DE112016002091B4 - Silicium-Epitaxie-Wafer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers, das folgendes umfaßt:einen Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls;einen Schritt des Schneidens des Silicium-Einkristalls, um so Silicium-Wafer zu bilden;einen Schritt des Erhitzens der Silicium-Wafer; undeinen Schritt der Bildung einer Epitaxieschicht auf dem Silicium-Wafer, undeinen Schritt einer Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation in dem Silicium-Wafer mit der Epitaxieschicht,wobei in dem Schritt des Hochziehens des Silicium-Einkristalls die Stickstoff-Konzentration des Einkristalls auf 1 × 1011bis 2 × 1013Atome/cm3eingestellt ist, die Sauerstoff-Konzentration davon auf 9,5 ×1017bis 13,5 ×1017cm3Atome/cm3(ASTM F123-1979) eingestellt ist, die Kristallabkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C auf 3,9 bis 4,6°C/min eingestellt ist und bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C auf 2,9 bis 4,5°C/min eingestellt ist,wobei in dem Schritt des Erhitzens der Silicium-Wafer der Silicium-Wafer für 27 bis 33 min unter Bedingungen von 850°C oder höher und niedriger als 900°C erhitzt wird,wobei die Sauerstoff-Präzipitatdichte auf dem Silicium-Wafer, wenn der Schritt der Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wird und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wird, auf 1 ×108bis 5 × 109Präzipitate/cm3eingestellt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Silicium-Epitaxie-Wafer, in dem eine Getter-Wirkung bereitgestellt wird, während eine definierte Sauerstoff-Konzentration aufrechterhalten bleibt und Slips nicht auftreten ohne eine Erhöhung eines Epitaxiedefekts, sowie eine Technologie, die für ein Verfahren zur Herstellung des Silicium-Epitaxie-Wafers geeignet ist.
  • Die Priorität der am 8. Mai 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-095604 , deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, wird beansprucht.
  • Stand der Technik
  • Im verwandten Stand der Technik wird, um eine Abnahme der Ausbeute zu verhindern, ein Epitaxie-Wafer hergestellt und der Epitaxie-Wafer wird als ein Wafer verwendet, der zum intrinsischen Gettern (intrinsic gettering, IG) in der Lage ist, was eine Auswirkung von Metallkontamination in einem Prozeß für Bauelemente und dergleichen verringern kann, und der keinen Defekt in dem Bereich eines Bauelements aufweist.
  • Die Patentdokumente 1, 2, 4 und 5 offenbaren ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers, bei dem Stickstoff dotiert wird, wenn der Silicium-Einkristall hochgezogen wird, und eine Wärmebehandlung an einem von dem Einkristall geschnittenen Wafer durchgeführt wird.
  • Patentdokument 3 offenbart Beschreibungen in bezug auf eine Kontrolle von V/G.
  • Patentdokument 6 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers, bei dem eine Epitaxieschicht auf der Oberfläche eines Siliciumwafers gebildet wird, wobei der Siliciumwafer aus einem nach dem Czochralski-Verfahren hergestellten Siliciumeinkristall geschnitten wird, der im Schritt des Hochziehens einer Abkühlgeschwindigkeit von nicht weniger als 7,3 C°/min im Temperaturbereich von 1200-1050 °C ausgesetzt wird.
  • Patentdokument 7 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers, der zu ausgeprägtem intrinsischen Gettern in der Lage ist. Das Verfahren umfasst die Dotierung eines Siliciumeinkristalls mit Stickstoff in einer Konzentration von nicht weniger als 1 × 1013 Atomen/cm3, das Schneiden von Siliciumwafern aus dem so gewachsenen Einkristall, eine Wärmebehandlung der erhaltenen Wafer bei 700 bis 900°C und eine Behandlung für epitaktisches Wachstum.
  • Patentdokument 8 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers, der aus einem mit Dotierung mit Stickstoff hergestellten Silicium-Einkristall erhalten wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Dotierung des Siliciumeinkristalls in einer Konzentration von weniger als 1 × 1014 Atomen/cm3 Stickstoff und eine Wärmebehandlung.
  • Literaturliste
  • Patentdokumente
    • [Patentdokument 1]: japanisches Patent JP 3626364 B2
    • [Patentdokument 2]: japanisches Patent JP 4102988 B2
    • [Patentdokument 3]: japanisches Patent JP 4224966 B2
    • [Patentdokument 4]: japanische ungeprüfte Patentanmeldung, JP 2004-304095 A
    • [Patentdokument 5]: japanische ungeprüfte Patentanmeldung, JP 2007-186376 A
    • [Patentdokument 6]: US 2002/0017234 A1
    • [Patentdokument 7]: US 2003/0008447 A1
    • [Patentdokument 8]: US 2004/0194692 A1
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Kürzlich wurde eine Behandlung mit rauhen thermischen Bedingungen, wie beispielsweise ein Tempern (annealing) in einem sehr kurzen Zeitraum, in einem Prozeß zur Herstellung von Bauelementen in Übereinstimmung mit einer Änderung einer Behandlungsbedingung in dem Prozeß zur Herstellung der Bauelemente, wie beispielsweise die Miniaturisierung einer Designregel, durchgeführt. Im Einzelnen wird die Behandlung bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für etwa 1 Millisekunde durchgeführt.
  • Ein Phänomen, daß Slip auftritt, das zuvor nicht auftrat, tauchte mit einer derart drastischen Änderung (Intensivierung) der thermischen Bedingungen auf. Man zieht in Erwägung, daß die Dichte von Sauerstoff-Präzipitaten (BMD) im Volumen (bulk) das Auftreten von Slip beeinflussen. Zusätzlich wird in Erwägung gezogen, daß es möglich ist, das Auftreten von Slip durch Verringern der BMD-Dichte zu verhindern.
  • Allgemein vergrößert sich die BMD-Dichte, wenn die Stickstoff-Konzentration höher wird. Folglich versuchten die Erfinder, die Stickstoff-Konzentration zu verringern. Wenn die Stickstoff-Konzentration erniedrigt wird, tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, daß die BMD-Dichte zu stark erniedrigt wird und ein ausreichendes IG-Vermögen nicht erhalten wird.
  • Ferner variiert die Konzentration von zu dotierendem Stickstoff zwischen der Oberseite und der Schwanzseite des Silicium-Einkristalls, weil Segregation auftritt, während der Silicium-Einkristall hochgezogen wird. Wenn die Stickstoff-Konzentration erhöht wird, erhöht sich nicht nur die BMD-Dichte, sondern es erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit, daß ein in einer Epitaxieschicht ausgebildeter Laminationsdefekt (Epitaxiedefekt) auftritt. Somit ist es notwendig, daß die Stickstoff-Konzentration, die alle Eigenschaften beeinflußt, so eingestellt wird, daß sie in einem konstanten Bereich liegt, um die gleichzeitige Realisierung der folgenden Punkte über die volle Länge eines geraden Teils des Körpers, der als ein Wafer verwendet wird, zu ermöglichen: einen Punkt der Realisierung von BMD-Dichte mit ausreichendem IG-Vermögen; einen Punkt, daß sich kein Laminationsdefekt (Epitaxiedefekt) in einer Epitaxieschicht bildet; und einen Punkt, daß das Auftreten von Slip verhindert wird. Es ist sehr schwierig, einen solchen Silicium-Einkristall hochzuziehen und dessen Realisierung ist nicht möglich.
