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Technischer
Bereich
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls,
wobei die Größe und Dichte
des eingewachsenen Fehlers, der in dem Kristall inkorporiert ist,
wenn der Slliziumeinkristall durch ein Czochralski-Verfahren (anschließend als
CZ-Verfahren abgekürzt) gezüchtet wird,
gesteuert werden, damit sie einen gewünschten Wert darstellen. Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Siliziumeinkristalle
und durch das Verfahren hergestellte Siliziumwafer.
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Hintergrund
zum Stand der Technik
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Mit einem neuesten Trend, den Integrationsgrad
von Halbleiterschaltkreisen zu erhöhen, wurden Schaltkreiselemente
feiner; daher werden auch die Qualitätsanforderungen für durch
CZ-Verfahren hergestellte Siliziumeinkristalle, die als ein Substrat
verwendet werden, strenger. Insbesondere wurde eine Reduzierung von
Fehlern, die während
des Einkristallwachstums erzeugt wurden, wie beispielsweise FPD
(Flow Pattern Defect = Fließmusterfehler),
LSTD (Laser Scattering Tomography Defect = Laserstreutomographiefehler)
und COP (Crystal Originated Particle = aus Kristall stammendes Partikel),
die eingewachsener Fehler genannt werden und einen Abbau der Oxiddurchschlagsspannungscharakteristiken
oder Gerätecharakteristiken
bewirken können,
gefordert.
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Wenn ein Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
wurde in letzter Zeit ein Herstellungsverfahren verwendet, in dem
in dem Kristall während
des Wachstums des Kristalls inkorporierte Fehler durch Ändern der
Wachstumsbedingungen oder durch Einstellen der Temperaturverteilung
innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung unterdrückt werden,
Zum Beispiel liegt eine Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler eines durch ein CZ-Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristalls
gewöhnlich
im Bereich von 1150 bis 1080°C
und die Größe und Dichte
der eingewachsenen Fehler können
gesteuert werden, damit sie gewünschte
Werte durch das Erhöhen
oder Vermindern einer Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen des Temperaturbereichs darstellen.
Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit
des Siliziumeinkristalls in der Agglomerationstemperaturzone des
eingewachsenen Fehlers vermindert wird, wird eine Agglomeration
von eingewachsenen Fehlern wie beispielsweise COP gefördert, mit
dem Ergebnis, dass ein Siliziumeinkristall mit niedriger Kristallfehlerdichte
erhalten werden kann. Wenn daher das erhaltene Siliziumeinkristall
bearbeitet wird, um Wafer bereitzustellen, und der Wafer als ein
Substratmaterial für
ein integriertes Schaltkreisgerät
verwendet wird, ist demgemäß eine Dichte
von Fehlern in der Waferoberfläche
bemerkenswert niedrig, so dass Geräte mit ausgezeichneten Oxiddurchschlagspannungscharakteristiken
gefertigt werden können.
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Obwohl es möglich ist, geringe Dichte von
eingewachsenen Fehlern zu hatten, gibt es im obigen Herstellungsverfahren
mittlerweile einen Nachteil, dass sich die Fehlergröße in umgekehrter
Proportion zur Fehlerdichte befindet und daher die Fehlergröße größer wird,
wenn die Fehlerdichte reduziert wird (Siehe Offenlegungsschrift
der japanischen Patentanmeldung (kokai) Nr.10-208987). Mit der Miniaturisierung
und der hohen Integration von integrierten Schaltkreisen gilt es
als unerwünscht, dass
Fehler mit großer
Größe in einem Wafer,
der als ein Substrat für
integrierte Schaltkreise verwendet wird, vorhanden sind, selbst
wenn die Fehlerdichte niedrig ist.
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Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit eines
Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler durch das Einstellen der Ziehbedingungen des Kristails oder
der Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens erhöht wird,
wird das Wachstum der eingewachsenen Fehler unterdrückt und
die Fehlergröße selbst
kann unterdrückt
werden, so dass sie äußerst klein
ist. Wenn die Größe der Fehler jedoch
kleiner wird, tendiert die Dichte der Fehler dazu, umgekehrt größer zu sein.
Falls eine Anzahl Fehler auf einem Wafer vorhanden ist, wird ein
Problem hinsichtlich der Oxiddurchschlagsspannungscharakteristiken verursacht,
wenn der Wafer auf integrierten Schaltkreisen bearbeitet wird. Bis
jetzt wurde das Herstellungsverfahren, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit
in der Agglomerationstemperaturzone erhöht wird, daher nicht so oft
angewendet.
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In letzter Zeit wurde jedoch bestätigt, dass
selbst in einem Siliziumwafer, in dem eingewachsene Fehler in der
großen
Dichte erzeugt werden, wenn eine Größe der Fehler sehr klein ist,
die Fehler dadurch beseitigt werden können, indem der Wafer Wärmebehandlung
ausgesetzt wird. Die Aufmerksamkeit wurde auf ein Verfahren gerichtet,
in dem die Fehler in der Oberfläche
eines Wafers effektiv durch das Kombinieren eines Verfahrens zum
Steuern der Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler unterdrückt
werden, wenn das Siliziumeinkristall mit einer Wärmebehandlung des Wafers, der
durch das Bearbeiten des Kristalls erhalten wurde, gezogen wird.
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Wenn Stickstoff in ein Siliziumeinkristall
hinzugefügt
wird, wird währenddessen
eine Agglomeration von in dem Kristall während des Wachstums des Einkristalls
erzeugten Fehlern weiter unterdrückt.
In letzter Zeit wurde ein Verfahren entwickelt, in dem eine Größe von eingewachsenen
Fehlern durch genaue Steuerung einer Zeit zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone
zusätzlich
zum oben genannten Verfahren durch Hinzufügen von Stickstoff äußerst klein
gehalten wird, und dann werden die Fehler in der Waferoberfläche durch
das Aussetzen der Wafer, die von dem Einkristall zur Wärmebehandlung
bearbeitet werden, beseitigt (siehe japanische Patentanmeldung Nr.
10-170629. Durch
Anwenden dieses Verfahrens kann das Siliziumeinkristall durch die
Agglomerationstemperaturzone mit einer hohen Geschwindigkeit während des
Züchtens
durchlaufen, und dadurch können
die Fehler in der Waferoberfläche,
ohne eine Herstellungseffizienz des Kristalls zu verringern, beseitigt
werden. Folglich sind die Oxiddurchschlagsspannungscharakteristiken
gut und die Fehler mit einer großen Größe kommen nicht auf dem Wafer
vor, so dass der Wafer als ein Substratmaterial von hoher Qualität für integrierte
Schaltkreise verwendet werden kann. Daher hat die Technik mit Bezug
auf das Verfahren gegenwärtig
schnelle Fortschritte gemacht.
