DE112014006165T5

DE112014006165T5 - Silicium-Wafer und Verfahren zu dessen Erzeugung

Info

Publication number: DE112014006165T5
Application number: DE112014006165.4T
Authority: DE
Inventors: Kazumi Tanabe; Takashi Nakayama; Takeo Katoh; Shigeru Umeno
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: KR101822479B1; KR20170013199A; JP6115651B2; DE112014006165B4; US20160322233A1; WO2015107562A1; CN105900219A; TWI548785B; US10177008B2; CN105900219B; TW201527610A; JPWO2015107562A1

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers umfaßt: einen ersten Wärmebehandlungsschritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung auf dem Silicium-Wafer in einer oxidierenden Atmosphäre, einen Schritt zur Entfernung eines Bereiches im Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration sich in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung nach Durchführung dieses Entfernungsschrittes mit dem Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre und einen Schritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt sich vermindert. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Silicium-Wafers, bei dem latente Defekte wie OSF-Kerne und Sauerstoffpräzipitatkerne, die in einem Pv-Bereich existieren, zerstört oder vermindert werden, und der eine Getterstelle hat.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen Silicium-Wafer, der durch das Czochralski-Verfahren gewachsen ist und bevorzugt für Substrate und dergleichen von Halbleiter-Vorrichtungen verwendet wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Ein Silicium-Wafer, der als Substrat einer Halbleiter-Vorrichtung verwendet wird, wird aus einem Silicium-Einkristallbarren geschnitten, der typischerweise durch das Czochralski-Verfahren (nachfolgend auch als ”CZ-Verfahren” bezeichnet, gewachsen ist, und wird hergestellt durch Schritte wie Polieren. Das CZ-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Keimkristall in geschmolzenes Silicium in einem Quarztiegel getaucht und aus diesem nach oben gezogen wird, um einen Einkristall wachsen zu lassen. Im allgemeinen enthält ein Kristall, der durch dieses Verfahren gewachsen ist, einen Kristalldefekt, der als Wachstumsdefekt bezeichnet wird.
Wenn die Ziehgeschwindigkeit eines Silicium-Einkristalls mit V bezeichnet wird und der Temperaturgradient in dem Einkristall in der Wachstumsrichtung unmittelbar nach dem Ziehen mit G bezeichnet wird, hängt der Typ eines Wachstumsdefektes, der im Silicium-Kristall eingefügt ist, von V/G ab.
1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht eines gezogenen Einkristalls, die schematisch ein Beispiel der Beziehung zwischen einer Defektverteilung und V/G erläutert. Es wird überlegt, daß der Temperaturgradient G allgemein konstant ist, basierend auf der thermischen Eigenschaft einer Heißzonen-Struktur in einem CZ-Ofen, und somit ist es möglich, V/G zu steuern, indem die Ziehgeschwindigkeit V eingestellt wird. 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Ergebnisse der Beobachtung durch Röntgen-Topographie des Querschnittes eines Einkristalls erläutert, der erhalten wird durch Schneiden des Kristalls entlang der zentralen Achse, Auftrageb von Cu darauf und Durchführen einer Wärmebehandlung mit diesem, wobei der Kristall wächst, wenn V/G graduell vermindert wird (2, die später beschrieben wird, erfolgt ebenfalls durch die gleiche Technik). Die Defektverteilung, die in 1 erläutert ist, ist die des Falls, bei dem ein Einkristall unter spezifischen Bedingungen gewachsen ist. Die Defektverteilung (Grenzen zwischen Defektbereichen) ändert sich aufgrund der Form der Heißzone, des Vorhandenseins/Abwesenheit eines magnetischen Feldes und dergleichen.
In 1 ist ein Bereich für ein Teilchen, das von einem Kristall stammt (COP), ein Bereich, umfassend COP, das ein Aggregat von Leerstellen (Mikroloch) ist, bei dem Atome fehlen, die ein Kristallgitter zum Zeitpunkt des Wachsens eines Einkristalls bilden sollten. Ein Dislokations-Klusterbereich ist ein Bereich, umfassend einen Dislokations-Kluster, der ein Aggregat von interstitiellen Siliciumatomen ist, die übermäßig zwischen Gittern eingenommen sind. Im COP-Bereich ist die Größe eines COP kleiner, je enger ein COP an einem OSF-Bereich liegt.
Ein Wachstumsdefekt hat eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften einer Halbleiter-Vorrichtung. Beispielsweise bei der Bildung eines MOS-FET auf einem Silicium-Wafer wird eine thermische Oxidation auf der Oberfläche des Wafers zur Bildung eines Gateoxidfilmes durchgeführt. Wenn ein COP in der Nähe der Oberfläche in den Oxidfilm aufgenommen wird, verschlechtert sich die Gateoxid-Integrität(GOI)-Eigenschaft eines Halbleiter-Elementes. Zusätzlich wird ein Dislokations-Kluster ebenfalls eine Ursache für schlechte Eigenschaften der Vorrichtung. Aus diesem Grund wurden Forschungen und Entwicklungen durchgeführt, für den Erhalt von Silicium-Wafern, ohne daß diese Wachstumsdefekte enthalten sind.
Wie in 1 erläutert, führt ein hohes Verhältnis von V/G (hohe Ziehgeschwindigkeit) zu überschüssigen Leerstellen, wodurch ein COP in einen Einkristall eingefügt wird. Ein kleines V/G-Verhältnis (niedrige Ziehgeschwindigkeit) führt zu übermäßigen interstitiellen Siliciumatomen, was das Auftreten eines Dislokationsklusters erleichtert. Beim Wachstum eines Silicium-Einkristalls wird zur Erhöhung der Produktivität die Ziehgeschwindigkeit üblicherweise erhöht, wodurch V/G groß gemacht wird, und somit enthält ein Wafer, der von einem gezogenen Einkristall erhalten wird, ein COP.
Ein Einkristall, der insgesamt aus einem Defekt-freien Bereich erzeugt ist, worin keine COPs oder Dislokationskluster enthalten sind, wird hergestellt durch Durchführen des Kristallziehens, während angemessen das Verhältnis (V/G) der Ziehgeschwindigkeit V des Silicium-Einkristalls zu dem Temperaturgradienten G im Einkristall in der Wachstumsrichtung unmittelbar nach dem Ziehen eingestellt wird. Das heißt, es ist möglich, die Einfügung von COP und einen Dislokationskluster in einen Kristall auszuschließen, indem eine Ziehanlage gesteuert wird, so daß, wie in 1 gezeigt, V/G zwischen einem Wert, der äquivalent ist zu einer Position A, und einem Wert fällt, der äquivalent zu einer Position B ist.
2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt des gezogenen Silicium-Einkristalls zeigt. 2 zeigt einen Wafer, erhalten durch Schneiden eines Einkristalls, der durch Steuern von V/G auf einen Wert gewachsen ist, der äquivalent zu einer Position C ist, die in 1 erläutert ist. Wie in 2 erläutert, existiert ein OSF-Bereich in dem zentralen Teil des Wafers, wobei auf der äußeren Seite davon ein P_v-Bereich und ein P_i-Bereich in dieser Reihenfolge existieren.
Diese Bereiche werden zwischen einem Bereich, der ein COP enthält, das ein Aggregat von Leerstellen ist, und einem Bereich, der einen Dislokationskluster enthält, als Sandwich, das ein Aggregat mit interstitiellen Siliciumatomen ist, eingefügt und werden als Defekt-freie Bereiche angesehen, worin Leerstellen und interstitielle Siliciumatome bezüglich der Zahl ausgewogen sind und leicht verschmelzen, um zu verschwinden. Der P_v-Bereich ist eng an einem Bereich, worin ein COP auftritt, und ist ein Defekt-freier Bereich, worin ein Punktdefekt vom Leerstellentyp prädominant ist. Der P_i-Bereich ist neben einen Bereich benachbart, worin ein Dislokationskluster auftritt, und ist ein Defekt-freier Bereich, worin ein Punktdefekt vom interstitiellen Silicium-Typ prädominant ist.
Selbst ein solcher Wafer, der aus Defekt-freien Bereichen ohne COPs oder Dislokationskluster besteht, ist nicht immer ein perfekter Defekt-freier Wafer. Obwohl er ein Defekt-freier Bereich ist, ist der OSF-Bereich neben einem Bereich, worin COPs auftreten, und enthält lagenförmige Sauerstoff-Präzipitate (OSF-Nuklei) in gewachsenem Zustand. Wenn der Wafer einer thermischen Oxidationsbehandlung bei hoher Temperatur (im allgemeinen von 1000 bis 1200°C) unterworfen wird, werden die OSF-Kerne offenkundig als Oxidation-induzierter Stapelfehler (OSF).
