DE10336271B4

DE10336271B4 - Siliciumscheibe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10336271B4
Application number: DE10336271A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Dipl.-Phys. Seuring; Robert Dr. Dipl.-Chem. Hölzl; Reinhold Wahlich; Wilfried von Dr. Dipl.-Phys. Ammon
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: CN100394536C; US7537657B2; KR20050015983A; KR100625822B1; TWI268555B; US20060278157A1; DE10336271A1; US7235863B2; US20050032376A1; JP5097332B2; TW200507115A; CN1581430A; JP2005057295A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer einkristallinen Siliciumscheibe, umfassend folgende Schritte:
– Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch epitaktische Abscheidung oder Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, deren elektrischer Widerstand vom elektrischen Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweicht, durch eine thermische Behandlung in einer Atmosphäre, die zur Ausdiffusion wenigstens eines Dotierstoffs führt, oder
Herstellung einer externen Getterschicht auf der Rückseite der Siliciumscheibe durch Abscheidung von Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallinem Silicium, Innenimplantation oder mechanisches Damage und
– thermische Behandlung der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von mehr als 2 K/s und anschließendes Halten bei einer Temperatur, die so gewählt wird, dass die Ungleichung

erfüllt ist, wobei [O_i] die Sauerstoffkonzentration in der Siliciumscheibe, [Oi]^eq(T) die Randlöslichkeit von Sauerstoff in Silicium bei der Temperatur T, σ_SiO2 die Oberflächenenergie von Siliciumdioxid, Ω das Volumen eines präzipitierten Sauerstoffatoms, r der mittlere COP-Radius und k die Boltzmann-Konstante ist, wobei die Siliciumscheibe...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Siliciumscheibe und ein Verfahren zur Herstellung der Siliciumscheibe, das eine thermische Behandlung der Siliciumscheibe umfasst.
Im Stand der Technik sind Siliciumscheiben bekannt, die zu unterschiedlichen Zwecken auf ihrer Vorder- oder Rückseite mit Schichten versehen sind. Beispielsweise werden Siliciumscheiben zur Einstellung eines vertikalen Widerstandsprofils auf ihrer Vorderseite mit einer epitaktischen Schicht versehen, die zumindest bezüglich eines Dotierstoffs eine verglichen mit dem Rest der Siliciumscheibe abweichende Konzentration aufweist. Den gleichen Zweck erfüllt auch eine Ausdiffusion eines in der Scheibe enthaltenen Dotierstoffs durch eine thermische Behandlung, beispielsweise in einer Wasserstoffatmosphäre. Auf der Scheibenrückseite werden insbesondere Schichten erzeugt, die als externer Getter für verschiedene Arten von Verunreinigungen, z. B. Metalle, dienen, mit denen die Siliciumscheibe im Verlauf der Herstellung von elektronischen Bauelementen kontaminiert wird. Die Schicht, die beispielsweise aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder polykristallinem Silicium besteht, erzeugt durch die Gitterfehlanpassung einen strukturell gestörten Bereich, der als Getterzentrum wirkt, d. h. Verunreinigungen bindet.
Die Siliciumscheiben werden aus Siliciumeinkristallen hergestellt. Diese werden in Scheiben aufgetrennt und einer Vielzahl von Bearbeitungsschritten unterworfen, um beispielsweise die gewünschte Oberflächenqualität zu erhalten.
Siliciumeinkristalle, die in der Regel nach dem Czochralski-Tiegelziehverfahren oder nach dem tiegelfreien „Float-Zone"-Verfahren hergestellt werden, weisen eine Reihe von Defekten auf. Werden keine besonderen Vorkehrungen getroffen, so befinden sich die Defekte auch an der Oberfläche der Scheiben, wo sie sich negativ auf die Funktion der darauf gefertigten elektronischen Bauelemente auswirken.
Eine bedeutende Art von Defekten sind die so genannten COPs („crystal originated particles"), Zusammenlagerungen von Vakanzen zu kleinen Hohlräumen mit Größen typischerweise zwischen 50 und 150 nm. Messbar sind diese Defekte mit Hilfe zahlreicher Methoden. Ein Anätzen der Defekte mittels einer SC1-Lösung (NH₃/H₂O₂/H₂O) bei etwa 85 °C für 20 min und anschließende Streulichtmessung ist eine Möglichkeit, die COPs auf der Scheibenoberfläche zu untersuchen. Auch das Anätzen der Defekte mittels einer Secco-Ätze für 30 min bei einem Siliciumabtrag von etwa 30 μm und nachfolgende Auszählung erlaubt die Ermittlung dieser Defekte. Zählt man die Defekte, die eine sog. „Fahne" besitzen, so bezeichnet man diese als FPD („flow pattern defects"). Als Resultat erhält man eine FPD-Dichte pro Flächeneinheit, die sich unter Berücksichtigung des Materialabtrags bei der vorbereitenden Ätze in eine Dichte pro Volumeneinheit umrechnen lässt. Die gleichen Defekte lassen sich auch mittels IR-LST („infra-red light scattering tomography") messen, bei der ein Nd-YAG-Laserstrahl an den Defekten in der Siliciumscheibe gestreut wird und das Streulicht in einem Winkel von 90° zum Laserstrahl detektiert wird. Diese Defekte werden nach ihrer Messmethode als LSTD-Defekte bezeichnet.
Bei der Fertigung von Bauelementen auf der Halbleiterscheibe werden zahlreiche Bauelemente-Parameter negativ von den COPs beeinflusst. Deshalb ist es notwendig, diese Defekte zumindest in der bauelementeaktiven Schicht einer Siliciumscheibe zu entfernen.
Aus EP973190A2 ist bekannt, eine einkristalline Siliciumscheibe, die auf ihrer Rückseite eine externe Getterschicht aus polykristallinem Silicium trägt, einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur zwischen 1150 bis 1350 °C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre zu unterwerfen, um die COPs an der Oberfläche der Siliciumscheibe zu entfernen.
