DE102007009281B4

DE102007009281B4 - Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen und Halbleitermaterialscheibe sowie Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE102007009281B4
Application number: DE102007009281A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schulze Hans-Joachim; Dr. Strack Helmut
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: DE102007009281A1; JP2012138592A; JP2008211216A; JP6236198B2; JP5134394B2

Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen, das Verfahren enthaltend: Erzeugen von Schädigungen (V6, V17) in einem Halbleitermaterial (10, 100) unter Erzeugen eines geschädigten Bereichs (10b, 100b) durch mechanisches Einwirken, und anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung (T2, t2 T5, t5) des Halbleitermaterials (10, 100) in inerter Atmosphäre unter Erzeugen von Sauerstoffausscheidungen (P1, P11) mit einer Konzentration größer als 10 Ausscheidungen je Kubikzentimeter in dem geschädigten Bereich (10b, 100b, 10c, 100c).

Description

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen ein Verfahren zum gezielten Erzeugen von Materialausscheidungen in Halbleitermaterial und eine Halbleiterscheibe mit Materialausscheidungen.
Zonen mit Materialausscheidungen in einem Halbleitermaterial werden erzeugt, um Schwermetalle, die während des Herstellprozesses des Halbleiterbauelementes in das Halbleitermaterial eindiffundieren können, in dieser Zone effektiv gettern zu können. Zusätzlich soll eine sogenannte „denuded zone”, die weitgehend frei ist von Sauerstoffausscheidungen, bereitgestellt werden, um in dieser Zone die elektrisch aktiven Bereiche des Halbleiterbauelementes unterzubringen.
Ein bekanntes Verfahren zur Bereitstellung einer solchen „denuded zone” besteht darin, in einem ersten Hochtemperaturprozess Sauerstoffatome auszudiffundieren und später einen Hochtemperaturschritt durchzuführen, der in den sauerstoffreichen Bereichen der Halbleiterscheibe zu Ausscheidungen führt und in dem Bereich der Halbleiterscheibe, in dem Sauerstoffatome merklich ausdiffundiert sind, zu einer „denuded zone”, da in dieser letztgenannten Zone nicht ausreichend Sauerstoffatome vorhanden sind, um zur Bildung von Ausscheidungen zu führen. Problematisch bei diesem Verfahren ist es allerdings, dass die vertikale Ausdehnung der „denuded zone” sehr beschränkt ist, da die Ausdiffusion von Sauerstoff aufgrund dessen relativ kleiner Diffusionskonstante beschränkt ist. Außerdem ist die Stabilität dieser Sauerstoffausscheidungen begrenzt, da die Ausdehnung dieser Ausscheidungen relativ gering ist. Erst wenn diese Ausscheidung eine gewisse Ausdehnung erreicht haben, weisen sie eine sehr gute Stabilität bei später durchgeführten Hochtemperaturschritten auf.
In dem Artikel von Falster, R., ”Orthogonal defect solutions for silicon wafers: MDZ and micro-defect free crystal growth”, Future Fab International Issue 12, (2002), ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Leerstellen in der Tiefe der Halbleiterscheibe durch einen nitridierenden ”Rapid thermal annealing(RTA)”-Schritt in Verbindung mit einem zusatzlichen Ausdiffusionsprozess erzeugt werden und sich bei einem nachfolgenden speziellen Temperprozess Ausscheidungen in der Scheibentiefe bilden, da die zusatzlichen Leerstellen die Bildung von Sauerstoffausscheidungen fordern. Diese erhohte Leerstellendichte bedingt auch eine großere Ausdehnung der Ausscheidungen und eine verbesserte Stabilitat derselben, jedoch ist auch bei diesem Verfahren die Ausdehnung der Ausscheidungen begrenzt, da die Konzentration der durch den RTA-Schritt zusatzlich erzeugten Leerstellen begrenzt ist.
Aus der US 6,451,672 B1 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Getterstellen bekannt, bei dem Edelgasionen implantiert werden mit Energien von etwa 20 KeV oder mehr, wobei als praktikabel 50 bis 300 KeV im Zusammenhang mit dem Stand der Technik angegeben werden.
Aus der KR 10 20060061625 A ist ein Verfahren zum Entfernen von Defekten bekannt, bei dem Sauerstoffionen in die Vorderseite eines Wafers implantiert werden mit Energien im Bereich von 10 bis 20 KeV.
Aus der nicht vorveroffentlichten DE 10 2006 002 903 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung eines Sauerstoff enthaltenden Halbleiterwafers bekannt durch Bestrahlung mit hochenergetischen Teilchen, nämlich Protonen, Edelgasionen, Halbleiterionen oder dotierenden Teilchen.
Aus D. H. Weiner, ”Oxygen implantation for internal gettering and reducing carrier lifetime”, Appl. Phys. Lett. 50 (15), 13. April 1987, Seite 986 bis Seite 988, ist die Implantation von Sauerstoffionen mit 200 keV in die Vorderseite eines Wafers bekannt. Danach wird eine Epitaxieschicht auf die Vorderseite des Wafers aufgewachsen.
Aus der DE 39 34 140 A1 ist ein Verfahren zur die Ausbildung von getterfähigen Zentren induzierenden Oberflächenbehandlung bekannt, bei dem ein statischer Druck auf eine Halbleiterscheibe ausgeübt wird. Danach wird dreißig Minuten getempert. Aus ”Dopant, defects and oxygen interaction in MeV implanted Czochralski silicon”, A. La Ferla u. a., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 96 (1995), 232–235, ist eine Untersuchung bekannt, bei der Sauerstoff in eine Halbleiterscheibe implantiert wird. Danach wird für 30 Minuten getempert.
