DE112006000816T5

DE112006000816T5 - Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, getemperter Wafer und Produktionsverfahren für getemperten Wafer

Info

Publication number: DE112006000816T5
Application number: DE112006000816T
Authority: DE
Inventors: Shinya Hiratsuka Sadohara; Ryota Hiratsuka Suewaka; Shiro Hiratsuka Yoshino; Kozo Hiratsuka Nakamura; Yutaka Hiratsuka Shiraishi; Syunji Hiratsuka Nonaka
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2008-02-07
Also published as: US20090061140A1; US7875116B2; TW200634185A; WO2006103837A1; JP2006273631A

Abstract

Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle zur Reduzierung von SSDs (flacher Oberflächendefekte oder sehr breiter, flacher Auskehlungsdefekte), die sich auf der Oberfläche eines Wafers bilden, der einer Temperung unterzogen wird, bei dem mit Sauerstoff und Stickstoff verbundene und SSD-Kerne bildende Ablagerungen durch Steuerung von drei Parametern, Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit, in einem vorherbestimmten Temperaturbereich beim Ziehen eines Siliziumeinkristalls aus einer Schmelze reduziert werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Produktion eines Siliziumeinkristalls oder eines getemperten Wafers, das in der Lage ist, die Dichte (oder Menge) flacher Oberflächendefekte (Surface Shallow Defects (SSD)) oder sehr breiter, flacher Auskehlungsdefekte auf der getemperten Waferoberfläche oder einem getemperten Wafer, in dem die Dichte (oder Menge) an SSDs reduziert ist, zu reduzieren.
STAND DER TECHNIK
Ein Siliziumeinkristall wird durch Ziehen und Züchten unter Nutzung des CZ (Czochralski)-Verfahrens produziert. Ein Rohling des gezogenen und gezüchteten Siliziumeinkristalls wird in Siliziumwafer geschnitten. Ein Halbleiterbauelement wird durch einen Bauelementprozess gefertigt, bei dem eine Bauelementschicht auf der Oberfläche eines Siliziumwafers geformt wird.
Im Verlauf des Züchtens eines Siliziumeinkristalls tritt jedoch ein Kristalldefekt auf, der als „eingewachsener Defekt" ("grown-in defect) (während des Kristallwachstums entstandener Defekte) bezeichnet wird.
Seit Kurzem kann bei immer dichteren und dünneren Halbleiterschaltkreisen das Vorhandensein solcher eingewachsener Defekte nahe einer Oberflächenschicht eines Siliziumwafers beim Fertigen eines Bauelements nicht mehr toleriert werden. Daher werden Untersuchungen zu der Möglichkeit durchgeführt, einen defektfreien Kristall zu produzieren.
Im Allgemeinen gibt es die folgenden drei Arten von Kristalldefekten, die in einen Siliziumeinkristall enthalten sein und die Bauelementeigenschaften verschlechtern können:

I) Hohlraumdefekte, die durch Ansammlung von freien Stellen entstehen und die COP (Crystal Originated Particles)) im Kristall entstandene Partikel) genannt werden oder dergleichen,
II) OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) durch Oxidation induzierte Stapeldefekte)),
III) Dislokationsschleifencluster, die durch Ansammlung von interstitiellem Silizium entstehen (auch als interstitielle Siliziumversetzungsdefekte oder I-Defekte bekannt).

Ein defektfreier Siliziumeinkristall wird als ein Kristall, der keine oder im Wesentlichen keine der drei Arten von Defekten enthält, erkannt oder definiert.
Es ist bekannt, daß die Verhaltensweisen, die das Entstehen der oben genannten drei Arten von Defekten bewirken, je nach den Wachstumsbedingungen variieren, wie unten beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf 1. In 1 stellt die horizontale Achse die Wachstumsbedingung V/G dar (V bezeichnet eine Wachstumsgeschwindigkeit und G bezeichnet das Temperaturgefälle in der axialen Richtung nahe dem Schmelzpunkt eines Siliziumeinkristalls). Unter der Annahme, daß G festgelegt ist, kann G als Funktion der Wachstumsgeschwindigkeit V angesehen werden. Die vertikale Achse in 1 stellt die Punktdefektkonzentration dar.

i) Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit V hoch ist, wird der Siliziumeinkristall einen Überschuß an Vakanzpunktdefekten aufweisen, und es treten nur Hohlraumdefekte auf.
ii) Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit V vermindert wird, treten ringförmige OSFs (R-OSFs) nahe der äußeren Peripherie des Siliziumkristalls 10 auf und führen zu einer Struktur, in der Hohlraumdefekte im Inneren des R-OSF-Abschnitts vorhanden sind.
iii) Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit V weiter vermindert wird, nimmt der Radius der ringförmigen OSFs (R-OSFs) ab, was zu einer Struktur führt, bei der ein Bereich, der die Defekte nicht enthält, in der Außenseite der ringförmigen OSFs gebildet wird, und Hohlraumdefekte sind im Inneren des R-OSF-Abschnitts vorhanden.
iv) Wenn die Wachstumsgeschwindigkeit V noch weiter vermindert wird, ergibt sich eine Struktur, bei der Dislokationsschleifecluster im ganzen Siliziumkristall vorhanden sind.

Als Grund, warum die vorgenannten Phänomene auftreten, wird angenommen, daß bei abnehmender Wachstumsgeschwindigkeit V der Siliziumkristall von einem Zustand des Überschusses an Valenzpunktdefekten zu einem Zustand des Überschusses an interstitiellen Siliziumpunktdefekten überwechselt, und es wird angenommen, daß dieser Wechsel von der äußeren Peripherie des Siliziumkristalls ausgeht.
In 1 werden die Bereiche, wo die Hohlraumdefekte in hoher Dichte vorhanden sind, „V-reicher Bereich" (an Vakanzpunktdefekten reicher Bereich) und „I-reicher Bereich" (an interstitiellen Punktdefekten reicher Bereich) genannt.
Von den oben genannten drei Arten von Defekten bilden insbesondere die Hohlraumdefekte eine Ursache für Bauelementisolationsfehler in sehr kleinen Bauelementen, so daß eine besondere Notwendigkeit besteht, solche Defekte zu reduzieren.
Die Hohlraumdefekte werden erzeugt, wenn sich von einer Siliziumschmelze inkorporierte atomare Vakanzen (Punktdefekte) während des Kristallwachstums häufen, weil eine kritische Übersättigung während der Kristallabkühlung erreicht wird; sie werden LPD (Laser Particle Defect) Laserpartikeldefekt)), COP (Crystal Oriented Particle) (im Kristall entstandene Partikel)), FPD (Flow Pattern Defect) Flowpattern-Defekt)), LSTD (Laser Scattering Tomography Defect) (Laserstreuungstomographiedefekt)) und so weiter genannt, abhängig von den Verfahren zur Feststellung solche Defekte.
Ein defektfreier Siliziumeinkristall wird als ein Kristall, der keine oder im Wesentlichen keine der drei Arten von Defekten enthält, erkannt oder definiert.
Verfahren sind wie folgt vorgeschlagen worden, um einen Siliziumwafer mit nicht-eingewachsenen Defekten nahe der Oberflächenschicht, wo ein Bauelementschaltkreis gefertigt werden soll, zu erhalten:

i) Herstellung eines defektfreien Einkristallrohlings durch Steuern der Kristallwachstumsbedingungen,
ii) Beseitigung von Hohlraumdefekten nahe der Waferoberflächenschicht durch Tempern bei hohen Temperaturen,
iii) Formung einer defektfreien Schicht auf der Waferoberfläche durch epitaktisches Wachstum.

Unter diesen Verfahren ist das Verfahren der Beseitigung von Hohlraumdefekten nahe der Waferoberflächenschicht durch Tempern bei hohen Temperaturen bereits ein gut bekanntes Verfahren. Im Einzelnen wird bei diesem Verfahren ein Siliziumwafer aus einem unter gewöhnlichen Wachstumsbedingungen gezüchteten und Hohlraumdefekten enthaltenden Siliziumeinkristall erhalten, und der erhaltene Wafer wird einer thermischen Behandlung bei hoher Temperatur für einen langen Zeitraum unterzogen, um dadurch Hohlraumdefekte nahe der Oberflächenschicht zu beseitigen (nachstehend wird der Wafer „getemperter Wafer" genannt werden).
Außerdem wird während einer thermischen Behandlung bei Bauelementherstellungsprozessen eine BMD (Bulk Micro Defect) (Bulk-Mikrodefekt)) genannte Sauerstoffablagerung generiert. Die Steuerung der BMD-Entstehung bildet ein wichtiges Problem bei der Herstellung eines Siliziumwafers. Speziell beeinträchtigen jegliche nahe der Oberflächenschicht gebildete BMD, wo ein Bauelementschaltkreis gefertigt werden soll, die Funktionen der Einheit.
Andererseits verschlechtert die Anwesenheit jeglicher Schwermetallverunreinigung wie Fe oder Cu in einem Abschnitt der Oberflächenschicht eines Siliziumwafers die Bauelementeigenschaften, wenn das Bauelement gefertigt ist. Dies macht es notwendig, einen Getterplatz (gettering site) zum Einfangen des Schwermetalls innerhalb des Hauptteils des Siliziumwafers zu formen. Das innerhalb des Hauptteils des Siliziumwafers generierte BMD wird effektiv als Getterquelle (intrinsic gettering) (intrinsische Getterung)) für das Einfangen des Schwermetalls wirken.
2 zeigt schematisch eine Querschnittsstruktur eines getemperten Wafers.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ist es für die Herstellung eines wie in 2 gezeigten getemperten Wafers 100 notwendig, innerhalb des Wafers 100 einen intrinsischen Getterplatz zu formen, der BMD bei einer hohen Dichte von ungefähr 10⁸ Einheiten/cm³ oder mehr aufweist, während er eine von Defekten, einschließlich BMD und eingewachsener Defekte wie COP, wie oben beschrieben, freie Schicht bildet, nämlich eine DZ-Schicht in der Oberflächenschicht, wo ein Bauelement gefertigt werden soll (mit einer Tiefe von 10 μm oder mehr). Somit gibt es einen starken Bedarf daran, eine einfache kommerzielle Herstellung solcher getemperter Wafer zu erreichen.
Die COP- oder BMD-Dichte wird durch eine Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Siliziumeinkristalls beeinflußt. Deshalb bildet die Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Siliziumeinkristalls einen wichtigen Faktor bei der Herstellung eines idealen getemperten Wafers.
Um durch die Temperbehandlung erzeugte COP-Fehler leichter zu beseitigen, wird ein Verfahren zum Dotieren des Siliziumeinkristalls mit Stickstoff eingesetzt, um die ursprüngliche Größe der COPs zu verringern. Dies ist im Patentdokument 2 beschrieben. Die Stickstoffdotierung macht es auch möglich, eine größere Menge an BMD zu produzieren.
Auf diese Weise werden die Größe der COP und die Menge der BMDs durch eine Stickstoffkonzentration beeinflußt.
Um einen idealen getemperten Wafer, wie oben beschrieben, herzustellen, ist die Steuerung der Sauerstoffkonzentration und der Stickstoffkonzentration innerhalb des Siliziumeinkristalls, der ein Substrat dafür bildet, ein wichtiger Faktor.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die Menge der in einem Siliziumeinkristall eingeschlossenen Vakanzen und die COP-Größe dadurch reduziert werden, daß die Zieh-Wachstumsgeschwindigkeit vermindert oder das Verhältnis V/G zwischen der Ziehgeschwindigkeit V und dem Temperaturgradienten G in der Nähe des Schmelzpunktes im Verlauf der Kristallzüchtung verkleinert wird.
Wenn ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm hergestellt wird, ist der Kristall mit einer sehr hohen Geschwindigkeit ziehbar. Wenn die Ziehgeschwindigkeit erhöht wird, wird auch die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls erhöht, und die Verweilzeit in einem Temperaturbereich in dem sich COPs bilden, verkürzt sich, was eine Reduzierung der COP-Größe bewirkt.
Wenn jedoch ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm hergestellt wird, erhöht sich die Wärmekapazität eines Siliziumrohlings, und infolgedessen läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls nicht genügend erhöhen, um die COP-Größe zu reduzieren.
Deshalb wird bei der Herstellung eines Siliziumwafers mit einem Durchmesser von 300 mm ein Verfahren eingesetzt, bei dem umgekehrt die Ziehgeschwindigkeit unter verschiedenen Bedingungen herabgesetzt und dann die COP-Größe reduziert wird.
Insbesondere wird bezugnehmend auf 1 ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oft unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, die einem V/G-Bereich entsprechen, der mit einem R-OSF-Bereich überlappt. In diesem niedrigen V/G-Bereich ist die Menge der im Siliziumeinkristall eingeschlossenen Vakanzen reduziert, und folglich können Größe und Dichte der COP reduziert werden. Dies macht es leicht, die durch Tempern erzeugten COPs zu beseitigen. Jedoch ist der auf diese Art erhaltene Siliziumeinkristall ein langsam abkühlender Kristalltyp, der langsam abzukühlen ist.
Herkömmlicherweise wurde angenommen, daß ein wie in 2 gezeigter ideal getemperter Wafer 100 kommerziell einfach durch Nutzung des oben beschriebenen Verfahrens herstellbar ist.
Kürzlich wurde jedoch in der Oberflächenschicht eines getemperten Wafers ein DNN genannter Defekt gefunden, der einen anderen Ursprung als der Hohlraumdefekt (COP) hat.
Der DNN-Defekt bedeutet einen Waferoberflächendefekt, der durch Messung im DNN (Darkfield Normal Narrow)-Modus unter Verwendung eines handelsüblichen SP1-Partikelzählers (von KLA-Tencor hergestelltes Instrument) festgestellt wird. Der DNN-Modus ist ein Modus, bei welchem Laserlicht senkrecht auf den Wafer gerichtet und dann in einem Abschnitt nahe der normalen Reflexion gesammelt wird, um die durch Defekte verursachte Streureflexion zu beobachten. Der DNN-Modus ist besonders wirkungsvoll, um Fremdpartikel und Pits (Vertiefungen) auf der Waferoberfläche wahrzunehmen.
Patentdokument 1, das später beschrieben wird, offenbart eine Erfindung, nach der DNN-Defekte reduziert werden, indem vor dem Tempern eine Reinigung mit Flußsäure vorgenommen wird, um Sauerstoffablagerungen aufzulösen, die als Kerne von DNN-Defekten dienen und die sich nach dem Tempern bilden.
Patentdokument 1 beschreibt auch die folgenden Befunde über Beziehung zwischen DNN-Defekten, Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Kristallwachstumsbedingungen.

