-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Einkristallkörpers für einen
hochqualitativen Halbleiter, wie er beispielsweise für Substrate
von integrierten Schaltkreisen oder Vorrichtungen verwendet wird,
welche auf dem Gebiet der Elektronik verwendet werden. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur Durchführung einer
charakteristischen Behandlung nach Herstellung eines Einkristallkörpers durch
ein herkömmliches
Einkristallherstellungsverfahren, um dadurch diejenigen Gitterfehler
auf Gitterfehlerniveau zu eliminieren, die während des Wachstums des Einkristallkörpers verursacht
worden sind.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Die
kürzliche
Weiterentwicklung von Elektronik- und Kommunikationsvorrichtungen
ist in großem Maße durch
die Weiterentwicklung der Haupttechnik von hochintegrierten Schaltkreisen
(LSI) gefördert
worden. LSIs werden typischerweise hergestellt, zum Beispiel durch
Bilden von Vorrichtungen und Verdrahten von Folien auf einer Oberfläche eines
Halbleiter-Einkristall-Wafers mit einem Durchmesser von etwa 20
cm (8 Inch), durch Kombinieren verschiedener Abscheidungsverfahren,
wie einem Ionen-Implantationsverfahren mit einem Ätzverfahren,
und durch Schneiden des Wafers in einzelne LSIs. Die Zuverlässigkeit
der hergestellten LSIs und die Ausbeute an Produkten werden in großem Maße durch
die während
des Herstellungsverfahrens verursachten Fehler beeinflusst.
-
Insbesondere
wirken Einkristall-Wafer als sogenannte Basis für LSIs. Das Vorhandensein von
Gitterdefekten in einem Einkristall-Wafer führt zu Ableitungen von Donoren
und Akzeptoren, zum Beispiel, was dadurch problematischerweise zu
sogenannten fehlerhaften elektrischen Kennzeichen von Halbleitern
führt.
Bei spielsweise ist als ein Faktor, der die elektrischen Kennzeichen
von LSIs beeinflusst, bekannt, dass eingewachsene Fehler, die durch
Punktfehler (wie Zwischengitter-Silicium-Atome und Leerstellen)
verursacht werden, in Silicium-Einkristall-Wafern vorliegen, die durch ein Czochralski-Verfahren
(im Folgenden „CZ-Verfahren" genannt) oder ein
Schwebezonen(schmelz)verfahren (im Folgenden „FZ-Verfahren" genannt) erzeugt worden
sind. Eingewachsene Fehler umfassen aufgrund von Unterschieden zwischen
den Wachstumsbedingungen einen Leerstellen-Typ und einen Zwischengitter-Silicium-Typ.
-
Als
ein Verfahren zur Verringerung derartiger eingewachsener Fehler
vom Leerstellen-Typ wurde ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat
offenbart, das die Schritte umfasst: Wärmebehandeln eines Silicium-Einkristall-Wafers
bei 723 bis 1173 K (absolute Temperatur) für 0,5 bis 16 Stunden, um dadurch
Sauerstoffausfällungen
innerhalb des Einkristall-Wafers zu erzeugen; und Wärmebehandeln
des Einkristall-Wafers bei hohen Temperaturen von mehr als 1273
K (absolute Temperatur) für
5 Minuten bis 5 Stunden in Wasserstoffgas oder einem Wasserstoff
enthaltenden Inertgas (vergleiche geprüfte
Japanische Patentveröffentlichung HEI-5-18254 (
18254/1993 )). Gemäß diesem
Verfahren werden diejenigen eingewachsenen Fehler vom Leerstellen-Typ
verringert, die nahe der Einkristall-Waferoberfläche, die eine aktive Schicht
eines LSI wird, vorliegen.
-
Unter
den eingewachsenen Fehlern neigen die Fehler vom Leerstellen-Typ
dazu, durch erhöhte
(Herauf-)Ziehgeschwindigkeit bei einem CZ-Verfahren verursacht zu
werden. Somit wird die (Herauf-)Ziehgeschwindigkeit verringert,
um derartige eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ zu vermeiden.
-
Obwohl
jedoch gemäß dem durch
die oben erwähnte
geprüfte
Japanische Patentveröffentlichung HEI-5-18254 offenbarten
Verfahren diejenigen eingewachsenen Fehler vom Leerstellen-Typ nahe
der Einkristall-Waferoberfläche
verringert werden können,
ist es schwierig, eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ im Bereich
im Inneren der Waferoberfläche
zu verringern. Weiterhin führt
die verrin gerte (Herauf-)Ziehgeschwindigkeit bei dem CZ-Verfahren
zur Verringerung der eingewachsenen Fehler vom Leerstellen-Typ zu
solchen Problemen, dass eingewachsene Fehler vom Zwischengitter-Silicium-Typ
erzeugt werden, und zu verschlechterter Produktivität eines
Silicium-Einkristalls.
-
Wenn
auch darüber
hinaus erhöhte
Durchmesser (von 12 Inch) von Silicium-Einkristall-Wafern in steigendem Maße kürzlich nachgefragt
werden, um auf diese Weise einen höheren Grad an Integration von
einem LSI selbst sowie verringerte Kosten, z.B. wie beim Abscheidungsprozess,
zu erreichen. Sobald jedoch die Durchmesser erhöht werden, werden die Fehlersteuerung
bzw. -kontrolle und Qualitätssteuerung
bzw. -kontrolle beim Produktionsverfahren schwierig und verursachen
das Problem erhöhter
Herstellungskosten.
-
Daher
bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
eines Verfahrens für
einen Einkristallkörper,
das in der Lage ist, diejenigen Gitterfehler, wie eingewachsene
Fehler vom Leerstellen-Typ, auszutreiben (oder aufzufüllen) oder
zu verteilen bzw. dispergieren, die nicht nur an der Oberfläche des
Einkristallkörpers
vorliegen, sondern auch innerhalb des Einkristallkörpers, ungeachtet
der Größe des Einkristallkörpers.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand in der Bereitstellung
eines Einkristallkörpers,
der frei von Gitterfehlern, wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ,
an der Oberfläche
und im Inneren des Einkristallkörpers
ist, oder in dem derartige Gitterfehler äußerst wenig und auf diese Weise
fein sind.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Was
die oben erwähnten
herkömmlichen
Probleme bei der Erzeugung von Fehlern bei der Herstellung von Halbleiter-Einkristallen
anbelangt, haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass Gitterfehler
oder Agglomerate von Gitterfehlern, die unvermeidbar während der
Herstellung der Halbleiter-Einkristalle durch das herkömmliche
Einkristall-Herstellungsverfahren verursacht werden, durch Durchführen einer
Behandlung mit heißisostatischem
Pressen (im Folgenden „HIP-Behandlung" genannt) eliminiert
werden können,
und haben die vorliegende Erfindung eingehender durchgeführt.