Dennoch besteht ein Bedürfnis nach einem einfachen Verfahren, bei dem insbesondere die maximale Konzentration der hierdurch erzeugten Leerstellen in einem weiten Bereich einstellbar ist, und insbesondere auch zu großen Werten hin. Außerdem soll eine Halbleitermaterialscheibe angegeben werden, die insbesondere mit einem solchen Verfahren hergestellt worden ist.
Es wird ein Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen, angegeben,
das Verfahren enthaltend:

– Erzeugen von Schädigungen in einem Halbleitermaterial unter Erzeugen eines geschädigten Bereichs durch mechanisches Einwirken oder durch Implantation und
– anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitermaterials unter Erzeugen von Materialausscheidungen in dem geschädigten Bereich.

Während dieser Wärmebehandlung können sich auch die gebildeten Kristalldefekte bzw. Leerstellen noch weiter in die Tiefe der Halbleiterscheibe verteilen. Mittels dieser Verfahren werden sehr hohe Leerstellenkonzentrationen erzeugt, sodass sich relativ große und damit auch sehr stabile Ausscheidungen ergeben.
Außerdem werden eine Halbleitermaterialscheibe, und Halbleiterbauelemente bzw. integrierte Schaltkreise angegeben:

– mit einem ersten Bereich, der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, und
– mit einem zweiten Bereich, der Materialausscheidungen enthält mit einer Konzentration größer als 10⁷ Ausscheidungen je Kubikzentimeter.

Im Folgenden werden Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele erläutert. Bezüglich der Ausführungsbeispiele wird auf die Figuren Bezug genommen. Darin zeigen:
1A und 1B den prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Erzeugen von Materialausscheidungen in einem Halbleitermaterial,
2 Einen Querschnitt durch ein Halbleitermaterial mit Materialausscheidungen (Präzipitate),
3A bis 3E eine Prozessvariante, und
4A bis 4E eine weitere Prozessvariante.
Sofern in dieser Anmeldung ”können” oder ”kann” erwähnt wird, ist sowohl die Möglichkeit gemeint als auch die tatsächliche Realisierung der genannten Maßnahme bei einer Ausführungsform.
Angegeben wird ein Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen, das Verfahren enthaltend die Schritte:

– Erzeugen von Schädigungen in einem Halbleitermaterial unter Erzeugen eines geschädigten Bereichs durch mechanisches Einwirken oder durch Implantation, und
– anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitermaterials unter Erzeugen von Ausscheidungen in dem geschädigten Bereich.

Das Halbleitermaterial ist vor der Schädigung beispielsweise einkristallin, d. h. nur mit Gitterfehlern versehen, die sich bei der Herstellung nicht vermeiden lassen. Insbesondere sollte das Material beispielsweise eine hohe Sauerstoffkonzentration beinhalten, die im Bereich der Sauerstofflöslichkeit liegt. In Silizium liegt diese Löslichkeitsgrenze etwa bei 8 × 10¹⁷ Sauerstoffatomen pro cm^–3. Es werden bspw. Halbleiterscheiben von einem Halbleitermaterial abgeschnitten. Die Halbleitermaterialscheiben haben bspw. kreisrunde Umrisse, ggf. mit einer Markierung der Kristallrichtung, z. B. einer Abflachung bzw. einem „Flat”. Eine typische Dicke der Halbleitermaterialscheibe beträgt bspw. 700 Mikrometer. Der Durchmesser liegt bspw. im Bereich von 15 Zentimeter bis 30 Zentimeter, zukünftig auch über 30 Zentimeter.
Das Halbleitermaterial ist beispielsweise ein Halbleitermaterial, dessen Grundgitter nur eine Atomart enthält, bspw. Siliziumatome oder Germaniumatome. Alternativ wird ein Verbindungshalbleitermaterial verwendet, dessen Grundgitter zwei oder mehr als zwei Atomarten enthält, bspw. Galliumarsenid, Indiumphosphit oder Siliziumcarbid. Die Ausscheidungen enthalten dagegen Atomarten, die nicht im Grundgitter enthalten sind. Die Ausscheidungen entstehen aus Material, das im Halbleitermaterial gelöst bzw. einimplantiert ist, nämlich Sauerstoff. Die Ausscheidungen haben eine Ausdehnung und eine Dichte, die ausreichend groß sind, um eine Getterwirkung für Schwermetalle zu entfalten.
Die Wärmebehandlung wird bspw. bei einer Temperatur größer oder gleich 800°C für mindestens 5 Stunden oder mindestens 10 Stunden durchgeführt, wobei die Temperatur insbesondere kleiner als 1100°C ist (Grad Celsius). Die Wärmebehandlung ist z. B. einstufig, d. h. dass bspw. eine konstante Temperatur während dieser Zeit verwendet wird. Alternativ ist die Wärmebehandlung mehrstufig und vorzugsweise zweistufig. Die Wärmebehandlung ist jedoch insbesondere kürzer als 24 Stunden.
Eine mechanische Schädigung oder eine Schädigung durch Implantation kann gezielter eingebracht werden als eine Schädigung nur durch eine Wärmebehandlung. So kann das Zentrum der Schädigung bspw. in der Nähe nur einer Hauptfläche bzw. ebenen Fläche einer Halbleiterscheibe angeordnet werden. Außerdem lassen sich mit mechanischer Schädigung bzw. mit Implantation Schädigungen mit einer großen Konzentration erzielen. Dies hat eine Auswirkung auf die Konzentration der entstehenden Ausscheidungen, so dass auch die Konzentration, die Größe und damit auch die Stabilität der Ausscheidungen höher werden kann als bei bisher verwendeten Verfahren.
