DE60209064T2 - Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE60209064T2
DE60209064T2 DE60209064T DE60209064T DE60209064T2 DE 60209064 T2 DE60209064 T2 DE 60209064T2 DE 60209064 T DE60209064 T DE 60209064T DE 60209064 T DE60209064 T DE 60209064T DE 60209064 T2 DE60209064 T2 DE 60209064T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
atoms
depth
defect
semiconductor substrate
oxygen concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60209064T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60209064D1 (de
Inventor
Akiyoshi Yamaguchi Tachikawa
Kazunori Yamaguchi Ishisaka
Atsushi Tokuyama łYamaguchi Ikari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Publication of DE60209064D1 publication Critical patent/DE60209064D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60209064T2 publication Critical patent/DE60209064T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H01L21/3221—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
    • H01L21/3225—Thermally inducing defects using oxygen present in the silicon body for intrinsic gettering

Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliciumhalbleitersubstrat, das erhalten wird durch Trennen von einem Siliciumeinkristall, der hergestellt worden ist durch Hochziehen des Siliciumeinkristalls durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung (MCZ-Verfahren), und zwar unter Steuerung der Kühlrate in einem Bereich zwischen der Koagulationstemperatur und der Kristallisationstemperatur eines Einkristalls und auch Steuern der Konzentration von Stickstoff, der Konzentration von Sauerstoff und dergleichen. Die Erfindung betrifft außerdem einen Prozeß zum Herstellen des selbigen.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • In erster Linie werden für die Halbleitersubstrate, die zum Herstellen von Bauelementen wie etwa integrierten Halbleiterschaltungen verwendet werden, Halbleitersubstrate verwendet, die erhalten werden durch Trennen von einem Siliciumeinkristall, der aufgewachsen wurde durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung. Zusammen mit der jüngsten Verbesserung bei der Integration von Bauelementen bewirkt die Anwesenheit von Mikrodefekten auf der Oberfläche eines Siliciumhalbleitersubstrats oder in der Nähe der Oberflächenschicht eines Siliciumhalbleitersubstrats zu Betriebsausfällen des Bauelements. Ein hochintegriertes Bauelement weist eine derart feine Struktur auf, daß seine Musterabmessung 0,3 μm oder weniger beträgt. Deshalb führen auch bekannterweise Kristalldefekte mit einer Größe von 0,1 μm zu Betriebsausfällen der Bauelemente, wodurch die Ausbeute bei der Produktion des Bauelements sinkt.
  • Hinsichtlich dessen, daß die Einwachsdefekte während des Wachsens eines Siliciumeinkristalls die Reduzierung bei der Ausbeute eines Bauelements verursachen, treten Ringstapelfehler (R-SF), Dislokationscluster und dergleichen in einer Zone auf, wo Zwischengittersilicium dominant ist, und Hohlraumdefekte, nämlich Defekte vom Leerstellentyp (COP, LSTD, FPD), und AOP treten in einer Zone auf, wo Leerstellen dominant sind. Da R-SF aus einem Kristall ausgetrieben werden, wenn der Kristall gemäß dem CZ-Verfahren oder dem MCZ-Verfahren aufgewachsen wird, sind die meisten der Defekte Leerstellendefekte. Als dieser Leerstellendefekt hat COP (Crystal Originated Particles – vom Kristall herrührende Teilchen), auf einem Substrat unmittelbar nach der Herstellung des Substrats ausgebildete Leerstelle mit einer Größe von etwa 0,1 μm, erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bei einem über das CZ-Verfahren oder das MCZ-Verfahren aufgewachsenen Siliciumeinkristall wird die Substanz dieses Defekts als eine Leerstelle in dem Kristall mit einer Oktaederform angesehen, von der vermutet wird, daß sie Musterausfälle und eine strukturelle Zerstörung des Bauelements verursacht.
  • Bei der Herstellung eines Siliciumeinkristalls über das CZ-Verfahren oder das MCZ-Verfahren wird Quarz als der Tiegel verwendet. Beim Hochziehen eines Einkristalls aus dem Quarztiegel ausgespülter Sauerstoff wird durch die Strömung und Diffusion der Siliciumschmelze bewegt, und ein großer Teil des Sauerstoffs wird als SiO-Gas aus der Oberfläche der Schmelze verdampft. Ein Teil des Sauerstoffs wird jedoch bei hoher Temperatur in den Kristall eingebaut, und der Gehalt an Sauerstoff wird im Verlauf des Abkühlens des Kristalls übersättigt, wodurch in dem Kristall Mikrodefekte (BMD) aus Sauerstoffpräzipitaten mit einem Durchmesser von mehreren hunderten nm oder weniger ausfallen, die aus SiO2 oder SiOx bestehen. Wenn ein Halbleiter, der von einem Einkristall abgetrennt worden ist, vor oder während der Herstellung elektronischer Bauelemente wie etwa eines DRAM wärmebehandelt wird, werden die Mikrodefekte aus Sauerstöffpräzipitaten auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleitersubstrats ausgelöscht, der der aktive Bereich des elektronischen Bauelements ist, und es ist möglich, die Dichte der Mikrodefekte (BMD) in einer tiefen Zone weit weg von der Substratoberfläche zu erhöhen und die Größe der Sauerstoffpräzipitate zu erhöhen.
  • Wenn jedoch Schwermetallverunreinigungen wie etwa Cr, Fe, Ni und Cu auf dem von einem Siliciumeinkristall abgetrennten Siliciumhalbleitersubstrat vorliegen, bewirkt dies eine Verschlechterung der Charakteristiken des Bauelements, wenn ein elektronisches Bauelement hergestellt wird. Es ist deshalb notwendig, die Schwermetallverunreinigungen auf Positionen weit weg von dem aktiven Bereich des Bauelements, nämlich von dem Oberflächenschichtabschnitt, zu beschränken. Dadurch können unter Einsatz von BMD Schwermetallverunreinigungen wie etwa Cr, Fe, Ni und Cu als ein Silicid auf oder in der Nähe der BMD durch intrinsisches Gettern (IG) ausgefällt werden, wodurch auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleitersubstrats eine defektfreie Zone (DZ – denuded zone) hergestellt werden kann.
  • Bekannterweise hängen die Tiefe der defektfreien Zone und die Dichte des Mikrodefekts innerhalb eines Halbleitersubstrats von der Sauerstoffkonzentration und der Stickstoffkonzentration in einem Siliciumeinkristall und der Kühlrate während des Aufwachsens des Einkristalls ab. Dazu sind die Sauerstoffkonzentration, die Stickstoffkonzentration und die Kühlrate gesteuert worden, um die defektfreie Siliciumschicht und die Dichte der Mikrodefekte im Innern zu steuern.
  • Ein Vorschlag zum Verbessern der defektfreien Zone eines Defekts vom Leerstellentyp und zum Verbessern des Effekts des intrinsischen Getterns (IG) wird in der Veröffentlichung JP-A-2000-211995 vorgestellt. In die ser Veröffentlichung wird ein Siliciumeinkristallwafer offenbart, bei dem die Tiefe der defektfreien Oberflächenschicht 2 bis 12 μm und das nicht-fehlerhafte Verhältnis im C-Modus des TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown), das die Auswertung der Spannungswiderstandsqualität eines Oxidfilms zeigt, 90% oder mehr beträgt. Außerdem wird in Anspruch 2 offenbart, daß die Stickstoffkonzentration in einem Siliciumeinkristallwafer 1 × 1012 bis 1 × 1015 Atome/cm3 beträgt.
  • Zudem wird in Anspruch 4 offenbart, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Siliciumeinkristallwafer 9 bis 17 ppma beträgt, und in Anspruch 5, daß ein Siliciumeinkristallstab auf eine Weise aufgewachsen wird, daß die Kühltemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 1150°C und 1080°C während des Aufwachsens des Kristalls so gesteuert wird, daß sie in einem Bereich zwischen 1,0 und 4,5°C/min liegt. Die folgende Tatsache wird in dem Beispiel gezeigt: Es ist erforderlich, daß die Sauerstoffkonzentration in einem 8-Zoll-Siliciumeinkristallwafer mit Spiegeloberfläche 10 ppma beträgt, um der Bedingung zu genügen, daß sich die defektfreie Zone (DZ) tatsächlich bis zu einer Tiefe von bis zu 12 μm erstreckt.
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • In dem besagten Stand der Technik wird bei einem Siliciumeinkristallwafer eine defektfreie Zone nur bis zu der Tiefe von 12 μm (Auswertung über COP-Zahl) durch Auswahl einer Sauerstoffkonzentration von 9 bis 17 ppma ausgebildet, wenn die Stickstoffkonzentration im Bereich zwischen 1 × 1012 und 1 × 1015 Atome/cm3 liegt, und ein Siliciumeinkristallwafer, bei dem die Tiefe der defektfreien Zone größer als 12 μm ist, konnte nicht hergestellt werden.
  • Angesichts der oben erwähnten Situation soll die vorliegende Erfindung ein Siliciumhalbleitersubstrat bereitstellen, bei dem die defektfreie Zone (DZ) tiefer als 12 μm ist oder die Tiefe der defektfreien Zone eines Defekts vom Leerstellentyp größer als 12 μm ist, wobei das Halbleitersubstrat einen Abschnitt mit lokal erhöhter Stickstoffkonzentration aufweist, die erzeugt wird durch Stickstoffabscheidung, und mit einer Signalstärke, die das Doppelte oder mehr der mittleren Signalstärke in der Tiefe von 12 μm oder mehr unter der Oberfläche davon aufweist, wenn die Stickstoffkonzentration über Sekundärionenmassenspektroskopie gemessen wird, und mit einer großen Freiheit bei der Herstellung elektronischer Bauelemente und einer hohen Bauelementausbeute. Die vorliegende Erfindung soll auch einen Prozeß für die Herstellung selbiger bereitstellen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet die defektfreie Tiefe eines Defekts vom Leerstellentyp die Tiefe von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wenn die akzeptable Dichte als 2 × 105/cm3 oder weniger hinsichtlich der Dichte eines COP (Crystal Originated Particle) mit einer Größe von 0,1 μm oder mehr ausgelegt ist, das erscheint, indem wiederholt unter Verwendung von SC1 oder dergleichen gewaschen wird. Außerdem bedeutet die akzeptable Tiefe für die Stehspannung die Tiefe von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wobei das Substrat der Spannung von 11 MV/cm oder mehr bei 100 mA/cm2 mit einer Erfolgsrate von über 90% bei einem TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)-Test widersteht.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tiefe der defektfreien Zone ausgewertet durch die Tiefe mit beiden Werten der Tiefe des Defekts vom Leerstellentyp und der akzeptablen Tiefe für die Stehspannung.
