen wird. Dieses Substrat
weist eine Dicke im Bereich von 200 bis 2000 µm,
vorzugsweise 300 bis 1000 µm, auf.
Der auf der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums
gebildete Siliziumoxidfilm weist eine Dicke im
Bereich von 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm), vorzugsweise
1 bis 5 Å (0,1 bis 0,5 nm), auf. Solange der auf der
Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums gebildete
Siliziumoxidfilm eine Dicke von mindestens 1 Å
(0,1 nm) aufweist, wird die Polysiliziumschicht, die auf
dem Siliziumoxidfilm aufgebracht werden soll, über die
gesamte Oberfläche des Substrats einheitlich und mit
hohem Haftvermögen gebildet. Wenn die Dicke des Siliziumoxidfilms
weniger als 1 Å (0,1 nm) beträgt, wird die
Polysiliziumschicht uneinheitlich mit schlechtem Haftvermögen
gebildet, und die Polysiliziumkörner sind übermäßig
groß. Wenn umgekehrt die Dicke des Siliziumoxidfilms
8 Å (0,8 nm) übersteigt, wird das Gettervermögen
verschlechtert, da der Siliziumoxidfilm durch die Wanderung
von Verunreinigungen aus dem Substrat des Einkristallsiliziums
in die Polysiliziumschicht gestört
wird. Folglich ist es erwünscht, daß die Dicke des
Siliziumoxidfilms im Bereich von 1 bis 8 Å (0,1 bis
0,8 nm) liegt.
Damit der Siliziumoxidfilm wirksam auf der Substratoberfläche
des Einkristallsiliziums gebildet wird, wird das
Substrat des Einkristallsiliziums mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure
behandelt, um Oxide und verfärbende
bzw. verschmutzende Substanzen zu entfernen, die an
dessen Oberfläche haften, danach wird mit entionisiertem
Wasser gespült und weiterhin getrocknet. Danach wird das
Substrat des Einkristallsiliziums in einer Atmosphäre
eines Gases, das molekularen Sauerstoff enthält, oder in
einer Dampfatmosphäre erwärmt, um den Siliziumoxidfilm
darauf zu bilden. Das für diesen Zweck verwendbare Gas,
das molekularen Sauerstoff enthält, umfaßt z. B. reines
Sauerstoffgas, eine Mischung von Sauerstoffgas mit einem
Inertgas, Luft und mit Sauerstoff angereicherte Luft.
Die Bildung des Siliziumoxidfilms kann andererseits erreicht
werden, indem das Substrat des Einkristallsiliziums
in Sauerstoffplasma belassen wird. Alternativ kann
sie durch Tauchen eines Monosiliziumsubstrats in ein
oxidierendes chemisches Mittel erreicht werden, oder
indem das Substrat einer anodischen Oxidation unterzogen
wird. Die wirksam für diesen Zweck verwendbaren oxidierenden
chemischen Mittel umfassen z. B. Salpetersäure,
Dichromate oder Salze davon, Permanganate oder Salze
davon, Perchlorite oder Salze davon und eine wäßrige
Wasserstoffperoxidlösung. Die Dicke des Siliziumoxidfilms
hängt von den Oxidationsbedingungen ab. Wenn der
Siliziumoxidfilm z. B. durch Erwärmen des Substrats des
Einkristallsiliziums in Luft bei einem Druck von einer
Atmosphäre (9,81 × 10⁴ Pa) gebildet wird, weisen die
Wachstumsgeschwindigkeit des Oxidfilms und die Temperatur
des Substrats des Einkristallsiliziums den folgenden
Zusammenhang auf:
Um die Bildung des Oxidfilms in Luft durchzuführen, wird
folglich das Substrat während eines Zeitraums im Bereich
von 2 bis 100 min, vorzugsweise 2 bis 50 min bei einer
Temperatur im Bereich von 300 bis 700°C, vorzugsweise
300 bis 500°C erwärmt.
Die hier betrachtete Dicke des Siliziumoxidfilms stellt
eine Größenordnung dar, die mit einem Ellipsometer gemessen
wird. Diese Messung wird unmittelbar nach der
Behandlung des Substats des Einkristallsiliziums zur
Oxidation, und zwar vor der Bildung der Polysiliziumschicht,
durchgeführt. In diesem Fall wird der Nullpunkt,
der wie nachfolgend festgelegt wird, von der Skala subtrahiert,
die auf dem Ellipsometer abgelesen wird. Das
Substrat des Einkristallsiliziums wird in eine wäßrige
1%ige Fluorwasserstoffsäurelösung getaucht, um den natürlichen
Oxidfilm von der Oberfläche zu entfernen,
danach in entionisiertem Wasser gespült, der Schleudertrocknung
unterzogen und unmittelbar danach der Messung
mit dem Ellipsometer unterzogen. Der durch diese Messung
erhaltene Zahlenwert wird als Nullpunkt genommen. Es
wird angenommen, daß der Oxidfilm einen Brechungsindex
von 1,460 aufweist.
Auf dem Siliziumoxidfilm wird eine Polysiliziumschicht
gebildet. Die Dicke der Polysiliziumschicht liegt im
Bereich von 1000 Å (100 nm) bis 5 µm, vorzugsweise von
5000 Å (500 nm) bis 1,5 µm. Die Kristallkörner dieser
Schicht weisen einen Durchmesser auf, der 2 µm nicht
übersteigt und vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis
0,5 µm liegt.
Die Bildung der Polysiliziumschicht auf dem Siliziumoxidfilm
wird durchgeführt, indem das Substrat des Einkristallsiliziums
in einer Atmosphäre aus gasförmigem
Silan, verdünnt mit Stickstoffgas oder Argongas, z. B.
bei einer Temperatur im Bereich von 570 bis 800°C,
vorzugsweise 580°C bis 700°C während eines Zeitraums
im Bereich von 0,1 bis 7 h, vorzugsweise 0,3 bis 2 h,
unter Vakuum oder bei atmosphärischem Druck erwärmt
wird. Die Behandlung dieser Art kann durch das CVD-Verfahren
bei geringem Druck durchgeführt werden. Die in
dieser Erfindung verwendbaren Silane umfassen z. B.
Monosilan (SiH₄), Dichlorsilan (SiH₂Cl₂) und Monochlorsilan
(SiH₃Cl).
In dem nach der vorliegenden Erfindung hergestellten
Siliziumplättchen wird die Polysiliziumschicht mit einheitlicher
Dicke und hervorragendem Haftvermögen gebildet,
da der eine spezifische Dicke aufweisende Siliziumoxidfilm
auf der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums
gebildet wird. Der Siliziumoxidfilm
zeigt zahllose Kerne, die für das Wachstum der polykristallinen
Siliziumschicht erforderlich sind. Da ohne
den Siliziumoxidfilm die Polysiliziumschicht mit verunreinigenden
Partikeln als Kerne in Form von Inseln
wächst, mangelt es der Wachstumsgeschwindigkeit im allgemeinen
an Deutlichkeit, das Wachstum in Form von
Inseln verläuft bei einer Geschwindigkeit von einigen
Zehnteln Å/min und im üblichen bei im wesentlichen vernachlässigbarer
(nicht meßbarer) Geschwindigkeit. In
Gegenwart des Siliziumoxidfilms wächst die Polysiliziumschicht
bei einer hohen Geschwindigkeit von 150 Å/min
(15 nm/min). Bei der in Form von Inseln wachsenden Polysiliziumschicht,
da der Siliziumoxidfilm fehlt, liegt
die kristalline Korngröße im Bereich von 3 bis 10 µm.
Bei der Polysiliziumschicht des erfindungsgemäßen Siliziumplättchens
sind die Kristallkörner einheitlich und
so klein, daß sie ungefähr im Bereich von 0,1 bis 0,4 µm
liegen (durch TEM-Querschnittsbeobachtung bestimmt).
Selbst wenn auf der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums
eine leichte Verunreinigung vorhanden
ist, ist diese Markierung dieser Verunreinigung nach
der Bildung der Polysiliziumschicht nicht länger sichtbar,
da der Oxidfilm zahllose Kerne zum Wachstum der
Polykristalle liefert.
Wenn das erfindungsgemäße Siliziumplättchen z. B. zur
Herstellung einer IC-Einheit verwendet wird, bewirkt die
Wärmebehandlung, die am Beginn des Verfahrens bei einer
Temperatur oberhalb 900°C durchgeführt wird, daß der
Siliziumoxidfilm agglomeriert und in viele Oxidpartikel
umgewandelt wird und evtl. aufhört zu existieren, und
gestattet, daß das Substrat des Einkristallsiliziums und
die Polysiliziumschicht in direkten Kontakt miteinander
kommen.
In der vorliegenden Erfindung wird das Gettervermögen
wie folgt bestimmt.
Das Siliziumplättchen wird hergestellt, indem der
Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des Substrats des
Einkristallsiliziums gebildet wird, auf diesem Film eine
Polysiliziumschicht überlagert wird und die verbleibende
Oberfläche des Substrats zu einer spiegelnden Oberfläche
poliert wird. MOS-Kondensatoren werden hergestellt,
indem die spiegelnde Oberfläche reinem Sauerstoffgas
ausgesetzt wird, das auf 1000°C erwärmt wurde, wodurch
auf der spiegelnden Oberfläche ein Oxidfilm von etwa
300 Å (30 nm) Dicke gebildet wird und danach durch
Vakuumbeschichtung auf dem Oxidfilm scheibenförmige
Aluminiumelektroden mit 1 mm Durchmesser und 5000 Å
(500 nm) Dicke gebildet werden. Danach wird die Bildungslebensdauer
(generation life time) des Minoritätsladungsträgers
der MOS-Kondensatoren geprüft. Das
Gettervermögen des Siliziumplättchens wird auf dem
Maßstab dieser Bildungslebensdauer ausgewertet. Zur
Information über die Messung der Bildungslebensdauer des
Minoritätsladungsträger wird auf "MOS Physics and
Technology" (Johon Wiley & Sons) von E. H. Nicollian und
J. R. Brewws beschrieben, Bezug genommen. Die Bildungslebensdauer
des Minoritätsladungsträgers wird verringert,
wenn das Siliziumsubstrat mit metallischer Verunreinigung
verunreinigt ist. Die Bildungslebensdauer wird
verbessert und verlängert, wenn diese metallische Verunreinigung
der Getterung unterzogen wurde. Da MOS-Kondensatoren
im allgemeinen beim Herstellungsverfahren einer
Oxidationsbehandlung unterzogen werden, kann die Stelle
dieser Behandlung nicht vollständig vor spontaner Verunreinigung
mit einer knappen Spurenmenge einer metallischen
Verunreinigung aus der Umgebungsluft bewahrt werden.
Wenn eine Vielzahl von Siliziumsubstraten mit unterschiedlichem
Gettervermögen gleichzeitig behandelt
werden, zeigen sie folglich proportionale Unterschiede
der Bildungslebensdauer des Minoritätsladungsträgers und
gestatten einen relativen Vergleich ihres Gettervermögens.
Ein Substrat von Einkristallsilizium mit 600 µm Dicke
wurde in eine wäßrige 1%ige Fluorwasserstoffsäurelösung
getaucht, um den an der Oberfläche haftenden
natürlichen Oxidfilm zu entfernen, danach in entionisiertem
Wasser gespült und mit einem Schleudertrockner
getrocknet. Unmittelbar am Ende der Trocknungsbehandlung
wurde das Einkristallsilizium-Substrat in einen Elektroofen
gegeben, der mit Luft von 400°C gefüllt war, und
während unterschiedlicher Zeiträume von 7, 22, 36 oder
43 min stehengelassen, um darauf einen Siliziumoxidfilm
mit unterschiedlicher Dicke von 1 Å (0,1 nm), 3 Å
(0,3 nm), 5 Å (0,5 nm) oder 6 Å (0,6 nm) zu bilden.
Danach wurde das Substrat mit dem LPCVD-Verfahren behandelt,
wobei die thermische Zerstreuung von Silan(SiH₄)-Gas
angewendet wurde, das von Stickstoffgas mit 650°C
getragen wurde, um auf dem Siliziumoxidfilm eine Polysiliziumschicht
von etwa 1 µm Dicke zu bilden.
Das folglich erhaltene Plättchen hatte auf jeder Oberfläche
eine polykristalline Siliziumschicht und einen
Siliziumoxidfilm. Eine Oberfläche dieses Plättchens
wurde abgerieben, um die polykristalline Siliziumschicht
und den darunterliegenden Siliziumoxidfilm zu entfernen
und das Substrat des Einkristallsiliziums freizulegen.
Die abgeriebene Oberfläche wurde weiter poliert, um ihr
eine spiegelnde äußere Beschaffenheit zu verleihen. Auf
dieser spiegelnden Oberfläche des so hergestellten
Plättchens wurde ein MOS-Kondensator der oben beschriebenen
Art gefertigt und in bezug auf die Lebensdauer des
Minoritätsladungsträgers geprüft. Das Gettervermögen des
Siliziumplättchens wurde auf der Basis dieser Lebensdauer
ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
gezeigt.
Die Beobachtung des Siliziumplättchens unter einem
optischen Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop
ergab, daß die Wachstumsgeschwindigkeit der polykristallinen
Siliziumschicht 150 Å (15 nm/min) betrug und
der Durchmesser der Kristallkörner im Bereich von 0,1
bis 0,4 µm lag. Wenn das Siliziumplättchen in einen
dunklen Raum gegeben und unter einem Lichtstrahl
beobachtet wurde, wurde absolut kein weißes Muster nachgewiesen,
das durch das teilweise Wachstum der polykristallinen
Siliziumschicht hervorgerufen wird.
Ein Siliziumplättchen wurde nach dem Verfahren von Beispiel
1 erhalten, außer daß die Bildung des Siliziumoxidfilms
auf der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums
weggelassen wurde. Nach dem Verfahren
der Beispiele 1 bis 4 wurde das Gettervermögen des
Siliziumplättchens geprüft, das die Polysiliziumschicht
auf der Oberfläche des Substrats des Einkristallsiliziums
aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wenn dieses Siliziumplättchen unter einem optischen
Mikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet
wurde, stellte sich heraus, daß die Polysiliziumschicht
in Form von Inseln bei einer Geschwindigkeit von einigen
Zehnteln Å/min wuchs und tatsächlich nirgendwo ein
Wachstum erreicht wurde. Die Wachstumsgeschwindigkeit
konnte nicht allgemein definiert werden, da die Polysiliziumschicht
mit verunreinigenden Partikeln als Kern
wuchs. Wo diese Schicht in Form von Inseln wuchs, hatten
die Kristallkörner einen Durchmesser im Bereich von
3 bis 10 µm. Wenn dieses Siliziumplättchen in einen
dunklen Raum gegeben und mit einem Lichtstrahl beobachtet
wurde, zeigte es weiße Muster, die Sternen, Inseln
oder Schlieren einer Flüssigkeit ähnelten. Die Sterne
waren die der Polysiliziumschicht, die um die Partikel
herum wuchs, die im LPCVD-Ofen erzeugt wurden, die
Inseln waren entweder Ansammlungen der obengenannten
Sterne oder die der Polysiliziumschicht, die um die
Kontaktpunkte zwischen dem Siliziumplättchen und dem
Schiffchen (einer Quarzbefestigung für das Plättchen)
wuchsen, und die Schlieren der Flüssigkeit waren die der
Polysiliziumschicht, die um die Partikel wuchs, die auf
der Plättchenoberfläche geblieben waren, nachdem das
Plättchen geätzt wurde, um das auf dem Plättchen haftende
Oxid zu entfernen, mit entionisiertem Wasser gespült
wurde und aus dem Spülbad gehoben wurde. Weiße Muster
einer oder der anderen Sorte wurden auf 95 bis 100 Prozent
der Siliziumplättchen gefunden, die in der oben
beschriebenen Weise im LPCVD-Ofen behandelt wurden. Auf
den Siliziumplättchenproben, die kein weißes Muster aufwiesen,
wurde keine Ablagerung der Polysiliziumschicht
nachgewiesen.
Ein Siliziumplättchen wurde nach dem Verfahren der
Beispiele 1 bis 4 erhalten, außer das die Dicke des
Siliziumoxidfilms auf 10 Å (1 nm) geändert wurde. Das
Gettervermögen dieses Siliziumplättchens wurde in gleicher
Weise geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
gezeigt.
Aus Tabelle 1 wird klar ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen
Siliziumplättchen (Beispiele 1 bis 4) größere
Werte der Bildungslebensdauer der Minoritätsladungsträger
aufwiesen, als der herkömmliche Gegentyp (Kontrolle
1). Darüber hinaus traten bei dem Siliziumplättchen der
Kontrolle 1, bei dem im Verlauf kein Siliziumoxidfilm
gebildet wurde, auf dem Substrat des Einkristallsiliziums
Teile, die das Wachstum der Polysiliziumkörner
gestatten, und Teile auf, die dieses Wachstum nicht
gestatten, und die Kristallkörner wiesen einen durchschnittlichen
Durchmesser von nicht weniger als 3 µm
und teilweise größer als 10 µm auf. Demgegenüber wuchsen
im Fall der Siliziumplättchen der Beispiele 1 bis 4, in
die die Siliziumoxidfilme von größer 1 Å (0,1 nm) eingearbeitet
waren, polykristalline Siliziumkörner über die
gesamte Oberfläche des Substrates des Einkristallsiliziums.
Diese Kristallkörner waren einheitlich und
wiesen einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,4 µm
auf.
Das in Beispiel 1 hergestellte Siliziumplättchen, das
mit dem Siliziumoxidfilm von 5 Å (0,5 nm) Dicke und der
Polysiliziumschicht von 1 µm Dicke versehen war, wurde
2 h lang in einer Dampfatmosphäre von 900°C oxidiert.