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Neueste Testergebnisse zeigen jedoch
einige Fälle,
in denen die Größe oder
die Dichte der eingewachsenen Fehler nicht gleichmäßig reguliert
werden können
und die Fehlergröße dispergiert
ist, zum Beispiel, selbst wenn die Fehler durch Hinzufügen von
Stickstoff als Fremdstoff und genaues Einstellen der Zeit zum Durchlaufen
des Kristalls in einem Temperaturbereich von 1150–1080°C, d. h.
eine Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen Fehler, unterdrückt werden
können
und selbst wenn die Durchlaufzeit des Kristalls in dem oben genannten
Temperaturbereich, d, h. eine Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls
im Bereich von 1150–1080 °C ähnlich durch
maßgebliches Ändern der
Konzentration der hinzugefügten
Fremdstoffe, d. h. Stickstoff, oder durch feines Einstellen einer
Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens durch Ändern der
warmen Zone der Ziehvorrichtung gesteuert wird. Außerdem gibt
es, selbst wenn der durch Bearbeiten erhaltene Wafer der Wärmebehandlung
zum Beseitigen der Fehler ausgesetzt wird, einige Fälle, in
denen die Fehler verbleiben, ohne beseitigt zu werden, was ein Problem
bei der Herstellung eines Wafers mit ein paar Fehlern bewirkt.
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JP-10330189 (US-6042646) offenbart
ein Verfahren zum Bestimmen der Temperaturverteilungen in Einkristallen
durch Finden der Stelle der eingewachsenen Fehler und in der Annahme,
dass sich diese Stelle bei einer Temperatur von 1100°C befand.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um
das oben genannte Problem zu lösen,
und das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen durch
das CZ-Verfahren hergestelltes Siliziumeinkristall bereitzustellen,
wobei die Dispergierung in der Größe und Dichte der eingewachsenen
Fehler effektiv unterdrückt wird
und die Qualität,
ungeachtet der Vielfalt von Kristallen, einem Siliziumwafer und
einem Herstellungsverfahren dafür
stabilisiert wird.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen,
stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls gemäß einem Czochralski-Verfahren
bereit, wobei vor dem Herstellen eines Kristalls mit einer vorgegebenen
Art und Konzentration von Fremdstoffen ein anderer Siliziumeinkristall
mit derselben Art und Konzentration von Fremdstoffen wie der herzustellende
Kristall gezüchtet wird,
um dadurch eine Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler davon zu bestimmen, und dann wird auf der Basis der Temperatur
eine Wachstumsbedingung des herzustellenden Kristalls oder eine Temperaturverteilung
innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung so gesetzt, dass eine
Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit zum Herstellen des Siliziumeinkristalls dadurch
ist.
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Es gilt herkömmlich, dass eine Agglomerationstemperaturzone
im Allgemeinen im Bereich von 1150 bis 1080°C liegt, wenn ein Siliziumeinkristall
durch ein CZ-Verfahren gezüchtet
wird. Der oben genannte Bereich entspricht jedoch einem Fall, in
dem nicht alle Fremdstoffe wie beispielsweise Stickstoff in den
Kristall dotiert werden. Es hat sich erwiesen, dass im Fall, wenn
ein Fremdstoff mit hoher Konzentration in einen wachsenden Kristall
hinzugefügt
wird, die Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen Fehler
leicht unter dem Einfluss von Fremdstoffen variiert, wie beispielsweise
dem Hinzufügen
von Stickstoff zum Unterdrücken von
Fehlern, Sauerstoff, der von einem Quarzschmelztiegel geliefert
wird, Bor zum Bereitstellen eines Merkmals des Halbleiters, und
dergleichen. In einem als ein Produkt hergestellten Siliziumeinkristall
werden diese Fremdstoffe von vorgegebener Menge normalerweise gemäß der Vielfalt
der Kristalle hinzugefügt,
und die Agglomerationstemperaturzone verschiebt sich auch leicht
vom Bereich von 1150–1080°C in Abhängigkeit
von einer Art und Konzentration der Fremdstoffe. Im Verlauf der
Erforschung und Tests, hinsichtlich des Einflusses der Fremdstoffe,
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Agglomerationstemperaturzone genau
gemessen, wobei nicht jeder Fremdstoff hinzugefügt wird und es hat sich herausgestellt,
dass die Agglomerationstemperaturzone im Bereich von 1100–1010°C lag. Im
Folgenden wird dieser Temperaturbereich, wenn nicht anders angezeigt,
verwendet.
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Um Kristallfehler durch Hinzufügen eines
Fremdstoffs und außerdem
durch Anwenden einer Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler zu unterdrücken,
muss demgemäß ein Einkristall
nach dem genauen Bestimmen der Agglomerationstemperaturzone, die
an Abhängigkeit
von einer Art oder Konzentration des Fremdstoffs in dem Kristall
variiert, gezüchtet
werden. Um ein Siliziumeinkristall zu züchten, das zu Produktwafern
mit einer stabilen Fehlergröße und -dichte
bearbeitet wird, ist es daher effektiv, die folgenden Schritte vorzunehmen;
vor dem Herstellen der Produkte, das Durchführen eines Wachstumstests des
Siliziumeinkristalls im voraus einschließlich der gleichen Fremdstoffe
wie der herzustellende Kristall, Erforschen der Agglomerationstemperaturzone
der eingewachsenen Fehler davon, das Festlegen der richtigen Bedingungen für das Wachstum
des Einkristalls oder der Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens
der Ziehvorrichtung und dann das Herstellen des Siliziumeinkristalls.
Gemäß dieser
Schritte ist es möglich,
die Abkühlungsgeschwindigkeit
in der vorgesehenen Agglomerationstemperaturzone genau zu halten,
so dass die Größe und Dichte
der eingewachsenen Fehler genau gesteuert werden können, bis
sie gewünschte
Werte mit Genauigkeit darstellen.
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In diesem Fall kann die Art und Konzentration
der Fremdstoffe zumindest Stickstoff und eine Konzentration davon
sein.
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Die Agglomerationstemperaturzone
variiert leicht in Abhängigkeit
von der Art des Fremdstoffs und der Konzentration davon und die
Testergebnisse zeigen, dass, wenn Stickstoff dotiert wird, der Einfluss
der Fremdstoffe sehr maßgeblich
ist. Um zumindest die Größe und Dichte
der eingewachsenen Fehler im mit Stickstoff dotierten Kristall zu
steuern, ist es deshalb wünschenswert,
einen Test zum Bestimmen einer Änderung
der Agglomerationstemperaturzone durchzuführen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls,
in dem Stickstoff als Fremdstoff hinzugefügt wird, bereitgestellt, wobei
eine von Agglomerationstemperaturzone eingewachsener Fehler des
Kristalls, in dem die Stickstoffkonzentration im Bereich von 0,1 × 1013 bis 8,0 × 1013/cm3 liegt, angenommen wird, dass sie sich um –50°C an der
Temperaturobergrenze bzw. um –20°C an der
Temperaturuntergrenze von einer Agglomerationstemperaturzone in
einem Fall, in dem kein Stickstoff hinzugefügt wird, verschiebt, und dann
eine Wachstumsbedingung des herzustellenden Kristalls oder eine
Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung
so gesetzt wird, dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit zum Herstellen des Siliziumeinkristalls dadurch
ist.