-
Die
Erfindung gemäß Anspruch
1 ist ein Fehlereliminierungsverfahren für einen Einkristallkörper, das die
Schritte umfasst: Durchführen
einer Behandlung mit heißisostatischem
Pressen für
einen Einkristallkörper 11 in
einer Atmosphäre,
bei der der Einkristallkörper 11 stabil
ist, unter einem Druck von 0,2 bis 304 MPa bei einer Temperatur,
die das 0,85- oder mehrfache des Schmelzpunkts, in einer absoluten
Temperatureinheit, des Einkristallkörpers 11 beträgt, für 5 Minuten
bis 20 Stunden; und Tempern des Einkristallkörpers 11, wie in 1 gezeigt.
-
Als
Gitterfehler, die in einem Einkristallkörper gebildet werden, sind
bekannt: eine Atomleerstelle und ein Zwischengitter-Atom, bei denen
es sich um Fehler auf einem Einheits-Atom-Niveau handelt; eine Versetzung
und ein Stapelfehler, bei denen es sich um Fehler wie Gitterfehlordnungen
handelt; und eine beliebige Kombination davon, wie ein relativ großes Loch
(akkumulierte bzw. aufgehäufte
Leerstelle), die durch agglomerierte Atom-Leerstellen gebildet wird.
Von diesen sind Versetzungen und akkumulierte Leerstellen bei der Verwendung
eines Einkristallkörpers
als Halbleiter-Substrat besonders problematisch. Kleinere Mengen
an Atom-Leerstellen und Zwischengitter-Atomen sind nicht einzeln
problematisch, da jedes von ihnen weitaus kleiner als die Ausmaße der Vorrichtung
und Verdrahtung von heutigen LSIs ist. Was Stapelfehler anbelangt, tendieren
Versetzungen dazu, an den Grenzen von Stapelfehlern aufzutreten,
und ein Auftreten von Versetzungen führt zu einem Problem. Diese
problematischen Gitterfehler verursachen ein derartiges Phänomen, dass
nur diese Fehlerbereiche selektiv geätzt werden, wie bei einem Ätzbetrieb
eines LSI-Herstellungsverfahrens, wodurch begreiflich die Ausbeute
des Herstellungsverfahrens abgesenkt und somit die Zuverlässigkeit des
Endprodukts verringert wird.
-
Die
vorliegenden Erfinder haben zahlreiche Experimente im Hinblick auf
Verfahren zur Behandlung von Silicium-Einkristallen, einschließlich derartiger
Gitterfehler in verschiedenen Inertgasatmosphären (wie Ar-Gas) bei hohen
Temperaturen unter hohen Drücken
durchgeführt,
und gefunden, dass die HIP-Behandlung und das Tempern danach unter
den spezifischen Bedingungen, wie in Anspruch 1 genannt, eine Wirkung
haben, um die oben erwähnten
Gitterfehler zu eliminieren oder die Gitterfehler in einen Gitterfehler-Zustand
auf Einheits-Atom-Niveau zu verteilen bzw. dispergieren, um dadurch
im Wesentlichen diejenigen Gitterfehler von Größen auszuschließen, die
bei der praktischen Verwendung problematisch sind. Die HIP-Behandlung
eines Einkristallkörpers
führt nämlich dazu,
dass diejenigen Gitterfehler, wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ,
die innerhalb des Einkristall-Wafers vorliegen, zerbrochen werden,
dergestalt, dass diejenigen Atome, die den Einkristallkörper ausmachen,
umgelagert werden, um dadurch einen hoch qualitativen Einkristallkörper bereitzustellen,
in dem die Gitterfehler, wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ,
ausgetrieben oder verteilt sind.
-
Die
HIP-Behandlungsatmosphäre,
bei der der Einkristallkörper
stabil ist, ist eine Inertgasatmosphäre oder eine Atmosphäre, die
Dampf von einem Element mit hohem Dampfdruck enthält, und
vorzugsweise wird die HIP-Behandlung unter einem Druck von 10 bis
200 MPa durchgeführt.
-
Weiterhin
handelt es sich bei dem Einkristallkörper um einen Ingot eines Silicium-Einkristalls,
eines GaAs-Einkristalls, eines InP-Einkristalls, eines ZnS-Einkristalls oder
eines ZnSe-Einkristalls, oder einen durch Schneiden des Ingots erhaltenen
Block oder Wafer.
-
Darüber hinaus
fährt der
Einkristallkörper,
bei dem durch das in Anspruch 1 oder 2 genannte Verfahren Fehler
eliminiert worden sind, zu einem hochqualitativen Einkristallkörper, in
dem die Gitterfehler, wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ,
ausgetrieben oder verteilt sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Längs-Querschnittsansicht
einer HIP-Apparatur, die zur Eliminierung von Fehlern eines Einkristallkörpers gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
-
2 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 1, wobei
ein Zustand gezeigt ist, bei dem ein unterer Deckel abgesenkt wird,
um auf diese Weise den Einkristallkörper aus der HIP-Apparatur
zu entnehmen;
-
3 ist
eine Ansicht, die schematisch eine Struktur eines Einkristallkörpers zeigt,
der aus einem einzelnen Element besteht und durch ein typisches
Einkristall-Herstellungsverfahren hergestellt worden ist;
-
4 ist
eine Ansicht, die schematisch eine Struktur eines Einkristallkörpers zeigt,
der aus einem einzelnen Element besteht, nach der Behandlung durch
das Fehlereliminierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
d.h. nach der HIP-Behandlung;
-
5-A ist eine Ansicht, die schematisch
einen Silicium-Einkristall-Wafer von Beispiel 1 vor der Implantation
von He-Ionen zeigt;
-
5-B ist eine Ansicht, die schematisch
den Silicium-Einkristall-Wafer von Beispiel 1 nach der Implantation
von He-Ionen und vor einer Temperbehandlung zeigt;
-
5-C ist eine Ansicht, die schematisch
den Silicium-Einkristall-Wafer von Beispiel 1 nach der Temperbehandlung
und vor einer HIP-Behandlung zeigt;
-
5-D ist eine Ansicht, die schematisch
den Silicium-Einkristall-Wafer von Beispiel 1 nach der HIP-Behandlung
zeigt;
-
6-A ist eine Elektronen-Mikrophotographie
(etwa × 18000)
eines Querschnitts des Silicium-Einkristall-Wafers von Beispiel
1 nach der Implantation von He-Ionen und vor der Temperbehandlung;
-
6-B ist eine Elektronen-Mikrophotographie
(etwa × 18000)
des Querschnitts des Silicium-Einkristall-Wafers von Beispiel 1
nach der Temperbehandlung und vor der HIP-Behandlung;
-
6-C ist eine Elektronen-Mikrophotographie
(etwa × 45000)
des Querschnitts des Siliciums-Einkristall-Wafers von Beispiel 1
nach der Temperbehandlung und vor der HIP-Behandlung; und
-
6-D ist eine Elektronen-Mikrophotographie
(etwa × 18000)
des Querschnitts des Silicium-Einkristall-Wafers von Beispiel 1
nach der HIP-Behandlung.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUR DURCHFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
-
Im
Folgenden wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
-
Wie
in 1 und 2 gezeigt, wird die Fehlereliminierung
aus einem Einkristallkörper 11 der
vorliegenden Erfindung mittels einer Apparatur für heißisostatisches Pressen (im
Folgenden „HIP-Apparatur" genannt) 12 durchgeführt. Die
HIP-Apparatur 12 umfasst: ein zylindrisches, gegen hohe
Temperaturen und hohe Drücke
beständiges
Druckgefäß 13;
einen oberen Deckel 14 und einen unteren Deckel 16 zum
Schließen
des oberen Endes bzw. des unteren Endes des Druckgefäßes 13;
einen Träger 17,
der auf einer oberen Oberfläche des
unteren Deckels 16 angeordnet ist, um auf diese Weise den
Einkristallkörper 11 zu
tragen; und eine Heizvorrichtung 18 zum Einschließen des äußeren Umfangs
des Einkristallkörpers 11 bei
einem vorbestimmten Abstand und zum Erwärmen des Körpers 11. In der Mitte
des oberen Deckels 14 ist ein Gaseinlass 14a zum
Einführen
eines Gases in die Apparatur 12 ausgebildet. Der untere
Deckel 16 wird zusammen mit dem Träger 17 und dem Einkristallkörper 11 gehoben
und abgesenkt, und ist derartig ausgebildet, dass der Einkristallkörper 11 im
abgesenkten Zustand des unteren Deckels 16 auf den Träger 17 geladen
und von diesem entladen werden kann. Bezugsziffer 19 in 1 und 2 bezeichnet
eine Wärmeschutzhülse, die
den äußeren Umfang der
Heizvorrichtung 18 bei einem vorbestimmten Abstand einschließt.
