DE10236023A1

DE10236023A1 - Herstellungsverfahren für Silizium-Einkristallwafer und Silizium-Einkristallwafer

Info

Publication number: DE10236023A1
Application number: DE10236023A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Watanabe; Junichi Osanai; Akihiko Kobayashi; Kazuhiko Kashima; Hiroyuki Fujimori
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2003-03-06
Also published as: US20050039671A1; US7048796B2; US20030029375A1; JP2003059932A

Abstract

Zum Zeitpunkt der Herstellung eines Silizium-Einkristallwafers aus einem Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristall. der gemäß dem Czochralski-Verfahren gezüchtet wurde, wird der Silizium-Einkristallwafer, der mit einer Zone bedeckt ist, in der Massemikrodefekte durch Sauerstoffabscheidung und oxidationsinduzierte Stapelfehler gemischt existieren, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1100 bis 1300 DEG C in einem reduzierenden Gas oder einer Inertgasatmosphäre unterworfen. In einer solchen Weise können ein Verfahren zur Herstellung eines hochqualitativen Silizium-Einkristallwafers und ein Silizium-Einkristallwafer bereitgestellt werden, in dem keine eingewachsenen Kristalldefekte in der gesamten Oberfläche existieren und Massemikrodefekte (BMD) durch Sauerstoffabscheidung in einer ausreichend hohen Dichte zum Aufzeigen des IG-Effekts im Inneren gebildet sind. Der Einkristallwafer kann in geeigneter Weise zur Bildung einer Betriebszone eines Halbleiterbauteils verwendet werden.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristallwafers, der zur Herstellung eines Halbleiterbauteils oder dergleichen verwendet wird, und einen Silizium-Einkristallwafer. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristallwafers aus einem Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristall, der nach dem Czochralski-Verfahren gezüchtet wurde, und einen durch das Verfahren hergestellten Silizium-Einkristallwafer.

Beschreibung des Standes der Technik

Der zur Herstellung von Halbleiterbauteilen am häufigsten verwendete Silizium-Einkristallwafer ist derjenige, der durch Verarbeitung eines Einkristall-Blocks erhalten wird, der gemäß dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) gezüchtet wurde.

Gemäß dem CZ-Verfahren wird ein Einkristall gezüchtet, indem ein Impfkristall in eine Siliziumschmelze in einem Quarztiegel getaucht wird, der Impfkristall aus der Schmelze gezogen wird, während der Quarztiegel rotiert, und der Impfkristall zu einem zylindrischen Silizium-Einkristall gezüchtet wird, um dadurch einen Block zu entwickeln.

In einem aus dem Silizium-Einkristall, der durch das CZ-Verfahren gezüchtet wurde, erhaltenen Wafer treten jedoch verschiedene eingewachsene Kristalldefekte auf.

Einer der eingewachsenen Kristalldefekte wird als oxidationsinduzierter Stapelfehler (OSF) bezeichnet, der in Ringform aufgrund eines thermischen Oxidationsprozesses auftritt. Da die OSFs in Ringform auftreten, wird diese Zone als OSF-Ring bezeichnet. Die Breite des OSF-Rings beträgt gewöhnlich etwa einige mm bis 10 mm. Die OSFs verschlechtern die Sperrschichtleck-Eigenschaften als eine der Halbleiterbauteil-Eigenschaften.

Da die Sauerstoffabscheidung i der Zone des OSF-Rings nicht leicht auftritt, ist es schwierig, ausreichend Sauerstoffabscheidungs-Massemikrodefekte (nachfolgend als BMD bezeichnet; "bulk micro defects") zu bilden, die als Getterstelle für ein Schwermetall funktionieren, die in einem Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahren erzeugt wird, d. h. als IG (intrinsisches Gettern).

Da sich der OSF-Ring hin zum äußeren Rand des Einkristalls bewegt, wenn sich die Ziehgeschwindigkeit erhöht, wird ein Hochgeschwindigkeitsziehen von 1,0 mm/min oder höher durchgeführt, um den OSF-Ring am äußersten Rand des Kristalls zu bilden.

