DE60207657T2

DE60207657T2 - Halbleitersubstrat aus Silizium und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60207657T2
Application number: DE60207657T
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Hikari Tachikawa; Kazunori Hikari Ishisaka
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: US20030134520A1; EP1293591A2; CN1194382C; US6767848B2; KR20030023509A; JP2003086597A; EP1293591A3; CN1405841A; EP1293591B1; DE60207657D1; TWI231548B; JP4549589B2; KR100526427B1

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumhalbleitersubstrat und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Siliziumhalbleitersubstrat, das aus einem Siliziumhalbleitersubstrat kommt, das derart geformt ist, daß es ein leichtes Entfernen von Hohlraumdefekten über eine Wärmebehandlung im Hinblick darauf gestattet, daß man ein defektfreies Gebiet in einem Produkt vom Hohlraumtyp erhält, und das infolge einer nachfolgenden Wärmebehandlung eine tiefe defektfreie Oberflächenschicht bildet, überragende Einrichtungscharakteristiken aufweist und sich einer zufriedenstellenden Gettereigenschaft erfreut, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Allgemeiner Stand der Technik
Hinsichtlich der Verbesserung der Defektfreiheit der Oberflächenschicht des Halbleitersubstrats wurde bisher berichtet über die Technik der Wärmebehandlung eines gegebenen Halbleitersubstrats in einer Atmosphäre aus Wasserstoffgas bei einer Temperatur von 1200°C mit einer Dauer von unter einer Stunde, wodurch eine Expansion einer defektfreien Schicht ohne Sauerstoffprezipitatdefekte bis zu einer Tiefe von 10 μm von der Oberflächenschicht induziert wurde (JP-A-06-252,154). Es ist bekannt, daß diese Technik das Entfernen von Defekten vom Hohlraumtyp (d.h. Defekte vom „Leerloch"-Typ) bis zu einer Tiefe von 1 bis 3 μm bewirkt. Jüngst wurde berichtet über die Technik des Bewirkens des Entfernens der Hohlraumtypdefekte bis auf ein tieferes Gebiet von der Oberflächenschicht durch Verringern der Größe von Hohlraumtypdefekten bei einer hohen Dichte infolge des Zusatzes von Stickstoff (JP-A-11-135,511 und JP-A-2000-256,092 entsprechend EP-A-1087042). Bei der letzteren Erfindung wird berichtet, daß die Formänderung an Hohlraumtypdefekten Interesse erweckt hatte und daß sich der Zusatz von Stickstoff in einer entsprechenden Gestalt der Defekte als effektiv herausgestellt hatte.
Der oben erwähnte Stand der Technik hat den Effekt des Zusatzes von Stickstoff auf die Formänderung, die sich in den Hohlraumtypdefekten manifestiert, kaum enthüllt. Hinsichtlich der Wärmebehandlung, die zum Zweck durchgeführt wird, ein Entfernen der Hohlraumtypdefekte zu bewirken, hat sie keinerlei Beschränkung hinsichtlich der effektiven Stickstoffkonzentration, der Sauerstoffkonzentration und der Kühlrate auferlegt, die zu verwenden sind, wenn der gezogene Siliziumeinkristall eine Temperaturzone von 1100°C durchläuft (im folgenden einfach als „Kühlrate" bezeichnet). Insbesondere bei den Hohlraumtypdefekten diffundieren die Hohlräume, die Punktdefekte sind, durch die Oberfläche der Hohlraumtypdefekte während ihres Entfernens durch die Wärmebehandlung. Die Diffusion ist in diesem Fall proportional zu dem Oberflächeninhalt, der die peripheren Teile der Hohlraumtypdefekte bildet. Allein schon die Erwähnung des Effekts in der Formänderung verdient es nicht, so angesehen zu werden, daß auf das Entfernen von Hohlraumtypdefekten eine erforderliche Beschränkung auferlegt wird.
Tatsächlich induziert die vom Stand der Technik in Betracht gezogene Wärmebehandlung das Entfernen der Defekte kaum in dem Ausmaß des Aufzeichnens eines Restverhältnisses in der Größenordnung von Prozent in einer Tiefe von 0,5 μm von der Oberflächenschicht. Er hat den Hohlraumtypdefekten keine Beschränkung auferlegt, die ausreicht, um Hohlraumtypdefekte mit einer derartigen Dichte zu entfernen, daß die Herstellung einer Einrichtung unter Produktionsbedingungen bei Überschreiten der kommerziellen Produktivität nicht beeinträchtigt wird.
Wegen der gegenwärtigen Nachfrage nach der Herstellung von Siliziumeinkristallen mit vergrößerten Durchmessern nehmen die Hohlraumtypdefekte möglicherweise je nach den relevanten Produktionsbedingungen unnötig zu. Angesichts dieser Tatsache wird vermutet, daß der Stand der Technik seinen Effekt nur unzureichend manifestiert, sofern nicht der Zusatz von Stickstoff in einer adäquaten Menge erfolgt. Unter dem Gesichtspunkt des Gestattens einer Herstellung eines kommerziell nützlichen Siliziumhalbleitersubstrats, das sich dem Entfernen von Hohlraumtypdefekten ganz durch bis zu einem tiefen Gebiet von der Oberflächenschicht erfreut, weist der Stand der Technik somit einen Nachteil auf, weil ihm Beschränkungen an Bedingungen fehlen.
Aufgaben der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines neuartigen Siliziumhalbleitersubstrats und eines Verfahrens für dessen Produktion angesichts solcher Mängel des Stands der Technik wie oben erwähnt.
Spezifisch ist die vorliegende Erfindung in der Lage, ein Entfernen von Hohlraumtypdefekten bis auf ein tiefes Gebiet von der Oberflächenschicht zu bewirken, wobei dieses Merkmal durch den Stand der Technik nicht erzielt worden ist. Für eine feste Temperatur der Wärmebehandlung ist die vorliegende Erfindung in der Lage, das Entfernen der Hohlraumtypdefekte bis zu einem Gebiet mit einer größeren Tiefe als der Stand der Technik zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung zielt ab auf die Bereitstellung eines Produktionsverfahrens, das die Herstellung eines Siliziumhalbleitersubstrats, das eine defektfreie Schicht mit erforderlicher Tiefe besitzt, durch Ausführen einer Wärmebehandlung mit einer kürzeren Dauer als der Stand der Technik beim Ausbilden der defektfreien Schicht in einer festen Tiefe gestattet.