Der P_v-Bereich enthält Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem wie gewachsenen Zustand. Wenn eine zweistufige Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur und hoher Temperatur (z. B. bei 800°C und 1000°C) durchgeführt wird, kann ein Sauerstoffpräzipitat in dem P_v-Bereich auftreten. Der P_i-Bereich enthält wenige Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in dem wie gewachsenen Zustand, und ist ein Bereich, bei dem ein Sauerstoffpräzipitat kaum auftritt, selbst wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Mängel, die im OSF-Bereich und P_v-Bereich, wie oben beschrieben, existieren, sind Mängel, die ersichtlich werden, wenn eine Wärmebehandlung oder dergleichen unter spezifischen Bedingungen durchgeführt wird. Jedoch gibt es einen zunehmend nicht-ignorierbaren Einfluß auf die Ausbeute von Vorrichtungen, ausgeübt durch einen mikrofeinen COP- ebenso wie einen OSF-Bereich, was nicht deutlich in einem wie gewachsenen Zustand ist, und einen Defekt, der im P_v-Bereich existiert. Beispielsweise ist bekannt, daß dann, wenn OSF, das bei der thermischen Oxidation bei den oben beschriebenen hohen Temperaturen auftritt, erzeugt und auf der Oberfläche eines Wafers gewachsen ist, das OSF einen Leckstrom verursacht, was zur Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften führt. Wenn Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei, die in dem P_v-Bereich enthalten sind, Sauerstoffpräzipitate in einem Wärmebehandlungsverfahren in einem Herstellungsverfahren einer Vorrichtung bilden und die Sauerstoffpräzipitate in einer aktiven Schicht eines Elementes verbleiben, das eine Vorrichtung ausmacht, gibt es zusätzlich ein Risiko eines Leckstromes, der in der Vorrichtung auftritt.
Aus diesem Grund ist es wichtig für einen Silicium-Wafer, daß er eine reduzierte Zahl von Wachstumsdefekten (einschließlich Siliciumoxiden) im Außenschichtbereich aufweist, auf dem eine Vorrichtung gebildet werden soll.
Patentliteratur 1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Wafers, bei dem ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einer Oberfläche, wobei die Gesamtheit davon in der Radialrichtung ein N-Bereich (Bereich, worin Punktdefekte vom Leerstellen-Typ und Punktdefekte vom interstitiellen Silicium-Typ in angemessenen Mengen vorliegen) einem schnellen thermischen Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre unterworfen und einem schnellen thermischen Prozeß in einer Nitrieratmosphäre, einer Ar-Atmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre davon nach der Entfernung eines Oxidfilmes unterworfen wird, gebildet durch das schnelle thermische Verfahren in der Oxidationsatmosphäre. Patentliteratur 1 beschreibt, daß dies die Herstellung eines Silicium-Wafers, umfassend keine COPs und mit einer niedrigen OSF-Dichte und mit einem Massenmikrodefekt (BMD) im Massenbereich ermöglicht.
Ein BMD ist ein gewachsener Sauerstoff-Präzipitatkern, enthalten in einem Halbleiter-Substrat, der als Getter-Stelle fungiert, die Schwermetalle darin aufnimmt. In einem Herstellungsschritt für eine Halbleiter-Vorrichtung fängt ein BMD Schwermetalle ein, wodurch es möglich wird, zu vermeiden, daß die Eigenschaften einer Vorrichtung sich aufgrund der Kontamination eines Vorrichtungsbildungsbereiches in einem Silicium-Wafer durch das Schwermetall verschlechtern.
Diese Erfinder untersuchten aufgrund von Experimenten, welche Art von Defekten durch das Herstellungsverfahren, das in Patentliteratur 1 beschrieben ist, auftreten. Bei dem Herstellungsverfahren wurde eine Bedingung für ”ein schnelles thermisches Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre” auf 1250°C × 10 Sekunden eingestellt. Es wurde bestätigt, daß OSF-Defekte durch dieses Herstellungsverfahren inaktiviert werden können.
Wenn ein reaktives Ionen-Ätzen (RIE) auf einem Wafer durchgeführt wurde, bei dem ein solches Verfahren durchgeführt wurde, wurden lagenförmige Sauerstoff-Präzipitate (OSF-Nuklei) in einem OSF-Bereich und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem P_v-Bereich mit Größen von 9 nm oder mehr (nachfolgend als ”Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden” bezeichnet) als Projektionen auf einer Ätz-Oberfläche beobachtet. Das heißt, es wurde gefunden, daß Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden nicht eliminiert werden können durch die Oxidations-Wärmebehandlung bei 1250°C × 10 Sekunden. Daher kann ein solcher Wafer nicht die Herstellung von feineren Vorrichtungen in der Zukunft erfüllen, weil Mängel durch ein Wärmebehandlungsverfahren und dergleichen in einem Vorrichtungsschritt (einem Vorrichtungsherstellungsverfahren) deutlich werden und eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften einer Vorrichtung haben können.
Wenn eine Temperatur in der Oxidations-Wärmebehandlung weiter angehoben wird, ist es möglich, OSF-Nuklei und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei in einem P_v-Bereich bis zu dem inneren Teil eines Wafers zu zerstören, aber Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden verbleiben in der Nähe einer Oberfläche des Wafers (siehe Patentliteratur 2).
Zusätzlich führt die Einführung von Sauerstoff zu einem Bereich, worin eine Sauerstoffkonzentration sich erhöhen kann durch Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur (zum Beispiel 400 bis 500°C) in einem Vorrichtungsschritt, und worin ein Sauerstoffdonor leicht auftritt, was verursachen kann, daß der Widerstand des Bereiches variiert. Wenn der Widerstand variiert, verschiebt sich die Arbeitsspannung einer Vorrichtung, was eine schlechte Funktion verursachen kann. Insbesondere in einem Vorrichtungsherstellungsschritt der letzten Jahre wurde die Wärmebehandlung bei niedrigerer Temperatur und für eine kürzere Periode mit dem Progreß, feinere Vorrichtungen zu erzeugen, durchgeführt. Denn Wärmebehandlungen in dem Vorrichtungsschritt verursachen kaum eine Änderung einer anfänglichen Sauerstoffkonzentrationsverteilung, die das Risiko erhöht, daß der Einfluß einer Variation in einer Außenschicht-Sauerstoffkonzentration deutlich wird.
Bei dem Herstellungsverfahren von Patentliteratur 1 diffundiert Sauerstoff nach außen durch den ”schnellen thermischen Vorgang in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre, Ar-Atmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre davon”, durchgeführt nach dem ”schnellen thermischen Verfahren in einer Oxidationsatmosphäre”, was verursacht, daß eine Sauerstoffkonzentration in einer äußersten Schicht des Wafers sich vermindert. Wenn sich die Sauerstoffkonzentration vermindert, ändert sich die mechanische Festigkeit eines Bereiches einer solchen Sauerstoffkonzentration (siehe Patentliteratur 3).
Wie aufgrund des Vorhergenannten ersichtlich ist, kann das Herstellungsverfahren gemäß Patentliteratur 1 diverse Probleme aufgrund des Auftretens von Bereichen mit erhöhten und verminderten Sauerstoffkonzentrationen verursachen.
Patentliteratur 2 offenbart ”ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers mit einem Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer schnellen thermischen Vergütung (RTA) bei dem Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre von 1250°C oder mehr und für 10 Sekunden oder mehr, und einem Schritt zur Entfernung von Wachstumsdefekt mit Siliciumoxid-Bereichen in der Nähe eines Außenschichtbereiches des Wafers nach der RTA-Behandlung”. Patentliteratur 2 beschreibt, daß ”dieses Verfahren die Herstellung eines Silicium-Wafers ermöglicht, der keine COPs oder Dislokationskluster beinhaltet, und worin Defekte wie OSF-Nuklei und Sauerstoff-Präzipitat-Nuklei, die im P_v-Bereich existieren, die nicht als Wachstumszustand deutlich werden, zerstört oder vermindert werden”.
Dieses Verfahren kann nicht dazu führen, daß der Wafer ein BMD, das darin gebildet ist, enthält, solange kein bestimmtes Verfahren durchgeführt wird, und somit kann der Wafer nicht in einer Umgebung verwendet werden, bei dem eine Schwermetallverschmutzung auftreten kann.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldeveröffentlichung 2008-207991
Patentliteratur 2: japanische Patentanmeldeveröffentlichung 2010-267846
Patentliteratur 3: japanische Patentanmeldeveröffentlichung 2009-170656

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, die oben beschriebenen Probleme aufgrund einer Erhöhung oder Verminderung der Sauerstoffkonzentration zu lösen und einen Silicium-Wafer, der eine Getter-Fähigkeit für Schwermetalle in einem Vorrichtungsschritt aufweist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Lösung des Problems
Das Ziel dieser Erfindung ist der unten als (1) zu beschreibende Silicium-Wafer und Verfahren zur Herstellung des Silicium-Wafers, die unten als (2) und (3) beschrieben werden.