Aus US6423615 ist bekannt, dass durch eine thermische Behandlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre die Dotierstoffkonzentration in einer oberflächennahen Schicht verändert wird, sodass ein vertikales Widerstandsprofil erzeugt wird. Eine derartige Schicht mit veränderter Dotierstoffkonzentration an der Vorderseite der Siliciumscheibe ist für viele Bauelementeprozesse erforderlich.
Ebenfalls bekannt ist, dass durch eine epitaktische Abscheidung auf der Vorderseite der Siliciumscheibe eine Schicht erzeugt werden kann, die einerseits eine abweichende Dotierstoffkonzentration aufweist und andererseits frei von COPs ist.
Im Stand der Technik sind somit Siliciumscheiben bekannt, die auf der Vorder- oder Rückseite zumindest eine der genannten Schichten tragen und deren Oberfläche zumindest an der Vorderseite im Wesentlichen frei von COPs ist. Der Rest der Siliciumscheibe, der sog. Bulk, ist jedoch nicht frei von COPs. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn auf der Siliciumscheibe Bauelemente hergestellt werden, die eine besonders tiefe COP-freie Schicht an der Oberfläche erfordern, z. B. im Fall von Bauelementen, bei denen sog. „deep trench"-Technologien verwendet werden. Bislang ist die maximale Tiefe der Bauelemente auf die Dicke der COP-freien Schicht begrenzt. Das Aufwachsen einer für die „deep trench"-Technologie geeigneten dicken epitaktischen Schicht ist zudem sehr zeitaufwändig und damit kostenintensiv.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Siliciumscheibe mit den bekannten Schichten auf der Vorder- oder Rückseite zur Verfügung zu stellen, die nicht nur in einer oberflächennahen Schicht frei von COPs ist, sondern über einen wesentlichen Teil der Scheibendicke.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer einkristallinen Siliciumscheibe, umfassend folgende Schritte:

– Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch epitaktische Abscheidung oder Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, deren elektrischer Widerstand vom elektrischen Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweicht, durch eine thermische Behandlung in einer Atmosphäre, die zur Ausdiffusion wenigstens eines Dotierstoffs führt, oder Herstellung einer externen Getterschicht auf der Rückseite der Siliciumscheibe durch Abscheidung von Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallinem Silicium, Innenimplantation oder mechanisches Damage und
– thermische Behandlung der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von mehr als 2 K/s und anschließendes Halten bei einer Temperatur, die so gewählt wird, dass die Ungleichung
erfüllt ist, wobei die Siliciumscheibe während der thermischen Behandlung wenigstens zeitweise einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt ist.

Dabei bedeutet [O_i] die Sauerstoffkonzentration in der Siliciumscheibe, genauer gesagt die Konzentration des interstitiell gelösten Sauerstoffs, die in der Regel durch FTIR-Spektroskopie bestimmt wird. [Oi]^eq(T) ist die Randlöslichkeit von Sauerstoff in Silicium bei einer gegebenen Temperatur T. Eine derartige Funktion ist beispielsweise in Hull, R. (Ed.), „Properties of Crystalline Silicon", The Institution of Electrical Engineers, London, 1999, Seite 489ff angegeben. σ_SiO2 ist die Oberflächenenergie von Siliciumdioxid (SiO₂), die in Huff, H. R., Fabry, L., Kishino, S. (Eds.), „Semiconductor Silicon 2002", Band 2, The Electrochemical Society, Pennington, 2002, Seite 545 mit 310 erg/cm² angegeben ist. Ω ist das Volumen eines präzipitierten Sauerstoffatoms, das über die Beziehung Ω = M_SiO2/(2ρ_SiO2 N_A) aus der Molmasse M_SiO2 und der Dichte ρ_SiO2 von Siliciumdioxid sowie der Avogadro-Zahl N_A berechnet wird. r steht für den mittleren COP-Radius, k für die Boltzmann-Konstante und T für die Temperatur in K.
Die genannte Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, d. h. auf der Seite der Scheibe, die für die Herstellung von Bauelementen vorgesehen ist, wird mittels einer der dem Fachmann geläufigen Methoden hergestellt.
Beispielsweise kann eine epitaktische Schicht bestehend aus Silicium mit Hilfe eines CVD-Verfahrens auf der Oberfläche abgeschieden werden. Dabei wird dem Prozessgas ein geeignetes Dotiergas beigemischt, das zu einem Einbau des Dotierstoffs in der gewünschten Konzentration in das Kristallgitter des abgeschiedenen Siliciums führt. Dadurch wird der elektrische Widerstand auf den gewünschten Wert eingestellt. Der Widerstand der epitaktischen Schicht kann vom Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweichen oder mit diesem identisch sein. Weiterhin sind im Allgemeinen die mechanischen Eigenschaften der epitaktisch abgeschiedenen Schicht und des Rests der Siliciumscheibe unterschiedlich. Die epitaktische Schicht führt aufgrund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften bei der Herstellung von Bauelementen zu einer hohen Ausbeute.
Es können auch andere Schichten epitaktisch abgeschieden werden, beispielsweise Silicium-Germanium oder eine Kombination aus Silicium- und Silicium-Germanium-Schichten, beispielsweise sog. verspanntes Silicium, das unter der englischen Bezeichnung „strained silicon" bekannt ist. Auch diese weisen im Allgemeinen verglichen mit dem Rest der Siliciumscheibe, der auch als Substrat bezeichnet wird, einen anderen elektrischen Widerstandswert oder andere mechanische Eigenschaften auf.