Beschreibung der Erfindung
Die oben erwähnten Aufgaben werden durch die folgenden Punkte (1)–(4) gelöst,

(1) Ein Siliziumhalbleitersubstrat, abgeleitet von einem Siliziumeinkristall, aufgewachsen durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung, wobei das Halbleitersubstrat eine Sauerstoffkonzentration von höchstens 9,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und eine Stickstoffkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁴ Atome/cm³ und höchstens 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ aufweist, wobei das Halbleitersubstrat Hohlraumtypdefekte umfaßt, wobei die Hohlraumtypdefekte der Beziehung 0,2 ≥ V/S/R genügen, wobei V das Volumen von Hohlraumtypdefekten, S den Oberflächeninhalt davon und R den Radius von sphärischen Defekten bezeichnet, von denen angenommen wird, daß sie das gleiche Volumen aufweisen wie die Hohlraumtypdefekte mit dem Volumen von V, wobei der Radius R der Beziehung R ≤ 30 nm genügt.
(2) Ein Verfahren für die Produktion eines Halbleiterherstellungssubstrats, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines in Punkt (1) oben dargelegten Siliziumhalbleitersubstrats, wie von einem Siliziumeinkristall abgeleitet, aufgewachsen durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung unter Verwendung von geschmolzenem Silizium, das Stickstoff mit der Konzentration von mindestens 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und höchstens 1,5 × 10¹⁹ Atome/cm³ enthält, und unter Verwendung einer Kühlrate von mindestens 5°C/min, während der gezogene Siliziumeinkristall eine Temperaturzone von 1100°C durchläuft, und Wärmebehandeln des Siliziumhalbleitersubstrats in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1150°C für mindestens eine Stunde.
(3) Ein Verfahren für die Produktion eines Siliziumhalbleitersubstrats nach Punkt (2) oben, gekennzeichnet durch Durchführen der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, wodurch bewirkt wird, daß das Halbleitersubstrat eine Sauerstoffkonzentration von höchstens 6 × 10¹⁶ Atome/cm³ bei einer Tiefe von 1 μm von der Oberfläche in der Mitte davon erreicht, wobei ein lokal konzentrierter Teil, der aus einer Stickstoffabscheidung herrührt, eine Konzentration von mindestens der doppelten Höhe der mittleren Signalstärke in der Mitte der Siliziumsubstrattiefe nach Bestimmung der Stickstoffkonzentration durch das Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS), eine oberflächendefektfreie Schicht mit einer Tiefe von mindestens nicht weniger als 5 μm und mindestens 12 μm von der Oberfläche und eine Sauerstoffprezipitatdichte von mindestens 1 × 10⁹ Teilchen/cm³ in der Mitte der Tiefe des zentralen Teils des Siliziumsubstrats aufweist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Das Siliziumhalbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung erhält man durch Abschneiden eines Segments mit einer vorgeschriebenen Dicke von einem Siliziumeinkristall, der aufgewachsen wurde durch das Czochralski-Verfahren (im weiteren als das „CZ-Verfahren" bezeichnet) oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung (im weiteren bezeichnet als „CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung").
Genauer gesagt umfaßt das CZ-Verfahren das Aufwachsen eines Siliziumeinkristallstabs mit einem erforderlichen Durchmesser, indem bewirkt wird, daß ein Keimkristall die Schmelze eines polykristallinen Siliziumrohmaterials kontaktiert, das in einem Quarztiegel aufgenommen ist, und daß er langsam, während er mittlerweile in Drehung gehalten wird, nach oben gezogen wird. Der Kristall kann, während er gezogen wird, mit Stickstoff dotiert werden, indem ein Nitrit im voraus in dem Quarztiegel angeordnet wird oder das Nitrid in das geschmolzene Silizium injiziert wird oder indem das Umgebungsgas, das die Stelle des Kristallwachstums umgibt, von Anfang an Stickstoff enthält. In diesem Fall kann die in den Kristall eingelagerte Menge an dem Dotierstoff gesteuert werden, indem die Nitridmenge, die Konzentration des Stickstoffgases oder die Dauer der Injektion eingestellt werden. Das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung ist zu dem CZ-Verfahren identisch, außer daß es die Operation des Ziehens eines Kristallstabs bei fortgesetzter Anwendung eines Magnetfelds auf das Innere des Quarztiegels ausführt. Auf diese Weise kann die Stickstoffkonzentration leicht in dem Bereich von 5 × 10¹⁷–1,5 × 10¹⁹ Atome/cm³ in der Siliziumschmelze oder im Bereich 5 × 10¹⁴–1 × 10¹⁶ Atome/cm³ im Siliziumeinkristall gesteuert werden.
Weiterhin wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristallstab im Bereich 6 × 10¹⁷–9,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ während des Aufwachsens des mit Stickstoff über das CZ-Verfahren oder das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung dotierten Einkristallstabs gesteuert wird.
Während des Aufwachsens des Siliziumeinkristallstabs kann die Notwendigkeit für das Senken der Sauerstoffkonzentration in diesem Kristallstab auf ein Niveau im oben erwähnten Bereich durch ein beliebiges der bisher üblicherweise verwendeten Verfahren erfüllt werden. Die Einstellung der Sauerstoffkonzentration in dem oben erwähnten Bereich läßt sich leicht erreichen durch solche Mittel wie beispielsweise Senken der Drehzahl des Tiegels, Erhöhen der Strömungsrate des einzuleitenden Gases, Absenken des atmosphärischen Drucks und Einstellen der Temperaturverteilung und der Konvektion in dem geschmolzenen Silizium.