-
Durchführung der
HIP-Behandlung durch Einbringen des Einkristallkörpers 11 in die HIP-Apparatur 12: das
Innere der HIP-Apparatur 12 wird mit einer stabilen Atmosphäre für den Einkristallkörper 11 gefüllt; der Druck
innerhalb der Apparatur 12 wird auf 0,2 bis 304 MPa, und
vorzugsweise auf 10 bis 200 MPa, gehoben; die Temperatur innerhalb
der Apparatur 12 wird auf eine Temperatur gebracht, die
das 0,85- oder mehrfache, vorzugsweise das 0,9- oder mehrfache,
des Schmelzpunkts des Einkristallkörpers, in einer absoluten Temperatureinheit,
beträgt;
und die Zeitdauer zur Aufrechterhaltung dieses Zustandes wird auf
5 Minuten bis 20 Stunden, vorzugsweise auf 0,5 Stunden bis 5 Stunden
(im Falle, dass die Behandlungstemperatur auf eine Temperatur des
0,9-fachen oder mehrfachen des Schmelzpunktes eingestellt wird)
eingestellt. Darüber
hinaus wird der Einkristallkörper 11 natürlich abgekühlt, d.h.
getempert.
-
Bei
der stabilen Atmosphäre
für den
Einkristallkörper 11 während der
HIP-Behandlung handelt
es sich um eine Inertgasatmosphäre
oder eine Atmosphäre,
die Dampf von einem Element mit hohem Dampfdruck enthält. Wenn
der Einkristallkörper 11 aus
einem einzelnen Element, wie Silicium, besteht und somit der Dampfdruck
nicht so gehoben wird, ist es möglich,
ein Inertgas, wie ein Argongas, als Druckmedium zu verwenden. Jedoch
ist es notwendig, einer Verunreinigung des Einkristallkörpers 11 Aufmerksamkeit
zu schenken, beispielweise durch Einführung von Luft in die HIP-Apparatur 12,
wenn der Einkristallkörper 11 in
die Apparatur 12 eingeführt
wird, und durch Verdampfung von konstituierenden Teilen der Apparatur 12,
wie der Heizvorrichtung 18, und Verdampfung von Ad sorbaten.
Konkret gesagt, ist es bevorzugt, die HIP-Behandlung in einem derartigen
Zustand durchzuführen,
dass der Einkristallkörper 11 in
einem Behälter 21 mit
der Form einer umgedrehten Schale eingebracht ist, der aus einem
gasundurchlässigen
Material gebildet ist und ein Öffnungsteil 21a zum
Druckausgleich am unteren Abschnitt der HIP-Apparatur 12 aufweist.
Da darüber
hinaus ein Hochdruckgas ein Fluid mit einer hohen Dichte und niedrigen
Viskosität
ist und somit zur Verursachung von Konvektion neigt, wird es möglich, eine
Verunreinigung zu unterdrücken,
wie beispielsweise bedingt durch Substanzen, die aus konstituierenden
Teilen der HIP-Apparatur 12, wie der Heizvorrichtung 18,
verdampfen, durch Einbringen des Einkristallkörpers 11 in den Behälter 21.
Darüber
hinaus ist es bevorzugt, einen Block 22, der aus reinem
Titan hergestellt ist, zwischen dem Träger 17 und dem Einkristallkörper 11 anzuordnen,
um auf diese Weise beispielsweise Sauerstoff im Behälter 21 bei
Erhitzen auf eine hohe Temperatur zu gettern. Unterdessen ist es
bevorzugt: eine Atmosphäre,
die Dampf eines As-Elements
von hohem Dampfdruck enthält,
anzunehmen, wenn der Einkristallkörper ein Verbindungs-Halbleiter
eines GaAs-Einkristalls ist; eine Atmosphäre, die Dampf eines P-Elements
von hohem Dampfdruck enthält,
anzunehmen, wenn der Einkristallkörper ein Verbindungs-Halbleiter
eines InP-Einkristalls ist; und eine Atmosphäre, die Dampf eines Zn-Elements
von hohem Dampfdruck enthält,
anzunehmen, wenn der Einkristallkörper ein Verbindungs-Halbleiter
eines ZnS-Einkristalls
oder ZnSe-Einkristalls ist.
-
Die
Definition der Temperatur bei der HIP-Behandlung auf das 0,85-fache
des Schmelzpunkts des Einkristallkörpers in einer absoluten Temperatureinheit
dient der Förderung
der Verteilung der Gitterfehler innerhalb des Einkristallkörpers. Darüber hinaus
ist die Definition des Drucks bei der HIP-Behandlung auf 0,2 bis 304
MPa bedingt durch die Tatsache, dass: Drücke niedriger als 0,2 MPa vermögen nicht
zu einem austreibenden Effekt oder einer Verteilungswirkung der
Gitterfehler zu führen;
und Drücke über 304
MPa verursachen Festigkeitsprobleme bei der HIP-Apparatur, wenngleich
höhere
Drücke
weiterhin die Entwicklung der Verteilung der Gitterfehler fördern. Unter
einem praktischen Gesichtspunkt sind Drücke von 200 MPa oder weniger geeignet.
Darüber
hinaus ist die Definition der HIP-Behandlungszeit von 5 Minuten
bis 20 Stunden durch die Tatsache bedingt, dass: Zeitdauern von
wenigern als 5 Minuten führen
zu ungenügender
Entwicklung der Verteilung der Gitterfehler; und Zeitdauern, die
20 Stunden überschreiten,
behindern die Produktivität,
da die HIP-Behandlungszeit 24 Stunden einschließlich der Temperzeit übersteigt.
