DE69928434T2

DE69928434T2 - Wärmebehandelte siliziumplättchen mit verbesserter eigengetterung

Info

Publication number: DE69928434T2
Application number: DE69928434T
Authority: DE
Inventors: J. Robert FALSTER
Original assignee: SunEdison Inc
Current assignee: SunEdison Inc
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: DE69928434D1; WO2000013209A3; DE69941196D1; EP1129471A2; US6686260B2; CN1181522C; TW434652B; JP2002524844A; CN1321334A; KR20010086360A; US20020170631A1; US6361619B1; JP2010004054A; KR100816696B1; WO2000013209A2; EP1129471B1; JP4681063B2; JP4405082B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von Halbleitermaterialsubstraten, insbesondere von Siliziumwafern, welche in der Herstellung von elektronischen Komponenten verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Siliziumwafern, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen und die interne Getterungsfähigkeiten zu verbessern und es so solchen Wafern zu ermöglichen, eine ideale, nicht-einheitliche Tiefenverteilung von Sauerstoffpräzipitaten während der Wärmebehandlungszyklen von im wesentlichen jedem beliebigen Herstellungsverfahren für elektronische Geräte zu bilden.
Einkristall Silizium, welches das Ausgangsmaterial für die meisten Prozesse für die Herstellung von elektronischen Halbleiterkomponenten ist, wird normalerweise durch das so genannte Czochralski-Verfahren hergestellt, wobei ein einzelner Keimkristall in geschmolzenes Silizium getaucht wird und dann durch langsames Herausziehen gezüchtet wird. Da geschmolzenes Silizium in einem Quarztiegel enthalten ist, ist es mit zahlreichen Verunreinigungen kontaminiert unter welchen hauptsächlich Sauerstoff ist. Bei der Temperatur der geschmolzenen Siliziummasse gelangt der Sauerstoff in das Kristallgitter bis es eine Konzentration erreicht, die durch die Löslichkeit des Sauerstoffs im Silizium bei der Temperatur der geschmolzenen Masse und durch den effektiven Segregationskoeffizienten von Sauerstoff in erstarrtem Silizium bestimmt wird. Solche Konzentrationen sind größer als die Löslichkeit von Sauerstoff in festem Silizium bei der Temperatur, die normalerweise in Herstellungsprozessen für elektronische Geräte angewendet werden. Wenn der Kristall aus der geschmolzenen Masse gezüchtet wird und abkühlt, nimmt daher die Löslichkeit des Sauerstoffs in ihm schnell ab, wodurch in den resultierenden Scheiben oder Wafern Sauerstoff in übersättigter Konzentration vorhanden ist.
Zusätzlich zu Sauerstoff können intrinsische Punktdefekte wie Siliziumgitterfehlstellen in dem Kristall vorhanden sein, wenn er gebildet wird. Wie beim Sauerstoff ist die Löslichkeit der Fehlstellen in dem festen Silizium teilweise temperaturabhängig. Wenn der Siliziumkristall abkühlt, kann der Kristall an einem bestimmten Punkt mit Fehlstellen kritisch übersättigt werden, was in der Bildung von agglomerierten Fehlstellendefekten resultiert. Agglomerierte Fehlstellendefekte sind als Ursache für solche beobachteten Kristalldefekte wie D-Defekte, Flow Pattern Defects (FPDs), Gate Oxide Integrity (GOI)-Defekte, Kristall-basierte Teilchendefekte ("Crystal Originated Particle" (COP)-Defects) und Kristall-basierte Lichtpunktdefekte ("Light Point Defects") (LPDs) als auch bestimmte Klassen von Bulkdefekten anerkannt, die durch Infrarotlichtstreuungstechniken wie die Scanning Infrared Microscopy und Laser Scanning Tomography beobachtet werden. Agglomerierte Fehlstellendefekte sind als ein Nachteil für die Leistungsfähigkeit von elektronischen Geräten, die aus Wafern hergestellt werden, die sie enthalten, anerkannt.
Die Wärmebehandlungszyklen, die normalerweise in der Herstellung von elektronischen Geräten angewendet werden, können die Präzipitation von Sauerstoff in Siliziumwafern verursachen, welche mit Sauerstoff übersättigt sind. Wie die Agglomeration von Fehlstellendefekten kann sich die Präzipitation von Sauerstoff ebenfalls nachteilig auf die Geräteleistung auswirken, abhängig von dem Ort auf dem Wafer, wo die Präzipitation stattfindet. Zum Beispiel können Sauerstoffpräzipitate, die in der aktiven Geräteregion des Wafers liegen, den Betrieb des Gerätes nachteilig beeinflussen. Hingegen sind Sauerstoffpräzipitate, die in dem Bulk des Wafers lokalisiert sind, vorteilhaft, da sie in der Lage sind, unerwünschte Metallverunreinigungen, die mit dem Wafer in Kontakt kommen können, einzufangen. Die Verwendung von Sauerstoffpräzipitaten, die in dem Bulk des Wafers lokalisiert sind, um Metalle einzufangen, wird normalerweise als interne oder intrinsische Getterung ("IG") bezeichnet.
Eine Vielzahl von Ansätzen sind vorgeschlagen worden wie die Bildung von agglomerierten Defekten verhindert werden könnte oder wie sie eliminiert werden könnten, sobald sie sich gebildet haben. Zum Beispiel kann die Auflösung oder Zerstörung ("annihilation") von agglomerierten intrinsischen Punktdefekten im allgemeinen durch Hochtemperaturwärmebehandlungen von Silizium in Waferform erreicht werden. (Siehe z.B. Fusegawa et al., Europäische Patentanmeldung 503, 816 A1 und S. Nadahara et al., "Hydrogen Annealed Silicon Wafer," Solid State Phenomena, Vols. 57-58, Seiten 19-26 (1997). Während diese Ansätze den gewünschten Effekt haben können, dass agglomerierte Defekte in der Oberflächen-nahen Region des Wafers aufgelöst werden, können sie jedoch ebenfalls in der Auflösung von Sauerstoffpräzipitaten in dem Bulk des Wafers resultieren, welche einen Verlust der Fähigkeit der internen Getterung verursacht.
Dementsprechend besteht weiterhin der Bedarf für ein Verfahren, in welchem agglomerierte intrinsische Punktdefekte in einem Siliziumwafer aufgelöst oder zerstört werden und dennoch einen Wafer hervorbringen, der die vorteilhaften Charakteristika der internen Getterung aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter den Aufgaben der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Einkristallsiliziumwafers, welcher während der Wärmebehandlungszyklen von im wesentlichen jedem elektronischen Geräteherstellungsverfahren eine ideale, nicht-einheitliche Tiefenverteilung von Sauerstoffpräzipitaten bereitstellt; die Bereitstellung eines solchen Wafers, welcher in optimaler und reproduzierbarer Weise eine denudierte Zone von genügender Tiefe und eine ausreichende Dichte von Sauerstoffpräzipitaten in dem Waferbulk bildet; die Bereitstellung eines solchen Wafers, in welchem die Bildung der denudierten Zone und die Bildung von Sauerstoffpräzipitaten in dem Waferbulk nicht abhängig ist von Unterschieden in der Sauerstoffkonzentration in diesen Regionen des Wafers; die Bereitstellung eines solchen Wafers, in welchem die Dicke der resultierenden denudierten Zone im wesentlichen unabhängig ist von den Details der IC-Herstellungsverfahrensreihenfolge; die Bereitstellung eines solchen Wafers, in welchem die Bildung der denudierten Zone und die Bildung der Sauerstoffpräzipitate in dem Waferbulk nicht beeinflusst wird durch die thermische Vorgeschichte ("thermal history") und die Sauerstoffkonzentration des Czochralski- gezüchteten Einkristallsiliziumrohlings, aus welchen der Siliziumwafer geschnitten wird; die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, in welchem die Bildung der denudierten Zone nicht abhängig ist von der Ausdiffusion ("out-diffusion") des Sauerstoffs; und die Bereitstellung eines solchen Verfahrens, in welchem die Konzentration der agglomerierten Fehlstellendefekte im wesentlichen in der Oberflächenschicht des Wafers reduziert ist.
Kurz gesagt, daher ist die vorliegende Erfindung auf einen Siliziumeinkristallwafer gerichtet, der zwei hauptsächliche, im allgemeinen parallele Oberflächen aufweist, von denen eine die vordere Oberfläche des Wafers ist und die andere die rückseitige Oberfläche des Wafers ist, eine zentrale Ebene zwischen den vorderen und rückseitigen Oberflächen, eine Umlaufkante ("circumferential edge"), die die vordere und die rückseitige Oberfläche verbindet, ein Stratum, das die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einem Abstand D_s umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und in Richtung der zentralen Ebene, eine Oberflächenschicht, welche sich mindestens teilweise zusammen mit dem Stratum erstreckt und welche die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einem Abstand D₁ von mindestens ungefähr 10 Mikrometern umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und zu der zentralen Ebene hin und einer Bulkschicht, welche die Region des Wafers zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst. Der Wafer wird dadurch charakterisiert, dass das Stratum im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellendefekten ist. Zusätzlich weist der Wafer eine nicht-einheitliche Verteilung von Kristallgitterfehlstellen mit der Konzentration von Fehlstellen in der Bulkschicht auf, die größer ist als die Konzentration der Fehlstellen in der Oberflächenschicht, wobei die Fehlstellen ein Konzentrationsprofil aufweisen, in welchem die Peakdichte der Fehlstellen in oder nahe der zentralen Ebene liegt, wobei die Konzentration im allgemeinen von der Position der Peakdichte in Richtung zur vorderen Oberfläche des Wafers abnimmt, wobei die Differenz in der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und der Bulkschicht so ist, dass die thermische Behandlung des Wafers bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C in der Lage ist, eine denudierte Zone der Oberflächenschicht und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht zu bilden, wobei die Konzentration der Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht hauptsächlich abhängig sind von der Konzentration der Fehlstellen.