  • Die Dichte von Sauerstoffpräzipitaten, ausgedrückt als BMD-(bulk micro-defect)-Dichte, bedeutet die Dichte an Mikrodefekten, die verursacht wird durch SiO2, das entsteht durch die Ausfällung von wärmebehandeltem Zwischengittersauerstoff, gelöst als eine übersättigte Feststofflösung in einem Siliciumeinkristall, und Mikrodefekten, die verursacht werden durch eine Dislokation, die verursacht wird durch einen Stapelfehler zusammen mit der Ausbildung von SiO2.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Gelöst werden die obigen Probleme durch einen Siliciumhalbleiterwafer, der erhalten wird aus einem Siliciumeinkristall, der aufgewachsen wird durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Czochralski-Verfahren und einem Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung, wobei der Siliciumhalbleiterwafer nach der Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre eine defektfreie Zone mit einer Tiefe von über 12 μm und einer Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten von mindestens 5 × 108/cm3 in einer Mitte einer Dicke des Siliciumhalbleiterwafers aufweist.
  • Die nichtoxidierende Atmosphäre kann eine nichtoxidierende Atmosphäre sein, die Stickstoff, Wasserstoff, Argon oder eine Mischung dieser Gase umfaßt. Die Tiefe der defektfreien Zone nach der Wärmebehandlung des Siliciumhalbleitersubstrats in einer nichtoxidierenden Atmosphäre kann viel größer als 12 μm ausgeführt werden und die Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten kann so ausgeführt werden, daß sie 5 × 108/cm3 oder mehr in der Mitte der Dicke des Siliciumhalbleitersubstrats beträgt. Wie außerdem aus der Tatsache klar ist, daß ein lokal verdichteter Abschnitt, der erzeugt wird durch Stickstoffabscheidung, und der eine Signalstärke aufweist, die das Doppelte oder Mehrfache der mittleren Signalstärke in der Tiefe von 12 μm oder mehr beträgt, wenn die Stickstoffkonzentration unter Verwendung von Sekundärionenmassenspektroskopie gemessen wird, tiefer als 12 μm ist, versteht sich, daß der intrinsische Gettereffekt groß ist und die Tiefe der defektfreien Zone groß ist. Deshalb weist das Substrat einen großen Bereich auf, wo elektronische Bauelemente ausgebildet werden können, und eine hohe Getterfähigkeit.
  • Bevorzugt wird ein Siliciumhalbleitersubstrat ausgewählt, das von einem Siliciumeinkristall abgetrennt worden ist, der durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung gezogen worden ist und eine Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger (je niedriger, umso besser), eine Stickstoffkonzentration von 5 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist und dessen maximale Signalstärke, gemessen in der Mitte davon durch ein Infrarotinterferenzverfahren (OPP) 2 V oder weniger beträgt, und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, beispielsweise einer Argon-Wasserstoff-Mischung, wärmebehandelt. Das wärmebehandelte Halbleitersubstrat weist die Charakteristiken auf, daß die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 5 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt, wenn über Sekundärionenmassenspektroskopie gemessen (SIMS). Die Tiefe des Defekts vom Leerstellentyp, abgeschätzt durch wiederholtes Reinigen des Halbleitersubstrats unter Verwendung von SC1, wird auf den Bereich ausgeweitet, der tiefer ist als 12 μm, und die Tiefe, wo mehr als 90% Ausbeute bei dem Wafer für eine hohe C-Modus-Ausbeute von GOI-Messung am Halbleitersubstrat bewerkstelligt wird, wird erweitert auf den Bereich, der tiefer ist als 12 μm, beispielsweise sogar um 0,5 μm. Hier ist der hohe C-Modus die Meßbedingung in GOI (Gate Oxide Integrity). Das heißt Gateoxid-Durchschlag-Beurteilung innerhalb des Bereichs von über 11 MV/cm bei einer Stromdichte von 100 A/cm2 bei der 20 mm2-Chipfläche abgeschieden 20 nm dünnes Gateoxid. Kein Defekt, insbesondere Defektbereich vom Leerstellentyp, von der Oberfläche wird benannt und die defektfreie Zone mit einem Defekt vom Leerstellentyp, der abgeschätzt wird durch wiederholtes Reinigen unter Verwendung von SC1. Andererseits wird nach Beurteilung der Defektbereich von der Oberfläche, von der nach Abschätzung beurteilt wird, daß die hohe C-Modus-Ausbeute von. GOI über 90% liegt, wird als die defektfreie Zone benannt.
  • Der Grund, weshalb 5 × 1014 Atome/cm3 als die Untergrenze des Stickstoffgehalts des Siliciumhalbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung ausgewählt wird, liegt darin, daß ein Wert unter dem ausgewählten Wert einen unzureichenden Effekt des Verringerns der Größe des Oberflächenschichtdefekts herbeiführt, und dadurch wird die Extinktion des Oberflächenschichtdefekts in der nachfolgenden Wärmebehandlung schwierig. Der Grund für die Auswahl von 1 × 1016 Atome/cm3 als die Obergrenze für den Stickstoffgehalt besteht außerdem in der Verhinderung der Polykristallisation, die dadurch verursacht wird, daß die Ausfällung von Stickstoff die Grenze der Feststofflösung übersteigt, wenn ein Einkristall hochgezogen wird, wodurch eine Änderung bei elektronischen Charakteristiken wie etwas Trägerlebenszeit und Widerstand vermieden wird. Selbst wenn die Stickstoffkonzentration innerhalb des Bereichs von 5 × 1014 Atome/cm3 und 1 × 1016 Atome/cm3 liegt, wird außerdem der Defekt größer, wenn die Kühlrate während des Hochziehens niedrig ist, und es ist deshalb wünschenswert, den Zustand der Kühlrate von 5°C/min anzunehmen, um eine defektfreie Zone mit einer Dicke von mehr als 12 μm von der Oberfläche zu erzielen. Es ist jedoch schwierig, die Kühlrate bei der Temperatur von 1100°C auf 5°C/min einzustellen, um ein Siliciumhalbleitersubstrat mit einer Größe von 200 mm oder mehr gemäß den jüngsten Forderungen nach Wafern mit großem Durchmesser zu erhalten.
  • Um ein Halbleitersubstrat mit einer defektfreien Zone mit einer Tiefe von über 12 μm und einer Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten von mindestens 5 × 108/cm3 in einer Mitte einer Dicke des Siliciumhalbleiterwafers auch bei Wafern mit großem Durchmesser zu erhalten, wird deshalb bevorzugt, die Größe des Defekts zu reduzieren, indem die zugesetzte Stickstoffmenge erhöht wird. Bei der vorliegenden Erfindung, beispielsweise für einen großen Wafer, der langsam gezogen wird, liegt die Stickstoffkonzentration in dem Siliciumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bevorzugt im Bereich zwischen 1 × 1015 Atome/cm3 und 1 × 1016 Atome/cm3. Um eine Stickstoffkonzentration in dem Siliciumhalbleitersubstrat in dem erwähnten Bereich zu erhalten, muß die Stickstoffkonzentration in der Siliciumschmelze im Bereich zwischen 1 × 1018 Atome/cm3 und 1,5 × 1019 Atome/cm3 liegen.
  • Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Infrarotinterferenzverfahren wird auch als ein OPP-Verfahren (Optical Precipitate Profiler) bezeichnet, bei dem Mikrodefekte in der Nähe der Oberfläche eines Halbleitersubstrats durch gestreutes Licht beobachtet werden. Bei diesem Verfahren wird Infrarotlaserlicht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 1,3 μm in zwei kreuzpolarisierte Strahlen mit einem Durchmesser von 1 μm aufgeteilt, indem ein Polarisationsprisma verwendet wird, und sie werden auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats gebündelt (es wird veranlaßt, daß beide Strahlen einander um 0,5 μm überlappen), und der Fokusbereich wird in der Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Strahls in Schritten von 1 μm abgerastert, während das Halbleitersubstrat schwingt, damit das gestreute Licht eine geringfügige Phasendifferenz aufweist, wenn ein Strahl einen Mikrodefekt kreuzt, wodurch der Mikrodefekt durch die Interferenz mit dem anderen Strahl detektiert wird. Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet die OPP-Signalstärke die über das OPP-Verfahren gemessene maximale Signalstärke. Es wurde berichtet, daß eine proportionale Beziehung besteht zwischen der OPP-Signalstärke und dem Volumen einer Leerstelle, wenn die Leerstelle oktaederförmig ist (Jpn. J. Appl. Phys. Band 37 (1998) PPL 196. 199). Außerdem wird das OPP-Verfahren dazu verwendet, indem die defektfreie Zone durch Bewegen des Brennpunkts in Richtung der Tiefe eines Halbleitersubstrats gemessen wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird der Brennpunkt in der Richtung der Tiefe in der Mitte eines Halbleitersubstrats geändert, um Signale zu detektieren. Bevorzugt wird die durch das Infrarotinterferenzverfahren gemessene maximale Signalstärke des Halbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung als 2 V oder weniger ausgewählt, weil sich diese Auswahl zum Eliminieren des Defekts eignet, um die defektfreie Zone von über 12 μm von der Oberflächenschicht zu bewerkstelligen, wenn das Substrat unter Verwendung industriell geeigneter Temperatur und Zeit wärmebehandelt wird. Um die Defekte vom Leerstellentyp mit einer Defektgröße entsprechend 2 V oder weniger innerhalb des Bereichs der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung zu eliminieren, muß zuerst der Innenwandoxidfilm durch externe Diffusion beseitigt werden, dann müssen die Hohlräume diffundiert werden und das Zwischengittersilicium muß mit dem Volumen gleich dem der Defekte vom Leerstellentyp injiziert werden. Es wird bevorzugt, daß die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche nach einer diese Bedingung erfüllenden Wärmebehandlung 5 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  • Die Sauerstoffkonzentration der folgenden Definition:
    Figure 00100001
    wobei
    • D:
    Diffusionskonstante des Sauerstoffs bei der Temperatur von 1200°C
    c0:
    Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Wafers
    t:
    Wärmebehandlungszeit bei der Temperatur von 1200°C oder mehr
    x:
    Tiefe von der Oberfläche.
