DE69736900T2

DE69736900T2 - Verfahren zur herstellung einer epitaxialscheibe aus silizium

Info

Publication number: DE69736900T2
Application number: DE1997636900
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujikawa; Naoki Ikeda
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2017-07-26
Also published as: WO1998005063A1; EP0948037B1; KR20000029786A; KR100351532B1; EP0948037A4; DE69736900D1; US6277501B1; EP0948037A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Silicium-Epitaxialwafer und ein Verfahren zu dessen Herstellung, welches eine Verbesserung eines Silicium-Epitaxialwafers (nachstehend als Epi-Wafer bezeichnet) erbringt, der auf einer bestimmten Oberfläche eine aus der Gasphase aufgewachsene Epitaxialschicht aufweist und für die Fertigung von LSI- und VLSI-Halbleitervorrichtungen und dergl. vorgesehen ist, und innerhalb des Wafers eine Vielfalt von Verunreinigungen einzufangen vermag, die während verschiedener Wärmebehandlungen der LSI und VLSI und anderen Fertigungsprozessen für Vorrichtungen aufgenommen werden, und welches das Gettervermögen verbessert, ohne dass eine Bearbeitung angewendet wird, von der nach der Waferherstellung eine EG-Wirkung (extrinsische Getterwirkung) in dem Wafer erwartet werden könnte, und welches eine ausreichende IG-Wirkung (intrinsische Getterwirkung) auch in einem Vorgang zur Niedrigtemperaturfertigung einer Vorrichtung unterhalb von ungefähr 1080 °C zur Folge hat; wobei bei der Herstellung ein Wafer als Scheibe aus einem Silicium-Einkristallblock herausgeschnitten wird, der beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls unter Anwendung der Czochralski-Methode oder der magnetischen Czochralski-Methode (nachstehend der Einfachheit halber als CZ-Methode bezeichnet) unter Steuern der Sauerstoffkonzentration des Einkristalls auf einen vorbestimmten Pegel, und gleichzeitiges gezieltes Steuern der Kohlenstoffkonzentration auf einen vorbestimmten hohen Pegel gezogen worden ist, der Wafer einer Waferbearbeitung und möglicherweise oder auch nicht im Verlauf einer vorbestimmten kurzen Zeitdauer einer weiteren Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung und nachfolgend einem Spiegelpolieren und einem Vorgang zum epitaxialen Wachstum unterzogen wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Allgemein wird bei der Fertigung von LSI-, VLSI- und anderen Vorrichtungselementen als Substrat dafür hauptsächlich ein Siliciumwafer verwendet, der als Scheibe aus einem unter Verwendung der CZ-Methode gewachsenen Einkristallblocks aus Silicium heraus geschnitten worden ist. Während der vergangenen Jahre ist die Erhöhung des Integrationsgrades von Halbleitervorrichtungen entsprechend der Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Vorrichtungschips und die Verkleinerung von Vorrichtungsstrukturen bemerkenswert gewesen, es ist ein rascher Forschritt bei der Erzielung von hochwertigen Vorrichtungen erfolgt und es haben sich die Herstellungskosten in entsprechender Weise abrupt erhöht.
Unter diesen Umständen ist die Nachfrage nach einer Verbesserung der Ausbeute an Vorrichtungs-Endprodukten größer als jemals zuvor geworden. Indessen muss ein Silicumwafer, welcher das Substrat eines Vorrichtungswafers ist, selbstverständlich von hochwertiger Kristallinität sein und elektrische Eigenschaften aufweisen, die für hochintegrierte Vorrichtungen geeignet sind, und es wird auch eine Versorgung mit Siliciumwafern geringer Kosten zu einer vordringlichen Aufgabe.
Was die in größeren Anzahlen bei den vorstehenden Anwendungen verwendeten Siliciumwafer betrifft, war es in der Vergangenheit üblich, nach einer Waferbildung durch Herausschneiden einer Scheibe aus einem unter Anwendung der CZ-Methode gezogenen Einkristallblock aus Silicium, den Wafer nur an der Vorderseite einem Polieren auf Spiegelglanz zu unterziehen, nachdem dieser einer EG-Bearbeitung, zum Beispiel einer PBS- (Poly-Backseal-), BSD- (Backside-Damage-), Exzimerlaser- oder anderer Bearbeitung unterzogen worden war, von welcher eine Erzeugung einer EG-Wirkung an der Rückseite zu erwarten gewesen wäre.
Als Verfahren zur Lösung des Problems einer Kostenverringerung, d.h. als Verfahren zum Verkleinern der Anzahl an Arbeitsvorgängen, werden verschiedene Verfahren zur Waferbearbeitung untersucht, um herkömmliche EG-behandelte, auf einer Seite spiegelpolierte Wafer durch Wafer zu ersetzen, die keiner EG-Behandlung unterzogen und einem Spiegelpolieren auf der Vorderseite sowie auch auf der Rückseite unterzogen werden, d.h. durch nicht EG-behandelte Wafer, die auf beiden Seiten spiegelpoliert sind.
D.h., dass es durch Weglassen der rückseitigen EG-Behandlung, bei welcher zum Einfangen verschiedener Verunreinigungen bei der Vorrichtungsbearbeitung das BSD-Verfahren und ein PBS-Wachstum eingesetzt werden, welche eine Beschädigung einer Waferrückseite durch Besprühen, zum Beispiel mit einer SiO₂-Polierlösung verursachen, und durch Weglassen der zahlreichen vorderseitigen Arbeitsvorgänge, die zum Ausführen der Bearbeitung erforderlich sind, möglich wird, größere Kostenverringerungen zu erzielen, welche es ermöglichen, die Bearbeitungskosten bei der Herstellung unterhalb denen eines herkömmlichen, EG-behandelten, auf einer Seite spiegelpolierten Wafers zu senken. Gleichzeitig ist ein auf beiden Seiten spiegelpolierter Wafer auch von Vorteil weil er eine Planheit höherer Präzision, im Hinblick auf Verwerfungen, Flachheit und anderen Präzisionsaspekten, aufweisen kann als ein Wafer, der auf einer Seite spiegelpoliert ist.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Wafers mit niedrigen Kosten ist auf ähnliche Weise ein Verfahren, bei dem ein Wafer, im Vergleich mit üblichen, einseitig spiegelpolierten, durch EG behandelten Wafern, als ein nicht durch EG behandelter Wafer, der auf einer Seite spiegelpoliert ist, endbearbeitet wird, wobei die Rückseite des Wafers keiner Art von EG-Bearbeitung unterzogen wird. D.h., dass auf der Rückseite des Wafers, die nicht zur Fertigung von Vorrichtungselementen verwendet wird, bei einer Verwendung eines geätzten Wafers (mit geätzter Oberfläche), welcher keiner EG-Bearbeitung unterzogen worden ist, die BSD-Bearbeitung ähnlich wie bei den beidseitig spiegelpolierten Wafern weggelassen werden kann.
Umgekehrt, was den Prozess zur Vorrichtungsfertigung betrifft, entstehen leicht Fe-, Ni-, Cu- und andere Schwermetall-Verunreinigungen bei den für D-RAM typischen Hochtemperaturprozessen, und es werden diesen Schwermetall-Verunreinigungen entsprechende Verunreinigungsdefekte an der Waferoberfläche und in der Nähe zur Waferoberfläche erzeugt, was zu einer Verschlechterung verschiedener Vorrichtungseigenschaften und wiederum zu einer Verminderung der Produktausbeute führt. Folglich wurden bisher zur Entfernung dieser Schwermetall-Verunreinigungen von der Oberfläche und oberflächennahen Bereichen, welche den für die Vorrichtung aktiven Bereich umfassen, oftmals verschiedene EG- und IG-Verfahrensweisen, für welche die vorstehend erwähnte PBS- und BSD- sowie die Exzimerlaser-Bearbeitung typisch sind, zum Einfangen von Verunreinigungen (Gettern) an den Rückseiten von Wafern angewendet.
Da übliche Hochtemperaturverfahren zur Herstellung von Vorrichtungen einen bei einer relativ hohen Temperatur zwischen 1120 °C und 1220 °C ablaufenden Vorgang zur Tiefenimplantation (Well-Drive Process) umfassen, tritt während der Wärmebehandlung der Vorrichtungsbearbeitung leicht ein Ausfällen von Sauerstoff auf, was eine Ursache von BMD (Bulk Microdefects) ist, und weil zum Gettern von Vorrichtungsverunreinigungen innerhalb der Masse eines Wafers ausreichende BMD gebildet werden, ist ein IG wie ein N-IG (Natural IG), welches von einem EG abhängig ist, und ein DZ-IG (Denuded Zone IG) verbreitet angewendet worden.
Was die zukünftige Vorrichtungsbearbeitung betrifft, ist voraussehbar, dass ab jetzt Fortschritte bei der Senkung der Temperatur von Vorgängen erfolgen werden, bei denen gemäß einem Trend zu höherer 256MB- und 1 GB-Integration konstruktionsgerechte Verkleinerungen und Implantationen hochenergetischer Ionen zur Anwendung kommen, und es ist bei der geringeren Temperatur zu erwarten, dass eine Bildung von BND während der Vorrichtungsbearbeitung erschwert wird, wodurch es unmöglich sein wird, einen ausreichenden IG-Effekt zu erzielen.
Obwohl demgemäß die Menge der in einer Vorrichtung erzeugten Verunreinigungen infolge der Verringerung der Bearbeitungstemperatur etwas reduziert wird, ist zu erwarten, dass die Erzeugung von Schwermetall-Verunreinigungen aus einer hochenergetischen Ionenimplantation und dergl. schwierig zu vermeiden und eine Gettertechnologie unumgänglich sein wird.
Was weiterhin das Einfangen von Schwellmetall-Verunreinigungen unter Verwendung von EG betrifft, ist es unvermeidbar, dass bei zukünftigen hochintegrierten Vorrichtungen eine Waferpräzision, d.h. eine hohe Präzision der von Flachheit, Verwerfungen und dergl. abhängigen Planheit, mehr als zuvor erforderlich sein wird. Wenn in diesem Fall die hohe Wahrscheinlichkeit einer Verwendung von auf beiden Seiten spiegelpolierten Wafern in Betracht gezogen, bei denen eine hochpräzise Planheit erzielbar ist, erscheint es sehr gut möglich, dass ein Gettern der EG-Art nicht anwendbar sein wird, und dass es zunehmend notwendig sein wird, ein Gettervermögen unter Verwendung von IG zu gewährleisten.
Des weiteren wird bei der Fertigung einer hochintegrierten, hochleistungsfähigen Vorrichtung eine hohe Unversehrtheit der Eigenschaften kristalliner Qualität und der Eigenschaften elektrischer Qualität der die aktive elektrische Fläche bildenden Waferoberfläche und der oberflächennahen Schicht verlangt, welche die Zuverlässigkeit und die Ausbeuten an der Vorrichtung beeinflussen. In ersichtlicher Weise wird insbesondere eine Unversehrtheit der Oberfläche und der oberflächennahen Schicht bei Wafern verlangt, welche für hochleistungsfähige, hoch integrierte D-RAM-Halbleitervorrichtungen vorgesehen sind, von denen die sogenannten Personalcomputer und Spielautomaten typisch sind, für die in der Zukunft eine rasch steigende Nachfrage zu erwarten ist.