Zudem wird bei der vorliegenden Erfindung beim Aufwachsen des mit Stickstoff dotierten Siliziumeinkristallstabs über das CZ-Verfahren oder das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung bevorzugt, daß die Kühlrate des wachsenden Kristalls im Bereich 5–15°C/min gesteuert wird. Tatsächlich kann die Realisierung dieser Bedingungen für die Produktion eines Kristalls beispielsweise durch ein Verfahrens des Einstellens der Zielgeschwindigkeit des Kristalls erreicht werden, wodurch die Geschwindigkeit des Aufwachsens des Kristalls erhöht oder gesenkt wird. Sie kann ansonsten erzielt werden, indem in der Kammer einer Vorrichtung für die Produktion eines Siliziumeinkristalls über das CZ-Verfahren oder das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung eine Einrichtung installiert wird, die den Kristall mit einer willkürlichen Kühlrate kühlen kann, Als die Kühleinrichtung dieser Art reicht es aus, eine Einrichtung zu verwenden, die einen gegebenen Kristall dadurch kühlen kann, daß sie ein Kühlgas bläst, oder ein Verfahren einzusetzen zum Anordnen eines Wasserkühlrings, der dafür ausgelegt ist, den Kristall beim Aufwachsen zu umgeben, in einer festen Position auf der Oberfläche des geschmolzenen Siliziums anzuordnen. In diesem Fall wird es durch Verwenden des oben erwähnten Kühlverfahrens und Einstellen der Ziehgeschwindigkeit des Kristalls beim Aufwachsen ermöglicht, die Kühlrate in dem oben erwähnten Bereich einzuschränken. Somit kann bei dem CZ-Verfahren oder dem CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung der Siliziumeinkristallstab erzielt werden, der mit Stickstoff in einer erforderlichen Konzentration dotiert ist und so hergestellt ist, daß er Sauerstoff in einer erforderlichen Konzentration enthält und mit einer erforderlichen Kühlrate aufgewachsen wird, Dieser Siliziumeinkristallstab wird dann mit einer solchen Schneideinrichtung wie etwa der intern-peripheren-Messerschneidemaschine oder der Drahtsäge zerschnitten und dann den Schritten wie etwa Abschrägen, Läppen, Ätzen und Schleifen unterzogen, um einen Siliziumeinkristallwafer herzustellen. Diese Schritte sind natürlich ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung aufgezählt. Verschiedene andere Schritte wie etwa Waschen sind ebenfalls denkbar. Die Sequenz dieser Schritte kann abgeändert werden oder Teil dieser Schritte kann ordnungsgemäß entfallen, wie es dem Verwendungszweck des Fertigprodukts entspricht.
Der Siliziumeinkristallwafer, der wie oben beschrieben erhalten wird, gestattet die Herstellung eines Siliziumhalbleitersubstrats, das der Beziehung 0,2 ≥ V/S/R genügt, wobei V das Volumen von Hohlraumtypdefekten (d.h. Defekte vom „Leerlochtyp"), S den Oberflächeninhalt davon und R den Radius von sphärischen Defekten bezeichnet, von denen angenommen wird, daß sie das gleiche Volumen wie die Hohlraumtypdefekte mit dem Volumen von V aufweisen. Indem danach das Siliziumhalbleitersubstrat einer getternden Wärmebehandlung unterzogen wird und/oder einer Wärmebehandlung, die für die Produktion einer Einrichtung erforderlich ist, wird es ermöglicht, die Hohlraumtypdefekte in der Oberflächenschicht mit ausgezeichneter Arbeitseffizienz in einem derartigen Ausmaß zu senken, daß das Auftreten von Defekten in der produzierten Einrichtung ausgeschlossen wird.
Die vorliegende Erfindung definiert das Volumen der Hohlraumtypdefekte. Das Volumen V und der Oberflächeninhalt S waren die Zahlenwerte, die in dem relevanten Experiment erhalten wurden durch Neigen einer Probe von TEM und dreidimensionales Messen der Hohlraumtypdefekte hinsichtlich der Gestalt. Der Radius R wurde gefunden durch Berechnen des Beziehungsausdrucks V = 4πR³/3, wobei V das durch die visuelle Beobachtung von TEM gefundene Volumen bezeichnet.
Bei dem von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Siliziumhalbleitersubstrat fällt die Stickstoffkonzentration in den Bereich 5 × 10¹⁴ Atome/cm³–1 × 10¹⁶ Atome/cm³ bei Bestimmung durch die Analyse von Stickstoff gemäß dem Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS), Dann ändert sich die Gestalt der Hohlraumtypdefekte in dem Siliziumeinkristall, wie hier unten spezifisch beschrieben, von einem Oktaeder zu einer Platte und weiterhin von einer Platte und/oder plattenartigen Gestalt mit einem großen Verhältnis an Gestaltänderung zu einem Sauerstoffprezipitat (ganzes OSF-Gebiet) je nach der durch Zusatz erhöhten Stickstoffkonzentration und die verwendete Kühlrate, während der gezogene Siliziumeinkristall ein Temperaturgebiet von 1100°C durchläuft. Da in diesem Bereich die Hohlraumtypdefekte mit einer anderen Gestalt als einem Oktaeder einen großen Oberflächeninhalt im Vergleich zu herkömmlichen oktaederförmigen Hohlraumtypdefekten aufweisen, fördert die danach ausgeführte Wärmebehandlung im allgemeinen die Diffusion von Hohlräumen, die punktartige Defekte sind, und führt zu einer oberflächendefektfreien Schicht, Hinsichtlich des Bereichs für das Verhältnis von Volumen/Oberflächenbereich der Hohlraumtypdefekte mit der Gestalt einer Platte und weiterhin der Gestalt einer Platte und/oder eines Stabs, die einen größeren Oberflächeninhalt als die oktaederförmigen Hohlraumtypdefekte aufweisen, genügt es, die Hohlraumtypdefekte mit einer derartigen Gestalt, daß sie dem Beziehungsausdruck 0,2 ≥ V/S/R genügen, über den Zustand davon vor der Wärmebehandlung zu steuern. wenn diesem Beziehungsausdruck genügt ist, erleichtert die nachfolgende Wärmebehandlung das Entfernen der Hohlraumtypdefekte. Dann muß die Menge an zugesetztem Stickstoff, die erforderlich ist, um dieser Bedingung zu genügen, mindestens der Bedingung der vorliegenden Erfindung genügen, d.h. den Bereich 5 × 10¹⁴ Atome/cm³–1 × 10¹⁶ Atome/cm³.