(1) Silicium-Wafer, enthaltend: einen Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate von weniger als 10% in einer Tiefenrichtung, eine Dichte von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden von 1 × 10⁶/cm³ oder weniger in einem Außenschichtbereich, der ein Tiefenbereich bis zu wenigstens 2 μm von einer Oberfläche ist, und eine Sauerstoffpräzipitatdichte von 1 × 10⁸/cm³ oder mehr in einem Massenbereich.

In der folgenden Beschreibung bedeutet ”eine Sauerstoffkonzentration” in einem Silicium-Wafer eine ”interstitielle Sauerstoffkonzentration”, wenn nichts anderes angegeben ist.
In dieser Erfindung ist eine ”Sauerstoffkonzentration-Variationsrate” definiert als ein Vergleich zwischen dem Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich der äußersten Schicht, worin eine Sauerstoffkonzentration durch Wärmebehandlung variiert (nachfolgend als ”Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der äußersten Schicht” bezeichnet) und dem Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Teil eines Massenbereiches, worin eine Sauerstoffkonzentration im wesentlichen nicht durch die Wärmebehandlung variiert (nachfolgend als ”Durchschnitt einer Massen-Sauerstoffkonzentration” bezeichnet). Spezifisch wird angenommen, daß der Bereich der ”äußersten Schicht” ein ”Tiefenbereich von bis zu 1 μm von der Oberfläche ist (ein Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von 1 μm von der Oberfläche)”, und daß der ”Massenbereich” ein Bereich ist, der ”tiefer als ein Tiefenbereich von 10 μm von der Oberfläche” ist. Wenn die Sauerstoffkonzentrationen tatsächlich durch die Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen werden, kann die Messung nicht an einem Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von weniger als 0,2 μm von der Oberfläche gemessen werden, und somit wird angenommen, daß der Bereich der äußersten Schicht ein Bereich zwischen der Tiefenposition von 0,2 μm von der Oberfläche und einer Tiefenposition von 1 μm von der Oberfläche ist. Die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate wird spezifisch wie folgt definiert. Variationsrate der Sauerstoffkonzentration = (Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der äußersten Schicht – Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse)/Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse × 100 (%).

(2) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, umfassend: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneidschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder Ar-Atmosphäre gehalten wird, bei 1100°C oder mehr für eine Sekunde oder mehr, und einen Sauerstoffkonzentrations-Variierungsbereich-Entfernungsschritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert.
(3) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, enthaltend: einen Wachstumsschritt zum Wachsen des Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneidschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Behandlungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt sich erhöht, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100°C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt erniedrigt, nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit dem Silicium-Wafer gemäß dieser Erfindung ist es möglich, weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10% ist, bei der Niedertemperatur-Wärmebehandlung in einem Vorrichtungsschritt zu verhindern, daß ein Sauerstoffdonor in dem Ausmaß, daß die Fluktuation des Resistenzwertes ein Problem wird, selbst in einem Bereich mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auftritt. Zusätzlich ist es möglich, die Festigkeit eines solchen Wafers selbst in einem Bereich mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zu erhöhen. Weil die Sauerstoffkonzentration-Variationsrate in der Tiefenrichtung niedrig ist, ist weiterhin der Silicium-Wafer dieser Erfindung für verschiedene Wärmebehandlungsbedingungen in einem Vorrichtungsschritt anwendbar.
Weil die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 1 × 10⁶/cm³ oder weniger im Außenschichtbereich ist, der ein Tiefenbereich bis zu wenigstens 2 μm von der Oberfläche ist, ist es möglich, bessere Eigenschaften einer Vorrichtung, gebildet in einem Bereich, umfassend diesen Außenschichtbereich, vorzusehen und ebenfalls feinere Vorrichtungen zu stützen.
Weil die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Massenbereich 1 × 10⁸/cm³ oder mehr ist, ist es möglich, eine ausreichende Getterwirkung für Schwermetalle in einem Vorrichtungsschritt zu erhalten.
Der Silicium-Wafer dieser Erfindung kann durch das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel der Beziehung zwischen der Defektverteilung und V/G in einem gezogenen Silicium-Einkristall zeigt.
2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Querschnitt eines gezogenen Silicium-Einkristalls zeigt.
3 ist ein Diagramm. das eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung des Silicium-Wafers dieser Erfindung erläutert, umfassend einen Oxidfilm-Entfernungsschritt und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit Variation der Sauerstoffkonzentration.
4 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers bei Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung zeigt, umfassend einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration.
5 ist ein Sauerstoffkonzentrationsprofil eines Silicium-Wafers in einem Beispiel dieser Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Silicium-Wafer dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in einer Tiefenrichtung weniger als 10% ist, die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 1 × 10⁶/cm³ oder weniger in einem Außenschichtbereich ist, der ein Tiefenbereich von bis zu wenigstens 2 μm von der Oberfläche davon ist, und eine Sauerstoff-Präzipitatdichte in einem Massenbereich 1 × 10⁸/cm³ oder mehr ist.
Weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10% ist, ist es möglich, bei einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung in einem Vorrichtungsschritt zu verhindern, daß ein Sauerstoff-Donor in dem Ausmaß, daß eine Fluktuation des Resistenzwertes ein Problem wird, selbst in einem Bereich mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auftritt. Daher ist es möglich, die Verschiebung einer Betriebsspannung einer Vorrichtung aufgrund einer Fluktuation des Resistenzwerte zu verhindern. Weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 10% ist, ist es auch möglich, die Festigkeit eines solchen Wafers selbst in einem Bereich mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zu erhöhen.
Thermische Vorrichtungsverfahren unterscheiden sich gemäß den Vorrichtungsherstellern und den endgültigen Vorrichtungsprodukten. Aus diesem Grund ist es schwierig, wenn die Sauerstoffkonzentration in einem Silicium-Wafer in einer Tiefenrichtung variiert, einen Einfluß eines thermischen Vorrichtungsverfahrens auf die Eigenschaften vorherzusagen. Bezüglich des Silicium-Wafers dieser Erfindung ist es leicht, einen solchen Einfluß vorherzusagen, weil der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung niedriger als 10% ist.
Für den ausreichenden Erhalt der oben beschriebenen Wirkungen ist es wünschenswert, daß der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung weniger als 5% ist.
Weil die Dichte von Wachstumsdefekten mit Silicium 1 × 10⁶/cm³ oder weniger im Außenbereich ist, der ein Tiefenbereich bis zu 2 μm von der Oberfläche ist, ist es möglich, bessere Eigenschaften in einer Vorrichtung zu erhalten, die in einem Bereich gebildet ist, umfassend diesen Außenschichtbereich, und ebenfalls feinere Vorrichtungen zu fördern.
Für den Erhalt der gleichen Wirkungen wie oben angegeben, selbst wenn eine Vorrichtung bis zu einem tieferen Bereich gebildet wird, wird der oben beschriebene Außenschichtbereich (ein Bereich mit einer Dichte von Wachstumsdefekten mit Silicium 1 × 10⁶/cm³ oder weniger) wünschenswert so gemacht, daß er ein Tiefenbereich bis zu 5 μm von der Oberfläche, mehr wünschenswert ein Tiefenbereich bis zu 10 μm von der Oberfläche ist. Es ist wünschenswert, den Tiefenbereich des oben beschriebenen Außenschichtbereiches so einzustellen, daß ein Bereich enthalten ist, worin eine Sperrschicht in einer Vorrichtung gebildet wird.
Weil eine Dichte von Sauerstoffpräzipitaten (BMD) im Massenbereicht 1 × 10⁸/cm³ oder mehr ist, hat dieser Wafer eine ausreichende Getterwirkung für Schwermetalle in einem Vorrichtungsschritt. Die Sauerstoff-Präzipitatdichte in dem Massenbereich kann wie folgt gemessen werden. Zunächst wird die Wärmebehandlung zur Auswertung bei einem Silicium-Wafer durchgeführt. Die Wärmebehandlung zur Auswertung kann als zweistufige Wärmebehandlung durchgeführt werden, umfassend eine Wärmebehandlung bei 800°C × 4 Stunden mit anschließender Wärmebehandlung bei 1000°C × 16 Stunden. Danach wird der Silicium-Wafer gespalten und einem Secco-Ätzen bei Raumtemperatur für 2 Minuten unterworfen. Ein Ätzmittel, das bei dem Secco-Ätzen verwendet wird, hat eine Selektivität für Sauerstoffpräzipitat (BMD). Dann wird eine Spaltungsebene, mit der diese Behandlung durchgeführt wurde, unter einem optischen Mikroskop beobachtet und eine Dichte bei jedem Ätzen wird gemessen. Diese Dichte kann als Sauerstoffpräzipitatdichte angesehen werden.
Der Silicium-Wafer dieser Erfindung hat wünschenswert eine Sauerstoffkonzentration von 8 × 10¹⁷ bis 14 × 10¹⁷/cm³. Dies ermöglicht die Unterdrückung der Wachstumsdefekte im Außenschichtbereich, der ein aktiver Vorrichtungsbereich ist, und ermöglicht die Bildung von ausreichenden BMD, damit Schwermetallverunreinigungen im Massenbereich genügend eingefangen werden, während das Auftreten eines Sauerstoff-Donors minimiert wird, wobei die Festigkeit des Außenschichtbereiches aufrecht erhalten wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung ist ein Verfahren, durch das der oben beschriebene Silicium-Wafer dieser Erfindung hergestellt werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Merkmale (A) oder (B) aufweist.