Jedoch existieren als COP ("Crystal Originated Particles"; Teilchen mit Kristallursprung) bezeichnete Leerstellendefekte innerhalb des OSF-Rings. Falls nichts hinsichtlich der Defekte unternommen wird, verschlechtern sich die Eigenschaften des Oxidschichtwiderstandes und die Sperrschichtleck-Eigenschaft des Halbleiterbauteils.

Entsprechend wird ein Verfahren zur Reduzierung von Leerstellendefekten durch eine Wärmebehandlung in gasförmigem Wasserstoff oder einer Argongas-Atmosphäre eingesetzt.

Andererseits wird ebenfalls ein Verfahren zur Reduzierung der Leerstellendefektzone durch Verringerung der Ziehgeschwindigkeit auf 0,5 mm/min oder weniger zur Bildung des OSF-Rings im Zentrum des Wafers vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren treten keine Leerstellendefekte außerhalb des OSF-Rings auf, und die Eigenschaft des Oxidschichtwiderstandes ist ebenfalls ausgezeichnet.

In diesem Fall treten jedoch häufig Versetzungscluster im peripheren Bereich im Wafer auf. Die Versetzungscluster verschlechtern ebenfalls die Sperrschichtleck-Eigenschaft. Ferner tritt in dieser Zone eine Sauerstoffabscheidung nicht leicht auf, so daß sich die IG-Funktion verschlechtert.

Zur Lösung der technischen Probleme offenbart z. B. die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 8-330316 eine Technik, die zur Bildung einer leerstellenfreien Zone im gesamten Bereich in der radialen Richtung des Einkristalls fähig ist, beruhend auf dem Wissen, daß eine Zone, in der ein Infrarot-Streudefekt (Leerstelle), OSF-Ring und Versetzungscluster auftreten, durch das durch V/G ausgedrückte Verhältnis spezifiziert werden kann, worin V die Geschwindigkeit (mm/min) des Ziehens eines Einkristalls angibt und G (°C/mm) den Durchschnittswert des Temperaturgradienten im Kristall in Richtung der Ziehachse in einem Hochtemperaturbereich vom Schmelzpunkt von Silizium bis 1300°C angibt.

Speziell offenbart die Veröffentlichung eine Technik, die in der Lage ist, eine Zone, die keinen eingewachsenen Kristalldefekt einschließt, der zwischen dem OSF-Ring und der Zone des Auftretens eines Versetzungsclusters gebildet ist, durch den V/G-Wert zu spezifizieren und einen Silizium- Einkristallwafer zu erhalten, in dem eine defektfreie Zone in der gesamten Fläche gebildet ist, indem der V/G-Wert in der Richtung der Kristallachse und der radialen Richtung zum Zeitpunkt des Kristallzüchtens auf 0,20 bis 0,22 mm²/°C.min eingestellt wird.

Jedoch bleiben in dem wärmebehandelten Wafer, der aus einem durch ein Hochgeschwindigkeits-Ziehverfahren gezüchteten Einkristall erhalten wird, selbst nach der Wärmebehandlung leicht Mikroleerstellendefekte mit einer Größe von jeweils 0,1 µm oder weniger zurück. Entsprechend muß ein solcher Mikroleerstellendefekt durch eine lang andauernde Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zerstreut werden, um den Wafer für ein Bauteil mit einem feineren Konstruktionsmuster zu verwenden.

Für den Fall des Ziehens eines Einkristalls mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr ist es schwierig, den Einkristall mit hoher Geschwindigkeit zu ziehen. Die Ziehgeschwindigkeit muß auf eine intermediäre Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 mm/min reguliert werden, bei der ein OSF-Ring zurückbleibt.

Andererseits ist es im Fall des Züchtens einer defektfreien Zone mit geringer Geschwindigkeit sehr schwierig, den V/G-Wert in einem engen Bereich sowohl in der axialen als auch in der radialen Richtung des Einkristalls zu steuern. Außerdem tritt leicht eine Sauerstoffabscheidung auf, so daß es notwendig ist, die IG-Funktion oder dergleichen durch andere Mittel hinzuzufügen. Aufgrund der geringen Geschwindigkeit wird ebenfalls eine Verringerung der Produktivität verursacht.