Die genannten Schritte können insbesondere vor dem Herstellen von Halbleiterbauelementen in dem Halbleitermaterial durchgeführt werden, und zwar z. B. vor einer Wannenimplantation, bspw. mit Dotierstoffatomen eines Dotiertyps, der sich vom Dotiertyp der Dotierstoffatome des Halbleitermaterials unterscheidet. Alternativ werden die Wannen in undotiertes Halbleitermaterial eingebracht. Die Schritte können insbesondere vor einer Gateoxidherstellung durchgeführt werden, damit bei der kritischen Herstellung des Gateoxids bereits eine hohe Getterwirkungen an den Materialausscheidungen vorhanden ist.
Weiterhin können Leerstellen und/oder Leerstellenagglomerate z. B. in einem nicht geschädigten Bereich des Halbleitermaterials beseitigt werden, bspw. vor der Schädigung oder nach der Schädigung. Der Bereich, in dem Leerstellen beseitigt werden, kann mindestens 10 Mikrometer oder mindestens 30 Mikrometer Schichtdicke haben, gemessen bspw. von der einen Oberfläche einer Halbleiterscheibe. Die Leerstellen sind insbesondere unbesetzte Gitterplätze.
Bspw. können die Leerstellen durch eine thermische Oxidation zum Erzeugen von Halbleiteroxid beseitigt werden, wobei an der Grenze zwischen Oxidschicht und Halbleiter möglicherweise Halbleiteratome auf Zwischengitterplätzen erzeugt werden, die dann in das Halbleitermaterial diffundieren, z. B. in den Wafer. Somit ist ein ”vollständiges” Beseitigen möglich, d. h. die Leerstellen haben bspw. nur noch eine Konzentration kleiner als 10¹¹ Leerstellen pro Kubikzentimeter. Die Oxiderzeugung kann in einem Ofen oder mit einem RTP-Prozess (Rapid Thermal Processing) durchgeführt werden. Bspw. wird ein RTP-Prozess mit einer Heizdauer kleiner als zwei Minuten durchgeführt.
Alternativ können die Leerstellen mit RTP vorzugsweise nur in einem bestimmten Bereich der Halbleiterscheibe verringert werden, z. B. bei einer Temperung in Sauerstoff, insbesondere unter Verwendung einer bereits auf einer Seite der Halbleiterscheibe vorher aufgebrachten Schutzschicht, z. B. Siliziumnitridschicht.
Die Leerstellen können in Bereichen an beiden ebenen Seiten des Halbleitermaterials bzw. der Halbleitermaterialscheibe entfernt werden. Alternativ können die Leerstellen nur in einem Bereich an einer Seite aber nicht in einem Bereich an der dieser Seite abgewandten ebenen Seite entfernt werden. Bspw. wird diejenige Seite mit einer Schutzschicht, z. B. eine Siliziumnitridschicht abgedeckt, an der kein Bereich mit wenig Leerstellen entstehen soll. Somit entstehen auch weitere Freiheitsgrade für das Einstellen des Ausscheidungsprofils. Vorhandene Leerstellen können bspw. zusätzlich zu den durch die Schädigung erzeugten Leerstellen zum Erzeugen von Ausscheidungen genutzt werden. Auch kann eine höhere Leerstellenkonzentration erreicht werden, die dann auch zu höherer Ausscheidungskonzentration führen kann.
Die mechanische Schädigung kann durch Schleifen oder Läppen hervorgerufen werden oder durch andere geeignete mechanische Bearbeitungsverfahren. So sind Schleifen bzw. Läppen mit entstehenden Oberflächenrauhigkeiten größer 0.5 Mikrometer oder größer 2 Mikrometer geeignet, insbesondere jedoch kleiner als 10 Mikrometer. Polieren, insbesondere mit CMP Verfahren (Chemisches Mechanisches Polieren) und mit einer entstehenden Rauhigkeit kleiner als 1 Mikrometer führt jedoch bspw. nicht zu dem erforderlichen Schädigungsgrad.
Der durch das mechanische Schädigen geschädigte Bereich kann teilweise zurückgeätzt werden, bspw. im Bereich von 0.5 Mikrometer bis 10 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 Mikrometer. Dadurch lassen sich durch das mechanische Einwirken eingebrachte Verunreinigungen wieder aus dem Halbleitermaterial entfernen.
Die Schädigung kann alternativ oder zusätzlich auch durch Ionenimplantation hervorgerufen werden. Eine typische Ionenimplantationsdosis kann im Bereich von 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ionen je Kubikzentimeter liegen. Eine typische Ionenimplantationsenergie kann im Bereich von 200 KeV (Kiloelektronenvolt) bis 10 MeV liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 2 MeV und 8 MeV.
Es wird eine Sauerstoffimplantation verwendet, da diese noch zusätzlich Sauerstoff in das Halbleitermaterial einbringt, wodurch die Ausscheidungsbildung weiter gefördert wird. Damit kann auch Halbleitermaterial verwendet werden, das bei der Herstellung nur vergleichsweise wenig Sauerstoff enthält, bspw. Float-Zone Material. Hierzu kann es auch vorteilhaft sein, durch Anwendung mehrerer Implantationsenergien eine homogenere Verteilung der implantierten Sauerstoffatome sowohl nach der Implantation als auch nach der nachfolgenden Temperaturbehandlung zu erzielen.
Zusätzlich zu der Schädigung kann nicht erfindungsgemäß eine hohe Phospordotierung eingebracht werden, bspw. durch Implantation oder ein anderes Verfahren. Hohe Phosporkonzentrationen erhöhen die Getterwirkung weiter.
Das Verfahren kann von einem Scheibenhersteller durchgeführt werden. Danach wird das Halbleitermaterial zu einem Hersteller von Schaltkreisen oder Bauelementen transportiert. Somit kann das Verfahren mit hoher Reproduzierbarkeit und auch gleichartig für mehrere Bauelementehersteller durchgeführt werden, wie es für großindustrielle Prozesse von Vorteil ist, die zu hohem Maße standardisiert werden sollen.