(A) Verfahren, umfassend: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneidschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführung des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100°C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration zum Entfernen eines Bereiches den Silicium-Wafer nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration bei dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert.
(B) Verfahren, umfassend, einen Wachstumsschritt, zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Ausschneideschritt zum Herausschneiden des Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, bei dem eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht ist, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder Ar-Atmosphäre bei 1100°C oder mehr für eine Sekunden oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt eines Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert ist.

Nachfolgend wird jeder Schritt detailliert beschrieben.
(a) Wachstumsschritt des Silicium-Einkristallbarrens
Dies ist ein Schritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das CZ-Verfahren. Bei dem Wachstum ist es gewünscht, eine Einkristall-Ziehanlage zu verwenden, die eine Heißzonenstruktur hat, konfiguriert für den Erhalt eines angemessenen Temperaturgradienten in der Wachstumsrichtung eines Kristalls unmittelbar nach dem Ziehen. In diesem Fall können Kristalldefekte durch Durchführen des Kristallwachstums bei einer angemessenen Ziehgeschwindigkeit gesteuert werden. Als ein spezifisches Verfahren zur Steuerung der Kristalldefekte durch Einstellen eines Temperaturgradienten und einer Ziehgeschwindigkeit kann beispielsweise das Verfahren gemäß Patentliteratur 2, die oben beschrieben ist, verwendet werden.
(b) Ausschneidschritt des Silicium-Wafers
Dies ist ein Schritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren. Bei diesem Schritt wird ein Barren typischerweise in eine Anzahl von Blöcken geschnitten, die gemäß ihrer elektrischen Widerstandswerte identifiziert sind, und nach Schneiden, Läppen, chemischem Ätzen, Spiegelpolieren und anderen Behandlungen zu Wafern erzeugt. Alle Behandlungen können entsprechend den konventionell durchgeführten Verfahren durchgeführt werden.
(c) Erster Wärmebehandlungsschritt
Dies ist ein Schritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung, worin die Silicium-Wafer, die bei dem Ausschneidschritt herausgeschnitten sind, in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr erhalten werden.
Der Grund für die Durchführung dieser RTP-Behandlung in der Oxidationsatmosphäre liegt in der Zerstörung oder Reduktion von Defekten wie Lagen-förmigen Sauerstoffpräzipitaten (OSF-Nuklei), die in einem OSF-Bereich existieren, und Sauerstoffpräzipitatkerne, die in einem P_v-Bereich existieren. Betriebliche Vorteile der RTP-Behandlung werden unten beschrieben.
Ein Silicium-Einkristall, der durch das CZ-Verfahren gewachsen ist, enthält typischerweise Sauerstoff in der Größenordnung von 10¹⁸ Atomen/cm³ als Verunreinigung. Dieser Sauerstoff ist in dem Silicium-Kristall bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunktes von Silicium aufgelöst, spezifisch existiert er zwischen Silicium-Kristallgittern. In einem Wafer, der aus dem Silicium-Einkristall herausgeschnitten ist und bei Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur liegt, ist ein Teil des Sauerstoffes als Siliciumoxid (SiO₂) ausgefällt, wodurch Kristalldefekte wie OSF-Nuklei und Sauerstoffpräzipitat-Nuklei in einem P_v-Bereich gebildet werden.
Wenn mit diesem Wafer eine RTP-Behandlung in einer Oxidationsatmosphäre durchgeführt wird, wird Siliciumoxid in einem Kristalldefekt im Inneren des Wafers durch die Bewegung der Sauerstoffatome, die das Siliciumoxid ausmachen, zu einem Kristallgitter zerstört. Das zerstörte Siliciumoxid wird durch Leerstellen ersetzt. Weil die RTP-Behandlung in der oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, wird interstitielles Silicium von einer Oberflächenseite des Wafers injiziert, mit der die Leerstellen eingebettet sind. Diese Serie von Verfahren wird als Schmelz(Auflösungs)-Phänomen erkannt. Als Ergebnis werden Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden wie OSF-Kerne und Sauerstoffpräzipitatkerne in einem P_v-Bereich zerstört oder vermindert. Wenn COPs wie mikrofeine COPs enthalten sind, werden sie ebenfalls zerstört oder vermindert.
Als oxidierende Atmosphäre kann beispielsweise eine Atmosphäre von Gas, umfassend ein oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O₂, O₃ und H₂O (Dampf) verwendet werden. Zur Verstärkung der Wirkung zur Entfernung von SiO₂ im Kristalldefekt ist es wünschenswert, daß ein oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O₂, O₃ und H₂O 100% der oxidierenden Atmosphäre ausmachen. Die oxidierende Atmosphäre ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann beispielsweise eine Atmosphäre aus einem gemischten Gas von einer oder mehreren Arten sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O2, O3 und H₂O, und Inertgas.
Der Grund zur Durchführung der RTP-Behandlung bei einer Temperatur von mehr als 1250°C liegt darin, daß eine Behandlungstemperatur von 1250°C oder weniger zu einer unzureichenden Wirkung der Zerstörung und Entfernung oder zur Verminderung der Kristalldefekte führt. Weil ein Wafer bei einer Temperatur von mehr als dem Schmelzpunkt von Silicium (1410°C) schmilzt, ist es wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungstemperatur auf 1400°C einzustellen. Wenn die Behandlungstemperatur verhältnismäßig hoch ist, selbst wenn sie bei oder weniger als 1400°C ist, kann eine Gleitdislokation in den Wafer eingeführt werden und zusätzlich werden hohe Beladungen bei einer Anlage auferlegt. Daher ist es wünschenswert, die obere Grenze der Temperatur auf 1350°C einzustellen.
Der Grund für die Einstellung der Retentionszeit bei der Behandlungstemperatur (Temperatur von mehr als 1250°C) auf eine Sekunde oder mehr liegt darin, daß eine Retentionszeit von weniger als eine Sekunde zu einer unzureichenden Wirkung zur Entfernung der Kristalldefekte führt. Es ist wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungsperiode auf 60 Sekunden im Hinblick auf die Verminderung des Auftretens von Gleiten einzustellen, obwohl dies von der Behandlungstemperatur abhängt.
Eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate bei der RTP-Behandlung wird innerhalb eines Bereiches von 10°C/s bis 300°C/s eingestellt. Eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate von weniger als 10°C/s führt zu einer signifikanten Verminderung der Produktivität und eine Temperaturerhöhungs/-abfallrate von 300°C/s ist die Wärmegrenze von gegenwärtigen RTP-Vorrichtungen. Für das Unterdrücken des Auftretens eines Gleitens in einem Wafer und zur Sicherstellung der Reproduzierbarkeit der Temperatursteuerung ist es mehr wünschenswert, die Temperaturerhöhungs/-abfallrate auf 150°C/s oder weniger einzustellen. Für die RTP-Behandlung ist es wünschenswert, einen Lampen-Vergütungsofen zu verwenden, durch den eine schnelle Temperaturerhöhung und eine schnelle Temperaturerniedrigung durchgeführt werden kann. Die Verwendung eines Lampen-Vergütungsofens ermöglicht die Durchführung der Behandlung, ohne daß eine übermäßige Wärmemenge an einen Wafer abgegeben wird.
(d) Oxidfilm-Entfernungsschritt
Dies ist ein Schritt zur Entfernung eines Oxidfilmes, der auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers in dem ersten Wärmebehandlungsschritt gebildet ist. Weil der erste Wärmebehandlungsschritt in der oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, erhöht sich eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des Silicium-Wafers. Ein solcher Bereich enthält einen Oxidfilm in einer äußersten Wafer-Schicht, und einen Bereich, der eine Schicht unterhalb des Oxidfilmes ist, worin Sauerstoff in einem Silicium-Kristall aufgelöst ist oder in der Form von ausgefällten Oxiden existiert. Unter diesen ist es der Oxidfilm, der in diesem Schritt entfernt werden soll.
Der Oxidfilm ist extrem dünn im Vergleich zu dem gesamten Bereich, worin sich die Sauerstoffkonzentration durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes erhöht. Aus diesem Grund wird die Dicke des gesamten Bereiches nicht wesentlich durch Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes geändert.
Der Oxidfilm kann beispielsweise durch Ätzen mit Fluorwasserstoff(HF)-Lösung entfernt werden.
(e) Entfernungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration
Dies ist ein Schritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin die Sauerstoffkonzentration sich dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht (nachfolgend als Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration bezeichnet). Bei diesem Schritt wird der gesamte Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, der den Oxidfilm enthält, entfernt.
Durch Entfernen des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration werden die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin sich die Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht, kann so erfolgen, daß in dem verbleibenden Bereich des Wafers der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate in der Tiefenrichtung (Variationsrate der Sauerstoffkonzentration in dem Bereich der äußersten Schicht (ein Bereich zwischen der Oberfläche und einem Tiefenbereich von 1 μm von der Oberfläche) in bezug auf die Sauerstoffkonzentration in dem Massenbereich, worin sich die Sauerstoffkonzentration im wesentlichen nicht ändert (ein Bereich, der tiefer ist als eine Tiefenposition von 10 μm von der Oberfläche)) beispielsweise weniger als 10% (zum Beispiel weniger als 5%, falls notwendig) wird.
Der Oxidfilm in dem Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration kann durch das gleiche Verfahren wie der oben beschriebene Entfernungsschritt für den Oxidfilm entfernt werden.
Der Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration wird durch Arbeiten oder chemische Reaktion entfernt. Irgendein Verfahren ist anwendbar, solange das Verfahren diesen Bereich ohne Einfluß auf die Flachheit des Wafers und mit einer ausreichend kleinen Bearbeitungsschädigung entfernen kann. Als Bearbeitung kann ein Mahlbearbeiten, Polierbearbeiten oder dergleichen verwendet werden. Angesichts der Minimierung der Bearbeitungsschädigung ist das Verwenden eines Polierverarbeiten wünschenswert. Als chemische Reaktion kann ein saures Ätzen, alkalisches Ätzen oder dergleichen verwendet werden. Zusätzlich können das Bearbeiten und die chemische Reaktion in Kombination durchgeführt werden.