  • Eine Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, bevor das Epitaxiewachstum hervorgerufen wird. Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung eine hohe Temperatur ist, wird die BMD-Dichte erhöht. Folglich wird in Erwägung gezogen, daß die BMD-Dichte verringert wird, indem die Wärmebehandlungsbedingung auf die Seite einer niedrigen Temperatur geändert wird oder indem die Wärmebehandlung nicht durchgeführt wird. Die oben beschriebenen Punkte (Punkt der Realisierung von BMD-Dichte mit ausreichendem IG-Vermögen, der Punkt keines Epitaxiedefekts und der Punkt der Verhinderung des Auftretens von Slip) können jedoch nicht gleichzeitig realisiert werden, indem lediglich die Bedingung der Wärmebehandlung geändert wird.
  • Unter Berücksichtigung der obigen Umstände erreicht die vorliegende Erfindung das Ziel, daß ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers zur Verfügung gestellt wird, bei dem die Defektdichte einer Oberfläche einer Epitaxieschicht gleich oder weniger als 0,01 (Defekte/cm2) ist, die Zahl von Epitaxiedefekten sehr klein ist, Slips nicht auftreten, selbst wenn die Temperung für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, und der zum Gettern in der Lage ist.
  • Lösung der Aufgabe
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers zur Verfügung gestellt, um die obige Aufgabe zu lösen.
  • In dem Verfahren zur Herstellung des Silicium-Epitaxie-Wafers der vorliegenden Erfindung wird ein Silicium-Einkristall unter Bedingungen hochgezogen, bei denen die Stickstoff-Konzentration des Einkristalls auf 1 × 1011 bis 2 ×
    1013 Atome/cm3 eingestellt ist, dessen Sauerstoff-Konzentration auf 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 (ASTM F123-1979) eingestellt ist und die Kristallabkühlgeschwindigkeit 3,9 bis 4,6°C/min ist bei einer Temperatur vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C und 2,9 bis 4,5°C/min bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C ist.
  • Eine Wärmebehandlung wird an einem Silicium-Wafer durchgeführt, der von dem Silicium-Einkristall geschnitten ist, bei einer Behandlungsbedingung von 850°C oder höher und niedriger als 900°C und 27 bis 33 min. Dann wird eine Epitaxieschicht gebildet.
  • So wird die Sauerstoff-Präzipitatdichte auf 1 × 108 bis 5 × 109 Präzipitate/cm eingestellt, wenn eine Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wird und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wird.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers der vorliegenden Erfindung kann die Sauerstoff-Konzentration auf der Oberseite des Silicium-Einkristalls höher als die Sauerstoff-Konzentration an einer Schwanzseite des Silicium-Einkristalls eingestellt sein.
  • Der erfindungsgemäße Silicium-Epitaxie-Wafer ist vorzugsweise ein Silicium-Epitaxie-Wafer, in dem die Sauerstoff-Konzentration in einem Silicium-Wafer auf 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 (ASTM F123-1979) eingestellt ist, die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Silicium-Wafer auf 1 × 108 bis 5 × 109 Präzipitate/cm3 eingestellt ist, wenn eine Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wird und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wird, und Slips nicht auftreten, wenn die Temperung bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für 0,7 bis 1,1 Millisekunden durchgeführt wird.
  • In dem erfindungsgemäßen Silicium-Epitaxie-Wafer kann die Defektdichte an der Oberfläche der Epitaxieschicht gleich oder weniger als 0,01 Defekte/cm2 sein.
  • Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß in dem hergestellten Epitaxie-Wafer die Sauerstoff-Konzentration des Wafers vor dem Epitaxiewachstum auf 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt ist. Wie oben beschrieben, variiert die Konzentration von zu dotierendem Stickstoff zwischen der Oberseite und der Schwanzseite des Silicium-Einkristalls, weil Segregation auftritt, während der Silicium-Einkristall hochgezogen wird. Die Stickstoff-Konzentration an der Oberseite des Einkristalls ist niedrig und erhöht sich in Richtung der Schwanzseite. Wenn jedoch die Sauerstoff-Konzentration in dem obigen Bereich so eingestellt wird, daß sie an der Oberseite des Einkristalls hoch ist und an der Schwanzseite niedrig ist, wird die Variation der Stickstoff-Konzentration kompensiert und somit ist es möglich, eine geeignete Sauerstoff-Präzipitat (BMD)-Dichte zu erhalten.
  • In diesem Zustand ist es erforderlich, daß das Auftreten von Slip vermieden wird, selbst wenn eine Temperungsbehandlung mit rauhen thermischen Bedingungen für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, d.h. bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für etwa eine Millisekunde. Die Erfinder dieser Anmeldung fanden nicht nur die BMD-Dichte, sondern auch einen neuen Mechanismus in bezug auf die Ursache des Auftretens von Slip. In dem neuen Mechanismus wird ein BMD mit ausgedehnter Größe in einem Wafer (bulk) für das Tempern für den sehr kurzen Zeitraum in dem Prozeß für das Bauelement zur Verfügung gestellt, und Slips treten von dem BMD als Startpunkt auf. Folglich wird nicht nur die BMD-Dichte verringert, um so einen Epitaxiedefekt nicht zu bilden, sondern es wird auch die BMD-Dichte ausreichend zum Sicherstellen des IG-Vermögens aufrechterhalten und deren Größe wird in dem neuen Mechanismus verringert. In dem Tempern (Temperung) für einen sehr kurzen Zeitraum (very short-time annealing), das in der vorliegenden Erfindung als Ziel gesetzt ist, wird ein Teil eines Wafers für einen sehr kurzen Zeitraum auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann abgekühlt. So wird eine sehr große thermische Beanspruchung ausgeübt und somit treten Slips in dem Wafer auf. Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist es, daß thermische Beanspruchung, die einer Behandlung bei der oben beschriebenen Behandlungstemperatur und der oben beschriebenen Behandlungszeit entspricht, erzeugt wird. Erfindungsgemäß sind die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit nicht auf die obigen Werte beschränkt.
  • Hier wird die Stickstoff-Konzentration verringert und somit ein Versuch gemacht, die BMD-Dichte zu verringern. Obwohl die BMD-Dichte durch Verringern der Stickstoff-Konzentration verringert wird, wird die BMD-Dichte viel niedriger als ein Niveau, bei dem die ausreichende IG-Wirkung erhalten wird. Wie in 4B gezeigt ist, variiert die Dotierungsmenge von Stickstoff abhängig von der Hochziehlänge durch Auftreten von Segregation und entsprechend variiert die BMD-Dichte mit der Hochziehlänge. Es ist jedoch notwendig hervorzurufen, daß diese Variation des Werts nicht außerhalb eines erlaubten Bereichs liegt. Somit wird, um den BMD nach einem Epitaxiewachstum zu erhalten, wie in 4A gezeigt ist, die Sauerstoff-Konzentration an der Oberseite des Einkristalls hoch eingestellt, und sie wird an dessen Schwanzseite niedrig eingestellt. Gleichzeitig wird die thermische Vorgeschichte des Einkristalls kontrolliert und so die Leerstellendichte, die als Keim des BMD dient, erhöht. Folglich wird die Verringerung der BMD-Dichte kompensiert. Ferner wird die Wärmebehandlung vor dem Epitaxiewachstum durchgeführt, die Behandlungstemperatur geeignet eingestellt und somit letztendlich die BMD-Dichte sichergestellt.