Die vorliegende Erfindung ist ferner gerichtet auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Einkristallsiliziumwafers, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen und das Präzipi tationsverhalten von Sauerstoff in dem Wafer in einem nachfolgenden thermischen Verfahrensschritt zu beeinflussen, wobei der Siliziumwafer zwei hauptsächliche, im allgemeinen parallele Oberflächen aufweist, von denen eine die vordere Oberfläche des Wafers ist und die andere die rückseitige Oberfläche des Wafers ist, eine zentrale Ebene zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche, eine Umlaufkante ("circumferential edge"), die die vordere und die rückseitige Oberfläche verbindet, ein Stratum, das von der vorderen Oberfläche bis zu einem Abstand D_s reicht, gemessen von der vorderen Oberfläche und zu der zentralen Ebene hin, eine Oberflächenschicht, welche sich mindestens teilweise zusammen mit dem Stratum erstreckt und welche die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einem Abstand D₁ von mindestens ungefähr 10 Mikrometern umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und zu der zentralen Ebene hin und einer Bulkschicht, welche die Region des Wafers zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst. Das Verfahren umfasst das thermische Tempern ("thermally annealing") des Wafers in einer Atmosphäre von Wasserstoff, Argon oder einer Mischung davon, um bereits existierende agglomerierte Fehlstellendefekte in dem Stratum aufzulösen, so dass das Waferstratum im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellendefekten ist und die Bulkschicht agglomerierte Fehlstellendefekte umfasst, Wärmebehandlung des getemperten Wafers, um Kristallgitterfehlstellen in der Oberfläche und den Bulkschichten zu bilden und dann dem Steuern der Abkühlungsrate des wärmebehandelten Wafers auf mindestens ungefähr 20 °C pro Sek., um einen Wafer herzustellen, der ein Fehlstellenkonzentrationsprofil aufweist, in welchem die Peakdichte in oder nahe der zentralen Ebene liegt, wobei die Konzentration im allgemeinen in der Richtung der vorderen Oberfläche des Wafers abnimmt, wobei die Differenz in der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und den Bulkschichten so ist, dass die thermische Behandlung des Wafers bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C in der Lage ist, eine denudierte Zone in der Oberflächenschicht und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht zu bilden, wobei die Konzentration der Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht hauptsächlich abhängig sind von der Konzentration der Fehlstellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Siliziumeinkristallwafers, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen und das Präzipitationsverhalten von Sauerstoff in dem Wafer in einem nachfolgenden thermischen Verarbeitungsschritt zu beeinflussen, wobei der Siliziumwafer eine vordere Oberfläche aufweist, eine rückseitige Oberfläche, eine zentrale Ebene zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche, ein Stratum, das von der vorderen Oberfläche bis zu einem Abstand D_s reicht, gemessen von der vorderen Oberfläche zu der zentralen Ebene hin, eine Oberflächenschicht, welche sich mindestens teilweise zusammen mit dem Stratum erstreckt und welche die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einem Abstand D₁ von mindestens ungefähr 10 Mikrometer umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und zu der zentralen Ebene hin und eine Bulkschicht, welche die Region des Wafers zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst. Das Verfahren umfasst die Wärmebehandlung des Wafers in einer Atmosphäre von Wasserstoff, Argon oder einer Mischung davon, um Kristallgitterfehlstellen in der Oberfläche und den Bulkschichten zu bilden und dann dem Steuern der Abkühlungsrate des wärmebehandelten Wafers auf mindestens ungefähr 20 °C pro Sekunde, um einen Wafer zu erzeugen, der ein Fehlstellenkonzentrationsprofil aufweist, in welchem die Peakdichte in oder nahe der zentralen Ebene liegt, wobei die Konzentration im allgemeinen in der Richtung der vorderen Oberfläche des Wafers abnimmt und die Differenz der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und den Bulkschichten so ist, dass die thermische Behandlung des Wafers bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C in der Lage ist, eine denudierte Zone in der Oberflächenschicht und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht zu bilden, wobei die Konzentration der Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulkschicht hauptsächlich von der Konzentration der Fehlstellen abhängig ist. Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren, die in den abgekühlten Wafern vorhanden sind, werden durch Erhitzen des abgekühlten Wafers auf eine Temperatur von ungefähr 650 bis ungefähr 850 °C für ungefähr 1 Stunde bis ungefähr 4 Stunden stabilisiert und dann wird der stabilisierte Wafer in einer Atmosphäre thermisch getempert, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen, die in dem Waferstratum vorhanden sind, das von der vorderen Oberfläche bis zu einer Tiefe von mindestens ungefähr 5 Mikrons reicht, so dass das Waferstratum im wesentlichen frei ist von agglomerierten Fehlstellendefekten und die Bulkschicht agglomerierte Fehlstellendefekte umfasst.
Weitere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden zum Teil offensichtlich und zum Teil nachfolgend herausgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung des idealen Präzipitationswaferverfahrens der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 4-7), welcher, wie in Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet wurde.
3 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 4-8), welcher einer Reihe von Schritten, die in Beispiel 1 beschrieben wurden, unterworfen wurde.
4 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 3-14), welcher einer Reihe von Schritten, wie in Beispiel 1 beschrieben, unterworfen wurde.
5 ist ein Diagramm des Logarithmusses der Platinkonzentration (Atome/cm³) gegen die Tiefe von der Oberfläche des Wafers (Probe 4-7), welche einer Serie von Schritten, wie in Beispiel 1 beschrieben, unterworfen wurde.
6 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 3-4), welcher einer Serie von Schritten, wie in Beispiel 2 beschrieben, unterworfen wurde.
7 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 3-5), welcher einer Serie von Schritten, wie in Beispiel 2 beschrieben, unterworfen wurde.
8 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 3-6), welcher einer Serie von Schritten, wie in Beispiel 2 beschrieben, unterworfen wurde.
9 ist eine Photographie eines Querschnitts eines Wafers (Probe 1-8), welcher einer Serie von Schritten, wie in Beispiel 3 beschrieben, unterworfen wurde.
10 ist die logarithmische Darstellung der Zahlendichte ("number density") von Bulkmikrodefekten (BMD) gegen den Partialdruck von Sauerstoff, der in der Atmosphäre während des schnellen thermischen Temperns ("rapid thermal annealing") des Siliziumeinkristallwafers herrscht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie in Beispiel 4 beschrieben.
11 ist eine Photographie, aufgenommen unter Vergrößerung des Querschnitts eines Wafers (weißer Hintergrund), welcher thermisch getempert wurde, in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren in einer nitrierenden Atmosphäre in der Abwesenheit einer erweiterten ("enhanced") Oxidschicht, folgend einer NEC-1-Behandlung.
12 ist eine Photographie, aufgenommen unter größerer Vergrößerung als 11, von einem Teil des Waferquerschnitts, der in 11 gezeigt ist, der im Detail die wesentliche Abwesenheit der denudierten Zone zeigt.
13 ist eine Photographie, aufgenommen unter Vergrößerung eines Querschnitts eines Wafers (weißer Hintergrund), welcher thermisch getempert wurde, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, in einer nitrierenden Atmosphäre in der Abwesenheit einer erweiterten ("enhanced") Oxidschicht und welcher einer nachfolgenden thermischen Oxidationsbehandlung unterzogen wurde.
14 ist eine Photographie, aufgenommen unter größerer Vergrößerung als 13 von einem Teil eines Waferquerschnitts, der in 13 gezeigt ist, der im Detail das Vorliegen einer denudierten Zone zeigt.
15 ist eine Photographie, aufgenommen unter Vergrößerungen eines Querschnitts eines Wafers (weißer Hintergrund), welcher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einer nitrierenden Atmosphäre in der Abwesenheit einer erweiterten ("enhanced") Oxidschicht thermisch getempert wurde und welcher einer nachfolgenden thermischen Oxidationsbehandlung lediglich auf einer Seite des Wafers unterzogen wurde.
16 ist eine Photographie, aufgenommen unter größerer Vergrößerung als 15, von einem Teil des Waferquerschnitts, der in 15 gezeigt ist, der im Detail die wesentliche Abwesenheit einer denudierten Zone auf der geschützten Seite ("shielded side") des Wafers zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordert die Mittel, mit welchen ein Siliziumeinkristallwafer, der eine reduzierte Konzentration von agglomerierten Fehlstellendefekten aufweist, erhalten werden kann, verglichen mit der anfänglichen Konzentration von solchen Defekten in einer Oberflächenschicht des Wafers. Außerdem erzeugt das vorliegende Verfahren einen Wafer, welcher "ideal präzipitierend" ist; d.h., einen Wafer, welcher während im wesentlichen jedem Herstellungsprozess für elektronische Geräte, eine denudierte Zone von genügender Tiefe erzeugen wird und einem Waferbulk, der eine ausreichende Dichte von Sauerstoffpräzipitaten für IG-Zwecke enthält. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung fungiert, um existierende, agglomerierende Fehlstellendefekte in dieser Oberflächenschicht aufzulösen, während ein "Template", in dem Silizium erzeugt wird, welches die Art und Weise bestimmt oder "einen Abdruck vorgibt" ("prints"), in welcher Sauerstoff während eines Herstellungsverfahrens für elektronische Geräte präzipitieren wird.
In Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein Siliziumeinkristallwafer zunächst einem thermischen Tempern unterzogen, die Temperatur und Dauer des Temperns als auch die Atmosphäre, in welchem der Wafer getempert wird, sind so, dass die agglomerierten Fehlstellendefekte in der Oberflächenschicht oder dem Stratum des Wafers effektiv zerstört oder aufgelöst werden.
Im allgemeinen sind die Bedingungen für dieses thermische Tempern diejenigen, die normalerweise in der Technik für das Auflösen solcher Defekte verwendet werden. (Siehe z.B. Fusegawa et al., Europäische Patentanmeldung 503,816 A1; S. Nadahara et al., "Hydrogen Annealed Silicon Wafer", Solid State Phenomena, Vols. 57-58, Seiten 19-26 (1997); und D. Graf et al., "High-Temperature Annealed Silicon Wafers", Electrochemical Society Proceedings, Vol. 97-22, Seiten 18-25 (1997)). Zum Beispiel kann der Wafer in einer Argon- oder Wasserstoffatmosphäre oder eine Mischung davon thermisch getempert werden, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen, die in dem Stratum vorhanden sind, das sich von der Oberfläche und hin zu dem Zentrum des Wafers erstreckt.
Im allgemeinen wird der Wafer für einen ausreichenden Zeitraum auf eine Temperatur erhitzt, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen, die in dem Stratum vorhanden sind, das sich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe erstreckt, gemessen von der Oberfläche und hin zu dem Zentrum des Wafers von einigen wenigen Mikrometern (d.h. mindestens ungefähr 1, 2, 3, 5 oder sogar 10 Mikrometern), einigen zehn Mikrometern (d.h. ungefähr 20, 40, 80 oder mehr), hunderte von Mikrometern (d.h. ungefähr 100, 300, 500 Mikrons oder mehr) bis zu ungefähr dem Zentrum des Wafers. Die genauen Bedingungen werden variieren, abhängig von der gewünschten Tiefe, bis zu welcher die agglomerierte Fehlstellendefekte aufgelöst oder in der Größe reduziert werden. Der Wafer kann zum Beispiel auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 1100 °C bis ungefähr 1300 °C für ungefähr 1 Stunde bis ungefähr 4 Stunden oder ungefähr 1200 °C bis ungefähr 1250 °C für ungefähr 2 bis ungefähr 3 Stunden erhitzt werden.
In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass zusätzlich zu der Temperatur, der Dauer, Atmosphäre und Hochlaufbedingungen ("ramping conditions") (d.h., die Geschwindigkeit, mit der die Zieltempertemperatur erreicht wird) des thermischen Temperns, wobei die Größe der agglomerierten Defekte, die aufgelöst werden, ein Faktor in der Effizienz des Temperns beim Entfernen solcher Defekte ist. Dementsprechend können die Bedingungen, die notwendig sind, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, empirisch durch Variation der Behandlungstemperatur, Zeit- und Atmosphärenzusammensetzung für eine Anzahl von Proben bestimmt werden. Daher können die Bedingungen andere sein als hierin beschrieben, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Das Unterziehen eines Wafers dieser Defekt-auflösenden Behandlung resultiert in der Bildung eines Stratums nahe der Oberfläche des Wafers, die eine Konzentration von agglomerierten Fehlstellendefekten aufweist, welche reduziert ist im Vergleich zu der Konzentration von solchen Defekten in dem Ausgangsmaterial. Es ist jedoch bevorzugt, dass diese Oberflächenschicht im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellendefekten ist. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass der Begriff "im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellendefekten" wie hierin verwendet, bedeuten soll, dass eine Konzen tration von agglomerierten Fehlstellendefekten innerhalb des Stratums geringer ist als die Nachweisgrenze für diese Defekte, welche gegenwärtig bei ungefähr 10⁴ Defekte/cm³ liegt.