Typische Verfahren zur Lösung dieses Problems bewältigten dieses durch eine Herstellung des Wafers in hoher Reinheit und durch eine Verbesserung dessen Unversehrtheit, indem die Konzentration Oi des beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls in einem Wafer aufgenommen Sauerstoffs reduziert wurde, zum Beispiel durch Ändern des Kriteriums Oi = 14 16 × 10¹⁷ Atome/cm³ (Alte ASTM-Methode) zu Oi = 9~11 × 10¹⁷ Atome/cm³, und indem die Konzentration Cs von Kohlenstoff soweit wie möglich dadurch reduziert wurde, dass jegliche Bemühung zum Verhindern eines Vermischens des Silicium-Einkristalls mit Kohlenstoff unternommen wurde, welcher ein Verunreinigungselement darstellt, das beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls als Material eines Kohlenstofftiegels, einer Kohlenstoffheizung und anderer Peripheriehilfsgeräte verwendet wird, zum Beispiel so dass bei einer FTIR-Messung (Fourier-Transformation-Infrarot-Messung) die Kohlenstoffkonzentration Cs weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ (Neue ASTM-Methode) (in der Größenordnung von 10¹⁴ bei Beobachtung mit einem hochempfindlichen System zur Radioaktivierungsanalyse) betrug.
In neuerer Zeit und mit dem Fortschritt des Trends zu ständig höher gepackten Vorrichtungen werden Maßnahmen zum Reduzieren deren Kohlenstoffkonzentration Cs als extrem wichtig angesehen, und es sind Verfahren zum Verbessern der Unversehrtheit der Oberflächen vorgeschlagen worden, bei denen die Sauerstoffkonzentration Oi und die Kohlenstoffkonzentration Cs gering gehalten und dadurch die Erzeugung von BMD (Bulk Microdefects), die in der Oberfläche und nahe zur Oberfläche vorhanden sind und ein Versagen der Vorrichtung verursachen, und von dadurch entstehenden sekundären Defekten, zum Beispiel OSF (Oxidation-Induced-Stacking Faults) und dergl. unterdrückt werden.
Es ist jedoch voll zu erwarten, dass übliche Verfahren wie diese zum Reduzieren der Sauerstoff- und Kohlenstoffkonzentration alleine nicht bei den zukünftigen, weiter verkleinerten Vorrichtungsstrukturen höherer Dichte ausreichen werden. Demgemäß hat sich in neuerer Zeit eine Tendenz ergeben, häufig Epi-Wafer als Wafer für D-RAM und andere Halbleiter zu verwenden.
Das heißt, dass im Vergleich mit einem spiegelpolierten Wafer eine extrem hochwertige Unversehrtheit der Oberfläche erzielbar ist, weil eine Epitaxialschicht eines Epi-Wafers absolut keine die Eigenschaften einer Vorrichtung beeinträchtigenden eingewachsenen Defekte (Mikrodefekte, welche bei dem Ziehvorgang eines Silicium-Einkristalls erzeugt werden) aufweist. Weiterhin ist es auch allgemein bekannt, dass gemäß der Auswertung von elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Durchschlagspannung einer Oxidschicht, welche die Vorrichtungseigenschaften, zum Beispiel die elektrischen Eigenschaften beeinflussen, der Wert der Durchschlagspannung der Oxidschicht, im Vergleich mit einem Zustand bei dem keine Epitaxialschicht vorhanden ist, erheblich erhöht ist.
Bis jetzt sind, anders als bei spiegelpolierten Wafern, Epi-Wafer aus Kostengründen außerhalb von speziellen Vorrichtungsanwendungen nicht viel eingesetzt worden. Aufgrund der extremen Schwierigkeiten einer vollkommenen Beseitigung von eingewachsenen Defekten bei spiegelpolierten Wafern ist jedoch die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass Epi-Wafer bei höher integrierten Vorrichtungen der nächsten Generation (256 MB, 1 GB und mehr) weitestgehend gebräuchlich werden, und aus diesem Grund kann auch die Wahrscheinlichkeit als extrem hoch bezeichnet werden, dass als Siliciumwafer mit größeren Durchmessern von 300 mm (12 Zoll) und mehr der nächsten Generation, Epi-Wafer als Substrate für Vorrichtungen eine verbreitete Anwendung finden werden.
Damit jedoch, wie vorstehend bereits erwähnt, die unter Verwendung eines nicht EG-bearbeiteten Wafers geringer Kosten, d.h. eines beidseitig spiegelpolierten Wafers und eines rückseitig geätzten Wafers, als Substrat hergestellten Epi-Wafer in die Vorrichtungsfertigung eingeführt und höhere Ausbeuten erzielt werden, wird es erforderlich sein, ein Verfahren irgend einer Art anzuwenden, um diesen mit einem Gettervermögen zum Einfangen von Verunreinigungen auszustatten.
Das heißt, dass sowohl Siliciumhersteller wie auch Vorrichtungshersteller daran arbeiten, ihre Herstellungsprozesse hochrein und hochsauber auszubilden, und es ist der Reinheitsgrad innerhalb der Prozesse gegenüber dem in der Vergangenheit üblichen bedeutend verbessert worden. Da jedoch aufgrund der diversen Wärmebehandlungen, in welchen während des Prozesses zur Vorrichtungsherstellung verschiedene Gasatmosphären zur Anwendung kommen, entstehen in unvermeidbarer Weise gewisse Pegel an verschiedenen Verunreinigungselementen. Folglich ist ein Mechanismus erforderlich, welcher ein Gettern dieser Verunreinigungselemente in anderen Bereichen als die der Waferoberfläche oder der oberflächennahen Schichten erlaubt, welche die aktive Vorrichtungsfläche bilden.
Im allgemeinen wird, wie vorstehend erwähnt, bei dem Herstellungsvorgang des Wafers an der Rückseite eines Epi-Wafers vorher eine EG-Behandlung durchgeführt, um den Wafer getterungsfähig für Verunreinigungen auszubilden, die im Herstellungsvorgang des Wafers entstehen. Um jedoch verringerte Herstellungskosten zu erzielen, ist es erforderlich, den Vorgang einer rückseitigen EG-Behandlung wegzulassen. Wird jedoch der Vorgang einer rückseitigen EG-Behandlung weggelassen, fehlt natürlicherweise das Gettervermögen für Verunreinigungen, die innerhalb des Bearbeitungsvorgangs einer Vorrichtung entstehen.
Falls zum Beispiel bei einem Produkt mit niedrigem Widerstand, welches innerhalb des Wafers B (Bor) in hoher Konzentration enthält, besitzt dieses B einen getterungsfähigen Mechanismus, es tritt in Wechselwirkung mit Fe (Eisen), zum Beispiel zur Bildung eines Fe- und B-Paares (Fe-B), und besitzt eine Funktion, welche in entsprechender Weise ein Gettern ermöglicht. Jedoch tritt keine einer Fe-B-Wechselwirkung ähnliche mit Verunreinigungselementen wie Ni (Nickel), Cu (Kupfer) und dergl. in hohen Konzentrationen von zum Beispiel 1 × 10¹² Atome/cm² auf, so dass ein Mangel an einem Gettervermögen entsteht. Die Folge sind Nachteile wie ein Abbau von Eigenschaften der Vorrichtung und eine Verringerung der Ausbeute an Vorrichtungen.
Da wie vorstehend erwähnt in einem Niedrigtemperatur-Verfahren zur hohen Integration ein aktiver Vorrichtungsbereich extrem hoher Qualität wesentlich ist, wird ein Epi-Wafer eingesetzt, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass zur Erzielung einer Planheit hoher Präzision ein beidseitig auf Spiegelglanz polierter Wafer als Substrat eingesetzt wird. Weiterhin ist ein IG(BMD) erforderlich, um die verschiedenen in der Vorrichtung erzeugten Verunreinigungen zu gettern.
Wird jedoch eine Epitaxialschicht auf einem Siliciumwafersubstrat mit einem Widerstandswert von 0,1 Ω·cm oder mehr aufgebracht, dann tritt aufgrund des Einflusses der thermischen Vorgeschichte eines plötzlichen Temperaturanstiegs, der mit einem Vorgang bei dem epitaxialen Wachstum verbunden ist, bei dem die Temperatur erhöht wird, und einer Vorbehandlung bei hoher Temperatur ein Phänomen auf, bei dem die Sauerstoffausscheidungen, welche die Quelle der BMD sind, schrumpfen oder vernichtet werden, und danach die von der Vorrichtung erzeugten Verunreinigungen nicht gegettert werden können, weil eine Sauerstoffausscheidung auch nicht auftritt, wenn der Wafer einem Vorgang zur Vorrichtungsfertigung bei niedriger Temperatur unterzogen wird, wobei als Folge ein Abbau von Vorrichtungseigenschaften und eine Verringerung der Ausbeute an Produkten entsteht.
Des weiteren ist festgestellt worden, dass auch wenn ein Substrat mit hohem Sauerstoffgehalt (bei dem BMD leicht gebildet werden), welches üblicherweise nicht als Substrat für eine Vorrichtung eingesetzt wird, nicht viele BMD, welche die Getterquelle darstellen, bei der Durchführung des epitaxialen Wachstums über einen Niedrigtemperaturprozess gebildet werden, so dass kein IG-Effekt zu erwarten ist.
Demgemäß wird in der japanischen Auslegeschrift Nr. 63-198334 über ein Verfahren berichtet, bei dem BMD nach einer Verfahrensweise gewährleistet werden, bei der ein Wafer nach einem epitaxialen Wachstum in Verlauf einer längeren Zeitdauer einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung unterzogen wird, d.h., dass er entweder 4~20 Stunden auf 650~900 °C erwärmt, oder durch allmähliches Erhöhen der Temperatur von 650 bis 900 °C erwärmt wird. Aufgrund der langen Dauer der Wärmebehandlung sind jedoch die Kosten enorm, und infolge der Durchführung dieser Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung nach dem epitaxialen Wachstum sind im Hinblick auf Produktionsausbeuten verschiedene Probleme zu erwarten, die durch das leichte Auftreten von Schäden aufgrund von Tiegelkratzern und die Erzeugung von Partikeln während der Wärmebehandlung sowie Schwierigkeiten bei der Handhabung entstehen.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-227026 berichtet über ein Verfahren bei dem BMD gewährleistet werden durch die Durchführung einer zweistufigen Wärmebehandlung bestehend aus einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung + einer Mitteltemperatur-Wärmebehandlung nach dem Wachstum einer Epitaxialschicht einer begrenzten Dicke von knapp 5~50 μm auf einem Wafer, welcher während des Ziehens des Kristalls mit Kohlenstoff in einer hohen Konzentration dotiert worden ist (0,5~15 ppma: da der Umrechnungsfaktor in dieser Official Gazette nicht angegeben worden ist, bleibt der genaue Wert unklar; wird dieser Wert jedoch aus der die Sauerstoffkonzentration betreffenden Figur in der detaillierten Beschreibung abgeleitet, kann er als ungefähr 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³~7,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ angenommen werden).