  • Die externe Diffusion von Sauerstoff wird durch die Fehlerfunktion von Formel (1) dargestellt. Ein Profil durch SIMS wird durch das Anpassen der Formel (1) unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate multipliziert, und die Sauerstoffkonzentration bei einer Tiefe x von 1 μm ist als die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Sauerstoffkonzentration definiert. Es wurde durch unseren Versuch bestätigt, daß die folgende Beziehung vorliegt zwischen der maximalen Signalstärke über OPP und dem tatsächlichen Volumen der Leerstelle V, beobachtet durch REM in dem Fall, wenn die Stickstoffkonzentration in der Schmelze und die Stickstoffkonzentration in dem Siliciumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung in den in der vorliegenden Erfindung definierten Bereich fallen. Die Begrenzung durch die maximale Signalstärke nach OPP führt zu der Begrenzung des Volumens der Leerstelle.
  • Wenn die Kühlrate 5°C/min oder mehr beträgt, Leerstellenvolumen V (nm3) = 20000 × (maximale OPP-Signalstärke)1,6
  • Wenn die Kühlrate 1°C/min oder mehr und weniger als 5°C/min beträgt, Leerstellenvolumen V (nm3) = 110 × (maximale OPP-Signalstärke)3,6.
  • Zudem verwendet die vorliegende Erfindung bevorzugt ein Halbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung mit einer Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, einer Stickstoffkonzentration von 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger und der maximalen Signalstärke von 7 V oder weniger bei Messen in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren. Deshalb beträgt die Sauerstoffkonzentration des wärmebehandelten Halbleitersubstrats, gemessen durch Sekundärionenmassenspektroskopie, 5 × 1016 Atome/cm3 oder weniger in der Tiefe von 1 μm von der Oberfläche und 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats. In diesem Fall wird 1 × 1015 Atome/cm3 als die Untergrenze der Stickstoffkonzentration des Halbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung ausgewählt. Folgendes ist der Grund: Wenn die Abkühlrate niedrig ist, wird der Defekt vom Leerstellentyp größer als der des mit einer hohen Kühlrate gezogenen Wafers, und es ist deshalb notwendig, den Effekt des Zusammenziehens der Leerstelle zu erhöhen durch Erhöhen der Stickstoffkonzentration, damit diese große Leerstelle schrumpft bis zur gleichen Größe wie die kleine mit der hohen Kühlrate erhaltene Leerstelle. Deshalb ist die Stickstoffkonzentration von mindestens 1 × 1016 Atome/cm3 erforderlich. Außerdem bewirken OSF (Oxidation Induced Stacking Faults), erzeugt durch die Oxidierung der Oberfläche des Halbleitersubstrats, wenn die Stickstoffkonzentration über dem obigen Wert liegt, Probleme, wenn das Substrat als ein epitaxiales Substrat verwendet wird. Es wurde jedoch bestätigt, daß diese OSF im Fall des Halbleitersubstrats nach der Wärmebehandlung durch Wärmebehandlung extern diffundiert und keinen Einfluß auf elektronische Bauelemente aufweist, die auf der Oberflächenschicht des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Außerdem lautet der Grund, weshalb die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Wafers niedriger ist als die oben definierte (bis zu 8,5 × 1017 Atome/cm3 anstelle bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3), daß in dem Fall, wenn die Kühlrate niedrig ist, der Innenwandoxidfilm des Hohlraumdefekts sich verdickt und schwerer zu eliminieren ist, weil der Innenwandoxidfilm bei dem Wafer mit hoher Sauerstoffkonzentration dicker wird. Deshalb ist es notwendig, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Wafer als 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger ausgelegt ist. Weiterhin muß die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm in der Oberflächenschicht aus dem gleichen Grund wie oben erwähnt 5 × 1016 Atome/cm3 oder weniger betragen.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Siliciumhalbleiterwafer, der erhalten wird aus einem Siliciumeinkristall, aufgewachsen durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung, wobei die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Tiefe des Halbleitersubstrats nach der Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt, das Halbleitersubstrat einen lokal verdichteten Abschnitt aufweist, der erzeugt wird durch Stickstoffabscheidung und eine Signalstärke vom Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke in der Tiefe von 12 μm oder mehr unter der Oberfläche davon aufweist, wenn die Stickstoffkonzentration über Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) gemessen wird, und die Tiefe der defektfreien Zone eines Defekts vom Hohlraumtyp über 12 μm liegt, wodurch die Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten in der Mitte der Dicke davon 5 × 108 Atome/cm3 oder mehr betragen kann. In diesem Fall liegt die Position mit der Signalstärke, die doppelt so groß ist wie die mittlere Signalstärke, tiefer als 12 μm, beispielsweise 12,8 μm oder 13,5 μm, wenn die Stickstoffkonzentration des Siliciumhalbleitersubstrats über Sekundärionenmassenspektroskopie gemessen wird. Dies wird durch die Tiefe der Stickstoffspitze (N-Spitze) gezeigt. Die Erfindung von Anspruch 4 enthält Substrate, bei denen wir eine Möglichkeit der Herstellung von mehr als 12 μm Tiefe defektfreie Zone haben, beurteilt bei mehr als 90% Ausbeute bei hoher C-Modus-Beurteilung durch GOI oder nicht die Möglichkeit der Herstellung dieses Qualitäthalbleitersubstrats, aber das in Anspruch 2 erwähnte Halbleitersubstrat wird mehr als 12 μm Tiefe sowohl für defektfreie Zone durch Auswerten von GOI und defektfreie Zone vom Defekt vom Hohlraumtyp durch wiederholtes Reinigen unter Verwendung von SC1 bewerkstelligt. Hinsichtlich der Defekte vom Hohlraumtyp ist es eine notwendige und ausreichende Bedingung, daß der durch SIMS-Messung beobachtete lokal verdichtete Abschnitt von Stickstoff die Tiefe von mehr als 12 μm aufweist, um die defektfreie Zone mit einem Defekt vom Hohlraumtyp bis mehr als 12 μm Tiefe zu erhalten. Es gibt jedoch einen Fall, wo es selbst dann unzureichend ist, wenn der lokal verdichtete Abschnitt mehr als 12 μm tief ist. Es ist deshalb erforderlich, daß das Halbleitersubstrat der Qualität von Anspruch 2 genügt, um die Größe der vor der Wärmebehandlung vorliegenden Defekte zu verringern, das heißt, wir benötigen eine ausführlichere Bedingung für die mehr als 12 μm tiefe defektfreie Zone, genügt 90% Ausbeute an GOI-Auswertung. Somit ist es notwendig, die Bereiche der Stickstoffkonzentration und der Kühlrate auf die gleiche Weise wie in Anspruch 3 zu begrenzen. Deshalb erfüllt das Siliciumhalbleitersubstrat von Anspruch 2 die Struktur des Siliciumhalbleitersubstrats von Anspruch 2. Da andererseits der Defekt in der Definition des Nichtdefekts auf den Defekt vom Hohlraumtyp von 0,1 μm oder mehr gemessen durch ein Teilchenzählgerät nach dem zehnfachen Wiederholen der Reinigung unter Verwendung von SC1 wiederholt wird. Beispielsweise gestattet Anspruch 3 im Vergleich zu Anspruch 5 nur Defekte mit kleinerer maximaler OPP-Signalstärke. Wie in Anspruch 5 beschrieben, erfordert deshalb ein Siliciumhalbleitersubstrat mit einer defektfreien Zone hinsichtlich Defekten vom Hohlraumtyp mit einer Größe von mehr als 12 μm nur eine OPP-Signalstärke von 4 V oder weniger, weil eine Defektgröße größer als die von Anspruch 2 akzeptiert wird. Bei einem Defektsystem dieser Größe erfordert es nur, daß die Stickstoffkonzentration 2 × 1014/cm3 oder mehr beträgt. Bei einem Hochziehzustand nämlich, wenn die Kühlrate 5°C/min oder mehr beträgt, besteht die vorliegende Erfindung wie in Anspruch 5 beschrieben in einem Halbleitersubstrat, das erhalten wird, indem als das Siliciumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung ein Substrat mit einer Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atomen/cm3 oder weniger und einer Stickstoffkonzentration von 2 × 1014 Atomen/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atomen/cm3 oder weniger ausgewählt wird und dessen maximale Signalstärke gemessen in der Mitte davon über ein Infrarotinterferenzverfahren (OPP) 4 V oder weniger beträgt, und das oben erwähnte Substrat wird in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt. Insbesondere erhalten wir das qualitativ hochwertige Halbleitersubstrat, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 5,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger bei Messung durch Sekundärionenmassenspektroskopie beträgt, die Tiefe der defektfreien Zone des Defekts vom Hohlraumtyp größer ist als 12 μm und die Tiefe des durch Stickstoffabscheidung erzeugten, lokal verdichteten Abschnitts mit einer Signalstärke von dem Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke bei Messung der Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) größer als 12 μm ist.
  • Im Fall der Kühlrate von 5°C/min oder mehr gibt es keinen Unterschied bei dem Auswerten von Ergebnissen der Tiefe der defektfreien Zone durch wiederholtes Reinigen unter Verwendung von SC1 und aus der Auswertung durch GOI. Das in Anspruch 5 erwähnte Substrat, das eine Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und eine Stickstoffkonzentration von 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist und dessen maximale Signalstärke gemessen in der Mitte davon über ein Infrarotinterferenzverfahren (OPP) 7 V oder weniger beträgt, wird als das Siliciumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung ausgewählt und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt. Nach dieser Wärmebehandlung weist das Halbleitersubstrat die Charakteristiken auf, daß die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 5,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, die Dichte des Kristalldefekts aus Sauerstoffpräzipitaten in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 5 × 108/cm3 oder mehr beträgt und die Tiefe der defektfreien Zone des Defekts vom Hohlraumtyp größer ist als 12 μm, und ist mit einem durch Stickstoffabscheidung erzeugten, lokal verdichteten Abschnitt mit einer Signalstärke vom Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke in der Tiefe von mehr als 12 μm unter der Oberfläche davon versehen, bei Messung der Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie. Die Tatsache, daß die Tiefe dieses lokal verdichteten Abschnitts mehr als 12 μm beträgt, ist ein notwendiger Faktor für Anspruch 4.