  • Wenn die Behandlungstemperatur bei der Wärmebehandlung vor dem Epitaxiewachstum auf niedriger als 850°C eingestellt wird (Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung) oder die Wärmebehandlung nicht durchgeführt wird, ist die BMD-Dichte in einem Bereich von 2 × 107 bis 2 × 109 Stück/cm3 und die BMD-Dichte ist in einem Zustand, daß sie nicht kontrolliert wird. Insbesondere wenn die BMD-Dichte mehr als 1 × 108 Stück/cm3 ist, wird ein ausreichendes Getter-Vermögen nicht erhalten. Es ist somit notwendig, daß die Untergrenze der Stickstoff-Konzentration auf etwa 2 x 1013 Atome/cm3 eingestellt ist, um die Verringerung der BMD-Dichte zu verhindern. Das bedeutet, daß die Untergrenze der Stickstoff-Konzentration eingestellt wird, weil durch die Segregation die Stickstoff-Konzentration an der Oberseite insbesondere niedriger ist als diejenige an der Schwanzseite. Wenn jedoch, wie oben beschrieben, der Wert der Untergrenze der Stickstoff-Konzentration eingestellt wird, das heißt wenn die Stickstoff-Konzentration an der Oberseite so eingestellt wird, daß sie nicht niedriger ist als der Wert der Untergrenze der BMD-Dichte, wird die Stickstoff-Konzentration an der Schwanzseite mehr als das. Somit ist der Wafer als Wafer für hohe Qualität nicht geeignet, weil die Zahl von Epitaxiedefekten bei der oben beschriebenen Stickstoff-Konzentration erhöht ist. Umgekehrt wird, wenn die Stickstoff-Konzentration verringert wird, die geforderte BMD-Dichte und ein ausreichendes Getter-Vermögen nicht erhalten.
  • Wenn bei der Wärmebehandlung die Behandlungstemperatur auf gleich oder höher als 900°C eingestellt wird, und so das Getter-Vermögen erzielt wird, treten Slips von dem BMD als Startpunkt durch das Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum, um einer Miniaturisierung eines Prozesses für Bauelemente zu entsprechen, auf. Mit nur dieser Bedingung ist es nicht möglich, eine Kontrolle durchzuführen, um sowohl das ausreichende Getter-Vermögen als auch die Verhinderung des Auftretens von Slip zu erfüllen.
  • So haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die thermische Vorgeschichte des Kristalls auf Basis der Intention, die Leerstellendichte, die als der Keim des BMD diente, zu erhöhen, kontrolliert. Folglich kann die BMD-Dichte mit einem Faktor kontrolliert werden, der sich von der Stickstoff-Konzentration, Wärmebehandlungsbedingung und der Sauerstoff-Konzentration unterscheidet. Wie oben beschrieben, haben jedoch all die Faktoren eine Korrelation miteinander und es ist nicht möglich, nur einen Faktor unabhängig zu ändern. Somit werden unter Berücksichtigung der Relevanz die besten Bedingungen gefunden.
  • Im Ergebnis kann in dem Verfahren zur Herstellung des Epitaxie-Wafers in der vorliegenden Erfindung die Sauerstoff-Präzipitat (BMD)-Dichte auf 1 × 108 bis 5 ×
    109 Präzipitate/cm3 nach Durchführung der Wärmebehandlung bei 780°C für 3 Stunden und der Wärmebehandlung bei 1000°C für 16 Stunden eingestellt werden, indem der Silicium-Einkristall in einem Zustand hochgezogen wird, wo die Stickstoff-Konzentration in dem Einkristall auf 1 × 1011 bis 2 ×
    1013 Atome/cm3 eingestellt ist, dessen Sauerstoff-Konzentration auf 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt ist und die Kristall-Abkühlgeschwindigkeit auf 3,9 bis 4,6°C/min bei einer Temperatur von einem Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C eingestellt ist und auf 2,9 bis 4,5°C/min bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C eingestellt ist, die Wärmebehandlung an einem von dem Silicium-Einkristall geschnittenen Wafer bei einer Behandlungsbedingung von 850°C oder höher und niedriger als 900°C für 27 bis 33 min durchgeführt wird, und dann das Wachstum der Epitaxieschicht hervorgerufen wird. Im Ergebnis ist es möglich, einen Epitaxie-Wafer herzustellen, in dem Slips nicht auftreten, obwohl Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, und die Defektdichte an der Oberfläche des Epitaxie-Wafers gleich oder weniger als
    0,01 Defekte/cm2 ist.
  • Was die Stickstoff-Konzentration betrifft, wird hier unter Berücksichtigung der Segregation die Stickstoff-Dotierung zum Zeitpunkt des Ziehens durchgeführt, um hervorzurufen, daß der Wert der Obergrenze und der Wert der Untergrenze der Stickstoff-Konzentration in dem obigen Bereich sind. Das Dotieren von Stickstoff kann mit einem bekannten Verfahren realisiert werden, beispielsweise der Zugabe einer vorgegebenen Menge eines Stickstoff-haltigen Materials beim Schmelzen eines Ausgangsmaterials oder dem Zumischen eines Stickstoff-haltigen Gases in einer Atmosphäre für das Ziehen.
  • Was die Kristallabkühlgeschwindigkeit betrifft, wird die Abkühlgeschwindigkeit jeweils bei der ersten Temperatur von einem Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C und bei der zweiten Temperatur von 1200°C bis 1000°C kontrolliert. Bei der ersten Temperatur verfestigt sich ein erster Teil des Silicium-Einkristalls aus einer Siliciumschmelze als Ausgangsmaterial, und bei der zweiten Temperatur wird der Silicium-Einkristall weiter abgekühlt. So werden die Dichte und Verteilung von Leerstellen so kontrolliert, daß sie in einem gewünschten Zustand sind. Die Abkühlgeschwindigkeit kann durch eine Ziehvorrichtung kontrolliert werden, in der eine heiße Zone (Hitzeschild und dergleichen), die eine Vorrichtung zur Temperaturkontrolle (Heiz- und Kühlvorrichtung) enthält, zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise kann eine Vorrichtung mit einem Aufbau, wie er in 2 gezeigt ist, benutzt werden.
  • Hier liegt die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur von dem Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C in einem Bereich von 3,9 bis 4,6°C/min, und sie ist vorzugsweise in einem Bereich von 4,0 bis 4,4°C/min. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit niedriger als der obige Bereich ist, tritt ein Epitaxiedefekt in dem Epitaxie-Wafer leicht auf. Somit ist dieser Fall nicht bevorzugt. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit größer als der obige Bereich ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß der gezogene Kristall kein Einkristall wird und mit hoher Wahrscheinlichkeit ersetzt wird, und die Effizienz ist schlecht. Somit ist dieser Fall nicht bevorzugt. Ferner ist dieser Fall nicht bevorzugt, weil der Kristall ein deformiertes Aussehen bekommt.
  • Die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C liegt in einem Bereich von 2,9 bis 4,5°C/min, und sie liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3,0 bis 3,5°C/min. Wenn sie außerhalb des obigen Bereichs liegt, tritt ein Epitaxiedefekt in dem Epitaxie-Wafer leicht auf. Somit ist dieser Fall nicht bevorzugt.
  • Der Grund dafür, die Behandlungsbedingung bei der Wärmebehandlung auf 850°C oder höher und niedriger als 900°C für 27 bis 33 min festzusetzen, liegt darin, daß die BMD-Dichte, um ein ausreichendes ID-Vermögen zu erhalten, sichergestellt wird und eine BMD-Größe erhalten wird, die bewirkt, daß Slip nicht auftritt.