Betrachtet man, dass die HIP-Behandlung so durchgeführt werden
soll, dass die HIP-Behandlungszeit innerhalb 24 Stunden bleibt,
ist es bevorzugt, diese bei hohen Temperaturen, die das 0,9- oder
mehrfache des Schmelzpunkts des Einkristallkörpers in einer absoluten Temperatureinheit
betragen, durchzuführen.
-
Unterdessen
kann der Einkristallkörper
in einem Zustand sein: ein Einkristall-Ingot, gewachsen bei der CZ-Methode
oder FZ-Methode; ein Block, erhalten durch geeignetes Schneiden
eines derartigen Ingots; oder ein Wafer, der sich dem Endprodukt
annähert.
Darüber
hinaus umfassen Einkristalle solche von Silicium, GaAs, InP, ZnS
oder ZnSe. Im Falle eines klein bemessenen Einkristallkörpers ist
es möglich,
im Wesentlichen Gitterfehler zu eliminieren, da ein Teil der Gitterfehler
von der Oberfläche
des Einkristalls zur Außenseite
verbannt wird. Im Falle eines groß bemessenen Einkristallkörpers werden
die meisten Gitterfehler in einen verteilten Zustand von Atomleerstellen über den
gesamten Bereich des groß bemessenen
Einkristalls gebracht, um dadurch scheinbar einen fehlerfreien Zustand
zu zeigen, der für
praktische Anwendungen ausreichend ist. Es sei angemerkt, dass es
nicht zweckmäßig ist,
den auf diese Weise erhaltenen Einkristallkörper bei einem solchen Verfahren
zu verwenden, bei dem der Einkristallkörper auf eine Temperatur erwärmt wird,
die eine Agglomeration der verteilten Atomleerstellen verursacht,
da der Zustand, bei dem die verteilten Atomleerstellen zur Bildung
von akkumulierten Leerstellen agglomerieren, thermodynamisch stabil
ist, wenn der Einkristallkörper
wiederum nahe Atmosphärendruck
erwärmt
wird. Temperaturen, bei denen die verteilten Atomleerstellen agglomerieren,
sind in einem Bereich eingeschlossen, der höher als die Temperatur liegt,
die das 0,9-fache des Schmelzpunkts des Einkristallkörpers in
einer absoluten Temperatureinheit beträgt.
-
Im
Folgenden wird der Mechanismus der Fehlereliminierung gemäß der oben
erwähnten
HIP-Behandlung beschrieben.
-
3 ist
eine Ansicht, die schematisch eine Struktur eines Einkristallkörpers zeigt,
der aus einem einzelnen Element besteht und durch ein typisches
Einkristallherstellungsverfahren hergestellt ist. Wenngleich dimensionsmäßig übertrieben,
so liegen mehrere Typen von Fehlern 32 bis 36 vor,
auf die allgemein als Gitterfehler 31 innerhalb des Einkristallkörpers 11 Bezug
genommen wird. Während
diese Fehler durch mehrere Faktoren verursacht werden, sagt man
von der Versetzung 32, dass sie durch eine thermische Beanspruchung aufgrund
einer Temperaturdifferenz verursacht wird, die in einem Ingot während des
Temperaturabfallprozesses nach dem Wachstum des Einkristallkörpers 11 aus
einer Schmelze verursacht wird. Von dem Stapelfehler 33 sagt
man, dass er durch Verunreinigungselemente innerhalb der Schmelze
bedingt ist oder durch ein Gleiten bedingt ist, das bei der Integration
derjenigen Agglomerate von Atomen 30, die „Cluster" genannt werden, mit
der Einkristall-Matrix verursacht wird, wobei die Agglomerate durch
die Atome 30 beim Wachstum des Einkristalls gebildet worden
sind. Zudem liegen die Atomleerstelle 34 und das Zwischengitteratom 35 notwendigerweise
aufgrund eines Naturgesetzes vor, wonach die Existenz dieser Fehler
bei spezifischen Konzentrationen jeweils thermodynamisch stabil
ist unter der Bedingung einer vorbestimmten Temperatur, die höher als der
absolute Nullpunkt liegt, und eines vorbestimmten Drucks, es sei
denn, das Einkristallwachstum wird mit einem spezifischen Temperaturgradienten
durchgeführt.
Es sei angemerkt, dass Bezugsziffer 36 in 3 eine akkumulierte
Leerstelle bezeichnet.
-
Was
die Stabilität
und dergleichen der oben erwähnten
Gitterfehler 31 anbelangt, so existieren: ein thermodynamisches
Gesetz, wonach jede Substanz bei hohem Druck thermodynamisch stabil
ist, wenn sie eine Struktur einnimmt, die ein klei neres Volumen
als bei Atmosphärendruck
besetzt; und eine Hypothese, dass der Übergang (Dispersionsphänomen von
Atomen) einer Substanz zu einem derartig energetisch stabileren
Zustand kleineren Volumens dazu neigt, bei hohem Druck beschleunigt
zu werden. Wendet man diese Erwägung
auf Fehler eines Einkristallkörpers
an, so werden bestimmte Typen von Gitterfehlern möglicherweise
ausgetrieben oder verteilt, um dadurch eine Volumenverringerung
zu verursachen. Es wurde bereits hervorgehoben, dass ein solches
Phänomen
in einem Bereich oberhalb 1 GPa verursacht wird, was der sogenannte
Festkörper-Druck-Bereich
ist. Es ist jedoch unmöglich,
einen Einkristallkörper
eines großen
Volumens in einem derartig hohen Druckbereich zu behandeln, und
eine industrielle Anwendung ist unmöglich. Weiterhin wird im Falle
des Festkörper-Drucks
ein Druckmedium, wie ein Pulver eines Festkörpers, verwendet, wodurch unvermeidlich
eine Scherbeanspruchung aufgrund von Reibung, die die Transmission
des Drucks begleitet, verursacht wird. Eine solche Scherbeanspruchung
erhöht
unvermeidlich die Anzahl an Versetzungen, so dass der Festkörper-Druck
zur Behandlung eines Einkristallkörpers, wie ein Material eines
Gegenstands der vorliegenden Erfindung, nicht zweckmäßig ist.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung beruht darauf, dass
ein Gasdruck verwendet wird, um einen solchen hydrostatischen Druckzustand
auf industriellem Niveau zu realisieren, welcher ein Auftreten der
oben erwähnten
Scherbeanspruchung sowenig wie möglich
unterdrücken kann.
-
Im
Falle eines Silicium-Einkristalls, der aus einem einzigen Element
besteht, verursacht die HIP-Behandlung qualitativ die folgenden Übergänge (1)
bis (5) von Fehlern, was zu einer Verringerung der Gesamtanzahl
an problematischen Fehlern führt.