Der geschädigte Bereich, der die gewünschten Sauerstoffausscheidungen enthält, kann nach der Herstellung von Bauelementen wieder entfernt werden, insbesondere bei der Herstellung von Leistungsbauelementen. Diese Bauelemente können einen vertikalen Stromfluss durch das gesamte Halbleitermaterial hindurch haben.
Alternativ kann der geschädigte Bereich jedoch bei einem Einzelbauelement oder einem integrierten Schaltkreis verbleiben. Der geschädigte Bereich kann bspw. zur mechanischen Stabilität beitragen. Auch die Getterwirkung bleibt erhalten und kann der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit des Produktes förderlich sein.
Auf Grund der hohen Getterwirkung kann auch ein höherer Eintrag von Schwermetallen während der Produktion hingenommen werden, so dass gezielt „unsaubere” Prozesse verwendet werden können.
Außerdem ist eine Halbleitermaterialscheibe betroffen, insbesondere eine nach einem oben genannten Verfahren hergestellte Halbleitermaterialscheibe. Die Halbleitermaterialscheibe enthält einem ersten Schichtbereich, der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Ausscheidungen je Kubikzentimeter. Außerdem enthält die Halbleiterscheibe einen zweiten Bereich, der Materialausscheidungen enthält mit einer Konzentration größer als 10⁷ Ausscheidungen je Kubikzentimeter. Die Nachweisgrenze für Materialausscheidungen liegt bspw. bei einer Konzentration von 5 × 10⁶ Ausscheidungen je Kubikzentimeter. Der Nachweis kann bspw. über Querschliffe und Defektätzungen erfolgen.
Somit hat die Halbleitermaterialscheibe auch die oben für das Verfahren genannten technischen Wirkungen. Der Umriss der Scheibe ist z. B. ein Kreis, ein Rechteck oder eine andere Form. Der erste Bereich hat die Funktion einer „denuded” Zone, da er nur sehr wenig oder keine Leerstellen bzw. Ausscheidungen enthält. Der erste Bereich wird meist für Halbleiterbauelemente verwendet, wie Transistoren (FET – Feldeffekttransistoren, BT – Bipolartransistoren), Dioden, Kondensatoren oder andere Bauelemente.
Die Konzentration der Ausscheidungen im zweiten Bereich kann insbesondere im Bereich von 10⁷ bis 10¹⁶ Ausscheidungen je Kubikzentimeter liegen. Die Konzentration der Ausscheidungen kann konstant sein im zweiten Bereich oder sich um weniger als drei Größenordnungen ändern.
Die Ausscheidungen können Sauerstoffausscheidungen sein oder enthalten. Sauerstoff bzw. Halbleitermaterialsauerstoffverbindungen sind für die meisten Herstellungsprozesse unkritisch, ermöglichen aber eine sehr gute Getterwirkung. Es können nicht erfindungsgemäß aber auch andere Materialausscheidungen erzeugt werden, die zum Gettern von Schwermetallionen bzw. Schwermetallatomen während der Bearbeitung der Halbleitermaterialscheibe geeignet sind.
Die Halbleitermaterialscheibe kann eine ebene erste Seite und eine der ersten Seite abgewandte ebene zweite Seite haben, wie es für Wafer typisch ist. Beide Seiten können parallel zueinander liegen. Dabei sind die Begriffe „eben” bzw. „parallel zueinander” im Rahmen der Fertigungstoleranzen und der herstellungsbedingten Verbiegungen auszulegen.
Der erste Bereich bzw. der zweite Bereich können jeweils einen Schichtbereich bilden, der lateral die gleiche Fläche einnimmt wie die erste Seite oder mindestens 90 Prozent dieser Fläche. Der erste Bereich kann an die erste Seite angrenzen. Ebenso kann der zweite Bereich an die zweite Seite angrenzen.
Der erste Bereich kann eine Schichtdicke haben, die mindestens 1 Mikrometer beträgt. Der zweite Bereich kann eine Schichtdicke haben, die mindestens ein Drittel der Schichtdicke der Halbleitermaterialscheibe oder mindestens 150 Mikrometer beträgt. Je dicker der zweite Bereich ist, um so größer ist die Getterwirkung. Der zweite Bereich kann bei der genannten Schichtdicke neben den gewünschten Sauerstoffausscheidungen insbesondere Schädigungen enthalten, wie sie für mechanische Schädigungen typisch sind, z. B. Mikrorisse oder Versetzungen. Dieses mechanische Verfahren erlaubt es, gezielter Schädigungen zu erzeugen als andere Verfahren bzw. Schädigungen in höherer Konzentration bei vergleichbarem oder geringerem Aufwand.
Der zweite Bereich kann alternativ eine Schichtdicke haben die kleiner als ein Zehntel der Schichtdicke der Halbleitermaterialscheibe ist oder kleiner als 75 Mikrometer. Dabei kann der zweite Bereich insbesondere Schädigungen enthalten, wie sie für eine Ionenimplantation typisch sind.
Der erste Bereich kann leerstellenfrei sein oder leerstellenarm mit einer Konzentration der Leerstellen kleiner als 10¹² oder 10¹¹ Leerstellen je Kubikzentimeter. Damit ist die katalytische Wirkung der Leerstellen im ersten Bereich beim Erzeugen der Materialausscheidungen gering, so dass im ersten Bereich keine oder vernachlässigbar wenige Materialausscheidungen entstehen.