Da jedoch auch in einem Verfahren in welchem. wie für die Ausführungsform gezeigt ist, die Konzentration von Kohlenstoff erhöht ist, eine längere, 8 Stunden und 30 Minuten dauernde Wärmebehandlung erforderlich ist, entstehen Kosten, und folglich ist die Produktivität gering. Aufgrund der Durchführung der Wärmebehandlung nach dem epitaxialen Wachstum sind verschiedene Probleme im Hinblick auf Produktionsausbeuten zu erwarten, die durch das leichte Auftreten von Schadstellen aufgrund von Tiegelkratzern und die Erzeugung von Partikeln während der Wärmebehandlung sowie durch Schwierigkeiten bei der Handhabung entstehen.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 3-50186 berichtet über ein Verfahren, bei dem BMD durch eine Wärmebehandlung bei 750~900 °C vor dem epitaxialen Wachstum gewährleistet werden (jedoch ist der Bereich der Zeitdauer nicht angegeben), aber diesbezüglich kann bei einer auf 1 und 4 dieser Official Gazette basierenden Abschätzung geschätzt werden, dass eine längere Wärmebehandlung von mehr als mindestens 4 Stunden erforderlich ist, wodurch sich im Hinblick auf die Produktivität ein Problem ergibt.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 8-250506 schlägt ein Verfahren vor, bei dem ein epitaxiales Wachstum durchgeführt wird, nachdem zuerst entweder eine einstufige oder eine zweistufige Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung ausgeführt worden ist und danach vor dem epitaxialen Wachstum ein Verweilen in einer Umgebung mittlerer Temperatur stattgefunden hat. Mit diesem Verfahren nimmt jedoch die Produktivität eindeutig ab, und unter den derzeitigen Umständen, bei denen eine gleichmäßige Herstellung von Epi-Wafern mit niedrigen Kosten gefragt ist, ist auch dieses Verfahren mit Problemen behandelt.
Bei einem Epi-Wafer, welcher als ein für die hochintegrierten Vorrichtungen der nächsten Generation geeignetes Substrat versprechend erscheint, ist es schwierig zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Niedrigtemperatur-Prozess einen ausreichenden IG-Effekt zu erzielen, und obwohl verschiedene Lösungswege, wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen worden sind, ist jeder im Hinblick auf Produktivität, Kosten und Produktionsausbeuten mit Problemen behaftet.
In einem Bericht über die JP-A-59-094809 beschreibt die Patent Abstracts of Japan, Band 008, Nr. 209 (E-268) vom 22. September 1984 die Herstellung eines Halbleiterelements mit minimierten winzigen Defekten in einer Epitaxialschicht. Die Epitaxialschicht ist auf einem Substrat gewachsen, welches aus einem Silicium-Einkristall mit einer Sauerstoffkonzentration von 25 bis 50 ppma und einer Kohlenstoffkonzentration von 1 ppma oder höher besteht. Eine Wärmebehandlung wird in einem Temperaturbereich von 600 bis 800 °C in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt, um die Defekte in der Epitaxialschicht zu minimieren. Bei einem Beispiel wird die Wärmebehandlung 48 h bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Defekte in der Epitaxialschicht werden von winzigen Defekten im Substrat absorbiert.
Die DE-A-41 08 394 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumsubstrats für eine Halbleitervorrichtung aus einem aus einer Schmelze gezogenen Silicium-Halbleiterkristall.
Ein Wafer wird als Scheibe aus dem Kristall geschnitten, geätzt und poliert, und einer zweistufigen Wärmebehandlung zuerst bei einer hohen Temperatur und dann bei einer niedrigen Temperatur unterzogen. Danach wird eine Oberflächenschicht einer Dicke von vorzugsweise 0,2 bis 20 μm von dem spiegelpolierten Siliciumwafer entfernt. Bei Beispielen weisen die gezogenen Halbleiterkristalle Sauerstoffkonzentrationen von 14 bis 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ nach ASTM auf, und die Wärmebehandlung wird zuerst zwei Stunden bei 1150 °C oder 16 Stunden bei 1200 °C und danach acht Stunden bei 700 °C in einer Argonatmosphäre durchgeführt. Die Oberflächenschicht wird durch Spiegelpolieren entfernt. Vor der Herstellung des spiegelpolierten Wafers kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, zum Beispiel 30 Minuten bei 650 °C, um thermische Donatoren zu entfernen.
W. Wijaranakula et al. berichten in Journal of the Electrochemical Society, Band 135, Nr. 12 (Dezember 1988), Seiten 3113 bis 3119 über eine Untersuchung der Wirkung einer Nachwärmebehandlung auf die Sauerstoffausscheidung und das interne Gettern in n/n + (100)-Epitaxialwafern. Siliciumwafer mit antimondotierten Substraten wurden aus nach Czochralski gezüchteten Siliciumkristallen erhalten. Kristallabschnitte mit Sauerstoffgehältern in einem Bereich zwischen 1,35 und 1,6 × 10¹⁸ Atome/cm³, bestimmt mit der Sekundärionen-Massenspektrometrie und gemäß ASTM F121-79, wurden ausgesucht und als Scheiben herausgeschnitten, und es wurden chemisch geätzte Substratwafer durch Polieren und bei 1150°C durchgeführte Schritte der epitaxialen Abscheidung bearbeitet. Umfasst wurden Epitaxialwafer, die aus Substratwafern mit einer Sauerstoffkonzentration unterhalb von 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ gefertigt waren. Wafer aus jeder Gruppe wurden 6 bis 48 Stunden bei 750 °C in Stickstoff und dann bei 1050 °C in trockenem Sauerstoff wärmebehandelt.
D. Beauchaine et al. berichten in Journal of the Electrochemical Society, Band 136, Nr. 6 (Juni 1989), Seiten 1787 bis 1793 über eine Untersuchung der Wirkung von Spannungen dünner Schichten und der Sauerstoffabscheidung auf das Verwertungsverhalten von (p/p+)-Epitaxialwafern größerer Durchmesser. Substratwafer wurden aus p-Typ-Czochralski-Silicium zubereitet und chemisch geätzt. Die mit der Sekundärionen-Massenspektrometrie bestimmte Sauerstoffkonzentration betrug 1,34 bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³, entsprechend 27 bis 28 ppma nach ASTM F121-79. Wafer wurden mit verschiedenen rückseitigen Filmen versehen und danach wurden die Vorderseiten der Wafer poliert und mit einer Epitaxialschicht versehen. Die Wirkungen verschiedener rückseitiger Filme auf Verwerfungen der Wafer wurden untersucht.
In einem Bericht über die JP-A-63-198334 beschreiben die Patent Abstracts of Japan, Band 012, Nr. 481 (E-694) vom 15. Dezember 1988 die Herstellung eines Halbleiter-Siliciumwafers. Eine epitaxial gewachsene Oberflächenschicht auf einem Siliciumwafer mit spiegelpolierter Oberfläche, erhalten aus einer gezogenen Siliciumstange, wird 4 bis 20 Stunden einer IG-Wärmebehandlung bei 650 bis 900 °C unterzogen. Aufgrund der niedrigen Temperatur werden feine interne Defekte nur in einem Substrat gebildet. Die Epitaxialschicht verbleibt ohne Defekte und es wird eine gewünschte Getterwirkung erzielt.
Die EP-A-0 137 209 beschreibt einen zur Fertigung einer integrierten Oberflächenvorrichtung mit geringem Leckstrom geeigneten Halbleiter-Siliciumwafer. Die Kohlenstoffkonzentration liegt oberhalb von etwa 4 ppm und vorzugsweise zwischen 4 ppm und dem Festkörper-Löslichkeitsgrenzwert von Kohlenstoff in Silicium, und die Sauerstoffkonzentration liegt unterhalb von etwa 36 ppm, vorzugsweise zwischen etwa 15 und etwa 20 ppm. In einem Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltvorrichtungen nach bekannten Verfahrensweisen wird das Endstück eines aus der Schmelze gezüchteten Siliciumkristalls in Scheiben zu Siliciumwafern geschnitten und die Konzentrationen von Kohlenstoff und wahlweise Sauerstoff in den Wafern gemessen, und es werden Wafer mit den vorstehenden Merkmalen zur Bildung der integrierten Schaltvorrichtungen verwendet. Die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlenstoff sind auf der Basis von ASTM F121-1979 bzw. F123-1976 angegeben.
G. Pensl et al. beschreiben in Applied Physics A48, 49-57 eine Untersuchung über Sauerstoffdonatorenfallen und sauerstoffbezogene Ausscheidungen in Silicium durch Tiefen-Kurzzeitspektroskopie und Transmissions-Elektronenspektroskopie. Ausgewählte, nach Czochralski gezüchtete Siliciumwafer werden in drei Gruppen mit Konzentrationen an interstitiellem Sauerstoff von jeweils 1,7 × 10¹⁸, 7 × 10¹⁷ bzw. 6,4 × 10¹⁷ cm^–3 und Substitutionskohlenstoff von jeweils 3 × 10¹⁶, 4 × 10¹⁶ bzw. < 5 × 10¹⁵ cm^–3 zusätzlich zu einer Phosphatdotierung des Substrats aufgeteilt. Die ausgewählten Wafer werden verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen.
C. Y. Kung beschreibt in Journal of Applied Physics, Band 65, Nr. 12, 15. Juni 1989, 4654-4665 eine Untersuchung der thermischen Vorgeschichte bei Sauerstoffausscheidungen in bei 1050 °C wärmebehandeltem Czochralski-Silicium. Wafer wurden ähnlichen Stellen eines Blocks eines mit Bor dotiertem Siliciumkristalls entnommen und verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen, wobei die Sauerstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen nach vorgegebenen Intervallen bestimmt wurden.
Die WO-A-93/10557 beschreibt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Halbleiter-Siliciumwafers mit einer Sauerstoffkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Kohlenstoffkonzentration von 1 × 10¹⁶ Atome/cm³. Der Wafer wird in einer oxidierenden oder inerten Atmosphäre 0,5 bis 5 Stunden erwärmt, und es kann die Hauptoberfläche dann spiegelpoliert werden. Die Aufgabe ist es, Defekte in dem Halbleiter-Wafer zu verringern und die Ausbeute bei der Herstellung von Vorrichtungen zu verbessern.
Die JP-A-6-227026 beschreibt ein Verfahren zum Gettern eines Siliciumkristallsubstrats zur Verbesserung der Wirksamkeit eines intrinsischen Getterns. Das Kristallsubstrat mit einer Epitaxialschicht und einer hohen Kohlenstoffkonzentration von ungefähr 0,5-15 ppma wird zuerst zur Bildung einer Mikrodefektregion im Kristall wärmebehandelt, und dann bei einer höheren Temperatur weiter wärmebehandelt. Hierdurch entfällt eine Wärmebehandlung zur Bildung einer defektlosen Schicht auf der Substratoberfläche und es wird die gesamte Dauer der Wärmebehandlung abgekürzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxialwafers vorzusehen, welches zur Verringerung der Kosten von Epi-Wafern die Bearbeitung so weit wie möglich vereinfacht, und welches bei der Bearbeitung von Wafervorrichtungen das Gettervermögen für verschiedene Verunreinigungen verbessert, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher eine EG-Wirkung nach der Fertigung des Wafers erwartet werden könnte.