  • Hier bedeutet, daß der Wert betreffend die Behandlungszeit auf 27 bis 33 eingestellt ist, daß die Behandlungszeit einen Bereich mit etwa 10 % Breite aufweist und insbesondere die Behandlungszeit auf 30 ± 3 min (27 bis 33 min) eingestellt ist. Wenn die Behandlungszeit kürzer als dieser Bereich ist, ist es nicht möglich, eine ausreichende BMD-Dichte sicherzustellen. Wenn die Behandlungszeit länger als dieser Bereich ist, verändert sich die BMD-Dichte nicht. Wenn die Behandlungstemperatur niedriger als der obige Bereich ist, ist es notwendig, daß die Stickstoff-Konzentration erhöht wird, um die BMD-Dichte zu erhalten, die es erlaubt, die ausreichende IG-Wirkung zu erhalten. Dieser Fall ist jedoch nicht bevorzugt, weil ein Epitaxiedefekt in dem Epitaxie-Wafer auftreten kann. Zusätzlich ist dieser Fall nicht bevorzugt, weil die BMD-Dichte nicht stabil ist und es nicht möglich ist, sie so zu kontrollieren, daß sie in einem gewünschten Zustand ist. Wenn die Behandlungstemperatur höher als der obige Bereich eingestellt wird, wird davon ausgegangen, daß der BMD wächst und die Größe vergrößert wird. Slips treten von einem BMD mit ausgedehnter Größe als Startpunkt auf und somit ist dieser Fall nicht bevorzugt.
  • Wie in 4A gezeigt ist, kann die Sauerstoff-Konzentration des Wafers in Übereinstimmung mit einem Verfestigungsgrad des Einkristalls, wenn er gezogen wird, geändert werden. In diesem Fall wird die Sauerstoff-Konzentration kontrolliert, indem der Rotationszustand des Tiegels und des Einkristalls und die Bedingungen der Hochziehatmosphäre, wenn der Einkristall gezogen wird, eingestellt werden. Im Ergebnis wird die Sauerstoff-Konzentration auf einen Bereich von 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt. Darüber hinaus werden nicht nur andere Bedingungen zum Zeitpunkt des Ziehens des Einkristalls und zum Zeitpunkt der Wärmebehandlung eingestellt, sondern auch die delikate Einstellung der BMD-Dichte, die durch eine Änderung der oben beschriebenen Stickstoff-Konzentration beeinflusst wird, wird durch Kontrolle der Sauerstoff-Konzentration vorgenommen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sauerstoff-Konzentration so eingestellt, daß sie nicht außerhalb des obigen Bereichs liegt.
  • Im Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers der vorliegenden Erfindung kann die Sauerstoff-Konzentration an der Oberseite des Silicium-Einkristalls hoch und an der Schwanzseite des Silicium-Einkristalls niedrig eingestellt werden.
  • Das Wachstum eines Epitaxiefilms kann erfindungsgemäß unter normalen Bedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise läßt man eine Epitaxieschicht mit einer Filmdicke von etwa 1 bis 7 µm wachsen, indem man ein Filmbildungsgas, wie Trichlorsilan, unter verringertem Druck bei Temperaturbedingungen von etwa 1300°C zuführt.
  • Erfindungsgemäß kann, nachdem die Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wurde und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wurde, die BMD-Dichte auf 1 × 108 bis 5 × 109 Stück/cm3 eingestellt werden, weil die obigen Behandlungsbedingungen sämtlich erfüllt sind.
  • Entsprechend ist es möglich, einen Epitaxie-Wafer herzustellen, in dem Slips nicht auftreten, obwohl Temperung für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, und die Defektdichte an der Epitaxieoberfläche gleich oder weniger als 0,01 Defekte/cm2 ist.
  • Das Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum meint in diesem Fall eine Behandlung, die bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für 0,7 bis 1,1 Millisekunden durchgeführt wird oder eine thermisch rauhe Behandlung, die in Bezug auf die Hitzebedingungen vergleichbar ist zu den obigen Bedingungen der Behandlung.
  • Daß Slips nicht auftreten meint, daß Slip-Defekte mit einer Größe von 0,1 mm oder mehr bei visueller Betrachtung eines unter Verwendung von Röntgenstrahlung aufgenommenen Bildes an der Oberfläche eines Wafers nicht auftreten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bestimmung unter Verwendung eines Bildes durchgeführt, das in einem Mikroskop etwa 10-fach und 30-fach vergrößert ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Erfindungsgemäß kann, weil all die obigen Bedingungen erfüllt sind, ein Effekt erzielt werden, daß es möglich ist, einen Epitaxie-Wafer zur Verfügung zu stellen, der ausreichendes Getter-Vermögen hat und in dem Slips nicht auftreten, obwohl Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, und ein Zustand aufrechterhalten bleibt, bei dem Epitaxiedefekte verringert sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Schnittdarstellung, die einen Silicium-Epitaxie-Wafer in einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist ein Längsschnitt eines CZ-Ofens, der in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers verwendet wird.
    • 3 ist eine Vorderansicht, die schematisch einen Silicium-Einkristall in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers zeigt.
    • 4A ist ein Graph, der eine Änderung der Sauerstoff-Konzentration in bezug auf einen Verfestigungsgrad, wenn der Silicium-Einkristall gezogen wird, zeigt.
    • 4B ist ein Graph, der eine Änderung der Stickstoff-Konzentration in bezug auf den Verfestigungsgrad, wenn der Silicium-Einkristall gezogen wird, zeigt.
  • Bester Weg zur Durchführung der Erfindung
  • Anschließend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxie-Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Schnittansicht, die einen Silicium-Epitaxie-Wafer in der Ausführungsform zeigt. In 1 bezeichnet das Referenzzeichen W einen Silicium-Epitaxie-Wafer.
  • Der Silicium-Epitaxie-Wafer W gemäß der Ausführungsform wird beispielsweise für ein Halbleiter-Element, wie beispielsweise einen MOS und einen Speicher verwendet. Wie in 1 gezeigt, ist eine Epitaxieschicht W1 auf einem Wafer W0 ausgebildet, der von einem Silicium-Einkristall geschnitten wurde, der mit einem CZ-Verfahren hochgezogen wurde. Somit ist die Sauerstoff-Konzentration in einem Volumen (bulk) auf einen Bereich von 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt, die Zahl von Epitaxiedefekten an der Oberfläche der Epitaxieschicht W1 ist auf gleich oder weniger als 0,01 Defekte/cm2 eingestellt, und Slips treten nicht auf, obwohl die Temperung für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird.
  • Was das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers betrifft, wird als ein Prozeß für das Ziehen des Silicium-Einkristalls als erstes Polysilicium, das ein Ausgangsmaterial für einen Silicium-Kristall ist, in einem Quarztiegel aufgeschichtet und angeordnet. Dann wird ein CZ-Kristall in einer Argonatmosphäre oder in einer vorgegebenen Atmosphäre, in der ein vorgegebenes Gas wie beispielsweise Wasserstoff enthalten ist, gezogen. Der CZ-Kristall ist der Name eines Kristalls, der auch ein auf den CZ-Kristall einwirkendes Magnetfeld einschließt und mit einem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) hergestellt wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird als ein Silicium-Einkristall mit hinzugefügtem Stickstoff Silicium-Einkristall gezogen, während eine Verbindung, die Stickstoff einschließt, in einem Stadium eines Ausgangsmaterials hinzugefügt wird, um so eine vorgegebene Stickstoff-Konzentration zu erhalten, oder in einer Atmosphäre gezogen wird, in der Stickstoff bereitgestellt ist. Gleichzeitig wird eine vorgegebene Menge eines Dotierungsmittels zu dem Ausgangsmaterial hinzugegeben, in Übereinstimmung mit dem Typ eines vorgegebenen Substrats. Beispielsweise wird, wenn das Substrat vom p-Typ ist, B (Bor) als das Dotierungsmittel verwendet. Beim Ziehen wird die Sauerstoff-Konzentration des Einkristalls kontrolliert, indem der Gas-Typ der Atmosphäre, die Flußgeschwindigkeit, Druck, die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und des Einkristalls und dergleichen eingestellt werden.