Alternativ zur Abscheidung epitaktischer Schichten kann auf der Vorderseite der Siliciumscheibe eine Schicht mit vom Rest der Siliciumscheibe abweichenden elektrischen Widerstand durch eine thermische Behandlung unter einer geeigneten Atmosphäre hergestellt werden, die dazu führt, dass der in der Siliciumscheibe enthaltene Dotierstoff an der Oberfläche ausdiffundiert. Im Fall einer Dotierung der Siliciumscheibe mit Bor, Phosphor, Arsen, Gallium, Aluminium oder Antimon kann dies beispielsweise durch eine thermische Behandlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre geschehen.
Zur Aufbringung einer externen Getterschicht auf der Rückseite der Siliciumscheibe, die Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallines Silicium enthält, wird vorzugsweise ein geeignetes CVD-Verfahren nach dem Stand der Technik verwendet. Der Begriff externer Getter bezeichnet hierbei eine Schicht auf der rückseitigen Scheibenoberfläche, die strukturell gestört gegenüber der regulären Silicium-Kristallstruktur erscheint. Diese strukturelle Störung kann auch durch ein mechanisches Damage der Scheibenrückseite oder eine Zonenimplantation in eine Oberflächenschicht der Rückseite, beispielsweise einer Implantation von Helium-Ionen mit anschließendem Implantationsanneal, erzeugt werden.
Die Herstellung der beschriebenen Schichten auf der Vorder- oder Rückseite der Siliciumscheibe kann entweder vor oder nach der erfindungsgemäßen, Ungleichung (1) gehorchenden thermischen Behandlung erfolgen.
Ausschlaggebend für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Temperatur während der thermischen Behandlung so hoch gewählt wird, dass die Sauerstoffkonzentration im Gleichgewicht mit der Oxidhaut einer COP-Oberfläche (d. h. die rechte Seite der Ungleichung (1)) die Konzentration an interstitiell gelösten Sauerstoffatomen [O_i] übersteigt. Damit liegt die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs unterhalb der Sättigungskonzentration, so dass sich die Oxidhaut der COPs durch Diffusion der Sauerstoffatome ins Kristallgitter auflösen kann. Die Oxidhaut der COPs löst sich überall dort durch Diffusion der Sauerstoffatome ins Kristallgitter auf, wo die oben genannte Bedingung für die Temperatur erfüllt ist. Nach dem Verlust der Oxidhaut beginnen die COPs durch Diffusion von Vakanzen bzw. interstitiellen Siliciumatomen zu schrumpfen, so dass sich die COPs auflösen.
Dagegen beruht die thermische Behandlung nach dem Stand der Technik auf der Ausdiffusion von Sauerstoff an der Oberfläche der Siliciumscheibe. An der Oberfläche diffundiert der interstitiell gelöste Sauerstoff aus. Die COPs, die mit einer dünnen Oxidhaut mit einer Dicke von etwa 2 nm bedeckt sind, verlieren aufgrund des Prinzips des kleinsten Zwangs ihre Oxidhaut. Im Anschluss daran schrumpfen sie immer weiter, da eine Siliciumscheibe thermodynamisch ein offenes System darstellt, so dass die Vakanzen, die mit den COPs im Gleichgewicht stehen, an die Oberfläche ausdiffundieren können. Im Bulk der Scheibe kann der Sauerstoff nicht ausdiffundieren. Stattdessen beginnen die COPs in diesem Gebiet mit Oxid zuzuwachsen und im Anschluss daran größer zu werden.
Im Unterschied zu einer thermischen Behandlung nach dem Stand der Technik lösen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren die COPs auch im Bulk auf, da eine Ausdiffusion von Sauerstoff aufgrund der erfindungsgemäß gewählte hohen Temperatur, die zur Untersättigung des Sauerstoffs führt, nicht notwendig ist. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren unter einer Atmosphäre durchgeführt werden, die zumindest zeitweise Sauerstoff enthält. Dadurch bleibt die als Diffusionsbarriere gegen Metallkontaminationen wirkende oberflächliche Oxidschicht erhalten, wodurch sich gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik, die auf die speziellen Atmosphären von Wasserstoff oder Argon beschränkt sind, wesentliche Vorteile bezüglich der Metallkontamination ergeben.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine einkristalline Siliciumscheibe, die bis zu einer Tiefe, die mindestens 50 % der Scheibendicke entspricht, eine COP-Dichte von weniger als 10000 cm^–3 aufweist und auf ihrer Rückseite eine externe Getterschicht trägt.
Die externe Getterschicht enthält Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallines Silicium, durch Innenimplantation eingefügte Dotierstoffatome oder durch mechanisches Damage entstandene Schichten.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine einkristalline Siliciumscheibe, die bis zu einer Tiefe, die mindestens 50 % der Scheibendicke entspricht, eine COP-Dichte von weniger als 10000 cm^–3 aufweist und auf ihrer Vorderseite eine Schicht trägt, die epitaktisch abgeschieden wurde oder deren elektrischer Widerstand aufgrund einer abweichenden Konzentration wenigstens eines Dotierstoffs vom elektrischen Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweicht.
Die Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe ist vorzugsweise eine epitaktisch abgeschiedene Schicht, die aus Silicium besteht oder die Silicium-Germanium enthält. Ebenso bevorzugt ist eine Schicht, die verspanntes Silicium enthält, das unter dem englischsprachigen Begriff „strained silicon" bekannt ist. Bei der Herstellung von verspanntem Silicium wird in der Regel eine Schicht aus Si_1-xGe_x abgeschieden, wobei x graduell ansteigt. Dadurch weitet sich das Kristallgitter auf. Als letzte Schicht wird wieder reines Silicium abgeschieden, welches die vergrößerte Gitterkonstante des obersten Teils der Si_1-xGe_x-Schicht besitzt, auf der es abgeschieden wurde. Die aufgeweitete Gitterkonstante dieser verspannten Siliciumschicht hat eine erhöhte Elektronenbeweglichkeit zur Folge, was Vorteile bei der Bauelementherstellung mit sich bringt.