Des weiteren ist es im Hinblick auf die vorstehenden (IG-)Probleme beim Gettern von Epi-Wafern eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxialwafers vorzusehen, welches zur Verringerung der Kosten von Epi-Wafern die Bearbeitung so weit wie möglich vereinfacht, und welches bei der Bearbeitung von Epi-Wafer-Vorrichtungen auch in einem Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen bei niedrigen Temperaturen von weniger als 1080 °C eine ausreichende Getterwirkung (IG) aufweist, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher eine EG-Wirkung nach der Fertigung des Wafers erwartet werden könnte.
Der Erfinder hat Untersuchungen dahingehend durchgeführt, einen Wafer aus gezogenem Silicium mit einem Gettervermögen auszustatten, wobei es die Aufgabe war, ein Verfahren zu erzielen, welches eine Verbesserung des Gettervermögens des Wafers ermöglicht, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher eine EG-Wirkung nach der Fertigung des Wafers erwartet werden könnte. Als Folge stellte sich heraus, dass bei einem Silicium-Einkristall, welcher nach der Cz-Methode gewachsen war, wobei die Sauerstoffkonzentration relativ hoch und die Kohlenstoffkonzentration vorsätzlich hoch gehalten wurde, der Wafer selbst ein hervorragendes Gettervermögen aufwies, ohne dass eine EG-Behandlung durchgeführt worden war, und es entstand die vorliegende Erfindung.
Weiterhin hat der Erfinder verschiedene Untersuchungen dahingehend durchgeführt, einen Wafer aus gezogenem Silicium mit einem eigenen Gettervermögen auszustatten, wobei es die Aufgabe war, einen Epi-Wafer herzustellen, welcher auch in einem Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen bei niedrigen Temperaturen unterhalb von ungefähr 1080 °C eine ausreichende Getterwirkung (IG) aufweist, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher eine EG-Wirkung nach der Fertigung des Wafers erwartet werden könnte. Als Folge stellte sich heraus, dass nach einem Schneiden eines Silicium-Einkristalls zu Siliciumwafern, welcher nach der Cz-Methode gewachsen war, wobei eine spezifische Sauerstoffkonzentration erzielt und die Kohlenstoffkonzentration vorsätzlich hoch gehalten wurde, und nach einer kurzzeitigen Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen auch ein Epi-Wafer ein ausreichendes (IG-)Gettervermögen sogar bei einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsbearbeitung aufwies, ohne dass eine EG-Behandlung durchgeführt wurde, und es entstand die vorliegende Erfindung.
Es sind, im einzelnen, allgemein zahlreiche Sauerstoffausscheidungskeime, welche Quellen zum Einfangen von Verunreinigungselementen zu bilden vermögen, in einem unter Verwendung der Cz-Methode gewachsenem Silicium-Einkristall verstreut. Diese Sauerstoffausscheidungskeime werden während des Vorgangs des Wachstums eines Silicium-Einkristalls eingeführt, und es sind die verstreuten Sauerstoffausscheidungskeime umso zahlreicher, je höher die Sauerstoffkonzentration ist. Was den Kohlenstoff betrifft, obwohl der Mechanismus nicht klar ist, entsteht dagegen umso leichter eine Ausscheidung, je höher die Kohlenstoffkonzentration ist, und weil der Kovalenzradius eines Kohlenstoffatoms fast 40 kleiner als der Kovalenzradius eines Siliciumatoms ist, wird vermutet, dass entsprechend diesem Unterschied der Kovalenzradien eine Spannung im Kristallgitter auftreten könnte, jedoch ist nichts Bestimmtes bekannt.
Was den Kohlenstoff betrifft, besitzt dieser eine sogenannte katalytische Wirkung, d.h., eine die Ausscheidung begünstigende Wirkung, welche die Sauerstoffausscheidung fördert, und es ist die erzielbare, die Sauerstoffausscheidung fördernde Wirkung umso größer, je größer die Kohlenstoffkonzentration ist. Unter Verwendung eines Siliciumeinkristalls, welcher bei einer spezifizierten Sauerstoffkonzentration gezogen worden war, während die Kohlenstoffkonzentration beim Wachstum des Siliciumeinkristalls mit der CZ-Methode vorsätzlich auf einen hohen Wert gesteuert wurde, erfolgte nach dem Schneiden zu Siliciumwafern eine kurzzeitige Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur, und danach wurde durch Aufbringen einer Epitaxialschicht auf entweder einem beidseitig spiegelpoliertem Wafer oder einem einseitig spiegelpolierten Wafer ohne Anwendung einer EG-Behandlung und der Herstellung eines Epi-Wafers eine Planheit hoher Präzision mit niedrigen Kosten erzielt, so dass es möglich war, das Vorhandensein von BMD-Keimen zu gewährleisten, die auch dann nicht vernichtet wurden, wenn sie der thermischen Vorgeschichte beim epitaxialen Wachstum ausgesetzt worden waren. Folglich war es möglich, ein Gettervermögen (IG) für die verschiedenen Verunreinigungen bei der Vorrichtungsbearbeitung vorzusehen, und es war möglich, einen Epi-Wafer zu erzielen, der auch in einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsbearbeitung ein ausreichendes Gettervermögen (IG) aufwies.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Wärmemusterdiagramm, welches den Behandlungsvorgang bei einem epitaxialen Wachstum zeigt;
2 ist ein Wärmemusterdiagramm, welches Wärmebehandlungen zeigt, die denen einer Vorrichtungsbearbeitung äquivalent sind;
3 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Ni und die Wärmebehandlung der 2 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, einem EG unterzogene Wafer dar, und die Dreiecke stellen zweiseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Symbole (Kreise sowie Dreiecke) das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
4 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Ni und die Wärmebehandlung der 2 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 0,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, einem EG unterzogene Wafer dar, und die Dreiecke stellen zweiseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Symbole (Kreise sowie Dreiecke) das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Ni und die Wärmebehandlung der 2 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 5,0 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, einem EG unterzogene Wafer dar, und die Dreiecke stellen zweiseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Symbole (Kreise sowie Dreiecke) das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
6 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Ni und die Wärmebehandlung der 2 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, einem EG unterzogene Wafer dar, und die Dreiecke stellen zweiseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Symbole (Kreise sowie Dreiecke) das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
7 ist ein weiteres Wärmemusterdiagramm, welches den Behandlungsvorgang bei einem epitaxialen Wachstum zeigt;
8 ist ein weiteres Wärmemusterdiagramm, welches Wärmebehandlungen zeigt, die denen einer Vorrichtungsbearbeitung äquivalent sind;
9 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Cu und die Wärmebehandlung der 8 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Kreise das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
10 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Cu und die Wärmebehandlung der 8 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 0,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Kreise das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
11 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Cu und die Wärmebehandlung der 8 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 5,0 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Kreise das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
12 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der anfänglichen Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wenn ein Dotieren unter Verwendung des Elements Cu und die Wärmebehandlung der 8 durchgeführt wird, und welche einen Fall darstellt, bei dem die Kohlenstoffkonzentration Cs 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt. In der Figur stellen die Kreise einseitig spiegelpolierte, keinem EG unterzogene Wafer dar, wobei die weißen Kreise das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
13 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dichte der BMD und dem Prozentsatz der Ausbeute an Einheiten mit guten Charakteristiken der Oxidschicht-Durchschlagspannung zeigt, wobei in der Figur die Kreise eine Cs von weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ darstellen, die Dreiecke eine Cs von 0,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ darstellen und die Quadrate eine Cs von 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ darstellen, und wobei die weißen Symbole (Kreise, Dreiecke und Quadrate) das Fehlen eines Dotiermittels und die schwarzen das Vorhandensein eines Dotiermittels bedeuten;
14 ist ein Wärmemusterdiagramm, welches den Behandlungsvorgang bei einem epitaxialen Wachstum zeigt;
15 ist ein Niedrigtemperatur-Wärmemusterdiagramm einer Wärmebehandlung, welche der einer Vorrichtungsbearbeitung äquivalent ist;
16 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der BMD-Dichte nach einer Wärmebehandlung der Niedrigtemperaturbearbeitung zeigt, und stellt einen Fall dar, bei dem die Kohlenstoffkonzentration unterhalb der minimalen Wahrnehmungsgrenze von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ liegt;
17 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der BMD-Dichte nach einer Wärmebehandlung der Niedrigtemperaturbearbeitung zeigt, wenn ein Substrat verschiedenen Niedrigtemperatur-Wärmebehandlungen unterzogen worden ist, und stellt einen Fall dar, bei dem die Kohlenstoffkonzentration unterhalb der minimalen Wahrnehmungsgrenze von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ liegt
18 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Kohlenstoffkonzentration, der Sauerstoffkonzentration und der BMD-Dichte nach einer Wärmebehandlung der Niedrigtemperaturbearbeitung zeigt;
19 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Entstehungs-Lebensdauer bei Verunreinigung mit dem Element Ni, der Kohlenstoffkonzentration des Substrats und dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Niedrigtemperatur-Wärmebehandlungsbedingungen zeigt.
BESTER MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Silicium-Einkristall, welcher das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass er nach der bekannten CZ-Methode gewachsen ist und keiner Behandlung unterzogen wird, von welcher eine EG-Wirkung erwartet werden könnte.
Die Erfindung verbessert das Gettervermögen eines Wafers, der entweder auf der einen Seite oder auf beiden Seiten poliert worden ist und auf dem eine Epitaxialschicht aufgewachsen ist, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher nach der Waferfertigung eine EG-Wirkung erwartet werden könnte, indem während des Wachstums eines Silicium-Einkristalls mit einem bekannten Steuerverfahren die Sauerstoffkonzentration Oi im Bereich von 12 bis 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ und gleichzeitig die Kohlenstoffkonzentration (Cs) im Bereich von 0,5 bis 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ durch eine vorsätzliche Zugabe von reinem Kohlenstoff gesteuert wird.
Demgemäß wird an dem erzielten Silicium-Einkristall keine Behandlung durchgeführt, von welcher eine EG-Wirkung erwartet werden könnte, sondern es ist, wie bei der nachstehenden Ausführungsform gezeigt, die gemeinsame Verwendung eines IG-Verfahrens wie ein Gettern, wodurch eine Fe-B-Paar über eine Dotierung mit B gebildet wird, zum Verbessern des Gettervermögens für Schwermetall wünschenswert. Des weiteren wurde festgestellt, dass die gleiche Wirkung der vorliegenden Erfindung auch bei einem Silicium-Einkristall eintritt, welcher ähnlich wie bei der Dotierung mit B einer Dotierung mit P unterzogen worden ist.