Um solche Probleme zu lösen wird seit kurzem verschiedentlich ein Verfahren zur Dotierung eines Einkristalls mit Stickstoff zum Zeitpunkt des Ziehens des Silizium-Einkristalls gemäß dem CZ-Verfahren untersucht.

Zum Beispiel wird von H. Tamatsuka et al., "Defect in Silicon III, PV99-1"l, S. 456 berichtet, daß durch Dotieren eines Einkristalls mit Stickstoff die Größe des Leerstellendefekts reduziert wird. Als Ergebnis wird der Leerstellendefekt durch eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung in gasförmigem Wasserstoff oder einer Argongas-Atmosphäre leicht zerstreut. Ein Bereich der Oberflächenschicht ohne Leerstellendefekt bis zu einer Tiefe von 10 µm oder mehr ab der Oberfläche des Wafers wird gebildet.

Jedoch muß die Sauerstoffkonzentration im Kristall unterdrückt werden, um ausreichend und zuverlässig einen solchen Bereich der Oberflächenschicht zu bilden. In diesem Fall wird es schwierig, BMDs, die als Getter-Stelle funktionieren, mit einer Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder mehr zu bilden.

Entsprechend können sowohl der Bereich der Vorderschicht als auch der BMD nur durch einen Einkristall gebildet werden, der mit einer hohen Geschwindigkeit von 1,8 mm/min unter der Bedingung einer Sauerstoffkonzentration in einem sehr engen Bereich gezogen wird. Es kann nicht gesagt werden, daß das Verfahren ausreichend als industrielles Wafer- Herstellungsverfahren ist, und es gibt Raum für Verbesserungen.

Es wird von M. Iida et al., "Defekt in Silicon III, PV99-1", S. 499 berichtet, daß durch Dotieren eines Einkristalls mit Stickstoff die defektfreie Zone ausgeweitet wird, d. h. der Bereich des V/G-Wertes der defektfreien Zone wird erweitert. Gleichzeitig weitet sich die Zone aus, in der der OSF-Ring auftritt. Jedoch kann man den OSF-Ring verschwinden lassen, indem die Sauerstoffkonzentration vermindert wird, und mit der Menge verschiebt sich der V/G-Wert zu einem höheren Wert und die defektfreie Zone weitet sich aus.

Wie oben beschrieben wurde, wird es durch Dotieren eines Einkristalls mit Stickstoff leichter, eine defektfreie Zone zu bilden. Jedoch ist es noch immer schwierig, eine ausreichende Menge von BMDs in der defektfreien Zone zu bilden. Insbesondere ist es schwierig, BMDs in einem Wafer mit geringer Sauerstoffkonzentration zu bilden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die technischen Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe ist, ein Herstellungsverfahren für einen Silizium-Einkristallwafer bereitzustellen, das zum Erhalt eines hochqualitativen Wafers ohne eingewachsene Kristalldefekte in der gesamten Oberfläche fähig ist, worin BMDs mit ausreichend hoher Dichte im Inneren gebildet werden, um den IG-Effekt zu zeigen.

Eine andere Aufgabe ist es, einen Silizium-Einkristallwafer durch das Herstellungsverfahren bereitzustellen, der zur Bildung einer Betriebszone für ein Halbleiterbauteil geeignet ist und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit und Sperrschichtleck-Eigenschaft der Gate-Oxidschicht hat.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Einkristallwafers aus einem Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristall bereitgestellt, der gemäß dem Czochralski-Verfahren gezüchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silizium-Einkristallwafer, der mit einer Zone (M-Band) bedeckt ist, in der ein Massemikrodefekt (BMD) durch Sauerstoffabscheidung und ein oxidationsinduzierter Stapelfehler (OSF) gemischt existieren, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C in einem reduzierenden Gas oder einer Inertgasatmosphäre unterworfen wird.