Die Halbleitermaterialscheibe kann eine Kohlenstoffkonzentration kleiner als 5 × 10¹⁵ oder 5 × 10¹⁶ Atomen je Kubikzentimeter enthalten. Damit sind nicht die Kohlenstoffatome sondern die Leerstellen für die Bildung von Ausscheidungen maßgeblich.
Weiterhin ist ein Halbleiterbauelement oder integrierter Schaltkreis betroffen, mit einem Halbleitersubstrat, das einen ersten Schicht-Bereich enthält, der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter. Das Halbleitersubstrat enthält auch einen zweiten Schicht-Bereich, der Ausscheidungen enthält mit einer Konzentration größer als 10⁷ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter. Somit gelten die für die Verfahren bzw. für die Halbleiterscheiben genannten technischen Wirkungen auch für das Halbleiterbauelement bzw. für den integrierten Schaltkreis. Insbesondere sind die genannten Schichtdicken und Konzentration vorhanden in dem Bauelement bzw. Schaltkreis.
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Figuren dargestellt, die lediglich der Illustration dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
1A und 1B zeigen den prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Materialausscheidungen in einem Halbleitermaterial. Wie in 1A gezeigt ist, wird eine Halbleitermaterialscheibe 2 einem Schädigungsprozess 4 unterzogen, bspw. einem mechanischen Schleifprozess oder einer Ionenimplantation und zwar insbesondere einer Sauerstoffimplantation. Beispielsweise wird die Halbleiterscheibe vorher einem Oxidationsschritt unterzogen, der durch Injektion von interstitiellen Siliziumatomen vorhandene Leerstellen zumindest zum großen Teil auffüllt. Ebenso kann vorher eine beidseitige Ausdiffusion von Sauerstoff über einen bestimmten Tiefenbereich vorgenommen werden, wobei in diesem Fall die mittels des mechanischen Schädigungsverfahrens (Läppen oder Polieren) rückseitig abgetragene Schichtdicke beispielsweise größer oder gleich der vertikalen Ausdehnung des Bereiches sein sollte, in dem eine merkliche Sauerstoffdiffusion stattfindet, so dass dieser Bereich rückseitig wieder abgetragen wird.
Wie in 1B gezeigt ist, wird die Halbleitermaterialscheibe 2 anschließend einem Temperaturprozess ausgesetzt bei einer Temperatur T im Bereich von bspw. 800°C bis 1000°C über einen Zeitraum im Bereich von 5 bis 25 Stunden oder von 10 bis 20 Stunden, z. B. einer Temperatur T von 900°C für einen Zeitraum von 10 Stunden.
Anschließend werden in der Halbleiterscheibe elektronische Halbleiterbauelemente in einem Bereich erzeugt, der nicht geschädigt worden ist. Dabei tritt eine Getterung für Verunreinigungen in dem geschädigten und – je nach Temperung – in einem angrenzenden Bereich auf.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleitermaterialscheibe 5 mit Materialausscheidungen, die als weiße Punkte sichtbar sind. Eine Strecke von etwa vier Zentimetern in der 2 verdeutlicht eine Strecke von etwa 300 Mikrometern in der Halbleiterscheibe 5. Es handelt sich um eine Aufnahme mit einem optischen Mikroskop, wobei die Materialausscheidungen mit Hilfe von Defektätzungen sichtbar gemacht worden sind.
Eine Schichtdicke D0 beträgt bspw. etwa 700 Mikrometer, wobei rückseitig bspw. 25 Mikrometer von einer ursprünglichen Schichtdicke D0 abgeschliffen worden sind, um Schädigungen zu erzeugen, die die Materialausscheidungen begünstigen. Ein oberer Schichtbereich 7, ein mittlerer Schichtbereich 8 und ein unterer Schichtbereich 9 haben jeweils eine Schichtdicke von etwa 150 Mikrometern. Im oberen Schichtbereich 7 gibt es kaum Ausscheidungen, wobei in dem oberen Drittel 6 des oberen Schichtbereichs 7 nahezu keine Ausscheidungen vorhanden sind, so dass dieser Bereich für die Herstellung integrierter Bauelemente besonders geeignet ist. In dem mittleren Bereich 8 gibt es Ausscheidungen in einer geringen Konzentration. In dem unteren Bereich 9 gibt es dagegen Ausscheidungen in einer sehr hohen Konzentration, von beispielsweise größer als 10⁸ Ausscheidungen je Kubikzentimeter.
3A bis 3E zeigen eine erste Prozessvariante, bei der von einer Halbleiterscheibe 10 ausgegangen wird, die bspw. eine Schichtdicke D1 von 700 Mikrometern hat. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine einkristalline Siliziumscheibe 10, in der bei der Herstellung nicht zu verhindernde Leerstellen vorhanden sind. In 3A sind exemplarisch fünf Leerstellen V1 bis V5 durch Kreuze angedeutet. In der Realität ist die Konzentration der Leerstellen – wie bereits erwähnt – erheblich höher. Die Leerstellen werden auch als „vacancies” bezeichnet.
Die Halbleiterscheibe 10 ist beidseitig damagegeätzt und ggf. an einer Oberseite OS poliert.
In einer Herstellungsstufe gemäß 3B wird die Halbleiterscheibe 10 beidseitig oxidiert wobei eine Schicht 12a an der Oberseite OS und eine Schicht 12b an der Unterseite US entsteht. Die Schichten 12a und 12b bestehen im Ausführungsbeispiel aus Siliziumoxid mit einer Schichtdicke von einigen hundert Nanometern, z. B. im Bereich von 100 bis 1500 Nanometern. Beim Erzeugen der Schichten 12a und 12b wird interstitielles Silizium erzeugt, das in die Siliziumscheibe eindiffundiert und die Leerstellen in der Halbleiterscheibe 10 füllt, insbesondere die Leerstellen V1 bis V5, so dass diese Leerstellen nicht mehr in der Halbleiterscheibe 10 vorhanden sind. Beispielsweise wird bei einer Temperatur T1 im Bereich zwischen 950°C und 1180°C oxidiert für eine Zeit t im Bereich von 1 bis 5 Stunden. Alternativ werden andere Prozesstemperaturen und Prozesszeiten zum Erzeugen der Schichten 12a und 12b verwendet.