1) Darin wird ein Befund beschrieben, daß sich die Menge der DNN-Defekte in dem Maße erhöht, wie sich die Sauerstoffkonzentration in einem Siliziumeinkristall erhöht (Patentdokument 1, Absatz (0023)).
2) Es wird darin ein Befund beschrieben, daß die Menge der entstandenen DNN-Defekte in einem getemperten Wafer, der Stickstoff enthält, größer ist als in einem getemperten Wafer, der keinen Stickstoff enthält (Patentdokument 1, Absatz (0020)).
3) Ein Befund wird darin beschrieben, daß viele DNN-Defekte entstehen, wenn ein Siliziumeinkristall unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen und gezüchtet wird, die einem Bereich entsprechen, wo oft OSF auftreten, und deshalb das Entstehen von DNN-Defekten dadurch reduzierbar ist, indem das Siliziumeinkristall unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen und gezüchtet wird, die einem Bereich entsprechen, wo weniger OSFs auftreten, und dabei der Bereich vermieden wird, wo oft OSFs auftreten (Patentdokument 1, Absatz (0057))

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung, Offenlegungs-Nr. 2004-119446
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 3479001

Offenlegung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Wie später beschrieben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß auf der Oberfläche eines stickstoffdotierten getemperten Wafers sehr breite, flache Auskehlungsdefekte entstehen. Im Folgenden sollen solche Defekte als „SSD" (Surface Shallow Defects) mit der Bedeutung „sehr breite, flache Auskehlungsdefekte auf einer Oberfläche" bezeichnet werden. Die SSDs sind Defekte, die durch Messen im DNN-Modus mit Hilfe des oben erwähnten SP1-Partikelzählers von KLA-Tencor feststellbar gemacht worden sind. In diesem Sinne fallen die SSDs unter die Kategorie des im oben erwähnten Patentdokument 1 offenbarten DNN-Defekts.
Folglich werden Probleme beschrieben, die nicht durch Patentdokument 1 gelöst werden, unter Ersetzung der in Patentdokument 1 offenbarten „SSD" „DNN-Defekte" durch die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung entdeckten „SSD".
Insbesondere wird nichts von dem Folgenden im oben erwähnten Patentdokument 1 beschrieben:

a) Spezifische und quantitative Sauerstoffkonzentrations- und Stickstoffkonzentrationswerte, die erforderlich sind, um die SSD-Menge zu reduzieren,
b) Spezifische Parameter außer Sauerstoffkonzentration und Stickstoffkonzentration, die das Entstehen von SSD verursachen, und
c) Grad der Abhängigkeit und Beziehung zwischen den Parametern, die das Entstehen von SSDs verursachen.

Dies macht es unmöglich, genau die Menge der SSDs zu schätzen oder zu steuern, die während der Herstellung eines getemperten Wafers entstehen, was zu Problemen wie variierender Qualität des getemperten Wafers führt. Zum Beispiel läßt sich eine Gegenmaßnahme zur Sen kung von lediglich der Sauerstoffkonzentration aus dem oben genannten Befund 1) im Patentdokument 1 vorstellen. Wenn jedoch einfach nur die Sauerstoffkonzentration gesenkt wird, ergibt sich ein neues Problem, wie gesteigerte Rutschneigung auf dem getemperten Wafer. Dies wird auch im Patentdokument 1 (Patentdokument 1, Absatz (0024)) erwähnt. Falls die obigen Punkte a), b) und c) bekannt sind, wird es möglich sein, die Sauerstoffkonzentration einzuschätzen, die die SSD-Menge auf einen Sollwert reduziert, ohne solche Probleme wie Rutschen zu bewirken, und somit die Qualität des getemperten Wafers zu stabilisieren.
Ebenso läßt sich aus dem oben erwähnten Befund 2) des Patentdokuments leine Gegenmaßnahme vorstellen, bei der Stickstoff nicht einem Siliziumeinkristall hinzugefügt wird oder die Menge der Stickstoffdotierung reduziert wird. Solch einfache Maßnahmen, wie Weglassen der Stickstoffzugabe zum Siliziumeinkristall oder Minimierung der Menge der Stickstoffdotierung, wird die Vorteile beeinträchtigen, die durch Stickstoffdotierung erreichbar sind, und zu neuen Problemen führen, daß die COP-Größe zunimmt und daß eine große Menge an BMDs nicht als Getterplätze entstehen kann. Falls die obigen Punkte a), b) und c) bekannt sind, wird es möglich sein, die Stickstoffkonzentration einzuschätzen, die die SSD-Menge auf einen Sollwert reduziert, während die COP-Größe sich verringert und die Bildung von vielen BMD als Getterplätze ermöglicht, und die Qualität des getemperten Wafers zu stabilisieren.
Um einen getemperten Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm, wie oben beschrieben, zu produzieren, wird es für wünschenswert gehalten, einen Siliziumeinkristall unter Kristallwachstumsbedingungen zu ziehen und zu züchten, die dem „niedrigen V/G-Bereich" entsprechen.
Der „niedrige V/G-Bereich" überlappt sich jedoch mit dem „Bereich, in dem oft OSFs auftreten", wie im Befund 3) des Patentdokuments 1 (siehe 1) beschrieben, und ist ein zu vermeidender Bereich (Ein Teil des „niedrigen V/G-Bereichs" ist ein R-OSF-Bereich). Deshalb muß gemäß dem Befund 3) des Patentdokuments 1 ein Siliziumeinkristall mit einem Durch messer von 300 mm in einem Bereich gezogen und gezüchtet werden, der den „niedrigen V/G-Bereich" vermeidet. Auf diese Art ist der „niedrige V/G-Bereich", der für die Produktion des getemperten Wafers für wünschenswert gehalten wird, nicht effektiv nutzbar.
Selbst wenn ein Siliziumeinkristall unter den Kristallwachstumsbedingungen gezogen und gezüchtet wird, die dem „Bereich, wo weniger OSFs auftreten" entsprechen, während der Bereich, wo nach Patentdokument 1 oft OSFs auftreten, vermieden wird, gibt es keine Sicherheit, daß die SSDs wirksam reduziert werden können, weil die oben genannten Befunde a), b) und c) nicht bekannt sind.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Qualität von getemperten Wafern dadurch zu stabilisieren, daß SSDs zuverlässig reduziert werden, während die Reduzierung von Hohlraumdefekten außer SSDs, die für den getemperten Wafer unentbehrlich sind, und das Entstehen von BMDs als eine Getterquelle sichergestellt wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle zur Reduzierung von SSD (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte (shallow recessed defects), die auf der Oberfläche eines Wafers entstehen, der einer Temperierung unterzogen wird, bei der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundene und SSD-Kerne bildende Ablagerungen durch Steuerung von drei Parameter, Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und der Abkühlungsgeschwindigkeit in einem vorherbestimmten Temperaturbereich, beim Ziehen eines Siliziumeinkristalls aus einer Schmelze reduziert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, bei dem: die Dichte oder Menge der SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte), die auf der Oberfläche eines Wafers, der einer Temperierung unterzogen wird, entstehen, durch Verwendung eines aus einer Dichte oder Menge der SSDs, der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Siliziumeinkristalls, der Stickstoffkonzentration innerhalb des Siliziumeinkristalls, und der Abkühlungsgeschwindigkeit bei einer vorherbestimmten Temperatur während des Ziehens des Siliziumeinkristalls gebildeten relationalen Ausdrucks geschätzt wird, und der Siliziumeinkristall unter derartigen Kristallwachstumsbedingungen der Sauerstoffkonzentration, der Stickstoffkonzentration und der Abkühlungsgeschwindigkeit im vorherbestimmten Temperaturbereich gezogen wird, daß die geschätzte SSD-Dichte oder -Menge erhalten wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf das Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung, bei dem der aus Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit in einem vorherbestimmten Temperaturbereich gebildete relationale Ausdruck wie folgt dargestellt wird: Nssd = A[Oi]^l[N]^m[CR]ⁿ(mit 1>0, m>0 und n<0), wenn die SSD-Dichte oder -Menge durch Nssd, die Sauerstoffkonzentration durch Oi, die Stickstoffkonzentration durch N, die Abkühlungsgeschwindigkeit in der vorherbestimmten Temperatur durch CR bezeichnet wird und A eine Konstante bezeichnet.
Ein vierter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, bei dem ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, mit der auf einen Bereich von 1E¹³ bis 2,5E¹⁴ Atome/cm³ eingestellten Stickstoffdotierungsmenge, der auf einen Bereich von 11E¹⁷ bis 14E¹⁷ Atome/cm³ eingestellten Lösungs sauerstoffkonzentration und der auf einen Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C auf 2,5 °C/min oder höher eingestellten Abkühlungsgeschwindigkeit gezogen wird.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, bei dem ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, mit der auf einen Bereich von 1E¹³ bis 2,5E¹⁴ Atome/cm³ eingestellten Stickstoffdotierungsmenge, der auf einen Bereich von 11E¹⁷ bis 14E¹⁷ Atome/cm³ eingestellten Lösungssauerstoffkonzentration und der auf einen Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C auf 1,5 °C/min oder höher eingestellten Abkühlungsgeschwindigkeit gezogen wird.
Ein sechster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, bei dem ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, gezogen wird, während eine Abkühlungsgeschwindigkeit derartig gesteuert wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit innerhalb eines Temperaturbereichs von 900 °C bis 1000 °C bei einer Stickstoffkonzentration von 5E¹⁴ Atomen/cm³ oder niedriger und einer Sauerstoffkonzentration von 14E¹⁷ Atomen/cm³ oder niedriger 4,2 °C/min oder höher ist.
Ein siebter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, wobei ein Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oder größer gezogen wird, während eine Abkühlungsgeschwindigkeit derartig gesteuert wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit innerhalb eines Temperaturbereichs von 900 °C bis 1000 °C bei einer Stickstoffkonzentration von 5E¹⁴ Atomen/cm³ oder niedriger und einer Sauerstoffkonzentration Oi von 14E¹⁷ Atomen/cm³ oder niedriger 2,8 °C/min oder höher ist.
Ein achter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall nach dem dritten Aspekt der Erfindung, wobei von der Gleichung in Anspruch 3 eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR erhalten wird derart, daß die SSD-Dichte oder -Menge Nssd gleich oder geringer als ein Sollwert wird, wenn die Stickstoffkonzentration N gleich 5E¹⁴ Atome/cm³ oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi gleich 14E¹⁷ Atome/cm³ oder niedriger ist, und ein Siliziumeinkristall gezogen wird, während die zu erreichende Abkühlungsgeschwindigkeit gesteuert wird, um die erhaltene Abkühlungsgeschwindigkeit CR zu sein.
Ein neunter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall nach einem der Aspekte eins bis acht der Erfindung, wobei ein kühlendes Mittel zum Abkühlen eines Siliziumeinkristalls innerhalb eines Ofens bereitgestellt wird, in welchem der Vorgang des Ziehens des Siliziumeinkristalls aus einer Schmelze ausgeführt und die Abkühlungsgeschwindigkeit durch Einsatz des kühlenden Mittels gesteuert wird.
Ein zehnter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen getemperten Wafer, der erhalten wird, indem ein Siliziumwafer, der aus einem durch das Verfahren nach dem neunten Aspekt der Erfindung produzierten Siliziumeinkristall erhalten wird, Tempern unterzogen wird, wobei, wenn eine Oberfläche des getemperten Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten SP1-Instruments geprüft wird, die Dichte der dabei festgestellten SSDs mit einen Durchmesser von 140 μm oder größer 0,15/cm² oder weniger beträgt.
Ein elfter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen getemperten Wafer, worin die Dichte der SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte) mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer 0,15/cm² oder geringer ist, wenn eine Oberfläche des getemperten Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten SP1-Instruments geprüft wird und, wenn die Oberfläche des getemperten Wafers auf eine Tiefe von mindestens 1 μm poliert ist, die Dichte der durch die Messung im DNN-Modus mit Hilfe des SP1-Instruments festgestellten Defekte mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer auf 0,04/cm² oder darunter reduziert wird.
Ein zwölfter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen getemperten mit Stickstoff dotierten Wafer, worin beim Prüfen der Oberfläche des Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten Particle Counter SP1-Instruments die Dichte der dabei festgestellten SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte) mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer 0,04/cm² oder geringer ist.
Ein dreizehnter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Produktionsverfahren für getemperte Wafer, umfassend die Schritte: Tempern eines stickstoffdotierten Siliziumwafers und Polieren der getemperten Waferoberfläche auf eine Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Erkenntnisse auf der Basis von Versuchen und Simulationen erhalten.

a) Für die Reduzierung der SSD-Menge Nssd erforderliche spezifische und quantitative Werte der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N,
b) spezifische Parameter außer Sauerstoffkonzentration Oi und Stickstoffkonzentration N, die das Entstehen von SSDs verursachen (eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR in einem vorherbestimmten Temperaturbereich), und
c) Grad der Abhängigkeit und Beziehung zwischen den Parametern, die das Entstehen von SSD verursachen (die oben erwähnte Gleichung, 9 bis 12).