Des weiteren vermag die Erfindung das Gettervermögen eines Epi-Wafers, welcher auf entweder einer Seite oder auf beiden Seiten spiegelpoliert worden ist und auf welchem eine Epitaxialschicht aufgewachsen ist, auch in einer danach durchgeführten Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung zu verbessern, ohne dass eine Behandlung durchgeführt wird, von welcher nach der Waferfertigung eine EG-Wirkung erwartet werden könnte, indem während des Wachstums des Silicium-Einkristalls mit einem bekannten Steuerverfahren die Sauerstoffkonzentration im Bereich von 12 bis 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ und gleichzeitig die Kohlenstoffkonzentration im Bereich von 0,3 bis 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ durch eine vorsätzliche Zugabe von reinem Kohlenstoff gesteuert wird, und nach dem Schneiden zu Siliciumwafern eine Wärmebehandlung im Verlauf einer kurzen Zeitdauer von mehr als 15 Minuten, jedoch weniger als 4 Stunden bei einer Temperatur zwischen 600~900 °C durchgeführt wird.
Die Erfindung verdeutlicht den Umstand, wonach eine ausreichende Getterwirkung (IG) gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzielbar ist, auch bei einem Epi-Wafer mit einem Widerstandswert von mehr als 0,1 Ω·cm und auch unter Bedingungen einer Wärmebehandlung, welche denen einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung mit einem Muster wie das in 15 gezeigte äquivalent sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehens reiner Kohlenstoff vorsätzlich zugegeben wird, und nach dem Schneiden zu Siliciumwafernscheiben eine Wärmebehandlung im Verlauf einer kurzen Zeitdauer bei einer niedrigem Temperatur durchgeführt wird. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Epi-Wafers geringer Kosten und ist auch bei einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung voll anwendbar, und unterscheidet sich von allen vorstehend beschriebenen üblichen Bearbeitungsverfahren bezüglich der Sauerstoffkonzentration, der Kohlenstoffkonzentration, des Widerstandswertes des Silicium-Einkristalls und der Durchführung des Wärmebehandlungsvorgangs und dessen Temperatur und Dauer.
Die vorstehend beschriebene, vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe die Verbesserung des Gettervermögens für die verschiedenen Verunreinigungen, die mit der Fertigung einer Wafervorrichtung verbunden sind, und das Vorsehen eines Wafers geringer Kosten durch ein weitmögliches Vereinfachen der Bearbeitung, indem keine Behandlung durchgeführt wird, von welcher nach der Waferfertigung eine EG-Wirkung erwartet werden könnte. Die vorliegende Erfindung sieht zwecks Zuführung zur Fertigung einer hochintegrierten Vorrichtung einen Epi-Wafer vor, auf dem an einer vorgesehenen Oberfläche ein Film durch ein epitaxiales Wachstum gebildet worden ist, und sieht zur Erzielung einer vorgeschriebenen Planheit als Epi-Wafer einen rückseitig geätzten Wafer, einen einseitig spiegelpolierten Wafer und einen beidseitig spiegelpolierten Wafer vor, welcher entweder einem bekannten Ätzen oder einem Spiegelpolieren unterzogen worden ist, und welcher im Falle eines beidseitig spiegelpolierten Wafers eine extrem hochpräzise Planheit erreichen kann.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Sauerstoffkonzentration und die Kohlenstoffkonzentration erhöht, um ein Erzeugen von BMD, welche eine Sauerstoffausfällung sind, zu fördern. Dieses, in anderen Worten, verursacht eine Degradation der Unversehrtheit der Waferoberfläche und der oberflächennahen Fläche. Da jedoch die H₂-Umgebung hoher Temperatur eines Behandlungsvorgangs zur Erzielung epitaxialen Wachstums die zum Wachsen dieser BMD in einem Bereich zwischen mehreren μm und mehreren zehn μm von der Waferoberfläche benötigte Sauerstoffkonzentration um ungefähr 1 Größenordnung oder mehr, gemäß einer SIMS-Analyse, stark reduziert, wird die Umgebung beseitigt, welche eine Erzeugung von BMD ermöglicht, und es wird eine die BMD vernichtende Wirkung erzielt, wodurch eine Degradation der Unversehrtheit der Waferoberfläche und der oberflächennahen Fläche verhindert wird.
Bei der ersten Erfindung wird der Bereich der Sauerstoffkonzentration Oi auf 12 bis 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ (nach alter ASTM-Methode) eingeschränkt. Es wurde festgestellt, dass es auch Wafer gibt, welche sogar mit einer Sauerstoffkonzentration Oi in der Nähe von 0,5 × 10¹⁷ Atome/cm³ in Kombination mit der Kohlenstoffkonzentration Cs eine Getterwirkung aufweisen, jedoch wurde im Hinblick auch auf Zuverlässigkeit und stabile Reproduzierbarkeit die Sauerstoffkonzentration auf mehr als 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ festgesetzt, und es wurde die Obergrenze bei 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ festgesetzt.
Des weiteren wird der Bereich der Kohlenstoffkonzentration Cs auf 0,3 bis 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ (nach neuer ASTM-Methode) eingeschränkt. Es wurde festgestellt, dass es auch Wafer gibt, welche sogar mit einer Kohlenstoffkonzentration Cs in der Nähe von 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ in Kombination mit der Sauerstoffkonzentration Oi eine Getterwirkung aufweisen, jedoch wurde im Hinblick auch auf Zuverlässigkeit und stabile Reproduzierbarkeit die Kohlenstoffkonzentration auf mehr als 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ festgesetzt, und es wurde die Obergrenze bei 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ festgesetzt, was dem Maximalwert der Konzentration entspricht, die in Silicium eingeführt werden kann.
Bei der Erfindung wird der Bereich der Sauerstoffkonzentration auf 12~18 × 10¹⁷ Atome/cm³ eingeschränkt. Die Erfinder haben festgestellt, dass es auch Wafer gibt, welche sogar mit einer Sauerstoffkonzentration Oi in der Nähe von 11 × 10¹⁷ Atome/cm³ in Kombination mit der Kohlenstoffkonzentration und einer Durchführung einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung längerer Zeitdauer eine Getterwirkung aufweisen, jedoch wurde im Hinblick auch auf Zuverlässigkeit, stabile Reproduzierbarkeit und Produktivität die untere Grenze der Sauerstoffkonzentration auf 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ festgesetzt. Bezüglich der oberen Grenze von 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ wurde des weiteren, obwohl keine Probleme auch in der Nähe von zum Beispiel 27 × 10¹⁷ Atome/cm³ auftreten, was dem Maximalwert der Konzentration entspricht, die in einen Silicium-Einkristall eingeführt werden kann, 18 × 10¹⁷ Atome/cm³ als obere Grenze festgesetzt, und zwar aus Gründen der Stabilität der Steuerung beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls, der leichten Modifizierbarkeit und der Anwendbarkeit auf Produkte anderer Art, und aufgrund der Tatsache, dass dieser den spezifizierten oberen Grenzwert darstellt, welcher bei Substraten für normale Halbleitervorrichtungen eingehalten wird.
Des weiteren wird der Bereich der Kohlenstoffkonzentration Cs auf 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ festgesetzt. Die Erfinder haben festgestellt, dass es auch Wafer gibt, welche sogar mit einer Kohlenstoffkonzentration in der Nähe von 0,2 × 10¹⁶ Atome/cm³ in Kombination mit der Sauerstoffkonzentration und einer Durchführung einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung längerer Zeitdauer eine Getterwirkung aufweisen, jedoch wurde im Hinblick auch auf Zuverlässigkeit, stabile Reproduzierbarkeit und Produktivität die untere Grenze der Kohlenstoffkonzentration auf 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ festgesetzt.
Was die Cs-Obergrenze von 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ betrifft, treten keine Probleme, zum Beispiel auch in der Nähe von Cs = 32 × 10¹⁶ Atome/cm³ auf, was dem Maximalwert der Konzentration entspricht, die in einen Silicium-Einkristall eingeführt werden kann. Da jedoch der bei 0,07 liegende Segregationskoefficient des Kohlenstoffs extrem klein ist, unterscheidet sich allgemein beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls der Wert der Kohlenstoffkonzentration in dem zu Anfang gezogenen Teil (oben) um sogar das 3- bis 5fache von dem im Endstadium (unteres Ende) gezogenen, und es ist eine bekannte Tatsache, dass wenn beim Ziehen eines Silicium-Einkristalls der Wert an der unteren Seite extrem groß ist, zum Beispiel Cs = 15 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder Cs = 25 × 10¹⁶ Atome/cm³, ein Bruch an einer Stelle des Weges entlang einer Kristallachse auftritt und das Silicium nicht als Einkristall gezogen wird. Es ist erkannt worden, dass als Folge die Ziehausbeute verringert wird; und es wurde weiterhin aufgrund der Tatsache, dass kein bedeutender Unterschied der nachfolgenden Getterwirkung auftritt, wenn die Kohlenstoffkonzentration auf 10 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder auf 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ eingestellt worden war, die obere Grenze bei Cs = 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ festgelegt.
Was des weiteren die Temperatur der Wärmebehandlung bei der vorliegenden Erfindung betrifft, und wie aus der klassischen Keimbildungstheorie sowie aus Versuchsergebnissen unter Verwendung verschiedener Standardproben bekannt ist, sind Temperaturen bis zu 600 °C nicht zweckmäßig, weil eine Wärmebehandlung längerer Dauer erforderlich ist, damit Sauerstoffausscheidungskeime einer ausreichenden Größe wachsen, so dass die Wirkungen der thermalen Vorgeschichte eines epitaxialen Wachstumsvorgangs kein Schrumpfen der BMD-Keime verursacht. Umgekehrt sind Temperaturen oberhalb von 900 °C zu hoch, es werden dabei keine Sauerstoffausscheidungskeime in ausreichender Dichte erzeugt und es wird deren Wirkung nicht erzielt. Die Temperatur wird somit auf mehr als 600 °C und weniger als 900 °C festgesetzt.
Bezüglich der Dauer der Wärmebehandlung wurde, weil eine Wärmebehandlung von mindestens mehr als 15 Minuten zum Erzielen von BMD-Dichten von mehr als 3 × 10⁸ Atome/cm³ erforderlich ist, was eine ausreichende Dichte für das Gettern auch bei einer Niedrigtemperatur-Bearbeitung unter den vorstehend beschriebenen Temperaturbedingungen ist, die untere Grenze hierauf festgelegt, und es wurde die obere Grenze bei 4 Stunden festgelegt, weil diese Zeitdauer erforderlich ist, um eine ausreichende Dichte für das Gettern zu erzielen, wenn die jeweiligen Minimalwerte der vorstehend beschriebenen Sauerstoffkonzentration und Kohlenstoffkonzentration zur Anwendung kommen, und weil unter Berücksichtigung der Produktivität eine längere Dauer nicht zweckmäßig ist.