Optional wird anschließend die vorderseitige Schicht 12a abgelöst, woraufhin optional ein Sauerstoffausdiffusionsschritt und/oder ein Politurschritt auf der Scheibenvorderseite OS durchgeführt werden kann. Alternativ werden oxidierende RTP-Verfahren zum Entfernen der Leerstellen durchgeführt.
Wie in 3C gezeigt ist, wird danach eine rückseitige Damageerzeugung durchgeführt, d. h. an der Unterseite US. Beispielsweise werden circa 25 Mikrometer abgeschliffen, wobei die Schichtdicke der Halbleiterscheibe 10 auf die Schichtdicke D1b von 675 Mikrometern verringert wird. In einem Schichtbereich 10b der Halbleiterscheibe 10 entstehen zahlreiche Schädigungen, insbesondere Leerstellen, von denen in 3C exemplarisch fünf Leerstellen V6 bis V10 dargestellt sind. Ein oberer Schichtbereich 10a der Halbleiterscheibe 10 wird dagegen nicht geschädigt. Der Schichtbereich 10a hat im Ausführungsbeispiel bspw. eine Schichtdicke D3 von bspw. 600 Mikrometern.
Optional wird eine kurze teilweise Rückätzung der geschädigten Schicht 10b z. B. mittels nasschemischer Ätzung oder Plasmaverfahren durchgeführt, um möglicherweise im oberflächennahen Scheibenbereich vorhandene Kontaminationen zu beseitigen.
Danach erfolgt, wie in 3D gezeigt ist, ein Hochtemperaturschritt zur Ausbildung von Sauerstoffausscheidungen, wovon in 3D exemplarisch vier Ausscheidungen P1 bis P4 gezeigt sind. Die Ausscheidungen werden auch als Präzipitate bzw. „precipitates” bezeichnet. Beispielsweise wird ein einstufiger Hochtemperaturprozess mit den im Zusammenhang der 1B genannten Prozessparametern durchgeführt, d. h. T1 gleich 900°C und t1 gleich 10 Stunden. Alternativ wird bspw. ein zweistufiger Prozess durchgeführt, bspw. mit einer Temperatur T2a von 800°C für eine Zeit t2a von fünf Stunden und danach mit einer Temperatur T2b von 1000°C für eine Zeit t2b von 15 Stunden.
Bei dem Hochtemperaturschritt wird ein Schichtbereich 10c gebildet, der Ausscheidungen hoher Konzentration enthält. Auf Grund der Diffusion der Leerstellen wird der Schichtbereich 10a gedünnt, wobei ein Schichtbereich 10a1 entsteht, der keine bzw. nur wenig Leerstellen enthält. Eine Schichtdicke D4 des Schichtbereichs 10a1 ist kleiner als die Schichtdicke D3, bspw. um mindestens 30 Prozent. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Schichtdicke D4 noch 300 Mikrometer.
Optional wird nicht erfindungsgemäß dann eine rückseitige Phosphoreindiffusion durchgeführt, die anschließend mit einer Oxidschicht vor Ausdiffusion geschützt wird. Bei Bedarf erfolgt eine Vorderseitenpolitur und/oder eine Vorderseitenepitaxie.
Wie in 3E dargestellt ist, kann die Schicht 12a bspw. auch erst bei einem Bauelementehersteller entfernt werden. Anschließend werden mit bekannten Verfahren Bauelemente auf der Oberseite OS erzeugt, z. B. Feldeffekttransistoren Tr1, Tr2 usw. und/oder Bipolartransistoren. Eine Zone für ein Bauelement BE1 hat dabei vorzugsweise eine geringere Tiefe als der Schichtbereich 10a1. Bei der Herstellung in die Halbleiterscheibe 10 eingebrachte parasitäre Verunreinigungen, wie bspw. Schwermetallatome, sammeln sich in dem Schichtbereich 10c an den Ausscheidungen, siehe bspw. Schwermetallatom S1 an der Ausscheidung P4. Somit sind die Schwermetalle weit von den Bauelementen BE1 entfernt und können diese nicht schädigen.
Bei Bedarf kann nach der Herstellung der Bauelemente BE1 optional eine Scheibendünnung und/oder Rückseitendamageätzung möglichst weit am Ende des Herstellungsprozesses erfolgen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bleibt der Schichtbereich 10c dagegen am Schichtbereich 10a1, so dass beim Vereinzeln beide Schichtbereiche 10a1 und 10c durchtrennt werden, siehe bspw. Trennschnitt 20 zwischen zwei integrierten Schaltkreisen IC1 und IC2.
Bei einer anderen Variante wird anstelle des Schleifens eine Sauerstoffimplantation zum Erzeugen der Schädigung verwendet.
Da hierdurch eine hohe Sauerstoffdosis eingebracht wird, kann diese Variante – im Gegensatz zu der vorher beschriebenen Variante, die bei sauerstoffreichem Material (wie Czochralski(CZ)-Material) zur Anwendung kommen kann – auch zur Erzeugung von Sauerstoffausscheidungen in sauerstoffarmen „Float Zone”-Materialien verwendet werden. Diese Variante, die eine Schädigung mittels Ionenimplantation verwendet, kann auch mit der Variante, die eine mechanische Schädigung verwendet, kombiniert werden, um die Bildung von Sauerstoffausscheidungen weiter zu fördern.