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Wenn, wie oben erwähnt, Stickstoff
als Fremdstoff hinzugefügt
wird, so lange wie die Konzentration von Stickstoff im Siliziumeinkristall
im Bereich von 0,1 × 1013 bis 8,0 × 103/cm3 liegt, wenn von der Agglomerationstemperaturzone
der eingewachsenen Fehler zu diesem Zeitpunkt angenommen wird, dass
sie ein Bereich ist, in dem die Temperaturobergrenze um –50°C bzw. die
Temperaturuntergrenze um –20°C von einer
Agglomerationstemperaturzone eines Siliziumeinkristalls ohne mit
Stickstoff (1100–1010°C) dotiert
zu sein, nämlich ein
Bereich von 1050–990°C verschoben
ist, und dann der Siliziumeinkristall gezüchtet wird, kann der ähnliche Effekt,
der die Fehler unterdrückt,
erhalten werden.
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Das heißt, so lange wie die Stickstoffkonzentration
im oben genannten Bereich liegt, wenn angenommen wird, dass sich
die Temperaturobergrenze um –50°C bzw. die
Temperaturuntergrenze um –20°C von der Agglomerationstemperaturzone,
ohne dass Stickstoff dotiert wird, verschieben, und dann die Herstellungsbedingungen
des Siliziumeinkristalls und die Temperaturverteilung innerhalb
eines Ofens einer Ziehvorrichtung gesetzt werden, ist der Fehler
innerhalb eines zulässigen
Bereichs, um die eingewachsenen Fehler zu unterdrücken und
beeinflusst die Größen- und
Dichteverteilung der Fehler nicht maßgeblich. Wenn ein derartiger ungefährer Bereich
festgesetzt wird, ist es nicht notwendig, Wachstumstests zum Bestimmen
der Agglomerationstemperaturzone gemäß einer Konzentration von Fremdstoffen
im Siliziumeinkristall vor dem Herstellen der Produkte durchzuführen. Daher
wird es möglich,
Siliziumeinkristalle effektiv herzustellen, was zu einer Erhöhung hinsichtlich
der Produktivität
und des Ertrags und zu einer Verbesserung hinsichtlich der Qualität und Kosten
führt.
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In dem vorher erwähnten Herstellungsverfahren
ist die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit des
Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler vorzugsweise 1,6°C/min
oder mehr.
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Wie oben beschrieben kann, wenn der
Fremdstoff in ein Siliziumeinkristall hinzugefügt wird, wenn die Ziehbedingung
oder Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung
so gesetzt sind, dass die Abkühlgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone schnell gesteuert
wird, d. h. durchschnittlich 1,6°C/min
oder mehr, der Kristall, dessen Fehlergröße nicht weitgehend dispergiert
ist, gezüchtet
werden. Falls zum Beispiel der Stickstoff als Fremdstoff dotiert
wird und seine Konzentration im Bereich von 0,1 × 1013 bis
8,0 × 1013/cm3 liegt, kann
der Kristall, dessen Fehlergröße nicht
weitgehend dispergiert ist und der durchschnittlich einheitlich
60 nm oder weniger beträgt,
gezüchtet
werden. Wenn, wie oben erwähnt,
die Größe der Kristallfehler
klein ist und nicht weitgehend dispergiert ist, selbst wenn die
Fehlerdichte eines durch Bearbeiten erhaltenen Wafers gross ist,
können
die Fehler dadurch beseitigt werden, dass der Wafer Wärmebehandlung
ausgesetzt wird, so dass Wafer mit hoher Qualität hergestellt werden können. Außerdem,
selbst wenn die Fehler nicht beseitigt sind und noch in der Oberflächenschicht
des Wafers verbleiben, ist die Fehlergröße äußerst klein und deshalb haben
die Fehler kaum einen nachteiligen Einfluss auf die Merkmale des
auf dem Wafer hergestellten integrierten Schaltkreis.
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Ferner ist die durchschnittliche
Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Aggiomerationstemperaturzone der
eingewachsenen Fehler vorzugsweise 1,0°C/min oder weniger.
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Wie oben beschrieben ist es möglich, wenn
der Fremdstoff in ein Siliziumeinkristall hinzugefügt wird, wenn
die Ziehbedingung oder Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens
der Ziehvorrichtung so gesetzt sind, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone langsam gesteuert wird,
d. h. durchschnittlich 1,0°C/min
oder weniger, und dann der Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
selbst wenn ein Fremdstoff etc. darin dotiert wird, Wafer durch
Bearbeiten des Siliziumeinkristalls, dessen Fehlerdichte äußerst niedrig
ist, zu erhalten.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls
gemäß des oben
erwähnten
ersten und zweiten Aspekts der Erfindung bereitgestellt, wobei eine
LSTD-Dichte 500 Anzahl/cm2 oder mehr beträgt, bevor
er der Wärmebehandlung
ausgesetzt wird.
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In einem Kristall mit einer sehr
hohen Fehlerdichte, in dem eine LSTD-Dichte 500 Anzahl/cm2 oder mehr
beträgt,
ist eine Größe des Fehlers selbst
sehr klein wie etwa durchschnittlich (zahlenmäßiger Durchschnitt) 70 nm oder
weniger, selbst wenn die Dichte der Fehler in dem Kristall groß ist. Indem
durch Bearbeiten des Siliziumeinkristalls erhaltene Wafer einer
bestimmten Wärmebehandlung
ausgesetzt werden, können
deshalb die Fehler leicht beseitigt werden. Besonders durch das
Halten der Abkühlungsgeschwindigkeit
des Siliziumeinkristalls in der Agglomerationstemperaturzone, um
genau während
des Wachstums zu sein, wie in der vorliegenden Erfindung durchgeführt, ist
es möglich,
so fange wie die Art und Konzentration der Fremdstoffe fast gleich
ist, die Fehlergröße fast
gleich einer kleinen Dispergierung zu machen. Wenn die Wärmebehandlung
zum Beseitigen der Fehler ausgeführt
ist, können
folglich weitere Effekte der Beseitigung der Fehler erhalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines aus dem
oben erwähnten
Siliziumeinkristall hergestellten Siliziumwafers bereitgestellt,
wobei der Wafer der Wärmebehandlung
in einer Atmosphäre
nichtoxidierenden Gases ausgesetzt war.
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Diese Wärmebehandlung zum Beseitigen
der Kristallfehler wird in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wie beispielsweise
Wasserstoff, Argon oder gemischtem Gas von beiden wünschenswert
ausgeführt.
Die Bedingung der Wärmebehandlung
zu diesem Zeitpunkt ist nicht besonders begrenzt, so lange wie die
Fehler unter der Bedingung beseitigt werden. Jedoch ist die Wärmebehandlung
bei ungefähr
1200°C eine
Stunde lang oder bei 1150°C
zwei Stunden lang effektiv. Wenn die Bedingungen für die Wärmebehandlung
ausgewählt werden,
wird die Zeit für
das Durchlaufen einer gewünschten
Agglomerationstemperaturzone ferner bestimmt, um dadurch einen Kristall
zu züchten,
und dann können
die Bedingungen der Wärmebehandlung,
die einer Größe von in
dem Kristall erzeugten Fehlern entspricht, ausgewählt werden.