(f) Zweiter Wärmebehandlungsschritt
Dies ist ein Schritt zur Durchführung einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes oder des Entfernungsschrittes des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Härtungsatmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100°C oder mehr und eine Sekunde oder mehr gehalten wird.
Durch diesen Schritt werden BMD-Kerne gebildet. Wenn die Behandlungstemperatur weniger als 1100°C ist, werden die BMD-Kerne nicht mit ausreichend hoher Dichte gebildet. Eine höhere Behandlungstemperatur führt zur Bildung der BMD-Kerne mit einer höheren Dichte, was beim Einfangen von Schwermetallverunreinigungen bevorzugt ist. Wenn auf der anderen Seite die Behandlungstemperatur mehr als 1300°C ist, kann der interstitielle Sauerstoff, der in die äußere Schicht in dem ersten Wärmebehandlungsschritt diffundiert ist, tiefer in den Wafer diffundieren, wodurch der Bereich, der in einem Entfernungsschritt eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration entfernt werden soll, der danach durchgeführt wird, aufgeweitet wird. In diesem Fall vermindert sich die Produktivität. Wenn zusätzlich die Wärmebehandlungstemperatur mehr als 1300°C ist, treten Sauerstoffpräzipitate in einem 2 μm-Bereich in der äußeren Schicht auf. Wenn ein Oxidfilm in einem solchen Bereich in dem Vorrichtungsschritt gebildet wird, vermindert sich die dielektrische Spannung des Oxidfilmes. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die obere Grenze der Behandlungstemperatur auf 1300°C einzustellen.
Als Nitrier-Härtungsatmosphäre kann beispielsweise eine Atmosphäre aus Gas, umfassend eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃), angewandt werden. Die eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N₂ und NH₃, kann 100% der Nitrier-Härtungsatmosphäre ausmachen, oder die Nitrier-Atmosphäre kann eine Atmosphäre aus einem gemischten Gas von einer oder mehreren Arten sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N₂ und NH₃, und einem Inertgas (z. B. Ar).
Die Temperaturabfallrate des zweiten Wärmebehandlungsschrittes wird auf beispielsweise 10°C/s oder mehr, mehr gewünscht 50°C/s oder mehr eingestellt. Dies ermöglicht eine erhöhte BMD-Dichte. Wenn die Temperaturabfallrate weniger als 10°C/s ist, können die BMD-Kerne nicht effizient gebildet werden.
(g) Entfernungsschritt eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration
Dies ist ein Schritt zur Entfernung eines Bereiches des Silicium-Wafers nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, in dem die Sauerstoffkonzentration in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert (nachfolgend als ”Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereich” bezeichnet), wobei mit dem Silicium-Wafer der Oxidfilm-Entfernungsschritt durchgeführt ist (der Entfernungsschritt für den Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration wird nicht durchgeführt).
Die Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes führt zur Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers. Im Gegensatz dazu vermindert die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers. Auf diese Weise führt die Durchführung des ersten und des zweiten Wärmebehandlungsschrittes zu einem Bereich, worin die Sauerstoffkonzentration variiert im Vergleich zu der vor der Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes. Ein solcher Bereich wird in diesem Schritt entfernt.
Durch Entfernung des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches werden die Sauerstoffkonzentrationen im verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen in der Tiefenrichtung des Wafers konstant gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin die Sauerstoffkonzentration in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert, kann so durchgeführt werden, daß der Absolutwert der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers weniger als 10%, mehr gewünscht weniger als 5% wird.
Die Entfernung des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches kann durch mechanisches Polieren durchgeführt werden.
Die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes erzeugt einen Bereich in dem Bereich der äußersten Schicht des Wafers, worin eine Sauerstoffkonzentration sich im Vergleich zu dem tieferen Bereich des Wafers vermindert. Ein solcher Bereich hat verminderte mechanische Festigkeit, und durch Durchführen des Entfernungsschrittes für den Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration ist es möglich, die mechanische Festigkeit des verbleibenden Bereiches des Wafers mit dem gleichen Niveau wie vor der Wärmebehandlung zu halten.
(h) Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration
Dies ist ein Schritt, bei dem nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ein Bereich des Silicium-Wafers entfernt wird, bei dem sich die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert (nachfolgend als ”Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration” bezeichnet), wobei der Silicium-Wafer dem Entfernungsschritt des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration unterworfen ist. Weil der zweite Wärmebehandlungsschritt in der Nitrier-Atmosphäre oder Ar-Atmosphäre durchgeführt ist, führt die Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes zu einer Verminderung der Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers.
Wie zuvor beschrieben, sind die Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung des Wafers nach Durchführung des Entfernungsschrittes für den Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und vor Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes im wesentlichen konstant. Durch Entfernen des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration werden die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers gemacht. Die Bestimmung, welcher Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers als Bereich angesehen wird, worin sich die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert, kann so erfolgen, daß die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers weniger als 10%, mehr gewünscht weniger als 5% wird.
Die Entfernung des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration kann durch mechanisches Polieren durchgeführt werden.
Der Bereich, der durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes erzeugt ist und der eine verminderte Sauerstoffkonzentration hat, kann eine verminderte mechanische Festigkeit haben. Weil ein solcher Bereich durch Durchführen des Entfernungsschrittes für den Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration entfernt ist, hat der verbleibende Bereich des Wafers eine hohe mechanische Festigkeit.
3 erläutert eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils des Wafers zum Zeitpunkt der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung mit dem oben beschriebenen Merkmal (A). In 3 bedeutet die Abszissen die Tiefe von der Oberfläche des Wafers und die Ordinate eine Sauerstoffkonzentration. Unter Bezugnahme auf 3 wird die Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils (Beziehung zwischen der Tiefe von der Oberfläche und der Sauerstoffkonzentration) zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) beschrieben.
Nach Durchführen des Ausschneidschrittes und vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes sind die Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung des Wafers im wesentlichen konstant (der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentration-Variationsrate ist weniger als 10%, wünschenswert weniger als 5%), beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 10¹⁸ Atomen/cm³. Durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer O₂-Atmosphäre und bei 1350°C × 10 s wird Sauerstoff in den Silicium-Wafer von der Oberfläche des Wafers eingeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers erhöht wird, wie durch eine Kurve (durchgezogene Linie) L1 in 3 erläutert ist.
Danach wird bei dem Herstellungsverfahren dieser Erfindung der Oxidfilm entfernt (Oxidfilm-Entfernungsschritt). Die Dicke des Oxidfilmes ist 100 bis 300 Å, was extrem dünn ist im Vergleich zu 3 bis 10 μm, was die Dicke des gesamten Bereiches ist, bei dem die Sauerstoffkonzentration durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes erhöht ist. Aus diesem Grund wird, selbst wenn der Oxidfilm entfernt wird, die Dicke des gesamten Bereiches nicht wesentlich geändert.
Durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer Mischgasatmosphäre aus NH₃ und Ar und bei 1150°C × 10 Sekunden, vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers wie durch eine Kurve (gestrichelte Linie) L2 in 3 gezeigt ist. In dem Bereich der äußersten Schicht des Wafers wird ein Bereich erzeugt, worin die Sauerstoffkonzentration sich vermindert im Vergleich zu der vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes. Wenn der zweite Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als bei dem ersten Wärmebehandlungsschritt, ist die Dicke eines Bereiches, worin die Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt vermindert, klein im Vergleich zu der Dicke eines Bereiches, worin die Sauerstoffkonzentration sich in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht. Daher ist die Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches im wesentlichen gleich zu der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration. Wenn der zweite Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher ist als bei dem ersten Wärmebehandlungsschritt, diffundiert der interstitielle Sauerstoff, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt diffundiert ist, tiefer und somit ist die Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration größer als nach Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes.
Danach wird ein Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereich (ein Bereich, der flacher ist als eine tiefe Position, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P1 in 3) entfernt (Entfernungsschritt des Bereiches in der Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen im verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers. Eine Entfernungsdicke des Außenschichtbereiches des Wafers (Dicke eines Bereiches, der von dem Wafer-Außenschichtbereich entfernt wird) kann vorher durch eines der folgenden Verfahren (i) bis (iii) bestimmt werden.