Weiterhin haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Erkenntnisse wie folgt erhalten.

d) Auf einer Oberfläche eines stickstoffdotierten getemperten Wafers wahrgenommene DNN-Defekte sind sehr flache und breite Defekte, die in die Waferoberfläche eingelassen sind (SSDs).
e) Die SSDs wirken sich nicht abträglich auf die dielektrischen Durchschlagseigenschaften der Oxidschicht aus.
f) Die SSDs sind nach dem Temperieren ungeachtet der Temperatmosphäre ungeschützt.
g) Die SSDs in einem sehr oberflächlichen Abschnitt der Oberfläche eines getemperten Wafers lokal vorhanden und können daher wesentlich durch Polieren der Waferoberfläche auf eine Tiefe von mindestens 1 µm beseitigt werden.

Angesichts der obigen Erkenntnisse bzw. Befunde haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, daß Tempern eines Siliziumwafers die Dichte (Menge) von mit Sauerstoff und Stickstoff und dem Ausbilden von SSD-Kernen verbundenen Ablagerungen erhöht, und ins Auge gefaßt, daß sich die SSDs entweder durch ein Verfahren, bei dem die Dichte (Menge) der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Ablagerungen durch Steuerung der drei Parameter der Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und einer Kühlkonzentration im Verlauf des Ziehens und Züchtens eines Siliziumeinkristalls 6 vor dem Tempern (die Aspekte eins bis elf der Erfindung) oder durch Polieren der Waferoberfläche nach dem Temperieren auf eine Tiefe von mindestens 1 μm (die Aspekte zwölf und dreizehn der Erfindung) reduzieren lassen.
Die Verfahren zur Reduzierung der SSDs umfassen ein Verfahren zum Ziehen eines Siliziumeinkristalls 6 bei Variierung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR für die jeweiligen Anforderungen an die SSD-Dichte (oder -Menge), die Lösungssauerstoffkonzentration und die Stickstoffdotierungsmenge.
Wenn jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit CR durch Variieren derselben für die jeweiligen Anforderungen an die SSD-Menge, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Stickstoffdotierungsmenge gesteuert wird, müssen die Details der Steuerung jedes Mal geändert werden. Um dieses zu vermeiden, ist, falls eine Anforderung an die SSD-Menge, einen ungefähren Bereich der Lösungssauerstoffkonzentration und einen ungefähren Bereich der erforderlichen Stickstoffdotierungsmenge als Anforderungen vorher bekannt ist, die Steuerung mit Festlegung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf einen Wert, bei dem diese Anforderungen stets erfüllt werden, ausführbar (die Aspekte vier bis acht der Erfindung).
Die Abkühlungsgeschwindigkeit CR ist durch den Einsatz von kühlenden Mitteln (wie einem Kühlmantel 14) steuerbar (der neunte Aspekt der Erfindung). Die Abkühlungsgeschwindigkeit CR des Siliziumeinkristalls 6 läßt sich durch den Einsatz des kühlenden Mittels (beispielsweise eines Kühlmantels 14) erhöhen.
Ein getemperter Wafer (die Aspekte zehn und elf der Erfindung), produziert durch das erfindungsgemäße Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle (die Aspekte eins bis neun der Erfindung) ist ein charakteristischer Wafer, der auf seiner Oberfläche eine äußerst niedrige SSD-Dichte (0,15/cm² oder niedriger) aufweist.
Zusätzlich zu der Reduktion der SSD-Dichte werden die Anforderungen auch für die Sauerstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration erfüllt. Weiterhin läßt sich der Siliziumeinkristall 6 unter den Wachstumsbedingungen ziehen und züchten, die einem für einen getemperten Wafer (1) wünschenswerten niedrigen V/G-Bereich entsprechen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein getemperter Qualitätswafer zuverlässig produzierbar.
Weiterhin läßt sich die SSD-Dichte (-Menge) Nssd auf einer getemperten Waferoberfläche gleichermaßen zuverlässig dadurch reduzieren, daß ein (mit Stickstoff dotierter) Siliziumeinkristall 6 produziert wird, ohne die Steuerung des erst bis neunten Aspekts der Erfindung im Verlauf des Ziehens und Züchtens den Siliziumeinkristalls 6 auszuführen, um dann das Produktionsverfahren für getemperte Wafer auszuführen, das einen Schritt des Temperns eines von dem Siliziumeinkristall 6 erhaltenen und mit Stickstoff dotierten Siliziumwafers und einen Schritt des Polierens der Waferoberfläche nach dem Tempern auf eine Tiefe von mindestens 1 μm von der Oberfläche (dem dreizehnten Aspekt der Erfindung) umfaßt. Der durch dieses Produktionsverfahren für getemperte Wafer (der zwölfte Aspekt der Erfindung) produzierte getemperte Wafer ist ein charakteristischer Wafer, der eine äußerst niedrige SSD-Dichte auf seiner Oberfläche (0,04/cm² oder niedriger) aufweist.
Bevorzugte Ausführung zur Durchführung der Erfindung
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Produktionsverfahrens für einen Siliziumwafer wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Produktionsvorrichtung für Siliziumeinkristalle zur Nutzung in der Ausführungsform, von einer Seite gesehen, zeigt.
Wie in 3 gezeigt, weist die Vorrichtung 1 zum Ziehen von Einkristallen gemäß der Ausführungsform einen als Gefäß zum Ziehen der Einkristalle dienenden CZ-Ofen (Kammer) 2 auf.
Ein Quarztiegel 3 wird innerhalb des CZ-Ofens 2 zur Aufnahme eines polykristallinen Siliziumrohstoffs, der als Schmelze 5 geschmolzen wird, angeordnet. Die Außenseite des Quarztiegels 3 ist mit einem Graphittiegel 11 umkleidet. Ein Heizelement 9 wird seitlich an der Außenseite des Quarztiegels 3 für das Erhitzen und Schmelzen des polykristallinen Siliziumroh stoffs innerhalb des Quarztiegels 3 bereitgestellt. Die Ausgabe (Leistung; kW) des Heizelements 9 wird gesteuert, um die auf die Schmelze 5 einwirkende Hitze einzustellen. Beispielsweise wird die Temperatur der Schmelze 5 erfaßt, und die Ausgabe des Heizelements 9 wird durch Nutzung der erfaßten Temperatur als Rückkopplungswert gesteuert, so daß die Temperatur der Schmelze 5 die Zieltemperatur erreicht.
Ein wärmeisolierender Zylinder 13 wird zwischen dem Heizelement 9 und den Innenwänden des CZ-Ofens 2 bereitgestellt.
Ein Ziehmechanismus 4 wird oberhalb des Quarztiegels 3 bereitgestellt. Der Ziehmechanismus 4 umfaßt eine Ziehwelle 4a und ein Impfkristallspannfutter 4c am distalen Ende der Ziehwelle 4a. Ein Impfkristall 14 wird vom Impfkristallspannfutter 4c gehalten.
Polykristallines Silizium (Si) wird im Quarztiegel 3 erhitzt und geschmolzen. Sobald die Temperatur der Schmelze 5 stabilisiert ist, wird der Ziehmechanismus 4 ausgelöst, und ein Siliziumeinkristall (Siliziumeinkristallrohling) 6 wird aus der Schmelze 5 heraufgezogen. Insbesondere wird die Ziehwelle 4a gesenkt, so daß der vom Impfkristallspannfutter 4c gehaltene Impfkristall 14 am distalen Ende der Ziehwelle 4a in die Schmelze 5 eingetaucht wird. Nachdem der Impfkristall 14 von der Schmelze 5 benetzt worden ist, wird die Ziehwelle 4a angehoben. Der (im Folgenden „Siliziumeinkristall 6" genannte) Siliziumkristall 6 wächst mit dem Anheben des vom Impfkristallspannfutter 4c gehaltenen Impfkristalls 14. Während des Ziehens wird der Quarztiegel 3 durch eine Drehwelle 10 mit einer Rotationsgeschwindigkeit ω 1 gedreht. Die Ziehwelle 4a des Ziehmechanismus 4 rotiert mit einer Rotationsgeschwindigkeit ω 2 in derselben Richtung wie die Drehwelle 110 oder in zur Drehwelle 110 entgegengesetzten Richtung.
Entsprechend dieser Ausführungsform läßt sich ein Siliziumwafer mit beispielsweise einer Nitridschicht vorläufig in die Schmelze 5 im Quarztiegel 3 einbringen, um den Siliziumeinkristall 6 beim Ziehen mit Stickstoff zu dotieren.
Die Drehwelle 10 kann senkrecht angetrieben werden, um zu ermöglichen, daß der Quarztiegel 3 zu einer gewünschten Position hinauf und hinunter bewegt wird.
Die Innenseite des CZ-Ofens 2 wird durch Isolierung der Innenseite des Ofens 2 von der Außenatmosphäre unter einem Vakuum (beispielsweise von ungefähr 20 Torr) gehalten. Insbesondere wird Argongas 7 als ein Inertgas dem CZ-Ofen 2 zugeführt und durch eine Pumpe von einer Auslaßöffnung des CZ-Ofens 2 abgezogen. Dies hält die Innenseite des Ofens 2 unter einem vorherbestimmten Unterdruck.
Verschiedene verdampfte Stoffe werden während des Vorgangs des Ziehens eines Einkristalls (einer Beschickung (batch)) innerhalb des CZ-Ofens 2 erzeugt. Aus diesem Grunde wird das Argongas 7 dem CZ-Ofen 2 zugeführt, um die verdampften Stoffe nach der Außenseite des CZ-Ofens 2 zu entleeren und dadurch die Innenseite des CZ-Ofens 2 von den verdampften Stoffen zu reinigen. Die Durchflußmenge an zugeführtem Argongas 7 wird für jede Stufe in einer Beschickung vorgegeben.
Die Menge der Schmelze 5 verringert sich allmählich während des Ziehens des Siliziumkristalls 10. Mit der Verringerung der Menge der Schmelze 5 ändert sich die Größe der Kontaktfläche zwischen der Schmelze 5 und dem Quarztiegel 3, und die Menge des vom Quarztiegel 3 aufgelösten Sauerstoffs ändert sich. Diese Änderungen beeinflussen die Sauerstoffkonzentrationsverteilung im Siliziumkristall 10 während des Ziehens. Um dies zu verhindern, ist es möglich, zusätzlichen polykristallinen Siliziumrohstoff oder Siliziumeinkristallrohstoff entweder während des Ziehens oder nach dem Ziehen dem Quarztiegel 3, in welchem sich die Menge der Schmelze 5 verringert hat, zuzuführen.
Eine Hitzeschildplatte 8 (Gasaustauschrohr) in Form eines im Wesentlichen umgekehrten kreisförmigen Kegelstumpfes wird bereitgestellt, um den Siliziumkristall 10 oberhalb des Quarztiegels 3 zu umgeben. Die Hitzeschildplatte 8 wird von dem Wärmeisolierungszylinder 13 getragen. Die Hitzeschildplatte 8 lenkt das als ein Trägergas genutzte und von oben dem CZ-Ofen 2 zugeführte Argongas 7 in Richtung des Zentrums der Schmelzoberfläche 5a und danach über die Oberfläche 5a der Schmelze zum peripheren Rand der Schmelzoberfläche 5a. Das Argongas 7 wird von einer an einem niedrigeren Abschnitt des CZ-Ofens 2 bereitgestellten Auslaßöffnung zusammen mit von der Schmelze 5 verdampftem Gas abgezogen. Dies stabilisiert den Gasdurchsatz über der flüssigen Oberfläche und hält den von der Schmelze 5 verdampften Sauerstoff in einem stabilen Zustand.
Die Hitzeschildplatte 8 isoliert und schirmt den Impfkristall 14 und den aus dem Impfkristall 14 gewachsenen Siliziumeinkristall 6 thermisch von der Strahlungshitze ab, die durch Hochtemperaturbauteile, wie den Quarztiegel 3, die Schmelze 5 und das Heizelement 9, erzeugt wird. Die Hitzeschildplatte 8 verhindert auch, daß Verunreinigungen (wie Siliziumoxid), die innerhalb des Ofens entstehen, am Siliziumeinkristall 6 haften und dessen Wachstum behindern. Die Größe eines Abstands H zwischen der Oberfläche 5a der Schmelze und dem unteren Ende der Hitzeschildplatte 8 läßt sich durch Anheben oder Absenken der Drehwelle 10 und durch Veränderung der vertikalen Position des Quarztiegels 3 ändern. Der Abstand H kann auch durch senkrechtes Bewegen der Hitzeschildplatte 8 mit Hilfe einer Hebevorrichtung eingestellt werden.
Die Wachstumsbedingung V/G (V bezeichnet eine Wachstumsgeschwindigkeit, und G bezeichnet ein axiales Temperaturgefälle im Kristall) des Siliziumeinkristalls 6 lassen sich durch Einstellen des Abstands H, der Hebegeschwindigkeit der Ziehwelle 4a und so weiter steuern.
Die Stickstoffkonzentration (Stickstofflast; Atome/cm³) im Siliziumeinkristall 6 wird durch Einstellen des Stickstoffeintrags in den Quarztiegel 3 gesteuert.
Weiterhin wird die Sauerstoffkonzentration (Atome/cm³) im Siliziumkristall 6 durch Einstellen der Schmelztiegelrotationsgeschwindigkeit ω 1, der Ziehwellenrotationsgeschwindigkeit ω 2, des Argongasdurchsatzes, des Drucks im Ofen und so weiter während des Ziehens gesteuert. Ein Magnet 15 wird um den CZ-Ofen 2 herum bereitgestellt, um ein horizontales Magnetfeld (laterales Magnetfeld) an die Schmelze 5 im Quarztiegel 3 anzulegen. Das Anlegen eines horizontalen Magnetfelds an die Schmelze 5 hemmt das Entstehen von Konvektion der Schmelze 5 innerhalb des Quarztiegels 3 und führt zu einer Stabilisierung des Kristallwachstums. Weiterhin läßt sich die Sauerstoffkonzentration vorteilhaft durch Einstellen der Schmelztiegelrotationsgeschwindigkeit steuern, während ein horizontales Magnetfeld an die Schmelze 5 angelegt wird.
Ein Kühlmantel 14 zum Abkühlen des Siliziumeinkristalls 6 währen des Ziehens wird im Inneren der Hitzeschildplatte 8 an einer Position um das gezogene Siliziumeinkristall 6 herum bereitgestellt. Durch Einstellen der Kühlkapazität des Kühlmantels 14 wird das axiale Temperaturgefälle des Siliziumeinkristalls 6 variiert und dabei die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls 6 gesteuert. Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls 6 ist beispielsweise durch Einstellen des Kühlmitteldurchflusses durch das Innere des Kühlmantels 14 steuerbar. Jedes gewünschte kühlende Mittel kann zum Abkühlen des Siliziumeinkristalls 6 verwendet werden. Zum Beispiel kann eine zusätzliche Hitzeschildplatte getrennt von der Hitzeschildplatte 8 um den Siliziumeinkristall 8 herum bereitgestellt werden, um die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls 6 zu steuern.
Ein Rohling des mittels der in 3 gezeigten Vorrichtung produzierten Siliziumeinkristalls 6 wird mit einem Schneidwerkzeug geschnitten, um Siliziumwafer zu erhalten. Der Siliziumwafer wird getempert, wie in 2 gezeigt, nachdem er vor thermischer Behandlung Prozessen unterzogen worden ist, die Abfasen, Läppen, Ätzen, Polieren und Säubern umfassen.
Der Siliziumwafer wird gemäß einem in 4 gezeigten Rezept getempert. Insbesondere wird die Temperatur bei einer vorherbestimmten Temperaturzunahmerate T °C/min bis zu einer Maximaltemperatur linear erhöht und für t Stunden (eine oder mehrere Stunden, beispielsweise für eine oder zwei Stunden) bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 1150 °C bis zu etwa 1250 °C (zum Beispiel 1200 °C) gehalten, so daß der Siliziumwafer getempert wird. Anschließend wird die Temperatur bei einer vorherbestimmten Temperaturabnahmerate T °C/min rampenartig gesenkt, und der Siliziumwafer wird dem Temperofen entnommen. Das Tempern wird beispielsweise in einer Argongasatmosphäre ausgeführt. Das Tempern ist auch in einer Atmosphäre wie Wasserstoffgasatmosphäre oder einer Atmosphäre mit einer Gasmischung aus Wasserstoff- und Argongas ausführbar.
Die Erkenntnisse bzw. Befunde der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Versuche und Simulation aus, um die folgenden Befunde über SSDs zu erhalten:

a) Spezifische und quantitative Werte der Sauerstoff- und der Stickstoffkonzentration, die zur Reduzierung der SSD-Menge erforderlich sind,
b) Spezifische Parameter außer Sauerstoff- und Stickstoffkonzentration, die das Entstehen von SSDs verursachen, und
c) Grad der Abhängigkeit und Beziehung zwischen den Parameter, die das Entstehen von SSDs verursachen.

Zuerst wurden Siliziumeinkristalle bei variierenden Kristallwachstumsbedingungen, Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen gezogen und Siliziumwafer durch Ausschneiden von den jeweiligen Siliziumrohlingen erhalten und getempert. Eine Menge an SSDs auf der Oberfläche jedes der getemperten Wafer (Proben) wurde gemessen.
Der hier verwendete Ausdruck „SSD" bedeutet einen Waferoberflächendefekt, der im DNN (Dark-field Normal Narrow)-Modus unter Verwendung eines handelsüblichen SP1-Partikelzählers festgestellt wird. Der DNN-Modus ist ein Modus, bei welchem Laserlicht senkrecht auf den Wafer gerichtet und dann in einem Abschnitt nahe der normalen Reflexion gesammelt wird, um die durch Defekte verursachte Streureflexion zu beobachten. Der DNN-Modus ist besonders wirkungsvoll, um Fremdpartikel und Pits (Vertiefungen) auf der Waferoberfläche wahrzunehmen.
5A bis 5J zeigen SSD-Verteilungen und SSD-Mengen auf den getemperten Waferoberflächen. 5A bis 5E (die Diagramme in der oberen Reihe) zeigen getemperte Wafer, die in einer Wasserstoffgasatmosphäre getempert wurden, während 5F bis 5J (die Diagramme in der unteren Reihe) getemperte Wafer zeigen, die in einer Argongasatmosphäre getempert wurden. Die Mengen an SSD werden jeweils für solche mit einem Durchmesser von 0,12 μm oder größer und solche mit einem Durchmesser von 0,14 µm oder größer gezeigt.
5A und 5F zeigen Proben eines Vergleichsbeispiels, das ein von einem Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 200 mm erhaltener getemperter Wafer ist. Die anderen als die in 5A und 5F gezeigten Proben sind von einem getemperten Wafer, der von einem Siliziumeinkristall mit einem Durchmesser von 300 mm erhalten wurde. Um die Mengen an SSDs in Bezug auf Proben mit einem gleichen Durchmesser zu vergleichen, wurden die Proben mit einen Durchmesser von 300 mm wurden vor dem Tempern verarbeitet, um den Durchmesser auf 200 mm zu reduzieren.
Die Proben des in 5A und 5F gezeigten vergleichenden Beispiels sind getemperte Wafer, erhalten von einem Siliziumeinkristall, der in einem V-reichen Bereich gezogen wurde, welcher auf der Seite der höheren Rate als der in 1 gezeigte niedrige V/G-Bereich ist. Im Gegensatz dazu sind die anderen Proben, also nicht die des in 5A und 5F gezeigten vergleichenden Beispiels, getemperte Wafer, erhalten von einem in 1 gezeigten Siliziumeinkristall, das im niedrigen V/G-Bereich gezogen wurde.
Aus 5A bis 5J ist ersichtlich, daß die SSD-Menge offensichtlich größer ist, wenn der Siliziumeinkristall unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen wird, die dem niedrigen V/G-Bereich entsprechen, als wenn der Siliziumeinkristall Kristallwachstumsbedingungen untergezogen wird, die dem im Vergleich zum niedrigen V/G-Bereich V-reichen Bereich auf der Seite der höheren Rate entsprechen.
Gemäß den erhaltenen Ergebnissen hat die Wasserstoffgasatmosphäre zur Reduktion der SSDs etwas mehr als die Argongasatmosphäre beigetragen.
6A ist eine graphische Darstellung, bei der die Sauerstoffkonzentration auf der horizontalen Achse und die SSD-Menge auf der vertikalen Achse eingetragen sind. Siliziumeinkristalle wurden unter Veränderung der Sauerstoffkonzentration, der Stickstoffkonzentration und der Ziehgeschwindigkeit gezogen, und die SSD-Menge wurde für jeden getemperten Wafer gemessen. Die SSDs mit einem Durchmesser von 0,14 μm oder mehr wurden gezählt. 6B ist eine Tabelle, die die Abkühlungsgeschwindigkeit, die Sauerstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration für jede der Gruppen A, B, C und D der 6B zeigt.
Die in 6A und 6B mit A gekennzeichnete Gruppe stellt Meßergebnisse getemperter Wafer dar, die von einem Siliziumeinkristall erhalten wurden, der mit Stickstoff dotiert ist und unter den Kristallwachstumsbedingungen gezogen wurde, die dem niedrigen V/G-Bereich entsprechen, und bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit niedrig ist. Bei dieser Gruppe A ist die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) von 0,27 bis 0,33, die Sauerstoffkonzentration (xE¹⁷ Atome/cm³) von 11,2 bis 13,4 und die Stickstoffkonzentration (xE¹⁴ Atome/cm³) 0.7 bis 1.2.
Die in 6A und 6B mit B gekennzeichnete Gruppe stellt Meßergebnisse getemperter Wafer dar, die von einem Siliziumeinkristall erhalten wurden, der mit Stickstoff dotiert und unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen wurde, die dem V-reichen Bereich entsprechen, und bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit mittelhoch ist. Bei dieser Gruppe A ist die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) von 0,40 bis 0,44, die Sauerstoffkonzentration (xE¹⁷ Atome/cm³) von 11,4 bis 12,5 und die Stickstoffkonzentration (xE¹⁴ Atome/cm³) von 0.6 bis 0.7.
Die in 6A und 6B mit C gekennzeichnete Gruppe stellt Meßergebnisse getemperter Wafer dar, die von einem Siliziumeinkristall erhalten wurden, der mit Stickstoff dotiert und unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen wurde, die dem V-reichen Bereich entsprechen, und bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit hoch ist. Bei dieser Gruppe C ist die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) von 0,73 bis 0,77, die Sauerstoffkonzentration (xE¹⁷ Atome/cm³) von 9,3 bis 11,4 und die Stickstoffkonzentration (xE¹⁴ Atome/cm³) von 1.1 bis 1.3.
Die in 6A und 6B mit D gekennzeichnete Gruppe stellt Meßergebnisse getemperter Wafer dar, die von einem Siliziumeinkristall erhalten wurden, der nicht mit Stickstoff dotiert ist und unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen wurde, die dem V-reichen Bereich entsprechen, und bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit mittelhoch ist. Bei dieser Gruppe D ist die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) von 0,38 bis 0,42, und die Sauerstoffkonzentration (xE¹⁷ Atome/cm³) ist von 14.0 bis 15.0.
Aus 6A und 6B ist ersichtlich, daß die SSD-Menge dazu tendiert, mit zunehmender Sauerstoffkonzentration größer zu werden.
Beim Vergleich der Gruppen B und D, deren Abkühlungsgeschwindigkeiten beide mittelhoch sind, ist die SSD-Menge in der Gruppe B mit Stickstoffdotierung größer als in der Gruppe D ohne Stickstoffdotierung. Daraus ist erkennbar, daß die Menge an SSDs dazu tendiert, mit zunehmender Stickstoffkonzentration größer zu werden.
Beim Vergleich der Gruppen A, B und C, die Stickstoffdotierung einschließen, ist die SSD-Menge in der Gruppe B, bei der die Abkühlungsgeschwindigkeit mittelhoch ist, größer als in der Gruppe C, bei der die Abkühlungsgeschwindigkeit hoch ist. Die SSD-Menge ist in der Gruppe A, bei der die Abkühlungsgeschwindigkeit niedrig ist, größer als in der Gruppe B, bei der die Abkühlungsgeschwindigkeit mittelhoch ist. Daraus ist ersichtlich, daß die Menge an SSDs tendiert, mit sinkender Abkühlungsgeschwindigkeit größer zu werden.
Die Unterseite eines Siliziumeinkristalls von gerader zylindrischer Form, wo ein Schwanzabschnitt ausgebildet werden soll, wird mit einer höheren Abkühlungsgeschwindigkeit als die anderen Abschnitte des Siliziumeinkristalls abgekühlt. Deshalb wurde die Beziehung zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit und dem SSD weiterhin geprüft.
7 ist eine graphische Darstellung, bei der die Position des Siliziumeinkristalls 6 auf der horizontalen Achse eingetragen ist, während die Sauerstoffkonzentration Oi auf der linksseitigen vertikalen Achse und die SSD-Menge auf der rechtsseitigen vertikalen Achse eingetragen ist. Ein Rohling des Siliziumeinkristalls 6 wird schematisch entlang der horizontalen Achse von 7 gezeigt. Das linksseitige Ende der horizontalen Achse von 7 entspricht dem oberen Ende des geraden zylindrischen Rohlings des Siliziumeinkristalls 6, während das rechtsseitige Ende der horizontalen Achse dem unteren Ende des geraden zylindrischen Rohlings des Siliziumeinkristalls 6 entspricht. SSDs mit einem Durchmesser von 0,14 μm oder größer wurden gezählt.
In 7 stellen die mit einer Kreismarkierung (o) gekennzeichneten Kurven die Sauerstoffkonzentration dar, während die mit Kreuzmarkierung (x) gekennzeichneten Kurven die Menge an SSDs darstellen.
Aus 7 ist ersichtlich, daß sich die die SSD-Menge (x) mit zunehmender Sauerstoffkonzentration (o) vergrößert und daß eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration (o) und der SSD-Menge (x) besteht. Jedoch nimmt die Abkühlungsgeschwindigkeit zunächst ab und dann wieder zu, wenn sie den Schwanzabschnitt eines Siliziumeinkristalls ausbildet. Somit haben ein Abschnitt E des Siliziumeinkristalls, wo die Abkühlungsgeschwindigkeit abnimmt, und ein Abschnitt F, wo die Abkühlungsgeschwindigkeit zunimmt, verschiedene Abkühlungsgeschwindigkeiten gegenüber dem anderen Abschnitt, der eine gerade zylindrische aufweist. Damit wurde eine Tendenz beobachtet, daß die Sauerstoffkonzentration (o) nicht mit der SSD-Menge (x) korreliert.
Aus der Beobachtung des Abschnitts E, „wo die Abkühlungsgeschwindigkeit niedrig ist" und des Abschnitts F „wo die Abkühlungsgeschwindigkeit hoch ist" in 7 ist ersichtlich, daß die Menge an SSDs mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit abzunehmen tendiert.
Auf Grundlage des Verstehenden haben die Erfinder der vorliegenden Erfinder geschätzt, daß sich eine SSD-Dichte Nssd auf einer getemperten Waferoberfläche durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³), der Stickstoffkonzentration N (Atome/cm³) und der Abkühlungsgeschwindigkeit CR (°C/min) als Parameter bei einem vorherbestimmten Temperaturbereich berechnen ließe.
Deshalb wurde eine Gleichung zur Schätzung der SSD-Dichte Nssd (im Folgenden „SSD-Dichteschätzungsgleichung" genannt) durch multiple Regressionsanalyse auf der Basis der Versuchsergebnisse wie folgt erhalten: Nssd = A[Oi]^l[N]^m[CR]ⁿ(mit 1>0, m>0 und n<0) (1)
Die Werte von A, 1, m und n sind Konstanten, die abhängig von einem Schwellenwert für einen als SSD zu bestimmenden Defektdurchmesser, dem Durchmesser eines getemperten Wafers und einem Temperaturbereich der Abkühlungsgeschwindigkeit variieren.
Diese Werte waren, wie unten angegeben, als bei einem Durchmesser des getemperten Wafers von 300 mm und einem Temperaturbereich der Abkühlungsgeschwindigkeit von 950 °C Defekte mit einem Durchmesser von 0,14 μm oder größer als SSDs zu bestimmen waren.