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Wenn eine Agglomerationstemperaturzone
der Kristallfehler, die sich in Abhängigkeit von einer Art und Konzentration
von hinzugefügten
Fremdstoffen ändert,
vorher bestimmt wird, und dann, auf der Basis der Temperatur die
Wachstumsbedingungen eines Siliziumeinkristalls oder die Temperaturverteilung
innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung so gesetzt werden, dass
eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit ist und das Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
kann, wie oben erklärt,
eine Größe und Dichte
der Kristallfehler, genannt eingewachsener Fehler, die in der Oberflächenschicht
des Siliziumwafers vorkommen, auf die gewünschten Werte ohne Dispergierung
gesteuert werden, und zusätzlich
kann die Erhöhung
hinsichtlich der Produktivität
und des Ertrags und die Verbesserung hinsichtlich der Qualität und der
Kosten erreicht werden.
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Kurze Erklärung der
Zeichnungen
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht einer Größe und Position
einer Agglomerationstemperaturzone der Kristallfehler in einem Siliziumeinkristall;
(a) ein Fall, indem Stickstoff nicht dotiert ist und (b) ein Fall,
in dem Stickstoff dotiert ist.
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Effekts der Wärmebehandlung
für einen
Siliziumwafer, der gemäß des Herstellungsverfahrens
der vorliegenden Erfindung erhalten wurde: (a) Verteilung der LSTD
vor der Wärmebehandlung
und (b) Verteilung der LSTD nach der Wärmebehandlung.
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Beste Art
zur Durchführung
der Erfindung
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Hiernach wird die vorliegende Erfindung
im Detail erklärt
werden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zuerst
werden die Begriffe, die hier auftreten, besonders die Hauptbegriffe,
mit Bezug auf den eingewachsenen Fehler beschrieben werden.
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(1) FPD (Fließmusterfehler) bezeichnet Fließmuster,
welche zusammen mit Grübchen
in der Oberfläche
eines Wafers erzeugt werden, welcher von einem gezüchteten
Siliziumeinkristallblock abgeschnitten wird und durch folgende Schritte
behandelt wird: Entfernen einer beschädigten Schicht von dem Oberfläuchenabschnitt
des Wafers durch Ätzen
mit einer. Mischlösung
aus Fluorwasserstoffsäure
und Salpetersäure;
und Ätzen
der Waferoberfläche
mit einer Mischlösung
aus K2Cr2O7, Fluorwasserstoffsäure und Wasser (Secco-Ätzen). Wenn
die FPD-Dichte im Waferoberflächenabschnitt
zunimmt, erhöht
sich die Ausfallrate hinsichtlich der dielektrischen Durchschlagsfestigkeit
der Oxidschicht (Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (kokai)
Nr. 4-192345).
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(2) LSTD (Laserstreutomographiefehler)
bezeichnet einen in einem Wafer existierenden Fehler und das Licht,
das aufgrund des Fehlers gestreut wird, kann folgendermaßen erfaßt werden.
Indem ein Wafer von einem gezüchteten
Siliziumeinkristallblock abgeschnitten und anschließend durch
folgende Schritte behandelt wird: Entfernen einer beschädigten Schicht
von dem Oberflächenabschnitt
des Wafers durch Ätzen
mit einer Mischlösung
aus Fluorwasserstoffsäure
und Salpetersäure;
und Spalten des Wafers. Wenn Infrarotlicht durch die Spaltungsebene
auf den Wafer gerichtet wird und das von der Waferoberfläche ausgehende
Licht erfaßt wird,
kann Licht, das auf Grund der in dem Wafer existierenden Fehler
gestreut wird, erfasst werden. Über
den bei dieser Beobachtung erfassten Streufehler wurde bereits bei
einen Versammlung einer akademischen Gesellschaft oder dergleichen
berichtet und es wird angenommen, dass er ein Präzipitat ist (J.J.A.P. Band
32, S. 3679, 1993). Gemäß neusten Forschungsarbeiten
erweist sich LSTD als ein oktaedrischer Hohlraum.
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Um die Fehler in der Oberflächenschicht
eines Wafers zu beobachten, wurde in letzter Zeit ein anderes Verfahren
entwickelt. In diesem Verfahren wird der Infrarotlichtlaser schräg auf einen
Wafer, auf dem hochglanzpoliertes oder Epitaxialwachstum durchgeführt wurde,
gerichtet, und ein Licht, das auf Grund der Fehler gestreut wird,
wird entlang der vertikal zum Wafer liegenden Richtung durch die
Verwendung von Fernsehkameras gemessen und analysiert. Durch Anwenden
dieses Verfahrens wurde es möglich,
die Fehler, die in der äußersten
Oberflächenschicht
von einigen Mikronen mit zerstörungsfreier
Begutachtung vorhanden sind, einzuschätzen. In diesem Fall wird die
Fehlerdichte ferner oft als [Anzahl/cm2],
d. h. die Anzahl der Fehler pro Einheitsbereich, dargestellt.
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(3) COP (aus Kristall stammendes
Partikel) bezeichnet einen Fehler, der die dielektrische Durchschlagsfestigkeit
des Oxidfilms an einem zentralen Abschnitt eines Wafers beeinträchtigt und
der sich bei der Behandlung durch Secco-Ätzen als FPD erweist, sich
aber bei der Reinigung in SC-1 (Reinigung unter Verwendung einer
wässrigen
Mischlösung
aus Ammoniak, Wasserstoffperoxid im Verhältnis von zum Beispiel NH4OH:H2O2:H2O = 1:1:10), das als ein selektives Ätzmittel
dient, als COP erweist. Das Grübchen
weist einen Durchmesser von nicht mehr als 1 μm auf und wird durch ein Lichtstreuverfahren
untersucht.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
hatten angenommen, dass, wenn ein Siliziumeinkristall durch das
CZ-Verfahren gezüchtet
wird, eine Agglomerationstemperaturzone der in dem Kristall erzeugten
eingewachsenen Fehler nicht durch die Qualität des Kristalls, d. h. in dem
Einkristall eingeschlossene Fremdstoffe und dergleichen, beeinflusst
wird, und ist konstant. Das heißt,
es wurde angenommen, dass während des Wachstums
des Einkristalls durch das CZ-Verfahren eine Fehlergröße sich
nicht auf den Fremdstoff in dem Kristall bezieht und fast gleich
gemäß der Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls im Bereich von 1100–1010°C eingestellt wird. Die Erfinder
studierten und untersuchten jedoch einen Fehler unterdrückenden Effekt
durch Ändern
der Konzentration an Fremdstoffen, besonders Stickstoff, die in
dem Kristall enthalten sind, und einen Fehler unterdrückenden
Effekt durch Ändern
der Abkühlungsgeschwindigkeit
In der Agglomerationstemperaturzone. Folglich hat sich erwiesen,
dass, gemäß der Dotierungsmenge
von Fremdstoffen im Kristall, selbst wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit
in der Agglomerationstemperaturzone von 1100–1010°C gleich gesetzt ist, auf Grund
der Unterschiede in anderen Ziehbedingungen, der warmen Zone oder
dergleichen, der Unterdrückungseffekt,
wie erwartet, hinsichtlich der Größe der eingewachsenen Fehler,
die im Einkristall gebildet wurden, nicht erhalten werden kann,
und die Größe wird
dispergiert. Anschließend
führten
die Erfinder Studien und Untersuchungen durch, um die Ursache zu
finden. Folglich hat sich erwiesen, dass sich die Agglomerationstemperaturzone
von 1100–1010°C gemäß der Art
und Dotierungsmenge der in den Kristall hinzugefügten Fremdstoffe, verschob.