  • Zudem umfaßt die vorliegende Erfindung eine Wärmebehandlung für mindestens eine Stunde (vorteilhafterweise 1 bis 2 Stunden, 3 oder weniger Stunden sind angesichts der Produktivität wünschenswert) bei der Temperatur von 1200°C (industriell praktikabel bei der Temperatur von bis zu etwa 1300°C) oder mehr in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, eines Siliciumhalbleitersubstrats mit einer Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer Stickstoffkonzentration von 5 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger (zu diesem Zeitpunkt beträgt die maximale Signalstärke nach Messung durch Infrarotinterferenzverfahren 2 V oder weniger) und erhalten aus einem Siliciumeinkristall, der aufgewachsen ist durch Verwendung einer Siliciumschmelze, die 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger Stickstoff enthält, durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung bei der Kühlrate von 5°C/Minute oder mehr bei der Temperatur von 1100°C. Dieser Produktionsprozeß stellt sicher, daß ein Siliciumeinkristallhalbleitersubstrat hergestellt wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 5,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 9,5 × 1017 Atome/cm3 beträgt, die Tiefe der defektfreien Zone größer ist als 12 μm und die Dichte des Kristalldefekts von Sauerstoffpräzipitaten in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 5 × 108/cm3 beträgt.
  • Außerdem umfaßt die vorliegende Erfindung die Wärmebehandlung für mindestens eine Stunde bei der Temperatur von 1200°C oder mehr in einer nichtoxidierenden Atmosphäre eines Siliciumhalbleitersubstrats mit einer Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer Stickstoffkonzentration von 2 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger (zu diesem Zeitpunkt beträgt die maximale Signalstärke gemessen in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren 4 V oder weniger) und erhalten aus einem Siliciumeinkristall, aufgewachsen durch Verwendung einer Siliciumschmelze, die 2 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger Stickstoff enthält, über das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung bei der Kühlrate von 5°C/Minute oder mehr bei der Temperatur von 1100°C. Dieser Produktionsprozeß stellt sicher, daß ein Siliciumeinkristallhalbleitersubstrat hergestellt wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 5 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt, ein lokal verdichteter Abschnitt bereitgestellt wird, der erzeugt wird durch Stickstoffabscheidung und eine Signalstärke vom Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke in der Tiefe von mehr als 12 μm unter der Oberfläche davon aufweist, wenn die Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) gemessen wird, die Tiefe der defektfreien Zone vom Defekt vom Hohlraumtyp mehr als 12 μm beträgt und die Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten in der Mitte der Dicke davon 5 × 108/cm3 oder mehr beträgt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Siliciumeinkristall durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung aufgewachsen.
  • Bei dem Czochralski-Verfahren wird ein Siliciumrohmaterial, das in einem Quarztiegel gelagert ist, der auf einem Sockel einer sich drehenden Achse angeordnet ist, durch ein den Tiegel umgebendes Heizgerät erhitzt und geschmolzen, ein Keimkristall wird in Kontakt mit der Oberfläche der Siliciumschmelze von oben gebracht, während der Keimkristall gedreht wird, und dann wird. der Keimkristall, während er gedreht wird, hochgezogen, um einen Einkristall aufzuwachsen. Bei diesem Verfahren wird die Rotationssymmetrie der Temperaturverteilung in der Nähe der Grenze des Kristallwachstums durch die Rotationen sowohl der Schmelze als auch des Einkristalls verbessert.
  • Das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung ist ein Czochralski-Verfahren, bei dem die Konvektion in der Schmelze durch Anlegen eines Magnetfelds auf die Siliciumschmelze beschränkt wird. Beispiele für das Verfahren zum Anwenden eines Magnetfelds auf die Siliciumlösung beinhalten ein ein horizontales Magnetfeld anwendendes Verfahren, ein ein vertikales Magnetfeld anwendendes Verfahren und ein ein Scheitelpunktmagnetfeld anwendendes Verfahren, wobei sowohl horizontale als auch vertikale Magnetfelder angewendet werden. Bei dem ein horizontales Magnetfeld anwendenden Verfahren wird das horizontale Magnetfeld asymmetrisch auf die Innenseite der Schmelze angewendet. So wird der Effekt des Beschränkens der Konvektion auch asymmetrisch und die Konzentration an Verunreinigungen fluktuiert regelmäßig synchron mit der Rotationsperiode und die Konzentration an Zwischengittersauerstoff in dem Kristall fluktuiert. Es ist deshalb erforderlich, sie einzuschränken. Bei dem ein vertikales Magnetfeld anwendenden Verfahren wird das Problem mit einem asymmetrischen Magnetfeld in dem ein horizontales Magnetfeld anwendenden Verfahren gelöst und ein rotationssymmetrisches vertikales Magnetfeld wird angewendet, was die Temperaturverteilung rotationssymmetrisch macht. Der vertikale Fluß verursacht jedoch, daß der in der Schmelze gelöste Sauerstoff die Wachstumsgrenze erreicht und in den Einkristall eingebaut wird. Somit müssen Maßnahmen ergriffen werden, um diese Phänomene zu vermeiden. Im Gegensatz wird das ein Scheitelpunktmagnetfeld anwendende Verfahren unter Verwendung sowohl eines horizontalen als auch vertikalen Magnetfelds praktiziert, indem gestattet wird, daß zwei Elektromagnete einander zugewandt sind und jeder Strom in umgekehrten Richtungen fließt, so daß jedes Magnetfeld in Richtung auf den anderen Elektromagneten gerichtet ist. Dieses Verfahren weist deshalb die Vorteile sowohl des ein horizontales Magnetfeld anwendenden Verfahrens als auch des ein vertikales Magnetfeld anwendenden Verfahrens auf.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann die Stickstoffkonzentration in der Schmelze eines polykristallinen Siliciumrohmaterials in einem Tiegel, wenn ein Siliciumeinkristall durch das Czochralski-Verfahren oder durch das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung aufgewachsen wird, auf verschiedene Werte eingestellt werden, indem die Stickstoffkonzentration in stickstoffhaltigem atmosphärischem Gas geregelt und die Anzahl der gegossenen Siliciumwafer mit Silicium nitridfilm ausgewählt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleitersubstrat, das von einem Siliciumeinkristallrohling abgetrennt ist, der durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung aufgewachsen wurde, mindestens eine Stunde lang bei der Temperatur von mindestens 1200°C in einer Atmosphäre aus Wasserstoff, Argon, Stickstoff oder einer Mischung dieser Gase wärmebehandelt.
  • Bei den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen war die Erhitzungsrate während der Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von zwischen 1100°C und 1200°C auf 1°C/min eingestellt. Bei den Beispielen sind der Fall der Wärmebehandlung für eine Stunde bei der Temperatur von 1200°C und der Fall der Wärmebehandlung für zwei Stunden bei der Temperatur von 1200°C gezeigt. Der Fall der Wärmebehandlung für 2 Stunden bei der Temperatur von 1200°C ist gezeigt, um eine Gesamtwaferaufbewahrungszeit ausreichend bei der Temperatur von 1100°C oder mehr angesichts des Falls zu nehmen, wo die Erhitzungsrate zwischen 1100°C und 1200°C hoch ist. Wenn die Erhitzungsrate für Schlupfsteuermaßnahmen und dergleichen niedrig gemacht wird, reicht die Behandlungszeit von einer Stunde für die Wärmebehandlung bei der Temperatur von 1200°C aus, um ein Halbleitersubstrat mit der Qualität zu erhalten, die in der vorliegenden Erfindung angestrebt wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet die defektfreie Zone des Defekts vom Hohlraumtyp die Tiefe von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wenn die akzeptable Dichte als 2 × 105 Atome/cm3 oder weniger im Hinblick auf die Dichte eines COP (Crystal Originated Particle) mit der Größe von 0,1 μm oder mehr ausgelegt ist, was durch wiederholtes Reinigen unter Verwendung von SC1 erscheint. Die defektfreie Zone bedeutet eine Tiefe der defektfreien Zone von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, bei der die Ausbeute der Gateoxid-Beurteilung innerhalb des Bereichs von über 11 MV/cm bei einer Stromdichte von 100 mA/cm2 (wir bezeichnen dies als hohe C-Modus-Ausbeute) bei 20 mm2 abgeschieden 20 nm dünnes Gateoxid 90% oder mehr beträgt. Wir verwenden diese mehr als 90%ige Ausbeute als den Standard der Beurteilung von GOI bei der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tiefe der defektfreien Zone als die maximale Tiefe sowohl durch die Auswertung einer wiederholten Reinigung unter Verwendung von SC1 für den Defekt vom Hohlraumtyp und durch die Auswertung von GOI für den Hohlraum und einen kleineren Defekt ausgewertet. Wenn die Ergebnisse von GOI mehr als 90% Ausbeute sind, sind die Ergebnisse der wiederholten Reinigung unter Verwendung von SC1 unter 2 × 105 Atome/cm3, aber das Umgekehrte gilt nicht immer.
  • Die Dichte des Kristalldefekts von Sauerstoffpräzipitaten, ausgedrückt als BMD-(Bulk Microdefect)-Dichte, bedeutet die Dichte von Mikrodefekten, die verursacht werden durch SiO2, das herrührt aus der Ausfällung von wärmebehandeltem Zwischengittersauerstoff, gelöst als eine übersättigte Feststofflösung in einem Siliciumeinkristall, und Mikrodefekten, die herrühren aus einer Dislokation, die verursacht wird durch einen Stapelfehler zusammen mit der Ausbildung von SiO2, und ist ein Wert, der über einen MO4 (BMD-Analysator) gemessen wird.