Das Siliziumhalbleitersubstrat, dessen Hohlraumtypdefekte durch die Wärmebehandlung extinktiver gemacht worden sind, weist eine Sauerstoffkonzentration von höchstens 9,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und eine Stickstoffkonzentration im Bereich 5 × 10¹⁴–1 × 10¹⁶ Atome/cm³ auf, wenn die Kühlrate höchstens 5°C/min beträgt, bevor es in einer nichtoxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt wird, wie beispielsweise in einer Atmosphäre aus einem Glied oder einer Mischung aus zwei oder mehr Gliedern, ausgewählt unter solchen Gasen wie Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Helium. Dann, wenn die Hohlraumtypdefekte in dem Siliziumhalbleitersubstrat, dessen Stickstoffkonzentration wie oben beschrieben gesteuert worden ist, dazu gebracht worden sind, sphärische Volumina anzunehmen, genügt der Radius R solcher sphärischer Volumina bevorzugt der Bedingung R ≤ 30 nm, wenn die Kühlrate höchstens 5°C/min beträgt.
Hierbei werden der Fall, daß eine Kühlrate von mindestens 1°C/min und weniger als 5°C/min verwendet wird (was kein Teil der vorliegenden Erfindung ist) und der Fall, daß eine Kühlrate von mindestens 5°C/min verwendet wird, unterschieden, weil die Stickstoffkonzentration, die eine Gestaltänderung der Hohlraumtypdefekte von einem Oktaeder über eine Plattengestalt und eine Stabgestalt induziert, über eine Kühlrate von etwa 5°C/min hinweg als die Grenze variiert und die erstere Kühlrate im allgemeinen den Oberflächeninhalt in einem größeren Ausmaß vergrößert als die letztere Kühlrate für eine feste Menge zugesetzten Stickstoffs und einen größeren Effekt bewirkt beim Erreichen des Entfernens der Hohlraumtypdefekte durch die nachfolgende Wärmebehandlung selbst dann, wenn solche Hohlraumtypdefekte größere Abmessungen aufweisen.
Der Grund für das Unterscheiden zwischen den Bereichen von Sauerstoffkonzentration nach der Größe der Kühlrate liegt darin, daß die Leichtigkeit, mit der auf den Innenwänden der Hohlraumtypdefekte ein Siliziumoxidfilm aufwächst, mit abnehmender Kühlrate zunimmt, und zum Zweck des Entfernens der Hohlraumtypdefekte muß der Innenwandoxidfilm vollständig bis zum Entfernen aus dem ersten Schritt diffundiert sein. Wenn die Kühlrate niedrig ist, wird es deshalb erforderlich, die Dicke des Innenwandoxidfilms zu reduzieren. Genauer gesagt muß die Sauerstoffkonzentration in dem Silizumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung, die ausgeführt ist zum Zweck des Entfernens der Hohlraumtypdefekte, auf ein niedrigeres Niveau gesteuert werden, als wenn die Kühlrate hoch ist. Tatsächlich wird bevorzugt, daß die Sauerstoffkonzentration des Siliziumhalbleitersubstrats vor der Wärmebehandlung auf den Bereich beschränkt wird, der von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, wie im nachfolgenden spezifisch beschrieben wird.
Von dem Siliziumhalbleitersubstrat, das aus dem Siliziumeinkristall abgeleitet ist, das durch das CZ-Verfahren oder das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung unter Verwendung einer Kühlrate über 5°C/min, bevorzugt in den Bereich 5–15°C/min fallend, aufgewachsen wurde, wird das Siliziumhalbleitersubstrat, das der Beziehung 0,2 ≥ V/S/R genügt, bevor es der von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Wärmebehandlung unterzogen wird, in der oben erwähnten nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur über 1150°C, bevorzugt in den Bereich 1150~1250°C fallend, für eine Dauer von über einer Stunde, bevorzugt in den Bereich 2~4 Stunden fallend, wenn die maximale Endtemperatur 1150°C beträgt, oder im Bereich von 1~2 Stunden, wenn die maximale Endtemperatur in dem Bereich 1200~1250°C liegt, wärmebehandelt, um ein Siliziumhalbleitersubstrat zu erzeugen, das eine defektfreie Schicht besitzt, die keinen Hohlraumtypdefekt in der Oberflächenschicht enthält und eine ausgezeichnete Einrichtungsausbeute erreicht.
Damit der Bedingung 0,2 ≥ V/S/R für die Gestalt genügt wird, die ein leichtes Entfernen der Hohlraumtypdefekte gestattet, wodurch ein Siliziumhalbleitersubstrat erzielt wird, bei dem ein Entfernen der Hohlraumtyp defekte in der Oberflächenschicht des Siliziumhalbleitersubstrats erzielt wird, wie von der vorliegenden Erfindung angestrebt, braucht das Siliziumhalbleitersubstrat vor der Wärmebehandlung nur Stickstoff in einer Konzentration im Bereich 5 × 10¹⁴–1 × 10¹⁶ Atome/cm³ zu enthalten, Damit ermöglicht wird, daß das Siliziumhalbleitersubstrat darin Stickstoff in der oben erwähnten Konzentration aufnimmt, genügt es, das CZ-Verfahren oder das CZ-Verfahren mit Magnetfeldanwendung beim Ziehen von geschmolzenem Silizium unter der Voraussetzung einzusetzen, daß das geschmolzene Silizium im Verlauf einer Ziehoperation Stickstoff in einer Konzentration im Bereich 5 × 10¹⁷–1,5 × 10¹⁹ Atome/cm³ enthält. Gemäß der Erfindung beträgt die Kühlrate mindestens 5°C/min, liegt die Stickstoffkonzentration im Siliziumhalbleitersubstrat im Bereich 5 × 10¹⁴–1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und die im geschmolzenen Silizium im Verlauf des Ziehens im Bereich 5 × 10¹⁷–1,5 × 10¹⁹ Atome/cm³ zum Zweck des Integrierens von Stickstoff mit der oben erwähnten Konzentration. Wenn das Siliziumhalbleitersubstrat, das von dem Siliziumeinkristall abgeleitet ist, der unter den oben erwähnten Bedingungen aufgewachsen wurde, in der oben erwähnten nichtoxierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von über 1150°C, bevorzugt in dem Bereich 1150~1250°C für eine Periode von über einer Stunde, bevorzugt in den Bereich 2~4 Stunden fallend, wenn die maximale Endtemperatur 1150°C beträgt, oder in den Bereich 1~2 Stunden, wenn die maximale Endtemperatur im Bereich 1200~1250°C liegt, wärmebehandelt wird, erzeugt es ein Halbleitersubstrat, das in der Oberflächenschicht keinen Hohlraumtypdefekt enthält und eine ausgezeichnete Einrichtungsausbeute aufweist.