Die Erfinder fanden heraus, dass, wenn die genaue Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls, andere Ziehbedingungen, die warme Zone oder dergleichen,
die der verschobenen Agglomerationstemperaturzone entspricht, bestimmt
wird, um dadurch das Siliziumeinkristall zu züchten, die Dispergierung in
Größe und Dichte
der eingewachsenen Fehler unterdrückt werden kann. Daher haben
sie die vorliegende Erfindung ausgeführt, indem sie verschiedene
Bedingungen herausgefunden haben.
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Im Allgemeinen wurde die Agglomerationstemperaturzone
der eingewachsenen Fehler herkömmlich als
1150–1080°C und als
festgesetzt angesehen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben
jedoch herausgefunden, dass die Agglomerationstemperaturzone der
Fehler in Abhängigkeit
der Fremdstoffe (Sauerstoff, Stickstoff, Bor, Phosphor, etc.), die
der Kristall umfaßt,
besonders die Stickstoffdotierungsmenge, leicht variiert.
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Im Verlauf der Erforschung und Untersuchung
des Einflusses der Fremdstoffe, haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung ferner die Agglomerationstemperaturzone des Kristalls,
in dem beliebige Fremdstoffe nicht hinzugefügt werden, genau gemessen.
Wie in dem folgenden Testergebnis gezeigt, hat sich erwiesen, dass
der Temperaturbereich von 1100–1010°C ein akkurater
Wert wie die Agglomerationstemperaturzone war.
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Demgemäß, wenn vor der Herstellung
eines Siliziumeinkristalls mit einer vorgegebenen Art und Konzentration
von Fremdstoffen, ein Siliziumeinkristall mit der gleichen Art und
Konzentration von Fremdstoffen wie der herzustellende Kristall gezüchtet wird,
um dadurch eine Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen
Fehler daraus zu bestimmen, wird dann auf der Basis der Temperatur
die Wachstumsbedingung des herzustellenden Kristalls oder die Temperaturverteilung
innerhalb des Ofens einer Ziehvorrichtung so gesetzt, dass eine
Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit ist und das Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
es wird möglich,
die gewünschte
Fehlergröße und -dichte
genau zu erhalten, so dass Produkte mit einer kleinen Dispergierung
hergestellt werden können.
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Als nächstes wird die Erforschung
und Untersuchung der Agglomerationstemperaturzone in der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden.
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Als ein Ablauf zum Bestimmen einer
Agglomerationstemperaturzone werden „Experiment des plötzlichen Änderns der
Ziehgeschwindigkeit", „Test des
Trennens des Kristalls von der Schmelze im Verlauf des Züchtens und
des schnellen Abkühlens" oder dergleichen
erwähnt,
in denen die gleiche Menge an Fremdstoffen wie Produkten in einen
Einkristall dotiert wird und dann die Ziehgeschwindigkeit plötzlich geändert wird.
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(Test 1) (Bestimmung der
normalen Agglomerationstemperaturzone (ohne Hinzufügen von
Stickstoff)]
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Durch die Verwendung einen allgemeinen
Einkristallziehvorrichtung für
das CZ-Verfahren wurden 50 kg polykristallines Material Silizium
in einen Quarztigel mit einem Durchmesser von 45 cm (18 Inch) geladen, ein
Siliziumeinkristallblock des p-Typs mit einem Durchmesser von 15
cm (6 Inch), Ausrichtung <100>, ein Widerstand von
10 Ωcm
und eine Sauerstoffkonzentration von 15 ppma (JEIDA: Japan Electronic
Industry Development Association Standard) wurde ohne Stickstoffdotierung
gezogen, während
die Ziehgeschwindigkeit auf 1,0/min, bis die Länge des Kristallkörpers 50
cm wurde, gesteuert wurde und danach das Kristallziehen bei einen
Geschwindigkeit von 0,4/min, bis die Länge des Kristallkörpers 80
cm wurde, fortgesetzt wurde. Wenn die Länge des Kristallkörpers 80
cm wurde, wurde ein Endabschnitt gebildet, und schließlich wurde
ein Kristallblock von 42 kg erhalten.
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Wafer wurden vom so erhaltenen Einkristallblock
mit einer Drahtsäge
geschnitten und dem Abschrägen,
Läppen, Ätzen und
Hochglanzpolieren ausgesetzt. Die Silizumwafer mit einem Durchmesser
von 15 cm (6 Inch) wurden hergestellt. Die Wafer wurden Secco-Ätzen ausgesetzt,
und die Grubendichte wurde durch Beobachten der Oberfläche davon
mit einem Mikroskop gemessen, um eine Dichte der eingewachsenen
Fehler als FPD zu bestimmen.
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FPD-Dichteverteilung entlang der
Kristallwachstumsachsenrichtung wird in 1(a) gezeigt, 1(a) zeigt, dass sich die FPD-Dichte
an einer Position von ungefähr
38–41,5
cm von einem Schulterabschnitt des Kristalls, der 0 cm sein soll,
weitgehend ändert.
Basierend auf diesem Ergebnis wurde eine Temperaturverteilung entlang
der Kristallachsenrichtung genau nach dem Ändern der Kristallziehgeschwindigkeit
unter Verwendung einer Wärmeanalysesimulation,
wie beispielsweise globale Wärmeübertragungsanalysesoftware
FEMAG (F. Dupret, P. Nicodeme, Y. Ryckmans, P. Wouters und M. J.
Crochet, Int. J. Heat Mass Transfer, 33, 1849 (1990)) berechnet.
Folglich hat sich erwiesen, dass die Agglomerationstemperaturzone
ohne Stickstoffdotierung 1100–1010°C beträgt (Herkömmlich gab
es eine akzeptierte Theorie, dass die Agglomerationstemperaturzone
1150–1080°C beträgt). Der
Wert der FPD-Dichte
in 1 ist ein Durchschnitt
von 3 Punkten, ein Umfangsabschnitt des Wafers (ein Punkt bei einem
Abstand von 10 mm vom Umfang entlang der radialen Richtung), ein
Punkt bei einem Abstand von R/2 vom Zentrum (R: Radius des Wafers)
und das Zentrum des Wafers.
-
(Test 2) [Messen
der Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von Stickstoff]
-
Ein Einkristallblock wurde unter
den gleichen Bedingungen wie in Test 1 gezogen, außer dass
die Dotierungsmenge von Stickstoff 1,6 × 1013/cm3 beträgt.