Gleichfalls bevorzugt ist eine Schicht, die durch Ausdiffusion eines Dotierstoffs durch eine thermische Behandlung unter einer geeigneten Atmosphäre, beispielsweise in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, erzeugt wurde.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Siliciumscheiben gegenüber den entsprechenden Scheiben nach dem Stand der Technik besteht darin, dass bei der Herstellung elektronischer Bauelemente aufgrund der weitgehenden Freiheit von COPs keine sog. GOI- Defekte auftreten. Im Fall einer Schicht mit im Vergleich zum Substrat unterschiedlichem elektrischen Widerstand liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Siliciumscheiben darin, dass bei Strukturen, welche in ihrer vertikalen Ausdehnung größer als die aufgebrachte Schicht (z. B. sog. deep trenches) sind, keine Trench-zu-Trench-Kurzschlüsse oder auch Leckstromprobleme auftreten, die bei der Verwendung von Substratmaterial mit Kristallfehlern wie insbesondere COPs zum Ausfall von Bauelementen führen können.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen für die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise Siliciumscheiben mit niedriger Sauerstoffkonzentration eingesetzt, da in diesem Fall die zur Erfüllung der Ungleichung (1) nötige Temperatur verringert wird, wie auch untenstehende Tabelle zeigt. Besonders bevorzugt ist eine Sauerstoffkonzentration von [O_i] < 7·10¹⁷ at/cm³. Dies kann beim Czochralski-Verfahren beispielsweise durch veränderte Prozessparameter wie die Tiegeldrehung erreicht werden. Je geringer die Sauerstoffkonzentration im Siliciumkristall, desto niedriger ist die Mindesttemperatur für das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Behandlung. Eine Reduktion der Prozesstemperatur wiederum verringert den apparativen Aufwand und die zum Aufheizen bzw. Abkühlen benötigte Zeit und somit die Prozesskosten.
Da die zum Auflösen der Oxidhaut der COPs benötigte Zeit auch von der Dicke der Oxidhaut abhängt (siehe Tabelle), wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt ein Ausgangsmaterial eingesetzt, dessen COPs eine möglichst dünne Oxidhaut aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Oxidhaut weniger als 4 nm, besonders bevorzugt weniger als 2 nm. Dies erreicht man durch eine niedrige Sauerstoffkonzentration und schnelle Abkühlraten beim Kristallziehen in einem Temperaturintervall von 1200 °C bis 600 °C.
Die Zeit, die zum Auflösen der von der Oxidhaut befreiten COPs benötigt wird, ist wesentlich von der Größe der COPs abhängig (siehe Tabelle). Deshalb werden vorzugsweise Siliciumscheiben als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße thermische Behandlung eingesetzt, die aus einem Einkristall gewonnen wurden, bei dessen Herstellung der Ziehprozess so gesteuert wurde, dass sehr kleine COPs in hoher Konzentration entstehen. Im Fall eines Siliciumkristalls mit einem Durchmesser von 300 mm sollte der mittlere COP-Durchmesser weniger als 160 nm betragen, bevorzugt weniger als 150 nm und besonders bevorzugt weniger als 120 nm. Für Siliciumkristalle mit einem Durchmesser von 200 mm sind COP-Größen von < 100 nm, bevorzugt < 80 nm, besonders bevorzugt < 60 nm zu wählen. Dies wird im Ziehprozess dadurch erreicht, dass der Kristall im Temperaturbereich zwischen 1200 °C und 900 °C möglichst schnell abkühlt. Dazu müssen im genannten Temperaturbereich Abkühlraten von 1 bis 20 K/min, bevorzugt von 2 bis 15 K/min und besonders bevorzugt von 5 bis 15 K/min eingestellt werden. Neben der geringen Größe der entstehenden COPs hat ein derartiger Ziehprozess den Vorteil, dass er mit einer relativ hohen Ziehgeschwindigkeit verbunden ist, was die Prozesszeit verkürzt. Darüber hinaus liefern Ziehprozesse dieser Art grundsätzlich hohe Ausbeuten, was die Wirtschaftlichkeit nochmals erhöht.
Um die mittlere COP-Größe weiter zu verringern, ist ein Zusatz von Stickstoff während des Ziehprozesses bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine Stickstoffkonzentration im Einkristall bzw. in der daraus hergestellten Siliciumscheibe im Bereich zwischen 1·10¹³ und 7·10¹⁵ at/cm³. Die Dokumente US6228164B1 und DE19941902A1 beschreiben den technischen Hintergrund.

Die folgende Tabelle fasst die Effekte der Sauerstoffkonzentration [O_i], des COP-Durchmessers 2r und der Dicke d der COP-Oxidhaut auf die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Temperatur T und die zum Auflösen der COPs benötigte Zeitspanne t zusammen.

[O_i] [10¹⁷ at/cm³]	2r [nm]	d [nm]	T [°C]	t [sec]
6,5	70	2	1300	122
6,5	70	4	1300	133
6,5	70	2	1350	41
6,5	120	2	1350	366
5,0	70	2	1220	714
6,0	70	2	1220	797
7,0	70	2	1220	1090
8,0	70	2	1220	∞
5,0	70	2	1250	369
6,0	70	2	1250	390
7,0	70	2	1250	432
8,0	70	2	1250	552
9,0	70	2	1250	∞

Um die zum Auflösen der COPs benötigte Zeit weiter zu reduzieren, wird als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise eine Siliciumscheibe verwendet, deren COPs eine Morphologie mit einem großen Fläche/Volumen-Verhältnis aufweisen. Diese Forderung erfüllen entweder abgeflachte oder langgestreckte COPs. Ein Weg zur Herstellung eines derartigen Ausgangsmaterials ist beispielsweise in EP1087042A1 beschrieben.
