DE60111071T2

DE60111071T2 - Verfahren zur herstellung von silicium mit niedriger defektdichte

Info

Publication number: DE60111071T2
Application number: DE60111071T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Voronkov; Robert J. Falster; Mohsen Banan
Original assignee: SunEdison Inc
Current assignee: SunEdison Inc
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: KR100687664B1; WO2003004734A1; WO2003004734A9; JP2004521853A; CN1473214A; CN1280456C; KR20030059222A; EP1330562B1; TW583352B; DE60111071D1; EP1330562A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Einkristallsilizium von Halbleiterqualität, das zur Herstellung elektronischer Bauteile benutzt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Siliziumblocks durch die Czochralskimethode, bei dem ein wesentlicher Teil im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist, wobei die Kristallwachstumsbedingungen variiert werden, um innerhalb des Blockteils von konstantem Durchmesser zunächst alternierende Bereiche von Material mit vorherrschendem Zwischengittereigensilizium und Material mit vorherrschenden Leerstellen zu schaffen. Die Bereiche des Materials mit vorherrschenden Leerstellen wirken als Senken, zu denen Zwischengittereigenatome diffundieren können und wo sie vernichtet werden können.
Einkristallsilizium, das das Ausgangsmaterial für die meisten Verfahren zur Herstellung von elektronischen Halbleiterbauteilen ist, wird überlicherweise durch die sogenannte Czochralski(„Cz")-Methode hergestellt. Bei dieser Methode wird polykristallines Silizium („Polysilizium") in einen Tiegel gefüllt und eingeschmolzen, ein Keimkristall wird mit dem geschmolzenen Silizium in Kontakt gebracht, und durch langsames Herausziehen wird ein Einkristall gezüchtet. Nachdem die Bildung eines Halses beendet ist, wird der Durchmesser des Kristalls durch Verringerung der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Temperatur der Schmelze vergrößert, bis der gewünschte Durchmesser oder Zieldurchmesser erreicht ist. Der zylindrische Hauptkörper des Kristalls, der einen etwa konstanten Durchmesser hat, wird dann dadurch gezüchtet, dass man die Wachstumsgeschwindigkeit und die Temperatur der Schmelze überwacht und dabei das sinkende Niveau der Schmelze kompensiert. Gegen Ende des Züchtungsprozesses, jedoch bevor der Tiegel an geschmolzenem Silizium geleert ist, wird der Kristalldurchmesser allmählich verringert, um einen Endkonus zu bilden. Typischerweise wird der Endkonus dadurch gebildet, dass man die Kristallwachstumsgeschwindigkeit und die dem Tiegel zugeführte Wärme steigert. Wenn der Durchmesser klein genug geworden ist, wird der Kristall von der Schmelze getrennt.
In den letzten Jahren wurde erkannt, dass sich in dem Einkristallsilizium in der Kristallwachstumskammer eine Anzahl von Fehlstellen bilden, wenn der Kristall nach der Erstarrung abkühlt. Diese Störstellen entstehen zum Teil infolge der Anwesenheit eines Überschusses (d. h. einer Konzentration oberhalb der Löslichkeitsgrenze) an Eigenpunktstörstellen, die als Leerstellen und Zwischengittereigenatome bekannt sind. Aus der Schmelze gewachsene Siliziumkristalle werden typischerweise mit einem Überschuss der einen oder der anderen Art der Eigenpunktstörstelle, entweder Kristallgitter-Leerstellen („V") oder Zwischengittersiliziumeigenatomen („I") gezüchtet. Es wurde vorgeschlagen, dass die Art und Anfangskonzentration dieser Punktstörstellen in dem Silizium zur Zeit der Erstarrung bestimmt werden und, falls diese Konzentrationen einen Wert kritischer Übersättigung in dem System erreichen und die Beweglichkeit der Punktstörstellen genügend hoch ist, wahrscheinlich eine Reaktion oder ein Agglomerationsvorgang eintritt. Agglomerierte Eigenpunktstörstellen im Silizium können das Ausbeutepotential des Materials bei der Herstellung komplexer und hochintegrierter Schaltungen ernsthaft beeinträchtigen.
Störstellen des Leerstellentyps sind erkanntermaßen der Ursprung solcher beobachtbaren Kristall-Störstellen, wie D-Störstellen, Flow Pattern Defects (FPD), Gate Oxide Integrity Defects (GOI), Crystal Originated Paricle (COP) Defects, aus dem Kristall stammender Light Point Defects (LPD) sowie bestimmter Klassen von Massenstörstellen, die durch Infrarot-Lichtstreuungsverfahren, wie IR-Rastermikroskopie und Laser-Abtasttomographie, beobachtet werden. In Bereichen mit Leerstellenüberschuss liegen auch Störstellen vor, die als Keime für durch Ringoxidation induzierte Schichtungsfehler (OISF) wirken. Es wird spekuliert, daß diese besondere Störstelle ein durch Hochtemperaturkeimbildung entstandenes Sauerstoffagglomerat ist, das durch die Anwesenheit von Überschuss Leerstellen katalysiert wurde.
Störstellen, die mit Zwischengitter-Eigenatomen in Beziehung stehen, sind weniger gut untersucht. Sie werden im Allgemeinen als zwischengitterartige Versetzungschleifen oder –netzwerke von geringer Dichte angesehen. Diese Störstellen sind für Fehler des Typs Gate Oxide Integrity, einem wichtigen Leistungskriterium für Wafer, nicht verantwortlich, jedoch werden sie weithin als die Ursache anderer Arten von Gerätefehlern angesehen, die gewöhnlich mit Stromverlustproblemen verbunden sind.
Die Dichte dieser Leerstellen- und Zwischengittereigenatom-Störstellenagglomerate im Czochralski-Silizium liegt herkömmlicherweise in dem Bereich von etwa 1*10³/cm³ bis etwa 1*10⁷/cm³. Während diese Werte relativ gering sind, haben agglomerierte Eigenpunktstörstellen für Gerätehersteller schnell wachsende Bedeutung, und sie werden jetzt in der Tat bei Geräteherstellungsverfahren als Faktoren angesehen, die die Ausbeute begrenzen.
Eine Lösung, die zur Kontrolle der Bildung agglomerierter Störstellen vorgeschlagen wurde, besteht darin, die Anfangskonzentration der Punktstörstellen zu überwachen, wenn das Einkristallsilizium bei Erstarrung aus der geschmolzenen Siliziummasse gebildet wird, indem man die Wachstumsgeschwindigkeit (v) des Einkristall-Siliziumblocks aus der geschmolzenen Siliziummasse überwacht, wobei höhere Wachstumsgeschwindigkeiten zur Bildung eines leerstellenreichen Materials und kleinere Wachstumsgeschwindigkeiten zur Bildung von an Zwischengitteratomen reichem Material tendieren, und bei der man den axialen Temperaturgradienten G in der Nähe der Grenzfläche fest/flüssig des wachsenden Kristalls für einen gegebenen Temperaturgradienten steuert. Insbesondere wurde vorgeschlagen, dass die radiale Variation des axialen Temperaturgradienten nicht größer als 5°C/cm oder weniger ist, siehe z. B. Iida et al., EP0890662. Diese Lösung erfordert jedoch eine genaue Auslegung und Überwachung der heißen Zone eines Kristallziehgeräts.
Eine andere Lösung, die zur Überwachung der Bildung agglomerierter Störstellen vorgeschlagen wurde, besteht in der Kontrolle der Anfangskonzentration von Leerstellen- oder Zwischengitterpunktstörstellen, wenn das Einkristallsilizium bei der Erstarrung aus der geschmolzenen Siliziummasse gebildet wird, und in der Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit des Kristalls von der Erstarrungstemperatur auf eine Temperatur von etwa 1.050°C, um die Radialdiffusion von Zwischengitter-Siliziumeigenatomen oder Leerstellen zur seitlichen Oberfläche des Blocks oder zwecks Rekombination zueinander zu erlauben, wodurch die Konzentration an Eigenpunktstörstellen unterdrückt wird, um die Übersättigung des Leerstellensystems oder des Zwischengitteratomsystems auf Werten zu halten, die geringer als jene sind, bei denen Agglomerierungsreaktionen eintreten, siehe z. B. Falster et al., US-Patent Nr. 5,919,302 und Falster et al., WO 98/45509. Während diese Lösungen mit Erfolg zur Anwendung kommen können, um Einkristallsilizium herzustellen, das im Wesentlichen frei von agglomerierten Leerstellen- oder Zwischengitteratomstörstellen ist, kann eine bedeutende Zeit erforderlich sein, um eine genügende Diffusion der Leerstellen und Zwischengitteratome zu ermöglichen. Dies kann die Wirkung haben, dass sich der Durchsatz für das Kristallziehgerät verringert.