  • Das Ziehen von CZ-Silicium-Einkristall mit zugegebenem Stickstoff wird nachstehend beschrieben. Ein Wafer mit einer Größe von φ300 mm bis φ450 mm wird beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • 2 ist eine Längsschnittansicht eines CZ-Ofens, der verwendet wird um die Herstellung von Silicium-Einkristall in der Ausführungsform zu beschreiben. Der CZ-Ofen schließt einen Tiegel (Quarztiegel) 101 und eine Heizung 102 ein. Der Tiegel 101 ist im zentralen Bereich einer Kammer angeordnet. Die Heizung 102 ist an der Außenseite des Tiegels 101 angeordnet. Der Tiegel 101 hat eine Doppelstruktur, in der der Quarztiegel 101, der eine Ausgangsmaterialschmelze 103 aufnimmt und an dessen Innenseite ist, von einem Graphittiegel 101a an dessen Außenseite gehalten wird. Der Tiegel 101 wird angetrieben, um zu rotieren, und durch eine Tragewelle 101b hochgehoben, die als Podest bezeichnet wird. Ein zylindrisches Hitzeschild 107 ist über dem Tiegel 101 vorgesehen. Das Hitzeschild 107 hat eine Struktur, in der eine Hülle aus Graphit hergestellt ist, deren Inneres mit Graphitfilz gefüllt ist, und es wird eine Temperatur-Kontrollvorrichtung bereitgestellt. Die Temperatur-Kontrollvorrichtung (nicht gezeigt) weist eine Kühlvorrichtung, die von einem Wasserkühlrohr und dergleichen gebildet ist, und eine Heizvorrichtung, wie beispielsweise eine Heizung, auf.
  • Wenn beispielsweise ein Wafer mit einer Größe von φ300 mm gezogen wird, wird der CZ-Ofen verwendet, in dem man einen Einkristall mit einer Größe von φ300 mm wachsen lassen kann. Beispielsweise ist in dem Einkristall der Zieldurchmesser 310 mm und die Körperlänge 1200 mm.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Festlegung einer Betriebsbedingung, um einen CZ-Silicium-Einkristall wachsen zu lassen, beschrieben.
  • Zuerst wird Polykristall aus hochreinem Silicium in den Tiegel gegeben. Beispielswiese wird Bor (B) als Dotierungsmittel hinzugegeben, um hervorzurufen, daß der spezifische Widerstand den p-Typ hat.
  • Erfindungsgemäß bezeichnet der p Typ oder der p-Typ einen Wafer mit einer Bor (B)-Konzentration, die einem spezifischen Widerstand von 1 bis 100 Ωcm entspricht. Ein p+-Typ bezeichnet einen Wafer mit einer Bor-Konzentration, die einem spezifischen Widerstand von 0,1 Qcm bis 1 Qcm entspricht. Ein n Typ oder ein n-Typ bezeichnet einen Wafer mit einer Phosphor (P)-Konzentration, die einem spezifischen Widerstand von 1 bis 100 Ωcm entspricht. Ein n+ Typ bezeichnet einen Wafer mit einer Phosphor-Konzentration, die einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm bis 1 Ωcm entspricht.
  • Ein p/p-Typ meint einen Wafer, in dem eine Epitaxieschicht vom p-Typ auf ein Substrat (Wafer) vom p-Typ laminiert ist. Ein p/n-Typ meint einen Wafer, in dem eine Epitaxieschicht vom p-Typ auf ein Substrat vom n-Typ laminiert ist.
  • 3 ist eine Vorderansicht, die schematisch den Silicium-Einkristall in der Ausführungsform zeigt.
  • In der Ausführungsform wird in dem in 2 gezeigten CZ-Ofen, um die Stickstoff-Konzentration im Bereich von 1 × 1011 bis 2 × 1013 Atome/cm3 in dem Silicium-Einkristall zu erfüllen, das Ziehen durchgeführt, während eine vorgegebene Menge eines Stickstoff-haltigen Materials zu einer geschmolzenen Flüssigkeit aus Silicium hinzugefügt wird, wenn ein Ausgangsmaterial geschmolzen wird, oder der Silicium- Einkristall in einer Atmosphäre gezogen wird, in der ein Stickstoff-haltiges Gas zugemischt ist.
  • Hier wird, wenn die Stickstoff-Konzentration auf mehr als einen oberen Grenzwert des obigen Bereichs eingestellt wird, ein BMD-Niveau erhalten, bei dem das Auftreten von Slip während der Temperung für einen sehr kurzen Zeitraum hervorgerufen wird. Somit ist dieser Fall nicht bevorzugt. Wenn die Stickstoff-Konzentration auf weniger als den unteren Grenzwert des obigen Bereichs eingestellt wird, wird ein BMD-Niveau erhalten, bei dem es nicht möglich ist, eine ausreichende IG-Wirkung zu erhalten. Somit ist dieser Fall nicht bevorzugt.
  • Die Kristall-Rotationsgeschwindigkeit, die Tiegel-Rotationsgeschwindigkeit, die Heizbedingungen, die Bedingungen eines angelegten magnetischen Feldes, die Ziehgeschwindigkeit und dergleichen werden kontrolliert, um die anfängliche Sauerstoff-Konzentration in dem Silicium-Einkristall auf 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 (ASTM F123-1979) einzustellen.
  • Dann wird das Silicium durch die Heizung 102 erhitzt und geschmolzen und dadurch eine Schmelze 103 erhalten. Dann wird der an ein Spannfutter 105 befestigte Keimkristall Ss in die Schmelze 103 eingetaucht und das Kristallziehen durchgeführt, während der Tiegel 1 und eine Hochziehwelle 4 rotieren. Die Kristallorientierung wird beliebig auf {100}, {111} oder {110} eingestellt. Falls notwendig für keine Kristall-Dislokation wird ein Halsteil Sn durch Keimziehen (Halsbildung, necking) gebildet und dann ein Schulterteil S gebildet. So wird der Durchmesser ausgedehnt und dadurch beispielsweise ein Zielkörper-Durchmesser von 310 mm erhalten.
  • Dann wird ein Teil Sb des Körpers gebildet, um bei einer konstanten Ziehgeschwindigkeit bis zu beispielsweise 1200 mm zu wachsen. Ein Schwanzteil St wird durch Verringern des Durchmessers unter vorgegebenen Bedingungen gebildet und das Schwanzziehen wird durchgeführt. Dann wird das Kristallwachstum beendet. Hier wird die Ziehgeschwindigkeit V in Übereinstimmung mit dem spezifischen Widerstand, der Größe des Durchmessers des Einkristalls, eines Aufbaus der heißen Zone (thermische Umgebung) einer zu verwendenden Einkristall-Ziehvorrichtung und dergleichen geeignet ausgewählt.