A = exp (–420,0)
l = 9,0
m = 1,3
n = 1,7

8 zeigt Korrelation zwischen tatsächlichen SSD-Werten und geschätzten SSD-Werten, bei der die aktuellen Werte der SSD-Menge, die durch Messung der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm unter Verwendung des oben erwähnten SP1-Instruments im DNN-Modus erhalten wurden, auf der horizontalen Achse eingetragen sind, während die durch Umrechnung der SSD-Dichte eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm, erhalten durch die SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)), in eine Menge an SSDs auf der Oberfläche eines getemperten Wafers erhaltenen Schätzwerte der SSD-Menge auf der vertikalen Achse eingetragen sind. Pt1 bezeichnet einzelne kongruente Punkte, und LI ist eine von den kongruenten Punkten Pt1 erhaltene Korrespondenzlinie. Wie aus 8 ersichtlich, entsprachen die geschätzten Werte der SSD-Menge im Wesentlichen den aktuellen Werten.
9 zeigt aus der SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)) erhaltene korrespondierende Linien L21, L22, L23 und L24. In 9 stellt die horizontale Achse die Sauerstoffkonzentration Oi (xE¹⁷ Atome/cm³), und die vertikale Achse stellt die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) dar. Die korrespondierenden Linien L21, L22, L23 beziehungsweise L24 stellen die Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi (xE¹⁷ Atome/cm³) bei einer Stickstoffkonzentration N (Atome/cm³) von 5E¹³, 1E¹⁴, 2,5E¹⁴ beziehungsweise 5E¹⁴ und der zur Reduzierung der SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,15/cm² oder niedriger (zur Reduzierung der Menge an Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 100 oder niedriger) erforderlichen Abkühlungsgeschwindigkeit CR dar. Die SSD-Dichte in 9 bezeichnet eine Dichte der SSDs mit einem Durchmesser von 0,14 μm oder größer.
Dementsprechend ist es möglich, eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR zu erhalten, die erforderlich ist, um die SSD-Dichte durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Basis der in 9 gezeigten korrespondierenden Linien L21, L22, L23 und L24 auf 0,15/cm² oder niedriger zu reduzieren.
Ein Siliziumeinkristall wird oft unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Stickstoffkonzentration N auf etwa 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi auf ungefähr 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder niedriger eingestellt ist. Wie aus 9 ersichtlich, ist die Abkühlungsgeschwindigkeit CR 2,5 (°C/min), wenn die Stickstoffkonzentration N 2,5E¹⁴ ist (Atome/cm³) und die Sauerstoffkonzentration Oi 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) ist. Entsprechend läßt sich die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm zuverlässig auf 0,15/cm² oder niedriger (entsprechend 100 Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) reduzieren, wenn der Siliziumeinkristall bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) mit einer auf 2.5 (°C/min) oder höher gehaltenen Abkühlungsgeschwindigkeit CR gezogen wird, solange die Stickstoffkonzentration N auf etwa 2,5E¹⁴ (Atomen/cm³) oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi auf etwa 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder niedriger eingestellt ist.
Gleichermaßen zeigt 10 korrespondierende Linien L31, L32, L33 und L34, die von der SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)) erhalten wurden. In 10 stellt die horizontale Achse die Sauerstoffkonzentration Oi (xE¹⁷ Atome/cm³) und die vertikale Achse die Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/min) bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) dar. Die korrespondierenden Linien L31, L32, L33 beziehungsweise L34 stellen die Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi (xE¹⁷ Atome/cm³) und der für die Reduzierung der SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,3/cm² oder niedriger (zur Reduzierung der Menge an Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 200 oder weniger) erforderlichen Abkühlungsgeschwindigkeit CR dar, wenn die Stickstoffkonzentration N (Atome/cm³) 5E¹³, 1E¹⁴, 2,5E¹⁴ beziehungsweise 5E¹⁴ beträgt. Die SSD-Dichte in 10 bezeichnet eine Dichte von SSDs mit einem Durchmesser von 0,14 mm oder größer.
Dementsprechend ist es möglich, eine zur Reduzierung der SSD-Dichte auf 0,3/cm² oder niedriger erforderliche Abkühlungsgeschwindigkeit CR durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Basis der in 10 gezeigten korrespondierenden Linien L31, L32, L33 und L34 zu erhalten.
Ähnlich dem bezüglich 9 Beschriebenen ist aus den korrespondierenden Linien L31, L32, L33 und L34 in 10 ersichtlich, daß sich die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm zuverlässig auf 0,3/cm² oder niedriger (entsprechend 200 oder weniger Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) reduzieren läßt, wenn das Siliziumeinkristall bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) und einer auf 1,5 (°C/min) oder höher ge haltenen Abkühlungsgeschwindigkeit CR gezogen wird, solange die Stickstoffkonzentration N auf etwa 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi auf etwa 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder niedriger eingestellt ist.
11 zeigt aus der SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)) erhaltene Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L41, ... . In 11 stellt die horizontale Achse die Sauerstoffkonzentration Oi (x10¹⁷ Atome/cm³) dar, während die vertikale Achse die Stickstoffkonzentration N (x10¹⁴ Atome/cm³) darstellt. Ein auf der horizontalen Achse eingetragener Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi ist 14 (x10¹⁷ Atome/cm³). Ein auf der vertikalen Achse eingetragener Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N ist 5 (x10¹⁴ Atome/cm³). Jede der Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L41, ... beziffert eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR (°C/min), die erforderlich ist, um die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,15/cm² oder niedriger (entsprechend 100 oder weniger Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) bei einer willkürlichen Sauerstoffkonzentration Oi (x10¹⁷ Atome/cm³) und einer willkürlichen Stickstoffkonzentration N (x10¹⁴ Atome/cm³) zu reduzieren.
Dementsprechend ist es möglich, eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR zu erhalten, die erforderlich ist, um die SSD-Dichte auf 0,15/cm² oder weniger durch Verwenden der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Basis der in 11 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L41, ... zu reduzieren.
Ein Siliziumeinkristall wird normalerweise unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Stickstoffkonzentration N auf 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder niedriger eingestellt ist, während die Sauerstoffkonzentration Oi auf 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder niedriger eingestellt ist. Aus 11 ist ersichtlich, daß die Linie gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit (die Abkühlungsgeschwindigkeit, die dem Maximalwert auf der horizontalen Achse und dem Maximalwert auf der vertikalen Achse) 4,2 (°C/min) ist, wenn die Stickstoffkonzentration N 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) und die Sauerstoffkonzentration Oi 14 (x¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) ist. Dementsprechend ist es möglich, die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm zuverlässig auf 0,15/cm² oder niedriger (entsprechend 100 oder weniger Defekte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) zu reduzieren, wenn der Siliziumeinkristall bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) mit einer auf 4,2 (°C/min) oder höher gehaltenen Abkühlungsgeschwindigkeit CR gezogen wird, solange die Stickstoffkonzentration und die Sauerstoffkonzentration auf einen normalen Bereich eingestellt sind; d. h., die Stickstoffkonzentration N ist auf einen Bereich von 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi ist auf einen Bereich von 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder niedriger eingestellt.
12 zeigt aus der SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)) erhaltene Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L51, ... . In 12 stellt die horizontale Achse der Sauerstoffkonzentration Oi (x10¹⁷ Atome/cm³) dar, während die vertikale Achse die Stickstoffkonzentration N (x10¹⁴ Atome/cm³) darstellt. Ein Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse ist 14 (x10¹⁷ Atome/cm³). Ein Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse ist 5 (x10¹⁴ Atome/cm³). Jede der Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten L51, ... beziffert eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR (°C/min), die erforderlich ist, um die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,3/cm² oder niedriger (entsprechend 200 oder weniger Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) bei einer willkürlichen Sauerstoffkonzentration Oi (x10¹⁷ Atome/cm³) und einer willkürlichen Stickstoffkonzentration N (x10¹⁴ Atome/cm³) zu reduzieren.
Dementsprechend ist es möglich, eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR zu erhalten, die erforderlich ist, um die SSD-Dichte durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Basis der in 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L51, .., auf 0,3/cm² oder niedriger zu reduzieren.
Deshalb ist ähnlich dem mit Bezug auf 11 Beschriebenen aus den in 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit L51, ... ersichtlich, daß sich die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm zuverlässig auf 0,3/cm² oder niedriger (entsprechend 200 oder weniger Defekten auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) reduzieren läßt, wenn der Siliziumeinkristall bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) und einer auf 2.8 (°C/min) oder höher gehaltenen Abkühlungsgeschwindigkeit CR gezogen wird, solange die Stickstoffkonzentration und die Sauerstoffkonzentration auf einen normalen Bereich eingestellt sind, das heißt, daß die Stickstoffkonzentration N auf einen Bereich von 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration auf einen Bereich von 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder niedriger eingestellt ist.
Die Erkenntnisse bzw. Befunde zum Mechanismus des Entstehens von SSDs und die Formen und Größen von SSDs werden beschrieben.
Die folgenden Befunde wurden auf der Basis der Ergebnisse von Versuchen und Simulationen, wie oben beschrieben, erhalten:

a) Für die Reduzierung der SSD-Dichte (oder SSD-Menge) erforderliche spezifische und quantitative Werte der Sauerstoff- und der Stickstoffkonzentration (Gleichung (1), 9 bis 12),
b) spezifische Parameter außer Sauerstoffkonzentration und Stickstoffkonzentration, die das Entstehen von SSDs verursachen (eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR in einem vorherbestimmten Temperaturbereich), und
c) Grad der Abhängigkeit und Beziehung zwischen den Parametern, die das Entstehen von SSDs verursachen (Gleichung (1), 9 bis 12).