Abriss der Erfindung
Unter den verschiedenen Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung können genannt werden ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Siliziumblocks, von dem ein wesentlicher Teil im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist, die die Halbleitereigenschaften des Siliziums negativ beeinflussen; die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Einkristall-Siliziumblocks mit abwechselnden Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen und vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen, wobei diese letzteren Bereiche im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen sind; die Schaffung eines solchen Verfahrens, das den Durchsatz des Kristallziehgeräts nicht wesentlich herabsetzt; die Schaffung eines solchen Verfahrens, das die Notwendigkeit der Begrenzung der Wachstumsgeschwindigkeit in dem Kristallziehgerät wesentlich verringert; die Schaffung eines solchen Verfahrens, das die Notwendigkeit der Begrenzung des mittleren axialen Temperaturgradienten G₀ in dem Kristallziehgerät wesentlich verringert; und die Schaffung einer Methode für die Sortierung der aus dem genannten Einkristall-Siliziumblock geschnittenen Wafer, so dass Wafer, die im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenstörstellen sind, visuell identifiziert werden können.
Kurz gesagt, ist daher die vorliegende Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristallblocks, von dem ein wesentlicher Teil im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist. Das Verfahren umfasst eine solche Steuerung einer Wachstumsgeschwindigkeit v und eines mittleren axialen Temperaturgradienten G₀, dass das Verhältnis v/G₀ so variiert wird, dass anfangs in dem Blockteil von konstantem Durchmesser zwei oder mehr Bereiche gebildet werden, in denen Kristallgitterleerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind und die entlang der Achse durch einen oder mehrere Bereiche getrennt sind, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind. Die Bereiche, in denen anfangs Kristallgitterleerstellen die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, haben eine axiale Länge L_Leerst. und einen sich von der Blockachse zu der seitlichen Oberfläche erstreckenden Radius R_Leerst., der wenigstens etwa 10 % des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt. Der Bereich bzw, die Bereiche, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome anfangs die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, haben eine axiale Länge L_Zwischeng. und erstrecken sich über den gesamten Radius R des den konstanten Durchmesser aufweisenden Teils des Siliziumeinkristalls. Die Bereiche werden von der Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die es den Zwischengitter-Siliziumeigenatomen und den Leerstellen erlaubt, aus den Bereichen zu diffundieren und sich wieder zu vereinigen, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen diese Atome anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren, und die Konzentration der Kristallgitterleerstellen in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen Kristallgitterleerstellen anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristallblocks gerichtet, von dem ein wesentlicher Teil im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist. Das Verfahren umfasst die Steuerung einer Wachstumsgeschwindigkeit v, um anfangs in dem Blockteil von konstantem Durchmesser zwei oder mehr Bereiche zu bilden, in denen Kristallgitterleerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind und die längs der Achse durch einen oder mehrere Bereiche getrennt sind, in denen Zwischengitter- Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind. Die Bereiche, in denen anfangs Kristallgitterleerstellen die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, haben eine axiale Länge L_Leerst. und einen sich von der Blockachse zu der seitlichen Oberfläche erstreckenden Radius R_Leerst., der wenigstens etwa 10 % des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt. Der Bereich bzw. die Bereiche, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome anfangs die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, haben eine axiale Länge L_Zwischeng. und erstrecken sich über den gesamten Radius R des den konstanten Durchmesser aufweisenden Teils des Siliziumeinkristalls. Die Bereiche werden von der Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die es den Zwischengitter-Siliziumeigenatomen und den Leerstellen erlaubt, aus den Bereichen zu diffundieren und sich wieder zu vereinigen, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen diese Atome anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren, und die Konzentration der Kristallgitterleerstellen in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen Kristallgitterleerstellen anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf einen Einkristall-Siliziumblock mit einem Teil von konstantem Durchmesser gerichtet, der mehrere axialsymmetrische Bereiche aufweist, die entlang der Blockachse zwischen einem Bereich mit Leerstellen als vorherrschender Einpunktstörstelle und einem Bereich mit Zwischengitteratomen als der vorherrschenden Eigenpunktstörstelle abwechseln, wobei der Block wenigstens zwei Bereiche mit vorherrschenden Zwischengitteratomen hat, die im Wesentlichen frei von agglomerierten Zwischengitterstörstellen sind und die entlang der Achse des Blockteils von konstantem Durchmesser durch einen Bereich mit vorherrschenden Leerstellen getrennt sind.
Andere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden weiter unten zum Teil offensichtlich und zum Teil ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine graphische Darstellung, die beispielhaft zeigt, wie sich die Anfangskonzentration der Zwischengittereigenatome [I] und der Leerstellen [V] mit der Zunahme des Wertes des Verhältnisses v/G₀ ändert, worin v die Wachstumsgeschwindigkeit und v/G₀ der mittlere axiale Temperaturgradient sind.
2 ist eine graphische Darstellung, die beispielhaft zeigt, wie ΔG_I, die zur Bildung agglomerierter Zwischengitterstörstellen erforderliche Änderung der freien Energie, für eine gegebene Anfangskonzentration von Zwischengittereigenatomen [I] mit Abnahme der Temperatur T zunimmt.
3 ist ein Querschnittsbild eines Blocks, der durch Abschreckkühlung des Blocks über einen Temperaturbereich hergestellt wurde, bei dem Keimbildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen erfolgt.
4 ist eine Abbildung, die einen Wafer mit B-Störstellen vor einer Wärmebehandlung zur Vernichtung von B-Störstellen mit einem Wafer mit B-Störstellen vergleicht, der einer Wärmebehandlung zur Vernichtung von B-Störstellen unterworfen wurde.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Aufgrund bisheriger experimenteller Beobachtungen wird die Art und Anfangskonzentration von Eigenpunktstörstellen anscheinend zunächst beim Abkühlen des Blocks von der Erstarrungstemperatur (d. h. etwa 1410°C) auf eine Temperatur oberhalb 1300°C (d. h. wenigstens etwa 1325°C, wenigstens etwa 1350°C oder sogar wenigstens etwa 1375°C) bestimmt. Das bedeutet, dass die Art und Anfangskonzentration dieser Störstellen durch das Verhältnis v/G₀ kontrolliert wird, wobei v die Wachstumsgeschwindigkeit und G₀ der mittlere axiale Temperaturgradient über diesen Temperaturbereich ist.
Der Übergang zwischen Material mit vorherrschenden Leerstellen und vorherrschenden Zwischengitteratomen erfolgt bei einem kritischen Wert von v/G₀, der auf der Grundlage gegenwärtig verfügbarer Information etwa 2,1×10^–5Cm²/sK zu sein scheint, wobei G₀ unter Bedingungen bestimmt wird, bei denen der axiale Temperaturgradient in dem oben definierten Temperaturbereich konstant ist. Bei diesem kritischen Wert sind die resultierenden Konzentrationen dieser Eigenpunktstörstellen gleich. Wenn der Wert von v/G₀ den kritischen Wert übersteigt, sind Leerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle, und die Konzentration der Leerstellen nimmt mit wachsendem v/G₀ zu. Wenn der Wert von v/G₀ kleiner als der kritische Wert ist, sind Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle, und die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome nimmt mit abnehmendem v/G₀ zu.
Das Verhältnis v/G₀ und daher die Art der Eigenpunktstörstelle, die zunächst in einem bestimmten Bereich überwiegt, kann dadurch kontrolliert werden, dass man den Temperaturgradienten G₀, die Wachstumsgeschwindigkeit v oder G₀ und v kontrolliert. Vorzugsweise wird jedoch das Verhältnis v/G₀ durch Steuerung der Wachstumsgeschwindigkeit v kontrolliert. Für ein gegebenes G₀ besteht daher bei einer Abnahme der Wachstumsgeschwindigkeit v die Neigung, die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome zu vergrößern, und eine Zunahme der Wachstumsgeschwindigkeit v bringt die Tendenz mit sich, die Konzentration der Leerstellen zu erhöhen.
Wenn die Anfangskonzentration der Eigenpunktstörstellen einmal eingestellt ist, hängt die Bildung agglomerierter Störstellen vermutlich von der freien Energie des Systems ab. Bei einer gegebenen Konzentration von Eigenpunktstörstellen führt eine Temperaturabnahme zu einem Anstieg in der Änderung der freien Energie für die Reaktion, die aus den Eigenpunktstörstellen agglomerierte Störstellen bildet. Wenn somit ein Bereich, der eine Konzentration an Leerstellen oder Zwischengitteratomen enthält, von der Erstarrungstemperatur über die Temperatur, bei der sich Keime agglomerierter Störstellen bilden, abgekühlt wird, nähert man sich der Energiebarriere für die Bildung agglomerierter Leerstellen- oder Zwischengitterstörstellen. Wenn die Abkühlung fortgesetzt wird, kann diese Energiebarriere evtl. überschritten werden, an welchem Punkt eine Agglomerierungsreaktion eintritt (siehe z. B. Falster et al., US-Patent Nr. 5,919,302 und Falster et al., WO 98/45509).