Erfindungsgemäß wird durch Glühen des mit dem M-Band bedeckten Wafers, der aus dem Stickstoff-dotierten Silizium- Einkristall bei hoher Temperatur in einer reduzierenden oder Inertgasatmosphäre erhalten wird, ein Wafer erhalten, in dem die OSFs und BMDs im Bereich der Oberflächenschicht reduziert sind und BMDs im Inneren mit einer ausreichend hohen Dichte gebildet sind, um den IG-Effekt aufzuzeigen.

Bevorzugt wird zum Zeitpunkt des Züchtens des Stickstoffdotierten Silizium-Einkristalls ein V/G-Wert als das Verhältnis zwischen der Ziehgeschwindigkeit V (mm/min) des Einkristalls und dem Temperaturgradienten G (°C/mm) in der axialen Richtung des Einkristalls, worin eine Zone (M-Band) gebildet wird, in der sowohl der Massemikrodefekt (BMD) durch Sauerstoffabscheidung als auch ein oxidationsinduzierter Stapelfehler (OSF) gemischt existieren, nahe der Kristallisationsgrenzfläche vorläufig bei jeder Stickstoffdotierungskonzentration bestimmt, und die Ziehbedingung wird so eingestellt, um den V/G-Wert zu erfüllen, um dadurch eine Zone (M-Band) im Einkristall zu bilden, in der ein Massemikrodefekt (BMD) durch Sauerstoffabscheidung und ein oxidationsinduzierter Stapelfehler (OSF) gemischt existieren.

Da das M-Band durch den V/G-Wert spezifiziert wird, kann durch das Herstellungsverfahren ein Silizium- Einkristallblock, in dem das M-Band in einem breiten Bereich im Kernteil gebildet ist, zuverlässig und leicht erhalten werden. Daher kann ein Wafer, in dem keine eingewachsenen Defekte im Bereich der Oberflächenschicht existieren, aber die BMDs im Inneren mit einer ausreichend hohen Dichte gebildet sind, um den IG-Effekt zu erzeugen, mit hoher Ausbeute in der Masse produziert werden.

Erfindungsgemäß wird ebenfalls ein Silizium-Einkristallwafer bereitgestellt, der durch das Herstellungsverfahren für den Silizium-Einkristallwafer hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß keine eingewachsenen Kristalldefekte in dem Bereich der Oberflächenschicht mit einer Tiefe von wenigstens 10 µm ab der Oberfläche existieren und Massemikrodefekte (BMD) durch Sauerstoffabscheidung mit einer Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder höher im Inneren gebildet sind.

Ein solcher Silizium-Einkristallwafer besitzt eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit der Gate-Oxidschicht und eine ausgezeichnete Sperrschichtleck-Eigenschaft und kann in geeigneter Weise zur Bildung einer Betriebszone eines Halbleiterbauteils verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird in größerem Detail unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A und 1B sind Längsquerschnitte, die jeweils schematisch die Beziehung zwischen V/G und der Defektverteilung in einem Silizium-Einkristall für den Fall zeigen, daß der Silizium-Einkristall nicht mit Stickstoff dotiert ist (Fig. 1A), und für den Fall, daß der Silizium- Einkristall mit Stickstoff dotiert ist (Fig. 1B);

Fig. 2A bis 2C sind Diagramme, die Verteilungen von BMDs und OSFs in gleicher Ebene von Wafern des Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristalls der Fig. 1B zeigen, entnommen entlang der Linien A-A (Fig. 2A), B-B (Fig. 2B) bzw. E-E (Fig. 2C); und

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Stickstoffkonzentration eines Stickstoff-dotierten Silizium- Einkristalls und den V/G-Werten verschiedener, eingewachsene Kristalldefekte erzeugender Zonen zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Erfindung wird nachfolgend genauer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A und 1B sind Längsquerschnitte, die jeweils schematisch die Beziehung zwischen dem Verhältnis V/G zwischen der Ziehgeschwindigkeit V des Silizium-Einkristalls und dem Temperaturgradienten G in der axialen Richtung des Einkristalls nahe der Kristallisationsoberfläche und der Defektverteilung in Richtung des Längsschnitts des Einkristalls zeigen. Fig. 1A zeigt den Fall, daß der Silizium-Einkristall nicht mit Stickstoff dotiert ist, und Fig. 1B zeigt den Fall, daß der Silizium-Einkristall mit Stickstoff dotiert ist.