  • Beispiele
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf Vergleichsbeispiele eingehend erläutert.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Konzentration von 2 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger als die Stickstoffkonzentration in der Siliciumschmelze ausgewählt, wenn der Einkristall bei der Kühlrate von 5°C/min bei der Temperatur von 1100°C aufgewachsen wird, wenn der Siliciumeinkristall durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung hochgezogen wird.
  • Andererseits wird in dem Fall, wenn die Kühlrate bei der Temperatur von 1100°C 1°C/min oder mehr beträgt und unter 5°C/min liegt, die Konzentration von 1 × 1018 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger als die Stickstoffkonzentration in der Siliciumschmelze ausgewählt. Diese Beispiele beziehen sich jedoch nicht auf die vorliegende Erfindung.
  • Unter der obigen Bedingung gewachsene Siliciumkristallrohlinge und aus einer keinen Stickstoff enthaltenden Schmelze gewachsene Siliciumeinkristallrohlinge sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • In Tabelle 1 zeigt die erste Spalte die Rohlingsart. Bei dieser Spalte bedeutet der Ausdruck (c) den im Vergleichsbeispiel verwendeten Rohling, der Ausdruck (e) bedeutet den im Beispiel verwendeten Rohling und der Ausdruck (e, c) bedeutet den sowohl beim Beispiel als auch beim Vergleichsbeispiel verwendeten Rohling. Die zweite Spalte zeigt die Stickstoffkonzentration in der Siliciumschmelze, die dritte Spalte zeigt die Kühlrate bei der Temperatur von 1100°C im Verlauf des Hochziehens des Siliciumeinkristalls, die vierte Spalte zeigt die Sauerstoffkonzentration in dem gewachsenen Siliciumeinkristallrohling, die fünfte Spalte zeigt die Hochziehrate des Siliciumeinkristalls und die sechste Spalte gibt den Durchmesser des Siliciumeinkristallrohlings an.
  • Figure 00230001
  • Figure 00240001
  • Als nächstes werden in Beispiel 2 gezeigte Beispiele erläutert, die die Ergebnisse sind der Wärmebehandlung eines Halbleitersubstrats, das von einem Siliciumeinkristallrohling abgetrennt wurde, der mit der Kühlrate von 5°C/min oder mehr bei der Temperatur von 1100°C hochgezogen wurde.
  • Figure 00260001
  • Figure 00270001
  • Beispiel 1
  • Ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling B abgetrenntes Halbleitersubstrat wurde verwendet. Deshalb wurde der Rohling aus der Schmelze mit einer Stickstoffkonzentration von 5 × 1017 Atomen/cm3 mit der Kühlrate von 11°C/min bei der Temperatur von 1100°C herausgezogen. Die Rotation des Kristalls und die Rotation des Tiegels wurden so gesteuert, daß die Stickstoffkonzentration im zylindrischen Abschnitt des Rohlings 7,5 bis 8,5 × 1017 Atome/cm3 betragen würde. Unter Halbleitersubstraten, die aus dem Rohling verarbeitet wurden, wurde ein Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 7 × 1014 Atomen/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atomen/cm3 und der maximalen Signalstärke von 1,995 V bei Messung der Mikrodefekte in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) ausgewählt und 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus einer Mischung aus 50% Wasserstoff und 50% Argon bestand. Infolgedessen betrugen sowohl die Tiefe der defektfreien Zone des Defekts vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung im Halbleitersubstrat 12,5 μm, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats betrug 3,2 × 1016 Atome/cm3 und die Tiefe der Stickstoffspitze (N-Spitze) betrug 13,4 μm. Die Tiefe der N-Spitze von 13,4 μm bedeutet, daß der durch Stickstoffabscheidung erzeugte lokal verdichtete Abschnitt mit einer Signalstärke von dem Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke von der Tiefe von 13,4 μm unter der Oberfläche des Halbleitersubstrats aus zu entstehen beginnt, wenn die Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) gemessen wird. Deshalb beträgt in dem Halbleitersubstrat nach der Wärmebehandlung sowohl die Tiefe der defektfreien Zone des Defekts vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung 12,5 μm, und deshalb beträgt die Tiefe der defektfreien Zone mindestens 12,5 μm. Der Ausdruck "mindestens" bedeutet, daß der eigentliche Wert des Polierens 12,5 μm in dem Beispiel betrug und daß sich die defektfreie Zone möglicherweise bis in eine tiefere Region erstreckt. Deshalb ist die Tiefe der defektfreien Zone viel tiefer als 12 μm, und die Tiefe des Schichtgebiets, die sich für die Produktion von Halbleiterbauelementen anwenden läßt, wird um bis zu 0,5 μm vergrößert, wodurch die Freiheit für die Produktion von Halbleiterbauelementen vergrößert wird.
  • Beispiel 2
  • Ein ähnlich von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling B abgetrenntes Halbleitersubstrat wurde verwendet, aber ein Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 1,4 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 7,6 × 1017 Atome/cm3 und der maximalen Signalstärke von 0,794 V bei Messung der Mikrodefekte in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP), wurde verwendet und 1 Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus einer Mischung aus 50% Wasserstoff und 50% Argon bestand. Dadurch betrugen sowohl die Tiefe der defektfreien Zone vom Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung 12,5 μm, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 7,6 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, die Sauerstoffkonzentration bei der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats betrug 4 × 1016 Atome/cm3 und die Tiefe der N-Spitze betrug 12,8 μm. Wenngleich die Tiefe der N-Spitze um 0,6 μm niedriger war als die von Beispiel 1, liegt dies innerhalb eines Bereichs eines Meßfehlers.
  • Beispiel 3
  • Ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling C abgetrenntes Halbleitersubstrat wurde verwendet. Deshalb wurde der Rohling aus der Schmelze mit einer Stickstoffkonzentration von 5 × 1017 Atomen/cm3 mit der Kühlrate von 7°C/min bei der Temperatur von 1100°C herausgezogen. Die Rotation des Kristalls und die Rotation des Tiegels wurden so gesteuert, daß die Stickstoffkonzentration im zylindrischen Abschnitt des Rohlings 7,0 bis 9,0 × 1017 Atome/cm3 betragen würde. Das abgetrennte Halbleitersubstrat mit einer Sauerstoffkonzentration von 9 × 1017 Atome/cm3, einer Stickstoffkonzentration von 11 × 1014 Atome/cm3 und einer maximalen Signalstärke von 1,585 V bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus einer Mischung aus 10% Wasserstoff und 90% Argon bestand. Infolgedessen betrug sowohl die Tiefe der defektfreien Zone vom Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone über GOI-Auswertung 12,5 μm, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, die BMD-Dichte betrug 1 × 109 Atome/cm3 oder mehr, die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats betrug 3,4 × 1016 Atome/cm3 und die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm.
  • Beispiel 4
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling 2 und mit einer Sauerstoffkonzentration von 9,2 × 1017 Atome/cm3, einer Stickstoffkonzentration von 2 × 1015 Atome/cm3 und der maximalen Signalstärke von 0,316 V bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP), wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus einer Mischung aus 10% Wasserstoff und 90% Argon bestand. Infolgedessen betrug sowohl die Tiefe der defektfreien Zone vom Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone über GOI-Auswertung in dem Halbleitersubstrat 12,5 μm, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte des Halbleitersubstrats betrug 9,2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, die BMD-Dichte betrug 1 × 109 Atome/cm3 oder mehr, die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats betrug 3,5 × 1016 Atome/cm3 und die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm.
  • Beispiele 5 und 6
  • In Beispiel 5 wurde ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling J und mit einer Stickstoffkonzentration von 3 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,7 × 1017 Atome/cm3 und der maximalen Signalstärke von 1,26 V bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) verwendet. In Beispiel 6 wurde ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling K und mit einer Stickstoffkonzentration von 2,6 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9 × 1017 Atome/cm3 und einer maximalen Signalstärke von 1,0 V bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) verwendet. Jedes Substrat wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 100% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats 3,3 × 1016 Atome/cm3 oder 3,4 × 1016 Atome/cm3, sowohl die Tiefe der defektfreien Zone des Defekts vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrugen 12,5 μm und deshalb betrug die Tiefe der defektfreien Zone (ZD) 12,5 μm, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 8,7 × 1017 Atome/cm3 oder weniger oder 8,9 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, betrug die BMD-Dichte 1 × 109/cm3 oder mehr und die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm.
  • Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, wird ein Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 5 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, einer Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer maximalen Signalstärke von 2 V oder weniger bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP), das von einem Siliciumeinkristallrohling abgetrennt wurde, der erhalten wurde durch Einstellen der Stickstoffkonzentration der Schmelze auf 5 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger und durch Hochziehen des Rohlings, während die Kühlrate bei 5°C/min oder mehr bei der Temperatur von 1100°C durch das Czochralski-Verfahren oder durch das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung hochgezogen wurde, mindestens eine Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C oder mehr in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt. Die Tiefe der defektfreien Zone kann viel tiefer als 12 μm ausgeführt werden, und ein Siliciumhalbleitersubstrat, bei dem die Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten in der Mitte der Dicke davon 5 × 1018/cm3 oder mehr beträgt, kann erhalten werden.
  • Als nächstes sind die Fälle als Vergleichsbeispiele gezeigt, bei denen die Wärmebehandlung ausgeführt wurde durch Verwendung eines Halbleitersubstrats, das von einem Rohling abgetrennt wurde, der mit der Kühlrate von 5°C/min oder mehr bei der Temperatur von 1100°C hochgezogen wurde, als der Siliciumeinkristall aufgewachsen wurde, aber eine Stickstoffkonzentration und eine Sauerstoffkonzentration außerhalb der durch die Erfindung definierten Bereiche aufweist (siehe Tabelle 3).