Die Temperatur, bei der die Keimbildung agglomerierter Störstellen eintritt, d. h. die Agglomerierungstemperatur T_A, hängt von der Konzentration und der Art der vorherrschenden Eigenpunktstörstellen (Leerstelle oder Zwischengitter-Siliziumeigenatom) ab. Im Allgemeinen nimmt die Agglomerierungstemperatur T_A mit steigender Konzentration der Eigenpunkststörstellen zu. Ferner ist der Bereich der Keimbildungs temperaturen für agglomerierte Störstellen des Leerstellentyps etwas größer als der Bereich der Keimbildungstemperaturen für agglomerierte Störstellen des Zwischengittertyps. Anders gesagt ist in dem Bereich der Leerstellenkonzentrationen, der typischerweise in nach Czochralski gewachsenem Einkristallsilizium gebildet wird, die Agglomerierungstemperatur T_A für agglomerierte Leerstellenstörstellen im Allgemeinen zwischen etwa 1000°C und etwa 1200°C und typischerweise zwischen etwa 1000°C und etwa 1100°C, während in dem Konzentrationsbereich der Zwischengitter-Siliziumeigenatome, der typischerweise in nach Czochralski gewachsenem Einkristallsilizium erzeugt wird, die Agglomerierungstemperatur T_A im Allgemeinen zwischen etwa 850°C und etwa 1100°C und typischerweise zwischen etwa 870°C und etwa 970°C liegt.
Die Konzentration der Leerstellen oder Zwischengitteratome kann jedoch dadurch niedergehalten werden, dass man dem Block erlaubt, für eine Zeitdauer oberhalb der Agglomerierungstemperatur T_A zu bleiben, die dazu ausreicht, dass die Leerstellen und Zwischengitteratome radial zur Oberfläche des Blocks diffundieren können. Blöcke von großem Durchmesser erfordern jedoch beträchtliche Zeitspannen, damit an der Achse des Blocks befindliche Leerstellen und Zwischengitteratome an die Oberfläche diffundieren können.
Blöcke mit konzentrisch angeordneten Leerstellenbereichen und Zwischengitteratombereichen schaffen einen zusätzlichen Mechanismus zur Verringerung der Konzentration der Leerstellen und Zwischengitteratome, wobei der Block für eine Zeitdauer oberhalb der Agglomerierungstemperatur T_A gehalten werden kann, die ausreicht, dass die Leerstellen und Zwischengitteratome radial zueinander diffundieren können, so dass sie sich rekombinieren und gegenseitig vernichtet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein bedeutender Abschnitt des Blockteils von konstantem Durchmesser dadurch im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunkststörstellen gezüchtet werden, dass man die Wachstumsbedingungen steuert, um zu Beginn in dem Blockteil von konstantem Durchmesser längs der Achse separate Bereiche mit alternierenden vorherrschenden Eigenpunktdefekten zu erzeugen. In anderer Weise gesagt, wechselt die vorherrschende Eigenpunkststörstelle längs der Achse des Blockteils von konstantem Durchmesser zwischen Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen und Bereichen mit vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen ab. Im Ergebnis können nahe der Achse befindliche Leerstellen und Zwischengitteratome axial gegeneinander diffundieren und sich rekombinieren, während Eigenpunktstörstellen in der Nähe der Seitenfläche radial zur Oberfläche hin diffundieren können, wobei die radiale und axiale Diffusion benutzt wird, die Konzentration der Eigenpunktstörstellen hintan zu halten. Da Zwischengitteratome mit viel größeren Geschwindigkeiten als Leerstellen diffundieren, wandern die Zwischengitteratome vor der Rekombination eine viel größere Entfernung als die Leerstellen. Daher ist es vorzugsweise praktisch, dass der Blockteil von konstantem Durchmesser anfangs relativ größere Bereiche mit vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen hat, die durch relativ kleinere Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen mit hoher Leerstellenkonzentration getrennt sind. Die Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen dienen so als Senken für die schnell diffundierenden Zwischen gitter-Siliziumeigenatome, wo sie vernichtet werden, um vor Kühlung unter die Agglomerierungstemperatur die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome hintan zu halten.
Ohne sich auf eine besondere Theorie festzulegen, wird angenommen, dass die Ausdiffusion von Zwischengitter-Siliziumeigenatomen aus einem Bereich mit vorherrschenden Zwischengitteratomen, der sich axial zwischen zwei Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen befindet, durch Modellierung des Konzentrationsfeldes der Zwischengitteratome beschrieben werden kann. Die Konzentration der Zwischengitteratome kann demgemäß als eine Zeitfunktion beschrieben werden, indem man das Zwischengitteratom-Konzentrationsfeld C_i (r, z, t) in eine Reihe von Eigenfunktionen erweitert, wobei jede solche Funktion ein Produkt der Besselfunktion J_o(λr/R) für das radiale Konzentrationsprofil und der Sinusfunktion sin(μz/L) für das axiale Konzentrationsprofil ist und wobei λ und μ die Wurzeln jener zwei Funktionen in einem Abstand (r) gleich dem Radius (R) des Bereiches und in einem Abstand (z) längs der Achse gleich der Länge (L) des Bereiches sind. Ein tiefer Abfall der Konzentration impliziert, dass nur der erste Term der Reihe bedeutend ist, so dass:
mit λ=2,04048, worin C_m die Gleichgewichtskonzentration am Schmelzpunkt ist und das Verhältnis C_i/C_m die normalisierte Zwischengitteratomkonzentration darstellt. Die Abfallzeit τ wird ausgedrückt durch die beiden Eigenwerte λ/R und π/L, so dass:
worin D der Diffusionskoeffizient für Zwischengitter-Siliziumeigenatome ist.
Der Ausdehnungskoeffizient A in der Gleichung (2) wird ausgedrückt durch die aufgedrückte Konzentration der Zwischengitteratome C_imp=B(1-V/V_cr), worin B etwa 0,5 ist, so dass:
worin der Koeffizient 2,04 das Produkt des radialen Ausdehnungskoeffizienten 1,602 und des axialen Ausdehnungskoeffizienten 4/π=1,27 ist, v die Wachstumsgeschwindigkeit ist und V_cr die kritische Wachstumsgeschwindigkeit ist.
Ferner existiert eine Beziehung zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit, der Temperatur, bei der der Block oberhalb der Agglomerierungstemperatur T_A verweilt, und der Verweillänge L_Vw entsprechend der Entfernung, über die eine gegebene axiale Position wandert, wenn sich der Block aus der Nähe der Erstarrungstemperatur auf T_A abkühlt. Die Beziehung zwischen dieser Entfernung oder „Verweillänge" (L_Vw), der Wachstumsgeschwindigkeit v und der Verweilzeit t_Vz wird wie folgt ausgedrückt:
Um die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen zu verhindern, ist die Verweilzeit t_Vz vorzugsweise von ausreichender Dauer, dass genügend Zwischengitteratome oder Leerstellen diffundieren und vernichtet werden können, um die Konzentration genügend hintan zu halten und so die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen zu verhindern, obgleich jener Blockteil die Verweillänge überschreitet und unter die Agglomerierungstemperatur abkühlt.
Das Temperaturprofil in der heißen Zone des Kristallzüchters ist vermutlich fast unbeeinflusst von Variationen der Wachstumsgeschwindigkeit v, so dass die Verweillänge L_Vw bei einer vorgegebenen heißen Zone als eine Konstante angesehen werden kann. Somit kann die heiße Zone ausgelegt werden, um die zur Schaffung einer ausreichenden Verweilzeit erforderliche Verweillänge auf Basis eines gewünschten Satzes von Wachstumsbedingungen, z. B. des Kristalldurchmessers und der Wachstumsgeschwindigkeit, vorzusehen.