Es sei angemerkt, dass, obwohl Atomleerstellen sicherlich Gitterfehler sind,
ihre geringe Menge kein praktischer Fehler ist, wie oben erwähnt. Im
Ergebnis zeigt das Kristallgitter des Einkristalls nach der HIP-Behandlung
einen solchen Zustand, wie er schematisch in 4 gezeigt
ist. Es wird nämlich
eine Struktur bereitgestellt, bei der die Atomleerstellen 34 unabhängig voneinander
innerhalb des Einkristallkörpers 11 bei
Abständen
vorliegen, die einander in keiner Weise beeinflussen.
- (1) Kantenversetzungen bzw. -fehlordnungen (linear vorliegend
auf einer spezifischen Kristallebene) werden in eine Richtung verschoben,
um Fehlstellen an Fehlordnungsabschnitten zu verringern, und deren Menge
wird verringert.
- (2) Schraubenversetzungen bzw. -fehlordnungen (spiralförmiges Vorliegen
von Ebenenversetzung bzw. -fehlordnung) werden nicht so verringert.
- (3) Verschiebung von Stapelfehlern in einer Kristallorientierung
(111) wird korrigiert, und die Menge der Stapelfehler wird
verringert.
- (4) Zwischengitter-Atome werden instabil und bewegen sich in
Atomleerstellen, da diese Gitter an Zwischengitter-Atomen gestreckt
werden, was zu einer Verringerung der Gesamtmenge an Zwischengitter-Atomen
führt.
- (5) Akkumulierte Leerstellen sind instabil, wenn sie als große Löcher vorliegen.
Somit führt
ein Lassen von akkumulierten Leerstellen bei hohen Temperaturen
für eine
lange Zeitdauer zu einer Verteilung der akkumulierten Leerstellen
als Atomleerstellen, was somit zu anscheinendem Nicht-Vorhandensein
von akkumulierten Leerstellen führt.
-
Im
Folgenden wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
In
dieser Ausführungsform
wird als Einkristallkörper
ein Einkristall-Wafer angenommen, der aus einem durch ein CZ-Verfahren
oder ein FZ-Verfahren gewachsenen Einkristall-Ingot ausgeschnitten
wird. Vorzugsweise ist der Einkristall-Wafer noch nicht poliert.
-
Eingewachsene
Fehler vom Leerstellentyp, die durch die HIP-Behandlung der vorliegenden
Erfindung reduziert werden sollen, umfassen COP (Kristallverursachte
Teilchen), FPD (Fließmuster-Fehler)
und LSTD (Infrarotlicht- Streuungs-Tomograph-Fehler).
Hierbei bedeutet „COP" ein Kristall-verursachtes
flaches Ätzgrübchen, gezählt als
Teilchen mittels eines Laser-Teilchenzählers nach SC-1 Reinigung.
Darüber
hinaus bedeutet „FPD" Quellen von Spuren,
die ein einzigartiges Fließmuster
zeigen, das beim chemischen Ätzen
dieses Silicium-Einkristall-Wafers durch eine Secco-Ätzlösung für 30 Minuten
erscheint, wobei der Wafer aus einem Silicium-Einkristall ausgeschnitten
worden ist, der durch ein CZ-Verfahren (hoch)gehoben wurde. Zudem
wird ein „LSTD" ein Infrarotlicht-Streuungs-Fehler
genannt und bedeutet einen Ursprung, bei dem Brechungsindexes unterschiedlich
zu dem von Silicium vorliegen und die Streulicht erzeugt, wenn Infrarotlicht
auf einen Silicium-Einkristall bestrahlt wird.
-
Die
HIP-Behandlung der vorliegenden Erfindung wird in einer Atmosphäre eines
Inertgases, wie Ar, unter einem Druck von 0,2 bis 304 MPa bei einer
Temperatur, die das 0,85- oder mehrfache des Schmelzpunkts eines
Einkristall-Wafers (in einer absoluten Temperatureinheit) beträgt, für 5 Minuten
bis 20 Stunden durchgeführt.
Handelt es sich bei dem Einkristall-Wafer um einen Silicium-Einkristall-Wafer, wird die Behandlung
vorzugsweise unter einem Druck von 0,5 bis 101,3 MPa bei einer Temperatur
von 1436 bis 1673 K (absolute Temperatur) für 0,5 bis 5 Stunden durchgeführt. Drücke, Temperaturen
und Zeitdauern unterhalb der jeweiligen unteren Grenzwerte vermögen zu keiner
Wirkung zu führen,
um eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ im Einkristall-Wafer
auszutreiben oder zu verringern, während diejenigen, die die jeweiligen
oberen Grenzwerte überschreiten,
zu im Wesentlichen unveränderten
Verringerungsgraden (ihren. Somit wurden die oben erwähnten Bereiche
unter dem Standpunkt der Beständigkeit
der HIP-Behandlungsapparatur festgelegt.
-
Es
sei angemerkt, dass „Verringerung
von eingewachsenen Fehlern vom Leerstellen-Typ" nicht nur die Verringerung der Größe der durch
aggregierte Leerstellen gebildeten Fehlstellen bzw. Hohlräume bedeutet, sondern
auch die Verringerung der Dichte der Fehlstellen bzw. Hohlräume.
-
Im
Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung zusammen mit
Vergleichsbeispielen näher erläutert.
-
<Beispiel
1>
-
In
diesem Beispiel wurden Fehlstellenfehler simulativ in einem Silicium-Einkristall-Wafer
gebildet und HIP- behandelt.
-
Wie
nämlich
schematisch in 5A und 5B gezeigt,
wurden zuerst He-Ionen
(He+) in einen vorbestimmten Bereich eines
Einkristall-Wafers 50 einer Oberfläche mit Kristallorientierung
(100) und mit einer Dicke von 625 μm implantiert.
- Beschleunigungsspannung:
160 keV
- Dosismenge: 2 × 1017/cm2
- Erwärmungstemperatur
des Einkristall-Wafers: 873 K (absolute Temperatur)
-
Bei
dieser Ionen-Implantation wurde ein Ionen-Implantationsschädigungsbereich 51 bei
einer Tiefe von etwa 0,5 μm
von der Oberfläche
des Silicium-Einkristall-Wafers 10 ausgebildet.
Innerhalb dieses Bereichs 51 wurden Siliciumatome an bestimmten
Gitterpositionen in Gang gebracht und in Zwischengitter-Siliciumatome umgewandelt,
was zur Bildung vieler Leerstellen an solchen Gitterpositionen führte. Nach
der Ionen-Implantation wurde der Einkristall-Wafer 50 in
einer Sauerstoffatmosphäre
(100%) bei 1663 K (absolute Temperatur) für 2 Stunden durch Tempern behandelt,
um dadurch die Leerstellen zu Fehlstellen 51a zu aggregieren. Dieser
Einkristall-Wafer 50 wurde als Beispiel 1 bereitgestellt.
-
<Beispiel
2>
-
Der
Silicium-Einkristall-Wafer aus Beispiel 1, der mit Fehlstellen durch
Durchführung
der Ionen-Implantation und Temperbehandlung gebildet wurde, wurde
in eine wässrige
Flusssäurelösung bei
einer Konzentration von 10 Gew.-% eingetaucht, um dadurch Siliciumoxid
an der Oberfläche
des Einkristall-Wafers zu entfernen. Dieser Einkristall-Wafer wurde
als Beispiel 2 bereitgestellt.