  • In der Ausführungsform wird in einem Bereich, der einem Teil des Körpers (gerader Teil des Körpers) Sb entspricht, die Kristall-Abkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C auf 3,9 bis 4,6°C/min eingestellt und wird bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C auf 2,9 bis 4,5°C/min eingestellt. Das heißt, zu einem Zeitpunkt direkt nach der Verfestigung, welches eine Zeit ist, wenn Leerstellen, die als ein Keim eines BMD dienen, gebildet werden, und in einem Zeitraum mit einem Temperaturbereich, wenn der Zustand der Leerstellenverteilung in dem Einkristall durch Paar-Annihilation zwischen Leerstellen und Zwischengitter-Silicium gebildet wird, werden die Ziehbedingungen kontrolliert. Entsprechend wird eine Wachstumsbedingung eines Kristalls eingeschlossen Leerstellen kontrolliert und so werden Kristalleigenschaften, die die Dichte von Epitaxiedefekten beeinflussen, das Auftreten von Slip beim Tempern über einen sehr kurzen Zeitraum und der Grad, zu dem IG-Vermögen erhalten wird, kontrolliert.
    Im Einzelnen kann die Kontrolle durchgeführt werden, indem ein Abstand H von der Schmelze zu dem Heizschild 107 verändert wird. Die Temperatur-Kontrollvorrichtung, die aus der Kühlvorrichtung oder der Heizvorrichtung gebildet wird, kann ebenso verwendet werden. Wie oben beschrieben, wird ein Temperaturzustand des Einkristalls kontrolliert und die Ziehgeschwindigkeit kontrolliert und dadurch die obigen Bedingungen realisiert.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Temperatur des Ziehofens durch Simulation mit Analyse-Software wie FEMAG erhalten werden.
  • In der Ausführungsform wie oben beschrieben wird die Zugabe von Stickstoff unter Kontrolle der Ziehbedingung durchgeführt, wenn der gerade Teil des Körpers gezogen wird, und diese Prozesse werden mit einer Wärmebehandlung (die später beschrieben wird) kombiniert. So kann mit Synergiewirkung dieser Prozesse, wenn man eine Epitaxieschicht auf dem Wafer wachsen läßt, die BMD-Dichte so kontrolliert werden, daß das Auftreten des Epitaxiedefekts an dessen Oberfläche, das Auftreten von Slip beim Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum und das Getter-Vermögen in vorgegebenen Bereichen liegen über die gesamte Länge des geraden Teil des Körpers als jede Wafer-Schnittposition. Das heißt ein Silicium-Einkristall mit einer solchen gewünschten Qualität kann hochgezogen werden. Und dann kann die Arbeitseffizienz verbessert und die Herstellungskosten eines Silicium-Einkristalls oder eines aus dem Silicium-Einkristall hergestellten Silicium-Epitaxie-Wafers erheblich verringert werden.
  • Im Anschluß an den Prozeß des Ziehens eines Silicium-Einkristalls wird als Prozeß der mechanischen Wafer-Bearbeitung der CZ-Silicium-Einkristall mit hinzugefügtem Stickstoff mechanisch bearbeitet und dadurch wird, wie in 1 gezeigt ist, der Silicium-Wafer W0, der Stickstoff enthält, erhalten.
  • Beim Prozeß der mechanischen Wafer-Bearbeitung wird ein allgemeines Verfahren zur mechanischen Bearbeitung des Silicium-Wafers W0 verwendet. Im Einzelnen wird, nachdem der Silicium-Einkristall durch eine Schneidvorrichtung, wie eine ID-Säge oder eine Drahtsäge, geschnitten wurde, Abkanten (chamfering) und dergleichen durchgeführt. Ein dadurch erhaltener Silicium-Wafer wird getempert. Dann wird ein Oberflächenbehandlungsprozeß, wie Polieren und Waschen, an dessen Oberfläche durchgeführt. Beispielsweise wird als der Prozeß zur mechanischen Bearbeitung des Wafers die Oberfläche des Silicium-Substrats W0, welches der CZ-Silicium-Einkristall mit hinzugefügtem Stickstoff ist, hochglanzpoliert und dann wird beispielsweise RCA-Waschen, das durch Kombinieren von SC1 und SC2 erhalten wird, durchgeführt. Verschiedene Prozesse wie Läppen, Reinigen und Schleifen werden zusätzlich zu den obigen Prozessen durchgeführt. Die Prozesse werden in Übereinstimmung mit dem Zweck geeignet geändert und verwendet (beispielsweise wird die Reihenfolge der Prozesse geändert oder einige Prozesse weggelassen).
  • In dem auf diese Weise erhaltenen Silicium-Wafer W0 ist die Stickstoff-Konzentration 1 × 1011 bis 2 × 1013 Atome/cm3 und die Sauerstoff-Konzentration ist 9,5 × 1017 bis 13,5 × 1017 Atome/cm3 (ASTM F123-1979).
  • Weil Stickstoff im Zustand fester Lösung im Silicium enthalten ist, wird Stickstoff in einer Form eingeführt, in der Stickstoff in einem Silicium-Gitter durch Silicium ersetzt wird. Das heißt, weil der Atomradius von Stickstoff kleiner ist als derjenige eines Siliciumatoms, wirkt, wenn Stickstoff an eine Substitutionsposition koordiniert ist, ein Spannungsfeld des Kristalls als zusammendrückendes Spannungsfeld. Dadurch werden Sauerstoff und Verunreinigungen zwischen Gittern leicht zu dem zusammendrückenden Spannungsfeld eingefangen. Ein Sauerstoff-Präzipitat, das bei hoher Temperatur stabil ist und eine hohe Dichte hat, zeigt sich von dem Stickstoff in Substitutionsposition als Startpunkt in dem gerade gewachsenem Silicium. Zusätzlich erhält das Silicium-Substrat W0 unschwer eine Getter-Wirkung.
  • Es ist erforderlich, daß die Konzentration des in das Silicium hinzugegebenen Stickstoffs auf den oben beschrieben Bereich beschränkt ist. Der Grund ist wie folgt. Wenn die Stickstoff-Konzentration geringer ist als der obige Bereich, ist die Beschleunigung der Bildung eines Präzipitats auf Stickstoff- und Sauerstoff-Basis nicht aktiv. Somit ist es nicht möglich, die Bildung des Präzipitats auf Stickstoff- und Sauerstoff-Basis mit der oben beschriebenen ausreichenden Dichte zu realisieren.
  • Wenn die Stickstoff-Konzentration über dem obigen Bereich liegt, wird ein BMD-Verteilungszustand erhalten, der ein nicht bevorzugter Zustand ist, wo Slips bei der Temperung für einen sehr kurzen Zeitraum auftreten und Epitaxiedefekte auftreten.
  • Ferner muß die Sauerstoff-Konzentration Oi des Silicium-Substrats W0 in dem obigen Bereich sein. Der Grund ist wie folgt. Wenn die Sauerstoff-Konzentration Oi unter dem obigen Bereich liegt, wird die Bildung eines Präzipitats auf Stickstoff- und Sauerstoff-Basis nicht beschleunigt und ein Präzipitat mit hoher Dichte nicht erhalten. So ist es nicht möglich, das erforderliche Getter-Vermögen zu erhalten.
  • Wenn die Sauerstoff-Konzentration Oi über dem obigen Bereich liegt, werden die Präzipitate zu viel gebildet. So besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß die Präzipitate als Quelle für das Auftreten von Slip wirken.
  • Dann wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 850°C oder höher und niedriger als 900°C unter einer Atmosphäre eines Inertgases für 27 bis 33 min durchgeführt.