Auch kann die Schicht 12a bereits früher entfernt werden. Die Verfahren gemäß 3A bis 3E lassen sich auch für die Herstellung von Einzelbauelementen durchführen, insbesondere von Leistungsbauelementen.
4A bis 4E zeigen eine zweite Prozessvariante. Es wird von einer Halbleiterscheibe 100 ausgegangen, bspw. einer Siliziumscheibe. Die Halbleiterscheibe 100 enthält herstellungsbedingt Leerstellen, von denen sechs Leerstellen V11 bis V16 in 4A exemplarisch dargestellt sind. Zwei Leerstellen V12 und V15 befinden sich näher an der Unterseite US als die anderen gezeigten Leerstellen V11, V13, V14 und V16. Eine Schichtdicke D5 der Halbleiterscheibe 100 beträgt bspw. 700 Mikrometer.
Gemäß 4B erfolgt zuerst eine Damageerzeugung auf der Scheibenrückseite US beispielsweise bei einer vorderseitig damagegeätzten oder polierten Halbleiterscheibe 100. Bspw. wird zur Erzeugung der Schädigung die Halbleiterscheibe 100 mechanisch bearbeitet, z. B. geschliffen auf eine Schichtdicke D5b von bspw. 650 Mikrometer. Dabei wird eine geschädigte Schicht 100b in der Halbleiterscheibe 100 erzeugt, die exemplarisch zusätzliche Leerstellen V17 bis V21 sowie die ursprüngliche Leerstelle V12 enthält. Der obere Schichtbereich 100a der Halbleiterscheibe 100 ist entsprechend gedünnt worden und hat eine Schichtdicke D6 von bspw. 575 Mikrometern.
Optional erfolgt eine kurze teilweise Rückätzung der geschädigten Schicht 100b, um Verunreinigungen zu entfernen. Weiterhin optional kann eine Abscheidung einer Schutzschicht 110 auf der Scheibenrückseite US erfolgen, bspw. eine Siliziumnitridschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 bis 500 Nanometern. Bei Bedarf kann vorher noch eine Hilfsschicht auf der Unterseite US erzeugt werden, bspw. ein bei relativ geringen Prozesstemperaturen abgeschiedenes Oxid, um Rissbildung in der Nitridschicht 110 zu vermeiden.
Wie in 4C gezeigt ist, wird dann eine Oxidation zur Injektion von interstitiellen Siliziumatomen durchgeführt, wobei eine Schicht 112 an der Oberseite OS erzeugt wird. Die Injektion wird vorzugsweise bis in die Tiefe hinein durchgeführt, die durch die vertikale Ausdehnung der elektrisch aktiven Zone vorgegeben ist, oder auch geringfügig tiefer. Im Ausführungsbeispiel verbleiben bspw. von den dargestellten Leerstellen nur die Leerstellen V12 und V15 und V17 bis V21. Bezüglich der Przessparameter T4 und t4 wird auf die Beschreibung der 3B verwiesen. Alternativ werden RTP-Verfahren zum Entfernen der Leerstellen durchgeführt.
Wie in 4D dargestellt ist, wird anschließend ein einstufiger oder mehrstufiger Hochtemperaturschritt zur Ausbildung von Sauerstoffausscheidungen durchgeführt, z. B. mit den Prozessparametern Temperatur T5 und Zeit t5 entsprechend T und t gemäß der Beschreibung der 1B. Alternativ wird bspw. ein zweistufiger Prozess durchgeführt, z. B. Temperatur T5a gleich 800°C und Zeit t5 gleich 5 h sowie Temperatur T5b gleich 1000°C und Zeit t5b gleich 15 h. Insbesondere dienen nicht nur die Leerstellen V17 bis V21 als Katalysator sondern auch die verbliebenen Leerstellen V12 und V15. Somit entstehen vergleichsweise viele Sauerstoffausscheidungen, von denen in 4D exemplarisch fünf Ausscheidungen P11 bis P15 in einem Schichtbereich 100c gezeigt sind. Der Schichtbereich 100c entsteht aus dem Schichtbereich 100b und hat eine Schichtdicke von bspw. 300 Mikrometern. Somit beträgt eine Schichtdicke D7 eines bei dem Hochtemperaturschritt aus dem Schichtbereich 100a entstehenden Schichtbereichs 100a1 bspw. noch 275 Mikrometer.
Optional wird nicht erfindungsgemäß dann eine rückseitige Phosphordiffusion durchgeführt, die anschließend mit einer optionalen Oxidschicht vor Ausdiffusion geschützt wird. Bei Bedarf erfolgt eine Vorderseitenpolitur und/oder eine Vorderseitenepitaxie.
Wie in 4E dargestellt ist, kann die Schicht 112 bspw. auch erst bei einem Bauelementehersteller entfernt werden. Anschließend werden mit bekannten Verfahren Bauelemente auf der Oberseite OS erzeugt, z. B. Feldeffekttransistoren Tr3, Tr4 usw. und/oder Bipolartransistoren. Eine Zone für ein Bauelement BE2 hat dabei vorzugsweise eine geringere Tiefe als der Schichtbereich 100a1. Weiterhin wird mindestens eine Metallisierungslage aufgebracht, bspw. aus mindestens 80 Atomprozent Aluminium oder mindestens 80 Atomprozent Kupfer, z. B. mit Damaszeneverfahren. Weiterhin erfolgt eine Passivierung und das Anbringen von Kontaktflächen, bspw. zum Bonden oder für die Flip-Chip Montage. Bei der Herstellung in die Halbleiterscheibe 10 eingebrachte Verunreinigungen, wie bspw. Schwermetallatome, sammeln sich in dem Schichtbereich 100c an den Ausscheidungen, z. B. P11 bis P15. Somit sind die Schwermetalle weit von den Bauelementen Tr3, Tr4, BE2 entfernt und können diese nicht schädigen.