Aufgrund dieser Befunde a), b) und c) wird angenommen, daß die SSD Defekte sind, die aus einem Mechanismus erwachsen, bei dem, wenn ein Siliziumeinkristall gezogen wird, Anlagerungen in Verbindung mit Sauerstoff und Stickstoff innerhalb des Siliziumeinkristalls bewirkt werden, und diese mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Anlagerungen werden durch Tempern dazu gebracht, als Kerne zu dienen, welche die Defekte auf der Waferoberflächenschicht in eine Form von Defekten wachsen lassen, die im DNN-Modus bei Verwendung eines SP1-Partikelzählers leicht erkennbar sind.
Wie oben beschrieben, wird daher angenommen, daß sich beim Ziehen eines Siliziumeinkristalls mit Steuerung der Parameter der Sauerstoffkonzentration, der Stickstoffkonzentration und der Abkühlungsgeschwindigkeit die mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen und als SSD-Kerne dienenden Ablagerungen SSDs vor der Ausführung eines Temperprozesses beseitigen oder in ihrer Größe reduzieren lassen und es somit verhinderbar ist, daß die Ablagerungen nach dem Temperprozeß als SSDs freiliegen.
Deshalb wurden weitere Messungen vorgenommen, um die Merkmale der SSDs mit Hilfe eines MAGICS (wafer defect inspection/review system) (Waferdefektprüfungs/ kontrollsystem M350H von Laser Tee)) und eines AFM (SPA-460 von SEIKO Instruments Inc.) zu untersuchen.
13A und 13B zeigen Ergebnisse der Messung einer getemperten Waferoberfläche bei Verwendung von MAGICS. Aus 13A und 13B ist ersichtlich, daß SSDs Defekte sind, die in die Waferoberfläche eingelassen sind.
13C und 13D zeigen Ergebnisse der Messung einer getemperten Waferoberfläche bei Verwendung von AFM. Auch aus 13C und 13D ist ersichtlich, daß SSDs Defekte sind, die in die Waferoberfläche eingelassen sind. Es kann auch sichtbar, daß die SSDs sehr schwache Vertiefungen sind, die eine Breite von 0,5 bis 2,5 μm und eine Tiefe von etwa 2 bis 5 nm haben. Mit anderen Worten sind die SSDs Vertiefungsdefekte von sehr flacher, breiter Form.
Die Messungen wurden bei sich ändernder Temperatmosphäre vorgenommen. Es wurde als ein Ergebnis festgestellt, daß die SSDs ungeachtet der Art der Atmosphäre, ob Argongas, Wasserstoffgas oder einer Gasmischung davon, freigelegt wurden. Somit hatte die Temperatmosphäre keinen besonderen Einfluß (wie oben beschrieben, verringerten sich jedoch die SSDs in Wasserstoffgasatmosphäre etwas mehr als in Argongasatmosphäre).
In Anbetracht dessen, daß die SSDs sehr flache Vertiefungsdefekte sind, wurde ins Auge gefaßt, daß sich die SSDs durch Polieren beseitigen ließen, und die Oberfläche eines getemperten Wafers wurde poliert und im DNN-Modus mittels SP1 gemessen.
14 zeigt im Vergleich das Ergebnis der Messung der Oberfläche eines Wafers unmittelbar nach dem Tempern (in 14 als „nach dem Tempern" bezeichnet) im DNN-Modus mittels SP1, und das Ergebnis der Messung der Oberfläche eines Wafers, der nach dem Tempern auf eine Tiefe von 1 μm von der Waferoberfläche poliert wurde (in 14 als „nach dem Polieren" bezeichnet), im DNN-Modus mittels SP1. Die Messung wurde sowohl „nach dem Temperieren" als auch „nach dem Polieren" an jedem der eine Gruppe D bildenden getemperten Wafer, der eine Gruppe B bildenden getemperten Wafer und der eine Gruppe A bildenden getemperten Wafer ausgeführt, und die Meßergebnisse wurden verglichen. Von den auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm wahrgenommenen SSDs wurden nur solche gezählt, die einen Durchmesser von 0,14 µm hatten.
Wie aus 14 ersichtlich, gab es bezüglich der die Gruppe A bildenden getemperten Wafer unmittelbar nach dem Tempern eine große Menge (999) an SSDs auf der Waferoberfläche, die durch Polieren der Waferoberfläche um nur 1 μm dramatisch (auf zwei SSDs) reduziert wurde.
Weitere Versuche wurden an verschiedenen Arten und einer großen Anzahl von Proben unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen, Stickstoffkonzentrationen und Abkühlungsgeschwindigkeiten ausgeführt, um die durch Polieren erreichte SSD-reduzierende Wirkung zu studieren.
15 zeigt im Vergleich das Ergebnis der Messung der Oberfläche eines Wafers unmittelbar nach dem Tempern (in 15 als „nach dem Tempern" bezeichnet) für jede der Proben #1 bis #10 im DNN-Modus mit Hilfe des SP1 und das Ergebnis der Messung der nach dem Tempern auf eine Tiefe von 1 μm von der Waferoberfläche polierten Oberfläche eines Wafers (in 15 als „nach dem Polieren" bezeichnet) für die Proben #1 bis #10 im DNN-Modus mit Hilfe des SP1.
Wie aus 15 ersichtlich, war auf der Waferoberfläche unmittelbar nach dem Tempern eine große Menge an SSDs (mindestens 250 Defekte in den Proben #1 bis #10) vorhanden, die durch Polieren der Waferoberfläche um nur 1 μm dramatisch (auf maximal 26 Defekte in den Proben #1 bis #10) reduziert wurde. Es wird somit angenommen, daß sich die Menge an SSDs durch Polieren der Oberfläche eines getemperten Wafers um 1 μm auf ungefähr 30 (entsprechend einer Flächendichte von 0,04/cm²) oder weniger reduzieren läßt.
In Anbetracht des Vorstehenden wird angenommen, daß die SSDs örtlich in dem sehr oberflächlichen Abschnitt eines getemperten Wafers vorhanden sind und sich daher wesentlich durch Polieren des sehr oberflächlichen Abschnitts, nämlich auf eine Tiefe von wenigstens ungefähr 1 μm von dessen Oberfläche, beseitigen lassen.
Weitere Versuche zur Durchschlagseigenschaft der dielektrischen Oxidschicht wurden an getemperten Wafer mit einer großen Menge an SSDs ausgeführt. Die Versuche ergaben, daß ungefähr 100% der Wafer unabhängig vom Prüfverfahren, ob TZDB-Prüfung oder TDDB-Prüfung, nicht defektbehaftet waren.
Damit haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Befunde wie folgt erhalten:

d) In einem stickstoffdotierten getemperten Wafer entstehen in die Waferoberfläche eingelassene sehr flache, breite Defekte (SSDs).
e) Die SSDs haben keine ungünstigen Auswirkungen auf die Durchschlageigenschaften der dielektrischen Oxidschicht.
f) Die SSDs liegen nach dem Temperieren unabhängig von der Temperatmosphäre frei.
g) Die SSDs sind örtlich in einem sehr oberflächlichen Abschnitt der getemperten Waferoberfläche vorhanden und lassen sich daher wesentlich durch Polieren der Waferoberfläche auf mindestens 1 μm beseitigen.