(i) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlichen Entfernungsdicken durchgeführt, zur Durchführung eines Experimentes, zum Messen der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
(ii) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich eines Temperaturerhöhungs/-abfallprofils) in dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches.
(iii) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und einer Retentionsperiode bei der Temperatur in jedem des ersten und zweiten Wärmebehandlungsschrittes zur Bestimmung der Dicke des Sauerstoffkonzentrations-Variationsbereiches (Verfahren zur Durchführung der Berechung des obigen Verfahrens (ii) auf einfache Weise).

Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, erläutert durch Kurve L2 in 3, wird durch das obige Verfahren (ii) bestimmt.
4 erläutert eine Änderung des Sauerstoffkonzentrationsprofils eines Wafers zum Zeitpunkt der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung, mit dem oben beschriebenen Merkmal (B). In 4 bedeutet die Abszisse die Tiefe von der Oberfläche des Wafers und die Ordinate bedeutet eine Sauerstoffkonzentration. Unter Bezugnahme auf 4 wird das Sauerstoffkonzentrationsprofil bei Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung beschrieben, der das oben beschriebene Merkmal (B) hat.
Nach Durchführung des Ausschnittschrittes und vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes sind die Sauerstoffkonzentrationen im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers (der Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate ist weniger als 10%, wünschenswert weniger als 5%). Durch Durchführen des ersten Wärmebehandlungsschrittes beispielsweise in einer O₂-Atmosphäre und bei 1350°C × 10 Sekunden, wird Sauerstoff in den Silicium-Wafer von der Oberfläche des Wafers eingeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers erhöht wird, wie durch eine Kurve (durchgezogene Linie) L3 in 4 gezeigt ist.
Danach wird bei dem Herstellungsverfahren dieser Erfindung ein Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration (Tiefenbereich, der flacher ist als eine Tiefenposition, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P2 in 4) entfernt (Entfernungsschritt des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers (zum Beispiel ist die Variation der Sauerstoffkonzentrationen weniger als 10%). Eine Entfernungsdicke des Wafers kann vorher durch eines der Verfahren (iv) bis (vi) bestimmt werden.

(iv) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlicher Entfernungsdicke durchgeführt, zum Durchführen eines Experimentes, zur Messung der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
(v) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich einem Temperaturerhöhungs/-abfallprofil) in dem ersten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration.
(vi) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und Retentionsperiode bei der Temperatur im ersten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration (Bereich zur Durchführung der Berechnung des obigen (v) auf einfache Weise).

Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, erläutert durch Kurve L3 in 4, wird durch das obige Verfahren (v) bestimmt.
Durch Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, beispielsweise in einer Mischgasatmosphäre aus NH₃ und Ar und bei 1150°C × 10 Sekunden vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des Wafers, wie durch eine Kurve (gestrichelte Linie) L4 in 4 gezeigt ist. Weil der Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, die in dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhöht ist, bereits entfernt ist, ist der Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, die höher ist als vor Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes, im wesentlichen nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes abwesend.
Dann wird der Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration (Bereich gemäß 4 zwischen dem Tiefenbereich, erläutert durch die Punkt-Strich-Linie P2 (Oberfläche), und einer Tiefenposition, erläutert durch eine Strich-Punkt-Linie P3) entfernt (Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration). Dies macht die Sauerstoffkonzentrationen in dem verbleibenden Bereich des Wafers im wesentlichen konstant in der Tiefenrichtung des Wafers. Eine Entfernungsdicke des Wafers kann vorher durch eines der folgenden Verfahren (vii) bis (ix) bestimmt werden.

(vii) Die Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches wird mit unterschiedlichen Entfernungsdicken durchgeführt, zur Durchführung eines Experimentes, zum Messen der Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate des verbleibenden Bereiches des Wafers.
(viii) Ein Tiefenrichtungsprofil von Sauerstoff wird berechnet auf der Basis des thermischen Profils (einschließlich einem Temperaturerhöhungs/-abfallprofils) in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration.
(ix) Eine Sauerstoff-Diffusionslänge wird berechnet auf der Basis einer maximalen Temperatur und Retentionsperiode bei der Temperatur im zweiten Wärmebehandlungsschritt, zur Bestimmung der Dicke des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration (Verfahren zur Durchführung der Berechnung des obigen (viii) auf einfache Weise).