Des weiteren ist der Widerstandswert des Siliciumwafers, welcher das Epi-Wafersubstrat bildet, nicht speziell eingeschränkt, es werden jedoch wie vorstehend beschrieben bei hoch integrierten Vorrichtungen, für die D-RAM typisch ist, an den Substraten N-IG, welches auf PBS basiert, BSD und andere EG oder DZ-IG angewendet, und es weisen die meisten dieser Substrate einen Widerstandswert von mehr als 0,1 Ω·cm auf. Da, des weiteren, in einem derartigen Substrat von mehr als 0,1 Ω·cm aufgrund des epitaxialen Wachstums ein Mangel an Gettervermögen auftritt, ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung bei einem Siliciumwafer mit einem Widerstandswert, welcher größer als der vorstehend angegebene ist, bemerkenswert. Des weiteren variiert die obere Grenze des bei diesen Substraten angewendeten Widerstandswertes mit der Vorrichtung, und beträgt ungefähr einige zehn Ω· cm, und da kein bedeutender Unterschied im Gettervermögen bei 0,1 Ω·cm und mehreren zehn Ω·cm auftritt, wird kein spezieller oberer Grenzwert festgelegt.
Dagegen sind, was Widerstandswerte von weniger als 0,1 Ω·cm betrifft, seit einiger Zeit Substrate von ultra-niedrigem Widerstand, die hauptsächlich für den Latchup-Effekt ausgelegt sind, als Substrate für Epi-Wafer eingesetzt worden, und deren Werte liegen zum Beispiel bei 0,004~0,013 Ω·cm. Bei einem Einkristall vom p-Typ, dem B (Bor) zugegeben worden ist, wird eine Sauerstoffausscheidung durch die Wirkung der hohen Konzentration an B abnorm gefördert, so dass auch die thermische Vorgeschichte eines Vorgangs epitaxialen Wachstums keine Wirkung aufweist, und es wird vor einem epitaxialen Wachstum keine Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen durchgeführt, wobei eine Bildung ausreichender, zum Gettern in einem Niedrigtemperaturvorgang erforderlicher BMD bedeutet, dass ein IG-Mangel kein Problem darstellt, und das Verfahren der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise je nach Erfordernis durchgeführt werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Beim Züchten eines Silicium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 200 mm (8 Zoll) unter Anwendung der CZ-Methode wurde B (Bor) zugegeben, und es wurde ein Silicium-Einkristall mit den verschiedenen Charakteristiken: Widerstandswert ρs des Substrats 0,004~0,010 Ω ·cm, Sauerstoffkonzentration Oi 8.4~22 × 10¹⁷ Atome/cm³ und Kohlenstoffkonzentration Cs 0,1~20 × 10¹⁶ Atome/cm³ hergestellt.
Nach dem Wachsen einer 3μm-Epitaxialschicht gemäß dem in 1 gezeigten Vorgang epitaxialen Wachstums auf einem aus diesem Silicium-Einkristall erhaltenen, einseitig spiegelpolierten Wafer, der zur Bearbeitung des Wafers durch EG einer rückseitigen 500nm-PBS-Wachstumsbehandlung unterzogen worden war, und auf zwei Standardproben, die beidseitig spiegelpoliert worden waren, wurde eine Schleuderauftragvorrichtung eingesetzt, um die Vorderseiten der Wafer mit ungefähr 1 × 10¹² Atomen/cm² der jeweiligen Elemente Ni, Fe und Cu getrennt zu dotieren, wonach die Verunreinigungen durch eine Wärmebehandlung bei 1000 °C 60 Minuten in das Innere des Wafers hinein diffundiert wurden. Danach wurde nach dem Präparieren jeder der Standardproben, die in keiner Weise dotiert worden waren, die Wafer simulierten Wärmebehandlungen unterzogen, welche denen einer Vorrichtungsfertigung entsprachen, Das durchgeführte Wärmebehandlungsmuster ist in 2 gezeigt.
Nach dem Aufbringen einer Oxidschicht (25 nm) auf diese Proben und dem Präparieren einer MOS-Poly-Si-Elektrode wurde die Durchschlagspannung der Oxidschicht gemessen. Diese Messung stellt eine typische Verfahrensweise zur Auswertung elektrischer Eigenschaften dar und gibt auf einfache Weise eine Korrespondenz mit charakteristischen Ausbeuten bei tatsächlichen Vorrichtungsfertigungen wieder. Bei dieser Auswertung der Eigenschaften der Durchschlagspannungen der Oxidschicht wurde eine Vorrichtungsfertigung als problemfrei erachtet, wenn bei einer Probe der Prozentsatz der Ausbeute 70 % überschritt. Beispiele der Versuchsergebnisse sind in 3-6 gezeigt.
Des weiteren wurde hier ein Einstellen des Dotiermittels auf 1 × 10¹² Atome/cm² festgelegt, und zwar aufgrund der Tatsache dass, wie vorstehend erwähnt, Vorrichtungshersteller auch eine Verbesserung des Grades der Prozessreinheit anstreben, und die Menge der erzeugten Verunreinigungen im Vergleich mit der in der Vergangenheit üblichen erheblich reduziert worden ist, wobei in Anbetracht der durch Auswertungen und dergl. von mehreren Vorrichtungsherstellern erhaltenen Ergebnisse die obere Grenze der Menge an durch den Prozess erzeugten Verunreinigungen gegenwärtig 1 × 10¹² Atome/cm² beträgt. Was auf ähnliche Weise die Verunreinigungselemente betrifft, ist die Wahrscheinlichkeit einer Erzeugung der vorstehend erwähnten drei Elemente deutlich hoch, und es wurden die Verunreinigungen auf diese 3 Elemente beschränkt.
3, 4, 5 und 6 stellen die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi für jeden Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs und dem Prozentsatz der Ausbeute bei der Auswertung der Eigenschaften der Durchschlagspannung der Oxidschicht für Proben dar, welche nach dem Wachsen einer Epitaxialschicht (Vorbehandlungsbedingungen: 1200 °C/100s, Auftragsbedingungen: 3 μm·pepi 2 Ω·cm bei 1050 °C) auf jeder der mit EG versehenen, einseitig spiegelpolierten und zweiseitig spiegelpolierten Waferproben unter Verwendung des Elements Ni dotiert und der simulierten Wärmebehandlung der 2 unterzogen worden waren, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war.
Was einen für die Verwendung als primäre Wafer gezogenen Silicium-Einkristall betrifft, wird jetzt seit einiger Zeit der Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs allgemein niedrig gehalten und während des Ziehens soweit wie möglich verringert, damit das Silicium hochrein wird. Folglich liegt die in einem Wafer enthaltene Kohlenstoffkonzentration Cs unterhalb eines Pegels von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³, welcher dem minimalen Nachweisgrenzwert von Messvorrichtungen entspricht. 3 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten für Proben, bei welchen der Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs unterhalb von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ liegt.
Im Falle einseitig spiegelpolierter Wafer, welche einer EG-Bearbeitung unterzogen worden waren, zeigte sich, dass der Prozentsatz der Ausbeute an allen Proben, von denen mit niedriger Sauerstoffkonzentration Oi bis zu denen mit hoher Sauerstoffkonzentration, ungeachtet der Unterschiede, die davon abhängig sind, ob die Probe einer Ni-Dotierung unterzogen worden war oder nicht, hoch war. Da eine PBS-Behandlung, welche ein Gettervermögen für Verunreinigungen ermöglicht, an der Rückseite des Wafers durchgeführt worden war, wird vermutet, dass die Verunreinigungselemente an dieser gegettert wurden.
Dagegen zeigte sich im Falle beidseitig spiegelpolierter Wafer, welcher keiner EG-Bearbeitung unterzogen worden waren, dass der Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten, von den Proben mit geringer Sauerstoffkonzentration Oi bis zu denen mit hoher Sauerstoffkonzentration Oi, hoch war wenn kein Dotieren stattgefunden hatte. Hatte jedoch ein Dotieren stattgefunden, war ein Abnehmen des Prozentsatzes der Ausbeute zu beobachten, und es ergibt sich diese Tendenz deutlich, wenn die Sauerstoffkonzentration des Wafers verringert wird. In diesem Fall wird vermutet, dass die Sauerstoffausscheidungskeime, welche das Gettervermögen bewirken, nicht alle Verunreinigungen einfangen konnten, weil bei einer Probe mit geringer Sauerstoffkonzentration Oi das Ausmaß des Gettervermögens klein ist.
4, 5 und 6 zeigen die Ergebnisse von Untersuchungen der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten, bei der Verwendung von Proben, bei welchen der jeweilige Cs-Gehalt auf 0,5, 5 bzw. 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ gesteuert worden war.
Bei einem einseitig spiegelpolierten Wafer, welcher an der Rückseite ein Gettervermögen aufweist, zeigte sich, dass die Ergebnisse die gleichen sind wenn die vorstehend erwähnte Kohlenstoffkonzentration Cs weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ beträgt, und dass der Prozentsatz der Ausbeute hoch ist, unabhängig davon, ob ein Dotieren stattgefunden hat oder nicht.
Des weiteren wurde auch bei beidseitig spiegelpolierten Wafern festgestellt, dass der Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten unabhängig von Unterschieden der Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs hoch ist, wenn kein Dotieren stattgefunden hat. War dagegen ein Dotieren durchgeführt worden, wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Proben in denen die Pegel der Sauerstoffkonzentration Oi und der Kohlenstoffkonzentration Cs gesteuert worden waren, der Prozentsatz der Ausbeute dem bei einseitig spiegelpolierten Wafern mit einem Gettervermögen an der Rückseite gleich war, und dass eine Verringerung des Prozentsatzes der Ausbeute aufgehalten werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Beim Züchten eines Silicium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 200 mm (8 Zoll) unter Verwendung der CZ-Methode wurde Bor zugegeben, und es wurde ein Silicium-Einkristall mit den Eigenschaften: Widerstandswert ρs des Substrats 1,0~2,5 Ω·cm, Sauerstoffkonzentration Oi 10~22 × 10¹⁷ Atome/cm³ und Kohlenstoffkonzentration Cs 0,1~20 × 10¹⁶ Atome/cm³ hergestellt. Nach dem Verwenden dieses Silicium-Einkristalls zur Herstellung von einseitig spiegelpolierten Wafern, welcher auf der Rückseite keiner EG-Behandlung unterzogen worden waren, und nach dem Aufbringen einer 5μm-Epitaxialschicht nach dem in 7 gezeigten Vorgang wurden eine Probe, welche unter Anwendung einer ähnlichen Verfahrensweise wie bei der Ausführungsform 1 einem Dotieren unterzogen wurde, und zwei Standardproben hergestellt, welche keiner Dotierung unterzogen wurden, wonach die Proben simulierten Wärmebehandlungen unterzogen wurden, welche denen einer Vorrichtungsfertigung äquivalent waren. Das angewendete Wärmebehandlungsmuster ist in 8 gezeigt. Des weiteren wurde die Durchschlagspannung der Oxidschicht an diesen Proben nach der gleichen Verfahrensweise wie bei der Ausführungsform 1 gemessen. 9-12 zeigen Beispiele dieser Versuchsergebnisse.
9, 10, 11 und 12 zeigen die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi für jeden Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs und dem Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten bei der Auswertung der Eigenschaften der Durchschlagspannung der Oxidschicht für Proben, welche nach dem Aufbringen einer Epitaxialschicht (Vorbehandlungsbedingungen: 1150 °C/300 s, Auftragsbedingungen: 5 μm pepi 2 Ω·cm bei 1100 °C) auf einem mit keinem EG versehenen, einseitig spiegelpolierten Wafer unter Verwendung des Elements Cu dotiert und der simulierten Wärmebehandlung der 8 unterzogen worden waren, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war.