Angesichts der obigen Befunde a) bis g) werden bevorzugte Beispiele für die kommerzielle Produktion von getemperten Qualitätswafern beschrieben.
(Beispiel 1)
Bei einem Produktionsverfahren des Beispiels 1 wird der Siliziumeinkristall 6 aus der Schmelze 5 mit Hilfe der in 3 gezeigten Ziehvorrichtung 1 für Einkristalle gezogen, während die Dichte oder Menge der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen und Kerne von SSD ausbildenden Ablagerungen durch Steuerung der drei Parameter Sauerstoffkonzentration Oi, Stickstoffkonzentration N und Abkühlungsgeschwindigkeit CR, in einem vorherbestimmten Temperaturbereich reduziert werden.
Die Steuerung der drei Parameter Sauerstoffkonzentration Oi, Stickstoffkonzentration N und Abkühlungsgeschwindigkeit CR in einem vorherbestimmten Temperaturbereich wird mit Hilfe der oben genannten Gleichung (1) ausgeführt: Nssd = A[Oi]^l[N]^m[CR]ⁿ(mit 1>0, m >0 und n<0).
Der Stickstoffkonzentration N (Stickstofflast; Atome/cm³) innerhalb des Siliziumeinkristalls 6 wird durch Einstellen des Stickstoffeintrags in den Quarztiegel 3 gesteuert.
Die Sauerstoffkonzentration Oi (Atome/cm³) innerhalb des Siliziumeinkristalls 6 wird durch Einstellen der Schmelztiegelrotationsgeschwindigkeit ω 1, der Ziehwellenrotationsgeschwindigkeit ω 2, des Argongasdurchsatzes, des Innendrucks innerhalb des Ofens usw. während des Ziehens des Kristalls gesteuert. Ferner wird die Sauerstoffkonzentration Oi durch Einstellen der Schmelztiegelrotationsgeschwindigkeit gesteuert, während ein horizontales Magnetfeld auf die Schmelze 5 mit Hilfe des Magneten 15 angelegt wird.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls 6 wird durch Einstellen der Kühlkapazität des Kühlmantels 14 gesteuert. Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Siliziumeinkristalls 6 läßt sich durch Verwendung anderer kühlender Mittel als des Kühlmantels 14 wie oben beschrieben steuern.
Die Wachstumsbedingung V/G (V bezeichnet eine Wachstumsgeschwindigkeit, und G bezeichnet ein axiales Temperaturgefälle im Kristall) des Siliziumeinkristalls 6 wird durch Einstellen des Abstands H, der Hebegeschwindigkeit der Ziehwelle 4a und so weiter gesteuert. Zum Beispiel wird die Wachstumsbedingung V/G gesteuert, um in den in 1 gezeigten niedrige V/G Bereich eingeschlossen zu werden.
Dann wird der gezogene Siliziumeinkristall 6 getempert, um einen getemperten Wafer zu schaffen.
Auf diese Weise läßt sich die SSD-Dichte Nssd auf der getemperten Waferoberfläche durch geeignetes Einstellen der Sauerstoffkonzentration, der Stickstoffkonzentration und der Abkühlungsgeschwindigkeit reduzieren. Obwohl eine große Menge an SSDs entsteht, wenn ein Siliziumeinkristall unter den Bedingungen gezogen wird, die dem niedrigen V/G-Bereich gemäß dem Stand der Technik entsprechen, läßt sich die Menge an SSD dramatisch entsprechend Beispiel 1 reduzieren, selbst wenn der Siliziumeinkristall 6 unter den Bedingungen gezogen wird, die dem niedrigen V/G-Bereich entsprechen.
(Beispiel 2)
Entsprechend einem Produktionsverfahren des Beispiels 2 wird eine auf einer Waferoberfläche festgestellte SSD-Dichte Nssd durch Verwendung eines aus SSD-Dichte Nssd, Sauerstoffkonzentration Oi im Siliziumeinkristall 6, Stickstoffkonzentration im Siliziumeinkristall 6 und einer Abkühlungsgeschwindigkeit CR in einem vorherbestimmten Temperaturbereich während Ziehens des Siliziumeinkristalls 6 gebildeten relationalen Ausdrucks geschätzt. Die SSD-Dichte Nssd wird mittels der oben genannten Gleichung (1) geschätzt: Nssd = A[Oi]^l[N]^m[CR]ⁿ(mit 1>0, m>0 und n<0).
Der Siliziumeinkristall 6 wird dann aus der Schmelze 5 unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Sauerstoffkonzentration Oi, die Stickstoffkonzentration N und die Abkühlungsgeschwindigkeit CR in einem vorherbestimmten Temperaturbereich derartig sind, daß die geschätzte SSD-Dichte Nssd erhalten wird.
Da es in der Gleichung (1) vier Variablen gibt, wird, sobald drei der Parameter bestimmt sind, der übrige eine Parameter bestimmt. Wenn beispielsweise der Wert der SSD-Dichte, der die Getterkapazität definierenden Sauerstoffablagerungsdichte und die Werte der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Anforderungen gegeben sind, die zur Erfüllung der Qualität, wie der Dicke der defektfreien Schicht einer Waferoberfläche, erforderlich sind, kann die verbliebene Abkühlungsgeschwindigkeit CR gefunden werden.
Die Kühlkapazität des Kühlmantels 14 läßt sich derartig einstellen, daß die damit gefundene Abkühlungsgeschwindigkeit CR erhalten wird. Spezifische Steuerungsmittel für die Sauerstoffkonzentration Oi und die Stickstoffkonzentration N sind die gleichen wie jene in Beispiel 1.
Der gezogene Siliziumeinkristall 6 wird dann getempert, um einen getemperten Wafer zu schaffen. Als ein Ergebnis läßt sich die SSD-Dichte Nssd auf der getemperten Waferoberfläche auf einen Sollwert reduzieren.
16 ist eine Tabelle, die für jede Prüfung die Abkühlungsgeschwindigkeit, die Sauerstoffkonzentration, die Stickstoffkonzentration, die tatsächliche SSD-Dichte und die geschätzte SSD-Dichte zeigt, die erhalten wird, wenn ein Siliziumeinkristall 6 unter Variierung des Soll wertes der SSD-Dichte NSSD gezogen wurde. Die gezählten SSDs waren diejenigen, die einen Durchmesser von 140 nm oder größer aufweisen.
Wie in 16 gezeigt, wurde in den entsprechenden Versuchen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 and Nr. 4 ein Siliziumeinkristall 6 unter Verwendung der Gleichung (1) zum Bestimmen der Abkühlungsgeschwindigkeit CR bei 950 °C (0,29, 0,42, 0,75, 0,35 °C/min), der Sauerstoffkonzentration Oi (12,40, 11,70, 11,41, 11,64 x E¹⁷ Atome/cm³) und der Stickstoffkonzentration N (9,9, 5,0, 10,80, 6,8 xE¹³ Atome/cm³) gezogen, so daß die geschätzte SSD-Dichte Nssd entsprechende gewünschte Werte 0,15 (pro cm²) oder niedriger (0,54, 0,07, 0,06, 0,14) erreicht.
Die Tabelle zeigt die durch Messen der Oberfläche eines getemperten Wafers, der von dem in den Versuchen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 gezogenen Siliziumeinkristall 6 produziert wurde, im DNN-Modus mittels SP1 erhaltenen Werte der tatsächlichen SSD-Dichte (0,40, 0,10, 0,06, 0,10).
Die Versuche Nr. 5, Nr. 6, Nr. 7 and Nr. 8 wurden als Vergleichsbeispiele durchgeführt, um mit Beispiel 2 verglichen zu werden, bei dem ein Siliziumeinkristall 6 durch Erhalten der Abkühlungsgeschwindigkeit CR bei 950 °C (0,32, 0,37, 0,72, 0,27 °C/min), der Sauerstoffkonzentration Oi (13,77, 12,13, 13,84, 13,63xE17 Atome/cm³) und der Stickstoffkonzentration N (12,6, 6,2, 32,3, 13,3xE¹³ Atome/cm³) gezogen wurde, so daß die geschätzte SSD-Dichte Nssd entsprechende gewünschte Werte von 0,15 (pro cm²) (1,62, 0,16, 1,45, 2,12) übersteigt.
Die Tabelle zeigt die durch Messen der Oberfläche eines getemperten Wafers, der von dem in den Versuchen Nr. 5, Nr. 6, Nr. 7 und Nr. 8 gezogenen Siliziumeinkristall 6 produziert wurde, im DNN-Modus mittels SP1 erhaltenen entsprechende Werte der tatsächlichen SSD-Dichte (1,94, 0,16, 1,59, 2,48).
17 zeigt die Korrelation zwischen den geschätzten SSD-Dichtewerten der Versuche Nr. 1 bis Nr. 8 und den tatsächlichen SSD-Dichtewerten der Versuche Nr. 1 bis Nr. 8 mit der geschätzten SSD-Dichte, die auf der horizontalen Achse eingetragen wird und der tatsächlichen SSD-Dichte, die auf der vertikalen Achse eingetragen wird. Pt2 bezeichnet einzelne kongruente Punkte, und L6 ist eine korrespondierende Linie, die sich aus den kongruenten Punkten Pt2 ergibt. Wie aus 17 hervorgeht, entsprechen die geschätzten SSD-Dichtewerte im Wesentlichen den tatsächlichen SSD-Dichtewerten. Somit konnten die SSDs auf der getemperten Waferoberfläche exakt auf einen im Wesentlichen Sollwert reduziert werden, wenn der Siliziumeinkristall 6 nach der Schätzung der SSD-Dichte gezogen wurde.
(Beispiel 3)
In 16 wurde ein Siliziumeinkristall 6 gezogen, während die Abkühlungsgeschwindigkeit CR für jede der Anforderungen an die Menge der SSDs, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert wurde.
Wenn eine Steuerung erfolgt, während die Abkühlungsgeschwindigkeit CR für jede der Anforderungen an die Menge der SSDs, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert wird, müssen jedoch die Details der Steuerung jedes Mal geändert werden. Um dies zu vermeiden, ist, falls eine Anforderung an die SSD-Menge, einen ungefähren Bereich der Lösungssauerstoffkonzentration und einen ungefähren Bereich der Menge der Stickstoffdotierung als Anforderungen vorher bekannt sind, die Steuerung mit Festlegung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf einen Wert, bei dem diese Anforderungen stets erfüllt werden, ausführbar.
Wie oben erwähnt, kann eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR, die erforderlich ist, um die Dichte der SSDs mit einem Durchmesser von 140 nm oder mehr auf 0,15/cm² oder weniger zu reduzieren, erreicht werden, indem die Sauerstoffkonzentration Oi und die Stickstoffkon zentration N als Parameter auf der Grundlage der in 9 gezeigten korrespondierenden Linien L21, L22, L23 und L24 oder der in 11 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten L41, ... verwendet werden.
Ein Siliziumeinkristall 6 wird oft unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Menge des dotierten Stickstoffs N ungefähr 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) oder weniger (die untere Grenze ist 1E¹³ Atome/cm³) und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi etwa 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder weniger (die untere Grenze ist 11xE¹⁷ Atome/cm³) beträgt. Wie aus 9 und 11 hervorgeht, beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit CR 2,5 (°C/min), wenn die Stickstoffkonzentration N 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) und die Sauerstoffkonzentration Oi 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) beträgt.
Dementsprechend wird in diesem Beispiel ein Siliziumeinkristall 6 gezogen, während die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf eine Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) auf einen Wert von 2,5 (°C/min) oder höher (z.B. 2,5 °C/min) eingestellt wird. Die Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR erfolgt durch Einstellen der Kühlkapazität des Kühlmantels 14.
Andererseits werden die Menge des dotierten Stickstoffs N und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi so gesteuert, daß sie Werte entsprechend den betreffenden Anforderungen ergeben.
Dadurch wird es möglich, die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,15/cm² oder weniger (entsprechend 100 oder weniger Defekten auf der Oberfläche des getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) zuverlässig zu reduzieren, solange die Menge des dotierten Stickstoffs N auf einen Bereich von etwa 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) oder weniger, besonders auf einen Bereich von 1E¹³ bis 2,5E¹⁴ Atome/cm³, eingestellt wird und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi auf einen Bereich von etwa 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder weniger, besonders auf einen Bereich von 11xE¹⁷ bis 14xE¹⁷ Atome/cm³, eingestellt wird.
Entsprechend diesem Beispiel 3 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf den gleichen Wert festlegen. Deshalb brauchen die Details der Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR nicht für jede der Anforderungen an die Menge der SSDs, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert werden.
(Beispiel 4)
Ebenso wie im vorstehend beschriebenen Beispiel 3 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Dichte der SSDs mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer auf 0,3/cm² oder weniger zu reduzieren, durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Grundlage der in 10 gezeigten korrespondierenden Linien L31, L32, L33, L34 oder der in 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten L42, ... erreichen.
Ein Siliziumeinkristall 6 wird oft unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Stickstoffdotierungsmenge N ungefähr 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) oder weniger (die untere Grenze ist 1E¹³ Atome/cm³) und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi ungefähr 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) oder weniger (die untere Grenze ist 11xE¹⁷ Atome/cm³) beträgt. Wie aus 10 und 12 hervorgeht, beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit CR 1,5 (°C/min), wenn die Stickstoffkonzentration N 2,5E¹⁴ (Atome/cm³) und die Sauerstoffkonzentration Oi 14 (xE¹⁷ Atome/cm³) beträgt.
Dementsprechend wird in diesem Beispiel 4 ein Siliziumeinkristall 6 gezogen, während die Abkühlungsgeschwindigkeit CR bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) auf einen Wert von 1,5 (°C/min) oder höher (z.B. 2,5 °C/min) geregelt wird. Die Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR erfolgt durch Einstellung der Kühlkapazität des Kühlmantels 14.
Andererseits wird die Menge des dotierten Stickstoffs N und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi so geregelt, daß sie den jeweiligen Anforderungen entsprechende Werte ergeben.
Dadurch wird es möglich, die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,3/cm² oder niedriger (was 200 oder weniger Defekten auf der Oberfläche des getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm entspricht) zuverlässig zu reduzieren, solange die Menge des dotierten Stickstoffs N in einen Bereich von etwa 2,5E14 (Atme/cm³) oder weniger, besonders auf einen Bereich von 1E13 bis 2,5E14 Atome/cm³, geregelt wird und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi auf einen Bereich von etwa 14 (xE17 Atome/cm³) oder weniger, besonders auf einen Bereich von 11xE17 bis 14xE17 Atome/cm³, eingestellt wird.
Entsprechend diesem Beispiel 4 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf den gleichen Wert festlegen. Deshalb brauchen die Details der Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR nicht für jede der Anforderungen für die Menge der SSDs, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert werden.
(Beispiel 5)
Ebenso wie im vorstehend beschriebenen Beispiel 3 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Dichte der SSD mit einem Durchmesser von 140 nm oder mehr auf 0,15/cm² oder weniger zu reduzieren, durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Grundlage der in 11 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten L42, ... erreichen.
Ein Siliziumeinkristall 6 wird normalerweise unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Menge des dotierten Stickstoffs N 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder weniger und die Sauerstoffkonzentration Oi 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder weniger beträgt. Wie aus 11 hervorgeht, entspricht die Linie gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit (wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit dem Maximalwert auf der horizontalen Achse und dem Maximalwert auf der vertikalen Achse entspricht) 4,2 (°C/min) bei einer Stickstoffkonzentration N von 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) und einer Sauerstoffkonzentration Oi von 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse).
Dementsprechend wird in diesem Beispiel 5 ein Siliziumeinkristall 6 gezogen, während die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf eine Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) auf einen Wert von 4,2 (°C/min) oder höher (z.B. 4,2 °C/min) eingestellt wird. Die Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR erfolgt durch Einstellen der Kühlkapazität des Kühlmantels 14.
Andererseits werden die Menge des dotierten Stickstoffs N und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi so gesteuert, daß sie Werte entsprechend den betreffenden Anforderungen ergeben.
Dadurch wird es möglich, die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,15/cm² oder weniger (entsprechend 100 oder weniger Defekten auf der Oberfläche des getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) zuverlässig zu reduzieren, solange die Stickstoffkonzentration und die Sauerstoffkonzentration in normalen Bereichen geregelt werden und besonders die Menge des dotierten Stickstoffs N auf einen Bereich von 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder niedriger und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi auf einen Bereich von 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder niedriger eingestellt ist.
Entsprechend diesem Beispiel 5 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf einen gleichen Wert festlegen. Deshalb brauchen die Details der Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR nicht für jede der Anforderungen an die Menge der SSDs, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert werden.
(Beispiel 6)
Ebenso wie im vorstehend beschriebenen Beispiel 4 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Dichte der SSDs mit einem Durchmesser von 140 nm oder mehr auf 0,3/cm² oder weniger zu reduzieren, durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration Oi und der Stickstoffkonzentration N als Parameter auf der Grundlage der in 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten L51, ... erreichen.
Ein Siliziumeinkristall 6 wird normalerweise unter Kristallwachstumsbedingungen gezogen, bei denen die Menge des dotierten Stickstoffs N 5x10¹⁴ Atome/cm³ (der Höchstwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder weniger und die Sauerstoffkonzentration Oi 14x10¹⁷ Atome/cm³ (der Höchstwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) beträgt. Wie aus 11 hervorgeht, beträgt die Linie mit gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit (wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit dem Höchstwert auf der horizontalen Achse und dem Höchstwert auf der vertikalen Achse entspricht) 2,8 (°C/min), wenn die Stickstoffkonzentration N 5x10¹⁴ Atome/cm³ (der Höchstwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) und die Sauerstoffkonzentration Oi 14x10¹⁷ Atome/cm³ (der Höchstwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) beträgt.
Dementsprechend wird in diesem Beispiel 6 ein Siliziumeinkristall 6 gezogen, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit CR bei einer Temperatur von 900 °C bis 1000 °C (z.B. 950 °C) auf einen Wert von 2,8 (°C/min) oder mehr (z.B. 2,8 °C/min) geregelt wird. Die Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR erfolgt durch Einstellung der Kühlkapazität des Kühlmantels 14.
Andererseits werden die Menge des dotierten Stickstoffs N und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi so geregelt, daß sie Werte entsprechend den betreffenden Anforderungen ergeben.
Dadurch wird es möglich, die SSD-Dichte auf der Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf 0,3/cm² oder niedriger (entsprechend 200 oder weniger Defekten auf der Oberfläche des getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm) zuverlässig zu reduzieren, solange die Stickstoffkonzentration und die Sauerstoffkonzentration in normalen Bereichen geregelt werden und besonders die Menge des dotierten Stickstoffs N auf einen Bereich von 5 (x10¹⁴ Atome/cm³, der Maximalwert im Bereich der Stickstoffkonzentration N auf der vertikalen Achse) oder weniger und die Lösungssauerstoffkonzentration Oi auf einen Bereich von 14 (x10¹⁷ Atome/cm³, der Höchstwert im Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf der horizontalen Achse) oder weniger eingestellt wird.
Entsprechend diesem Beispiel 6 läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit CR auf den gleichen Wert festlegen. Deshalb brauchen die Details der Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit CR nicht für jede der Anforderungen an die Menge der SSD, die Lösungssauerstoffkonzentration und die Menge der Stickstoffdotierung geändert zu werden.
(Beispiel 7)
Bei den Beispielen 5 und 6 wird der Siliziumeinkristall 6 gezogen, indem eine Abkühlungsgeschwindigkeit erreicht wird, bei der die SSD-Dichte Nssd 0,15/cm² oder geringer bzw. 0,3/cm² oder geringer wird, wenn die Stickstoffkonzentration N 5E¹⁴ Atome/cm³ und die Sauerstoffkonzentration Oi 14E¹⁷ Atome/cm³ beträgt, was sich aus der SSD-Dichteschätzungsgleichung (Gleichung (1)) und besonders aus den in 11 und 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten ergibt, und indem die Abkühlungsgeschwindigkeit so gesteuert wird, daß sie der so erreichten Abkühlungsgeschwindigkeit CR entspricht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der angestrebte Wert, auf den die SSD-Dichte Nssd zu reduzieren ist, jedoch nicht auf 0,15/cm² oder weniger oder 0,3/cm² oder weniger beschränkt.
Dementsprechend läßt sich die vorliegende Erfindung nach einem ähnlichen Gesichtspunkt so ausführen, daß eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR erreicht wird, durch die sich die SSD-Dichte Nssd auf einen Sollwert oder niedrigeren Wert reduzieren läßt.
Insbesondere läßt sich die vorliegende Erfindung ausführen, um ein Siliziumeinkristall 6 durch Erzeugen einer Linie gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit zu ziehen, bei der die SSD-Dichte Nssd einen Sollwert oder niedrigeren Wert ähnlich den in 11 und 12 gezeigten Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten erreicht, wobei diese Linie gleicher Abkühlungsgeschwindigkeit verwendet wird, um eine Abkühlungsgeschwindigkeit zu erreichen, bei der die SSD-Dichte Nssd einen Sollwert oder niedrigeren Wert erreicht, wenn die Stickstoffkonzentration N 5E¹⁴ Atome/cm³ oder weniger und die Sauerstoffkonzentration Oi 14E¹⁷ Atome/cm³ oder weniger beträgt, und wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit gesteuert wird, um die so erreichte Abkühlungsgeschwindigkeit CR zu erhalten.
Bei der Messung eines durch ein jegliches der in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Herstellungsverfahren produzierten getemperten Wafers im DNN-Modus unter Verwendung eines handelsüblichen SP1-Partikelzählers wird festgestellt, daß die Dichte der auf der Waferoberfläche festgestellten SSDs auf einen Sollwert oder niedrigeren Wert reduziert wurde. Bei den getemperten Wafern, die mit dem Herstellungsverfahren der Beispiele 2, 3 und 5 herge stellt wurden, wird insbesondere die Dichte der auf der Waferoberfläche festgestellten Defekte mit einem Durchmesser von 140 nm oder mehr zuverlässig auf 0,15/cm² oder weniger reduziert, gemessen im DNN-Modus unter Verwendung eines handelsüblichen SP1-Partikelzählers, was eine besonders hohe Defektreduzierungswirkung zeigt.
Außerdem entsprechen auch die Sauerstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration den Anforderungen. Ferner ist der Siliziumeinkristall 6 unter Wachstumsbedingungen züchtbar, die dem niedrigen, für getemperte Wafer wünschenswerten V/G-Bereich (1) entsprechen.
Gemäß diesem Beispiel 7 läßt sich ein hochwertiger getemperter Wafer zuverlässig produzieren.
(Beispiel 8)
Die in den Beispielen 1 bis 7 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Siliziumeinkristallen sind Produktionsverfahren, bei denen ein Siliziumeinkristall 6 gezogen und gezüchtet wird, während die drei Parameter Sauerstoffkonzentration Oi, Stickstoffkonzentration N und Abkühlungsgeschwindigkeit CR gesteuert werden, um dadurch die Menge der Ablagerungen zu reduzieren, die mit Sauerstoff und Stickstoff verbunden sind und SSD-Kerne bilden, und somit die SSD-Dichte Nssd auf der getemperten Waferoberfläche zu reduzieren.
Jedoch läßt sich die SSD-Dichte Nssd auf der getemperten Waferoberfläche ebenso zuverlässig reduzieren, indem nach der Herstellung eines Siliziumeinkristalls 6 ohne die vorstehend beschriebene Steuerung während des Ziehens und Züchtens des Siliziumeinkristalls 6 ein Verfahren zur Herstellung getemperter Wafer durchgeführt wird, das einen Schritt des Temperns des Siliziumwafers und einen Schritt des Polierens der Oberfläche des getemperten Wafers auf eine Tiefe von mindestens 1 µm umfaßt.
Wie mit Bezug auf 15 beschrieben, ist bekannt, daß sich die Menge der SSDs auf 30 (entsprechend einer Oberflächendichte von 0,04/cm²) reduzieren läßt, indem die Oberfläche eines getemperten Wafers mit einem Durchmesser von 300 mm auf eine Tiefe von mindestens 1 µm poliert wird.
Wenn daher das Verfahren zur Produktion eines getemperten Wafers nach diesem Beispiel 8 mit den Schritten Tempern eines Siliziumwafers und Polieren der getemperten Waferoberfläche auf eine Tiefe von mindestens 1 µm durchgeführt wird und die Oberfläche des getemperten Wafers im DNN-Modus unter Verwendung eines SP1-Partikelzählers gemessen wird, wird festgestellt, daß die Dichte der SSDs mit einem Durchmesser von 140 nm oder mehr, die auf der Waferoberfläche festgestellt werden, zuverlässig auf 0,04/cm² oder weniger reduziert wird. Somit zeigt das vorliegende Beispiel eine besonders hohe SSD-Reduzierwirkung.
Das Verfahren zur Produktion von Siliziumeinkristallen gemäß einem jeglichen der Beispiele 1 bis 7 läßt sich in Kombination mit dem in diesem Beispiel 8 beschriebenen Produktionsverfahren für getemperte Wafer ausführen.
Die Beschreibung der vorstehenden Beispiele erfolgte unter der Annahme, daß sich die Dichte der Ablagerungen, die mit Sauerstoff und Stickstoff verbunden sind und SSD-Kerne bilden, erhöht, wenn ein Siliziumwafer getempert wird, und es wurde beschrieben, daß die SSD-Menge durch Reduzieren der Dichte der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Ablagerungen reduziert wird, indem entweder die drei Parameter Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit während des Ziehens und Züchtens eines Siliziumeinkristalls 6 vor dem Tempern gesteuert werden oder indem der Siliziumwafer nach dem Tempern desselben poliert wird.
Es wird jedoch angenommen, daß sich die Dichte (Menge) der Ablagerungen, die mit Sauerstoff und Stickstoff verbunden sind und SSD-Kerne bilden, erhöht, wenn eine epitaxiale Wachstumsschicht auf einem Siliziumwafersubstrat in der selben Weise wie beim Tempern des Siliziumwafers gebildet wird. Daher läßt sich das für einen getemperten Wafer anwendbare oben genannte Verfahren auch für einen Epitaxialwafer anwenden. Das bedeutet, daß es auch möglich ist, die Menge der nach dem epitaxialen Wachstum erzeugten SSD zu reduzieren, indem die Dichte (Menge) der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Ablagerungen während des Ziehens und Züchtens eines Siliziumeinkristalls 6 vor dem epitaxialen Wachstum durch Steuerung der drei Parameter Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit reduziert wird.
Auch wenn diese Ausführungsform oben unter Annahme eines Falls beschrieben wurde, bei dem ein Siliziumeinkristall 6 mit einem Durchmesser von 300 mm gezogen und gezüchtet wird, ist die Größe des Durchmessers des Siliziumeinkristalls 6 nicht entscheidend für die vorliegende Erfindung. Die Größe des Durchmessers des Siliziumeinkristalls 6 kann kleiner als 300 mm (z.B. 200 mm) oder größer als 300 mm sein, und die vorliegende Erfindung kann gleichermaßen für alle derartigen Siliziumeinkristalle angewandt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Wachstumsbedingungen und Punktdefektdichte zur Erklärung des niedrigen V/G-Bereichs zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine ideale Querschnittsstruktur eines getemperten Wafers zeigt;
3 ist eine von einer Seite aus betrachtete Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Produktion eines Siliziumeinkristalls;
4 ist ein Diagramm, das eine Verfahrensanweisung zum Tempern zeigt;
5A bis 5J sind Diagramme, die Beispiele von auf einer Waferoberfläche beobachteten SSDs zeigen;
6(a) ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und SSD-Menge zeigt; während 6(b) eine Tabelle ist, die 6(a) entspricht;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position eines Siliziumeinkristalls, der Sauerstoffkonzentration und der SSD-Menge zeigt;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der tatsächlichen Menge und der geschätzten Menge der SSDs zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit für jede Stickstoffkonzentration zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit für jede Stickstoffkonzentration zeigt;
11 ist ein Diagramm, das Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten zur Reduzierung der SSD-Menge auf einen vorherbestimmten oder niedrigeren Wert zeigt, wobei die Sauerstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration als Parameter verwendet werden;
12 ist ein Diagramm, das Linien gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten zur Reduzierung der SSD-Menge auf einen vorherbestimmten oder niedrigeren Wert zeigt, wobei die Sauerstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration als Parameter verwendet werden;
13(a) und 13(b) sind Diagramme, die die Ergebnisse der MAGICS-Messung einer getemperten Waferoberfläche zeigen; während 13(c) und 13(d) Diagramme sind, die die Ergebnisse der AFM-Messung einer getemperten Waferoberfläche zeigen;
14 ist ein Diagramm, das zum Zweck des Vergleichs eine SSD-Menge direkt nach dem Tempern und eine SSD-Menge nach dem Polieren im Anschluß an das Tempern zeigt;
15 ist ein Diagramm, das zum Zweck des Vergleichs eine SSD-Menge direkt nach dem Tempern und eine SSD-Menge nach dem Polieren im Anschluß an das Tempern zeigt;
16 ist eine Tabelle, die für jeden Versuch die Beziehung zwischen einer geschätzten SSD-Dichte und einer Abkühlungsgeschwindigkeit, Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und einer dem entsprechenden, tatsächlichen SSD-Dichte zeigt; und
17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der geschätzten SSD-Dichte und der in 16 gezeigten tatsächlichen SSD-Dichte zeigt.
Zusammenfassung
Ein Verfahren zur zuverlässigen Reduzierung von SSDs bei gleichzeitiger Reduzierung anderer Hohlräume außer SSDs auf einer Waferoberfläche, was für einen getemperten Wafer absolut notwendig ist, und Sicherstellung der Erzeugung von BMD, die als Getterungsquelle in großer Menge dienen, um die Qualität des getemperten Wafers zu stabilisieren. Bedenkt man, daß das Tempern eines Siliziumwafers zu einer Zunahme der Dichte (Menge) der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Ablagerungen und zur Bildung eines SSD-Kerns führt, so werden SSDs durch Reduzierung der Dichte (Menge) der mit Sauerstoff und Stickstoff verbundenen Ablagerungen reduziert, indem drei Parameter, die Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und die Kühlkonzentration während des Vorgangs des Ziehens und Züchtens des Siliziumeinkristalls 6 vor dem Tempern gesteuert werden. Alternativ werden SSDs durch Polieren nach dem Tempern reduziert.