Die Bedingungen, die angewendet werden, in der Behandlung zum Auflösen von agglomerierten Defekten resultieren ebenfalls in der Auflösung von Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren, die in dem Wafer vorliegen, vorausgesetzt dass der Wafer nicht zuvor einer stabilisierenden Wärmebehandlung unterzogen wurde. Um diese Zentren wieder zu etablieren und so dem Wafer zu ermöglichen, eine erhöhte Dichte von Sauerstoffpräzipitaten für IG-Zwecke aufzuweisen, wird der Wafer als nächstes einer Folge von Schritten unterzogen, in welchen ein Fehlstellenkonzentrationsprofil gebildet wird. Dieser Teil der vorliegenden Verfahrens fungiert effektiv, um die Art und Weise zu bestimmen oder "einen Abdruck" zu hinterlassen, in welcher der Sauerstoff letztendlich innerhalb des Wafers während des Herstellungsprozesses für elektronische Geräte präzipitieren wird. Bezugnehmend auf 1 wird Wafer 1, der eine vordere Oberfläche 3, eine rückseitige Oberfläche 5 und eine imaginäre zentrale Ebene 7 zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche aufweist, in einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre in Schritt S₁ dieses Teils des vorliegenden Verfahrens wärmebehandelt, um eine oberflächliche Oxidschicht 9 zu züchten, welche den Wafer einschließt. Im allgemeinen wird die Oxidschicht eine Dicke aufweisen, welche größer ist als die natürliche ("native") Oxidschicht, welche auf dem Silizium gebildet wird (ungefähr 15 Ångström); bevorzugt hat die Oxidschicht eine Dicke von mindestens ungefähr 20 Ångström und in einigen Ausführungsbeispielen mindestens von ungefähr 25 Angström oder sogar mindestens ungefähr von 30 Ångström. Experimentelle Beweise, die bislang erhalten wurden, legen jedoch nahe, dass die Oxidschichten, die eine Dicke von größer als ungefähr 30 Ångström aufweisen, obwohl sie nicht mit den gewünschten Effekten interferieren, wenig oder keinen zusätzlichen Vorteil aufweisen.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Begriffe "vordere" und "rückseitige" in diesem Zusammenhang verwendet werden, um die beiden hauptsächlichen, im allgemeinen planaren Oberflächen des Wafers zu unterscheiden; die vordere Oberfläche des Wafers, wie hierin verwendet, ist nicht notwendigerweise die Oberfläche, auf die ein elektronisches Gerät im nachfolgenden aufgebracht werden wird, noch ist die Rückseite des Wafers, wie hier verwendet, notwendigerweise die hauptsächliche Oberfläche des Wafers, welche der Oberfläche, auf welchem das elektronische Gerät aufgebracht wird, entgegengesetzt ist.
Außerdem, da Siliziumwafer normalerweise eine gewisse Abweichung der Gesamtdicke ("total thickness variation") (TTV), Wölbungen und Bogen aufweisen, ist der Mittelpunkt zwischen jedem Punkt auf der vorderen Oberfläche und jedem Punkt auf der rückseitigen Oberfläche nicht exakt innerhalb einer Ebene; praktisch ("as a practical matter") jedoch sind die TTV, Wölbungen und Bogen normalerweise so gering, dass mit einer guten Annäherung gesagt werden kann, dass die Mittelpunkte innerhalb einer imaginären zentralen Ebene liegen, welche ungefähr äquidistant zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche ist.
In einem Schritt S₂ von dem Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens wird der Wafer 1 einem Wärmebehandlungsschritt unterzogen, in welchem der Wafer auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, um so die Zahlendichte ("number density") der Kristallgitterfehlstellen 13 in dem Wafer zu bilden und zu erhöhen. Bevorzugt findet dieser Wärmebehandlungsschritt in einem Gerät zum schnellen thermischen Tempern ("rapid thermal annealer") statt, in welchem die Wafer schnell auf eine Zieltemperatur erhitzt werden können und bei dieser Temperatur nur eine relativ kurze Zeitdauer getempert werden. Im allgemeinen wird der Wafer einer Temperatur oberhalb von ungefähr 1150 °C, bevorzugt mindestens ungefähr 1175 °C, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 1200 °C und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1200 °C und ungefähr 1275 °C ausgesetzt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens wird der schnelle thermische Tempernschritt ("rapid thermal annealing step") in Gegenwart einer nitrierenden Atmosphäre durchgeführt; d.h., das Tempern wird ausgeführt in einer Atmosphäre, die Stickstoffgas (N₂) oder ein Stickstoff-enthaltendes Verbindungsgas wie z.B. Ammoniak enthält, welches in der Lage ist, eine exponierte Siliziumoberfläche zu nitrieren. Die Atmosphäre kann daher vollständig aus Stickstoff oder Stickstoffverbindungsgasen bestehen oder es kann außerdem ein nicht-nitrierendes Gas wie z.B. Argon umfassen. Ein Anstieg in der Konzentration der Fehlstellen innerhalb des gesamten Wafers wird nahe nachdem, wenn nicht sofort während des Erreichens der Temperungstemperatur erzielt. Der Wafer wird im allgemeinen bei dieser Temperatur für mindestens eine Sekunde, normalerweise für mindestens einige Sekunden (z.B. wenigstens 3), bevorzugt für einige 10 Sekunden (z.B. 20, 30, 40 oder 50 Sekunden) und abhängig von den gewünschten Charakteristika des Wafers für einen Zeitraum, welcher bis zu ungefähr 60 Sekunden betragen kann (welches nahe am Limit für kommerziell erhältliche Geräte zum schnellen thermischen Tempern ("rapid thermal annealer") liegt, gehalten. Der resultierende Wafer hat ein relativ einheitliches Fehlstellenkonzentrationsprofil (Zahlendichte) ("number density") in dem Wafer.
Basierend auf experimentellen Beweisen, die bislang erhalten wurden, weist die Atmosphäre, in welchem der schnell thermische Temperungsschritt durchgeführt wird, bevorzugt nicht mehr als einen relativ geringen Teildruck an Sauerstoff, Wasserdampf und weiteren oxidierenden Gasen auf; d.h., die Atmosphäre weist eine vollständige Abwesenheit von oxidierenden Gasen oder einen Partialdruck von solchen Gasen auf, welche nicht ausreichend ist, um genügende Mengen von Siliziumzwischengitteratomen zu injizieren, welche den Aufbau der Fehlstellenkonzentration unterdrücken würde. Während die untere Grenze der oxidierenden Gaskonzentration nicht exakt bestimmt wurde, ist gezeigt worden, dass für Partialdrücke von Sauerstoff von 0,01 Atmosphären (atm.) oder 10000 Teilen pro Millionen Atome (ppma) kein Anstieg in der Konzentration der Fehlstellen und kein Effekt beobachtet wurde. Daher ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre einen Partialdruck von Sauerstoff oder weiteren oxidierenden Gasen von weniger als 0,01 atm. (10000 ppma) aufweist; mehr bevorzugt ist der Partialdruck dieser Gase in der Atmosphäre nicht mehr als ungefähr 0,005 atm. (5000 ppma), mehr bevorzugt nicht mehr als ungefähr 0,002 atm. (2000 ppma) und am meisten bevorzugt nicht mehr als ungefähr 0,001 atm. (1000 ppma).
Zusätzlich zu dem Verursachen der Bildung von Kristallgitterfehlstellen verursacht der schnelle thermische Temperungsschritt ("rapid thermal annealing step") das Auflösen von jeglichen unstabilisierten Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren, welche in dem Siliziumstartmaterial vorliegen. Diese Nukleationszentren können gebildet werden z.B. während des Züchtens des Siliziumeinkristallrohlings, von welchem der Wafer geschnitten wurde, oder als eine Konsequenz eines anderen Ereignisses in der vorherigen thermischen Vorgeschichte des Wafers oder des Rohlings, von welchem der Wafer geschnitten wurde. Daher ist das Vorliegen oder die Abwesenheit von diesen Nukleationszentren in dem Startmaterial nicht kritisch, vorausgesetzt diese Zentren sind in der Lage, während des schnellen thermischen Temperungsschrittes aufgelöst zu werden.
Die schnelle thermische Temperung kann in einer Vielzahl von kommerziell erhältlichen schnellen thermischen Temperungsöfen ("rapid themal annealing furnaces") ("RTA") ausgeführt werden, in welchen die Wafer individuell durch Reihen ("banks") von Hochleistungslampen erhitzt werden können. RTA-Öfen sind in der Lage, die Siliziumwafer schnell zu erhitzen, z.B. sind sie in der Lage, den Wafer von Raumtemperatur bis auf 1200 °C in wenigen Sekunden zu erhitzen. Einer dieser kommerziell erhältlichen RTA-Öfen ist das Modell 610 furnace, erhältlich von AG Associates (Montain View, CA).
Intrinsische Punktdefekte (Fehlstellen und Siliziumzwischengitteratomplätze) sind in der Lage, durch Einkristallsilizium mit einer Diffusionsrate zu diffundieren, die temperaturabhängig ist. Das Konzentrationsprofil von intrinsischen Punktdefekten ist daher eine Funktion der Diffusionsfähigkeit der intrinsischen Punktdefekte und der Rekombinationsgeschwindigkeit als eine Funktion der Temperatur. Zum Beispiel sind intrinsische Punktdefekte relativ mobil bei Temperaturen in der Nähe der Temperatur, bei der der Wafer in dem schnellen thermischen Temperungsschritt getempert wird, wohingegen sie im wesentlichen nicht mobil sind für jegliche kommerziell anwendbare Zeiträume bei Temperaturen bis zu 700 °C. Experimentelle Belege, die bislang erhalten wurden, lassen vermuten, dass die effektive Diffusionsrate der Fehlstellen bei Temperaturen unterhalb von ungefähr 700 °C beträchtlich absinkt und vielleicht bis zu 800 °C, 900 °C oder sogar 1000 °C können die Fehlstellen für jegliche kommerziell praktisch anwendbare Zeitdauer als nicht mobil betrachtet werden.
Nach der Vervollständigung des Schrittes S₂ wird der Wafer in Schritt S₃ schnell abgekühlt durch den Bereich der Temperaturen, bei welchen die Kristallgitterfehlstellen im Siliziumeinkristall relativ mobil sind. Da die Temperatur des Wafers durch diesen Bereich der Temperaturen abnimmt, diffundieren die Fehlstellen zu der Oxidschicht 9 und werden ausgelöscht, was zu einer Änderung in dem Fehlstellenkonzentrationsprofil führt, wobei das Ausmaß der Änderung abhängt von der Länge der Zeit, in der der Wafer bei einer Temperatur innerhalb dieses Bereichs gehalten wird. Wenn der Wafer bei dieser Temperatur innerhalb dieses Bereichs für eine unbeschränkte Zeitdauer gehalten wird, würde die Fehlstellenkonzentration wieder im wesentlichen einheitlich über den Waferbulk 11 werden, wobei die Konzentration ein Gleichgewichtswert ist, welche im wesentlichen geringer ist als die Konzentration der Kristallgitterfehlstellen unmittelbar nach der Vervollständigung des Wärmebehandlungsschrittes. Durch schnelles Abkühlen des Wafers kann jedoch eine nicht-einheitliche Verteilung der Kristallgitterfehlstellen erreicht werden, wobei die maximale Fehlstellenkonzentration in oder nahe der zentralen Ebene 7 liegt und die Fehlstellenkonzentration in Richtung zu der vorderen Oberfläche 3 und der rückseitigen Oberfläche 5 des Wafers abnimmt. Im allgemeinen ist die durchschnittliche Abkühlungsrate innerhalb dieses Bereichs der Temperatur bei mindestens ungefähr 20 °C pro Sekunde. Abhängig von der gewünschten Tiefe der denudierten Zone, kann die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit bevorzugt mindestens ungefähr 50 °C pro Sekunde, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 100 °C pro Sekunde betragen, wobei Abkühlungsraten im Bereich von ungefähr 100 °C bis ungefähr 200 °C pro Sekunde gegenwärtig für einige Anwendungen bevorzugt sind. Sobald der Wafer auf eine Temperatur außerhalb des Bereichs der Temperatur abgekühlt ist, bei welchem die Kristallgitterfehlstellen relativ mobil in dem Einkristallsilizium sind, scheint die Abkühlungsgeschwindigkeit keinen signifikanten Einfluss auf das Präzipitationsverhalten des Wafers zu haben und somit erscheint er nicht besonders kritisch zu sein. In geeigneter Weise kann der Abkühlungsschritt in derselben Atmosphäre durchgeführt werden, in der der Wärmeschritt durchgeführt worden ist.