Bei stationären Wachstumsverfahren (d. h. Verfahren, bei denen die Wachstumsgeschwindigkeit zur Herstellung eines Blocks kontrolliert wird, der von der Mitte zum Rand beim Wachstum des Blocks überwiegend reich an Zwischengitteratomen oder reich an Leerstellen ist) existiert eine Beziehung zwischen der Verweillänge L_Vw, der kritischen Wachstumsgeschwindigkeit V_cr und dem Radius des Blocks R, wobei für einen gegebenen Blockradius und gegebener kritischer Wachstumsgeschwindigkeit eine Verweillänge besteht, die oberhalb der Agglomerierungstemperatur für die Eigenpunktstörstellen eine genügende Verweilzeit an t_Vz zur Diffusion zu der Blockoberfläche ergibt, wobei die Konzentration hintan gehalten und die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen verhindert werden. Die Beziehung wird wie folgt ausgedrückt:
Die gleiche Anforderung wird an Blöcke mit einem Abschnitt gestellt, bei dem die vorherrschende Eigenpunktstörstelle längs der Blockachse zwischen Bereichen, in denen Leerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind, und Bereichen abwechseln, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind. Unter der Voraussetzung, dass zur Ermöglichung der Rekombination die Leerstellenmenge in den Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens etwa gleich der Menge der Zwischengitteratome in dem Bereich mit vorherrschenden Zwischengitteratomen ist, wird ein zusätzlicher Mechanismus zur Niederhaltung der Konzentration existieren, nämlich die axiale Diffusion und Rekombination. Demgemäß wird die Konzentration der Zwischengitteratome schneller unterdrückt als bei einem Block, der überwiegend auf radiale Diffusion angewiesen ist. Anders gesagt werden Zwischengitter-Siliziumeigenatome aus einem Zwischengitteratom-dominierten Bereich mit einem Radius gleich dem Blockradius R und mit Leerstellen-dominierten Bereichen entlang der Blockachse vor und hinter dem Zwischengitteratom-dominierten Bereich aus dem Bereich axial und radial ausdiffundieren und damit bewirken, dass die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome mit größerer Geschwindigkeit nieder gehalten wird. Weil die Zwischengitter-Siliziumeigenatome in der Nähe der Achse somit axial zu den Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen diffundieren können, verringert sich die maximale Länge bedeutend, über die irgendein Zwischengitter-Siliziumeigenatom wandern muss, bevor es rekombiniert und vernichtet wird. Um die Diffusionsgeschwindigkeiten und die Niederhaltung der Zwischengitterkonzentration zu beschreiben, kann der Bereich so charakterisiert werden, als hätte er einen wirksamen Radius R_eff, der kleiner als der tatsächliche Blockradius R ist. Der effektive Radius R_eff ist im Allgemeinen kleiner als der Kristallradius und kann als eine Funktion des Blockradius R und der axialen Länge des Bereiches mit vorherrschenden Zwischengitteratomen, der längs der Achse in dem Kernbereich in radialer Nähe und einschließlich der Achse durch Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen gebunden ist, wie folgt ausgedrückt werden:
Durch Einsetzen des wirksamen Radius R_eff für R in Gleichung (6) kann die erforderliche Verweillänge zur Verhinderung der Agglomeration von Eigenpunktstörstellen bestimmt werden. Für einen erheblichen Gewinn bei der Wachstums- und Abkühlungsgeschwindigkeit ist daher die Länge L_Zwischeng. eines Zwischengitteratombereichs, der vor und hinter sich längs der Bockachse einen Leerstellenbereich hat, vorzugsweise vergleichbar mit etwa dem doppelten Radius A (oder weniger), so dass R_eff kleiner als R wird und so die erforderliche Verweillänge nach den Gleichungen (6) und (7) und dementsprechend die erforderliche Verweilzeit t_Vz nach Gleichung (5) verringert werden. So kann eine wirksame Verweilzeit t_Vz-eff erreicht werden, die kleiner als etwa 85%, kleiner als etwa 60%, kleiner als etwa 40% und sogar kleiner als etwa 20% der Verweilzeit beträgt, die sonst erforderlich wäre, wenn die Zwischengitter-Siliziumeigenatome ohne den Vorteil der axialen Diffusion hauptsächlich in der radialen Richtung diffundieren müssten, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome hintan zu halten.
Um die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen in Bereichen mit vorherrschenden Zwischengitteratomen zu verhindern, wird die normierte Konzentration der Zwischengitteratome C_i/C_m vorzugsweise unter irgendeinen kritischen Wert (C_i/C_m)_cr gedrückt (gleich etwa 0,01 bei T_A=920°C). Aus den Gleichungen (2) bis (4) folgt, dass zum Niederhalten von C_i/C_m unter den kritischen Wert von (C_i/C_m)_cr = 0,01 (bei T_A=920°C) die Verweilzeit t_Vz vorzugsweise lang genug ist, um die Bedingung:
zu erfüllen.
Wenn demgemäss die Verweilzeit spezifiziert ist (durch eine bestimmte heiße Zone), kann der erforderliche Wert der Länge L_Zwischeng. des Bereiches mit vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen aus der Gleichung (8) für ein Wachstumsgeschwindigkeitsverhältnis V/V_cr bestimmt werden, bei dem ein Bereich mit vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen gebildet wird. Z. B. wird bei einem gegebenen Verhältnis V/V_cr von etwa 0,9 der rechte Teil der Gleichung (8) etwa 1. Daher kann bei Kenntnis des Blockradius R und der Verweilzweit t_Vz des Kristallzüchters die Länge L_Zwischeng. des Bereiches mit vorherrschenden Zwischengitteratomen so bestimmt werden, dass die Konzentration der Zwischengitteratome in der durch die heiße Zone spezifizierten Verweilzeit unter den kritischen Wert von (C_i/C_m)_cr=0,01 (bei T_A=920°C) gedrückt wird.
Idealerweise sind die Anfangskonzentrationen der Leerstellen in den Bereichen mit überwiegenden Leerstellen zur Rekombination mit den Zwischengitter-Siliziumeigenatomen ausreichend, wobei die resultierenden Leerstellenkonzentrationen ausreichend unterdrückt sind, um bei Abkühlung des Blocks die Bildung agglomerierter Leerstellen zu verhindern. Da jedoch die Leerstellen mit wesentlich langsameren Geschwindigkeiten als die Silizium-Zwischengitteratome diffundieren, kann die Konzentration des Bereichs mit vorherrschenden Leerstellen praktischerweise nicht genügend unterdrückt werden, um agglomerierte Leerstellen zu verhindern. Die Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen enthalten ferner vorzugsweise einen Überschuss Leerstellen über die Menge Leerstellen hinaus, die zur Vereinigung mit und Vernichtung von Zwischengitter-Siliziumeigenatomen erforderlich sind, um die Konzentration der letzteren zu unterdrücken. Dieser Überschuss kann bei Kühlung unter die Agglomerierungstemperatur zu agglomerierten Leerstellen führen.
Die Konzentrationen der Leerstellen und Zwischengitteratome in jedem Bereich sind den Wachstumsgeschwindigkeitsverhältnissen (V/V_cr)_Leerstelle und (V/V_cr)_{Zwischengitteratom} proportional. Demgemäss kann das kleinste Längenverhältnis für den Bereich mit Leerstellendominanz zu dem Bereich mit Zwischengitteratomdominanz, das zur Schaffung einer Leerstellenmenge gleich der Anzahl der Zwischengitter-Siliziumeigenatome erforderlich ist, in Relation zu dem normalisierten Wachstumsgeschwindigkeitsverhältnis so ausgedrückt werden, dass:
Die Wachstumsgeschwindigkeit während der Bildung der Leerstellenbereiche kann eine Wachstumsgeschwindigkeit oberhalb der kritischen Wachstumsgeschwindigkeit sein, ohne dass man den Erfindungsumfang verlässt. Es ist jedoch zu bemerken, dass bei abnehmender Wachstumsgeschwindigkeit und Annäherung an die kritische Wachstumsgeschwindigkeit, d. h. je dichter (V/V_cr)_Leerstelle an 1 herankommt, die Leerstellenkonzentration und typischerweise der Radius des Bereiches mit Leerstellendominanz abnimmt, wobei die Gesamtmenge der für die Rekombination verfügbaren Leerstellen abnimmt. Daher verursachen Abnahmen von (V/V_cr)_Leerstelle nach Gleichung (9) Zunahmen der erforderlichen Länge der Bereiche mit Leerstellendominanz relativ zu der Länge des Bereichs mit Zwischengitter-Siliziumeigenatomen. Dementsprechend steigt die Leerstellenkonzentration und typischerweise der Durchmesser des Bereichs mit Leerstellendominanz mit der Wachstumsgeschwindigkeit an, womit die Gesamtmenge der für die Rekombination verfügbaren Leerstellen zunimmt und somit die erforderliche Länge der Bereiche mit Leerstellendominanz relativ zu der Länge des Bereiches mit Dominanz an Zwischengitter-Siliziumeigenatomen abnimmt. Vorzugsweise wird daher die Wachstumsgeschwindigkeit während der Bildung der Bereiche mit Leerstellendominanz so gesteuert, dass das Verhältnis (V/V_cr)_Leerstelle wenigstens etwa 1,5, bevorzugter wenigstens etwa 2,0, noch bevorzugter wenigstens etwa 2,5 und sogar wenigstens etwa 3,5 oder mehr beträgt, je nach der besonderen Ausbildung der heißen Zonen.
Wenn umgekehrt die Wachstumsgeschwindigkeit in dem Bereich mit Zwischengitter-Siliziumeigenatomen näher an die kritische Wachstumsgeschwindigkeit herankommt, d. h. das Verhältnis (V/V_cr)_{Zwischengitteratom} zunimmt, wird die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome verringert und gemäß Gleichung (9) (L_Leerst./L_Zwischeng.]_min verringert. Während des Wachstums des Bereichs mit Zwischengitter-Siliziumeigenatomen wird die Wachstumsgeschwindigkeit vorzugsweise so gesteuert, dass das Verhältnis V/V_cr)_{Zwischengitteratom} etwa 0, 5 bis etwa 0,95, bevorzugter etwa 0,7 bis etwa 0,9 und insbesondere etwa 0,8 bis etwa 0,9 beträgt. Obgleich langsamere Wachstumsgeschwindigkeiten praktischerweise zur Anwendung kommen können, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen, verringern in der Praxis reduzierte Wachstumsgeschwindigkeiten den Durchsatz des Kristallwachstumsprozesses, und sie sind daher nicht erwünscht. Ferner nimmt die Gesamtmenge der Zwischengitter-Siliziumeigenatome zu, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit weiter unter die kritische Wachstumsgeschwindigkeit verringert wird.