Als Ausgangsmaterial kann Material aller Leitungstypen verwendet werden, besonders bevorzugt Material von p- sowie n-Typ-Leitung, ebenso können Siliciumscheiben mit beliebiger kristallographischer Orientierung verwendet werden, bevorzugt mit den Orientierungen 111, 110, 115 und 113. Es ist weiterhin möglich, sog. Ringwafer als Ausgangsmaterial zu verwenden. Dabei handelt es sich um Siliciumscheiben, welche nur in einer Fläche mit einem Radius, der kleiner als der Scheibenradius ist, COPs enthalten und an die sich eine sog. OSF-Ring-Region (von engl. „oxidation induced stacking fault") anschließt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu behandelnde Siliciumscheibe vorzugsweise in einem RTA-Reaktor (von engl. „rapid thermal annealing") nach dem Stand der Technik zunächst mit einer vorgegebenen Rate aufgeheizt, bis der durch die Ungleichung (1) vorgegebene Temperaturbereich erreicht ist. Die Siliciumscheibe wird anschließend für eine vorgegebene Zeitspanne in diesem Temperaturbereich gehalten und danach wiederum mit einer vorgegebenen Rate abgekühlt. Die Beheizung der Siliciumscheibe im RTA-Reaktor kann durch Widerstandsheizung, Lampen, induktiv oder mit Hilfe eines Lasers erfolgen.
Bei der Lagerung der Siliciumscheibe in der Prozesskammer muss sichergestellt werden, dass sich bei der hohen Prozesstemperatur keine gravitativ induzierten Gleitungen (engl. „slip") bilden können. Zu diesem Zweck kann die Scheibe, je nach Design der Prozesskammer, auf einer geeignet geformten Auflagestruktur aufliegen, senkrecht in einer Halterung lagern oder durch geeignete, dem Fachmann bekannte Vorrichtungen auf einem Gaspolster schweben. Bevorzugt ist eine Vorsortierung der Scheiben nach den Geometrieparametern Warp und Bow, die auf die jeweilige Geometrie der Scheibenauflagestruktur angepasst ist.
In der Regel wird im RTA-Reaktor nur eine Siliciumscheibe thermisch behandelt. Es können jedoch auch Pakete von mehreren Siliciumscheiben behandelt werden, die mit ihren Flächen aufeinander liegen („stacked RTA"). Der Vorteil liegt hierbei in einem höheren Scheibendurchsatz pro Zeiteinheit. Bevorzugt werden für diese Variante Siliciumscheiben verwendet, deren Oberflächenrauhigkeit ein Zusammenkleben der Scheiben während der thermischen Behandlung verhindert.
Gleichermaßen ist auch die thermische Behandlung eines Stabstücks des Siliciumeinkristalls möglich, da bei einer Ungleichung (1) erfüllenden thermischen Behandlung keine Ausdiffusion des Sauerstoffs aus einer Oberflächenschicht erfolgen muss. Das Stabstück wird erst nach der thermischen Behandlung in Scheiben aufgetrennt und gemäß dem Stand der Technik weiterprozessiert. Auch hierbei liegt der Vorteil in einem höheren Durchsatz an Siliciumscheiben pro Stunde. Vorzugsweise liegt das Stabstück nicht direkt auf der Scheibenauflage auf, sondern auf einer Silicium-Dickscheibe, die wiederum auf der Scheibenauflage liegt Dadurch wird dem Entstehen von Vergleitungen im Stabstück entgegengewirkt, da Spannungen, die durch Unregelmäßigkeiten in der Auflagengeometrie verursacht werden, von der Dickscheibe aufgenommen werden.
Zur Vermeidung von thermischen Inhomogenitäten, die durch die Prozesskammerheizung verursacht werden können, kann über der zu prozessierenden Siliciumscheibe eine zweite Siliciumscheibe platziert werden, die als Schild gegen die direkte Strahlung von z. B. Lampen und als Wärmeverteiler wirkt.
Vorzugsweise wird zu Beginn der thermischen Behandlung eine möglichst hohe Aufheizrate gewählt, um die Oxidhaut der COPs nicht während des Aufheizens anwachsen zu lassen, d. h. eine Aufheizrate von mehr als 2 K/s, bevorzugt eine Aufheizrate von mehr als 10 K/s und besonders bevorzugt eine Aufheizrate von 50 K/s oder mehr.
Die Zeitspanne, während der die Temperatur der Siliciumscheibe in dem durch Ungleichung (1) vorgegebenen Bereich gehalten wird, ist abhängig vom verwendeten Ausgangsmaterial. Wie die Tabelle zeigt, kann die Dauer der thermischen Behandlung durch den Einsatz eines Ausgangsmaterials mit kleinen COPs und dünner COP-Oxidhaut reduziert werden. Die typische Zeitspanne liegt zwischen 10 s und 15 min, bevorzugt zwischen 30 s und 5 min und besonders bevorzugt zwischen 30 s und 4 min.
Der Druck innerhalb der Prozesskammer kann während der thermischen Behandlung unterhalb des Atmosphärendrucks liegen, ebenso kann die Siliciumscheibe während der thermischen Behandlung zusätzlich elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich sowie Plasmen und ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, um z. B. eine Oberflächenglättung durchzuführen.