Die Stickstoffkonzentration im Silizium-Einkristall beträgt 2 × 10¹⁴ Atome/cm³, und die Sauerstoffkonzentration beträgt 1,2 × 10¹⁶ Atome/cm³. Die Sauerstoffkonzentration in der Erfindung wird durch einen Wert ausgedrückt, der durch einen Umwandlungsfaktor gemäß dem alten ASTM erhalten wird.

Fig. 2A bis 2C sind Diagramme, die die Verteilungen von BMDs und OSFs in gleicher Ebene des Wafers des Stickstoffdotierten Silizium-Einkristalls der Fig. 1B zeigen, entnommen entlang der Linien A-A (Fig. 2A), B-B (Fig. 2B) bzw. E-E (Fig. 2C).

Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt wird, verändert sich im Fall des Züchtens eines Einkristalls, während die Ziehgeschwindigkeit V verringert wird, d. h. der V/G-Wert verändert wird, so daß er abnimmt, sowohl für den Fall, daß der Einkristall nicht mit Stickstoff dotiert ist (Fig. 1A), als auch für den Fall, daß der Einkristall mit Stickstoff dotiert ist (Fig. 1B), das Auftreten eingewachsener Kristalldefekte, wie die Zone 1 des Auftretens eines Leerstellendefekts, die Zone 2 des Auftretens eines OSF-Rings und, während sich eine defektfreie Zone 3 überlagert, die Zone 4 des Auftretens eines Versetzungsclusters.

Wie durch Vergleich der Fig. 1A und 1B miteinander verständlich wird, werden durch die Stickstoffdotierung die Zone 2 des Auftretens des OSF-Rings und die defektfreie Zone 3 ausgeweitet.

Wie oben beschrieben wird, ist es in der Zone des Auftretens des OSF-Rings, obwohl kein Leerstellendefekt auftritt, schwierig, BMDs zu bilden. Entsprechend wird angenommen, daß ein in der Zone erhaltener Wafer nicht als Wafer für ein Halbleiterbauteil geeignet ist.

Jedoch wird, wie aus Fig. 2A verständlich ist, die die Verteilung von OSFs und BMDs des Wafers in gleicher Ebene zeigt, aufgenommen entlang der Linie A-A der Fig. 1B, tatsächlich in der Zone 2 des Auftretens des OSF-Rings eine Zone 2b (in der viele BMDs gebildet werden (nachfolgend als M-Band bezeichnet)), außerhalb einer Zone 2a gebildet, in der eine geringe Menge von BMDs gebildet wird (nachfolgend als P-Band bezeichnet). Die Zone 2 des Auftretens des OSF-Rings wird in die zwei Zonen unterteilt.

Insbesondere das P-Band 2a ist im Stickstoff-dotierten Einkristall wie in Fig. 1B gezeigt schmal, wohingegen sich das M-Band 2b außerhalb des P-Bandes 2a ausdehnt, wo der V/G-Wert klein ist.

Da der Wafer, entnommen entlang der Linie B-B der Fig. 1B, dem M-Band 2b entspricht, wie in Fig. 2B gezeigt, treten BMDs mit einer Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder höher gleichförmig in der gesamten Ebene des Wafers auf. Die Wafer, die entlang der Linie C-C und der Linie D-D der Fig. 1B entnommen sind, sind ähnlich dem Wafer.

Der entlang der Linie E-E der Fig. 1B entnommene Wafer entspricht der defektfreien Zone 3. Entsprechend sind die BMDs, wie in Fig. 2C gezeigt, obwohl kein OSF auftritt, in einer Dichte von weniger als 1 × 10⁷/cm³ gebildet. Die Dichte ist nicht hoch genug.