Vorzugsweise sind die Bereiche mit Leerstellendominanz möglichst kurz, wobei ein größeres Gesamtvolumen des Blockteils von konstantem Durchmesser vorzugsweise als Material mit Dominanz an Zwischengitter-Siliziumeigenatomen gezüchtet wird, um die Gesamtausbeute des im Wesentlichen störstellenfreien Siliziums zu verbessern. Vorzugsweise ist jedoch auch die Gesamtzahl der Leerstellen wenigstens etwa so groß, wie die Gesamtzahl der Zwischengitter-Siliziumeigenatome. Somit wird die Wachstumsgeschwindigkeit vorzugsweise asymmetrisch periodisch um die kritische Wachstumsgeschwindigkeit herum verändert. D. h., die Wachstumsgeschwindigkeit wird vorzugsweise während der Bildung des Bereichs mit Leerstellendominanz auf wenigstens etwa 150% und so viel wie 350% der kritischen Wachstumsgeschwindigkeit erhöht, während sie vorzugsweise während der Bildung des Bereichs mit Zwischengitteratomdominanz auf nur etwa 90% der kritischen Wachstumsgeschwindigkeit reduziert wird.
Da Zwischengitteratome schneller als Leerstellen diffundieren, wird sich die Grenzfläche zwischen dem Bereich mit Zwischengitteratomdominanz und den Bereichen mit Leerstellendominanz verschieben, wodurch der resultierende Bereich mit Zwischengitteratomdominanz, der im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist, eine etwas größere axiale Länge als L_Zwischeng. hat. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Leerstellen in dem Bereich mit Leerstellendominanz über der Menge der Zwischengitter-Siliziumeigenatome in dem Bereich mit Zwischengitteratomdominanz. Demgemäss kann das Längenverhältnis [L_Leerst./L_Zwischeng.] bei einem Wert ausgewählt werden, der größer als der Mindestwert für einen gegebenen Satz von Wachstumsgeschwindigkeiten ist, um einen Leerstellenüberschuss zu schaffen.
Im Allgemeinen kann ein Siliziumeinkristall nach der Czochralski-Methode unter Bildung eines Blocks gezüchtet werden, der eine Mittelachse, einen Keimkonus, einen Endkonus und einen Teil mit konstantem Durchmesser zwischen dem Keimkonus und dem Endkonus hat, der eine seitliche Oberfläche und einen sich von der Mittelachse zu der seitlichen Oberfläche erstreckenden Radius R hat. Der Radius R des Blockteils mit konstantem Durchmesser beträgt vorzugsweise wenigstens etwa 75 mm, wenigstens etwa 100 mm und kann sogar wenigstens etwa 150 mm oder mehr betragen und hat eine axiale Länge L von wenigstens etwa 400 mm, wenigstens etwa 600 mm und kann sogar wenigstens etwa 1000 mm oder mehr betragen.
Das Verhältnis der Wachstumsgeschwindigkeit zu dem mittleren axialen Temperaturgradienten v/G₀ wird erfindungsgemäß kontrolliert, um anfangs in dem Blockteil von konstantem Durchmesser zwei oder mehr Bereiche zu bilden, in denen Kristallgitterleerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind und die längs der Achse durch einen oder mehrere Bereiche getrennt sind, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind, wobei die Steuerung durch absichtliches Variieren des Verhältnisses v/G₀ erfolgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verhältnis durch Variieren der Wachstumsgeschwindigkeit wie oben diskutiert gesteuert.
Die Wachstumsgeschwindigkeit wird im Besonderen so gesteuert, dass der oder die Bereich(e), in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind, eine axiale Länge L_Zwischeng., die kleiner als der zweifache Radius des Blockteils mit konstantem Durchmesser ist, und einen Radius R_Zwischeng. haben, der sich über den gesamten Radius R des Blockteils von konstantem Durchmesser erstreckt, um den Vorteil der axialen Diffusion und Rekombination der Eigenpunktstörstelle in dem achsnahen Blockbereich zu erreichen. Der Block wird vorzugsweise unter Bedingungen gezüchtet, bei denen ein wesentlicher Teil des Blocks einen Bereich oder Bereiche aufweist, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind. Die axiale Länge L_Zwischeng. der Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz beträgt daher vorzugsweise wenigstens etwa 25% des Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser.
Die axiale Länge L_Zwischeng. des Bereiches mit Zwischengitteratomdominanz ist daher vorzugsweise wenigstens etwa 25% und weniger als etwa 2 R, wenigstens etwa 50% und weniger als etwa 1,5 R und vorzugsweise etwa gleich dem Radius R des Blockteils von konstantem Durchmesser. Die axiale Länge L_Zwischeng. des Bereichs mit Zwischengitteratomdominanz kann 2 R überschreiten oder kleiner als 25% von R sein, jedoch werden Bereiche mit einer größeren axialen Länge als 2 R zum Hintanhalten der Konzentration der Zwischengitteratome erhöhte Diffusionszeiten erfordern, was zunehmend auf Radialdiffusion von der Achse zur seitlichen Ober fläche beruht, und Bereiche mit einer axialen Länge von weniger als 25% können das Gesamtvolumen des im Wesentlichen störstellenfreien Siliziums in dem Block verringern.
Die Wachstumsgeschwindigkeit wird ferner so überwacht, dass die Bereiche, in denen Kristallgitterleerstellen zunächst die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, einen sich von der Blockachse zu der seitlichen Oberfläche erstreckenden Radius R_Leerst. hat, der wenigstens etwa 10%, vorzugsweise wenigstens etwa 50% und noch bevorzugter wenigstens etwa 90% oder mehr des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt. Die anfängliche axiale Länge L_Leerst. der Bereiche mit Leerstellendominanz beträgt vorzugsweise wenigstens etwa das 0,05-fache der anfänglichen axialen Länge L_Zwischeng. der Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz und kann wenigstens etwa das 0,1- oder sogar wenigstens das etwa 0,5-fache der anfänglichen axialen Länge L_Zwischeng. der Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz betragen, je nach dem Verhältnis zwischen der normierten Wachstumsgeschwindigkeit für die Bereiche mit Leerstellendominanz und der normierten Wachstumsgeschwindigkeit der Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz, wie in Gleichung (9) beschrieben wurde. Wenn z. B. V_Leerst. die 1,5-fache V_cr ist und V_Zwischeng. die 0,9-fache V_cr ist, dann ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) vorzugsweise wenigstens etwa 0,22 . Wenn in ähnlicher Weise V_Leerst. die 2-fache V_Cr ist und V_Zwischeng. die 0,9-fache V_cr ist, dann ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) vorzugsweise wenigstens etwa 0,17; wenn V_Leerst. die 2,5-fache V_cr ist und V_Zwischeng. die 0,9-fache V_cr ist, darin ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) Vorzugsweise wenigstens etwa 0, 14; wenn V_Leerst. die 1, 5-fache V_cr ist und V_Zwischeng. die 0,5-fache V_cr ist, dann ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) vorzugsweise wenigstens etwa 0,12; wenn V_Leerst. die 2-fache V_cr ist und V_Zwischeng. die 0,5-fache V_cr ist, dann ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) vorzugsweise wenigstens etwa 0,1; und wenn V_Leerst. die 2, 5-fache V_cr ist und V_Zwischeng. die 0,5-fache V_cr ist, dann ist (L_Leerst./L_Zwischeng.) vorzugsweise wenigstens etwa 0,08.
So wird nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Wachstumsgeschwindigkeit vorzugsweise gesteuert, um zunächst in dem Blockteil von konstantem Durchmesser wenigstens etwa zwei Bereiche mit Leerstellendominanz zu erzeugen, die in axialer Richtung durch wenigstens einen Bereich mit Zwischengitteratom dominanz getrennt sind. Insbesondere wird die Wachstumsgeschwindigkeit gesteuert, um in dem Blockteil von konstantem Durchmesser anfangs wenigstens etwa 4,6,10 und sogar so viele wie 16 oder mehr Bereiche mit Leerstellendominanz zu bilden, die längs der Achse durch einen oder mehrere Bereich(e) mit Zwischengitteratomdominanz getrennt sind.