Die einzustellende Abkühlrate wird durch die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts, d. h. der Siliciumscheibe nach der thermischen Behandlung, bestimmt. Soll eine Siliciumscheibe ohne zusätzliche interne Gettereigenschaften hergestellt werden, die während eines nachfolgenden Bauelementeprozesses keine Sauerstoffpräzipitation zeigt, ist ein langsamer Abkühlvorgang bevorzugt. Soll andererseits eine Siliciumscheibe mit guten internen Gettereigenschaften hergestellt werden, wird die Abkühlrate vorzugsweise so hoch eingestellt, dass ein RTA-Effekt auftritt, wie er beispielsweise in WO 98/38675 beschrieben ist. Als RTA-Effekt wird die Einstellung eines bestimmten Sauerstoffpräzipitationsverhaltens mit definierter „denuded zone" und entsprechendem Präzipitationsverhalten im Bulk der Siliciumscheibe bezeichnet.
Während der thermischen Behandlung ist die Siliciumscheibe zumindest zeitweise einer Atmosphäre ausgesetzt, die Sauerstoff enthält. Dadurch lässt sich die Gefahr einer Metallkontamination der Scheibe durch die Prozessumgebung reduzieren. Die Siliciumscheibe kann sowohl in einer einheitlichen Atmosphäre thermisch behandelt werden als auch in einer Atmosphäre, die während des Prozesses geändert wird. Vorder- und Rückseite der Scheibe können entweder der gleichen Atmosphäre oder unterschiedlichen Atmosphären ausgesetzt werden. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts können Edelgase (vorzugsweise Argon), Stickstoff, Sauerstoff sowie die genannten Elemente enthaltende chemische Verbindungen und alle aus diesen Gasen (Elemente oder Verbindungen) herstellbaren Gemische eingesetzt werden. Ausgenommen sind jedoch Gemische, deren Bestandteile bei den erforderlichen hohen Temperaturen unkontrolliert miteinander reagieren würden.
Vorzugsweise wird die Siliciumscheibe während der erfindungsgemäßen, Ungleichung (1) gehorchenden thermischen Behandlung einer Atmosphäre ausgesetzt, die dazu führt, dass die Oberfläche der Siliciumscheibe während der gesamten Dauer der thermischen Behandlung mit einer Oxidschicht belegt ist. Besonders bevorzugt ist eine Atmosphäre, die Sauerstoff und Argon enthält. Dabei wird der Bulk der Siliciumscheibe von COPs befreit. Dies gilt in diesem Fall jedoch nicht für die Oberfläche, da hier Sauerstoff eindiffundiert, so dass die oberflächennahen COPs nicht von ihrer Oxidhaut befreit und infolgedessen nicht aufgelöst werden. Die Oberfläche kann aber anschließend mechanisch oder chemisch abgetragen werden, beispielsweise durch Schleifen oder chemo-mechanische Politur, so dass schließlich wiederum eine COP-freie Siliciumscheibe erzielt wird. Die Siliciumscheibe kann auch anschließend an die erfindungsgemäße, Ungleichung (1) gehorchende thermische Behandlung einer weiteren thermischen Behandlung in einer reduzierenden, beispielsweise wasserstoffhaltigen Atmosphäre unterzogen werden, um zunächst die Oxidschicht und anschließend die oberflächennahen COPs zu entfernen. Dieser Schritt kann gleichzeitig zur Ausdiffusion eines Dotierstoffs und damit zur Herstellung einer Schicht mit abweichendem Widerstand benutzt werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Abläufe des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens und die damit herstellbaren bevorzugten Produkte beschrieben:
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird eine Siliciumscheibe zunächst auf Vorderseite und Rückseite mit einer externen Getterschicht aus z. B. polykristallinem Silicium, Siliciumnitrid oder Siliciumoxynitrid versehen. Eine Sauerstoff enthaltende Getterschicht ist besonders bevorzugt, da sich hierbei zusätzlich zur externen Getterwirkung der Schicht eine Diffusionsbarriere für Metallkontamination aufbaut und somit die Siliciumscheibe während der thermischen Behandlung unempfindlich gegenüber potentiell vorhandener metallischer Kontamination ist. Die Siliciumscheibe wird danach einer Ungleichung (1) erfüllenden thermischen Behandlung unterzogen. Nach der thermischen Behandlung wird die externe Getterschicht auf der Scheibenvorderseite durch bekannte Verfahren abgelöst
Im Anschluss daran wird auf die freigelegte Scheibenvorderseite mit einem dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren eine epitaktische Schicht abgeschieden, deren Dicke von der Anwendung abhängt, für die die Siliciumscheibe bestimmt ist. Die Dicke dieser Schicht kann im Bereich von 0,1 μm bis 10 μm liegen. Man erhält durch dieses Verfahren eine Siliciumscheibe, die während der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung durch eine Diffusionsbarriere geschützt ist und zusätzlich eine externe Getterschicht enthält, die evtl. eine durch die Diffusionsbarriere auf die Scheibenoberfläche gelangende Metallkontamination in der externen Getterschicht auf der Scheibenrückseite bindet und von der bauelementrelevanten Schicht fernhält.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine unbeschichtete blanke Siliciumscheibe der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen und im Anschluss daran mit einer externen Getterschicht beschichtet, wie oben beschrieben. Danach erfolgt das Ablösen der Getterschicht von der Scheibenvorderseite und das Aufbringen der epitaktischen Schicht mit der gewünschten Dicke auf der Scheibenvorderseite.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine vollständig mit einer externen Getterschicht gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform versehene Siliciumscheibe der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen, an die sich eine weitere thermische Behandlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre anschließt mit dem Zweck, dass die Getterschicht auf der Scheibenvorderseite von der wasserstoffhaltigen Atmosphäre aufgelöst wird und die COPs in der Oberflächenschicht entfernt werden. Bei einer geeignet gewählten Scheibenauflage kann die wasserstoffhaltige Atmosphäre nicht an der Scheibenrückseite angreifen, sondern löst nur die Getterschicht von der Scheibenvorderseite ab. Die so einseitig von der Getterschicht befreite Scheibe wird danach mit einer epitaktischen Schicht versehen.
In einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird eine vollständig mit einer externen Getterschicht gemäß der ersten Ausführungsform versehene Siliciumscheibe der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen, an die sich eine weitere thermische Behandlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre anschließt mit dem Zweck, dass die Getterschicht auf der Scheibenvorderseite von der wasserstoffhaltigen Atmosphäre aufgelöst wird. Bei einer geeignet gewählten Scheibenauflage kann die wasserstoffhaltige Atmosphäre nicht an der Scheibenrückseite angreifen, sondern löst nur die Getterschicht von der Scheibenvorderseite ab. Danach wird die thermische Behandlung der Siliciumscheibe unter der wasserstoffhaltigen Atmosphäre fortgesetzt. Dies hat zur Folge, dass auf der Scheibenvorderseite, die von der externen Getterschicht befreit wurde, eine Ausdiffusion des Dotierstoffs einsetzen kann, was zu einer Schicht mit gegenüber dem Substrat verändertem elektrischem Widerstand führt.
In einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine mit einer externen Getterschicht gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform versehene Siliciumscheibe auf der Vorderseite durch ein dem Fachmann bekanntes Verfahren von der externen Getterschicht befreit und danach der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen. Danach wird ein evtl. auf der Vorderseite durch die thermische Behandlung gebildetes Oxid entfernt und die Vorderseite der Scheibe einer epitaktischen Abscheidung unterworfen.
In einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine mit einer externen Getterschicht gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform versehene Siliciumscheibe auf der Vorderseite durch ein dem Fachmann bekanntes Verfahren von der externen Getterschicht befreit und danach der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen. Danach erfolgt eine weitere thermische Behandlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, in dessen Verlauf das evtl. während der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung gebildete Oberflächenoxid auf der Scheibenvorderseite aufgelöst wird und im Anschluss daran eine Ausdiffusion des Dotierstoffs aus einer Oberflächenschicht erfolgen kann. Das Endprodukt ist eine Scheibe mit externem Getter und einer bauelementrelevanten Schicht mit einem vom Rest der Siliciumscheibe unterschiedlichen elektrischen Widerstand.
In einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine unbeschichtete Siliciumscheibe der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen. Danach erfolgt eine weitere thermische Behandlung zur Abscheidung von polykristallinem Silicium auf der Scheibe als externe Getterschicht mit Hilfe eines dem Fachmann bekannten Verfahrens. Die so erhaltene polykristalline Siliciumschicht wird auf der Vorderseite der Siliciumscheibe mechanisch oder chemisch abgetragen, beispielsweise durch Schleifen oder chemo-mechanische Politur. Danach wird auf der Vorderseite eine epitaktische Schicht abgeschieden.
In einer achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine geschliffene und geätzte Siliciumscheibe mit Hilfe eines dem Fachmann bekannten Verfahrens mit einer Oxidschicht als Diffusionsbarriere versehen und danach der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterzogen. Das Oxid wird dann mit Hilfe eines Standardverfahrens wie z. B. Ätzen von der Scheibe entfernt. Anschließend wird die Scheibe einer Doppelseitenpolitur unterzogen. In einer weiteren thermischen Behandlung wird auf der polierten Scheibe eine polykristalline Siliciumschicht abgeschieden, die mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren von der Vorderseite entfernt wird. Das Endprodukt ist eine doppelseitenpolierte Scheibe, die durch die Doppelseitenpolitur eine verbesserte Nanotopologie aufweist und mit einer externen Getterschicht zur Bindung von metallischer Kontamination in einer weit von der Bauelementrelevanten Schicht entfernten Zone versehen ist.
Die Erfindung ist auf einkristalline Siliciumscheiben unabhängig vom Kristalldurchmesser bzw. Scheibendurchmesser anwendbar. Bevorzugt ist die Anwendung auf Scheiben mit einem Durchmesser von 15, 20 oder 30 cm oder mehr. Da die Bauelemente, die auf Siliciumscheiben mit großem Durchmesser gefertigt werden, deutlich höhere Anforderungen an die Defektfreiheit des Siliciums stellen, ist die Anwendung der Erfindung auf Siliciumscheiben mit großem Durchmesser besonders bevorzugt.
Durch die Abwesenheit von Kristalldefekten in der erfindungsgemäßen Siliciumscheibe ist diese besonders zur Herstellung von sog. SOI-Scheiben („silicon an insulator") geeignet, bei denen die obere, bauelementrelevante Schicht keine Kristalldefekte haben darf, da sich sonst Defekte bis in die darunter liegende elektrisch isolierende Schicht („buried Oxide") fortsetzen können. Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe ist besonders als Donorscheibe zur Herstellung der dünnen bauelementrelevanten Siliciumschicht von SOI-Scheiben mittels Schicht-Transfer-Techniken geeignet.
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe lässt sich nach der Abspaltung einer Oberflächenschicht im Rahmen eines Schicht-Transfer-Verfahrens aufgrund ihrer vollkommenen Defektfreiheit auch mehrere Male als Donorscheibe wiederverwenden (SOI-rework).