Der Innenwandoxidfilm der Hohlraumtypdefekte muß wie oben beschrieben gesteuert werden. Gemäß der Erfindung liegt die Kühlrate im Verlauf eines Ziehvorgangs bei mindestens 5°C/min, und die Sauerstoffkonzentration vor der Wärmebehandlung beträgt höchstens 9,5 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das Siliziumhalbleitersubstrat, bei dem der R-Wert der Formel R ≤ 30 nm genügt, in der oben erwähnten nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von über 1200°C, bevorzugt in den Bereich von 1200~1250°C fallend, wärmebehandelt wird, um ein Siliziumhalbleitersubstrat mit einer Sauerstoffkonzentration von höchstens 6 × 10¹⁶ Atome/cm³ in einer Tiefe von 1 μm von der Oberfläche in der Mitte des Halbleitersubstrats und einen lokal konzentrierten Teil zu erzeugen, der aus der Stickstoffabscheidung herrührt, mit einer Konzentration mit mindestens der doppelten Höhe wie die mittlere Signalstärke in der Mitte der Siliziumsubstrattiefe bei der Bestimmung der Stickstoffkonzentration über das verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS), weist das hergestellte Siliziumhalbleitersubstrat eine oberflächendefektfreie Schicht in einer Tiefe von mindestens nicht weniger als 5 μm und unter 12 μm von der Oberfläche auf, erfreut sich einer zufriedenstellenden Einrichtungsausbeute derart, daß die Sauerstoffprezipitatdichte mindestens 1 × 10⁹ Teilchen/cm³ in der Mitte der Tiefe des zentralen Teils des Siliziumsubstrats aufweist und hervorragende Gettereigenschaft aufweist.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unten spezifischer unter Bezugnahme auf Arbeitsbeispiele und Steuerungen beschrieben, die zur Veranschaulichung angeführt werden. Es sei angemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist.
Über das CZ-Verfahren wurde ein polykristallines Rohmaterial Silizium in einen Quarztiegel von 18 Zoll (1 Zoll entspricht 25,4 mm) gegeben, und zwar bei der Produktion eines Wafers mit 6 Zoll Durchmesser, 22 Zoll bei der Produktion eines Wafers mit 8 Zoll Durchmesser, und 24 Zoll bei der Produktion eines Wafers mit 12 Zoll Durchmesser, und ein Siliziumeinkristallstab vom P-Typ mit einem Durchmesser von 6 Zoll, 8 Zoll bzw. 12 Zoll und mit einer Orientierung von <100> und einem spezifischen Widerstand im Bereich 8,511,5 Ωcm wurde unter verschiedenen Bedingungen der Stickstoffkonzentration, Sauerstoffkonzentration, mittlerer Ziehgeschwindigkeit SL (mm/min) und Kühlrate hergestellt.
Die Steuerung der für das Dotieren verwendeten Stickstoffmenge wurde bewerkstelligt, indem bewirkt wurde, daß das Rohmaterial im voraus in einen Siliziumwafer eingemischt wurde, der eine vorgeschriebene Menge Siliziumnitridfilm besaß. Die Steuerung der Sauerstoffkonzentration wurde bewirkt durch Einstellen der Drehung des Tiegels im Verlauf der Ziehoperation. Die Steuerung der Kühlrate wurde bewirkt durch Variieren der Ziehgeschwindigkeit des Einkristallstabs, wodurch die Geschwindigkeit des Aufwachsens des Kristalls variiert wurde. Der hergestellte Siliziumeinkristallstab wurde auf verschiedene Eigenschaften hin getestet. Die Ergebnisse waren wie in Tabelle 1 gezeigt. In der ersten Spalte bedeutet (e), daß der Rohlingstyp für ein Beispiel verwendet wird, (c) bedeutet, daß er für ein Vergleichsbeispiel verwendet wird.
Tabelle 1
Von dem wie oben beschrieben erhaltenen Einkristallstab wurden durch Einsatz einer Drahtsäge Wafer abgeschnitten. Die Wafer wurden den Schritten des Läppens, Ätzens und Spiegelschleifens unter fast identischen Bedingungen unterzogen, außer der Stickstoffmenge, die für die Dotierung verwendet wird, der Sauerstoffkonzentration und der Kühlrate zum Herstellen variierender Mengen von jedem von mehreren Spiegelflächenwafern aus Siliziumeinkristall.
Die so erhaltenen Siliziumeinkristallwafer wurden einer Wärmebehandlung unterzogen, die darauf abzielte, ein Entfernen von Hohlraumtypdefekten und das Ausführen einer getternden Behandlung zu bewirken. In diesem Fall wurde die Wärmebehandlung ausgeführt, indem ein gegebener Siliziumeinkristallwafer in einer Atmosphäre, die aus 20 Vol.-% Stickstoff und 80 Vol.-% Argon bestand, bei einer Temperaturerhöhungsrate von 8°C/min in einer Temperaturzone von 800~1000°C, bei einer Temperaturerhöhungsrate von 4°C/min in einer Temperaturzone von 1000~1100°C, bei einer Temperaturerhöhungsrate von 1°C/min in einer Temperaturzone von 1100~1150°C und bei einer Temperaturerhöhungsrate von 1°C/min in einer Temperaturzone von 1150~1200°C erhitzt wurde, der erhitzte Wafer 4 Stunden oder 8 Stunden lang, wenn die maximale Endtemperatur 1150°C betrug, und 30 Minuten bis 2 Stunden lang zurückgehalten wurde, wenn die Temperatur 1200°C betrug, und dann der Wafer mit einer Temperaturreduzierungsrate von 1°C/min in einer Temperaturzone von 1200~1150°C, bei einer Temperaturreduzierungsrate von 1°C/min in einer Temperaturzone von 1150~1100°C und bei einer Temperaturreduzierungsrate von 4°C/min in einer Temperaturzone von 1100~800°C abgekühlt wurde. Die für die Wärmebehandlung verwendete nichtoxidierende Atmosphäre behielt ihr Verhalten selbst dann intakt, wenn das Verhältnis Argon zu Wasserstoff in Vol.-% variiert wurde. In einem Extremfall könnte die Argonkonzentration 100 Vol.-% betragen.