  • Hier bedeutet, daß der Wert betreffend die Behandlungszeit auf 27 bis 33 min eingestellt ist, daß die Behandlungszeit einen Bereich mit etwa 10 % Breite aufweist und insbesondere die Behandlungszeit auf 30 ± 3 min (27 bis 33 min) eingestellt ist. Wenn die Behandlungszeit kürzer als dieser Bereich ist, ist es nicht möglich, eine ausreichende BMD-Dichte sicherzustellen. Wenn die Behandlungszeit länger als dieser Bereich ist, ändert sich die BMD-Dichte nicht. Wenn die Behandlungstemperatur kürzer als der obige Bereich ist, ist es notwendig, daß die Stickstoff-Konzentration erhöht wird, um die BMD-Dichte für ein ausreichendes IG-Vermögen zu erhalten. In diesem Fall kann jedoch ein Epitaxiedefekt in dem Epitaxie-Wafer auftreten. Deshalb ist dieser Fall nicht bevorzugt. Zusätzlich ist der Fall nicht bevorzugt, weil die BMD-Dichte nicht stabil ist und deren Kontrolle, so daß sie in einem gewünschten Zustand ist, nicht möglich ist. Wenn die Behandlungstemperatur höher als der obige Bereich eingestellt ist, ist die BMD-Dichte zu hoch und Slips treten von einem BMD als Startpunkt auf. Deshalb ist dieser Fall nicht bevorzugt.
  • Dann wird in einem Prozeß zur Ausbildung einer Epitaxieschicht das Silicium-Substrat in einen Ofen für das Epitaxiewachstum gegeben und so läßt man eine Epitaxieschicht aufwachsen. Wie in 1 gezeigt ist, läßt man beispielsweise eine Epitaxieschicht W1, in der die Dotiermittel-Konzentration den p-Typ hat, wachsen, indem verschiedene CVD-Verfahren (chemische Gasabscheidung) verwendet werden.
  • Als Epitaxieprozeß wird die Epitaxieschicht W1 in einer Atmosphäre von beispielsweise Trichlorsilan, Dichlorsilan oder dergleichen als Filmbildungsgas, einem Dotiergas und Wasserstoff als Trägergas ausgebildet. Die Epitaxieschicht W1 wird bei Bedingungen einer Temperatur von etwa 1100°C bis 1200°C gebildet. Die gebildete Epitaxieschicht W1 hat eine Filmdicke von 1 bis 10 µm und vorzugsweise etwa 1 bis 3 µm oder etwa 3 bis 5 µm. Nach oder vor dem Epitaxieprozeß kann eine Oberflächenbehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt werden, in die ein HCl-Gas oder dergleichen eingeschlossen ist.
  • Danach wird zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation eine Wärmebehandlung bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt und eine Wärmebehandlung bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt.
  • Gemäß der Ausführungsform werden die Stickstoff-Konzentration und die Sauerstoff-Konzentration des Kristalls auf den oben beschriebenen Zustand eingestellt, und die Abkühlgeschwindigkeit des Kristalls wird auf den oben beschriebenen Zustand eingestellt in einem Temperaturbereich vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C und in einem Temperaturbereich von 1200°C bis 1000°C. In diesem Zustand wird der Silicium-Einkristall hochgezogen. Nachdem die Wärmebehandlung mit der obigen Behandlungsbedingung an einem Wafer durchgeführt wurde, der von dem Silicium-Einkristall geschnitten worden war, läßt man die Epitaxieschicht wachsen. So wird die BMD-Dichte, nachdem die Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wurde und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wurde, auf 1 × 108 bis 5 × 109 Stück/cm3 eingestellt.
  • Das heißt, alle Bedingungen sind erfüllt und deshalb ist es möglich, einen Epitaxie-Wafer herzustellen, in dem Slips nicht auftreten, obwohl Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum durchgeführt wird, und die Defektdichte an der Epitaxieoberfläche gleich oder weniger als 0,01 Defekte/cm2 ist.
  • In der vorliegenden Erfindung hat die Stickstoff-Konzentration einen Wert, der durch Berechnung erhalten wird. Die Konzentration unterhalb der Meßgrenze (1 x
    1014 Atome/cm3) eines Sekundär-Ionen-Massenspektrometers (SIMS) kann unter Verwendung eines aus der Stickstoff-Konzentration erhaltenen Segregations-Koeffizienten k (k = 7 × 10-4) errechnet werden, der einen bestimmten Verfestigungsgrad angibt und der in einem Bereich der Meßgrenze des SIMS oder darüber gemessen wird. Das heißt, ein Wert, der berechnet wird durch den allgemeinen Segregationsausdruck: CTOP=Cx(1-X)1-k (hier bezeichnet CTOP die Stickstoff-Konzentration an der Oberseite, Cx bezeichnet die durch SIMS bei einem Verfestigungsgrad X gemessene Stickstoff-Konzentration), oder ein Wert, der berechnet wird durch CTOP=kC0 (C0 bezeichnet die Menge von Stickstoff, die beispielsweise in einen Wafer mit einem daran befestigten Nitrid-Film gegeben wird, wenn das Ausgangsmaterial geschmolzen wird), wird als die berechnete Stickstoff-Konzentration verwendet.
  • Erfindungsgemäß meint die „Oberseite des Einkristalls“ den Beginn des Ziehens des geraden Teils des Körpers, der für das Schneiden von Wafern verwendet wird. „Der Schwanz des Einkristalls“ meint das Ende des Ziehens des geraden Teils des Körpers, der für das Schneiden von Wafern verwendet wird.
  • Daß Slip nicht auftritt bedeutet, daß ein Slip-Defekt mit einer Größe von ungefähr 0,1 mm oder 0,1 mm oder mehr an der Oberfläche eines Wafers bei visueller Untersuchung eines unter Verwendung von Röntgenstrahlung aufgenommenen Bildes nicht auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bestimmung durchgeführt, indem ein Bild verwendet wird, das in einem Mikroskop etwa 10-fach und 30-fach vergrößert ist.
  • Was die Messung von Epitaxiedefekten betrifft, wurde die Dichte von Defekten mit einer Größe von 0,01 µm oder mehr unter Verwendung eines Laserlichtstreuungs-Partikelzählers (SP1, surfscan SP1): hergestellt von KLA-Tencor Corporation) bestimmt.
  • Die BMD-Dichte wird auf die folgende Weise gemessen. Eine Probe wird in einer Dash-Lösung (3,2 ± 5 % Flußsäure, 16,5 ± 5 % Salpetersäure, 69,2 ± 5 % Eisessig, 0,005 wäßrige Silbernitrat-Lösung und 11 ± 5 % reines Wasser) 5 µm geätzt. Nach dem Ätzen wird die Probe gespalten und Sauerstoff-Präzipitate in einem Querschnitt gemessen.
  • Beispiel
  • Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
  • Als Bedingung beim Ziehen wurde ein Silicium-Einkristall mit φ310 mm und einer Länge von 1200 mm in einem Zustand gezogen, in dem die Stickstoff-Konzentration an der Oberseite des Kristalls eingestellt war. Hier wurden eine Abkühlgeschwindigkeit in dem Temperaturbereich vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C und dem Temperaturbereich von 1200°C bis 1000°C und die anfängliche Sauerstoff-Konzentration (zum Zeitpunkt des Ziehens) in einem geraden Teil des Körpers kontrolliert.