Die erfindungsgemäße Siliciumscheibe ist auch als kostengünstiger Particle Monitor Wafer einsetzbar. Die Scheibe kann nach einer evtl. aufgetretenen Partikelbelastung wieder gereinigt und ggf. noch einmal poliert werden, ohne dass durch die Politur Kristalldefekte auf der Scheibenoberfläche sichtbar werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Siliciumscheibe sind sog. MEMS oder auch RFID-Anwendungen. Dabei handelt es sich oftmals um Wegwerfartikel (RFID: z. B. Diebstahlsicherungen an CD-Hüllen)die dennoch aus Silicium-Grundmaterial hoher Qualität und Defektfreiheit hergestellt werden müssen. Die Erfindung stellt eine kostengünstige Methode zur Herstellung des Ausgangsmaterials bereit.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer einkristallinen Siliciumscheibe, umfassend folgende Schritte: – Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch epitaktische Abscheidung oder Herstellung einer Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, deren elektrischer Widerstand vom elektrischen Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweicht, durch eine thermische Behandlung in einer Atmosphäre, die zur Ausdiffusion wenigstens eines Dotierstoffs führt, oder Herstellung einer externen Getterschicht auf der Rückseite der Siliciumscheibe durch Abscheidung von Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallinem Silicium, Innenimplantation oder mechanisches Damage und – thermische Behandlung der Siliciumscheibe mit einer Aufheizrate von mehr als 2 K/s und anschließendes Halten bei einer Temperatur, die so gewählt wird, dass die Ungleichung
erfüllt ist, wobei [O_i] die Sauerstoffkonzentration in der Siliciumscheibe, [Oi]^eq(T) die Randlöslichkeit von Sauerstoff in Silicium bei der Temperatur T, σ_SiO2 die Oberflächenenergie von Siliciumdioxid, Ω das Volumen eines präzipitierten Sauerstoffatoms, r der mittlere COP-Radius und k die Boltzmann-Konstante ist, wobei die Siliciumscheibe während der thermischen Behandlung wenigstens zeitweise einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial für das Verfahren eine Siliciumscheibe mit einer Sauerstoffkonzentration [O_i] < 7·10¹⁷ at/cm³ eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial für das Verfahren eine Siliciumscheibe mit einem mittleren COP-Durchmesser von weniger als 160 nm eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumscheibe mit der vorgegebenen Aufheizrate aufgeheizt wird, bis die Temperatur in einem Bereich liegt, in dem Ungleichung (1) erfüllt ist, anschließend die Temperatur für eine vorgegebene Zeit in diesem Bereich gehalten wird und danach die Siliciumscheibe mit einer vorgegebenen Abkühlrate abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, während der die Temperatur in dem Bereich liegt, in dem Ungleichung (1) erfüllt ist, zwischen 10 Sekunden und 15 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch die epitaktische Abscheidung einer Silicium enthaltenden Schicht hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch eine thermische Behandlung in einer Atmosphäre hergestellt wird, die zur Ausdiffusion wenigstens eines Dotierstoffs führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf der Rückseite der Siliciumscheibe durch eine Abscheidung von Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder polykristallinem Silicium erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, – Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe und – epitaktische Abscheidung einer Schicht gemäß Anspruch 6 auf der Vorderseite der Siliciumscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe und – epitaktische Abscheidung einer Schicht gemäß Anspruch 6 auf der Vorderseite der Siliciumscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre zur Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe und zur Auflösung der an der Vorderseite befindlichen COPs und – epitaktische Abscheidung einer Schicht gemäß Anspruch 6 auf der Vorderseite der Siliciumscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und – thermische Behandlung der Siliciumscheibe in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre zur Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, zur Auflösung der an der Vorderseite befindlichen COPs und zur Herstellung der Schicht auf der Vorderseite gemäß Anspruch 7.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und – epitaktische Abscheidung einer Schicht gemäß Anspruch 6 auf der Vorderseite der Siliciumscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und – thermische Behandlung der Siliciumscheibe in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre zur Ablösung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe, zur Auflösung der an der Vorderseite befindlichen COPs und zur Herstellung der Schicht auf der Vorderseite gemäß Anspruch 7.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, wobei die externe Getterschicht aus polykristallinem Silicium besteht, – Entfernung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch mechanischen oder chemischen Abtrag und – epitaktische Abscheidung einer Schicht gemäß Anspruch 6 auf der Vorderseite der Siliciumscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: – Oxidation der Vorder- und Rückseite einer geschliffenen und geätzten Siliciumscheibe zur Herstellung einer Siliciumoxid-Schicht, – thermische Behandlung der Siliciumscheibe, sodass Ungleichung (1) erfüllt ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, – Entfernung der Siliciumoxid-Schicht – gleichzeitige Politur der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, – Aufbringung einer externen Getterschicht gemäß Anspruch 8 auf der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe, wobei die externe Getterschicht aus polykristallinem Silicium besteht und – Entfernung der externen Getterschicht auf der Vorderseite der Siliciumscheibe durch mechanischen oder chemischen Abtrag.
Einkristalline Siliciumscheibe, die bis zu einer Tiefe, die mindestens 50 % der Scheibendicke entspricht, eine COP-Dichte von weniger als 10000 cm^–3 aufweist und auf ihrer Rückseite eine externe Getterschicht trägt, die Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid oder polykristallines Silicium, durch Innenimplantation eingefügte Dotierstoffatome oder mechanisches Damage enthält.
Einkristalline Siliciumscheibe, die bis zu einer Tiefe, die mindestens 50 % der Scheibendicke entspricht, eine COP-Dichte von weniger als 10000 cm^–3 aufweist und auf ihrer Vorderseite eine Schicht trägt, die epitaktisch abgeschieden wurde oder deren elektrischer Widerstand aufgrund einer abweichenden Konzentration wenigstens eines Dotierstoffs vom elektrischen Widerstand des Rests der Siliciumscheibe abweicht.
Siliciumscheibe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine epitaktisch abgeschiedene Siliciumschicht ist.
Siliciumscheibe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Silicium-Germanium enthält.
Siliciumscheibe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht verspanntes Silicium enthält.
Verwendung der Siliciumscheibe gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21 als Donorscheibe für die Herstellung einer SOI-Scheibe.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ungleichung (1) erfüllende thermische Behandlung an einem Paket von mehreren Siliciumscheiben durchgeführt wird, die mit ihren Flächen aufeinander liegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ungleichung (1) erfüllende thermische Behandlung an einem Stabstück eines Siliciumeinkristalls durchgeführt wird.