Wie oben angegeben kann der Radius des Bereichs oder der Bereiche mit Leerstellendominanz kleiner als der Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser sein. Die Bereiche mit Leerstellendominanz mit einem kleineren Radius als dem Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser werden zusätzlich im Allgemeinen einen Bereich mit Dominanz an Zwischengitter-Siliziumeigenatomen haben, der sich von der seitlichen Oberfläche des Blocks radial nach innen zu dem Bereich mit Leerstellendominanz erstreckt. So können mehrere Bereiche mit Leerstellendominanz längs der Blockachse durch einen einzigen kontinuierlichen Bereich mit Zwischengitteratomdominanz getrennt sein, der einen Radius hat, der von einem Minimum, das etwa gleich der Differenz zwischen dem Radius des Bereichs mit Leerstellendominanz und dem Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser ist, bis zu einem Maximum variiert, das gleich dem Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser ist. Z. B. können mehrere Bereiche mit Leerstellendominanz, von denen jeder einen Radius gleich 10% des Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser hat, längs der Blockachse durch einen einzigen kontinuierlichen Bereich mit Zwischengitteratomdominanz getrennt sein, der einen Radius hat, der zwischen 90% und 100 des Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser variiert, wobei die Bereiche mit Leerstellendominanz längs der Achse getrennt sind, wenn der Bereich mit Zwischengitteratomdominanz einen Radius hat, der 100% des Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser beträgt. Alternativ können mehrere Bereiche mit Leerstellendominanz mit einem Radius gleich dem Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser längs der Blockachse durch mehrere Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz getrennt sein, von denen jeder einen Radius gleich dem Blockteil von konstantem Durchmesser hat.
Die Wachstumsgeschwindigkeit wird daher nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise gesteuert, um anfangs in dem Block einen oder mehrere Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz zu bilden, die längs der Achse durch die oben genannten Bereiche mit Leerstellendominanz getrennt sind, wobei der oder die Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz diskontinuierliche Bereiche, die längs der Achse durch mehrere Leerstellenbereiche mit einem Radius gleich dem des Blockteils von konstantem Durchmesser vollständig getrennt sind, oder ein oder mehrere kontinuierliche Bereiche sein können, die längs der Achse durch mehrere Leerstellenbereiche mit einem kleineren Radius als dem Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser getrennt sind. Die Wachstumsgeschwindigkeit wird so erfindungsgemäß gesteuert, um anfangs ein oder mehrere Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz zu bilden, die axial neben dem bzw. den Bereich(en) mit Zwischengitteratomdominanz wenigstens einen Bereich mit Leerstellendominanz haben, wobei die Bereiche mit Leerstellendominanz als eine Senke dienen, zu der Zwischengittersiliziumeigenatome nahe der Achse diffundieren können und wo sie vernichtet werden können.
Die Bereiche mit Zwischengitteratomdominanz werden dann von der Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die es Zwischengitter-Siliziumeigenatomen und Leerstellen erlaubt, radial und axial aus den Bereichen zu diffundieren, so dass sich eine genügende Anzahl von Zwischengitter-Siliziumatomen mit Leerstellen rekombiniert, um die Konzentration an Zwischengitter-Siliziumeigenatomen in dem Bereich oder den Bereichen zu verringern, in denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome zu Anfang die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren, und die Konzentration der Kristallgitterleerstellen in dem Bereich oder den Bereichen zu reduzieren, in denen Kristallgitterleerstellen zu Anfang die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren. Vorzugsweise werden die Bereiche auf einer Temperatur oberhalb T_A für eine Zeitdauer von wenigstens einer wirksamen Verweilzeit t_Vz-eff. gehalten, die erforderlich ist, dass eine genügende Menge Zwischengitter-Siliziumeigenatome zu der Oberfläche des Blocks und zu dem bzw. den Bereich(en) mit Leerstellendominanz diffundieren kann, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome in dem Bereich bzw. den Bereichen, in denen Zwischengitter-Siliziumatome anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren, unter eine kritische Konzentration zu drücken, die zur Keimbildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen erforderlich ist.
Sobald die Konzentration der Zwischengitteratome in dem Bereich herabgedrückt wurde, kann der Bereich so gekühlt werden, dass ein signifikanter Teil des resultierenden Blocks im Wesentlichen frei von irgendwelchen agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist.
Je nach der resultierenden Konzentration und Verteilung der Leerstellen und Zwischengittereigenatome in den verschiedenen Blockbereichen kann danach die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen dadurch vermieden werden, dass man die Diffusion der Eigenpunktstörstellen überwacht und/oder den Block einer Abschreckkühlung unterzieht. Wenn somit die resultierende Konzentration der Leerstellen oder Zwischengitter-Siliziumeigenatome unter der Konzentration liegt, bei der Leerstellen und Zwischengitter-Siliziumeigenatome unter Kühlung agglomerieren, kann man den Bereich nach dem Standard-Czochralskiverfahren abkühlen lassen. Wenn jedoch die Bereiche mit Leerstellen- oder Zwischengitteratomdominanz oder Teile davon größere Leerstellen- oder Zwischengitteratomkonzentrationen als die Konzentration haben, bei der die Zwischengitteratome oder Leerstellen unter Kühlung agglomerieren können, kann die Abkühlungsgeschwindigkeit des Bereichs so gesteuert werden, dass für Zwischengitter-Siliziumeigenatome und/oder Leerstellen zusätzliche Zeit verfügbar ist, um radial zu der seitlichen Blockoberfläche zu diffundieren und/oder zueinander zu diffundieren und sich miteinander zu rekombinieren, wobei die Konzentration der Leerstellen und/oder Zwischengitter-Siliziumeigenatome während der Kühlung weiter herabgedrückt wird, so dass der resultierende Block im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist (siehe z. B. die schwebenden US-Patentanmeldungen Nr. 09/344,036 und 09/349,709, jetzt erteilt als US-Patente Nr. 6,312,516 bzw. 6,328,795). Wenn ferner die Konzentration an Leerstellen und Zwischengitter-Siliziumeigenatomen größer als die Konzentration ist, bei der die Leerstellen oder Zwischengitter-Siliziumeigenatome unter Kühlung agglomerieren können, kann der Block oder Teile davon so einer Abschreckkühlung unterzogen werden, dass die Leerstellen oder Zwischengitter-Siliziumeigenatome in ihrer Position wirksam eingefroren werden, ohne dass sie genügend Zeit zur Agglomerierung haben, so dass der resultierende Block im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist, wie in der US-Anmeldung NR. 09/661,745 unter Beanspruchung der Priorität der vorläufigen Anmeldung Nr. 60/155,725, jetzt als WO 00/25525 veröffentlicht, beschrieben ist.
Alternativ kann die Konzentration der Zwischengitteratome in dem Bereich bzw. den Bereichen mit Zwischengitteratomdominanz nur so herabgedrückt werden, dass der oder die Bereich(e) unter Kühlung einige agglomerierte Störstellen des Zwischengittertyps enthalten, wobei die agglomerierten Störstellen des Zwischengitteratomtyps nur Störstellen des B-Typs sind.
Die Steuerung des mittleren axialen Temperaturgradienten G_o kann im Allgemeinen hauptsächlich durch die Ausbildung der „heißen Zone" des Kristallziehgeräts, d. h. des Graphits (oder anderen Materials) erreicht werden, das u. a. den Erhitzer, die Isolierung, die Wärme- und Strahlungsabschirmungen bildet. Obgleich diese Konstruktionsbesonderheiten in Abhängigkeit von der Bauart und dem Modell des Kristallziehgerät variieren können, kann G_o im Allgemeinen unter Benutzung irgendwelcher Einrichtungen gesteuert werden, die in der Technik gegenwärtig für die Steuerung des Wärmeübergangs an der Grenzfläche Schmelze/Feststoff bekannt sind, einschließlich Reflektoren, Strahlungsabschirmungen, Spülrohre, Glührohre und Erhitzer. Im Allgemeinen werden radiale Veränderungen von G_o minimiert, indem man einen solchen Apparat innerhalb eines Abstandes von etwa einem Kristalldurchmesser oberhalb der Grenzfläche Schmelze/Feststoff positioniert. G_o kann ferner dadurch gesteuert werden, dass man die Position des Apparats relativ zu der Schmelze und dem Kristall einstellt. Dies erfolgt entweder durch Einstellung der Lage des Apparats in der heißen Zone oder durch Einstellung der Lage der Schmelzeoberfläche in der heißen Zone. Wenn ein Erhitzer benutzt wird, kann G₀ ferner durch Einstellung der dem Erhitzer zugeführten Leistung gesteuert werden. Eine oder alle diese Methoden können während eines Czochralski-Chargenverfahrens benutzt werden, bei dem sich das Schmelzevolumen während des Verfahrens erschöpft.
Eine Veränderung der Wachstumsgeschwindigkeit beim Wachsen des Blockteils, der typischerweise als der Teil mit konstantem Durchmesser, das ist der Teil zwischen dem Keimkonus und dem Endkonus bezeichnet wird, verursacht typischerweise Veränderungen des Durchmessers entlang der Achse. Das bedeutet, dass der Durchmesser von Bereichen mit Leerstellendominanz kleiner ist als der Durchmesser von Bereichen mit Zwischengitteratomdominanz. Somit werden Wafer, die aus dem Block mit verringerten Durchmessern geschnitten sind, typischerweise Leerstellendominanz haben; Wafer, die aus dem Block mit vergrößerten Durchmessern geschnitten sind, werden typischerweise Zwischengitteratomdominanz zeigen. Demgemäss kann der Blockdurchmesser und anschließend der Durchmesser der aus dem Block geschnittenen Wafer dazu dienen, die entstandenen Wafer in solche mit Leerstellen als vorherrschende Eigenpunktstörstelle und solche mit Zwischengitter-Siliziumeigenatomen als vorherrschende Eigenpunktstörstelle zu sortieren.