-
<Beispiel
3>
-
Als
Einkristallkörper 11 wurde
ein Block mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Dicke von 100 mm
angenommen, der aus einem Silicium-Einkristall-Ingot gearbeitet wurde. Dieser Einkristall-Block 11 wurde in
die HIP-Apparatur 12 mit einem Durchmesser von 125 mm und
einer Höhe
von 250 mm zur Verarbeitung eingebracht. Aus Molybdän hergestellte
Heizvorrichtungen 18 wurden innerhalb dieser HIP-Apparatur 12 an oberen
und unteren Zonen bereitgestellt. Die HIP-Apparatur 12 hatte
eine Obergrenze von 1723 K (absolute Temperatur) als Gebrauchstemperatur
und konnte mit einem Druck bis zu 200 MPa maximal beaufschlagt werden.
Argongas wurde als Druckmediumgas verwendet. Der Ingot 11 wurde
in die HIP-Apparatur 12 in einem solchen Zustand eingebracht,
dass: der Ingot 11 wurde auf dem Träger 17, der aus Siliciumcarbid
(SiC) hergestellt war und einen Außendurchmesser von 100 mm aufwies,
angeordnet und dann ganz durch den Behälter 21 abgedeckt,
der aus SiC hergestellt war und einen Innendurchmesser von 110 mm,
eine Dicke von 3 mm und eine Länge
von 280 mm aufwies. Bei der HIP-Behandlung wurde der aus reinem
Titan hergestellte Block 22 zwischen den aus SiC hergestellten
Träger 17 und
den Einkristall-Block 12 gestellt, um auf diese Weise beispielsweise
Sauerstoff innerhalb des Behälters 21 bei
der Hochtemperaturerwärmung
zu gettern.
-
Nach
dem Absetzen des Einkristall-Ingots 11 in der HIP-Apparatur 12 wurde
das Innere der HIP-Appparatur 12 evakuiert, gefolgt von
2-maligen Austauschvorgängen
mit Argongas bei etwa 1 MPa, um dadurch die Vorbehandlung zu vervollständigen.
Als nächstes
wurde Argongas in die HIP-Apparatur 12 eingeführt und das
Innere der HIP-Apparatur 12 wurde mit einem Druck von 200
MPa beaufschlagt und die Heizvorrichtung 18 wurde gleichzeitig
eingeschaltet und auf eine absolute Temperatur von 1450 K [was das
0,857-fache des Schmelzpunkts (1690K) eines Silicium-Einkristalls
ist] erwärmt.
Dieser Zustand wurde für
20 Stunden gehalten. Nach dem Halten wurde der Einkristall-Ingot 11 natürlich abgekühlt (getempert)
innerhalb der Apparatur 12, bis die Temperatur innerhalb
der Apparatur 12 auf 573 K (absolute Temperatur) oder niedriger
abfiel, gefolgt von einer Freisetzung des Argongases, um dadurch
das Innere der Apparatur 12 auf Atmosphärendruck zurückzubringen,
und der Einkristall-Ingot 11 wurde dann aus der Apparatur 12 entnommen.
Dieser Einkristall-Ingot 11 wurde als Beispiel 3 bereitgestellt.
-
<Beispiel
4>
-
Bei
der HIP-Behandlung wurde nach Einführen des Argongases das Innere
der HIP-Apparatur mit einem Druck von 100 MPa beaufschlagt und die
Heizvorrichtung wurde gleichzeitig eingeschaltet, um dadurch das
Innere der Apparatur auf eine absolute Temperatur von 1530 K (was
das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines Silicium-Einkristalls ist)
zu erwärmen.
Dieser Zustand wurde für
2 Stunden gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Ingot
bereit, während
die anderen Bedingungen identisch zu Beispiel 1 eingestellt wurden. Dieser
Ingot wurde als Beispiel 4 bereitgestellt.
-
<Beispiel
5>
-
Als
Einkristallkörper
wurde ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einem Außendurchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 0,525 mm verwendet. Weiterhin wurde
bei der HIP-Behandlung nach Einführen
des Argongases das Innere der HIP-Apparatur mit einem Druck von
100 MPa beaufschlagt und die Heizvorrichtung wurde gleichzeitig
eingeschaltet, um dadurch das Innere der Apparatur auf eine absolute
Temperatur von 1530 K (was das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines
Silicium-Einkristalls ist) zu erwärmen. Dieser Zustand wurde für eine Stunde
gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer bereit,
während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Beispiel 5 zur Verfügung gestellt.
-
<Beispiel
6>
-
Als
Einkristallkörper
wurde ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einem Außendurchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 0,525 mm verwendet. Weiterhin wurde
bei der HIP-Behandlung nach Einführen
des Argongases das Innere der HIP-Apparatur mit einem Druck von
10 MPa beaufschlagt und die Heizvorrichtung wurde gleichzeitig eingeschaltet,
um dadurch das Innere der Apparatur auf eine absolute Temperatur
von 1530 K (was das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines Silicium-Einkristalls
ist) zu erwärmen.
Dieser Zustand wurde für
zwei Stunden gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer
bereit, während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Beispiel 6 zur Verfügung gestellt.
-
<Vergleichsbeispiel
1>
-
Bei
der HIP-Behandlung wurde nach Einführen des Argongases das Innere
der HIP-Apparatur mit einem Druck von 200 MPa beaufschlagt und die
Heizvorrichtung wurde gleichzeitig eingeschaltet, um dadurch das
Innere der Apparatur auf eine absolute Temperatur von 1400 K (was
das 0,828-fache des Schmelzpunkts eines Silicium-Einkristalls ist)
zu erwärmen.
Dieser Zustand wurde für
20 Stunden gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer
bereit, während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Vergleichsbeispiel 1 zur Verfügung gestellt.
-
<Vergleichsbeispiel
2>
-
Als
Einkristallkörper
wurde ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einem Außendurchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 0,525 mm verwendet. Weiterhin wurde
bei der HIP-Behandlung nach Einführen
des Argongases das Innere der HIP-Apparatur mit einem Druck von
0,15 MPa beaufschlagt und die Heizvorrichtung wurde gleichzeitig
eingeschaltet, um dadurch das Innere der Apparatur auf eine absolute
Temperatur von 1530 K (was das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines
Silicium-Einkristalls ist) zu erwärmen. Dieser Zustand wurde für zwei Stunden
gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer bereit,
während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Vergleichsbeispiel 2 zur Verfügung gestellt.
-
<Vergleichsbeispiel
3>
-
Als
Einkristallkörper
wurde ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einem Außendurchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 0,525 mm verwendet. Weiterhin wurde
bei der HIP-Behandlung nach Einführen
des Argongases das Innere der HIP-Apparatur bei Atmosphärendruck
gehalten und die Heizvorrichtung wurde gleichzeitig eingeschaltet,
um dadurch das Innere der Apparatur auf eine absolute Temperatur
von 1530 K (was das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines Silicium-Einkristalls ist)
zu erwärmen.