Das Sauerstoffkonzentrationsprofil, erläutert durch die Kurve L4 in 4, wird durch das obige Verfahren (viii) bestimmt.
Zur Erhöhung der Produktivität ist es bei dem Schritt zur Entfernung eines Bereiches mit variierender Sauerstoffkonzentration wünschenswert, dem Entfernungsschritt eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration und dem Entfernungsschritt des Bereiches mit verminderter Sauerstoffkonzentration, die Menge der Entfernung des Wafers möglichst klein einzustellen, um die Zeiten, die für diese Entfernungsschritte erforderlich sind, zu verkürzen, solange die Variation der Sauerstoffkonzentration des verbleibenden Bereiches nach der Entfernung bei einem akzeptablen Niveau liegt.
Im Vergleich zu den Maximalwerten des BMD-Dichteprofils nach der Wärmebehandlung für die BMD-Bewertung mit der unveränderten Wärmebehandlungstemperatur beim zweiten Wärmebehandlungsschritt ist der maximale Wert beispielsweise 6,1 × 10⁹/cm³ für den Wafer, erhalten durch das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (A), während er beispielsweise 1,2 × 10¹⁰/cm³ für den Wafer ist, erhalten durch das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B). Das heißt im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) kann das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B) einen Wafer mit einer höheren BMD-Dichte ergeben. Wenn eine höhere BMD-Dichte benötigt ist oder wenn das Gettern in der Nachbarschaft bei einer Position enger an einem Aktivbereich der Vorrichtung erforderlich ist, ist es effektiver, das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Merkmal (B) zu verwenden.
Der oben beschriebene Silicium-Wafer dieser Erfindung kann durch das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers dieser Erfindung hergestellt werden.
Beispiele
[Beispiel A]
Silicium-Wafer wurden durch das Herstellungsverfahren dieser Erfindung mit dem oben beschriebenen Merkmal (A) hergestellt, zum Untersuchen der Sauerstoffkonzentrationsprofile in der Tiefenrichtung der Wafer und der Dichten der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden. Die Herstellungsbedingungen der Wafer sind wie folgt.
Zunächst wurden Wafer durch Schneiden eines Lithium-Einkristallbarrens erhalten, der durch das CZ-Verfahren gewachsen ist. Die erhaltenen Wafer bestanden aus einem Defekt-freien Bereich, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, aber mit OSF(C-OSF3)-Defekten. Als Wafer wurden zwei Arten von Wafern mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen hergestellt. Die Sauerstoffkonzentration von einem Wafer (nachfolgend als ”Wafer A” bezeichnet) war 9,9 × 10¹⁷ Atome/cm³, und die Sauerstoffkonzentration des anderen Wafers (nachfolgend als Wafer B bezeichnet) war 12,1 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die beiden Arten von Wafer wurden jeweils den folgenden Schritten unterworfen.
Diese Wafer wurden geläppt und einem Schreckverfahren unterworfen. Danach wurden die Oberflächen gemahlen und die Wafer geätzt, zur Entfernung von Spannungen.
Als erster Behandlungsschritt wurden diese Wafer einer RTA-Behandlung in einer Atmosphäre von 100% O₂ bei 1325°C × 10 Sekunden unterworfen. Die Dicke eines Oxidfilmes, gebildet durch diese Behandlung, war 173 Å. Als Oxidfilm-Entfernungsschritt wurde der Oxidfilm durch Ätzen mit Fluorwasserstoff-Lösung entfernt.
Als zweiter Wärmebehandlungsschritt wurden diese Wafer einer RTA-Behandlung bei 1175°C × 10 Sekunden in einer Nitrier-Atmosphäre spezifisch in Flüssen von NH₃ und Ar bei Fließraten von 3 slm (Standardliter/min) bzw. 17 slm unterworfen. Dann wurde die Temperaturerhöhungsrate von 50°C/s und die Temperaturabfallrate auf 70°C/s eingestellt. Es wurde bestätigt, daß die BMD-Dichte sich mit einer Änderung der Temperaturabfallrate änderte. Spezifisch verminderte sich die BMD-Dichte, wenn die Temperaturabfallrate auf weniger als 10°C/s eingestellt wurde.
Danach wurde als Entfernungsschritt für einen Bereich mit variierender Sauerstoffkonzentration ein Bereich mit einer Sauerstoffkonzentration, der bei dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variierte, durch doppelseitiges Polieren und einseitiges Polieren entfernt. Durch Einstellen der Dicke des zu entfernenden Bereiches auf 6 μm oder mehr konnte der Bereich mit einer variierenden Sauerstoffkonzentration im wesentlichen vollständig entfernt werden.
5 erläutert das Sauerstoffkonzentrationsprofil des Wafers, der auf diese Weise erhalten wurde. Die Sauerstoffkonzentrationen wurden durch SIMS gemessen. Die Sauerstoffkonzentrationen waren im wesentlichen in der Tiefenrichtung konstant, und der Absolutwert der Variationsrate davon war weniger als 10%.
Mehr detailliert war in dem Wafer, erhalten durch Behandlung des Wafers A, der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³ in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 μm von der Oberfläche (Bereich der äußersten Schicht) und 9,9 × 10¹⁷ Atome/cm³ in einem Bereich bei Tiefen von 10 μm oder mehr von der Oberfläche (Massenbereich). Daher war die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate, die von der Behandlung des Wafers A resultierte (Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der äußersten Schicht – Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse)/Durchschnitt der Sauerstoffkonzentration der Masse × 100 (%)) 1%.
In dem Wafer, erhalten durch Behandeln des Wafers B, war der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen 1,22 × 10¹⁸ Atome/cm³ in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 μm von der Oberfläche und 1,21 × 10¹⁸ Atome/cm³ in einem Bereich bei Tiefen von 10 μm oder mehr von der Oberfläche. Daher war die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate, die von der Behandlung des Wafers B resultiert, 0,8%.
Wenn die Wärmebehandlungstemperatur hoch war oder die Wärmebehandlungstemperatur lang war im Vergleich zu 1325°C × 10 Sekunden, was die RTA-Behandlungsbedingung des oben beschriebenen ersten Wärmebehandlungsschrittes ist, konnte ein Bereich mit einer variierten Sauerstoffkonzentration im wesentlichen vollständig entfernt werden, indem eine größere Dicke des zu entfernenden Bereiches (mehr als 6 μm) eingestellt wurde.
Die Bewertung des Wafers, erhalten durch die obige Behandlung ergab, daß die Dichte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden unter der Nachweisgrenze (1 × 10⁵/cm³) in dem Bereich der äußeren Schicht von bis zu 5 μm von der Oberfläche des Wafers war. Zusätzlich wurde als Wärmebehandlung für die Auswertung dieser Wafer einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre aus 3% O₂/97% N₂ bei 800°C × 4 Stunden und weiterhin einer Wärmebehandlung in einer N₂-Atmosphäre bei 1000°C × 16 Stunden unterworfen. Die BMD-Dichte der gesamten Oberfläche des Wafers nach dieser Wärmebehandlung für die Auswertung war etwa 6 × 10⁹/cm³ für den Wafer, erhalten durch die Behandlung des Wafers A und etwa 6 × 10¹⁰/cm³ für den Wafer, erhalten durch Behandlung des Wafers B. Durch den zeitabhängigen dielektrischen Durchbruchstest (TZDB) wurde die GOI-Eigenschaft mit 100% bewertet, was gut war.
Auf jeden Fall wurde die Untersuchung bezüglich des Vorhandenseins/Abwesenheit von ”Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden”, die auf der Oberfläche des Wafers deutlich wurden, durch reaktives Ionen-Ätzen mit unterschiedlichen Dicken des zu entfernenden Bereiches durchgeführt. Wenn Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden (1 × 10⁵/cm³ oder mehr) verblieben, konnte der Bereich mit variierter Sauerstoffkonzentration nicht im wesentlichen vollständig entfernt werden.
Bezüglich Wafer A war beispielsweise, wenn die Dicke eines Bereiches, der in dem oben beschriebenen Polierschritt entfernt werden sollte, auf 2 μm eingestellt wurde, die Dickte der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden 4,5 × 10⁶/cm³. In diesem Fall war der Durchschnittswert der Sauerstoffkonzentrationen in einem Tiefenbereich von 0,1 bis 1,0 μm von der Oberfläche 14,1 × 10¹⁷ Atome/cm³, was hoch war im Vergleich zu der Sauerstoffkonzentration in einem Bereich mit Tiefen von 10 μm oder mehr von der Oberfläche.
Wenn das Polieren nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes nicht durchgeführt wurde, scheiterte die Verminderung der Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden, und darüber hinaus verschlechterte sich die GOI-Eigenschaft unter dem Einfluß des Nitrierens in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt.
Gemäß der oben beschriebenen Untersuchung wurde bestätigt, daß durch Auswahl einer geeigneten Poliermenge es möglich ist, Sauerstoffkonzentrationen in der Tiefenrichtung eines Wafers im wesentlichen konstant zu machen und ebenso Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden signifikant zu vermindern, selbst wenn die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre und die Wärmebehandlung in einer Nitrier-Atmosphäre durchgeführt werden.
[Beispiel B]
Silicium-Wafer wurden unter den Bedingungen hergestellt, die in den Beispielen 3, 4 und 5 in Tabelle 1 gezeigt sind.
Die Wafer, mit denen die Behandlung (Material-Wafer) unterworfen wurde, waren ein Wafer mit einem P_v-Bereich und einem P_i-Bereich (P_v/P_i-Mischung) und Wafer mit einem OSF-Bereich, einem P_v-Bereich und einem P_i-Bereich (OSF/P_v/P_i), die hergestellt wurden auf der Basis der darin enthaltenen Kristalldefekte. Zusätzlich waren die Material-Wafer solche mit einer Sauerstoffkonzentration (interstitielle Sauerstoffkonzentration Oi) von 9,60 × 10¹⁷ Atomen/cm³, 9,90 × 10¹⁷ Atomen/cm³, 1,21 × 10¹⁸ Atomen/cm³.
Der Ausdruck ”Entfernung 1” in Tabelle 1 ist ein Schritt zum Entfernen des Außenschichtbereiches des Wafers nach Durchführung des ersten Wärmebehandlungsschrittes, und für Wafer, mit denen dieser Schritt durchgeführt wird, ist die Entfernungsdicke bei diesem Schritt in der Spalte von ”Entfernung 1” gezeigt. Es wird festgestellt, daß selbst bei Wafern, bei denen ”keine” bei Entfernung 1 gezeigt ist, der zweite Wärmebehandlungsschritt nach Entfernung eines Oxidfilmes durchgeführt wurde. Der Ausdruck ”Entfernung 2” in Tabelle 1 ist der Schritt zur Entfernung des Wafer-Außenschichtbereiches nach Durchführung des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, die Entfernungsdicke in diesem Schritt ist in der Spalte von ”Entfernung 2” gezeigt.
Tabelle 1 zeigt als Ergebnis der Bewertung der erhaltenen Wafer:

(a) Maximalwert der Dichten von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden in dem Außenschichtbereich, der ein Tiefenbereich von bis zu 5 μm von der Oberfläche ist (Wachstumsdefektdichte (Maximalwert)),
(b) Maximalwert der Sauerstoffpräzipitatdichten in dem Massenbereich (BMD-Dichte (Maximalwert)), und
(c) Absolutwert der Sauerstoffkonzentration-Variationsrate (Oberflächen-Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate (absoluter Wert)).

Aufgrund dieses Ergebnisses wird verstanden, daß durch Auswahl von angemessenen Entfernungsdicken bei ”Entfernung 1” und ”Entfernung 2” entsprechend den Behandlungstemperaturen des ersten und des zweiten Wärmebehandlungsschrittes es möglich ist, Wafer mit Wachstumsdefektdichten von 1 × 10⁶/cm³ (Detektionsgrenze: D. L.) oder weniger und Oberflächen-Sauerstoffkonzentrations-Variationsraten weniger als 10% zu erhalten. Zusätzlich wird verstanden, daß durch Auswahl der angemessenen Behandlungsbedingungen es möglich ist, eine Wachstumsdefektdichte von 1 × 10⁶/cm³ oder weniger zu erhalten, selbst wenn ein Material-Wafer einen OSF-Bereich enthält.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Silicium-Wafer dieser Erfindung enthält sehr wenige Wachstumsdefekte mit Siliciumoxiden und somit gibt es, wenn der Silicium-Wafer als Substrat einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, kein Risiko, daß eine nachteilige Wirkung wie eine schlechte Eigenschaft bei der Vorrichtung verursacht wird. Zusätzlich enthält dieser Wafer BMDs bei einer ausreichenden Dichte, zum Einfangen von Schwermetallen in einem Vorrichtungsschritt. Daher ist dieser Wafer für ein Substrat mit einer Vorrichtung oder dergleichen geeignet. Daher kann diese Erfindung in großem Umfang auf die Herstellung von Silicium-Wafern und Halbleitervorrichtungen verwendet werden.

Claims

Silicium-Wafer, enthaltend: einen Absolutwert einer Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate von weniger als 10% in einer Tiefenrichtung, eine Dichte von Wachstumsdefekten mit Siliciumoxiden von 1 × 10⁶/cm³ oder weniger in einem Außenschichtbereich, der ein tiefer Bereich bis zu wenigstens 2 μm von einer Oberfläche ist, und eine Sauerstoffpräzipitatdichte von 1 × 10⁸/cm³ oder mehr in einem Massenbereich.
Silicium-Wafer nach Anspruch 1, worin die Sauerstoffkonzentrations-Variationsrate weniger als 5% in der Tiefenrichtung ist.
Silicium-Wafer nach Anspruch 1, worin eine Sauerstoffkonzentration 8 × 10¹⁷ bis 14 × 10¹⁷/cm³ ist.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, umfassend: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneidschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Oxidfilm-Entfernungsschritt zum Entfernen eines Oxidfilmes, der in dem ersten Wärmebehandlungsschritt auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers gebildet ist, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Oxidfilm-Entfernungsschrittes, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder Ar-Atmosphäre gehalten wird, bei 1100°C oder mehr für eine Sekunde oder mehr, und einen Sauerstoffkonzentrations-Variierungsbereich-Entfernungsschritt zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers, enthaltend: einen Wachstumsschritt zum Wachsen eines Silicium-Einkristallbarrens durch das Czochralski-Verfahren, umfassend keine COPs oder Dislokationskluster, einen Schneidschritt zum Ausschneiden eines Silicium-Wafers aus dem Silicium-Einkristallbarren, einen ersten Behandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung, worin der Silicium-Wafer in einer Oxidationsatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1250°C für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, einen Behandlungsschritt für einen Bereich mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer, worin eine Sauerstoffkonzentration in dem ersten Wärmebehandlungsschritt sich erhöht, einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Durchführen einer RTP-Behandlung nach Durchführen des Entfernungsschrittes eines Bereiches mit erhöhter Sauerstoffkonzentration, worin der Silicium-Wafer in einer Nitrier-Atmosphäre oder einer Ar-Atmosphäre bei 1100°C oder mehr für eine Sekunde oder mehr gehalten wird, und einen Entfernungsschritt für einen Bereich mit verminderter Sauerstoffkonzentration, zur Entfernung eines Bereiches in dem Silicium-Wafer nach Durchführen des zweiten Wärmebehandlungsschrittes, worin eine Sauerstoffkonzentration sich in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt erniedrigt.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers nach Anspruch 4 oder 5, worin der erste Wärmebehandlungsschritt durchgeführt wird in einer Atmosphäre von Gas, umfassend eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O₂, O₃ und H₂O.
Verfahren zur Erzeugung eines Silicium-Wafers nach einem der Ansprüche 4 bis 6, worin eine Retentionstemperatur im zweiten Wärmebehandlungsschritt niedriger ist als eine Retentionstemperatur im ersten Wärmebehandlungsschritt.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Wafers nach einem der Ansprüche 4 bis 7, worin eine Temperaturabfallrate des zweiten Wärmebehandlungsschrittes 10°C/s oder mehr ist.