9 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten für Proben, bei welchen der Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs unterhalb von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ liegt. Für Proben, die keinem Cu-Dotieren unterzogen worden waren, zeigte sich, dass der Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten bei allen Proben, von den Proben mit niedriger Sauerstoffkonzentration bis zu Proben mit hoher Sauerstoffkonzentration, hoch ist. Für Proben, die einem Cu-Dotieren unterzogen worden waren, ist jedoch der Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten im Vergleich mit dem für nicht dotierte Proben erheblich reduziert. Es zeigte sich, dass diese Tendenz insbesondere bei Proben mit niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen Oi auffallend ist.
Dies bedeutet, dass ein Zusammenhang mit den Sauerstoffausfällungskeimen besteht, welche in einem Wafer vorkommen. D.h., dass die Sauerstoffausfällungskeime, welche ein Vermögen zum Einfangen von Verunreinigungen aufweisen, in einer Probe mit höherer Sauerstoffkonzentration Oi in größerer Anzahl vorhanden sind, als in einer Probe mit niedrigerer Sauerstoffkonzentration. Dieser Unterschied in der Menge an Sauerstoffausfällungskeimen wird widerspiegelt durch die Menge an einfangbaren Verunreinigungselementen, und es wird vermutet, dass als Folge das Ausmaß der Verringerung des Prozentsatzes der Ausbeute an guten Einheiten weniger war bei den Proben mit höherer Sauerstoffkonzentration als bei den Proben mit niedrigerer Sauerstoffkonzentration.
10, 11 und 12 zeigen die Ergebnisse einer Untersuchung der Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration Oi und dem Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten bei der Verwendung von Proben, deren Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs auf 0,5 × 10¹⁶ Atome/cm³, 5,0 × 10¹⁶ Atome/cm³ bzw. 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ gesteuert worden waren. Bei nicht dotierten Proben waren die Eigenschaften der Durchschlagspannung der Oxidschicht ungeachtet des Unterschieds zwischen dem Pegel der Sauerstoffkonzentration Oi und dem Pegel der Kohlenstoffkonzentration Cs bei allen Probenpegeln hoch, und es wurde keine Verschlechterung beobachtet. Dagegen wurde bei den Proben, die einem Dotieren unterzogen worden waren, im Vergleich mit denen ohne eine Dotierung eine Verringerung des Prozentsatzes der Ausbeute an guten Einheiten bei niedrigerer Sauerstoffkonzentration beobachtet. Jedoch wurden diese Verringerungen des Prozentsatzes der Ausbeute an guten Einheiten bei einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration Oi und einer Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration nicht mehr beobachtet.
Dies wird als eine Auswirkung der Sauerstoffausscheidungskeime vermutet, die eine Wirkung zum Einfangen von Verunreinigungselementen aufweisen, welche wie vorstehend beschrieben entsprechend einer Erhöhung des Pegels der Sauerstoffkonzentration Oi größer wird, und auf ähnliche Weise, des Effekts wonach eine Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration Cs ein Fördern der Erzeugung und des Wachstums der Sauerstoffausfällungskeime ermöglicht, und einer Kombination dieser beiden, der Sauerstoffkonzentration Oi und der Kohlenstoffkonzentration Cs, welche die Getterwirkungen fördern. Deshalb ist es zum Verhindern einer Verringerung des Prozentsatzes der Ausbeute an guten Einheiten wie vorstehend beschrieben erforderlich, bis zu einem bestimmten Ausmaß eine Erzeugung von Sauerstoffausscheidungskeimen in hoher Dichte über eine Kombination der Sauerstoffkonzentration Oi und der Kohlenstoffkonzentration Cs zu bewirken.
13 stellt ein Beispiel der Beziehung zwischen den Eigenschaften der Durchschlagspannung der Oxidschicht und den kristallinen Eigenschaften (interne BMD-Dichte) dar. Nach dem Aufspalten der verschiedenen, vorstehend beschriebenen Proben in rechteckige Teile wurde ein 1 m-Ätzvorgang unter Verwendung einer selektiven Ätzlösung (Wright-Lösung) durchgeführt und die Dichte der BMD und anderer dadurch freigelegten Kristallfehler mit einem optischen Mikroskop gemessen.
13 stellt die Beziehung zwischen dem Prozentsatz der Einheiten mit guten Eigenschaften der Durchschlagspannung der Oxidschicht und der internen BMD-Dichte bei Vorhandensein oder Abwesenheit eines Dotierens für alle Proben dar, welche Kohlenstoffkonzentrationen Cs von weniger als 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³, 0,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ und 20 × 10¹⁶ Atome/cm³ und unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen Oi aufwiesen. Es ergab sich, dass bei Proben, die keinem Dotieren unterzogen worden waren, der Prozentsatz der Ausbeute an guten Einheiten unabhängig von der Größe der BMD-Dichte gut war. Dagegen wurde bei Proben, welche einem Dotieren unterzogen worden waren, eine starke Korrelation mit der BMD-Dichte beobachtet, und es wurde festgestellt, dass es auch in Fällen vorhandener Verunreinigungen möglich war, eine Verringerung des Prozentsatzes der Ausbeute an guten Einheiten zu verhindern, indem Proben verwendet wurden, bei denen die Sauerstoffkonzentration Oi und die Kohlenstoffkonzentration Cs gesteuert worden waren und die interne BMD-Dichte nicht weniger als übereinstimmend war.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Beim Züchten eines Silicium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 150 mm (6 Zoll) unter Verwendung der CZ-Methode wurde B (Bor) zugegeben, und es wurden Siliciumwafer als Scheiben aus dem Silicium-Einkristall geschnitten, welcher unter Steuern des Widerstandswerts des Substrats auf 7~10 Ω·cm und der Sauerstoffkonzentration auf jeweils 11, 12, 14, 15, 16, 18 und 19 × 10¹⁷ Atome/cm³ gezogen worden war. Nach dem Aufbringen einer 4μm-Epitaxialschicht auf diesen Substraten mit dem in 4 gezeigten Vorgang epitaxialen Wachstums wurde eine simulierte Wärmebehandlung durchgeführt, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war. Das durchgeführte Wärmebehandlungsmuster ist in 15 gezeigt.
Nach dem Aufspalten dieser Proben zu rechteckigen Formen wurde auf einer Seite ein 2,0 μm-Ätzvorgang unter Verwendung einer selektiven Ätzlösung (Wright-Lösung) durchgeführt und die Dichte der BMD und anderer dadurch freigelegter Kristallfehler mit einem optischen Mikroskop gemessen. 16 zeigt die dabei erhaltenen Ergebnisse.
Wie in 16 gezeigt, wird bei einem Ansteigen der Sauerstoffkonzentration der die Substrate bildenden Siliciumwafer eine Erhöhung der BMD-Dichte beobachtet.
Es wird jedoch die für das IG-Vermögen erforderliche BMD-Dichte von 3 × 10⁸/cm³ auch dann nicht erreicht, wenn zum Beispiel die Sauerstoffkonzentration 19 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt, wodurch bestätigt wird, dass die erzielte BMD-Dichte nicht einfach durch ein Erhöhen der Sauerstoffkonzentration erreichbar ist.
Des weiteren ist der Grund dafür, dass hier die für das IG-Vermögen erforderliche BMD-Dichte bei 3 × 10⁸/cm³ festgelegt wird, dass sich diese Dichte ergeben hatte aus den Resultaten eines nach einem epitaxialen Wachstum durchgeführten Dotierens mit einer Schleuderauftragvorrichtung unter Verwendung der Elemente Fe, Ni und Cu, einer danach unter mehreren Bedingungen ausgeführten, simulierten Wärmebehandlung, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war, einer Untersuchung der gemessenen BMD-Dichte, der Charakteristiken der Durchschlagspannung der Oxidschicht, der Charakteristiken der aus MOS C-t erhaltenen Entstehungs-Lebensdauer und einer Analyse der jeweiligen Korrelationen.
Siliciumwafer, die als Scheiben aus einem Silicium-Einkristall herausgeschnitten worden waren, welcher entsprechend den vorstehenden Spezifikationen gezogen worden war, wurden zwischen 4~12 Stunden einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereiches von 550~950 °C und einem nachfolgenden Spiegelpolieren unterzogen, wonach durch epitaxiales Wachstum eine Epitaxialschicht aufgebracht, ein Ätzvorgang durchgeführt und die BMD-Dichte gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in 17 gezeigt.
Wie in 17 gezeigt, wurde auch bei Proben mit hoher Sauerstoffkonzentration, welche 4 Stunden einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung unter Bedingungen von 550 °C und 950 °C unterzogen worden waren, eine nur sehr kleine Erhöhung der BMD-Dichte beobachtet. Es wäre daraus zu schließen, dass unter diesen Temperaturbedingungen keine größere Erhöhung dieser Dichte erzielbar ist, auch wenn die Proben einer weiteren Wärmebehandlung längerer Zeitdauer (zum Beispiel 12 Stunden) unterzogen werden.
Wenn dagegen eine Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung 4 Stunden unter Temperaturbedingungen von 600~900 °C durchgeführt wird, ist es möglich, im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Situation in der 16, bei welcher keine Niedrigtemperatur- Wärmebehandlung stattfand, eine Erhöhung der BMD-Dichte festzustellen. Es ergab sich jedoch, dass mit Ausnahme eines Teils der Proben mit hoher Sauerstoffkonzentration, die gewünschte BMD nicht erzielt wurde, und die gewünschten IG-Eigenschaften unter Anwendung nur der Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung nicht realisiert werden konnten.
Wenn, des weiteren, eine längere, 12-stündige Wärmebehandlung durchgeführt wurde, war es mit einer Substrat-Sauerstoffkonzentration von 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr möglich, die gewünschte BMD-Dichte zu erzielen. Wenn jedoch Kosteneinsparungen und Produktivität berücksichtigt werden, ist eine derartige Wärmebehandlung längerer Zeitdauer nicht zweckmäßig.
Auf ähnliche Weise wurde auch festgestellt, dass bei einer Sauerstoffkonzentration unterhalb von 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ eine Erhöhung der BMD-Dichte nicht beobachtet wird, auch wenn eine Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen im Verlauf verschiedener Zeitdauern durchgeführt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Beim Züchten eines Silicium-Einkristalls mit einem Durchmesser von 150 mm (6 Zoll) unter Verwendung der CZ-Methode wurde Bor zugegeben, und es wurden Siliciumwafer als Scheiben aus dem Silicium-Einkristall geschnitten, welcher unter Steuern des Widerstandswerts des Substrats auf 7~10 Ω·cm, der Sauerstoffkonzentration auf jeweils 11, 12, 14, 16, 18 und 19 × 10¹⁷ Atome/cm³ und der Kohlenstoffkonzentration auf unterhalb des minimalen FTIR-Nachweisgrenzwerts von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ und auch auf 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³, 1,0 × 10¹⁶ Atome/cm³, 2,5 × 10¹⁶ Atome/cm³ und 0,1 × 10¹⁷ Atome/cm³ gezogen worden war. Nach dem Aufbringen einer 4μm-Epitaxialschicht auf diese Substrate gemäß dem in 4 gezeigten Vorgang epitaxialen Wachstums wurde die simulierte Wärmebehandlung der 15, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war, ausgeführt. Die Ergebnisse sind in 18 gezeigt.