Dann wurden die Siliziumeinkristallwafer hinsichtlich der Tiefe einer defektfreien Schicht getestet. Für diese Auswertung der Tiefe einer defektfreien Schicht wurden die Oberflächen der Wafer wieder geschliffen, um Wafer herzustellen, von deren Oberfläche durch das Schleifen variierende Mengen entfernt sind. Dann wurden die Wafer in einer SC-1-Flüssigkeitsmischung (mit wäßrigem Ammoniak (NH₄OH), einer wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung (H₂O₂) und extrem reinem Wasser in einem Verhältnis 1:1:20 gemischt) eine Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 80°C gewaschen, um kleinste COP-Teilchen zu visualisieren. Die Waferoberflächen wurden mit einem Teilchentester, hergestellt von KLA/Tencor Corp., und vertrieben unter dem Produktcode SPI, untersucht, um von Kristallen kommende Teilchen (COP – crystal originated particles) zu zählen, die auf den Waferoberflächen existieren und einen Durchmesser von mindestens 0,10 μm aufweisen. Dann wurde die COP-Volumendichte bestimmt, indem das Waschen einer gegebenen Probe mit der SC-1-Flüssigkeitsmischung mit bis zu zehn Wiederholungen vorgenommen wurde, die Erhöhung der Anzahl der COPs von der Anzahl vor dem Waschen auf die Zahl nach dem 10-maligen Waschen gefunden und diese Erhöhung durch das Volumen dividiert wurde, das durch das Ätzen mit der SC-1-Flüssigkeitsmischung entfernt wurde. Das Entfernen der Wand des Wafers wurde bis auf variierende Tiefen von 1, 3, 5, 7, 10 und 12 μm bewirkt.
Die Tabellen enthalten die Ergebnisse von Untersuchungen an dem lokal konzentrierten Teil, der aus einer Stickstoffabscheidung herrührt, mit einer Konzentration, die mindestens doppelt so hoch ist wie die mittlere Signalstärke in der Mitte der Siliziumsubstrattiefe bei der Bestimmung der Stickstoffkonzentration durch das Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS).
Hinsichtlich der Tiefe der defektfreien Schicht wurden Wafer, bei denen durch Schleifen von der Oberfläche unterschiedliche Mengen entfernt worden waren, hinsichtlich der Qualität des Oxidfilms eingestuft, die sich im Widerstand gegen Druck manifestierte. Die Qualität des Oxidfilms bei der Gateoxidintegrität (GOI) wurde bewertet im Hinblick auf die hohe C-Modus-Ausbeute des „Time Zero Dielectric Breakdown" (TZDB). Insbesondere wurden spezifische phosphordotierte Polysiliziumelektroden (mit einer Oxidfilmdicke von 25 nm und einer Elektrodenfläche von 20 mm²) hergestellt und mit einem Referenzstrom von 100 mA/cm² für einen dieelektrischen Durchschlag im elektrischen Feld getestet. Die Elektroden, die 11 MV/cm übersteigende Werte zeigten, wurden als passende Beispiele eingestuft. Alle Elektroden innerhalb einer Waferoberfläche wurden dem Test unterzogen, um den Effizienzprozentsatz zu bestimmen.
Beispiel 1 (Wafer mit einem Durchmesser von 6 Zoll)
Die Daten derartiger Beispiele, die dem Beziehungsausdruck 0,2 ≥ V/S/R genügen, der Gestalt von Hohlraumtypdefekten sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wenngleich die Proben der Rohlinge (die Zeile IG in der Tabelle, wobei IG den in Tabelle 1 spezifizierten Rohlingstyp bezeichnet) D und E zeigten kein erkennbares Anzeichen eines lokal konzentrierten Teils von Stickstoff, wobei die anderen Proben, die Stickstoff enthielten, ein erkennbares Anzeichen eines solchen lokal konzentrierten Teils zeigten.
Obwohl die aus einem Einkristallrohling vom Typ Q (siehe Tabelle 1; nicht Teil der beanspruchten Erfindung) herausgearbeiteten Wafer geringfügig größere Volumina an Hohlraumtypdefekten aufwiesen (im weiteren als „Hohlräume" bezeichnet), wurde durch TZDB-Auswertung bei einer Tiefe von 5 μm bestätigt, daß sie höhere Verhältnisse einer hohen C-Modus-Ausbeute aufwiesen (wobei die Verhältnisse von Zellen, die einen dieelektrischen Durchbruch in elektrischen Feldern von über 11 MV/cm aufwiesen, zu allen Zellen in dem Wafer bei Anlegen von 100 mA), und zwar wegen höherer Verhältnisse bei der Gestaltänderung von Hohlräumen (V/S/R). Diese Tatsache kann die Folgerung rechtfertigen, daß die Leichtigkeit, mit der die Wärmebehandlung nach der Herstellung eines Wafers sich auf das Entfernen von Hohlraumtypdefekten auswirkt, erhöht wird durch Steuern der Gestaltänderung von Hohlräumen innerhalb des Bereichs des Verhältnisses einer Gestaltänderung von Hohlräumen, definiert gemäß der Erfindung.