Claims

Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle zur Reduzierung von SSDs (flacher Oberflächendefekte oder sehr breiter, flacher Auskehlungsdefekte), die sich auf der Oberfläche eines Wafers bilden, der einer Temperung unterzogen wird, bei dem mit Sauerstoff und Stickstoff verbundene und SSD-Kerne bildende Ablagerungen durch Steuerung von drei Parametern, Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit, in einem vorherbestimmten Temperaturbereich beim Ziehen eines Siliziumeinkristalls aus einer Schmelze reduziert werden.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, bei dem: die Dichte oder Menge von SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte), die auf der Oberfläche eines Wafers, der einer Temperung unterzogen wird, entstehen, durch Verwendung eines aus einer Dichte oder Menge der SSDs, der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Siliziumeinkristalls, der Stickstoffkonzentration innerhalb des Siliziumeinkristalls und der Abkühlungsgeschwindigkeit bei einer vorherbestimmten Temperatur während des Ziehens des Siliziumeinkristalls gebildeten relationalen Ausdrucks geschätzt wird, und der Siliziumeinkristall unter derartigen Kristallwachstumsbedingungen der Sauerstoffkonzentration, der Stickstoffkonzentration und der Abkühlungsgeschwindigkeit im vorherbestimmten Temperaturbereich gezogen wird, daß die geschätzte SSD-Dichte oder -Menge erhalten wird.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der aus Sauerstoffkonzentration, Stickstoffkonzentration und Abkühlungsgeschwindigkeit in einem vorherbestimmten Temperaturbereich gebildete relationale Ausdruck wie folgt dargestellt wird: Nssd = A[Oi]^l[N]^m[CR]ⁿ(mit 1>0, m>0 und n<0), wenn die SSD-Dichte oder -Menge durch Nssd, die Sauerstoffkonzentration durch Oi, die Stickstoffkonzentration durch N, die Abkühlungsgeschwindigkeit im vorherbestimmten Temperaturbereich durch CR bezeichnet wird und A eine Konstante bezeichnet.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, wobei ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, mit der in einem Bereich von 1E¹³ bis 2,5E¹⁴ Atome/cm³ eingestellten Stickstoffdotierungsmenge, der in einem Bereich von 11E¹⁷ bis 14E¹⁷ Atome/cm³ eingestellten Lösungssauerstoffkonzentration und der in einem Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C auf 2,5 °C/min oder höher eingestellten Abkühlungsgeschwindigkeit gezogen wird.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, wobei ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, mit der in einem Bereich von 1E¹³ bis 2,5E¹⁴ Atome/cm³ eingestellten Stickstoffdotierungsmenge, der in einem Bereich von 11E¹⁷ bis 14E¹⁷ Atome/cm³ eingestellten Lösungssauerstoffkonzentration und der in einem Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C auf 1,5 °C/min oder höher eingestellten Abkühlungsgeschwindigkeit gezogen wird.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, wobei ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, gezogen wird, während eine Abkühlungsgeschwindigkeit derartig gesteuert wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C bei einer Stickstoffkonzentration von 5E¹⁴ Atomen/cm³ oder niedriger und einer Sauerstoffkonzentration von 14E¹⁷ Atomen/cm³ oder niedriger 4,2 °C/min oder höher ist.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle, wobei ein Siliziumeinkristall, der einen Durchmesser von 300 mm oder größer aufweist, gezogen wird, während eine Abkühlungsgeschwindigkeit derartig gesteuert wird, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich von 900 °C bis 1000 °C bei einer Stickstoffkonzentration von 5E¹⁴ Atomen/cm³ oder niedriger und einer Sauerstoffkonzentration Oi von 14E¹⁷ Atomen/cm³ oder niedriger 2,8 °C/min oder höher ist.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle nach Anspruch 3, wobei aus der Gleichung in Anspruch 3 eine Abkühlungsgeschwindigkeit CR derartig erhalten wird, daß die SSD-Dichte oder -Menge Nssd gleich oder geringer als ein Sollwert wird, wenn die Stickstoffkonzentration N gleich 5E¹⁴ Atome/cm³ oder niedriger und die Sauerstoffkonzentration Oi gleich 14E¹⁷ Atome/cm³ oder niedriger ist, und ein Siliziumeinkristall gezogen wird, während die Abkühlungsgeschwindigkeit so gesteuert wird, daß sie die erhaltene Abkühlungsgeschwindigkeit CR ist.
Produktionsverfahren für Siliziumeinkristalle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein kühlendes Mittel zum Abkühlen eines Siliziumeinkristalls innerhalb eines Ofens bereitgestellt wird, in welchem der Vorgang des Ziehens des Siliziumeinkristalls aus einer Schmelze ausgeführt wird und die Abkühlungsgeschwindigkeit durch Einsatz des kühlenden Mittels gesteuert wird.
Getemperter Wafer, der erhalten wird, indem ein aus einem durch das Verfahren nach Anspruch 9 produzierten Siliziumeinkristall erhaltener Siliziumwafer Tempern unterzogen wird, wobei, wenn eine Oberfläche des getemperten Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten SP1-Partikelzählerinstruments geprüft wird, die Dichte der dabei festgestellten SSDs mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer 0,15/cm² oder weniger beträgt.
Getemperter Wafer, wobei die Dichte von SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte) mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer 0,15/cm² oder weniger beträgt, wenn eine Oberfläche des getemperten Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten SP1-Partikelzählerinstruments geprüft wird und, wenn die Oberfläche des getemperten Wafers auf eine Tiefe von mindestens 1 µm poliert ist, die Dichte der durch die Messung im DNN-Modus mit Hilfe des SP1-Instruments festgestellten Defekte mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer auf 0,04/cm² oder weniger reduziert ist.
Mit Stickstoff dotierter getemperter Wafer, wobei beim Prüfen einer Oberfläche des Wafers durch Messung im DNN-Modus mit Hilfe eines von KLA-Tencor hergestellten SP1-Partikelzählerinstruments die Dichte der dabei festgestellten SSDs (flache Oberflächendefekte oder sehr breite, flache Auskehlungsdefekte) mit einem Durchmesser von 140 nm oder größer 0,04/cm² oder weniger beträgt.
Verfahren zur Produktion getemperter Wafer, umfassend die Schritte: Tempern eines stickstoffdotierten Siliziumwafers und Polieren der Oberfläche des getemperten Wafers auf eine Tiefe von mindestens 1 µm von der Oberfläche.