Definitionen
Es ist zu bemerken, dass die folgenden hier benutzten Bezeichnungen die angegebenen Bedeutungen haben: „agglomerierte Eigenpunktstörstellen" soll Störstellen bezeichnen, die (i) durch die Reaktion verursacht werden, bei der Leerstellen agglomerieren, oder (ii) durch die Reaktion verursacht werden, bei der Zwischengittereigenatome agglomerieren; „agglomerierte Leerstellenstörstellen" sollen agglomerierte Leerstellenpunktstörstellen bezeichnen, die durch die Reaktion verursacht werden, bei der Kristallgitterleerstellen agglomerieren, einschließlich zum Beispiel D-Störstellen, Flow-Pattern-Störstellen, Gate-Oxide-Integrity-Störstellen, Crystal-Originated-Particle-Störstellen und Crystal-Originated-Lightpoint-Störstellen; „agglomerierte Zwischengitteratom-Störstellen" bedeuten agglomerierte Eigenpunktstörstellen, die durch die Reaktion verursacht werden, bei der Zwischengitter-Siliziumeigenatome unter Bildung von A-Störstellen (einschließlich Versetzungsschleifen und –netzwerke) und B-Störstellen agglomerieren; „B-Störstellen" sollen agglomerierte Zwischengitteratom-Störstellen bedeuten, die kleiner als A-Störstellen sind und auflösbar sind, wenn sie einer Wärmebehandlung unterworfen werden; „Radius" soll den Ab stand bedeuten, gemessen von der Mittelachse zu einem Umfangsrand einer Einkristallsiliziumprobe, etwa eines Wafers oder eines dicken Blockstabs oder einer flachen Platte; „im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunkt-Störstellen" soll eine Konzentration agglomerierter Störstellen bedeuten, die kleiner als die Bestimmungsgrenze dieser Störstellen ist, die gegenwärtig bei etwa 10⁴ Störstellen/cm³ liegt; „leerstellendominiert" und „zwischengittereigenatomdominiert" soll ein Material bedeuten, in dem die Eigenpunktstörstellen vorherrschend Leerstellen bzw. Zwischengittereigenatome sind; und „visuelle Bestimmung agglomerierter Eigenpunktstörstellen" sowie deren Variationen soll sich auf die Bestimmung dieser Störstellen mit dem bloßen Auge unter üblichen Glüh- oder Fluoreszenzlichtquellen oder wahlweise gerichtet strahlenden oder anderen verstärkten Lichtquellen beziehen und ohne die Benutzung irgendeiner Instrumentierung, die sonst bei der Störstellenbestimmung helfen oder zu einer Störstellenvergrößerung führen würde, wie optische oder Infrarotmikroskopie, Röntgenstrahlbrechung oder Laserstreuung.
Bestimmung agglomerierter Störstellen
Agglomerierte Störstellen können durch eine Reihe unterschiedlicher Verfahren bestimmt werden. Flow-Pattern-Störstellen oder D-Störstellen werden z. B, typischerweise dadurch festgestellt, dass man die Einkristallsiliziumprobe bevorzugt etwa 30 Minuten in einer Secco-Ätzlösunq ätzt und dann die Probe einer mikroskopischen Prüfung unterzieht (siehe z. B. H. Yamagishi et al., Semicond. Sci. Technol. 7, A135 (1992)). Obgleich dies eine Norm für die Feststellung agglomerierter Leerstellendefekte ist, kann dieses Verfahren auch zur Feststellung von A-Störstellen dienen. Wenn dieses Verfahren benutzt wird, erscheinen diese Störstellen auf der Oberfläche der Probe als große Grübchen, wenn sie vorliegen.
Agglomerierte Eigenpunktstörstellen können ferner visuell dadurch festgestellt werden, dass man diese Störstellen mit einem Metall dekoriert, das bei Wärmeanwendung zur Diffusion in die Einkristallsiliziummatrix befähigt ist. Im Einzelnen können Einkristallsiliziumproben, wie Wafer, dicke Stäbe oder flache Platten, visuell auf die Anwesenheit solcher Störstellen geprüft werden, indem man erst die Probenoberfläche mit einer Zusammen setzung beschichtet, die ein Metall enthält, das zur Dekorierung dieser Störstellen befähigt ist, wie etwa eine konzentrierte Lösung von Kupfernitrat. Die beschichtete Probe wird dann etwa 5 Minuten bis etwa 15 Minuten auf eine Temperatur zwischen etwa 900°C und etwa 1000°C erhitzt, um das Metall in die Probe diffundieren zu lassen. Die wärmebehandelte Probe wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch das Metall kritisch übersättigt wird und innerhalb der Probenmatrix an Stellen ausfällt, an denen Störstellen vorliegen.
Nach Kühlung wird die Probe zuerst zur Entfernung von Oberflächenrückstand und Fällungsmitteln einem Störstellen nicht darstellenden Ätzmittel ausgesetzt, indem man die Probe etwa 8 bis etwa 12 Minuten mit einer Glanzätzlösung behandelt. Eine typische Glanzätzlösung enthält etwa 55% Salpetersäure (70 Gew.-%ige Lösung), etwa 20% Fluorwasserstoffsäure (49 Gew.-%ige Lö-sung) und etwa 25 % Chlorwasserstoffsäure (konzentrierte Lösung).
Die Probe wird dann mit entionisiertem Wasser gespült und einer zweiten Ätzstufe unterworfen, indem man die Probe etwa 35 bis etwa 55 Minuten in eine Secco- oder Wright-Ätzlösung eintaucht oder sie mit ihr behandelt. Typischerweise wird die Probe mit einer Secco-Ätzlösung geätzt, die 0,15 M Kaliumdichromat und Fluorwasserstoffsäure (49 Gew.-%ige Lösung) in einem Verhältnis von etwa 1:2 enthält. Diese Ätzstufe hat die Wirkung, etwa vorliegende agglomerierte Störstellen bloßzulegen oder darzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform dieses „Störstellendekorierungsverfahrens" wird die Einkristallsiliziumprobe vor der Anwendung der metallhaltigen Zusammensetzung einer Thermoglühung unterworfen. Typischerweise wird die Probe etwa 3 Stunden bis etwa 5 Stunden auf einer Temperatur in dem Bereich von etwa 850°C bis etwa 950°C erhitzt. Diese Ausführungsform wird besonders für die Feststellung agglomerierter Zwischengitter-Siliziumeigenatom-Störstellen des B-Typs bevorzugt. Ohne Festlegung auf eine besondere Theorie wird allgemein angenommen, dass diese thermische Behandlung die Wirkung hat, B-Störstellen zu stabilisieren und zu vergrößern, so dass sie leichter dekoriert und festgestellt werden können.
Agglomerierte Leerstellen-Störstellen können auch unter Benutzung von Laserstreuungsverfahren festgestellt werden, etwa durch Laserstreuungstomographie, die typischerweise eine niedrigere Bestimmungsgrenze der Störstellendichte hat als andere Ätzverfahren.