Erfindungsgemäß wird ein Stickstoff-dotierter Silizium- Einkristall unter der Bedingung gezüchtet, daß das M-Band, in dem OSFs und BMDs gemischt existieren, in einem breiten Bereich gebildet wird, der mit dem M-Band bedeckte Wafer, der aus dem Einkristall erhalten wird, wird einem Hochtemperatur- Glühen in einem reduzierenden Gas oder einer Inertgasatmosphäre unterworfen, um dadurch einen Wafer zu erhalten, in dem OSFs und BMDs in der Zone in einer Tiefe von 10 µm oder tiefer von der Oberfläche reduziert sind, und BMDs werden in einer ausreichend hohen Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder höher im Inneren gebildet, um den IG-Effekt aufzuzeigen.

Wie oben beschrieben wird, ist das M-Band eine Zone, in der Leerstellendefekte nicht ursprünglich auftreten. Daher kann durch das Hochtemperatur-Glühen ein Silizium- Einkristallwafer, in dem kein angewachsener Kristalldefekt in einer Tiefe von 10 µm oder tiefer von der Oberfläche existiert, der zur Bildung einer Betriebszone eines Halbleiterbauteils geeignet ist, erhalten werden.

Obwohl die Konzentration des dotierten Stickstoffs des erfindungsgemäßen Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristalls nicht besonders beschränkt ist, ist sie hinsichtlich der Bildung eines breiten M-Bandes oder dergleichen bevorzugt in einem Bereich von ca. 0,5 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ Atome/cm³.

Bevorzugt ist die Sauerstoffkonzentration hinsichtlich der Bildung von BMDs in einer ausreichend hohen Dichte gewöhnlich in einem Bereich von ca. 0,8 × 10¹⁶ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³.

Das M-Band wird durch den V/G-Wert spezifiziert, d. h. durch das Verhältnis zwischen der Ziehgeschwindigkeit V (mm/min) des Einkristalls und dem Temperaturgradienten G (°C/mm) in der axialen Richtung des Einkristalls nahe der Kristallisationsgrenzfläche.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der Stickstoffkonzentration im Stickstoff-dotierten Silizium- Einkristall und den V/G-Werten in verschiedenen Zonen des Auftretens eingewachsener Kristalldefekte zeigt. Es zeigt den Fall, daß die Sauerstoffkonzentration 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt.

Da sich jeder der V/G-Werte, der den verschiedenen Zonen des Auftretens von eingewachsenen Kristalldefekten entspricht, gemäß der Stickstoffkonzentration und Sauerstoffkonzentration im zu züchtenden Einkristall verändert, ist es bevorzugt, vorab die Korrelation zwischen dem mit der Veränderung der Stickstoffkonzentration verbundenen M-Band und dem V/G-Wert wie in Fig. 3 gezeigt zu erhalten und V und/oder G auf der Basis der Korrelation zur Züchtung des Einkristalls einzustellen.

In einem praktischen Sauerstoffkonzentrationsbereich von 0,8 × 10¹⁸ bis 1,4 × 10¹⁸ Atome/cm³ ist die Veränderung des V/G-Wertes im M-Band gemäß der Sauerstoffkonzentration sehr klein.

Durch Verwendung der Auswertung einer BMD-Abscheidungsverteilung wie in Fig. 2 gezeigt zum Zeitpunkt der Spezifizierung des M-Bandes kann das M-Band verläßlich und leicht spezifiziert werden.

In der Erfindung wird der Einkristall in einer solchen Weise durch Bestimmung des Bereichs des V/G-Wertes zur Bildung des M-Bandes und durch Einstellung der Einkristall- Ziehgeschwindigkeit V und des Temperaturgradienten G in der axialen Richtung des Einkristalls nahe der Kristallisationsgrenzfläche bestimmt, um so dem V/G-Wert zu genügen.

Entsprechend kann ein Silizium-Einkristallblock, in dem das M-Band in einem breiten Bereich im Kernteil gebildet ist, verläßlich und leicht erhalten werden. Somit kann ein Wafer, in dem keine OSFs und BMDs im Teil der Oberflächenschicht existieren und BMDs in einer ausreichend hohen Dichte zum Aufzeigen des IG-Effekts im Inneren gebildet sind, in hoher Ausbeute in der Masse produziert werden.