Dieser Zustand wurde für
eine Stunde gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer
bereit, während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Vergleichsbeispiel 3 zur Verfügung gestellt.
-
<Vergleichsbeispiel
4>
-
Als
Einkristallkörper
wurde ein Silicium-Einkristall-Wafer mit einem Außendurchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 0,525 mm verwendet. Dieser Silicium-Einkristall-Wafer
wurde direkt auf den unteren Deckel ohne Verwendung des aus SiC
hergestellten Trägers
und ohne Verwendung des aus reinem Titan hergestellten Blocks angeordnet,
und dieser Wafer wurde innerhalb der HIP-Apparatur ohne Verwendung des aus SiC
hergestellten Behälters
gestellt. Weiterhin wurde bei der HIP-Behandlung nach Einführen des
Argongases das Innere der HIP-Apparatur mit einem Druck von 100
MPa beaufschlagt und die Heizvorrichtung wurde gleichzeitig eingeschaltet,
um dadurch das Innere der Apparatur auf eine absolute Temperatur
von 1530 K (was das 0,905-fache des Schmelzpunkts eines Silicium-Einkristalls
ist) zu erwärmen.
Dieser Zustand wurde für
eine Stunde gehalten. Dies stellte einen Silicium-Einkristall-Wafer
bereit, während
die weiteren Bedingungen identisch zu denen von Beispiel 3 eingestellt
wurden. Dieser Wafer wurde als Vergleichsbeispiel 4 zur Verfügung gestellt.
-
<Vergleichstest
1 und Bewertung>
-
Eine
Betrachtung des Einkristall-Wafers 50 von Beispiel 1 durch
ein Transmissions-Elektronenmikroskop zeigte eine Bildung von Siliciumoxid
mit einer Dicke von etwa 600 nm bei der Einkristall-Waferoberfläche, wie
in 6-A bis 6-C gezeigt,
in welchem im Ionen-Implantationsschädigungsbereich viele Fehlstellen gebildet
wurden, wobei jede Fehlstelle Siliciumoxid einer Dicke von mehreren
nm an der inneren Oberfläche der
Fehlstelle aufwies. Diese Situation ist schematisch in 5-C gezeigt. Sauerstoffatome diffundierten
in den Einkristall-Wafer 50 aufgrund
von Diffusionskontrolle, während
Siliciumoxid 52 an der Einkristall-Waferoberfläche gebildet
wurde. Diejenigen Sauerstoffatome, die bis zu diesem Ionen-Implantationsschädigungsbereich 51 diffundierten,
bildeten Siliciumoxide 53 an den inneren Oberflächen der
Fehlstellen 51a. Die Fehlstellen 51a und die Siliciumoxide 53,
die durch eine gestrichelte Linie in 5-C eingekreist
sind, sind in vergrößerter Ansicht
schematisch gezeigt.
-
Daraufhin
wurde der Silicium-Einkristall-Wafer
50, der mit den Fehlstellen
51a durch
die Ionen-Implantation und die Temperbehandlung gebildet worden
war, HIP-behandelt unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen.
Dieser Einkristall-Wafer
50 wurde
durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop betrachtet. Darüberhinaus
wurde der Einkristall-Wafer von Beispiel 2 identisch zu oben HIP-behandelt und dann
durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop betrachtet. Das Ergebnis
ist in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
| | Einkristall-Wafer | Bedingung
bei HIP-Behandlung | Anzahl
der Fehler |
| | Dicke (mm) | Siliciumoxid
an Oberfläche | Temp.
(K) | Druck (MPa) | Zeit
(h) | Atmosphäre | |
| Beispiel
1 | 0,625 | vorhanden | 1473 | 5,07 | 1 | Gemisch aus
Ar und O2 (weniger als 10%) | 0 |
| Beispiel
2 | 0,625 | Nicht
vorhanden | 1473 | 5,07 | 1 | Gemisch aus
Ar und O2 (weniger als 10%) | 0 |
-
Wie
aus Tabelle 1 und 6-D offensichtlich,
wurden die Fehlstellen innerhalb des Einkristall-Wafers von Beispiel
1 vollständig
ausgetrieben, und das Siliciumoxid 52 an der Einkristall-Waferoberfläche hatte
sich auf etwa 900 nm erhöht.
-
Diese
Situation ist schematisch in 5-D gezeigt.
Unterdessen wurden die Fehlstellen innerhalb des Einkristall-Wafers
von Beispiel 2 ebenfalls vollständig
ausgetrieben, identisch zu Beispiel 1.
-
<Vergleichstest
2 und Bewertung>
-
Die
Silicium-Einkristall-Blöcke
der Beispiele 3 und 4 des Vergleichsbeispiels 1 wurden zu Wafern
gearbeitet und poliert, gefolgt von einem Ätzen, um auf diese Weise Grübchen darin,
sofern vorhanden, freizulegen. Weiterhin wurden die Silicium-Einkristall-Wafer
aus den Beispielen 5 und 6 und den Vergleichsbeispielen 2 und 3
auf interne Leerstellenfehler getestet durch ein Verfahren zum Transmittieren
von Infrarotlicht in jeden Wafer von dessen Seitenoberfläche aus,
um auf diese Weise das Infrarotlicht zu erfassen, dass von denjenigen
Fehlern gestreut wird, die innerhalb des Wafers in der Richtung
senkrecht zur Oberfläche
vorliegen. Die Anzahl der Fehler an den Oberflächen und im Inneren der jeweiligen
Wafer wurden durch das oben genannte Verfahren bestätigt bzw.
bestimmt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle
2]