  • Figure 00330001
  • Figure 00340001
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Halbleitersubstrat, abgeschnitten von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling I und mit einer Stickstoffkonzentration von 0, einer Sauerstoffkonzentration von 9,3 × 1017 Atome/cm3 und der maximalen Signalstärke von 5,0 V bei Messung in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (im weiteren abgekürzt als OPP-Signalstärke), wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm unter der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats (im weiteren abgekürzt als Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm) 3,6 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 7 μm und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 7 μm, die BMD-Dichte betrug 5 × 108/cm3 oder mehr, die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9,3 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Aufgrund des Mangels an Stickstoff trat keine N-Spitze auf. Die Tiefe der defektfreien Zone des Halbleitersubstrats beträgt nur 7 μm, und selbst unter Berücksichtigung nur der Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp kann ein Substrat mit der Tiefe von nur 7 μm erhalten werden, weil die Stickstoffkonzentration in der Schmelze und in dem Halbleitersubstrat 0 beträgt und die OPP-Signalstärke zu hoch ist.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling O und aufgewachsen mit der Kühlrate von 1,5°C/min bei der Temperatur von 1100°C beim Hochziehen des Einkristalls und mit einer Stickstoffkonzentration von 6,6 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 6,31 V wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebe handelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm des Halbleitersubstrats 3,6 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 7 μm und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 7 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 1019/cm3 oder mehr und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9,1 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Auch in diesem Fall betragen sowohl die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung nur 7 μm. Dies gilt, weil die Kühlrate bei der Temperatur von 1100°C, wenn der Siliciumeinkristall hochgezogen wird, 1,5°C/min beträgt, was niedriger ist als 5°C/min, und die OPP-Signalstärke des Halbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung höher als 2 V bis 4 V ist.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling O und aufgewachsen mit der Kühlrate von 1,5°C/min bei der Temperatur von 1100°C beim Hochziehen des Einkristalls und mit einer Stickstoffkonzentration von 9,8 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 10 V wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in der gleichen Atmosphäre wie in Vergleichsbeispiel 1 wärmebehandelt. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm des Halbleitersubstrats 3,6 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 10 μm und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 8 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9,1 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Auch in diesem Fall betragen sowohl die Tiefe des Defekts vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung nur 10 μm. Dies wird als zutreffend angesehen, weil die Kühlrate niedrig ist und die OPP-Signalstärke hoch ist wie in Vergleichsbeispiel 2.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling A und mit einer Stickstoffkonzentration von 8,3 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,8 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 0,794 V, wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 3,7 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 8 μm und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 8 μm und die Tiefe der defektfreien Zone erreichte nicht 10 μm auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1. Die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9,8 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Auch bei diesem Vergleichsbeispiel wird als der Grund, weshalb die Tiefe der defektfreien Zone gering war, obwohl die Wärmebehandlungsbedingung die gleiche war wie in Beispiel 1, darin gesehen, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Siliciumhalbleitersubstrat 9,8 Atome/cm3 betrug, was höher ist als 9,5 Atome/cm3.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • Ein Halbleitersubstrat, abgeschnitten von Rohling A, wurde auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 4 verwendet. Dieses Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von Vergleichsbeispiel 4 nur in dem Punkt, daß die Stickstoffkonzentration 1,1 × 1015 Atome/cm3, die Sauerstoffkonzentration 9,6 × 1017 Atome/cm3 und die OPP-Signalstärke 0,301 V betrugen, und das atmosphärische Gas und andere Wärmebehandlungsbedingungen waren die gleichen wie in Vergleichsbeispiel 4. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 3,6 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 8 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 8 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, und die Tiefe der N-Spitze betrug wie in Vergleichsbeispiel 2 13,4 μm. Der Grund, weshalb der Wert der Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp und der Wert der Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung niedrig ist, wird darin gesehen, daß die Sauerstoffkonzentration höher ist als 9,5 Atome/cm3.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling S und mit einer Stickstoffkonzentration von 1,2 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,6 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,26 V, wurde 2 Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 3,2 × 1016 Atome/cm3, sowohl die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung waren nur 8 μm, die BMD-Dichte betrug 5 × 108/cm3 oder mehr und die Tiefe der N-Spitze betrug 13,4 μm. Der Grund dafür, weshalb die Tiefe der defektfreien Zone des Halbleitersubstrats deshalb nur 8 μm beträgt, ist darin zu sehen, daß die Stickstoffkonzentration in der Schmelze nur 1,3 × 1017 Atome/cm3 beträgt und die Stickstoffkonzentration vor der Wärmebehandlung unter 2 × 1014 Atome/cm3 liegt.
  • Vergleichsbeispiele 7, 8, 9 und 10
  • Bei Vergleichsbeispiel 7 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling B abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 7,2 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,995 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 8 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling I abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,4 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 0,50 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 9 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling K abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,5 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,6 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,0 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 10 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling L abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,5 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,2 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 0,398 V verwendet.
  • Alle diese Halbleitersubstrate wurden 4 Stunden lang bei der Temperatur von 1150°C in einer Argonatmosphäre wärmebehandelt. Infolgedessen betrug bei allen diesen Vergleichsbeispielen die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp 8 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 6 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109 oder mehr, die Tiefe der N-Spitze betrug 8 μm und die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm betrug 3 bis 3,4 Atome/cm3. Bei diesen Vergleichsbeispielen betragen sowohl die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone über GOI-Auswertung nur 10 μm, obwohl die Wärmebehandlung bis zu 4 Stunden lang durchgeführt wurde. Dies wird als zutreffend angesehen, weil die Wärmebehandlungstemperatur 1150°C beträgt, was unter 1200°C liegt.
  • Als nächstes erfolgen Erläuterungen unter Bezugnahme auf Tabelle 4 hinsichtlich Beispielen für die Wärmebehandlung eines Halbleitersubstrats mit einer Sauer stoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer Stickstoffkonzentration von 2 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, das von einem Siliciumeinkristall abgetrennt wurde, der aufgewachsen wurde durch Hochziehen mit der Kühlrate von 5°C/min oder mehr bei der Temperatur von 1100°C unter Verwendung einer Siliciumschmelze, die Stickstoff in der Menge 2 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger enthielt, durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung.
  • Figure 00410001
  • Figure 00420001
  • Beispiel 7
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling B und mit einer Stickstoffkonzentration von 7,1 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,4 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,995 V, wurde verwendet und 1 Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 4,4 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 12,5 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 9 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr, die Tiefe der N-Spitze betrug 12,8 μm und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Bei diesem Beispiel beträgt zwar die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp 12,5 μm, was größer ist als 12 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung beträgt 9 μm. Die Tiefe der N-Spitze beträgt jedoch 12,8 μm. Deshalb liegt ein durch Stickstoffabscheidung erzeugter lokal verdichteter Abschnitt mit einer Signalstärke vom Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke bei der Analyse von Stickstoff durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) in der Tiefe von 12,8 μm.
  • Beispiel 8
  • Ein Halbleitersubstrat, abgetrennt von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling A und mit einer Stickstoffkonzentration von 1,1 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,9 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,585 V, wurde verwendet und 1 Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand, wie in Beispiel 7. Infolgedessen betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 4,7 × 1016 Atome/cm3 und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats betrug 8,9 × 1017 Atome/cm3 oder weniger. Jedoch betrug die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp 12,5 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 9 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr und die Tiefe der N-Spitze betrug 12,8 μm, was die gleichen Werte sind wie in Beispiel 7.
  • Beispiele 9, 10, 11 und 12
  • In Beispiel 9 wurde ein aus dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling I abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,1 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 0,316 V verwendet.
  • In Beispiel 10 wurde ein aus dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling J abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 3,1 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,6 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,26 V verwendet.
  • In Beispiel 11 wurde ein aus dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling K abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,5 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,585 V verwendet.
  • In Beispiel 12 wurde ein aus dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling P abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 6,1 × 1017 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,2 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 3,16 V verwendet.
  • Die Wärmebehandlung der in den obigen Beispielen 9 bis 12 gezeigten Halbleitersubstrate wurde eine Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre durchgeführt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand, wie in Beispiel 7. Infolgedessen waren die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung, die Tiefe der N-Spitze und die BMD-Dichte recht ähnlich denen von Beispielen 7 und 8. Diese Beispiele unterscheiden sich lediglich in dem Punkt von den Beispielen 7 und 8, daß die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats 8,6 bis 9,2 × 1017 Atome/cm3 und die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 4,6 bis 4,8 × 1016 Atome/cm3 beträgt.
  • Die in den obigen Beispielen 7 bis 12 gezeigten Halbleitersubstrate werden erhalten aus einem Siliciumeinkristall, der mit der Kühlrate von 5°C/min bei der Temperatur von 1100°C unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung hochgezogen wird. Halbleitersubstrate mit einer Stickstoffkonzentration von 2 × 1014 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger, einer Sauerstoffkonzentration von 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer OPP-Signalstärke von 4 V oder weniger können erhalten werden. Gleichzeitig wird eine Siliciumschmelze mit einer Stickstoffkonzentration im Bereich von 2 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 1,5 × 1019 Atome/cm3 oder weniger verwendet, und die obigen Halbleitersubstrate werden als Ergebnis einer Wärmebehandlung erhalten, die mindestens eine Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C oder mehr in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
  • Die Vergleichsbeispiele 11 bis 15 werden wiederum unter Bezugnahme auf Tabelle 5 erläutert.
  • Figure 00460001
  • Figure 00470001
  • Vergleichsbeispiele 11 bis 15
  • Bei Vergleichsbeispiel 11 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling N abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 0, einer Sauerstoffkonzentration von 9,3 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 5,0 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 12 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling G abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 2,5 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,6 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,995 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 13 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling S abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 1,8 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,1 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,26 V verwendet.
  • Bei Vergleichsbeispiel 14 wurde ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling M abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 3,8 × 1015 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 9,9 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,26 V verwendet.
  • Alle bei diesen Vergleichsbeispielen 11 bis 14 gezeigten Halbleitersubstrate wurden eine Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Als Ergebnis des Vergleichsbeispiels 11 betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 4,9 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung waren sehr flach und nur 6 μm, die BMD-Dichte betrug 5 × 108 oder mehr, und es wurde keine N-Spitze gefunden. Der Grund für die Abnahme der Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung wird darin gesehen, daß die Stickstoffkonzentration in dem Rohling 0 beträgt.
  • Als Ergebnis des Vergleichsbeispiels 12 betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 4,5 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 9 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 9 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109 oder mehr und die Tiefe der N-Spitze betrug 12,8 μm. In diesem Fall wurden die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Hohlraumdefekt und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung flach gemacht, weil die Ziehrate des Rohlings bei der Temperatur von 1100°C unter 5°C/min lag.