Die Ergebnisse der eine Bearbeitung simulierenden Wärmebehandlung zeigten, dass die BMD-Dichte mit steigender Sauerstoffkonzentration ansteigt. Jedoch wurde aufgrund der Tatsache, dass deren Ansteigen nicht beobachtet wurde, auch wenn bei einer Sauerstoffkonzentration von 11 × 10¹⁷ Atome/cm³ eine äquivalente Kohlenstoffmenge zugegeben worden war, ebenfalls festgestellt, dass wenn die Sauerstoffkonzentration nicht 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr beträgt, der Kohlenstoff ungeachtet des Ausmaßes der Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration nicht zum Unterstützen oder Fördern einer Sauerstoffausscheidung wirkt.
Wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 2 gezeigt worden ist, wurden Siliciumwafer als Scheiben mit verschiedenen Kohlenstoffkonzentrationen heraus geschnitten und es wurden verschiedene Niedrigtemperatur-Wärmebehandlungen kurzer Dauer durchgeführt, ein Spiegelglanz aufgebracht, eine Epitaxialschicht zum Wachsen gebracht und eine Wärmebehandlung durchgeführt, welche der einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung äquivalent war, wonach Änderungen der BMD-Dichte untersucht wurden. Beispiele davon sind in der Tabelle 1 und der Tabelle 2 angegeben.
Gemäß der Tabelle 1 wurde ein Siliciumwafer, dem Kohlenstuff zur Erzielung einer Konzentration von 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ zugegeben worden war, im Verlauf verschiedener Zeitdauern einer Wärmebehandlung bei 900 °C unterzogen, und es wurde das Verhalten der BMD untersucht.
Auf ähnliche Weise wurde gemäß der Tabelle 2 ein Siliciumwafer mit einer Kohlenstoffkonzentration von 2,6 × 10¹⁶ Atome/cm³ im Verlauf verschiedener Zeitdauern einer Wärmebehandlung bei 600 °C unterzogen, und es wurde das Verhalten der BMD untersucht.
Aus den Ergebnissen wurde festgestellt, dass ein Kombinieren einer Sauerstoffkonzentration und einer Kohlenstoffkonzentration mit Werten oberhalb von 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ bzw. mehr als 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ und ein Unterziehen der scheibenförmig geschnittenen Wafer einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 600~900 °C in Verlauf einer Zeitdauer von 15 Minuten oder mehr es ermöglichte, eine für ein IG-Vermögen benötigte BMD-Dichte von 3 × 10¹⁸/cm³ oder mehr zu erzielen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Es wurde festgestellt, dass ein Durchführen einer Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung bei zwischen 600~900 °C während einer Zeitdauer von 15 Minuten oder mehr im vorstehend erwähnten Umfang und unter den vorstehenden Bedingungen eine Umgebung erzeugt, in welcher, wenn die Sauerstoffkonzentration 12 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr beträgt, Sauerstoffausscheidungskeime in größerer Anzahl verstreut werden und BMD leicht wachsen, und dass ein gleichzeitiges Bringen der Kohlenstoffkonzentration auf 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ eine Wirkung verstärkt, welcher diese Sauerstoffausscheidungskeime unterstützt und fördert. Des weiteren erhöht sich die Größe der Sauerstoffausscheidungskeime mit der Durchführung der Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung dieser Siliciumwafer, und es werden diese Keime während des Vorgangs des epitaxialen Wachstums nicht vernichtet, und es lässt sich mit dieser Kombination ein ausreichendes IG-Vermögen (BMD) erzielen, welches zum Gettern benötigt wird, auch wenn diese Siliciumwafer nach dem epitaxialen Wachstum einer Niedrigtemperatur-Vorrichtungsfertigung unterzogen werden.
Des weiteren werden hier nur (B)-Ausführungsformen vom p-Typ beschrieben, jedoch ist festgestellt worden, dass die gleiche Wirkung auch beim n-Typ erzielbar ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 5
Des weiteren wurden drei (3) Standardproben mit einer Sauerstoffkonzentration von 15 × 10¹⁷ Atome/cm³ und jeweiligen Kohlenstoffkonzentrationen hergestellt, von denen eine unterhalb der Nachweisgrenze von 0,1 × 10¹⁶ Atome/cm³ lag und die anderen 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ bzw. 0,3 × 10¹⁶ Atome/cm³ betrugen, und 30 Minuten bei 800 °C wärmebehandelt. Diese Proben wurden, nachdem sie einem epitaxialen Wachstum unterzogen und gemäß einem Schleuderauftragverfahren vorsätzlich mit Nickel (Ni: 1 × 10¹² Atome/cm²) dotiert worden waren, der gleichen Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung wie bei einer Vorrichtungsfertigung unterzogen, wonach unter Verwendung eines MOS C-t die Entstehungs-Lebensdauer gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in 19 gezeigt.
Ohne eine Dotierung wiesen die 3 Standardproben jeweils eine hohe Lebensdauer auf. Dagegen wurde nach dem Stattfinden eines Dotierens festgestellt, dass die Probe, welcher Kohlenstoff vorsätzlich zugegeben und welche der Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung unterzogen worden war, keine Wertänderung aufwies, dass jedoch die anderen 2 Standardproben eine erhebliche Verringerung der Lebensdauer aufwiesen. Hieraus kann geschlossen werden, dass die BMD-Dichte für das Gettern von Verunreinigungen mit der Konzentration von zugegebenem Kohlenstoff + einer durchgeführten Niedrigtemperatur-Wärmebehandlung ansteigt, und als Folge davon die Lebensdauer aufrechterhalten bleibt. D.h., dass dies ein Beispiel ist, bei dem eine Auswertung elektrischer Eigenschaften ebenfalls die Tatsache bestätigte, dass die vorliegende Erfindung einen ausreichenden IG-Effekt in eine Niedrigtemperaturfertigung einführt. Des weiteren wurde der gleiche Effekt auch mit Fe und Cu bestätigt.
GEWERBLICHE VERWERTBARKEIT
Die vorliegende Erfindung, welche mittels einer geeigneten Steuerung des Ziehens eines Silicium-Einkristalls unter Anwendung der CZ-Methode zur Erzielung einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration sowie einer vorsätzlich hohen Kohlenstoffkonzentration ein Gettervermögen erteilt, zielt zusätzlich darauf ab, durch eine Reduzierung der Anzahl der Vorgänge, indem nach einer üblichen Waferfertigung keinerlei Art einer EG-Behandlung durchgeführt wird, Kosten zu verringern, und kann, wie die Ausführungsformen zeigen, einem Epi-Wafer, welcher überhaupt keinerlei EG-Behandlung unterzogen worden ist, ein bisher unerreichbares Gettervermögen für Verunreinigungen erteilen, die während einer Vorrichtungsfertigung erzeugt werden.
Des weiteren ermöglicht es die vorliegende Erfindung, zusätzlich zur Erteilung eines Gettervermögens durch Ausführen einer Wärmebehandlung im Verlauf einer kurzen Zeitdauer bei einer niedrigen Temperatur nach einem geeigneten Steuern der Sauerstoffkonzentration und der Kohlenstoffkonzentration während des Ziehens eines Silicium-Einkristalls unter Anwendung der CZ-Methode und dem Schneiden zu Siliciumwafern, die Anzahl von Vorgängen zu reduzieren, und sie zielt darauf ab Kosten zu verringern, indem nach einer üblichen Waferbildung keinerlei Art einer komplexen EG-Behandlung durchgeführt wird, und sie ermöglicht es, wie die Ausführungsformen zeigen, durch Verwirklichen einer bisher unerreichten Erteilung eines Gettervermögens für Verunreinigungen, welche während einer Vorrichtungsfertigung unter Verwendung eines Epi- Wafers erzeugt werden, ein Substrat herzustellen, mit dem Maßnahmen zur Erhöhung einer Präzision ausführbar sind, weil kein EG benötigt wird, besonders wenn ein zweiseitiges Spiegelpolieren zur Erzielung einer hochpräzisen Planheit bei Wafern mit größerem Durchmesser von 300 mm (12 Zoll) oder mehr erforderlich ist.
Des weiteren kann die vorliegende Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik die Dauer einer Wärmebehandlung erheblich verkürzen, die entweder nach dem epitaxialen Wachstum oder davor ausgeführt wird, und durch deren Ausführung vor dem epitaxialen Wachstum, bei welcher die Häufigkeit des Entstehens von Schadstellen gering ist, es ermöglichen, mit niedrigen Kosten einen Silicium-Epi-Wafer herzustellen, welcher mit wenigen Fertigungsfehlern behaftet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxialwafers, welcher intrinsische Gettereigenschaften bei Temperaturen unterhalb von 1080°C für Verunreinigungselemente aufweist, welche bei Prozessen zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung aus dem Wafer erzeugt werden, umfassend die Schritte: – Ziehen eines Silicium-Einkristallblocks nach einem Czochralski-Verfahren, wobei zum Einführen von innerhalb des gezogenen Siliciumkristalls gestreuten, ausgeschiedenen Sauerstoffkeimen, die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Silicium-Einkristalls im Bereich von 12 bis 18 × 10¹⁷ Atome/cm² (alte ASTM-Methode) gesteuert wird, und gleichzeitig die Kohlenstoffkonzentration durch Zugabe von reinem Kohlenstoff im Bereich von 0,3 bis 2,5 × 10¹⁸ Atome/cm³ (neue ASTM-Methode) gesteuert wird; – Schneiden eines Wafers aus dem Siliciumkristall; – Fördern einer Erzeugung von Massen-Mikrodefekten im Siliciumwafer und Gewährleisten der Erzielung einer Dichte der Massen-Mikrodefekte, die zum intrinsichen Gettern der Verunreinigungen ausreicht, die in nachfolgenden Prozessen zur Vorrichtungsfertigung entstehen, durch Glühen des aus dem Siliciumkristallblock geschnittenen Wafers bei einer Temperatur zwischen 600°C und 900°C während einer Zeitdauer von 15 Minuten bis 4 Stunden; – Polieren einer Seite oder beider Seiten des geglühten Wafers auf Spiegelglanz; und – Aufbringen einer Epitaxialschicht auf eine Oberfläche entweder des einseitig oder des zweiseitig auf Spiegelglanz polierten Wafers.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Silicium-Einkristall mit Bor oder Phosphor zur Erzielung eines spezifischen Widerstands des Siliciumwafers von 0,1 Ω·cm oder mehr dotiert wird.
Verwendung eines nach dem Verfahren des Anspruchs 1 oder 2 hergestellten Silicium-Epitaxialwafers für die Fertigung einer LSI- oder VLSI-Halbleitervorrichtung durch Fertigungsprozesse, die bei Temperaturen unterhalb von 1080°C durchgeführt werden.