Spezifisch wird zum Beispiel eine vorgegebene Menge von Polysilizium hoher Reinheit in einen Quarzschmelztiegel gefüllt und geschmolzen, und unter Verwendung der Stickstoffkonzentration und der Sauerstoffkonzentration als Parameter wird ein Einkristall mit einem vorgegebenen Durchmesser gezüchtet, so daß der V/G-Wert vom Kopf zum Schwanz hin abnimmt.

In diesem Fall kann der G-Wert aus der Analyse der Wärmeübertragung durch einen Computer erhalten werden, und das M-Band wird auf der Basis der BMD-Abscheidungsauswertung wie oben beschrieben bestimmt.

Ein mit dem M-Band bedeckter Wafer wird aus dem Silizium- Einkristallblock hergestellt und dem Glühen bei hoher Temperatur in einer reduzierenden oder Inertgasatmosphäre unterworfen.

Beim Glühen ist es bevorzugt, Wasserstoff, Ammoniak oder dergleichen als reduzierendes Gas zu verwenden, und Argon, Helium, Neon oder dergleichen als Inertgas zu verwenden. Besonders bevorzugt wird Wasserstoffgas oder Argongas verwendet. In einer solchen Gasatmosphäre wird der Wafer für ca. 0,5 bis 3 Stunden bei einer hohen Temperatur im Bereich von 1100 bis 1300°C, bevorzugt bei ca. 1200°C behandelt.

Gemäß dem Herstellungsverfahren kann der Silizium- Einkristallwafer, in dem kein eingewachsener Kristalldefekt im Teil der Oberfläche von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von wenigstens 10 µm existiert und BMDs in einer ausreichend hohen Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder höher zum Aufzeigen des IG-Effekts im Inneren gebildet sind, erhalten werden. Ein solcher Silizium-Einkristallwafer kann in geeigneter Weise zur Bildung einer Betriebszone eines Halbleiterbauteils verwendet werden.