Beispiel 2 (Wafer mit einem Durchmesser von 6 Zoll)
Arbeitsbeispiele von Siliziumhalbleitersubstraten unter Verwendung von Wafern, die die in Anspruch 1 definierte Wärmebehandlung nicht erfahren haben und den Bedingungen von Anspruch 2 genügen, sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
Da die Arbeitsbeispiele solche Stickstoffkonzentrationen, Sauerstoffkonzentrationen und eine solche Kühlrate besaßen, wie sie in die jeweiligen, von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Bereiche fallen, genügten sie dem Beziehungsausdruck 0,2 ≥ V/S/R, was die Gestaltänderung von Hohlräumen anzeigt, und erzielten gleichzeitig die Tiefe einer defektfreien Schicht, was das Vorliegen von Hohlraumtypdefekten (in der Tabelle als COP-DZ angegeben) in größeren Gebieten gestattete als solchen, die bisher erzielbar waren. Zufälligerweise zeigten die COP-DZ-Schichten kein erkennbares Anzeichen von Sauerstoffprezipitatdefekten.
Die Definition der COP-DZ besteht darin, daß die nach dem wiederholten Waschen mit der SC-1-Flüssigkeitsmischung erhaltene COP-Volumendichte nicht über 2 × 10⁵ Teilchen/cm³ liegt und das der Untergrenze von 11 MV/cm bei dem Anlegen von 100 mA/cm² bei der Auswertung von TZDB genügende Gebiet mindestens 90% beträgt.
Vergleichsbeispiel 1 (Wafer mit einem Durchmesser von 6 Zoll)
Siliziumhalbleitersubstrate, die erhalten wurden, indem Siliziumhalbleitersubstrate verwendet wurden, die Anspruch 1 nicht genügen und noch auf die Wärmebehandlung warten, und sie unter den Anspruch 2 genügenden Bedingungen wärmebehandelt wurden, wurden untersucht, um den COP-DZ-Wert zu bestätigen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Es wurde bestätigt, daß die Proben dieses Vergleichsbeispiels bisher übliche geringe COP-DZ-Tiefen im Vergleich zu den oben beschriebenen Proben von Beispiel 2 aufwiesen, weil ihre Stickstoffkonzentrationen Anspruch 1 nicht genügten.
Vergleichsbeispiel 2 (Wafer mit Durchmessern von 8 und 12 Zoll)
Die Daten dieses Vergleichsbeispiels, das den von der vorliegenden Erfindung definierten Bereichen nicht genügt, sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt. Da die Beispiele dieser Kontrolle Stickstoffkonzentrationen aufwiesen, die von dem von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Bereich abweichen, genügten sie nicht dem Beziehungsausdruck 0,2 ≥ V/S/R, was die Gestaltänderung von Hohlräumen anzeigte. Da dieses Vergleichsbeispiel in den Schutzbereich der Erfindung nach dem Stand der Technik fiel, wiesen die Proben davon sehr geringe Tiefen von COP-DZ auf.
Hier maß der Rohling M 8 Zoll im Durchmesser und zeigte eine geringe Kühlrate. Der Rohling P maß 12 Zoll im Durchmesser, gestattete aber kein leichtes Entfernen von Hohlräumen, selbst wenn er in der oben erwähnten nichtoxidierenden Atmosphäre acht Stunden lang bei 1150°C wärmebehandelt wurde, weil er große Hohlraumvolumina aufwies. Die Daten legen nahe, daß die Leichtigkeit, mit der das Entfernen von Hohlräumen erzielt wurde, proportional zu der Zunahme der Hohlraumvolumina abnahm, und das Entfernen bedurfte des Effekts der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 5 (Wafer mit 6,8 und 12 Zoll Durchmesser und mit einer maximalen Endtemperatur von 1200°C)
Dieses Beispiel war als ein Kontrast für die in Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung angeführten Erfindungen gedacht und zielte auf die Bereitstellung von Siliziumhalbleitersubstraten ab, die COP-DZ mit sehr großen Tiefen materialisierten, die etwa 10 μm gut nahe kommen. Weiterhin sind in Tabelle 8 Beispiele gezeigt, die darauf abzielen, die COP-DZ in Tiefen gleich solchen zu realisieren, die in Anspruch 2 angeführt sind und gleichzeitig die Reduktion der für die Produktion erforderlichen Dauer zu realisieren. Die Rohlingstypen H, I und O beziehen sich jedoch nicht auf die beanspruchte Erfindung.
Anspruch 3 führt eine Technik an zum Herstellen von Siliziumhalbleitersubstraten mit einer COP-DZ von mindestens 5 μm und höchstens 12 μm, indem Siliziumhalbleitersubstrate verwendet werden, die Anspruch 1 genügen und immer noch auf die Wärmebehandlung warten, und solche Substrate der in Anspruch 3 angeführten Wärmebehandlung unterzogen werden.
Unter Bezugnahme auf Tabelle 8 lagen die Tiefen von COP-DZ ausnahmslos nicht unter 5 μm und unter 12 μm, wenn die als Rohlinge A und C identifizierten Siliziumhalbleitersubstrate, die Anspruch 1 genügten und noch auf die Wärmebehandlung warteten, wie in Anspruch 3 angeführt wärmebehandelt wurden. Wenn diese Proben auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Tiefe von 1 μm von der Oberfläche gemäß dem Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS) getestet wurden, lagen die infolgedessen gefundenen Sauerstoffkonzentrationen nicht über 6 × 10¹⁶ Atome/cm³. Wenn sie auf die Dichte von Sauerstoffprezipitaten hin, die Verunreinigungen effektiv gettern, mit Hilfe eines BMD-Analysators getestet wurden, lagen die gefundenen Dichtewerte nicht über 1 × 10⁹ Teilchen/cm³.
Wenn die als Rohlinge H, I und O identifizierten Siliziumhalbleitersubstrate, die der beanspruchten Erfindung nicht entsprechen und die noch auf die Wärmebehandlung warten, wie in Tabelle 8 angeführt wärmebehandelt wurden, lagen die Tiefen der COP-DZ ausnahmslos nicht unter 5 μm und unter 12 μm. Wenn diese Proben auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Tiefe von 1 μm von der Oberfläche gemäß dem Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS) getestet wurden, lagen die infolgedessen gefundenen Sauerstoffkonzentrationen nicht über 5 × 10¹⁶ Atome/cm³. Wenn sie auf die Dichte von Sauerstoffprezipitaten hin, die Verunreinigungen effektiv gettern, mit Hilfe eines BMD-Analysators getestet wurden, lagen die gefundenen Dichtewerte nicht über 1 × 10⁹ Teilchen/cm³.