In Schritt S₄ des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens wird der Wafer einer Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung unterzogen. Zum Beispiel kann der Wafer bei einer Temperatur von 800 °C für vier Stunden getempert werden und dann bei einer Temperatur von 1000 °C für 16 Stunden. Alternativ und bevorzugt wird der Wafer in einen Ofen geladen, welcher bei einer Temperatur von ungefähr 800 °C ist, als der erste Schritt des Herstellungsprozesses für elektronische Gräte. Wenn der zuvor thermisch schnell getemperte Wafer bei dieser Temperatur in den Ofen geladen wird, wird der Wafer separate Zonen aufweisen, welche sich unterschiedlich in Bezug auf die Sauerstoffpräzipitation verhalten. In Regionen mit vielen Fehlstellen (der Waferbulk) werden sich schnell Sauerstoffcluster bilden, wenn der Wafer in den Ofen eingebracht wird. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Beladungstemperatur erreicht ist, wird das Clusterungsverfahren abgeschlossen sein und eine Verteilung der Cluster erreicht sein, welche lediglich von der anfänglichen Konzentration der Fehlstellen abhängt. In Regionen mit wenig Fehlstellen (nahe der Waferoberflächen) wird der Wafer sich verhalten wie ein normaler Wafer, welchem die bereits bestehenden Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren fehlen; d.h., eine Sauerstoffclusterung wird nicht beobachtet. Wenn die Temperatur oberhalb von 800 °C angehoben wird oder wenn die Temperatur konstant gehalten wird, wachsen die Cluster in der Fehlstellen-reichen Zone zu Präzipitaten und werden so verbraucht, während in der Fehlstellen-armen Zone nichts passiert. Durch Aufteilung des Wafers in zahlreiche Zonen von Fehlstellenkonzentrationen wird effektiv ein Templat erzeugt, durch welches ein Sauerstoffpräzipitationsmuster geschrieben wird, welches in dem Moment fixiert wird, in dem der Wafer in den Ofen geladen wird.
Wie in 1 dargestellt, wird die resultierende Tiefenverteilung der Sauerstoffpräzipitate in dem Wafer durch klare Regionen von Sauerstoffpräzipitat-freiem Material (denudierte Zonen) 15 und 15' charakterisiert, die sich von der vorderen Oberfläche 3 und der rückseitigen Oberfläche 5 bis zu einer Tiefe t bzw. t' erstrecken. Zwischen der Sauerstoffpräzipitat-freien Region 15 und 15' ist eine Region 17, welche eine im wesentlichen einheitliche Dichte von Sauerstoffpräzipitaten enthält.
Die Konzentration von Sauerstoffpräzipitaten in der Region 17 ist hauptsächlich eine Funktion des Erwärmungsschrittes und sekundär eine Funktion der Abkühlungsgeschwindigkeit. Im allgemeinen steigt die Konzentration der Sauerstoffpräzipitate mit ansteigender Temperatur und größer werdenden Temperungszeiten in dem Erwärmungsschritt, wobei routinemäßig Präzipitatdichten im Bereich von ungefähr 1 × 10⁷ bis ungefähr 5 × 10¹⁰ Präzipitate/cm³ erhalten werden.
Die Tiefe t bzw. t' von der vorderen und rückseitigen Oberfläche des Sauerstoffpräzipitat-freien Materials (denudierte Zone) 15 und 15' ist hauptsächlich eine Funktion der Abkühlungsgeschwindigkeit durch den Temperaturbereich, bei welchem die Kristallgitterfehlstellen im Silizium relativ mobil sind. Im allgemeinen nimmt die Tiefe t bzw. t' mit abnehmender Abkühlungsgeschwindigkeit zu, wobei die Tiefe der denudierten Zone mindestens ungefähr 10, 20, 30, 40, 50, 70 oder sogar 100 Mikrometer erhältlich ist. Bezeichnenderweise ist die Tiefe der denudierten Zone im wesentlichen unabhängig von den Details des Herstellungsprozesses der elektronischen Geräte und außerdem hängt sie nicht von der Ausdiffusion ("out-diffusion") des Sauerstoffs ab, wie herkömmlich praktiziert.
Während die schnelle thermische Behandlung zu einer Ausdiffusion von geringen Mengen von Sauerstoff von der Oberfläche der vorderen und der rückseitigen Oberfläche des Wafers führen kann, ist die Menge der Ausdiffusion deutlich geringer als die, die in herkömmlichen Verfahren für die Bildung von denudierten Zonen beobachtet wird. Als Ergebnis wird ein "ideal präzipitierter Wafer" gebildet, der eine im wesentlichen einheitliche Zwischengittersauerstoffkonzentration als eine Funktion des Abstandes von der Siliziumoberfläche aufweist. Vor der Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung (S₄) wird zum Beispiel der Wafer eine im wesentlichen einheitlichen Konzentration von Zwischengitterplatzsauerstoffen aufweisen von dem Zentrum des Wafers zu Regionen des Wafers, welche innerhalb von ungefähr 15 Mikrons der Siliziumoberfläche liegen, mehr bevorzugt vom Zentrum des Wafers zu Regionen des Wafers, welche innerhalb von ungefähr 10 Mikrons der Siliziumoberfläche liegen, mehr bevorzugt vom Zentrum des Siliziums zu Regionen des Wafers, welche innerhalb von ungefähr 5 Mikrons der Siliziumoberfläche liegen und am meisten bevorzugt vom Zentrum des Siliziums zu Regionen des Wafers, welche innerhalb von ungefähr 3 Mikrons der Siliziumoberfläche liegen. In diesem Zusammenhang soll eine im wesentlichen einheitliche Sauerstoffkonzentration bedeuten, dass eine Varianz in der Sauerstoffkonzentration von nicht mehr als ungefähr 50 %, bevorzugt nicht mehr als ungefähr 20 % und am meisten bevorzugt nicht mehr als ungefähr 10 % vorliegt.
Normalerweise resultieren Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlungen nicht in einer substantiellen Menge von Sauerstoff Ausdiffusion von Wärme-behandelten Wafern. Als ein Ergebnis wird die Konzentration von Zwischengitterplatzsauerstoff in der denudierten Zone bei Abständen von mehr als einigen Mikrons von der Waferoberfläche sich nicht signifikant verändern als eine Konsequenz der Präzipitationswärmebehandlung. Wenn zum Beispiel die denudierte Zone des Wafers aus einer Region des Wafers zwischen der Oberfläche des Siliziums und einem Abstand D₁ besteht, welcher mindestens ungefähr 10 Mikrometer beträgt, gemessen von der vorderen Oberfläche und hin zu der zentralen Ebene, wird die Sauerstoffkonzentration bei einer Position innerhalb der denudierten Zone, welche in einem Abstand von der Siliziumoberfläche gleich ein halb von D₁ ist, normalerweise mindestens ungefähr 75 % der Peakkonzentration der Zwischengitterplatz-Sauerstoffkonzentration irgendwo in der denudierten Zone entsprechen. Für einige Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlungen wird die Zwischengitterplatz-Sauerstoffkonzentration bei dieser Position sogar größer sein, d.h., mindestens 80 %, 85 %, 90 % oder sogar 95 % der maximalen Sauerstoffkonzentration irgendwo in der denudierten Zone.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens wird eine nicht-nitrierende Atmosphäre anstelle einer nitrierenden Atmosphäre verwendet, die im Erwärmungs- (schnelles thermisches Tempern) und Abkühlungsschritten des ersten Ausführungsbeispiels verwendet wurde. Geeignete nicht-nitrierende Atmosphären schließen Argon, Helium, Neon, Kohlendioxid und weitere solcher nicht-oxidierenden, nicht-nitrierenden Elemente oder Verbindungsgase und Mischungen von solchen Gasen ein. Die nicht-nitrierende Atmosphäre kann, wie die nitrierende Atmosphäre, einen relativen geringen Partialdruck an Sauerstoff enthalten, d.h., ein Partialdruck von weniger als 0,01 atm. (10000 ppma), mehr bevorzugt weniger als 0,005 atm. (5000 ppma), mehr bevorzugt weniger als 0,002 atm. (2000 ppma) und am meisten bevorzugt weniger als 0,001 atm. (1000 ppma). aufweisen.
In einem dritten Ausführungsbeispiel des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens wird der Schritt S₁ (der thermische Oxidationsschritt) ausgelassen und der Ausgangswafer weist nicht mehr als die natürliche Oxidschicht auf. Wenn solch ein Wafer in einer Stickstoffatmosphäre getempert wird, differiert der Effekt jedoch von dem, welcher beobachtet wird, wenn der Wafer eine Oxidschicht aufweist, welche größer in der Dicke ist als eine natürliche Oxidschicht ("erweiterte Oxidschicht"), die in Stickstoff getempert wird. Wenn der Wafer, der eine erweiterte Oxidschicht enthält, in einer Stickstoffatmosphäre getempert wird, wird ein im wesentlichen einheitlicher Anstieg in der Fehlstellenkonzentration über den gesamten Wafer erreicht, nahe nachdem wenn nicht sofort während des Erreichens der Temperungstemperatur; außerdem scheint die Fehlstellenkonzentration als eine Funktion der Temperungszeit bei einer gegebenen Temperungstemperatur nicht wesentlich anzusteigen. Wenn dem Wafer irgendetwas weiteres fehlt als eine natürliche Oxidschicht und wenn die vordere und rückseitige Oberfläche des Wafers in Stickstoff getempert wurde, wird der resultierende Wafer jedoch ein Fehlstellenkonzentrationsprofil (Zahlendichte) aufweisen, welches im allgemeinen "U-förmig" für einen Querschnitt des Wafers ist; d.h., die maximale Konzentration wird bei oder innerhalb einiger Mikrometer von der vorderen und rückseitigen Oberfläche auftreten und eine relativ konstante und geringere Konzentration wird innerhalb des Waferbulks auftreten, mit der Minimumkonzentration in dem Waferbulk, welcher anfänglich nahezu gleich war in der Konzentration, welche erhalten wurde bei Wafern, die eine erweiterte Oxidschicht aufweisen. Weiterhin wird ein Anstieg in der Temperungszeit zu einem Anstieg in der Fehlstellenkonzentration in Wafern führen, welchen irgendetwas weiteres fehlt als eine natürliche Oxidschicht.
Experimentelle Belege legen ferner nahe, dass dieser Unterschied im Verhalten von Wafern, die nicht mehr als eine natürliche Oxidschicht aufweisen und den Wafern, die eine erweiterte Oxidschicht aufweisen, durch den Einschluss von molekularen Sauerstoff oder einem anderen oxidierenden Gas in die Atmosphäre vermieden werden kann. Anders gesagt, wenn Wafer, die nicht mehr als eine natürliche Oxidschicht aufweisen, in einer Stickstoffatmosphäre getempert werden, die einen geringen Partialdruck von Sauerstoff enthält, werden die Wafer sich gleich einem Wafer verhalten, der eine erweiterte Oxidschicht aufweist. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, scheint es, dass eine oberflächliche Oxidschicht, welche größer in der Dicke ist als eine natürliche Oxidschicht als ein Schutz dient, welcher die Nitridisierung des Siliziums verhindert. Diese erweiterte Oxidschicht kann daher auf dem Ausgangswafer vorhanden sein oder sie kann in situ gebildet werden durch Züchten dieser Schicht während des Temperungsschrittes.
In Übereinstimmung mit diesem dritten Beispiel des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens, kann daher die Atmosphäre während des schnellen thermischen Temperungsschrittes einen Partialdruck von mindestens ungefähr 0,0001 atm. (100 ppma), mehr bevorzugt einen Partialdruck von mindestens ungefähr 0,0002 atm. (200 ppma) aufweisen. Aus zuvor diskutierten Gründen soll jedoch der Partialdruck von Sauerstoff vorzugsweise 0,01 atm. (10000 ppma), und mehr bevorzugt weniger als 0,005 atm. (5000 ppma), mehr bevorzugt weniger als 0,002 atm. (2000 ppma) und am meisten bevorzugt weniger als 0,001 atm. (1000 ppma) nicht übersteigen.
Es soll jedoch erwähnt werden, dass als eine Alternative zur Anwendung einer Atmosphäre, die einen Partialdruck von Sauerstoff aufweist, der Siliziumwafer einfach einer thermischen Temperung oder einer schnellen thermischen Temperung unterzogen werden kann, wobei eine Behandlung in einer Sauerstoffatmosphäre nach Temperung in einer Stickstoffatmosphäre oder einer neutralen Atmosphäre, in Übereinstimmung mit Schritt S₂ abgeschlossen ist. Der Sauerstofftemperungsschritt kann durchgeführt werden nachdem es dem Wafer erlaubt wurde, abzukühlen oder alternativ kann er durchgeführt werden bei einer Temperatur (d.h. während der Wafer noch heiß ist, nachdem der anfängliche thermische Temperungsschritt abgeschlossen ist). Ferner kann dieser Sauerstofftemperungsschritt optional durchgeführt werden für jede der oben beschriebenen Ausführungsformen als ein Mittel, durch welches die Fehlstellenkonzentration innerhalb des Siliziumwafers und als solche das resultierende Sauerstoffpräzipitatmuster in dem Wafer weiter maßgeschneidert oder profiliert wird.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Sauerstofftemperungsergebnisse in der Oxidation der Siliziumoberfläche und als ein Ergebnis fungiert, um einen nach innen gerichteten Fluss der Siliziumzwischengitterplätze zu erzeugen. Dieser nach innen gerichtete Fluss der Zwischengitterplätze hat den Effekt des schrittweisen Veränderns des Fehlstellenkonzentrationsprofils durch das Verursachen vom Stattfinden von Rekombinationen, beginnend an der Oberfläche und dann nach innen bewegend. Eine Region von geringer Fehlstellenkonzentration kann daher erzeugt werden, welche gefolgt von einer Sauerstoffpräzipitationswärmehandlung in einer denudierten Zone resultiert, die eine Tiefe aufweist, die optimiert ist für die spezielle Endanwendung des Gerätes, welches aus dem Siliziumwafer hergestellt wird.
Für Siliziumwafer, die eine Peakkonzentration von Fehlstellen innerhalb des Bulks 17 des Siliziumwafers aufweisen, wobei die Tiefe t bzw. t' der Regionen 15 bzw. 15' durch Steuerung der Rate selektiv angehoben werden kann, bei welcher die Oxidation der Oberfläche erfolgt. Die Oxidationsrate ist wiederum abhängig von einer Anzahl von Faktoren wie z.B. den atmosphärischen Bedingungen, der Temperatur und Dauer dieses Oxidationsschrittes. Die Rate der Oxidation wird z.B. ansteigen, wenn die Konzentration von Sauerstoff in der Atmosphäre ansteigt, wobei die Rate am größten ist, wenn pyrogener Dampf ("pyrogenic steam") angewendet wird.
Es soll erwähnt werden, dass die exakten Bedingungen für die oxidative Behandlung empirisch bestimmt werden können durch Anpassung der Temperatur und Dauer des Temperns und der atmosphärischen Bedingungen (d.h., die Zusammensetzung der Atmosphäre sowohl als auch des Sauerstoffpartialdrucks), um die Tiefen von t bzw. t' zu optimieren. Wenn jedoch etwas anderes als reiner Sauerstoff oder pyrogener Dampf ("pyrogenic steam") in dem vorliegenden Verfahren eingesetzt wird, wird der Partialdruck von Sauerstoff in einer Atmosphäre vorzugsweise mindestens ungefähr 0,0001 (100 ppma), mehr bevorzugt mindestens ungefähr 0,0002 (200 ppma), noch mehr bevorzugt mindestens ungefähr 0,0004 (400 ppma) und noch mehr bevorzugt mindestens ungefähr 0,0008 (800 ppma) betragen. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass die Grenzen, die dem Sauerstoffgehalt oder Partialdruck für den thermischen Temperungsschritt S₂ auferlegt worden sind, nicht für diesen optionalen Schritt des Präzipitationsverfahrens anwendbar sind. Wenn weiterhin die Peakkonzentration der Fehlstellen für die Region 17 im wesentlichen erhalten wird, ist die Temperatur für diese oxidative Behandlung bevorzugt oberhalb von ungefähr 1150 °C. Mehr bevorzugt ist die Temperatur mindestens ungefähr gleich der Temperatur, die während der thermischen Behandlung des Schrittes S₂ angewendet wird. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Temperatur geringer ist als die Temperatur, die während der thermischen Behandlung angewendet wird, wobei die Peakkonzentration der Fehlstellen in der Region 17 tatsächlich aufgrund der direkten Rekombination von Fehlstellen und Zwischengitterplätzen abnehmen kann.
Sobald die oxidative Behandlung abgeschlossen ist, wird der Wafer schnell abgekühlt, wie im obigen Schritt S₃ durch den Bereich der Temperatur, bei welchen die Kristallgitterfehlstellen in dem Einkristallsilizium relativ mobil sind. Durch schnelles Abkühlen des Wafers, wird das Fehlstellenkonzentrationsprofil effektiv "eingefroren" in der Siliziummatrix und so eine nichteinheitliche Verteilung der Kristallgitterfehlstellen etabliert. Es ist daher wünschenswert, mit einer durchschnittlichen Rate innerhalb dieses Bereichs der Temperatur von mindestens ungefähr 20 °C pro Sekunde abzukühlen, um zu vermeiden, dass das Fehlstellenkonzentrationsprofil, welches etabliert wurde, verloren geht oder ausgelöscht wird. Es soll erwähnt werden, dass wenn die Abkühlungsrate verändert wird, das resultierende Profil ferner modifiziert werden kann. Entsprechend in Abhängigkeit von dem gewünschten Profil, das erhalten werden soll, kann die durchschnittliche Abkühlungsrate mindestens ungefähr 50 °C pro Sekunde, ungefähr 100 °C pro Sekunde oder bis zu ungefähr 200 °C pro Sekunde oder mehr betragen.
Sobald der Wafer abgekühlt ist auf eine Temperatur außerhalb des Bereichs der Temperatur, bei welchem die Kristallgitterfehlstellen im Einkristallsilizium relativ mobil sind, scheint die Abkühlungsrate nicht signifikant die Präzipitationscharakteristika des Wafers zu beeinflussen und so scheint sie nicht besonders kritisch zu sein. Geeigneterweise kann der Abkühlungsschritt in der gleichen Atmosphäre durchgeführt werden, in der auch der Erhitzungsschritt durchgeführt wird.
Die separate oxidative Behandlung ist eine akzeptable Alternative der Kontrolle des Fehlstellenkonzentrationsprofils durch Mittel der Einstellung der Abkühlungsrate, wie oben im Detail beschrieben. Wenn diese oxidative Behandlung angewendet wird, kann die Abkühlungsrate dementsprechend von Schritt S₄ größer sein als hierin beschrieben. Außerdem sollte erwähnt werden, dass diese oxidative Behandlung bevorzugt ist, wenn die gewünschte Tiefe von t bzw. t' oberhalb von Zehnern von Mikrometern, einigen Zehnern von Mikrometern oder mehr ist.
Es soll ferner erwähnt werden, dass die Flexibilität, die durch die oxidative Behandlung angeboten wird, es ermöglicht, diesen Ansatz erfolgreich an einem Wafer durchzuführen, der ein Fehlstellenkonzentrationsprofil (Zahlendichte) aufweist, welche im allgemeinen "U-förmig" ist. Insbesondere, wie oben erwähnt, wenn ein Wafer, der lediglich eine natürliche Oxidschicht auf der Waferoberfläche aufweist, einem thermische Temperungsschritt S₂ unterzogen wird, wird der resultierende Wafer ein Fehlstellenprofil aufweisen, welches im allgemeinen "U-förmig" ist. Durch Unterziehen eines solchen Wafers dieser oxidativen Temperungsbehandlung kann das Fehlstellenkonzentrationsprofil verändert werden, wobei die Expositionsbedingungen selektiv bestimmt werden, um ein gewünschtes Fehlstellenprofil zu erhalten, welches mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
In weiteren Ausführungsformen des Präzipitationsverfahrens kann die vordere und rückseitige Oberfläche des Wafers verschiedenen Atmosphären exponiert werden, wobei jede davon ein oder mehr nitrierende oder nicht-nitrierende Gase enthält. Zum Beispiel kann die rückseitige Oberfläche des Wafers einer nitrierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, während die vordere Oberfläche einer nicht-nitrierenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Alternativ können zahlreiche Wafer (z.B. 2, 3 oder mehr Wafer) simultan getempert werden, während sie in einer Seite-auf-Seite-Anordnung ("face-to-face arrangement") aufeinandergestapelt sind; wenn sie auf diese Art und Weise getempert werden, sind die Seiten, welche in Seite-auf-Seite-Kontakt sind, mechanisch von der Atmosphäre während des Temperns geschützt. Alternativ und abhängig von der Atmosphäre, die während des schnellen thermischen Temperungsschrittes eingesetzt wird und des gewünschten Präzipitationsprofils des Wafers, kann die Oxidschicht lediglich auf der Seite des Wafers gebildet werden, auf welcher die denudierte Zone erwünscht ist, z.B. auf der vorderen Oberfläche 3 des Wafers (siehe 1).
Es soll erwähnt werden, dass alternativ das Präzipitationverfahren an einem Siliziumwafer vor dem thermischen Tempern des Wafers durchgeführt werden kann, um agglomerierte Fehlstellendefekte aufzulösen. Wenn jedoch eine solche Herangehensweise angewendet wird, ist es bevorzugt, dass der Wafer vor der Unterziehung der Defekt-auflösenden Behandlung einer Stabilisierungswärmebehandlung unterzogen wird. Der Wafer kann zum Beispiel auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von ungefähr 400 bis ungefähr 850 °C für einen Zeitraum, der ausreichend ist, um die Stabilität zu gewährleisten, die notwendig ist, um der Temperatur zur Defektauflösungsbehandlung zu widerstehen. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass größere Stabilisierung gewährleistet ist, wenn die Dauer der Wärmebehandlung erhöht wird. Dementsprechend können Zeiträume von 20, 40, 60 oder mehr Minuten bis hin zu 2, 3 oder 4 Stunden oder mehr notwendig sein, abhängig von den Bedingungen der Defekt-auflösenden Behandlung, die angewendet wird. Zum Beispiel schließt ein typischer Satz von Bedingungen, die zur Stabilisation angewendet werden, das Erhitzen des Wafers auf eine Temperatur zwischen ungefähr 650 und ungefähr 850 °C für ungefähr 1 bis ungefähr 4 Stunden ein.
Wenn eine Wärmebehandlung angewendet wird, die ausreichend ist, um Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren zu stabilisieren, dann können Sauerstoffpräzipitate optional direkt während der Defektauflösungsbehandlung gebildet werden; d.h., der Sauerstoffpräzipitationsschritt S₄ kann durch die Defektauflösungsbehandlung ersetzt werden. Alternativ, wenn gewünscht, kann die Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung, wie die, auf die oben für Schritt S₄ Bezug genommen wird, vor dem Beginn des Defektauflösungsschrittes abgeschlossen sein.
Das Ausgangsmaterial für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Siliziumeinkristallwafer, der aus einem Siliziumeinkristallrohling geschnitten wurde, der in Übereinstimmung mit einer konventionellen Czochralski-Kristallzüchtungsmethoden gezüchtet wurde. Solche Verfahren als auch Standardsiliziumschneiden, Läppen ("lapping"), Ätzen und Poliertechniken sind offenbart zum Beispiel in F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989 und Silicon Chemical Etching, (J. Grabmaier Ed.) Springer-Verlag, New York, 1982 (hiermit als Referenz eingefügt). Der Siliziumwafer kann poliert oder, alternativ, "geläppt" und geätzt, aber nicht poliert werden. Außerdem können die Wafer Fehlstellen oder Zwischengitterpunktdefekte als vorherrschende intrinsiche Punkt defekte aufweisen. Zum Beispiel kann der Wafer Fehlstellen-dominiert sein vom Zentrum zum Rand, Zwischengitterplatz dominiert vom Zentrum zum Rand oder es kann einen zentralen Kern von Fehlstellen dominiertem Material enthalten, umgeben von axialen symmetrischen Ringen von Zwischengitter-dominiertem Material.
Czochralski-gezüchtetes Silizium weist typischerweise eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von ungefähr 5 × 10¹ bis ungefähr 9 × 10¹⁷ Atome/cm³ (ASTM-Standard F-121-83) auf. Da das Sauerstoffpräzipitationsverhalten des Wafers im wesentlichen von der Sauerstoffkonzentration im vorliegenden Verfahren entkoppelt wird, kann der Ausgangswafer eine Sauerstoffkonzentration aufweisen, die irgendwo innerhalb oder sogar außerhalb des Bereichs liegt, der durch den Czochralski-Prozess erhältlich ist.
Abhängig von der Abkühlungsrate des Einkristallsiliziumrohlings von der Temperatur des Schmelzpunktes des Siliziums (ungefähr 1410 °C) durch den Bereich von ungefähr 750 °C bis ungefähr 350 °C können Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren in dem Siliziumeinkristallrohling gebildet werden, von welchem der Wafer geschnitten wird. Das Vorliegen oder die Abwesenheit dieser Nukleationszentren in dem Ausgangsmaterial ist nicht kritisch für die vorliegende Erfindung, vorausgesetzt, dass diese Zentren jedoch in der Lage sind, durch Wärmebehandlung des Siliziums bei Temperaturen nicht oberhalb von ungefähr 1300 °C aufgelöst zu werden. Bestimmte Wärmebehandlungen, wie z.B. Tempern des Siliziums bei einer Temperatur von ungefähr 800 °C für ungefähr vier Stunden, kann diese Zentren stabilisieren, so dass sie nicht in der Lage sind, bei Temperaturen nicht oberhalb von ungefähr 1150 °C aufgelöst zu werden. Die Nachweisgrenze für Sauerstoffpräzipitate ist derzeit ungefähr 5 × 10⁶ Präzipitate/cm³. Das Vorliegen (oder die Dichte) von Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren kann nicht direkt unter Verwendung von derzeit zur Verfügung stehenden Techniken gemessen werden. Zahlreiche Techniken können jedoch angewendet werden, um indirekt ihr Vorliegen zu detektieren. Wie zuvor diskutiert, können bereits existierende Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren in dem Silizium stabilisiert werden und Präzipitate können an diesen Stellen durch Unterwerfen des Siliziums einer Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung gezüchtet werden. Daher kann das Vorliegen dieser Nukleationszentren indirekt nach einer Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung gemessen werden, z.B. durch Tempern des Wafers bei einer Temperatur von 800 °C für vier Stunden und dann bei einer Temperatur von 1000 °C für 16 Stunden.
Substitutioneller Kohlenstoff ("substitutional carbon"), wenn er als Verunreinigung im Einkristallsilizium vorliegt, hat die Fähigkeit, die Bildung von Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren zu katalysieren. Aus diesem und weiteren Gründen ist es daher bevorzugt, dass das Einkristallsiliziumausgangsmaterial eine geringe Kohlenstoffkonzentration aufweist. D.h., der Siliziumeinkristall sollte eine Konzentration von Kohlenstoff aufweisen, welche geringer ist als ungefähr 5 × 10¹⁶ Atome/cm³, bevorzugt welche geringer ist als 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und mehr bevorzugt weniger als 5 × 10¹⁵ Atome/cm³.
Wenn eine epitaxiale Schicht auf dem Wafer, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, abgeschieden wird, kann das vorliegende Verfahren entweder vor oder nach der epitaxialen Abscheidung durchgeführt werden. Wenn es zuvor ausgeführt wird, kann es wünschenswert sein, die Sauerstoffpräzipitationsnukleationszentren in dem Wafer nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und vor der epitaxialen Abscheidung zu stabilisieren. Wenn es hinterher ausgeführt wird, kann es wünschenswert sein, das Verfahren der vorliegenden Erfindung in den epitaxialen Reaktor sofort nach der epitaxialen Abscheidung durchzuführen, vorausgesetzt, die Abkühlungsraten, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordern, können erreicht werden.
Die Messung von Kristallgitterfehlstellen im Siliziumeinkristall kann durch Platindiffusionsanalyse durchgeführt werden. Im allgemeinen wird Platin auf der Probe abgeschieden und in einer horizontalen Oberfläche diffundiert, wobei die Diffusionszeit und Temperatur bevorzugt so ausgewählt werden, dass der Frank-Turnbull-Mechanismus die Platindiffusion dominiert, aber welcher ausreichend ist, um einen stabilen Zustand der Fehlstellendekoration durch Platinatome zu erhalten. Für Wafer, die eine Fehlstellenkonzentration aufweisen, welche typisch für die vorliegende Erfindung sind, kann eine Diffusionszeit und Temperatur von 730 °C für 20 Minuten angewendet werden, obgleich eine genauere Nachverfolgung bei geringerer Temperatur erzielbar erscheint, z.B. bei ungefähr 680 °C. Um außerdem den möglichen Einfluss durch Silizidationsprozesse („silicidation processes") zu minimieren, resultiert die Platinabscheidungsmethode bevorzugt in einer Oberflächenkonzentration von weniger als einer Monoschicht. Platindiffusionstechniken sind anderswo beschrieben, zum Beispiel durch Jacob et al., J.Appl. Phys., Vol. 82, Seite 182 (1997); Zimmermann und Ryssel, "The Modeling of Platinum Diffusion In Silicon Under Non-Equelibrium Conditions," J. Electrochemical Society, Vol. 139, Seite 256 (1992); Zimmermann, Goesele, Seilenthal und Eichiner, "Vacancy Concentration Wafer Mapping In Silicon", Journal of Crystal Growth, Vol. 129, Seite 582 (1993); Zimmermann und Falster, "Investigation Of The Nucleation Of Oxygen Precipitates in Czochralski Silicon At An Early Stage", Appl. Phys. Lett., Vol. 60, Seite 3250 (1992); und Zimmermann und Ryssel, Appl. Phys. Vol. 55, Seite 121 (1992).
Die Beispiele 1 bis 5 illustrieren den Präzipitationsteil der vorliegenden Erfindung. Diese Beispiele sollten daher nicht in einer limitierenden Art und Weise interpretiert werden.
BEISPIEL 1
Siliziumeinkristalle wurden nach der Czochralski-Methode gezüchtet, geschnitten und poliert, um Siliziumwafer zu bilden. Diese Wafer wurden dann einem Oberflächenoxidationsschritt (S₁), einem schnellen thermischen Temperungsschritt in Stickstoff oder Argon (S₂), schnell abgekühlt (S₃) und einem Sauerstoffstabilisations- und Wachstumsschritt (S₄) unterzogen, unter den Bedingungen, die in Tabelle I aufgeführt sind. Die anfängliche Sauerstoffkonzentration der Wafer (O_i) vor den Schritten S₁ – S₄, die Sauerstoffpräzipitationsdichte in dem Bulk des Wafers nach dem Schritt S₄ (OPD) und die Tiefe der denudierten Zone nach Schritt S₄ (DZ) sind ebenfalls in Tabelle I aufgeführt.
TABELLE I
Die 2, 3 und 4 zeigen Querschnitte der resultierenden Wafer (diese Figuren sind Vergrößerungen von Photografien, die mit einer Vergrößerung von 200 x aufgenommen wurden); Probe 4-7 ist in 2 gezeigt, Probe 4-8 ist in 3 gezeigt und Probe 3-14 ist in 4 gezeigt.
Außerdem wurde die Konzentration der Kristallgitterfehlstellen in der Probe 4-7 unter Verwendung von einer Platindiffusionstechnik verfolgt. Ein Diagramm der Platinkonzentration gegen die Tiefe der Oberfläche des Wafers (eine Tiefe von 0 Mikrometern entspricht der vorderen Seite des Wafers) ist in 5 gezeigt.
BEISPIEL 2
Um zu zeigen, dass der Präzipitationsteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung relativ unabhängig von der Sauerstoffkonzentration der Czochralski-gezüchteten Siliziumwafer ist, wurden drei Wafer, die eine unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen aufweisen, der gleichen Folge von Schritten, wie in Beispiel 1 beschrieben, unterzogen. Die Bedingungen für jeden dieser Schritte, die anfängliche Sauerstofflkonzentration des Wafers (O_i) vor den Schritten S₁ – S₄, die Sauerstoffpräzipitationsdichte (OPD) in dem Bulk des Wafers nach Schritt S₄ und die Tiefe der denudierten Zone (DZ) nach Schritt S₄ wurde von der Oberfläche des Wafers gemessen und sind in Tabelle II berichtet. Die 6, 7 und 8 zeigen Querschnitte der resultierenden Wafer (diese Figuren sind Vergrößerungen von Fotografien, die bei einer Vergrößerung von 200 x aufgenommen wurden); Probe 3-4 ist in 6 gezeigt, Probe 3-5 ist in 7 gezeigt und Probe 3-6 ist in 8 gezeigt.
TABELLE II
BEISPIEL 3
Um zu zeigen, dass der Präzipitationsteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung relativ unabhängig von den Bedingungen ist, die für die Sauerstoffpräzipitationsstabilisierungs- und Wachstumsschritt (S₄) verwendet werden, wurde ein Wafer (Probe 1-8), der dieselbe anfängliche Sauerstoffkonzentration aufweist, derselben Folge von Schritten unterzogen, wie in Beispiel 2 für Probe 3-4, mit der Ausnahme, dass ein proprietäres ("proprietary") kommerzielles 16 Mb DRAM-Verfahren als Sauerstoffpräzipitationsstabilisierungs- und Wachstumsschritt (Sa) angewendet wurde. 9 zeigt einen Querschnitt des resultierenden Wafers (diese Figur ist eine Vergrößerung einer Photografie, die mit einer Vergrößerung von 200 x aufgenommen wurde). Nach Schritt S₄ wiesen die Proben 1-8 und 3-4 vergleichbare Bulk-Sauerstoffpräzipitationsdichten (7 × 10¹⁰/cm³ für Probe 1-8 gegenüber 4 × 10¹⁰/cm³ für Probe 3-4) und vergleichbare denudierte Zonentiefen (ungefähr 40 μm) auf.
BEISPIEL 4
Diese Beispiele illustrieren den Trend, der beobachtet werden kann in der Dichte von Bulkmikrodefekten (BMD), d.h., dass die Dichte von Sauerstoffpräzipitaten und die Tiefe der denudierten Zone (DZ) von einem Anstieg in der Konzentration des Sauerstoffs in der Atmosphäre während des Wärmebehandlungsschrittes des Präzipitationsverfahrens resultieren. Drei verschiedene Gruppen von Wafern wurden einer schnellen thermischen Temperung unter verschiedenen Verfahrensbedingungen unterzogen. Die Wafer in Gruppe A wurden bei 1200 °C für 30 Sekunden in einer Stickstoffatmosphäre getempert; die Wafer in Gruppe B wurden getempert unter den gleichen Bedingungen für 20 Sekunden und die Wafer der Gruppe C wurden bei 1200 °C für 30 Sekunden in einer Argonatmosphäre getempert. Ein Vor-Oxidationsschritt wurde bei keinem der Wafer in diesen drei Gruppen dieses Beispiels durchgeführt.
Wie in Tabelle III unten gezeigt, wurde der Sauerstoffpartialdruck für jeden Wafer innerhalb einer gegebenen Gruppe angehoben. Sobald das Tempern abgeschlossen war, wurde die BMD-Dichte und die Tiefe der DZ für jeden Wafer durch Standardmethoden in der Technik bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabele III, unten, gezeigt. Tabelle III

ND = nicht bestimmt.

Die obigen Daten zeigen, dass wenn der Partialdruck des Sauerstoffs in der Atmosphäre ansteigt, die Zahlendichte ("number density") der Bulk-Mikrodefekte abnimmt. Außerdem ist die Zahlendichte der Bulk-Mikrodefekte nicht unterscheidbar von der Zahlendichte der Bulkmikrodefekte, wenn der Sauerstoffpartialdruck 10000 ppma erreicht, was beobachtet wird in Wafern, welche einer Sauerstoffpräzipitationswärmebehandlung ohne einer vorherigen schnellen thermischen Temperung in Übereinstimmung mit dem Präzipitationsteil der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden.
BEISPIEL 5
Oxidative thermische Temperungsbehandlung
Um die oxidative thermische Temperungsbehandlung des Präzipitationsteils der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, wurden Siliziumwafer, die von einem Siliziumeinkristallrohling, der in Übereinstimmung mit der Czochralski-Methode gezüchtet wurde, die lediglich eine natürliche Oxidschicht aufweisen, einem schnellen thermischen Temperungsschritt (S₂) unterzogen. In jedem Fall wurden die Wafer in einem schnellen thermischen Temperungsgerät in einer Ammoniak-haltigen Atmosphäre bei ungefähr 1180 °C für ungefähr 3 Minuten getempert und dann schnell abgekühlt (S₃). Bezugnehmend auf die 11 und 12 kann beobachtet werden, dass, folgend einem Sauerstoffstabilisations- und Wachstumsschritt (S₄) und einer NEC-1-Behandlung, diese Verfahrensbedingungen einen Siliziumwafer erzielen, der im wesentlichen keine denudierte Zone und eine Bulk-Sauerstoffpräzipitationsdichte (OPD) aufweist, welche größer ist als ungefähr 1 × 10¹⁰ Atome/cm³.
Im Gegensatz zu den Wafern der 11 und 12, kann eine denudierte Zone gebildet werden, wenn, nachdem das Abkühlen (S₃) abgeschlossen ist und vor dem Schritt S₄, der Wafer einem oxidativen thermischen Temperungsschritt unterzogen wird. Nun Bezug nehmend auf die 13 und 14, nachdem das Abkühlen abgeschlossen war, wurde die Oberfläche eines Wafers leicht angeätzt, um jegliche Nitridschicht, die vorliegt, zu entfernen. Der Wafer wurde dann auf ungefähr 1180 °C für ungefähr 3 Minuten in einem schnellen thermischen Temperungsgerät in einer Sauerstoff-enthaltenden Umgebung erhitzt, die eine Sauerstoffkonzentration in diesem Beispiel von ungefähr 100 % aufweist. Es kann beobachtet werden, dass nachfolgend einem Sauerstoffstabilisations- und Wachstumsschritt (S₄) und einer NEC-1-Behandlung solche Verfahrensbedingungen einen Siliziumwafer erzeugen, der eine denudierte Zonentiefe von ungefähr 60 μm und eine Bulk-Sauerstoffpräzipitationsdichte (OPD) aufweist, welche größer ist als ungefähr 1 × 10¹⁰ Atome/cm³.
Bezug nehmen nun auf die 15 und 16 kann beobachtet werden, dass der oxidative thermische Temperungsschritt nur auf einer Seite des Siliziumwafers durchgeführt werden kann. Die Behandlung einer Seite wird erreicht durch Schützen der Seite des Wafers, welche nicht behandelt werden soll. Der Wafer, der in 15 und 16 gezeigt ist, wurde in der gleichen Art und Weise behandelt, wie der Wafer, der in den 13 und 14 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass eine Seite des Wafers geschützt wurde durch eine vorangegangene Bildung einer Siliziumnitridbeschichtung unter Verwendung eines Niedrigtemperaturchemischen-Gasphasenabscheidungsverfahrens (CVD). Es kann beobachtet werden, dass nachfolgend einem Sauerstoffstabilisations- und Wachtumsschritt (S₄) und einer NEC-1-Behandlung, der resultierende Wafer eine denudierte Zonentiefe von ungefähr 60 μm auf der einen Seite aufweist, welche nicht geschützt war (Vorderseite), während die geschützte Seite (Rückseite) des Wafers im wesentlichen keine denudierte Zone aufweist. Die Bulk-Sauerstoffpräzipitationsdichte (OPD) des Wafers war größer als ungefähr 1 × 10¹⁰ Atome/cm³.
Es soll erwähnt werden, dass die Oberflächenätzung des Wafers zur Entfernung jeglicher vorhandener Nitridschicht nicht notwendig ist, um die Ergebnisse des Präzipitationsteils des vorliegenden Verfahrens zu erzielen. Die Oberflächenätzung ist vielmehr optional und daher nicht als limitierend zu betrachten.
Es soll weiterhin angemerkt werden, dass im Hinblick auf Beispiel 5 eine denudierte Zone effektiv gebildet werden kann durch thermisches Tempern des Wafers in der Gegenwart einer oxidierenden Atmosphäre. Außerdem kann eine denudierte Zone, die in weiteren Ausführungsformen des Präzipitationsteils der vorliegenden Erfindung gebildet wird, weiter durch diese thermische Oxidationsbehandlung modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Tiefe der denudierten Zone von den Proben 4-7 und 4-8 (Beispiel 1) erhöht werden durch Unterziehen der Proben dieser thermischen Oxidationsbehandlung vor der Sauerstoff präzipitationswärmebehandlung des Schrittes Sa. Genauso kann für die Probe 3-14 (Beispiel 1) eine denudierte Zone durch Unterziehen des Wafers dieser thermischen Oxidationsbehandlung gebildet werden.
Im Hinblick auf das oben Gesagte, ist ersichtlich, dass zahlreiche Aufgaben der Erfindung erreicht wurden. Da zahlreiche Änderungen gemacht werden können in den obigen Zusammensetzungen und Verfahren ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass alles, was in der obigen Beschreibung enthalten ist, als erklärend und nicht als limitierend interpretiert werden soll.

Claims

Silizium Einkristall-Wafer, der zwei hauptsächliche („major"), im allgemeinen parallele Oberflächen aufweist, von denen eine die vordere Oberfläche des Wafers ist und die andere die rückseitige Oberfläche („back surface") des Wafers ist, sowie mit einer zentralen Ebene zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche, einer Umfangs-(„circumferential") Kante, die die vordere und die rückseitige Oberfläche verbindet, einem Stratum, das von der vorderen Oberfläche bis zu einem Abstand D_s reicht, gemessen von der vorderen Oberfläche zu der zentralen Ebene hin, einer Oberflächenschicht, welche sich mindestens teilweise zusammen mit dem Stratum erstreckt („coextensive") und welche die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einem Abstand D₁ von mindestens ungefähr 10 Mikrometern umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und zu der zentralen Ebene hin, und einer Bulk-Schicht, welche die Region des Wafers zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst, wobei der Wafer dadurch gekennzeichnet wird, dass die Wafer-Schicht im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellen ist; die Bulk-Schicht agglomerierte Fehlstellen enthält; und, der Wafer eine nicht-gleichförmige Verteilung von Kristallgitter-Fehlstellen aufweist, wobei die Konzentration der Fehlstellen in der Bulk-Schicht größer ist als die Konzentration der Fehlstellen in der Oberflächenschicht und wobei die Fehlstellen ein Konzentrationsprofil aufweisen, in welchem die Peakdichte der Fehlstellen in oder nahe der zentralen Ebene liegt, die Konzentration im allgemeinen von der Position der Peakdichte in Richtung zur vorderen Oberfläche des Wafers abnimmt, die Differenz in der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und der Bulk-Schicht so ist, dass die thermische Behandlung des Wafers bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C eine denudierte Zone in der Oberflächenschicht bildet und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulk-Schicht hauptsächlich abhängig sind von der Konzentration der Fehlstellen.
Wafer gemäß Anspruch 1, wobei D₁ mindestens ungefähr 20 Mikrometer ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, wobei D₁ mindestens ungefähr 50 Mikrometer ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei D_s mindestens ungefähr 5 Mikrometer ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei D_s mindestens ungefähr 10 Mikrometer ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei D_s mindestens ungefähr 20 Mikrometer ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Konzentration von Sauerstoff auf Zwischengitterplätzen bei Abständen von größer als 3 Mikrons von der Wafer-Oberfläche mindestens ungefähr 50 % der Konzentration des Sauerstoffes auf Zwischengitterplätzen der Bulk-Schicht entspricht.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Konzentration von Sauerstoff auf Zwischengitterplätzen bei Abständen von größer als 3 Mikrons von der Wafer-Oberfläche mindestens ungefähr 80 % der Konzentration der Sauerstoffatome auf Zwischengitterplätzen in der Bulk-Schicht entspricht.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch charakterisiert, dass der Wafer eine epitaxiale Schicht auf der vorderen Oberfläche des Wafers aufweist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch charakterisiert, dass die vordere Oberfläche poliert ist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch charakterisiert, dass der Wafer eine Kohlenstoffkonzentration von ungefähr 1 × 10¹⁶ Atomen/cm³ aufweist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch charakterisiert, dass der Wafer eine Kohlenstoffkonzentration von ungefähr 5 × 10¹⁵ Atomen/cm³ aufweist.
Wafer gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner dadurch charakterisiert, dass der Wafer das Fehlen solcher Sauerstoffpräzipitations-Nukleationszentren aufweist, die nicht durch Wärmebehandlung des Wafer bei einer Temperatur nicht oberhalb von ungefähr 1300 °C aufgelöst werden können.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silizium Einkristall-Wafer, der agglomerierte Fehlstellen aufweist, um agglomerierte Fehlstellen aufzulösen und das Präzipitationsverhalten von Sauerstoff in dem Wafer in dem nachfolgenden thermischen Bearbeitungsschritt zu beeinflussen, wobei der Silizium-Wafer zwei hauptsächliche, im allgemeinen parallele Oberflächen aufweist, von denen eine die vordere Oberfläche des Wafers ist und die andere die rückseitige Oberfläche des Wafers ist, sowie eine zentrale Ebene zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche, eine Umfangs-(„circumferential") Kante, die die vordere und die rückseitige Oberfläche verbindet, ein Stratum, das von der vorderen Oberfläche bis zu einem Abstand D_s reicht, gemessen von der vorderen Oberfläche und hin zu der zentralen Ebene, eine Oberflächenschicht, welche mindestens zu einem Teil mit dem Stratum überlagert („coextensive"), und welche die Region des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und einen Abstand D₁ umfasst, von mindestens ungefähr 10 Mikrometern, gemessen von der vorderen Oberfläche und hin zu der zentralen Ebene, und eine Bulk-Schicht aufweist, welche die Region des Wafers zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst, wobei das Verfahren umfasst: thermisches Tempern („thermally annealing") des Wafers in einer Atmosphäre von Wasserstoff, Argon oder einer Mischung davon, um bereits bestehende agglomerierte Fehlstellen in dem Stratum aufzulösen, so dass die Wafer-Stratum im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellen ist und die Bulk-Schicht agglomerierte Fehlstellendefekte umfasst; Wärmebehandeln des getemperten Wafers, um Kristallgitterfehlstellen in den Oberflächen- und Bulk-Schichten zu bilden; und, Steuern der Abkühlrate des wärmebehandelten Wafers auf mindestens ungefähr 20 °C pro Sekunde, um einen Wafer zu erzeugen, der ein Fehlstellen-Konzentrationsprofil aufweist, in welchem die Peakdichte in oder nahe der zentralen Ebene mit der Konzentration der Fehlstellen im allgemeinen in der Richtung zur vorderen Oberfläche des Wafers hin abnimmt, wobei der Unterschied in der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und den Bulk-Schichten so ist, dass eine thermische Behandlung des Wafers bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C eine denudierte Zone in der Oberflächenschicht und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulk-Schicht bildet wobei die Konzentration der Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulk-Schicht im wesentlichen abhängig ist von der Konzentration der Fehlstellen.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Temperatur und die Dauer des thermischen Temperns, um die bereits bestehenden agglomerierten Fehlstellen in dem Stratum aufzulösen, zwischen ungefähr 1100 °C und ungefähr 1300 °C für ungefähr 1 bis ungefähr 4 Stunden liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 14 wobei die Wärmebehandlung des getemperten Wafers umfasst: (a) Unterwerfen des Wafers einer ersten Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre, um eine oberflächliche Siliziumdioxid-Schicht von einer Dicke von mindestens ungefähr 20 Angström zu bilden; und (b) Unterwerfen des Produktes von (a) einer zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung eine nicht-nitrierende ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung hauptsächlich Argon, Helium oder eine Mischung davon ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung nitrierend ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung umfasst, dass der Wafer auf eine Temperatur oberhalb von ungefähr 1175 °C in einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre für eine Dauer von weniger als 60 Sekunden mit einem Sauerstoff-Partialdruck von weniger als ungefähr 5000 ppma erhitzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung umfasst, dass der Wafer auf eine Temperatur oberhalb von ungefähr 1200 °C in einer Sauerstoff-enthaltenen Atmosphäre für eine Dauer von weniger als 60 Sekunden mit einem Sauerstoff-Partialdruck von weniger als ungefähr 5000 ppma erhitzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Abkühlrate mindestens ungefähr 50 °C pro Sekunde über einen Temperaturbereich ist, bei dem die Kristallgitter-Fehlstellen in Silizium relativ mobil sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Abkühlrate mindestens ungefähr 100 °C pro Sekunde über einen Temperaturbereich ist, bei dem die Kristallgitterfehlstellen im Silizium relativ mobil sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei der Wafer thermisch getempert wird, um bereits bestehende agglomerierte Fehlstellen in dem Stratum bis zu einer Tiefe von ungefähr 10 Mikrometern aufzulösen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei der Wafer thermisch getempert wird, um bereits bestehende agglomerierte Fehlstellen in dem Stratum bis zu einer Tiefe von ungefähr 20 Mikrometern aufzulösen.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Wärmebehandlung des getemperten Wafers umfasst: (a) Unterwerfen des Wafers einer ersten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C in einer nitrierenden Atmosphäre; und (b) Unterwerfen des Produktes von (a) einem zweiten Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C in einer oxidierenden Atmosphäre, die einen Sauerstoff-Partialdruck von mindestens ungefähr 100 ppma aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Wärmebehandlung, um Kristallgitterfehlstellen in der Oberfläche und den Bulk-Schichten des getemperten Wafers zu bilden, in einer nitrierenden Atmosphäre durchgeführt wird, die einen Sauerstoff-Partialdruck im Bereich von mindestens ungefähr 100 ppma bis weniger als ungefähr 5000 ppma aufweist.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Silizium Einkristall-Wafers, der agglomerierte Fehlstellen umfasst, um agglomerierte Fehlstellen aufzulösen und das Präzipitationsverhalten von Sauerstoff in dem Wafer in einem nachfolgenden thermischen Bearbeitungsschritt zu beeinflussen, wobei der Silizium-Wafer eine vordere Oberfläche, eine rückseitige Oberfläche, eine zentrale Ebene zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche, ein Stratum, das von der vorderen Oberfläche bis zu einem Abstand D_s reicht, gemessen von der vorderen Oberfläche und hin zu der zentralen Ebene, einer Oberflächenschicht, welche mindestens zum Teil mit dem Stratum überlagert und welche die Regionen des Wafers zwischen der vorderen Oberfläche und dem Abstand D₁ von mindestens ungefähr 10 Mikrometern umfasst, gemessen von der vorderen Oberfläche und hin zu der zentralen Ebene, und eine Bulk-Schicht, welche die Regionen von dem Wafer zwischen der zentralen Ebene und der Oberflächenschicht umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Wärmebehandlung des Wafers in einer Atmosphäre von Wasserstoff, Argon oder einer Mischung davon, um Kristallgitterfehlstellen in den Oberflächen- und Bulk-Schichten zu bilden; Steuern der Abkühlrate des Wärme-behandelten Wafers auf mindestens ungefähr 20 °C pro Sekunde, um einen Wafer zu erzeugen, der einen Fehlstellen-Konzentrationsprofil aufweist, in welchem die Peakdichte in oder nahe der zentralen Ebene in der Konzentration im allgemeinen in Richtung der vorderen Oberfläche des Wafers abnimmt und die Differenz in der Konzentration der Fehlstellen in der Oberfläche und den Bulk-Schichten so ist, dass eine thermische Behandlung des Wafer bei einer Temperatur oberhalb von 750 °C eine denudierte Zone in der Oberflächenschicht und Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulk-Schicht erzeugt, wobei die Konzentration der Sauerstoffcluster oder Präzipitate in der Bulk-Schicht hauptsächlich von der Konzentration der Fehlstellen abhängt; Stabilisieren der Sauerstoffpräzipitations-Nukleationszentren, die in dem gekühlten Wafer vorliegen, durch Erhitzen des gekühlten Wafer auf eine Temperatur von ungefähr 650 bis ungefähr 850 °C für ungefähr 1 bis ungefähr 4 Stunden und, thermisches Tempern des stabilisierten Wafers in einer Atmosphäre, um die agglomerierten Fehlstellen, die in dem Wafer-Stratum vorliegen, welche von der vorderen Oberfläche bis zu einer Tiefe von mindestens ungefähr 5 Mikron reicht, aufzulösen, so dass das Wafer-Stratum im wesentlichen frei von agglomerierten Fehlstellen ist und die Bulk-Schicht die agglomerierten Fehlstellen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei die Temperatur und Dauer des thermischen Temperns, um die bereits existierenden agglomerierten Fehlstellen des Wafer-Stratums aufzulösen zwischen ungefähr 1100 °C und ungefähr 1300 °C für ungefähr 1 bis ungefähr 4 Stunden liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei die Wärmebehandlung des Wafers umfasst: (a) Unterwerfen des Wafers einer ersten Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre, um eine oberflächliche Siliziumdioxidschicht von einer Dicke von mindestens ungefähr 20 Ångström zu bilden und; (b) Unterwerfen des Produktes von (a) einer zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die Atmosphäre der zweiten Wärmebehandlung eine nicht-nitrierende ist.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung hauptsächlich Argon, Helium oder eine Mischung davon ist.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die Atmosphäre für die zweite Wärmebehandlung eine nitrierende ist.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 1175 °C in einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre für eine Dauer von weniger als 60 Sekunden mit einem Sauerstoff-Partialdruck von weniger als ungefähr 5000 ppma durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 1200 °C in einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre für eine Dauer von weniger als 60 Sekunden mit einem Sauerstoff-Partialdruck von weniger als ungefähr 5000 ppma durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 35, wobei D_s mindestens ungefähr 10 Mikrons ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 35, wobei D_s mindestens ungefähr 20 Mikrons ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 37, wobei die Abkühlrate mindestens ungefähr 50 °C pro Sekunde über den Temperaturbereich ist, bei dem die Kristallgitterfehlstellen in Silizium relativ mobil sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 38, wobei die Abkühlrate mindestens ungefähr 100 °C pro Sekunde über den Temperaturbereich ist, bei dem die Kristallgitterfehlstellen in Silizium relativ mobil sind.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei die Wärmebehandlung des getemperten Wafers umfasst: (a) Unterwerfen des Wafers einer ersten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C in einer nitrierenden Atmosphäre; und (b) Unterwerfen des Produktes (a) einem zweiten Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur von mindestens ungefähr 1150 °C in einer oxidierenden Atmosphäre, die einen Sauerstoff-Partialdruck von mindestens ungefähr 100 ppma aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei die Wärmebehandlung in einer nitrierenden Atmosphäre durchgeführt wird um Kristallgitterfehlstellen in der Oberfläche und den Bulk-Schichten zu bilden die einen Sauerstoff-Partialdruck im Bereich von mindestens ungefähr 100 ppma bis weniger als ungefähr 5000 ppma aufweist.