  • Die Oberfläche eines aus dem Einkristall geschnittenen Wafers wurde hochglanzpoliert. Nach Durchführung einer Wärmebehandlung bei 875°C oder einer anderen Temperatur für 30 min wurde Epitaxiewachstum in einer Atmosphäre, in der ein Trichlorsilangas enthalten war, unter einer Bedingung von 1300°C für 30 s durchgeführt. So wurde eine Epitaxieschicht vom p-Typ mit einer Filmdicke von 3 µm auf dem Wafer gebildet. Die Dichte von Epitaxiedefekten, die an der Oberfläche der Epitaxieschicht auftraten, wurde in bezug auf einen Abstand in axialer Richtung gemessen. Was die Messung von Epitaxiedefekten betrifft, wurde die Dichte von Defekten (SF) mit einer Größe von 0,01 µm oder mehr unter Verwendung eines Laserlichtstreuungs-Partikelzählers (SP1 (surfscan SP1): hergestellt von KLA-Tencor Corporation) bestimmt.
  • Ferner wurde die BMD-Dichte bestimmt, nachdem die Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt worden war und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt worden war.
  • Ferner wurde nach Tempern für einen sehr kurzen Zeitraum bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für 0,7 bis 1,1 Millisekunden untersucht, ob Slip in einem unter Verwendung von Röntgenstrahlung aufgenommenen Bild auftrat oder nicht.
  • Die Tabellen zeigen die Resultate. Tabelle 1
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6
    Stickstoff-Konzentration im Kristall [Atome/cm3] 1,0E+11 2,0E+13 3,0E+12 6,0E+12 3,0E+12 4,0E+11
    Thermische Vorgeschichte des Kristalls [°C/min] Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2
    Thermische Vorgeschichte des Kristalls [°C/min] 1200°C bis 1000°C 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1
    Sauerstoff-Konzentration E17 [Atome/cm3] 13,5 9,5 12,8 12,0 10,5 12,0
    Temperatur der Wärmebehandlung [°C] 875 875 875 875 875 875
    BMD-Dichte [/cm3] 6,2E+08 3,0E+09 2,0E+09 5,0E+09 1,0E+08 4,8E+08
    Epitaxiedefekte [/cm2] 0,004 0,010 0,006 0,007 0,006 0,000
    Slip keiner keiner keiner keiner keiner keiner
    [Tabelle 2]
    Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3 Vergleichsbeispiel 4 Vergleichsbeispiel 5 Vergleichsbeispiel 6 Vergleichsbeispiel 7
    Stickstoff-Konzentration im Kristall [Atome/cm3] 1,0E+12 1,0E+12 5,0E+13 2,0E+13 1E+12 5E+12 ND (keine Dotierung)
    Thermische Vorgeschichte des Kristalls [°C/min] Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C 4,2 2,9 4,2 2,9 4,2 4,2 4,2
    Thermische Vorgeschichte des Kristalls [°C/min] 1200°C bis 1000°C 3,1 2,1 3,1 2,1 3,1 3,1 3,1
    Sauerstoff-Konzentration E17 [Atome/cm3] 13,5 13,5 12,0 12,6 10 12,4 13,5
    Temperatur der Wärmebehandlung [°C] 650 875 875 875 900 840 875
    BMD-Dichte [/cm3] 1,0E+08 5,0E+07 1,0E+08 7,0E+09 5,0E+09 8,00E+07 4,00E+07
    Epitaxiedefekte [/cm2] 0,005 0,005 0,020 0,020 0,015 0,005 0,001
    Slip keiner keiner keiner liegt vor liegt vor keiner keiner
  • Von den Resultaten sind in den Beispielen 1 bis 6 sämtliche Bedingungen der vorliegenden Erfindung erfüllt. Somit versteht sich, daß die BMD-Dichte in dem vorgegebenen Bereich liegt, Epitaxiedefekte gleich oder weniger als der Referenzwert sind und Slips nicht auftreten. Im Gegensatz dazu ist die BMD-Dichte in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 klein. Es versteht sich somit, daß es nicht möglich ist, ein ausreichendes Getter-Vermögen zu zeigen. Es versteht sich, daß die Zahl von gebildeten Epitaxiedefekten in Vergleichsbeispiel 3 größer ist als die definierte Menge. Es versteht sich, daß das Auftreten von Slip im Vergleichsbeispiel 4 beobachtet wird. Es versteht sich, daß in Vergleichsbeispiel 5 die Wärmebehandlungstemperatur zu hoch ist und die Zahl gebildeter Epitaxiedefekte größer ist als die definierte Menge. In Vergleichsbeispiel 6 ist die Wärmebehandlungstemperatur zu niedrig und die BMD-Dichte ist klein. Somit versteht es sich, daß es nicht möglich ist, ein ausreichendes Getter-Vermögen zu zeigen. In Vergleichsbeispiel 7 wird die Dotierung nicht durchgeführt und die BMD-Dichte ist klein. Es versteht sich somit, daß es nicht möglich ist, ein ausreichendes Getter-Vermögen zu zeigen.
  • Bezugszeichenliste
    • W
    Silicium-Epitaxie-Wafer
    W0
    Wafer
    W1
    Epitaxieschicht

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers, das folgendes umfaßt: einen Schritt des Hochziehens eines Silicium-Einkristalls; einen Schritt des Schneidens des Silicium-Einkristalls, um so Silicium-Wafer zu bilden; einen Schritt des Erhitzens der Silicium-Wafer; und einen Schritt der Bildung einer Epitaxieschicht auf dem Silicium-Wafer, und einen Schritt einer Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation in dem Silicium-Wafer mit der Epitaxieschicht, wobei in dem Schritt des Hochziehens des Silicium-Einkristalls die Stickstoff-Konzentration des Einkristalls auf 1 × 1011 bis 2 × 1013 Atome/cm3 eingestellt ist, die Sauerstoff-Konzentration davon auf 9,5 ×1017 bis 13,5 ×1017 cm3 Atome/cm3 (ASTM F123-1979) eingestellt ist, die Kristallabkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur vom Schmelzpunkt von Silicium bis 1350°C auf 3,9 bis 4,6°C/min eingestellt ist und bei einer Temperatur von 1200°C bis 1000°C auf 2,9 bis 4,5°C/min eingestellt ist, wobei in dem Schritt des Erhitzens der Silicium-Wafer der Silicium-Wafer für 27 bis 33 min unter Bedingungen von 850°C oder höher und niedriger als 900°C erhitzt wird, wobei die Sauerstoff-Präzipitatdichte auf dem Silicium-Wafer, wenn der Schritt der Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wird und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wird, auf 1 ×108 bis 5 × 109 Präzipitate/cm3 eingestellt ist.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxie-Wafers gemäß Anspruch 1, bei dem die Sauerstoff-Konzentration an der Oberseite des Silicium-Einkristalls höher als die Sauerstoff-Konzentration an der Schwanzseite des Silicium-Einkristalls eingestellt ist.
  3. Silicium-Epitaxie-Wafer, der folgendes umfaßt: einen Silicium-Wafer und eine auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildete Epitaxieschicht, wobei die Sauerstoff-Konzentration in dem Silicium-Wafer auf 9,5 ×1017 bis 13,5 ×1017 Atome/cm3 (ASTM F123-1979) eingestellt ist, wobei die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Silicium-Wafer, wenn eine Wärmebehandlung zur Bestimmung der Sauerstoff-Präzipitation bei 780°C für 3 Stunden durchgeführt wird und bei 1000°C für 16 Stunden durchgeführt wird, 1 ×108 bis 5 ×109 Präzipitate/cm3 beträgt und wobei Slips nicht auftreten, wenn die Temperung bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C für 0,7 bis 1,1 Millisekunden durchgeführt wird.
  4. Silicium-Epitaxie-Wafer gemäß Anspruch 3, wobei die Defektdichte an der Oberfläche der Epitaxieschicht gleich oder weniger ist als 0,01 Defekte/cm2.
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