Beispiele

Die Erfindung wird nachfolgend konkreter auf der Grundlage von Beispielen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
250 kg hochreines Polysilizium wurden in einen 32 Zoll Quarzschmelztiegel gefüllt. Ein <100>-Kristall von 12 Zoll wurde unter Verwendung einer Stickstoffkonzentration und einer Sauerstoffkonzentration als Parameter gezüchtet, so daß der V/G-Wert vom Kopf zum Schwanz abnimmt, um dadurch einen Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristall zu erhalten.
Bezüglich des Wafers und der aus dem Einkristall erhaltenen Längsschnittprobe wurden die Korrelation der eingewachsenen Kristalldefekte und der V/G-Wert ausgewertet. Der G-Wert wurde aus der Wärmeübertragungsanalyse mit einem Computer erhalten. Das M-Band wurde durch die BMD- Abscheidungsauswertung spezifiziert.
Aus der Beziehung zwischen dem eingewachsenen Kristalldefekt und dem V/G-Wert wurde der V/G-Wert des M-Bandes unter vorgegebenen Wachstumsbedingungen (Stickstoff- und Sauerstoffkonzentrationen) bestimmt.
Als Ergebnis wurde für den Fall, daß die Stickstoffkonzentration 2 × 10¹⁴ Atome/cm³ und die Sauerstoffkonzentration 1,2 × 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt, gefunden, daß der V/G-Wert des M-Bandes im Bereich von 0,275 bis 0,215 mm²/°C.min liegt. Es ist aus dem Ergebnis der Wärmeübertragungsanalyse verständlich, daß sich der G-Wert von 3°C/mm am Kopf zu 2°C/mm am Schwanz verändert.
Daher wurde der Silizium-Einkristall gezüchtet, während gemäß den Ziehbedingungen die Ziehgeschwindigkeit auf 0,825 bis 0,645 mm/min an der Kopfseite und auf 0,550 bis 0,430 mm/min an der Schwanzseite eingestellt wurde.
Als Ergebnis wurde ein Silizium-Einkristallblock gezüchtet, in dem das M-Band in einem breiten Bereich vom Kopf bis zum Schwanz gebildet ist, und ein mit dem M-Band bedeckter Silizium-Einkristallwafer wurde aus dem Einkristallblock erhalten.
Ferner wurde der erhaltene Wafer bei 1200°C für 1 Stunde in einer gasförmigen Wasserstoffatmosphäre geglüht. Als Ergebnis wurde ein hochqualitativer Wafer ohne eingewachsene Kristalldefekte im Teil der Oberflächenschicht mit einer Tiefe von wenigstens 10 µm von der Oberfläche, aber mit BMDs im Inneren, die gleichförmig mit 1 × 10⁹/cm³ oder höher gebildet sind, erhalten.
Ein Wafer wurde aus einem Teil erhalten, der benachbart zum Teil war, aus dem der dem Wasserstoffglühen unterworfene Wafer im Einkristallblock entnommen wurde. Der Wafer wurde bei 1200°C für 2 Stunden in einer Argongasatmosphäre geglüht.
Auch in diesem Fall wurde ein hochqualitativer Wafer ähnlich zu dem Wafer erhalten, der dem Wasserstoffglühen unterworfen wurde.
Wie oben beschrieben wurde, kann durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ein hochqualitativer Silizium- Einkristallwafer verläßlich und leicht erhalten werden, in dem keine schädlichen eingewachsenen Kristalldefekte, wie OSFs, Leerstellendefekte und Versetzungscluster, im gesamten Teil der Oberflächenschicht existieren und in dem im Inneren BMDs in einer ausreichend hohen Dichte zum Aufzeigen des IG-Effekts gebildet sind.
Der erfindungsgemäße Silizium-Einkristallwafer besitzt eine ausgezeichnete Verläßlich für eine Gate-Oxidschicht und eine ausgezeichnete Sperrschichtleck-Eigenschaft und kann in geeigneter Weise zur Bildung einer Betriebszone für ein Halbleiterbauteil verwendet werden. Durch Verwendung des Wafers für ein feineres Schaltkreisbauteil mit einer höheren Packungsdichte können die Bauteileigenschaften und die Herstellungsausbeute des Bauteils verbessert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Silizium- Einkristallwafers aus einem Stickstoff-dotierten Silizium-Einkristall, der gemäß dem Czochralski- Verfahren gezüchtet wurde,
worin ein mit einer Zone, in der Massemikrodefekte durch Sauerstoffabscheidung und oxidationsinduzierte Stapelfehler gemischt existieren, bedeckter Silizium- Einkristallwafer einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C in einer Atmosphäre mit reduzierendem Gas oder Inertgas unterworfen wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines Silizium- Einkristallwafers gemäß Anspruch 1, worin zum Zeitpunkt des Züchtens des Stickstoff-dotierten Silizium- Einkristalls der V/G-Wert als das Verhältnis zwischen der Ziehgeschwindigkeit V (mm/min) des Einkristalls und dem Temperaturgradienten G (°C/mm) in der axialen Richtung des Einkristalls, worin eine Zone gebildet wird, in der sowohl Massemikrodefekte durch Sauerstoffabscheidung als auch oxidationsinduzierte Stapelfehler gemischt existieren, nahe der Kristallisationsgrenze vorab bei jeder Dotierungs- Stickstoffkonzentration bestimmt wird und die Ziehbedingung so eingestellt wird, um dem V/G-Wert zu genügen, um dadurch eine Zone im Einkristall zu bilden, in der Massemikrodefekte durch Sauerstoffabscheidung und oxidationsinduzierte Stapelfehler gemischt existieren.

3. Silizium-Einkristallwafer, hergestellt durch das Verfahren zur Herstellung eines Silizium- Einkristallwafers gemäß Anspruch 1 oder 2,
worin keine eingewachsenen Kristalldefekte in einem Teil der Oberflächenschicht mit einer Tiefe von wenigstens 10 µm ab der Oberfläche existieren und Massemikrodefekte durch Sauerstoffabscheidung in einer Dichte von 1 × 10⁹/cm³ oder höher im Inneren gebildet sind.