  • Auch bei Vergleichsbeispiel 13 betragen die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Hohlraumdefekt und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung nur 10 μm bzw. 8 μm. Dies wird als zutreffend angesehen, weil die Stickstoffkonzentration des Halbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung nicht der Anforderung der Untergrenze von 2 × 1014 Atome/cm3 genügt.
  • Auch bei Vergleichsbeispiel 14 betragen die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Hohlraumdefekt und die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung nur 10 μm bzw. 6 μm. Dies wird angesehen, weil die Stickstoffkonzentration des Halbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung nicht der Anforderung genügt, daß die Konzentration 9,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  • Vergleichsbeispiel 15
  • Ein von dem in Tabelle 1 gezeigten Rohling C abgetrenntes Halbleitersubstrat mit einer Stickstoffkonzentration von 8,7 × 1014 Atome/cm3, einer Sauerstoffkonzentration von 8,8 × 1017 Atome/cm3 und einer OPP-Signalstärke von 1,585 V wurde 4 Stunden lang bei der Temperatur von 1150°C in einer Atmosphäre wärmebehandelt, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand. Als Ergebnis betrug die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 1 μm 3,3 × 1016 Atome/cm3, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp betrug 8 μm, die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung betrug 6 μm, die BMD-Dichte betrug 1 × 109/cm3 oder mehr und die Tiefe der N-Spitze betrug 8 μm. Es wird vermutet, daß alle Tiefen reduziert sind, da die Wärmebehandlungstemperatur 50°C unter 1200°C lag.
  • Als nächstes erfolgen Erläuterungen unter Bezugnahme auf Tabelle 6 hinsichtlich der Beispiele, bei denen ein Halbleitersubstrat, das von einem Siliciumeinkristall abgetrennt wurde, der mit einer Kühlrate von 1°C/min oder mehr und weniger als 5°C/min bei 1100°C hochgezogen wird, wärmebehandelt wird. Diese Beispiele beziehen sich jedoch nicht auf die vorliegende Erfindung.
  • Figure 00510001
  • Figure 00520001
  • Beispiele 13 bis 18
  • Diese Beispiele sind von in der zweiten Spalte in Tabelle 6 gezeigten Rohlingen abgetrennt und weisen in der dritten Spalte gezeigte Stickstoffkonzentrationen und in der vierten Spalte gezeigte Sauerstoffkonzentrationen auf. Wie in der fünften Spalte gezeigt, beträgt die Kühlrate unter 5°C/min bei der Temperatur von 1100°C, wenn der Einkristall unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung hochgezogen wird. In der sechsten Spalte sind die maximalen Signalstärken, gemessen in der Mitte des Halbleitersubstrats durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP), gezeigt; in der siebten Spalte sind die Wärmebehandlungstemperatur und die Zeit in einer Atmosphäre aus 25% Wasserstoff und 75% Argon gezeigt; in der achten Spalte ist die Stickstoffkonzentration in der Mitte des Halbleitersubstrats gezeigt. Die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp, die Tiefe der defektfreien Zone über GOI-Auswertung, die BMD-Dichte und die Tiefe der N-Spitze sind jeweils in der neunten, zehnten, elften und zwölften Spalte gezeigt.
  • Anhand dieser Beispiele kann man sehen, daß selbst dann, wenn ein Halbleitersubstrat von einem mit der Kühlrate unter 5°/min bei der Temperatur von 1100°C unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung hochgezogenen Rohling abgetrennt wird, die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp sowie die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung beide 12,5 μm erreichen können, wenn eine Stunde oder zwei Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, wenn das Substrat eine Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, eine Stickstoffkonzentration von 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger und eine OPP-Signalstärke von 7 V oder weniger aufweist. Es versteht sich deshalb, daß die Tiefe der defektfreien Zone ebenfalls 12,5 μm beträgt, die Tiefe der N-Spitze 13,4 μm oder 12,8 μm beträgt und daß das Halbleitersubstrat einen durch Stickstoffabscheidung erzeugten, lokal verdichteten Abschnitt mit einer Signalstärke vom Zwei- oder Dreifachen der mittleren Signalstärke in der Tiefe von 12 μm oder mehr unter der Oberfläche davon bei Messung der Stickstoffkonzentration unter Verwendung von Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) aufweist. Weiterhin versteht sich, daß die BMD-Dichte größer als 1 × 109/cm3 ist. Außerdem befindet sich die Dichte in der Tiefe von 1 μm auf dem Wert von 2,7 × 1016 bis 3,7 × 1016 Atome/cm3, und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Halbleitersubstrats liegt unter der Konzentration in dem Halbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung.
  • Einen derartigen Effekt wie oben erwähnt kann man erhalten, wenn die Kühlrate bei der Temperatur von 1100°C/min oder mehr und weniger als 5°C beträgt, wenn der Einkristall hochgezogen wird und das Halbleitersubstrat mit einer Sauerstoffkonzentration von 8,5 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und einer Stickstoffkonzentration von 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger und einer OPP-Signalstärke von 7 V oder weniger mindestens eine Stunde lang und vorteilhafterweise eine bis zwei Stunden lang bei der Temperatur von 1200°C oder mehr und 1300°C oder weniger in einer nichtoxidierenden Atmosphäre behandelt wird.
  • Vergleichsbeispiele 16 bis 23
  • Im Gegensatz dazu nimmt die Qualität der Halbleitersubstrate in den Vergleichsbeispielen 16 bis 23 ab, was den Fall veranschaulicht, wo die Stickstoffkonzentration, die Sauerstoffkonzentration und die Wärmebehandlungsbedingung der vorliegenden Erfindung nicht genügen, wie in Tabelle 7 gezeigt.
  • Figure 00550001
  • Figure 00560001
  • Bei diesen Vergleichsbeispielen wurde für die Wärmebehandlungsatmosphäre eine Mischung verwendet, die aus 25% Wasserstoff und 75% Argon bestand.
  • In den Vergleichsbeispielen 16, 17, 18 und 19 beträgt die Sauerstoffkonzentration 8,9 Atome/cm3 bis 8,6 Atome/cm3, was nicht der Bedingung für die Sauerstoffkonzentration von 8,5 Atome/cm3 oder weniger entspricht.
  • In den Vergleichsbeispielen 20 und 21 beträgt die Stickstoffkonzentration 7,2 × 1014 Atome/cm3 und 9,1 Atome/cm3, was der Bedingung für die Untergrenze der Stickstoffkonzentration von 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr nicht entspricht.
  • In den Vergleichsbeispielen 22 und 23 beträgt die Wärmebehandlungstemperatur 1150°C, was der Bedingung für die Untergrenze der Wärmebehandlungstemperatur von 1200°C nicht entspricht.
  • Wenn wie oben erwähnt die Bedingungen gemäß der Erfindung nicht als die Sauerstoffkonzentration, die Stickstoffkonzentration und die Wärmebehandlungstemperatur und -zeit des Halbleitersubstrats gewählt werden, das von einem Kristall abgetrennt wurde, der mit der Kühlrate von 1°C/min oder mehr und weniger als 5°C/min bei der Temperatur von 1100°C unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung hochgezogen wurde, erhalten sowohl die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp als auch die Tiefe der defektfreien Zone über GOI-Auswertung nicht den erwünschten Wert.
  • Es sei angemerkt, daß ebenfalls bei den obigen Beispielen die Wärmebehandlungstemperatur vorteilhafterweise 1200°C oder mehr und 1300°C oder weniger beträgt. Die Wärmebehandlung muß unter dem Produktionsgesichtspunkt mindestens eine Stunde lang und bevorzugt zwei Stunden oder weniger durchgeführt werden.
  • Effekt der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, indem ein Halbleitersubstrat mindestens eine Stunde lang bei der Temperatur von 1200°C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt wird, indem der vorgeschriebene Bereich jedes Werts der Stickstoffkonzentration, der Sauerstoffkonzentration und der OPP-Signalstärke ausgewählt wird, wobei das Halbleitersubstrat von einem Siliciumeinkristallrohling abgetrennt wird, der aufgewachsen wird unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens oder des Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung, wobei die Stickstoffkonzentration in der Schmelze ausgewählt ist und wobei die Kühlrate 5°C/min oder mehr beträgt, ein Halbleitersubstrat erhalten werden, bei dem die Tiefe der defektfreien Zone mit dem Defekt vom Hohlraumtyp sowie die Tiefe der defektfreien Zone durch GOI-Auswertung größer als 12 μm ausgeführt werden oder die Tiefe der defektfreien Zone größer ausgeführt wird als 12 μm und einen durch Stickstoffabscheidung erzeugten lokal verdichteten Abschnitt mit einer Signalstärke vom Zwei- oder Mehrfachen der mittleren Signalstärke in einer Tiefe von mehr als 12 μm unter der Oberfläche davon bei Messung der Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie aufweist. Somit kann die Freiheit in dem Bereich auf dem Halbleitersubstrat für die Herstellung von elektronischen Bauelementen erhöht werden und die Dichte des Kristalldefekts von Sauerstoffpräzipitaten kann größer gemacht werden als 5 × 108/cm3 oder mehr, wodurch der intrinsische Gettereffekt verbessert werden kann.

Claims (5)

  1. Prozeß zum Herstellen eines Siliciumhalbleiterwafers, umfassend: Aufwachsen eines Siliciumeinkristalls unter den Bedingungen einer Kühlrate von mindestens 5°C/min bei der Temperatur von 1100°C unter Verwendung einer Siliciumschmelze mit mindestens 5 × 1017 Atome/cm3 und bis zu 1,5 × 1019 Atome/cm3 Stickstoff durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahrens mit Magnetfeldanwendung, Abtrennen eines Siliciumwafers von dem Siliciumeinkristall, wobei der Siliciumwafer eine Sauerstoffkonzentration von bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3 aufweist, und Wärmebehandlung des Siliciumwafers für mindestens eine Stunde bei einer Temperatur von mindestens 1200°C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre.