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Hochglanzpolierte Siliziumwafer wurden
aus dem so erhaltenen Einkristallblock gemäß der gleichen Art und Weise
wie in Test 1 hergestellt. Die FPD-Dichteverteilung, wie in 1(b) gezeigt, wurde erhalten. Folglich
wurde bestätigt,
dass eine Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von
Stickstoff 1050–990°C betrug
und durch Hinzufügen
von Fremdstoffen, besonders Stickstoff, änderte sich die Agglomerationstemperaturzone
maßgeblich.
Wie verglichen mit dem Fall, in dem Stickstoff nicht hinzugefügt wurde, (Test
1: 1100–1010°C) war das
Ergebnis, dass die Temperaturobergrenze um –50°C bzw. die Temperaturuntergrenze
um –20°C verschoben
wurde.
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Eine Agglomerationstemperaturzone,
in der die Dotierungsmenge von Stickstoff über einen Bereich zwischen
0,1 × 1013/cm3 and 8,0 × 1013/cm3 variiert wurde,
wurde auch bestimmt. Das Ergebnis war, dass die Agglomerationstemperaturzone
ungefähr
im Bereich von 1050–990°C lag.
-
Als Ergebnis des Angebens von Stickstoff
als Fremdstoff hat es sich, wie oben erwähnt, erwiesen, dass die Agglomerationstemperaturzone
ohne Stickstoffdotierung 1100–1010°C beträgt, während die
Agglomerationstemperaturzone des mit Stickstoff dotierten Kristalls
im Bereich von 0,1 × 1013 bis 8,0 × 1013/cm3 zur Temperaturuntergrenze von 1050–990 °C verschoben
wird.
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In einem Verfahren zum Herstellen
eines Siliziumeinkristalls, in dem Stickstoff als Fremdstoff hinzugefügt wird,
wenn eine Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen Fehler
des Kristalls, in dem die Stickstoffkonzentration in dem Bereich
0,1 × 1013 bis 8,0 × 1013/cm3 liegt, angenommen wird, dass sie sich um –50°C an der
Temperaturobergrenze bzw. um –20°C an der
Temperaturuntergrenze von einer Agglomerationstemperaturzone in
dem Fall, dass Stickstoff nicht hinzugefügt wurde, verschiebt, wird
demgemäß die Wachstumsbedingung
des herzustellenden Kristalls oder die Temperaturverteilung innerhalb
eines Ofens einer Ziehvorrichtung so gesetzt, dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit wird, und der Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
wird es möglich,
einen Einkristall mit einer kleinen Dispergierung in Größe und Dichte
der Fehler zu züchten
und außerdem
wird es möglich,
die Produktivität
und den Ertrag zu erhöhen
und die Qualität
und die Kosten zu verbessern.
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In dem Fall, in dem eine Dichte von
Stickstoff mehr als 8,0 × 1013/cm3 beträgt, wird
ferner von einer Agglomerationstemperaturzone von eingewachsenen
Fehlern erwartet, dass sie sich weiter zur untere Temperaturzone
verschiebt. In diesem Fall, gemäß der vorliegenden
Erfindung, kann jedoch auch ein Siliziumeinkristall mit gewünschter
Stickstoffkonzentration im Voraus gezüchtet werden, um dadurch die
Agglomerationstemperaturzone der eingewachsenen Fehler zu bestimmen,
dann kann auf der Basis der Temperatur die Wachstumsbedingung des
Siliziumeinkristalls oder die Temperaturverteilung innerhalb eines
Ofens einer Ziehvorrichtung, so gesetzt werden, dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit ist, und dann kann der Siliziumeinkristall hergestellt
werden.
-
Ferner kann, wenn der Fremdstoff
in ein Siliziumeinkristall hinzugefügt wird, wenn die Ziehbedingung oder
Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung
so gesetzt sind, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone gesteuert ist,
um schnell zu sein, d. h. durchschnittlich 1,6°C/min oder mehr, der Kristall,
dessen Fehlergröße nicht
weitgehend dispergiert ist, gezüchtet
werden. Falls zum Beispiel Stickstoff als Fremdstoff dotiert wird,
und seine Konzentration im Bereich von 0,1 × 1013 bis
8,0 × 1013/cm3 liegt, kann
der Kristall, dessen Fehlergröße nicht
weitgehend dispergiert ist und der durchschnittlich einheitlich
60 nm oder weniger beträgt,
gezüchtet
werden. Wenn die Größe der Kristallfehler
klein ist und nicht weitgehend dispergiert ist, wie oben erwähnt, selbst
wenn die Fehlerdichte eines durch Bearbeitung erhaltenen Wafers
gross ist, können
die Fehler dadurch beseitigt werden, dass der Wafer Wärmebehandlung
ausgesetzt wird, so dass Wafer mit hoher Qualität hergestellt werden können. Selbst
wenn die Fehler nicht beseitigt sind und noch in der Oberflächenschicht
des Wafers verbleiben, ist außerdem
die Fehlergröße äußerst klein
und deshalb haben die Fehler kaum einen nachteiligen Einfluss auf
die Merkmale des auf dem Wafer hergestellten integrierten Schaltkreis.
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Zudem ist es möglich, wenn der Fremdstoff
in ein Siliziumeinkristall hinzugefügt wird, wenn die Ziehbedingung
oder Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung
eingestellt sind, so dass die Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls
in der Agglomerationstemperaturzone gesteuert ist, um langsam zu sein,
d. h. durchschnittlich 1,0°C/min
oder weniger und dann der Siliziumeinkristall gezüchtet wird,
selbst wenn ein Fremdstoff etc. darin dotiert wird, Wafer au erhalten,
die von dem Siliziumeinkristall, dessen Fehlerdichte groß ist, aber
die Fehlerdichte äußerst niedrig
ist und die Oxiddurchschlagsspannungscharakteristiken gut sind,
bearbeitet wurden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, gemäß des oben
erwähnten
Herstellungsverfahrens, ein Siliziumeinkristall bereitgestellt,
wobei eine LSTD-Dichte 500 Anzahl/cm2 oder
mehr ist, bevor es Wärmebehandlung
ausgesetzt wird.
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In einem Kristall, in dem eine Fehlerdichte
sehr gross ist, z. B. beträgt
eine LSTD-Dichte 500 Anzahl/cm2 oder mehr,
ist eine Größe des Fehlers
selbst sehr klein, wie 75 nm oder weniger, selbst wenn die Dichte
der Fehler im Kristall gross ist. Indem Wafer, die vom Siliziumeinkristall
bearbeitet wurden, einer bestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt werden,
können
daher die Fehler beseitigt werden. Besonders durch das Halten der
Abkühlungsgeschwindigkeit
des Siliziumeinkristalls in der Agglomerationstemperaturzone, um
eine genaue Geschwindigkeit während
des Wachstums darzustellen, wie in der vorliegenden Erfindung durchgeführt, ist
es möglich,
so lange wie die Art und Konzentration der Fremdstoffe fast gleich
ist, die Fehlergröße fast gleich
einer kleinen Dispergierung zu machen. Wenn die Wärmebehandlung
zum Beseitigen der Fehler ausgeführt
ist, können
folglich weitere Effekte der Beseitigung der Fehler erhalten werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Siliziumwafer bereitgestellt, der aus dem oben erwähnten Siliziumeinkristall
hergestellt wird, wobei der Wafer der Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von nichtoxidierendem
Gas ausgesetzt war.
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Diese Wärmebehandlung zum Beseitigen
der Kristallfehler wird in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wie beispielsweise
Wasserstoff, Argon oder gemischtem Gas von beiden wünschenswert
ausgeführt.
Die Bedingungen der Wärmebehandlung
zu diesem Zeitpunkt sind nicht besonders begrenzt, so lange wie
die Fehler unter der Bedingung beseitigt sind. Jedoch ist die Wärmebehandlung
bei ungefähr
1200°C eine
Stunde Bang oder bei 150°C
zwei Stunden lang effektiv. Um die Bedingungen für die Wärmebehandlung auszuwählen, wird
die Zeit für
das Durchlaufen einer gewünschten
Agglomerationstemperaturzone ferner bestimmt, um dadurch einen Kristall
zu züchten,
und dann können
die Bedingungen der Wärmebehandlung,
die einer Größe von in
dem Kristall erzeugten Fehlern entspricht, ausgewählt werden.
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In der vorliegenden Erfindung kann
ein mit Fremdstoffen dotiertes Siliziumeinkristall, zum Beispiel Stickstoff,
durch das CZ-Verfahren gemäß dem bekannten
Verfahren, wie zum Beispiel in der Offenlegungsschrift der japanischen
Patentanmeldung (kokai) Nr. 60-251190 offenbart, gezüchtet werden.
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In dem CZ-Verfahren, das das Berühren eines
Impfkristalls mit einer Schmelze des polykristallinen Silizium-Rohmaterials,
das in einem Quarztiegel enthalten ist, und dessen Ziehen mit Drehen,
um einen Siliziumeinkristallblock mit einem beabsichtigten Durchmesser
au züchten,
beinhaltet, kann Stickstoff nämlich durch
vorhergehendes Platzieren von Nitrid in den Quarztiegel in einen
Siliziumeinkristall dotiert werden, indem Nitrid in die Siliziumschmelze
gegeben wird oder unter Verwendung eines Atmosphärengases, das Stickstoff enthält. Eine
Dotierungsmenge in dem Kristall kann durch das Steuern einer Menge
Nitrid oder der Konzentration oder Zeit der Einführung des Stickstoffgases gesteuert
werden. Daher kann die Stickstoffkonzentration leicht in dem oben
erwähnten
Bereich von 0,1 × 1013 bis 8,0 × 103/cm3 gesteuert werden.
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Wie oben beschrieben kann die Erzeugung
der Kristallfehler, die während
des Wachstums des Kristalls eingeführt werden, durch Dotieren
von Stickstoff unterdrückt
werden, während
ein Einkristall durch das CZ-Verfahren
gezüchtet
wird. Weiterhin ist es wichtig, eine Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls
in einem Temperaturbereich von 1050–990°C einzustellen, d. h. eine Agglomerationstemperaturzone
mit Stickstoffdotierung auf eine hohe Geschwindigkeit wie 1,6°C/min oder
mehr oder eine niedrige Geschwindigkeit wie 1,0°C/min oder weniger. Um eine
derartige Bedingung für
das Produzieren eines Kristalls zu erfüllen, kann eine Vorrichtung
zum Abkühlen
des Kristalls in einer gewünschten
Geschwindigkeit des Abkühlens
von 1050°C
bis 990°C
in einer Kammer einer Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls
durch das CZ-Verfahren
bereitgestellt werden. Eine derartige Vorrichtung kann eine Vorrichtung
sein, die einen Kristall durch Aufsprühen eines Abkühlgases
darauf abkühlen
kann oder die mit einem Wasser gekühlten Ring bereitgestellt ist,
um einen Kristall an einer vorgegebenen Position über der
Schmelze zu umgeben. Als Alternative dazu gibt es eine andere Technik
zum Entwerfen einer Struktur einer so genannten warmen Zone, so
dass ein Wärmeisolationsmaterial
oder eine Wärmeabschirmungstafel
bereitgestellt wird, um einen Kristall zu umgeben, um durch Ändern seiner
Position ein Temperaturgefälle
festzulegen. In diesem Fall kann die Abkühlungsgeschwindigkeit durch
Steuern der Ziehgeschwindigkeit des Kristalls in einem gewünschten
Bereich gesteuert werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird als
nächstes
insbesondere durch Beispiele und Vergleichsbeispiele erklärt werden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Beispiel 1)
-
Wenn Stickstoff als Fremdstoff dotiert
wird, wurde ein Siliziumeinkristall in einer Absicht gezüchtet, Siliziumwafer,
bei denen die Fehlergröße gleichmäßig bei
ungefähr
60 nm ist und nicht weitgehend dispergiert, herzustellen.
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Als ein Vortest wurde zuerst ein
Siliziumeinkristall mit der gleichen Art und Konzentration der Fremdstoffe
wie ein herzustellendes Siliziumeinkristall gezüchtet, um dadurch eine Agglomerationstemperaturzone der
eingewachsenen Fehler davon zu bestimmen. Ein Einkristallblock wurde
unter den gleichen Bedingungen und Verfahren wie die in dem vorher
erwähnten
Test 1 verwendeten, gezogen, außer
dass die Dotierungsmenge des Stickstoffs 1,6 × 1013/cm3 ist.
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Hochglanzpolierte Siliziumwafer wurden
aus dem so erhaltenen Einkristallblock gemäß der gleichen Art und Weise
wie in Test 1 hergestellt. Die FPD-Dichteverteilung, wie in 1(b) gezeigt, wurde in der
Kristallachsenrichtung erhalten. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass
eine Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von Stickstoff 1050–990°C betrug
und durch Hinzufügen
von Fremdstoffen, besonders Stickstoff, änderte sich die Agglomerationstemperaturzone
maßgeblich.
Verglichen mit dem Fall, bei dem kein Stickstoff hinzugefügt wurde
(Test 1: 1100–1010°C) war das
Ergebnis, dass die Temperaturobergrenze um –50°C bzw. die Temperaturuntergrenze
um –20°C verschoben
wurde.
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Als nächstes wurde auf der Basis
der oben genannten Agglomerationstemperaturzone die Wachstumsbedingung
des Siliziumeinkristalls oder die Temperaturverteilung innerhalb
eines Ofens einer Ziehvorrichtung so gesetzt, dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der Agglomerationstemperaturzone eine
gewünschte
Geschwindigkeit ist, und dann wurde das Siliziumeinkristall gezüchtet.
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Durch die Verwendung einer Einkristallziehvorrichtung
durch das CZ-Verfahren,
dessen Ofen eine warme Zonenstruktur aufweist, die an das schnelle
Abkühlen
(als "A-Typ" bezeichnet) angepasst
ist, wurden 50 kg polykristallines Material Silizium in einen Quarztiegel
mit einem Durchmesser von 18 Inch geladen, ein Siliziumeinkristallblock
des p-Typs mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Inch), Ausrichtung <100>, ein Widerstand von
10 Ωcm
und eine Sauerstoffkonzentration von 15 ppma (JEIDA: Japan Electronic
Industry Development Association standard) wurde mit Dotieren von
Stickstoff von 1,6 × 1013/cm3 bei einer
Ziehgeschwindigkeit von 1,0/min gezüchtet.