Es wurde im Schnitt unter einem Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop
beobachtet, und gleichzeitig wurde die
chemische Zusammensetzung analysiert. Es wurde kein
kontinuierlicher Oxidfilm nachgewiesen, in der Grenzfläche
zwischen dem Substrat des Einkristallsiliziums
und der Polysiliziumschicht wurde jedoch das Auftreten
des Oxids in Form gestreuter Reiskörner gefunden. Im
größeren Teil der Grenzfläche haften das Substrat des
Einkristallsiliziums und die Polysiliziumschicht unmittelbar
aneinander, und ein Teil der Polysiliziumschicht
unterlag dem epitaktischen Festphasen-Wachstum.
Beim Verfahren der IC-Herstellung wird zum Dotieren
eines geeigneten Elementes in beträchtliche Bereiche im
Siliziumplättchen oder zum örtlichen Oxidieren des
Siliziumplättchens, um einen Bereich dieser Einheit
von anderen zu isolieren, ein Nitrid-Film als Maske
verwendet. Im allgemeinen wird unter diesem Nitrid-Film
ein Oxidfilm gebildet. In diesem Fall wird der Oxidfilm
als Polster- bzw. Kissen-Oxidfilm bezeichnet (nachfolgend
als Polster-Oxidfilm bezeichnet). Beim Verfahren
der IC-Herstellung liegt dieser Schritt zur Bildung des
Polster-Oxidfilms häufig fast am Beginn des Verfahrens.
Typischerweise wird die Polsteroxidation in einer Atmosphäre
von trockenem Sauerstoff 1 h lang bei 1000°C oder
2 h lang in einer Dampfatmosphäre von 900°C durchgeführt.
Unter diesen Bedingungen wird der Polster-Oxidfilm
mit ungefähr 500 Å (50 nm) Dicke gebildet. Wenn das
erfindungsgemäße Siliziumplättchen den Bedingungen ausgesetzt
wird, die der obengenannte Schritt zu Bildung
des Polster-Oxidfilms umfaßt, wird hier demonstriert
der Oxidfilm mit 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm) Dicke, der
zwischen dem Substrat des Einkristallsiliziums und der
Polysiliziumschicht zwischengelagert ist, aufhören zu
existieren, und das Substrat und die Polysiliziumschicht
gelangen in unmittelbaren Kontakt miteinander.
Claims (10)
1. Siliziumplättchen, gekennzeichnet
durch ein Substrat von Einkristallsilizium, einen
auf einer Oberfläche des Substrats gebildeten
Siliziumoxidfilm mit 1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm)
Dicke und eine auf dem Siliziumoxidfilm gebildete
Polysiliziumschicht und ein hervorragendes Gettervermögen.
2. Siliziumplättchen nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Siliziumoxidfilm
eine Dicke von 1 bis 5 Å (0,1 bis 0,5 nm)
aufweist.
3. Siliziumplättchen nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Polysiliziumschicht eine Dicke von 1000 Å (100 nm)
bis 5 µm aufweist.
4. Siliziumplättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Polysiliziumschicht eine Dicke von 5000 Å (500 nm)
bis 1,5 µm aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumplättchens
mit hervorragendem Gettervermögen, gekennzeichnet
durch: Oxidation zumindest einer
Oberfläche des Substrats aus Einkristallsilizium, um
auf dieser Oberfläche einen Siliziumoxidfilm von
1 bis 8 Å (0,1 bis 0,8 nm) Dicke zu bilden, und
Aussetzen des Siliziumoxidfilms gegenüber gasförmigem
Silan bei erhöhter Temperatur, um auf dem Siliziumoxidfilm
eine Polysiliziumschicht zu bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oxidation in einer
Atmosphäre eines sauerstoffhaltigen Gases bei einer
Temperatur von 300 bis 700°C durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das sauerstoffhaltige
Gas Luft ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oxidation durch Tauschen
in ein oxidierendes chemisches Mittel durchgeführt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kontakt des
gasförmigen Silans mit dem Siliziumoxidfilm bei
einer Temperatur von 570 bis 800°C durchgeführt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß beide Oberflächen
des Substrats des Einkristallsiliziums oxidiert
werden, auf den resultierenden Siliziumoxidfilmen
Polysiliziumschichten gebildet werden und von einer
Oberfläche des Substrates der Siliziumoxidfilm und
die Polysiliziumschicht durch Abrieb entfernt werden.
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|---|---|---|---|
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