  2. Siliciumhalbleiterwafer, erhalten durch den Prozeß nach Anspruch 1, mit einer defektfreien Zone mit einer Tiefe von mehr als 12 μm und einer Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten von mindestens 5 × 108/cm3 in einer Mitte einer Dicke des Siliciumhalbleiterwafers, wobei die defektfreie Zone eine Zone ist, wo die Dichte von COPs mit einer Größe von 0,1 μm oder mehr 2 × 105/cm3 oder weniger beträgt und wobei die Beurteilung der Ausbeute an Gateoxid innerhalb des Bereichs von über 11 MV/cm bei einer Stromdichte von 100 mA/cm2 bei 20 mm2 Bereich abgeschieden 20 nm dünnes Gateoxid 90% oder mehr beträgt.
  3. Siliciumhalbleiterwafer nach Anspruch 2, wobei eine Sauerstoffkonzentration in einer Tiefe von 1 μm unter einer Oberfläche in einer Mitte des Siliciumhalbleiterwafers bis zu 5 × 1016 Atome/cm3 und die Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Siliciumhalbleiterwafers bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3 beträgt, wobei der Siliciumhalbleiterwafer, der nach einer Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre erhalten wird, ein Siliciumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3, einer Stickstoffkonzentration im Bereich von 5 × 1014 Atome/cm3 bis 1 × 1016 Atome/cm3 und einer maximalen Signalstärke bei Messung in der Mitte davon durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) von bis zu 2 V ist.
  4. Siliciumhalbleiterwafer, der einer Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unterzogen worden ist, gekennzeichnet durch eine Sauerstoffkonzentration in einer Mitte einer Dicke des Siliciumhalbleiterwafers von bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3, einen durch Stickstoffabscheidung erzeugten lokal verdichteten Abschnitt mit einer Signalstärke von mindestens dem Zweifachen einer mittleren Signalstärke in einer Tiefe von mehr als 12 μm unter einer Oberfläche davon bei Messung einer Stickstoffkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS), einer Tiefe einer defektfreien Zone mit einem Defekt vom Hohlraumtyp von mehr als 12 μm und einer Kristalldefektdichte von Sauerstoffpräzipitaten in einer Mitte einer Dicke davon von mindestens 5 × 108/cm3.
  5. Siliciumhalbleiterwafer nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Sauerstoffkonzentration in einer Tiefe von 1 μm unter einer Oberfläche in einer Mitte des Siliciumhalbleiterwafers bis zu 5 × 1016 Atome/cm3 und eine Sauerstoffkonzentration in der Mitte der Dicke des Siliciumhalbleiterwafers bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3, wobei der Siliciumhalbleiterwafer, der durch eine Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre erhalten wird, ein Siliciumwafer mit einer Sauerstoffkonzentration von bis zu 9,5 × 1017 Atome/cm3, einer Stickstoffkonzentration im Bereich von 2 × 1014 Atome/cm3 bis 1 × 1016 Atome/cm3 und einer maximalen Signalstärke bei Messung in der Mitte davon durch Infrarotinterferenzverfahren (OPP) von bis zu 4 V ist.
DE60209064T 2001-08-09 2002-08-08 Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung Expired - Lifetime DE60209064T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001242498A JP4566478B2 (ja) 2001-08-09 2001-08-09 シリコン半導体基板およびその製造方法
JP2001242498 2001-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60209064D1 DE60209064D1 (de) 2006-04-20
DE60209064T2 true DE60209064T2 (de) 2006-07-13

Family

ID=19072759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60209064T Expired - Lifetime DE60209064T2 (de) 2001-08-09 2002-08-08 Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6805742B2 (de)
EP (1) EP1284311B1 (de)
JP (1) JP4566478B2 (de)
KR (1) KR100487935B1 (de)
CN (1) CN1237586C (de)
DE (1) DE60209064T2 (de)
TW (1) TW565896B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013100146B4 (de) * 2012-06-15 2017-08-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Halbleiterstruktur und Verfahren

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4615161B2 (ja) * 2001-08-23 2011-01-19 信越半導体株式会社 エピタキシャルウエーハの製造方法
JP4567251B2 (ja) * 2001-09-14 2010-10-20 シルトロニック・ジャパン株式会社 シリコン半導体基板およびその製造方法
WO2005076333A1 (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. 半導体ウエーハの製造方法及び半導体インゴットの切断位置決定システム
KR100705939B1 (ko) 2004-08-26 2007-04-11 주식회사 하이닉스반도체 반도체 웨이퍼 제조 방법
JP2006273631A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Komatsu Electronic Metals Co Ltd シリコン単結晶の製造方法およびアニールウェーハおよびアニールウェーハの製造方法
JP5121139B2 (ja) * 2005-12-27 2013-01-16 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト アニールウエハの製造方法
JP4997829B2 (ja) * 2006-05-25 2012-08-08 株式会社デンソー 半導体素子の製造方法
JP5119677B2 (ja) 2007-02-16 2013-01-16 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハ及びその製造方法
JP5705539B2 (ja) * 2007-06-11 2015-04-22 スミス アンド ネフュー インコーポレーテッド セラミック層状医用インプラント
DE102007056115A1 (de) 2007-11-15 2009-05-20 Freiberger Compound Materials Gmbh Verfahren zum Trennen von Einkristallen
JP5304206B2 (ja) 2008-12-04 2013-10-02 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法および単結晶の製造装置
JP5346744B2 (ja) * 2008-12-26 2013-11-20 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト シリコンウエハ及びその製造方法
EP2309038B1 (de) * 2009-10-08 2013-01-02 Siltronic AG Herstellungsverfahren eines Epitaxial-Wafers
JP6296001B2 (ja) * 2015-05-20 2018-03-20 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及び評価方法
CN105297140B (zh) * 2015-09-10 2019-10-25 上海超硅半导体有限公司 硅片及退火处理方法
JP6711320B2 (ja) * 2017-06-26 2020-06-17 株式会社Sumco シリコンウェーハ
KR102003506B1 (ko) 2018-12-17 2019-07-24 ㈜엔텍 고인성 및 자기치유 기능을 가진 내진보강 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보수·보강 공법
EP4151782B1 (de) * 2021-09-16 2024-02-21 Siltronic AG Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2080780B (en) 1980-07-18 1983-06-29 Secr Defence Heat treatment of silicon slices
US4437922A (en) 1982-03-26 1984-03-20 International Business Machines Corporation Method for tailoring oxygen precipitate particle density and distribution silicon wafers
JPH0786289A (ja) 1993-07-22 1995-03-31 Toshiba Corp 半導体シリコンウェハおよびその製造方法
US5994761A (en) * 1997-02-26 1999-11-30 Memc Electronic Materials Spa Ideal oxygen precipitating silicon wafers and oxygen out-diffusion-less process therefor
TW589415B (en) * 1998-03-09 2004-06-01 Shinetsu Handotai Kk Method for producing silicon single crystal wafer and silicon single crystal wafer
JP3975605B2 (ja) 1998-11-17 2007-09-12 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハおよびシリコン単結晶ウエーハの製造方法
JP2000281490A (ja) * 1999-03-26 2000-10-10 Nippon Steel Corp シリコン半導体基板及びその製造方法
JP3903655B2 (ja) * 1999-08-11 2007-04-11 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハのｉｇ処理法
JP3994602B2 (ja) * 1999-11-12 2007-10-24 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハおよびその製造方法並びにｓｏｉウエーハ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013100146B4 (de) * 2012-06-15 2017-08-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Halbleiterstruktur und Verfahren
US9945048B2 (en) 2012-06-15 2018-04-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor structure and method

Also Published As

Publication number Publication date
US20030079674A1 (en) 2003-05-01
EP1284311A2 (de) 2003-02-19
JP2003055088A (ja) 2003-02-26
DE60209064D1 (de) 2006-04-20
KR100487935B1 (ko) 2005-05-03
EP1284311A3 (de) 2003-03-05
KR20030014602A (ko) 2003-02-19
EP1284311B1 (de) 2006-02-08
CN1402317A (zh) 2003-03-12
US6805742B2 (en) 2004-10-19
TW565896B (en) 2003-12-11
CN1237586C (zh) 2006-01-18
JP4566478B2 (ja) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60209064T2 (de) Siliziumhalbleitersubstrat und Vefahren zu seiner Herstellung
DE19609107B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Siliziumwafern
EP0962555B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls
DE69915729T2 (de) Stickstoffdotierte einkristalline Siliziumscheibe mit geringen Fehlstellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112008000486B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Siliziumwafers
DE60115078T2 (de) Mit stickstoff dotiertes silizium das wesentlich frei von oxidationsinduzierten stapelfehlern ist
DE102008046617B4 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren für deren Herstellung
DE69935822T2 (de) Einkristalline Siliziumscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10055648B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers mit gesteuerter Störstellenverteilung und damit hergestellter Siliziumwafer
DE102007027111B4 (de) Siliciumscheibe mit guter intrinsischer Getterfähigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10205084B4 (de) Verfahren zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe sowie dadurch hergestellte Siliciumscheibe
EP3394325B1 (de) Siliciumscheibe mit homogener radialer sauerstoffvariation
EP3387166B1 (de) Halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium und verfahren zu deren herstellung
DE112011101914T5 (de) Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers und Siliziumwafer
DE112014006165B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers
DE102008022747B4 (de) Silicium-Einkristall-Wafer und Verfahren zur Herstellung
DE112012000607B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Siliziumsubstrats und Siliziumsubstrat
DE112014002501T5 (de) Einkristall-Siliziumblock und Wafer für Halbleiter
DE60205316T2 (de) Halbleitersubstrat aus Silizium und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10236023A1 (de) Herstellungsverfahren für Silizium-Einkristallwafer und Silizium-Einkristallwafer
DE102005039116B4 (de) Verfahren zur Erzeugung eines Siliziumwafers
DE112018001919B4 (de) Verfahren zum herstellen eines siliziumepitaxialwafers und siliziumepitaxialwafer
DE60207657T2 (de) Halbleitersubstrat aus Silizium und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10047346B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers zur Abscheidung einer Epitaxieschicht und Epitaxiewafer
DE112009000569T5 (de) Silizium-Einkristall-Wafer, Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls oder Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristall-Wafers, und Halbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition