EP3662504A1 - Semiconductor wafer made of monocrystalline silicon and method for producing the semiconductor wafer - Google Patents

Semiconductor wafer made of monocrystalline silicon and method for producing the semiconductor wafer

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EP3662504A1
EP3662504A1 EP18743014.5A EP18743014A EP3662504A1 EP 3662504 A1 EP3662504 A1 EP 3662504A1 EP 18743014 A EP18743014 A EP 18743014A EP 3662504 A1 EP3662504 A1 EP 3662504A1
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EP
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less
semiconductor wafer
single crystal
epitaxially coated
μιτι
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Pending
Application number
EP18743014.5A
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German (de)
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Inventor
Andreas Sattler
Alexander VOLLKOPF
Karl Mangelberger
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Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
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Publication date
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    • C30B15/20—Controlling or regulating
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Definitions

  • the substrate wafer is separated from a single crystal, which is pulled by the Czochralski method (CZ method).
  • CZ method involves pulling the single crystal from a melt contained in a crucible.
  • the substrate wafer is typically mechanically machined, etched and polished before the epitaxial layer is deposited on a polished upper side surface of the substrate wafer by chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • a p / p + epitaxially coated semiconductor wafer is particularly suitable as a base material for the production of solid-state image sensors.
  • the high dopant concentration in the substrate wafer facilitates the formation of oxygen precipitates, which are required to bind to metallic impurities and keep away from the epitaxial layer as so-called internal getter.
  • Substrate disc before depositing the epitaxial layer to refrain.
  • the object of the invention is achieved by an epitaxially coated
  • the substrate disk contains an amount of boron sufficient to withstand the
  • the residence time is preferably not less than 105 minutes and not more than 157 minutes.
  • the method described in DE 10 2014 221 421 B3 has important differences.
  • the melt is doped with a larger amount of boron so that the resistivity of the single crystal is not less than 5 nm and not more than 10 mm, preferably not less than 6 m ⁇ cm and less than 10 m ⁇ cm. Furthermore, care is taken when cooling the monocrystal that the
  • the melt is preferably applied with a magnetic field.
  • the magnetic field is preferably a horizontal magnetic field. It is omitted, the melt with carbon or with nitrogen or with
  • the drawn monocrystal are processed into substrate disks of monocrystalline silicon and the substrate disks are further processed into epitaxially coated semiconductor disks.
  • the working steps preferably comprise the mechanical processing of a substrate wafer, for example the lapping and / or the grinding of the side surfaces of the substrate
  • a monocrystal of single crystal silicon was drawn by the CZ method at a pulling rate of 0.57 mm / min.
  • a water-cooled condenser was used to cool the monocrystal.
  • the melt was doped with boron only and exposed to a horizontal magnetic field.
  • the density of BMDs increases even at a comparatively small distance from the front side to a maximum of slightly less than 1 ⁇ 10 11 / cm 3 , and then falls within a comparatively short distance to values in the range of 5 ⁇ 10 9 / cm 3 .
  • a monocrystal of single crystal silicon was drawn by the CZ method at a pulling rate of 0.57 mm / min. Details on length of stay (dt), with which the monocrystal was cooled in certain temperature intervals, the following table can be found.

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Abstract

The invention relates to an epitaxially coated semiconductor wafer made of monocrystalline silicon and to a method for producing a p/p+ epitaxially coated semiconductor wafer. The epitaxially coated semiconductor wafer made of monocrystalline silicon comprises: a p+-doped substrate layer; a p-doped epitaxial layer made of monocrystalline silicon, which covers a top side surface of the substrate layer; an oxygen concentration of the substrate layer of no less than 5.3 x 1017 atoms/cm3 and no more than 6.0 x 1017 atoms/cm3; a resistivity of the substrate layer of no less than 5 mΩcm and no more than 10 mΩcm; and the potential of the substrate layer, following heat treatment of the epitaxially coated semiconductor wafer, to form BMDs, the BMD density having certain properties.

Description

Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zur Herstellung der  Single crystal silicon wafer and method of making the
Halbleiterscheibe  Semiconductor wafer
Gegenstand der Erfindung ist eine epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe. Die Halbleiterscheibe ist eine p/p+ epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe und umfasst eine Substratscheibe aus einkristallinem Silizium, die mit einer epitaktischen Schicht aus einkristallinem Silizium bedeckt ist. Die Substratscheibe und die epitaktische Schicht sind mit Bor dotiert, wobei die Dotierstoff-Konzentration in der The invention relates to an epitaxially coated semiconductor wafer of monocrystalline silicon and a method for producing the semiconductor wafer. The semiconductor wafer is a p / p + epitaxially coated semiconductor wafer and comprises a substrate wafer of monocrystalline silicon, which is covered with an epitaxial layer of monocrystalline silicon. The substrate wafer and the epitaxial layer are doped with boron, the dopant concentration in the
Substratscheibe wesentlich größer ist. Substrate disk is much larger.
Die Substratscheibe wird von einem Einkristall abgetrennt, der nach der Czochralski- Methode (CZ-Methode) gezogen wird. Die CZ-Methode umfasst das Ziehen des Einkristalls aus einer Schmelze, die in einem Tiegel enthalten ist. Die Substratscheibe wird in der Regel mechanisch bearbeitet, geätzt und poliert, bevor die epitaktische Schicht mittels Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) auf einer polierten oberen Seitenfläche der Substratscheibe abgeschieden wird. Stand der Technik / Probleme The substrate wafer is separated from a single crystal, which is pulled by the Czochralski method (CZ method). The CZ method involves pulling the single crystal from a melt contained in a crucible. The substrate wafer is typically mechanically machined, etched and polished before the epitaxial layer is deposited on a polished upper side surface of the substrate wafer by chemical vapor deposition (CVD). State of the art / problems
In US 201 1/0300371 A1 ist beispielsweise erwähnt, dass eine p/p+ epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe als Grundmaterial zur Herstellung von Festkörper- Bildsensoren besonders geeignet ist. Die hohe Dotierstoff-Konzentration in der Substratscheibe erleichtert die Bildung von Sauerstoff-Präzipitaten, die benötigt werden, um als sogenannte interne Getter metallische Verunreinigungen an sich zu binden und von der epitaktischen Schicht fernzuhalten. In US 201 1/0300371 A1, for example, it is mentioned that a p / p + epitaxially coated semiconductor wafer is particularly suitable as a base material for the production of solid-state image sensors. The high dopant concentration in the substrate wafer facilitates the formation of oxygen precipitates, which are required to bind to metallic impurities and keep away from the epitaxial layer as so-called internal getter.
US 6, 565, 822 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus Silizium mit hoher Bor-Konzentration nach der CZ-Methode und die Herstellung von epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben ausgehend von Substratscheiben, die von solchen Einkristallen erhalten werden. Beim Ziehen der Einkristalle wird die Schmelze mit einem horizontalen Magnetfeld beaufschlagt. Sauerstoff-Präzipitate, sogenannte BMDs (bulk micro defects), wachsen aus BMD- Keimen heran. Solche BMD-Keime überstehen eine Wärmebehandlung der US Pat. No. 6,565,822 B1 describes a process for the production of single crystals of silicon with a high boron concentration according to the CZ method and the production of epitaxially coated semiconductor wafers from substrate wafers obtained from such monocrystals. When pulling the single crystals, the melt is subjected to a horizontal magnetic field. Oxygen precipitates, so-called BMDs (bulk micro defects), grow from BMD germs. Such BMD germs survive a heat treatment of the
Substratscheibe bei hohen Temperaturen nicht, wenn sie zu klein sind. Beim Substrate disk at high temperatures not if they are too small. At the
Abscheiden der epitaktischen Schicht können daher BMD-Keime gelöscht werden. Zum Wachsen von BMDs aus BMD-Keimen ist ebenfalls eine Wärmebehandlung notwendig, die vorteilhafterweise im Zuge der Weiterverarbeitung der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe zu elektronischen Bauelementen vorgenommen wird. Einem Trend zufolge laufen die thermischen Prozesse im Zuge dieser Therefore, BMD seeds can be deleted by depositing the epitaxial layer. For the growth of BMDs from BMD germs, a heat treatment is also necessary, which is advantageously carried out in the course of further processing of the epitaxially coated semiconductor wafer into electronic components. According to a trend, the thermal processes in the course of this run
Weiterverarbeitung bei niedrigeren Temperaturen und mit geringerem thermischem Budget als früher ab, weshalb die Herausforderung größer geworden ist, eine epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe bereitzustellen, die unter diesen Processing at lower temperatures and with a lower thermal budget than before, which is why the challenge has become greater to provide an epitaxially coated semiconductor wafer, which among these
Umständen bereits zu Beginn der Bauelementherstellung über eine ausreichend hohe Gettereffizienz verfügt. Um eine ausreichend hohe Dichte an BMDs zu erreichen, wird in US 201 1/0300371 A1 vorgeschlagen, die Substratscheibe mit Kohlenstoff und gegebenenfalls mit Stickstoff absichtlich zu dotieren, und die epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Zusätzliches Dotieren mit Kohlenstoff und/oder mit Stickstoff verkompliziert die Herstellung des Einkristalls und birgt die Gefahr, dass durch zusätzliche Dotierstoffe ausgelöst Stapelfehler-Defekte gebildet werden. Die epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe einer Wärmebehandlung zu unterziehen, die nicht im Zuge von deren Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauelementen vorgesehen ist, ist unwirtschaftlich, ebenso wie eine Already at the beginning of the device manufacturing has a sufficiently high Gettereffizienz. In order to achieve a sufficiently high density of BMDs, it is proposed in US 201 1/0300371 A1 to deliberately dope the substrate wafer with carbon and optionally with nitrogen, and subject the epitaxially coated semiconductor wafer to a heat treatment. Additional doping with carbon and / or with nitrogen complicates the production of the single crystal and involves the risk that stacking defect defects are formed by additional dopants. The epitaxially coated semiconductor wafer to undergo a heat treatment, which is not provided in the course of their further processing to electronic components, is uneconomical, as well as a
Wärmebehandlung der Substratscheibe vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht. Heat treatment of the substrate wafer before depositing the epitaxial layer.
In DE 10 2014 221 421 B3 wird vorgeschlagen, auf das absichtliche Dotieren der Schmelze mit Stickstoff zu verzichten und eine Wärmebehandlung der In DE 10 2014 221 421 B3 it is proposed to dispense with the intentional doping of the melt with nitrogen and a heat treatment of the
Substratscheibe vor dem Abscheiden der epitaktischen Schicht zu unterlassen. Substrate disc before depositing the epitaxial layer to refrain.
Besondere Beachtung wird allerdings dem Ziehen des Einkristalls gewidmet, wobei unter anderem darauf geachtet wird, dass die Konzentration von Sauerstoff im Particular attention is, however, paid to the pulling of the single crystal, taking care, inter alia, that the concentration of oxygen in the
Einkristall nicht weniger als 5 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6 1017 Single crystal not less than 5 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6 10 17
Atome/cm3 beträgt und die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 10 nnQcnn und nicht mehr als 20 nnQcnn ist, und der Einkristall im Temperaturbereich von 1000°C bis 800°C mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die nicht weniger als 0,5 °C/min und nicht mehr als 1 ,2 °C/min beträgt. Es stellt sich jedoch heraus, dass eine epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe, die nach dem Verfahren hergestellt wird, das in DE 10 2014 221 421 B3 beschrieben ist, den aktuellen Anforderungen nicht mehr genügt. Atoms / cm 3 and the resistivity of the single crystal is not less than 10 nnQcnn and is not more than 20 nnQcnn, and the single crystal is cooled in the temperature range of 1000 ° C to 800 ° C at a rate not lower than 0.5 ° C / min and not higher than 1.2 ° C / min. It turns out, however, that an epitaxially coated semiconductor wafer, which is produced according to the method described in DE 10 2014 221 421 B3, no longer meets the current requirements.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe bereitzustellen, die diese Anforderungen erfüllt, und aufzuzeigen, wie eine solche Halbleiterscheibe hergestellt werden kann. The object of the present invention is therefore to provide an epitaxially coated semiconductor wafer which fulfills these requirements and to show how such a semiconductor wafer can be produced.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine epitaktisch beschichtete The object of the invention is achieved by an epitaxially coated
Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, umfassend eine p+-dotierte Single crystal silicon wafer comprising a p + doped one
Substratscheibe; Substrate wafer;
eine p-dotierte epitaktische Schicht aus einkristallinem Silizium, die eine obere Seitenfläche der Substratscheibe bedeckt; a p-type epitaxial layer of single crystal silicon covering an upper side surface of the substrate wafer;
eine Sauerstoff-Konzentration der Substratscheibe von nicht weniger als 5,3 x 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6,0 x 1017 Atome/cm3; an oxygen concentration of the substrate wafer of not less than 5.3 x 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6.0 x 10 17 atoms / cm 3 ;
eine Resistivität der Substratscheibe von nicht weniger als 5 nnQcnn und nicht mehr als 10 nnQcnn; und a resistivity of the substrate wafer of not less than 5 nm and not more than 10 nm; and
das Potenzial der Substratscheibe in Folge einer Wärmebehandlung der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe BMDs auszubilden, wobei die Dichte an BMDs ein Maximum von nicht weniger als 2 x 1010 /cm3 aufweist, der Abstand des Maximums zu einer Vorderseite der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nicht größer als 20 μιτι ist, und das Verhältnis der Dichten an BMDs im Abstand von 20 μιτι und im Abstand von 60 μιτι zur Vorderseite der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nicht weniger als 5 beträgt. Die Substratscheibe enthält eine Menge an Bor, die ausreichend ist, um die to form the potential of the substrate wafer as a result of heat treatment of the epitaxially coated semiconductor wafer BMDs, wherein the density of BMDs has a maximum of not less than 2 × 10 10 / cm 3 , the distance of the maximum to a front side of the epitaxially coated semiconductor wafer is not greater than 20 μιτι is, and the ratio of the densities of BMDs at a distance of 20 μιτι and at a distance of 60 μιτι to the front of the epitaxially coated semiconductor wafer is not less than 5. The substrate disk contains an amount of boron sufficient to withstand the
Resistivität (den spezifischen elektrischen Widerstand) auf nicht weniger als 5 nnQcnn und nicht mehr als 10 nnQcnn einzustellen. Vorzugsweise beträgt die Resistivität nicht weniger als 6 nnQcnn und weniger als 10 nnQcnn. Die Sauerstoff-Konzentration der Substratscheibe beträgt nicht weniger als 5,3 x 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6,0 x 1017 Atome/cm3 (new ASTM). Resistivity (the electrical resistivity) to not less than 5 nnQcnn and not more than 10 nnQcnn set. Preferably, the resistivity is not less than 6nnQcnn and less than 10nnQcnn. The oxygen concentration of the substrate wafer is not less than 5.3 × 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 (new ASTM).
Die Substratscheibe ist nicht absichtlich mit Kohlenstoff dotiert und enthält daher vorzugsweise nicht mehr als 1 χ 1016 Atome/cm3 dieses Elements, besonders bevorzugt nicht mehr als 1 χ 1015 Atome/cm3. Die Substratscheibe ist auch nicht absichtlich mit Stickstoff dotiert und enthält daher vorzugsweise nicht mehr als 1 1012 Atome/cm3 dieses Elements. Die Dicke der epitaktischen Schicht beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1 μιτι und nicht mehr als 5 μιτι, besonders bevorzugt 2 μιτι bis 3 μιτι. The substrate wafer is not deliberately doped with carbon and therefore preferably contains no more than 1 × 10 16 atoms / cm 3 of this element, more preferably not more than 1 × 10 15 atoms / cm 3 . Also, the substrate wafer is not intentionally doped with nitrogen, and therefore preferably contains not more than 1 × 10 12 atoms / cm 3 of this element. The thickness of the epitaxial layer is preferably not less than 1 μιτι and not more than 5 μιτι, more preferably 2 μιτι to 3 μιτι.
Die epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe hat eine denuded zone, also einen Bereich, der sich von der Vorderseite ins Innere erstreckt und in dem keine BMDs gebildet werden. Die denuded zone hat eine Dicke von vorzugsweise nicht weniger als 3 μιτι und nicht mehr als 7 μιτι. The epitaxially coated semiconductor wafer has a denuded zone, ie a region which extends from the front side into the interior and in which no BMDs are formed. The denuded zone has a thickness of preferably not less than 3 μιτι and not more than 7 μιτι.
Der Durchmesser der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe beträgt nicht weniger als 200 mm, vorzugsweise nicht weniger als 300 mm. The diameter of the epitaxially coated semiconductor wafer is not less than 200 mm, preferably not less than 300 mm.
Die Substratscheibe enthält BMD-Keime, die sich durch eine Wärmebehandlung zu BMDs entwickeln lassen. Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise in einem Ofen und vorzugsweise im Zuge der Weiterverarbeitung der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe zu elektronischen Bauelementen. The substrate disk contains BMD nuclei, which can be developed into BMDs by a heat treatment. The heat treatment is preferably carried out in an oven and preferably in the course of further processing of the epitaxially coated semiconductor wafer to electronic components.
Die Wärmebehandlung wird beispielsweise bei einer Temperatur von 850 °C über einen Zeitraum von 1 h in Sauerstoff durchgeführt oder beispielsweise bei einer Temperatur von 900 °C über einen Zeitraum von 30 min in Argon oder ist The heat treatment is carried out, for example, at a temperature of 850 ° C for a period of 1 hour in oxygen or, for example, at a temperature of 900 ° C for a period of 30 minutes in argon or
beispielsweise eine zweistufige Wärmebehandlung bestehend aus dem Erhitzen der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe auf eine Temperatur von 850 °C über einen Zeitraum von 1 h und im Anschluss daran dem Erhitzen auf eine Temperatur von 1000 °C über einen Zeitraum 1 h in Sauerstoff. For example, a two-stage heat treatment consisting of heating the epitaxially coated semiconductor wafer to a temperature of 850 ° C over a period of 1 h and then heating to a temperature of 1000 ° C over a period of 1 h in oxygen.
Unabhängig davon, welche dieser drei Möglichkeiten verwirklicht wird, hat die Substratscheibe der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nach der verwirklichten Wärmebehandlung oder einer Wärmebehandlung mit vergleichbarem thermischem Budget folgende Eigenschaften: die Dichte an BMDs weist ein Maximum von nicht weniger als 2 x 1010 /cm3 auf und der Abstand des Maximums zur Regardless of which of these three possibilities is realized, the substrate wafer of the epitaxially coated semiconductor wafer has after For example, the density of BMDs has a maximum of not less than 2 × 10 10 / cm 3 , and the distance of the maximum to
Vorderseite der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe beträgt nicht mehr als 20 μιτι. Des Weiteren beträgt der Quotient der Dichte an BMDs im Abstand von 20 μιτι zur Vorderseite und der Dichte an BMDs im Abstand von 60 μιτι zur Vorderseite nicht weniger als 5, wobei die Oberfläche der epitaktischen Schicht, die von der Front side of the epitaxially coated semiconductor wafer is not more than 20 μιτι. Furthermore, the quotient of the density of BMDs at a distance of 20 μιτι to the front and the density of BMDs at a distance of 60 μιτι to the front is not less than 5, wherein the surface of the epitaxial layer of the
Substratscheibe abgewandt liegt, die Vorderseite der beschichteten Halbleiterscheibe bildet. Substrate disc faces away, the front side of the coated semiconductor wafer forms.
Der Verlauf der Dichte an BMDs von der Vorderseite ins Innere der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe wird vorzugsweise durch Zählen von Defekten mit einem optischen Mikroskop ermittelt, und zwar an einer Bruchkante der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nach Präparation (delineation) der BMDs durch RIE (reactive ion etching). Die Präparationsmethode mittels RIE ist beispielsweise von Nakashima et al. im Journal of The Electrochemical Society, 147 (1 1 ), 4294-4296 (2000) beschrieben worden. The course of the density of BMDs from the front into the interior of the epitaxially coated semiconductor wafer is preferably determined by counting defects with an optical microscope, namely at a breaking edge of the epitaxially coated semiconductor wafer after preparation (delineation) of the BMDs by RIE (reactive ion etching). , The preparation method by RIE is described, for example, by Nakashima et al. in the Journal of The Electrochemical Society, 147 (11), 4294-4296 (2000).
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer p/p+ epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, umfassend: das Ziehen eines Einkristalls aus Silizium mit einer Ziehgeschwindigkeit aus einer Schmelze, die mit Bor dotiert und in einem Tiegel enthalten ist, wobei die The invention further provides a process for producing a p / p + epitaxially coated monocrystalline silicon wafer, comprising: drawing a single crystal of silicon at a pulling rate from a melt doped with boron and contained in a crucible;
Konzentration von Sauerstoff in einem vorgesehenen Abschnitt des Einkristalls nicht weniger als 5,3 x 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6,0 x 1017 Atome/cm3 beträgt und die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 5 mQcm und nicht mehr als 10 mQcm ist; Concentration of oxygen in a provided portion of the single crystal is not less than 5.3 x 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6.0 x 10 17 atoms / cm 3 , and the resistivity of the single crystal is not less than 5 mQcm and not more than 10 mQcm;
das Abkühlen des Einkristalls in einem ersten Temperaturbereich von 600 °C bis 500 °C, wobei die Verweildauer im ersten Temperaturbereich nicht weniger als 353 min und nicht mehr als 642 min beträgt, und das Abkühlen des Einkristalls in einem zweiten Temperaturbereich von 500 °C bis 400 °C, wobei die Verweildauer im zweiten Temperaturbereich nicht weniger als 493 min und nicht mehr als 948 min beträgt; das Abtrennen einer Substratscheibe vom vorgesehenen Abschnitt des abgekühlten Einkristalls; und cooling the monocrystal in a first temperature range of 600 ° C to 500 ° C, wherein the residence time in the first temperature range is not less than 353 minutes and not more than 642 minutes, and cooling the monocrystal in a second temperature range of 500 ° C to 400 ° C, wherein the residence time in the second temperature range is not less than 493 minutes and not more than 948 minutes; separating a substrate wafer from the provided portion of the cooled single crystal; and
das Abscheiden einer p-dotierten epitaktischen Schicht aus einkristallinem Silizium auf einer polierten oberen Seitenfläche der Substratscheibe. Die Verweildauer im ersten Temperaturbereich beträgt vorzugsweise nicht weniger als 353 min und nicht mehr als 514 min. Die Verweildauer im zweiten depositing a p-type epitaxial layer of single crystal silicon on a polished upper side surface of the substrate wafer. The residence time in the first temperature range is preferably not less than 353 minutes and not more than 514 minutes. The length of stay in the second
Temperaturbereich beträgt vorzugsweise nicht weniger als 493 min und nicht mehr als 759 min. Temperature range is preferably not less than 493 minutes and not more than 759 minutes.
In einem dritten Temperaturbereich von 1000 °C bis 800 °C beträgt die Verweildauer vorzugsweise nicht weniger als 105 min und nicht mehr als 157min. Zum Verfahren, das in DE 10 2014 221 421 B3 beschrieben ist, bestehen wichtige Unterschiede. Die Schmelze wird mit einer größeren Menge an Bor dotiert, so dass die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 5 rnQcnn und nicht mehr als 10 rnQcnn ist, vorzugsweise nicht weniger als 6 mQcm und weniger als 10 mQcm. Des Weiteren wird beim Abkühlen des Einkristalls darauf geachtet, dass der In a third temperature range of 1000 ° C to 800 ° C, the residence time is preferably not less than 105 minutes and not more than 157 minutes. The method described in DE 10 2014 221 421 B3 has important differences. The melt is doped with a larger amount of boron so that the resistivity of the single crystal is not less than 5 nm and not more than 10 mm, preferably not less than 6 mΩcm and less than 10 mΩcm. Furthermore, care is taken when cooling the monocrystal that the
Einkristall im Temperaturbereich von 600 °C bis 500 °C und im Temperaturbereich von weniger als 500 °C bis 400 °C vergleichsweise langsam abkühlt.  Monocrystal in the temperature range of 600 ° C to 500 ° C and in the temperature range of less than 500 ° C to 400 ° C comparatively slowly cools.
Der Einkristall kann beispielsweise in Gegenwart eines mit Wasser gekühlten Kühlers abgekühlt werden. Die vorgesehenen Verweildauern können insbesondere durch die Anordnung und die Leistung des Kühlers und durch die Ziehgeschwindigkeit eingestellt werden, mit der der Einkristall aus der Schmelze gezogen wird. Eine günstige Kombination von Anordnung, Leistung und Ziehgeschwindigkeit kann beispielsweise über Simulationsrechnungen herausgefunden werden. Auf den Kühler kann auch verzichtet werden. In diesem Fall wird die Ziehgeschwindigkeit ermittelt, die bei vorgegebener Konfiguration der Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls die angestrebten Verweildauern liefert. The monocrystal can be cooled, for example, in the presence of a water-cooled condenser. The residence times provided can be adjusted in particular by the arrangement and the performance of the cooler and by the pulling speed with which the monocrystal is pulled out of the melt. A favorable combination of arrangement, performance and pulling speed can be found out for example via simulation calculations. On the cooler can also be dispensed with. In this case, the pulling speed is determined which, given a given configuration of the apparatus for pulling the monocrystal, provides the desired dwell times.
Die Ziehgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,4 mm/min und nicht mehr als 1 ,8 mm/min, wobei dieser Bereich insbesondere zum Ziehen von The drawing speed is preferably not less than 0.4 mm / min and not more than 1.8 mm / min, which range is particularly useful for drawing
Einkristallen mit Durchmessern von 200 mm, 300 mm oder größer maßgeblich ist.  Single crystals with diameters of 200 mm, 300 mm or greater is relevant.
Die Schmelze wird vorzugsweise mit einem Magnetfeld beaufschlagt. Das Magnetfeld ist vorzugsweise ein horizontales Magnetfeld. Es wird unterlassen, die Schmelze mit Kohlenstoff oder mit Stickstoff oder mit The melt is preferably applied with a magnetic field. The magnetic field is preferably a horizontal magnetic field. It is omitted, the melt with carbon or with nitrogen or with
Kohlenstoff und Stickstoff absichtlich zu dotieren. Intentionally dope carbon and nitrogen.
Wie beispielsweise in DE 10 2014 221 421 B3 beschrieben, werden der gezogene Einkristall zu Substratscheiben aus einkristallinem Silizium und die Substratscheiben zu epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben weiterverarbeitet. Die Arbeitsschritte umfassen vorzugsweise die mechanische Bearbeitung einer Substratscheibe, beispielsweise das Läppen und/oder das Schleifen der Seitenflächen der As described, for example, in DE 10 2014 221 421 B3, the drawn monocrystal are processed into substrate disks of monocrystalline silicon and the substrate disks are further processed into epitaxially coated semiconductor disks. The working steps preferably comprise the mechanical processing of a substrate wafer, for example the lapping and / or the grinding of the side surfaces of the substrate
Substratscheibe und das Verrunden der Kante der Substratscheibe. Die Substrate disk and the rounding of the edge of the substrate wafer. The
Substratscheibe wird vorzugsweise auch chemisch geätzt und chemisch-mechanisch poliert. Sie weist daher eine polierte Kante und mindestens eine polierte Substrate disk is preferably also chemically etched and chemically-mechanically polished. It therefore has a polished edge and at least one polished
Seitenfläche auf. Vorzugsweise wird die obere und die untere Seitenfläche poliert. Die epitaktische Schicht aus Silizium wird auf einer polierten Seitenfläche Side surface up. Preferably, the upper and lower side surfaces are polished. The epitaxial layer of silicon is on a polished side surface
abgeschieden. Dieser Schritt wird vorzugsweise in einem Einzelscheibenreaktor durchgeführt, beispielsweise in einem von Applied Materials angebotenen Reaktor vom Typ Centura®. Das Abscheidegas enthält vorzugsweise ein Wasserstoff enthaltendes Silan, beispielsweise Trichlorsilan (TCS) und ein Dotierstoff deposited. This step is preferably carried out in a single-wafer reactor, for example in an offered by Applied Materials Centura ® type reactor. The deposition gas preferably contains a hydrogen-containing silane, for example trichlorosilane (TCS) and a dopant
enthaltendes Gas. Die Abscheidetemperatur liegt bei Verwendung von TCS in einem Temperaturbereich von vorzugsweise nicht weniger als 1000°C und nicht mehr als 1250°C. containing gas. The deposition temperature when using TCS is in a temperature range of preferably not less than 1000 ° C and not more than 1250 ° C.
Das Abscheiden der epitaktischen Schicht ist die erste Wärmebehandlung der Substratscheibe, die bei einer Temperatur von mehr als 700°C erfolgt. Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf Zeichnungen und Beispiele weiter beschrieben. The deposition of the epitaxial layer is the first heat treatment of the substrate wafer, which occurs at a temperature greater than 700 ° C. The invention will be further described below with reference to drawings and examples.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Fig. 1, 3 und 4 zeigen jeweils den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe, die ein Beispiel repräsentiert. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe, die ein Figures 1, 3 and 4 respectively show the variation of the density of BMDs (NBMD) versus the distance (D) to the front side of an epitaxially coated semiconductor wafer, which represents an example. FIG. 2 shows the profile of the density of BMDs (NBMD) as a function of the distance (D) to the front of an epitaxially coated semiconductor wafer, which is a
Vergleichsbeispiel repräsentiert. Beispiel: Comparative example represents. Example:
Es wurde ein Einkristall aus einkristallinem Silizium nach der CZ-Methode mit einer Ziehgeschwindigkeit von 0,57 mm/min gezogen. Zur Kühlung des Einkristalls wurde ein mit Wasser gekühlter Kühler eingesetzt. Die Schmelze war nur mit Bor dotiert und mit einem horizontalen Magnetfeld beaufschlagt worden. Einzelheiten zu  A monocrystal of single crystal silicon was drawn by the CZ method at a pulling rate of 0.57 mm / min. To cool the monocrystal, a water-cooled condenser was used. The melt was doped with boron only and exposed to a horizontal magnetic field. For details
Verweildauern (dt), mit denen der Einkristall in den entscheidenden Retention (dt), with which the single crystal in the decisive
Temperaturintervallen abgekühlt wurde, sind der nachfolgenden Tabelle zu  Temperature intervals was cooled, are the table below
entnehmen. Vom Einkristall abgetrennte Substratscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 775 μιτι, einer Sauerstoffkonzentration von 5,7 x 1017 /cm3 und einer Resistivität von 9 mQcm wurden zu p/p+ epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silizium weiterverarbeitet. Die Dicke der epitaktischen Schicht betrug 3 μιτι. remove. From the single crystal separated substrate discs with a diameter of 300 mm and a thickness of 775 μιτι, an oxygen concentration of 5.7 x 10 17 / cm 3 and a resistivity of 9 mQcm were further processed to p / p + epitaxially coated semiconductor wafers made of silicon. The thickness of the epitaxial layer was 3 μιτι.
Das Potenzial einer solchen epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe BMDs ausbilden zu können, wurde nach der zweistufigen Wärmebehandlung (850 °C, 1 h und 1000 °C, 1 h, jeweils in Sauerstoff) der epitaktisch beschichteten The potential of such an epitaxially coated semiconductor wafer to form BMDs was after the two-stage heat treatment (850 ° C, 1 h and 1000 ° C, 1 h, each in oxygen) of the epitaxially coated
Halbleiterscheibe mittels RIE und Defekt-Zählen im optischen Mikroskop ermittelt. Verwendet wurde ein RIE-System vom Typ Plasmalab System 133 des Herstellers OXFORD INSTRUMENTS in Verbindung mit HBr, O2, Cl2 und Ar als Gasen zum Ätzen. Bei einem Druck von 2 Pa und mit einer rf-Leistung von 350 W wurde mit einer Selektivität im Bereich von 1 : 100 (S1O2 : Si) geätzt. Semiconductor wafer determined by RIE and defect counting in the optical microscope. A RIE system of type Plasmalab System 133 of the manufacturer OXFORD INSTRUMENTS was used in conjunction with HBr, O 2 , Cl 2 and Ar as gases for etching. At a pressure of 2 Pa and with an RF power of 350 W was etched with a selectivity in the range of 1: 100 (S1O2: Si).