-
Das Züchten des Einkristallblocks
wurde unter Bedingungen durchgeführt,
so dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit
in der Agglomerationstemperaturzone von 1050–990°C 1,6°C/min betrug.
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Wafer wurden vom so erhaltenen Einkristallblock
mit einer Drahtsäge
geschnitten und dem Abschrägen,
Läppen, Ätzen und
Hochglanzpolieren ausgesetzt. Die Silizumwafer mit einem Durchmesser
von 15 cm (6 Inch) wurden hergestellt.
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Der Siliziumeinkristallwafer wurde
durch Beobachten der Oberfläche
davon mit einem Durchstrahlungselektronenmikroskop (TEM) gemessen,
um eine Größe der Fehler,
die in der Oberfläche
des Wafers vorhanden sind, zu bestimmen. Folglich lag die Fehlergröße durchschnittlich
bei ungefähr
60 nm, was erweist, dass die Fehlergröße durch richtiges Einstellen
des Stickstoffdotierungseffekts und der Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls
in der Agglomerationstemperaturzone reduziert wird.
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Weiterhin wurde der Wafer einer Wärmebehandlung
zum Beseitigen von Fehlern (bei 1200 °C eine Stunde lang, in einer
Atmosphäre
von Argongas) ausgesetzt und die Oberfläche des Wafers wurde beobachtet.
Folglich konnten die meisten Fehler beseitigt werden. Die Testbedingungen
und -ergebnisse werden zusammen in Tabelle 1 gezeigt.
-
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich
ist, kann die Größe und Dichte
der Fehler auf gewünschte
Werte gesteuert werden, wenn eine Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls
in der Agglomerationstemperaturzone von 1050–990°C gesteuert wird, in der die
Temperaturobergrenze der Agglomerationstemperaturzone mit Stickstoffdotierung
um –50°C bzw. die
Temperaturuntergrenze um –20°C verschoben
wird. Tabelle
1
-
[Hinweis]
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- ➀ Agglomerationstemperaturzone des Fehlers ohne
Hinzufügen
von Fremdstoffen
➁ Agglomerationstemperaturzone des
Fehlers unter Hinzufügen
von Stickstoff als Fremdstoff
-
Beispiel 2
-
Ein Einkristallblock wurde unter
den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 gezüchtet, außer dass eine Temperaturverteilung
innerhalb eines Ofens einer Ziehvorrichtung durch Ändern der
warmen Zone darin geändert
wurde und dadurch eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls zum Durchlaufen der angenommene Aglomerationstemperaturzone,
d. h. 1050–990°C ferner
so schnell wie 2,0°C/min
(B type) wurde.
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Folglich kann eine Größe von Kristallfehlern
durch das Erhöhen
der Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von
Stickstoff gesteuert werden, damit sie kleiner wird. Da die Größe der Kristallfehler
durchschnittlich auf 52 nm vermindert werden könnte, wird es ferner möglich, fast
völlig
die Fehler zu beseitigen, indem der Wafer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
Die Testbedingungen und -ergebnisse werden zusammen in Tabelle 1
gezeigt.
-
Bislang wurde nur die Fehlergröße als Gegenstand
beschrieben. Die Größe der eingewachsenen
Fehler tendiert dazu, in umgekehrter Proportion zur Fehlerdichte
zu sein. Auf dieser Grundlage wurden die in Beispiel 2 erhaltenen
eingewachsenen Fehler in dem Wafer, die als LSTD mit einer LSTD-Sonnen
(MO-601, hergestellt von Mitsui Mining And Smelting Company, Limited)
beobachtet werden, unter der Bedingung, dass die Fehlergröße 50 nm
oder mehr beträgt,
beobachtet und der Messbereich von der Oberfläche bis zu 5 μm tief ist.
Die in 2 gezeigten Ergebnisse
wurden erhalten.
-
Diese Fehlerdichteverteilungsabbildung
zeigt, dass wenn die LSTD-Dichte vor der Beseitigung der Fehler
500 Anzahl/cm2 oder mehr beträgt, die
meisten Fehler durch Wärmebehandlung
beseitigt werden können.
-
Vergleichsbeispiel
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Ein Einkristallblock wurde unter
den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 gezüchtet, außer dass kein
Vorlest zum Bestimmen der Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von
Stickstoff durchgeführt wurde
und eine allgemeine Wärmezone
(C-Typ) verwendet wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der herkömmlichen
Agglomerationstemperaturzone, d. h. 1100–1010°C bei 1,9°C/min gehalten, was eine Bedingung
für eine
beabsichtigte Fehlergröße erfüllt.
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Der aus dem Kristall erhaltene hochglanzpolierte
Siliziumwafer wurde durch Beobachten der Oberfläche darauf mit dem TEM gemessen,
um die Fehlergröße zu bestimmen.
Folglich war die Fehlergröße groß, durchschnittlich
ungefähr
80 nm.
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Weiterhin wurde der Wafer einer Wärmebehandlung
zum Beseitigen von Fehlern (eine Stunde lang bei 1200°C, in einer
Atmosphäre
von Argongas) ausgesetzt und die Oberfläche des Wafers wurde beobachtet. Folglich
verblieben viele der Fehler ohne Beseitigung auf dem Wafer. Die
Testbedingungen und -ergebnisse werden zusammen in Tabelle 1 gezeigt.
Dieses Ergebnis unterscheidet sich von der ursprünglichen Absicht, Fehler mit
einer Größe von ungefähr 60 nm
zu erhalten.
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Danach wurde eine Abkühlungsgeschwindigkeit
des Kristalls in der Agglomerationstemperaturzone unter Hinzufügen von
Stickstoff bestimmt. Der resultierende Wert betrug 1,3°C/min, was
erweist, dass der Kristall allmählich
in der Agglomerationstemperaturzone abgekühlt wurde.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
Die oben beschriebenen Ausführungsformen
sind lediglich Beispiele, und diejenigen, die im Wesentlichen dieselbe Struktur
wie die beschriebenen aufweisen und ähnliche Funktionen und Vorteile
bereitstellen, sind in dem Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen,
wie in den beigefügten
Ansprüchen
festgelegt.
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Zum Beispiel werden die oben genannten
Ausführungsformen
beschrieben, während
das Wachstum eines Siliziumeinkristalls mit einem Durchmesser von
15 cm (6 Inch) erwähnt
wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die
vorliegende Erfindung kann auf das Wachstum eines Siliziumeinkristalls mit
einem Durchmesser von 20 bis 40 cm (8 bis 16 Inch) oder größer angewendet
werden.
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Ferner kann das Verfahren der vorliegenden
Erfindung nicht nur auf ein Czochralski-Verfahren, sondern auch
auf ein so genanntes MCZ-Verfahren angewendet werden, in dem ein
horizontales Magnetfeld, ein vertikales Magnetfeld, ein Spitzenmagnetfeld
oder dergleichen auf die Siliziumschmelze angewendet werden.