Bereiche von Material mit Zwischengitteratom- und Leerstellendominanz, die frei von agglomerierten Störstellen sind, können im Allgemeinen voneinander und von agglomerierte Störstellen enthaltendem Material durch die oben beschriebene Kupferdekorationstechnik unterschieden werden. Bereiche aus störstellenfreiem Material mit Zwischengitteratomdominanz enthalten keine durch die Ätzung freigelegten dekorierten Merkmale, während Bereiche aus störstellenfreiem Material mit Leerstellendominanz (vor einer Hochtemperatur-Sauerstoffkeim-Auflösungsbehandlung wie oben beschrieben) infolge der Kupferdekorierung der Sauerstoffkeime kleine Ätzgrübchen enthalten.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist ersichtlich, dass die verschiedenen Ziele der Erfindung erreicht werden. Da bei dem oben beschriebenen Verfahren verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen, soll die gesamte in der obigen Beschreibung enthaltene Materie als beispielhaft und nicht in einem beschränkenden Sinne interpretiert werden. Bei Einführung von Elementen der vorliegenden Erfindung oder ihren bevorzugten Ausführungsformen sollen ferner die Artikel „ein", „der", „die", „das" und „genannte(r)" ferner bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Bezeichnungen „aufweisen", „enthalten" und „haben" sollen umfassend sein und bedeuten, dass weitere andere Elemente als die aufgeführten Elemente vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls, bei dem geschmolzenes Silizium nach der Czochralski-Methode zu einem Kristall unter Bildung eines Blocks erstarrt, der eine Mittelachse, einen Keimkonus, einen Endkonus, zwischen dem Keimkonus und dem Endkonus einen Teil von konstantem Durchmesser mit einer Seitenfläche und einem sich von der Mittelachse zu der Seitenfläche erstreckenden Radius R von wenigstens etwa 75 mm hat, wobei der Teil von konstantem Durchmesser eine axiale Länge L hat, bei dem man während des Wachstums des Kristallteils von konstantem Durchmesser ein Verhältnis v/G_o steuert, wobei v eine Wachstumsgeschwindigkeit und G₀ ein mittlerer axialer Temperaturgradient über den Temperaturbereich von der Erstarrung bis zu einer Temperatur von nicht weniger als etwa 1325°C ist, um zu Anfang in dem Blockteil von konstantem Durchmesser eine Reihe längs der Achse alternierender vorherrschender Eigenpunktstörstellen zu bilden, die N_Leerst. Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen und N_Zwischeng. Bereiche mit vorherrschendem Zwischengitter-Siliziumeigenatomen aufweist, wobei N_Leerst. wenigstens 2 und N_Zwischeng. wenigstens 1 ist, die Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen jeweils eine axiale Länge L_Leerst. und einen Radius R_Leerst. haben, der sich mit der Blockachse zu der Seitenfläche erstreckt und wenigstens etwa 10 % des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt, und der Bereich bzw. die Bereiche mit vorherrschenden Zwischengitter-Siliziumeigenatomen jeweils eine axiale Länge L_Zwischeng. und eine radiale Breite haben, die gleich dem Radius R des Teils des Silizium-Einkristalls von konstantem Durchmesser ist, und die genannten Bereiche von der Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abkühlt, die den Zwischengitter-Siliziumeigenatomen erlaubt, radial zu der Seitenfläche und axial zu den Bereichen mit vorherrschenden Leerstellen zu diffundieren, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen die Zwischengitter-Siliziumeigenatome anfangs die vorherrschende Eigenpunktstärstelle waren, und die Konzentration der Kristall gitter-Leerstellen in dem Bereich bzw. den Bereichen zu verringern, in denen Kristallgitter-Leerstellen anfangs die vorherrschende Eigenpunktstörstelle waren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis v/G_o durch Steuerung der Wachstumsgeschwindigkeit v gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Bereiche, in denen die Kristallgitter-Leerstellen die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, einen sich von der Blockachse zur Seitenfläche erstreckenden Radius R_Leerst. haben, der wenigstens etwa 50 % (vorzugsweise wenigstens etwa 90 %) des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Abkühlungsgeschwindigkeit des Blocks so gesteuert wird, dass die Bereiche von der Erstarrungstemperatur auf eine Temperatur T_A, bei der sich Keime agglomerierter Eigenpunktstörstellen bilden, so abkühlen, dass die Bereiche auf einer Temperatur oberhalb T_A für einen Zeitraum von wenigstens einer wirksamen Verweilzeit t_Vz-eff. gehalten werden, die erforderlich ist, um die Bildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen in den Bereichen mit vorherrschenden Zwischengitteratomen zu verhindern,
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Temperatur T_A, bei der sich Keime agglomerierter Zwischengitteratome bilden, etwa 850°C bis etwa 1.100°C (vorzugsweise etwa 870°C bis etwa 970°C) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wachstumsgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass die Wachstumsgeschwindigkeit V_Leerst. während der Bildung des Bereiches mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens etwa das 1,5-fache eines kritischen Wertes v_crit. ist und die Wachstumsgeschwindigkeit V_Zwischeng. während der Bildung des Bereichs mit vorherrschenden Zwischengitteratomen kleiner als das etwa 0,9-fache des kritischen Wertes v_crit. ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0,23 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem V_Leerst. während des Wachstums der Bereiche mit vorherrschenden Lserstel-len wenigstens das etwa 2-fache des kritischen Wertes v_crit. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0,17 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem V_Leerst. während des Wachstums der Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens das etwa 2,5-fache des kritischen Wertes V_crit. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0,14 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wachstumsgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass die Wachstumsgeschwindigkeit V_Leerst. während der Bildung des Bereiches mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens etwa das 1,5-fache eines kritischen Wertes V_crit. ist und die Wachstumsgeschwindigkeit V_Zwischeng. während der Bildung des Bereichs mit vorherrschenden Zwischengitteratomen weniger als das etwa 0,5-fache des kritischen Wertes v_crit. beträgt
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0,12 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem V_Leerst. während des Wachstums der Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens das etwa 2-fache des kritischen Wertes v_crit. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0, 1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem V_Leerst. während des Wachstums der Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen wenigstens das etwa 2,5-fache des kritischen Wertes v_crit. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Verhältnis L_Leerst./L_Zwischeng. wenigstens etwa 0, 08 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der bzw. die Bereich(e), in dem bzw. denen Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen sind, eine axiale Länge L_Zwischeng. haben, die wenigstens etwa 25 % des Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser beträgt, aber vorzugsweise kleiner als etwa der zweifache Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser ist, und noch bevorzugter eine axiale Länge L_Zwischeng. haben, die etwa gleich dem Radius R des Kristallteils von konstantem Durchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem in einem Block, in dem Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen in dem gesamten Blockteil von konstantem Durchmesser sind, die wirksame Verweilzeit t_Vz-eff. wenigstens etwa 20 % der Verweilzeit ist, die nötig ist, dass eine genügende Menge Zwischengitter-Siliziumeigenatome zu der Blockoberfläche diffundieren kann, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome nur unter eine kritische Konzentration zu drücken, die zur Keimbildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem in einem Block, in dem Zwischengitter-Siliziumeigenatome die vorherrschenden Eigenpunktstörstellen in dem gesamten Blockteil von konstantem Durchmesser sind, die wirksame Verweilzeit t_Vz-eff. weniger als etwa 85 % der Verweilzeit, vorzugsweise etwa 60 % der Verweilzeit ist, die nötig ist, dass eine genügende Menge Zwischengitter-Siliziumeigenatome nur zu der Blockoberfläche diffundieren kann, um die Konzentration der Zwischengitter-Siliziumeigenatome unter eine kritische Konzentration zu drücken, die zur Keimbildung agglomerierter Eigenpunktstörstellen erforderlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem der Radius R des Blockteils von konstantem Durchmesser wenigstens etwa 100 mm, vorzugsweise wenigstens etwa 150 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem die Länge L des Blockteils von konstantem Durchmesser wenigstens etwa 400 mm, zum Beispiel wenigstens etwa 600 mm oder wenigstens etwa 1000 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem der Blockteil von konstantem Durchmesser anfangs wenigstens etwa 2 oder 4 oder 6 oder 8 Bereiche mit vorherrschenden Leerstellen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem die Gesamtmenge der Leerstellen in den Anfangsbereichen mit vorherrschenden Leerstellen größer als die Gesamtmenge an Zwischengitteratomen in den Anfangsbereichen mit vorherrschenden Zwischengitteratomen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem man ferner den Block einer Abschreckkühlung auf eine Temperatur unterwirft, die kleiner als ein Temperatur ist, bei der sich Keime agglomerierter Eigenpunktstörstellen bilden.
Einkristall-Siliziumblock mit einer Mittelachse, einem Keimkonus, einem Endkonus und einem Teil von konstantem Durchmesser zwischen dem Keimkonus und Endkonus mit einem Umfangsrand und einem sich von der Mittelachse zum Umfangsrand erstreckenden Radius, wobei der Einkristall-Siliziumblock nach dem Züchten und Abkühlen von der Erstarrungstemperatur einen Teil von konstantem Durchmesser hat, der viele axialsymmetrische Bereiche aufweist, die entlang der Blockachse zwischen einem Bereich, in dem Leerstellen die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind, und einem Bereich, wo Zwischengitteratome die vorherrschende Eigenpunktstörstelle sind, alternieren, wobei der Block längs der Achse des Blockteils von konstantem Durchmesser wenigstens 2 Bereiche mit vorherrschenden Zwischengitteratomen hat, die im Wesentli chen frei von agglomerierten Zwischengitterstörstellen sind und durch einen Bereich mit vorherrschenden Leerstellen getrennt sind, wobei der Radius des Blockteils von konstantem Durchmesser wenigstens etwa 75 mm beträgt.
Block nach Anspruch 26 mit einem Radius von wenigstens etwa 100 mm oder größer, vorzugsweise wenigstens etwa 150 mm.
Block nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, bei dem die Länge des Blockteils von konstantem Durchmesser wenigstens etwa 400 mm, z. B. wenigstens etwa 600 mm oder wenigstens etwa 800 mm oder wenigstens etwa 1000 mm beträgt.
Gesamtheit von Wafen, die scheibenförmig aus einem Block geschnitten sind, der eine Mittelachse, einen Keimkonus, einen Endkonus hat und durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28 hergestellt wurde, wobei die genannten Wafer im Wesentlichen frei von agglomerierten Zwischengitterstörstellen sind und die Wafer auf Grund des Waferdurchmessers ausgewählt wurden.
Gesamtheit von Wafen, die scheibenförmig aus einem einzelnen Siliziumblock geschnitten sind, wobei jeder Wafer im Wesentlichen frei von agglomerierten Eigenpunktstörstellen ist, wobei wenigstens ein Wafer Kristallgitterleerstellen als die vorherrschende Eigenpunktstörstelle in dem Wafer hat und wenigstens ein Wafer Zwischengitter-Siliziumeigenatome als die vorherrschende Eigenpunktstörstelle in dem Wafer hat.