Die Ergebnisse von Tabelle 8 wurden zusammengefaßt, damit sie sich leicht mit denen der Anspruch 2 genügenden Proben vergleichen lassen. Kurz gesagt wurden der Fall der Durchführung der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1150°C und der Fall der Durchführung der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1200°C wie in den Beispielen 1 und 2 hinsichtlich Dauer der Wärmebehandlung verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt (angegeben in den Verhältnissen basierend auf 1150°C × 4 Stunden, genommen als 1). Zufälligerweise umfaßt die Dauer der Wärmebehandlung die Dauer die erforderlich ist, um eine Probe in einen Ofen bei 800°C einzuführen, wenn der Wafer einen Durchmesser von 6 Zoll aufwies, und bei 700°C, wenn der Wafer 8 Zoll oder 12 Zoll maß, und die Dauer, die erforderlich ist, um die Temperatur auf 1150°C und 1200°C anzuheben und die Temperatur von dort aus abzusenken.
Tabelle 9
Wenn Wafer, bei denen die Oberflächeninhalte von Hohlräumen wie in Anspruch 1 angeführt vergrößert wurden und bei denen die Volumina von Hohlräumen wie in Anspruch 1 dargelegt eingestellt wurden, verwendet und dann bei einer Temperatur von 1200°C unter den von der vorliegenden Erfindung definierten Bedingungen wärmebehandelt wurden, erzeugten sie Siliziumhalbleitersubstrate, die eine derartige Qualität und Produktivität besaßen, daß die COP-DZ vergrößert werden konnte, wenn der Durchmesser des Wafers festgelegt war und die Dauer des Glühschritts ähnlich festgelegt war, und die Dauer der Wärmebehandlung konnte reduziert werden, wenn die zu realisierende COP-DZ eine feste Qualität aufwies.
Sie konnten auch defektfreie Oberflächenschichten (COP-DZ) mit ausreichend großen Tiefen selbst dann erzielen, wenn die Durchmesser der Wafer und die Hohlraumvolumina vergrößert wurden.
Übrigens ist der Ausdruck „COP-DZ", wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, definiert als das Vorliegen der Freiheit von den Defekten bei der relevanten Tiefe, die angekündigt wird, wenn die durch das wiederholte Waschen erzielte COP-Volumendichte nicht über 2 × 10⁵ Teilchen/cm³ und das Verhältnis der Akzeptanz von TZDB nicht unter 90% liegt. Dieses Gebiet zeigt natürlich kein wahrnehmbares Anzeichen von Sauerstoffprezipitaten, die sich für das Gettern von Verunreinigungen eignen.
Effekt der Erfindung
Wie oben beschrieben braucht das von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogene Siliziumhalbleitersubstrat nur die zuzusetzende Stickstoffmenge, die Sauerstoffkonzentration und die Kühlrate des gezogenen Siliziumeinkristalls zu steuern, während dieser Kristall während des Aufsteigens eine Temperaturzone von 1100°C innerhalb spezifischer Bereiche durchläuft, die sich für das leichte Entfernen von Hohlraumtypdefekten durch ein glühendes Material eignen, um einen Siliziumhalbleiter zu produzieren, der eine zufriedenstellende Einrichtungsausbeute zeigt und sich hoher Qualität erfreut. Zudem kann eine Reduzierung bei der Dauer der Produktion realisiert werden.

Claims

Siliziumhalbleitersubstrat, abgeleitet von einem Siliziumeinkristall, aufgewachsen durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung, wobei das Halbleitersubstrat eine Sauerstoffkonzentration von höchstens 9,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und eine Stickstoffkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁴ Atome/cm³ und höchstens 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ aufweist, wobei das Halbleitersubstrat Hohlraumtypdefekte umfaßt, wobei die Hohlraumtypdefekte der Beziehung 0,2 ≥ V/S/R genügen, wobei V das Volumen von Hohlraumtypdefekten, S den Oberflächeninhalt davon und R den Radius von sphärischen Defekten bezeichnet, von denen angenommen wird, daß sie das gleiche Volumen aufweisen wie die Hohlraumtypdefekte mit dem Volumen von V, wobei der Radius R der Beziehung R ≤ 30 nm genügt.
Verfahren für die Produktion eines Halbleiterherstellungssubstrats, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines in Anspruch 1 oben dargelegten Siliziumhalbleitersubstrats, wie von einem Siliziumeinkristall abgeleitet, aufgewachsen durch das Czochralski-Verfahren oder das Czochralski-Verfahren mit Magnetfeldanwendung unter Verwendung von geschmolzenem Silizium, das Stickstoff mit der Konzentration von mindestens 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ und höchstens 1,5 × 10¹⁹ Atome/cm³ enthält, und unter Verwendung einer Kühlrate von mindestens 5°C/min, während der gezogene Siliziumeinkristall eine Temperaturzone von 1100°C durchläuft, und Wärmebehandeln des Siliziumhalbleitersubstrats in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1150°C für mindestens eine Stunde.
Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch Durchführen der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, wodurch bewirkt wird, daß das Halbleitersubstrat eine Sauerstoffkonzentration von höchstens 6 × 10¹⁶ Atome/cm³ bei einer Tiefe von 1 μm von der Oberfläche in der Mitte davon erreicht, wobei ein lokal konzentrierter Teil, der aus einer Stickstoffabscheidung herrührt, eine Konzentration von mindestens der doppelten Höhe der mittleren Signalstärke in der Mitte der Siliziumsubstrattiefe nach Bestimmung der Stickstoffkonzentration durch das Verfahren der Sekundärionenmassenanalyse (SIMS), eine oberflächendefektfreie Schicht mit einer Tiefe von mindestens 5 μm und mindestens 12 μm von der Oberfläche und eine Sauerstoffprezipitatdichte von mindestens 1 × 10⁹ Teilchen/cm³ in der Mitte der Tiefe des zentralen Teils des Siliziumsubstrats aufweist.