Fig. 1 zeigt den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe. Demnach steigt die Dichte an BMDs bereits in vergleichsweise kleinem Abstand zur Vorderseite auf ein Maximum von etwas weniger als 1 x 1011 /cm3 an, um dann innerhalb einer vergleichsweise kurzen Strecke auf werte im Bereich von 5 x 109 /cm3 abzufallen. 1 shows the profile of the density of BMDs (NBMD) as a function of the distance (D) to the front of an epitaxially coated semiconductor wafer. Accordingly, the density of BMDs increases even at a comparatively small distance from the front side to a maximum of slightly less than 1 × 10 11 / cm 3 , and then falls within a comparatively short distance to values in the range of 5 × 10 9 / cm 3 .
Vergleichsbeispiel: Comparative Example:
Es wurde ein Einkristall aus einkristallinem Silizium nach der CZ-Methode mit einer Ziehgeschwindigkeit von 0,57 mm/min gezogen. Einzelheiten zu Verweildauern (dt), mit denen der Einkristall in bestimmten Temperaturintervallen abgekühlt wurde, sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen. Vom Einkristall abgetrennte A monocrystal of single crystal silicon was drawn by the CZ method at a pulling rate of 0.57 mm / min. Details on length of stay (dt), with which the monocrystal was cooled in certain temperature intervals, the following table can be found. Separated from the single crystal
Substratscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 775 μιτι, einer Sauerstoffkonzentration von 5,5 x 1017 /cm3 und einer Resistivität von 8 mQcm wurden zu p/p+ epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben aus Silizium Substrate disks with a diameter of 300 mm and a thickness of 775 μιτι, an oxygen concentration of 5.5 x 10 17 / cm 3 and a resistivity of 8 mQcm were to p / p + epitaxially coated semiconductor wafers made of silicon
weiterverarbeitet. Die Dicke der epitaktischen Schicht betrug 3 μιτι.  further processed. The thickness of the epitaxial layer was 3 μιτι.
Das Potenzial einer solchen epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe BMDs ausbilden zu können, wurde nach der zweistufigen Wärmebehandlung (850 °C, 1 h und 1000 °C, 1 h, jeweils in Sauerstoff) der epitaktisch beschichteten The potential of such an epitaxially coated semiconductor wafer to form BMDs was after the two-stage heat treatment (850 ° C, 1 h and 1000 ° C, 1 h, each in oxygen) of the epitaxially coated
Halbleiterscheibe mittels RIE und Defekt-Zählen im optischen Mikroskop ermittelt.  Semiconductor wafer determined by RIE and defect counting in the optical microscope.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe. Demnach wird in der Nähe der Vorderseite kein Maximum an BMDs mit der geforderten Eigenschaft erhalten und die Dichte an BMDs bleibt deutlich unter 1 x 1010 /cm3. FIG. 2 shows the profile of the density of BMDs (NBMD) as a function of the distance (D) to the front of an epitaxially coated semiconductor wafer. Thus, near the front, no maximum of BMDs with the required property is obtained and the density of BMDs remains well below 1 x 10 10 / cm 3 .
Tabelle: Table:
Die Daten zeigen, dass der Verweildauer in den Temperaturbereichen von 600 °C an eine besondere Bedeutung zufällt. Sie muss vergleichsweise groß sein, damit sich das gewünschte BMD-Profil ausprägen kann. The data show that the residence time in the temperature ranges of 600 ° C is of particular importance. It must be comparatively large, so that the desired BMD profile can be expressed.
Ein ähnlicher Verlauf von BMD-Dichten wird auch erhalten, wenn an Stelle der zweistufigen Wärmebehandlung eine der zuvor beschriebenen Wärmebehandlungen durchgeführt wird. A similar course of BMD densities is also obtained when one of the heat treatments described above is performed instead of the two-stage heat treatment.
Fig. 3 zeigt den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer gemäß Beispiel epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nach einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von 850 °C in Sauerstoff über einen Zeitraum von 1 h. Fig.4 zeigt den Verlauf der Dichte an BMDs (NBMD) in Abhängigkeit des Abstands (D) zur Vorderseite einer gemäß Beispiel epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nach einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von 900 °C in Argon über einen Zeitraum von 30 min. 3 shows the profile of the density of BMDs (NBMD) as a function of the distance (D) to the front of an epitaxially coated semiconductor wafer after heat treatment in an oven at a temperature of 850 ° C. in oxygen over a period of 1 h. 4 shows the profile of the density of BMDs (NBMD) as a function of the distance (D) to the front side of an epitaxially coated semiconductor wafer after a heat treatment in an oven at a temperature of 900 ° C. in argon over a period of 30 minutes.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche The above description of exemplary embodiments is to be understood by way of example. The disclosure thus made makes it possible for the skilled person, on the one hand, to understand the present invention and the associated advantages, and on the other hand, in the understanding of the person skilled in the art, also includes obvious ones
Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.  Modifications and Modifications of the Structures and Methods Described. It is therefore intended that all such alterations and modifications as well as equivalents be covered by the scope of the claims.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe aus einkristallinenn Siliziunn, umfassend eine p+-dotierte Substratscheibe; 1 . An epitaxially coated single crystalline silicon wafer comprising a p + doped substrate wafer;
eine p-dotierte epitaktische Schicht aus einkristallinem Silizium, die eine obere Seitenfläche der Substratscheibe bedeckt; a p-type epitaxial layer of single crystal silicon covering an upper side surface of the substrate wafer;
eine Sauerstoff-Konzentration der Substratscheibe von nicht weniger als 5,3 x 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6,0 x 1017 Atome/cm3; an oxygen concentration of the substrate wafer of not less than 5.3 x 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6.0 x 10 17 atoms / cm 3 ;
eine Resistivität der Substratscheibe von nicht weniger als 5 imQcm und nicht mehr als 10 imQcm; und a resistivity of the substrate wafer of not less than 5 imQcm and not more than 10 imQcm; and
das Potenzial der Substratscheibe in Folge einer Wärmebehandlung der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe BMDs auszubilden, wobei die Dichte an BMDs ein Maximum von nicht weniger als 2 x 1010 /cm3 aufweist, der Abstand des Maximums zu einer Vorderseite der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nicht größer als 20 μιτι ist, und das Verhältnis der Dichten an BMDs im Abstand von 20 μιτι und im Abstand von 60 μιτι zur Vorderseite der epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe nicht weniger als 5 beträgt. to form the potential of the substrate wafer as a result of heat treatment of the epitaxially coated semiconductor wafer BMDs, wherein the density of BMDs has a maximum of not less than 2 × 10 10 / cm 3 , the distance of the maximum to a front side of the epitaxially coated semiconductor wafer is not greater than 20 μιτι is, and the ratio of the densities of BMDs at a distance of 20 μιτι and at a distance of 60 μιτι to the front of the epitaxially coated semiconductor wafer is not less than 5.
2. Epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe nach Anspruch 1 , dadurch 2. Epitaxially coated semiconductor wafer according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht eine Dicke hat, die nicht weniger als 1 μιτι und nicht mehr als 5 μιτι beträgt. characterized in that the epitaxial layer has a thickness which is not less than 1 μιτι and not more than 5 μιτι.
3. Epitaktisch beschichtete Halbleiterscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine denuded zone, die eine Dicke von nicht weniger als 3 μιτι und nicht mehr als 7 μιτι hat. 3. Epitaxially coated semiconductor wafer according to claim 1 or claim 2, characterized by a denuded zone which has a thickness of not less than 3 μιτι and not more than 7 μιτι.
4. Verfahren zur Herstellung einer p/p+ epitaktisch beschichteten Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, umfassend: 4. A process for producing a p / p + epitaxially coated single crystal silicon semiconductor wafer comprising:
das Ziehen eines Einkristalls aus Silizium mit einer Ziehgeschwindigkeit aus einer Schmelze, die mit Bor dotiert und in einem Tiegel enthalten ist, wobei die pulling a single crystal of silicon at a pulling rate from a melt doped with boron and contained in a crucible, wherein the
Konzentration von Sauerstoff in einem vorgesehenen Abschnitt des Einkristalls nicht weniger als 5,3 x 1017 Atome/cm3 und nicht mehr als 6,0 x 1017 Atome/cm3 beträgt und die Resistivität des Einkristalls nicht weniger als 5 imQcim und nicht mehr als 10 imQcm ist; das Abkühlen des Einkristalls in einem ersten Temperaturbereich von 600 °C bis 500 °C, wobei die Verweildauer im ersten Temperaturbereich nicht weniger als 353 min und nicht mehr als 642 min beträgt, und das Abkühlen des Einkristalls in einem zweiten Temperaturbereich von 500 °C bis 400 °C, wobei die Verweildauer im zweiten 5 Temperaturbereich nicht weniger als 493 min und nicht mehr als 948 min beträgt; das Abtrennen einer Substratscheibe vom vorgesehenen Abschnitt des abgekühlten Einkristalls; und Concentration of oxygen in a provided portion of the single crystal is not less than 5.3 x 10 17 atoms / cm 3 and not more than 6.0 x 10 17 atoms / cm 3 , and the resistivity of the single crystal is not less than 5 imQcim and not more than 10 imQcm; cooling the monocrystal in a first temperature range of 600 ° C to 500 ° C, wherein the residence time in the first temperature range is not less than 353 minutes and not more than 642 minutes, and cooling the monocrystal in a second temperature range of 500 ° C to 400 ° C, wherein the residence time in the second 5 temperature range is not less than 493 minutes and not more than 948 minutes; separating a substrate wafer from the provided portion of the cooled single crystal; and
das Abscheiden einer p-dotierten epitaktischen Schicht aus einkristallinem Silizium auf einer polierten oberen Seitenfläche der Substratscheibe.  depositing a p-type epitaxial layer of single crystal silicon on a polished upper side surface of the substrate wafer.
o O
5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend das Ziehen des Einkristalls mit einer Ziehgeschwindigkeit von nicht weniger als 0,4 mm/min und nicht mehr als 1 ,8 mm/min; 5 5. A method according to claim 4, comprising drawing the monocrystal at a pulling rate of not less than 0.4 mm / min and not more than 1.8 mm / min; 5
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, umfassend das Beaufschlagen der Schmelze mit einem Magnetfeld. 6. The method of claim 4 or claim 5, comprising applying the melt with a magnetic field.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend das Unterlassen des absichtlichen Hinzufügens von Kohlenstoff oder von Stickstoff oder von Kohlenstoff0 und von Stickstoff zur Schmelze. A process according to any one of claims 4 to 6, which comprises omitting the intentional addition of carbon or nitrogen or carbon and nitrogen to the melt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, umfassend das Abkühlen des Einkristalls in Gegenwart eines mit Wasser gekühlten Kühlers. 5 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Abscheiden der A process according to any one of claims 4 to 7 comprising cooling the single crystal in the presence of a water-cooled condenser. 9. The method according to any one of claims 4 to 8, wherein the deposition of the
epitaktischen Schicht die erste Wärmebehandlung der Substratscheibe ist, die bei einer Temperatur von mehr als 700 °C erfolgt. 0  epitaxial layer is the first heat treatment of the substrate wafer, which takes place at a temperature of more than 700 ° C. 0
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