| | Dimension
des Einkristallkör-pers | Bedingung
bei HIP-Behandlung | Behäl-termaterial | Anzahl der
Fehler |
| | Durchmesser (mm) | Dicke (mm) | Temp. (K) | Druck (MPa) | Zeit
(h) | | Oberfläche | Im
Inneren |
| Beispiel
3 | 100 | 100 | 1450 | 200 | 20 | SiC | 4 | 6 |
| Beispiel
4 | 100 | 100 | 1530 | 100 | 2 | SiC | 0 | 0 |
| Beispiel
5 | 100 | 0,525 | 1530 | 100 | 1 | SiC | 4 | 0 |
| Beispiel
6 | 100 | 0,525 | 1530 | 10 | 2 | SiC | 6 | 10 |
| Vergleichsbeispiel
1 | 100 | 100 | 1400 | 200 | 20 | SiC | 50
bis 60 | 100
oder mehr |
| Vergleichsbeispiel
2 | 100 | 0,525 | 1530 | 0,15 | 2 | SiC | 100
oder mehr | 100
oder mehr |
| Vergleichsbeispiel
3 | 100 | 0,525 | 1530 | Atmosphärisch | 2 | SiC | 100
oder mehr | Zum
Zählen
zu viele |
| Vergleichsbeispiel
4 | 100 | 0,525 | 1530 | 100 | 1 | Keines | Zur
Erfassung zu grob | Nicht messbar |
-
Wie
aus Tabelle 2 offensichtlich, hatte Beispiel 3 extrem wenig Oberflächenfeh
ler und Fehler im Innern, die auf praktisch brauchbarem Niveau liegen,
da die Behandlungszeit mit 20 Stunden relativ lang im Hinblick auf
die relativ niedrige Temperatur von 1450 K bei der HIP-Behandlung
war. Im Gegensatz dazu hatte das Vergleichsbeispiel 1 Oberflächenfehler,
die bei einem Niveau von mehreren Zehnern von Stücken und Fehlern im Innern
auf einem erhöhteren
Niveau erfasst wurden, selbst durch die verlängerte Behandlungszeit von
20 Stunden, da die Temperatur bei HIP-Behandlung nicht mehr als
1400 K betrug.
-
Beispiel
4 hatte im Wesentlichen keine Fehler, selbst mit einer Behandlungszeit,
die nur 2 Stunden betrug, da die Temperatur bei der HIP-Behandlung
1530 K hoch war und der Behandlungsdruck mit 100 MPa relativ hoch
war, so dass Fehler im Wesentlichen perfekt ausgetrieben wurden.
Im Gegensatz dazu hatte Vergleichsbeispiel 2 Oberflächenfehler
und Fehler im Inneren, die beide bei einem Niveau von 100 Stück oder mehr
erfasst wurden, da der Druck bei der HIP-Behandlung nicht höher als 0,15 MPa war.
-
Beide
Beispiele 5 und 6 hatten solche Fehler auf praktisch brauchbarem
Niveau, da für
diese dünne Silicium-Einkristall-Wafer
im Hinblick auf die kurze Zeit der HIP-Behandlung verwendet wurden.
Genauer gesagt, nur wenige Fehler wurden teilweise an den jeweiligen
Oberflächen
aufgrund einer Verunreinigung bei der HIP-Behandlung erfasst, aber
keine Fehler wurden innerhalb der Wafer erfasst. Im Gegensatz dazu
war Vergleichsbeispiel 3 mit Fehlern nicht nur an der Oberfläche, sondern
auch im Innern überflutet,
da der Druck bei der HIP-Behandlung nicht höher als Atmosphärendruck
war, selbst mit der gleichen Temperatur wie in den Beispielen 5
und 6. Es wird angenommen, dass die Fehler während der HIP-Behandlung eher zunahmen
als abnahmen.
-
Weiterhin
war Vergleichsbeispiel 4 zu grob, um dessen Oberfläche zu testen,
und zwar aufgrund einer auffallenden Verunreinigung von konstituierenden
Elementen der Behandlungskammer der HIP-Apparatur, da der Wafer
dieses Vergleichsbeispiels 4 direkt auf den unteren Deckel angeordnet
und direkt innerhalb der HIP-Apparatur ohne den aus SiC hergestellten
Träger,
ohne den aus reinem Titan hergestellten Block und ohne den aus SiC
hergestellten Container angeordnet wurde, und da die Behandlungstemperatur
so hoch war, wenngleich die Temperatur, der Druck und die Zeit bei
der HIP-Behandlung identisch zu denjenigen von Beispiel 5 waren.
Das Innere von Vergleichsbeispiel 4 war ebenfalls zum Testen zu
rau, und zwar aufgrund eines auffallenden Einflusses von Verunreinigung
von der Oberfläche.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wie oben beschrieben, die Behandlung mit heißisostatischem
Pressen für
einen Einkristallkörper
in einer Atmosphäre
durchgeführt,
bei der Einkristallkörper
stabil ist, unter einem Druck von 0,2 bis 304 MPa bei einer Temperatur,
die das 0,85- oder mehrfache des Schmelzpunkts, in einer absoluten
Temperatureinheit, des Einkristallkörpers beträgt, für 5 Minuten bis 20 Stunden,
und der Einkristallkörper
wird daraufhin getempert. Auf diese Weise werden diejenigen Gitterfehler,
wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ, die an der Oberfläche und
im Inneren des Einkristallkörpers
vorliegen, zerbrochen und zwar dergestalt, dass diejenigen Atome,
die den Einkristallkörper
ausmachen, umgelagert werden, was zu einer ausgezeichneten Wirkung
und der Bereitstellung eines hochqualitativen Einkristallkörpers führt, in
dem die Gitterfehler, wie eingewachsene Fehler vom Leerstellen-Typ,
ausgetrieben oder verteilt werden.
-
Im
Ergebnis werden zur LSI-Produktion unentbehrliche Substratmaterialien
in hochqualitative umgewandelt, die frei von Fehlern sind, wodurch
in großem
Maße zur
Produktionsausbeute beigetragen wird, dank der Verringerung von
Produkten außerhalb
der Spezifikation, und somit wird zur Verringerung der Produktskosten
für LSIs
beigetragen. Weiterhin wird es möglich,
einen hochqualitativen Einkristall ohne Verlängerung der Einkristall-Wachstumszeit
bei der Einkristall-Ingot-Herstellung herzustellen, was ein früherer Schritt
bei der Einkristall-Wafer-Herstellung war, wodurch in großem Maße zur Verkürzung der
Einkristall-Wachstumszeit, der Sicherung von Qualität und Verbesserung
an Ausbeute beigetragen wird, insbesondere bei der Herstellung eines
Silicium-Ingots von größerem Durchmesser,
bei dem das hiernach mehr zu erwarten war.
-
Weiterhin
kann die vorliegende Erfindung auf die Herstellung eines Einkristall-Wafers angewandt
werden, der aus Halbleitern von Verbindungen der Gruppe III bis
V, wie GaAs und InP, und Halbleitern von Verbindungen der Gruppe
II bis IV, wie ZnS und ZnSe, hergestellt wird, die stark als Substratmaterialien
erwartet werden, beispielsweise für Laserdioden und High-Electron-Mobility-Transistors
(HEMT), die in den letzten Jahren technologisch so viel fortgeschritten
sind, so dass hochqualitative Einkristalle auch für diese
Halbleiter hergestellt werden können,
so dass ein bemerkenswerter Beitrag zum technischen Fortschritt
in dieser Klassifikation ebenfalls zu erwarten ist.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Das
Fehlereliminierungsverfahren der vorliegenden Erfindung für einen
Einkristallkörper
und der durch das Verfahren Fehler eliminierte Einkristallkörper können zur
Herstellung eines Einkristallkörpers
für einen hochqualitativen
Halbleiter, wie er für
ein Substrat eines integrierten Schaltkreises oder einer integrierten
Vorrichtung verwendet wird, eingesetzt werden, indem die spezifische
Behandlung für
einen Einkristallkörper,
der durch ein herkömmliches
Einkristallherstellungsverfahren erzeugt worden ist, durchgeführt wird,
um dadurch diejenigen Gitterfehler, die während des Wachstums des Einkristallkörpers erzeugt
wurden, auf einem Gitterfehlerniveau zu eliminieren.