Bei Bedarf kann nach der Herstellung der Bauelemente optional eine Scheibendünnung und/oder Rückseitendamageätzung möglichst weit am Ende des Herstellungsprozesses erfolgen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bleibt der Schichtbereich 100c dagegen am Schichtbereich 100a1, so dass beim Vereinzeln beide Schichtbereiche 100a1 und 100c durchtrennt werden, siehe bspw. Trennschnitt 120 zwischen zwei integrierten Schaltkreisen IC3 und IC4.
Bei einer anderen Variante wird anstelle des Schleifens eine Sauerstoffimplantation zum Erzeugen der Schädigung verwendet. Auch kann die Schicht 112 bereits früher entfernt werden. Die Verfahren gemäß 4A bis 4E lassen sich auch für die Herstellung von Einzelbauelementen durchführen, insbesondere von Leistungsbauelementen.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird bspw. ein Verfahren zur gezielten lokalen Erzeugung von Sauerstoffausscheidungen in CZ-Material (Czochalski) angegeben. Es kann handelsübliches CZ-Material so modifiziert werden, dass es für die Herstellung von Leistungshalbleitern oder auch anderen Halbleiterbauelementen geeignet ist; d. h. es kann einerseits eine defektarme Zone enthalten, die hinreichend in die Tiefe ausgedehnt ist, um damit die elektrisch aktive Zone bzw. zumindest den größten Teil davon darin zu implementieren und andererseits auf der Scheibenrückseite eine stabile Getterzone, die den Einbau von unerwünschten Schwermetallen in der elektrisch aktiven Zone während der Durchführung der Hochtemperaturschritte weitgehend vermeidet.
Es wird vorgeschlagen, auf der einen Scheibenseite, z. B. einer Scheibenrückseite, von bspw. CZ-Scheiben durch eine gezielte Schädigung des Halbleitermaterials, insbesondere des Siliziummaterials eine hohe Leerstellendichte zu erzeugen. Die hohe Leerstellendichte führt wiederum bei einem nachfolgenden speziellen Hochtemperaturschritt zu einer relativ hohen Dichte von bspw. Sauerstoffausscheidungen. Der Hochtemperaturschritt wird inert im Temperaturbereich zwischen bspw. 800°C und 1000°C über einen Zeitraum von einigen Stunden (in Summe bspw. ca. im Bereich von 10 bis 20 Stunden) durchgeführt. Die Schädigung kann insbesondere durch mechanische Methoden erfolgen, wie sie sowieso zur gezielten Dickeneinstellung der Scheiben verwendet werden. Hierfür kommen z. B. Läpp- oder Schleifprozesse in Frage.
Nach dieser Rückseitenbehandlung kann die geschädigte Oberfläche optional noch einem relativ kurzen Ätzschritt unterzogen werden, um mittels eines Siliziumabtrags, der im Bereich zwischen bspw. 0,3 Mikrometer und 3 Mikrometer liegen kann, eine mögliche Oberflächenkontamination, die durch den Abtragprozess eingebracht wurde, wieder zu beseitigen. Damit unterscheidet sich das teilweise Rückätzen der geschädigten Zone von einem vollständigen Entfernen der geschädigten Zone, wie es bspw. durch CMP (Chemisch Mechanisches Polieren) erfolgen könnte.
Es ist auch denkbar, eine derartige Schädigung der Scheibenrückseite durch eine Damage-Implantation durch Implantation von insbesondere Sauerstoff zu erzeugen. Insbesondere die Ausscheidungsbildung wird durch den zusätzlich angebotenen Sauerstoff weiter gefördert wird. Hierzu kann es auch vorteilhaft sein, durch Anwendung mehrerer Implantationsenergien, wobei typischerweise zwei oder drei verschiedene Implantationsenergien vorteilhaft sind, eine homogenere Verteilung der implantierten Sauerstoffatome sowohl nach der Implantation als auch nach der nachfolgenden Temperaturbehandlung zu erzielen. Das zuletzt genannte Verfahren lässt sich deshalb auch bei der Verwendung von Siliziummaterial einsetzen, das eine geringe Sauerstoffkonzentration aufweist, bspw. bei „Float Zone”-Material.
Um einen definierten Ausgangszustand vor der Durchführung des oben beschriebenen Prozesses zu gewährleisten und insbesondere im Bereich der Scheibenvorderseite eine präzipitatfreie oder zumindest präzipitasarme Zone zu gewährleisten, empfiehlt es sich, zu Beginn zumindest in den später elektrisch aktiven Bereichen der Halbleiterscheibe interstitielle Siliziumatome zu injizieren, die vom Ziehprozess verursachte Leerstellen in diesem Bereich beseitigen. Hierzu wird vorzugsweise eine Feucht- oder Trockenoxidation bei einer geeigneten Temperatur (je nach Scheibendicke üblicherweise zwischen 950°C und 1180°C) über einige Stunden durchgeführt, z. B. im Bereich von 1 bis 5 Stunden.
Bei Bedarf kann man nicht erfindungsgemäß den angezielten Gettereffekt durch eine oberflächennahe rückseitige Phosphordiffusion noch verstärken, bspw. mit einer Dotierstoffkonzentration größer als 10¹⁸ Phosphoratomen je Kubikzentimeter. Die Phosphordotierung sollte in Hinblick auf die nachfolgenden Herstellungsprozesse durch ein auf der Scheibenrückseite abgeschiedenes Oxid vor Ausdiffusion geschützt werden.
Somit ist die Erzeugung einer stabilen Getterschicht auf der Rückseite von bspw. CZ-Siliziumscheiben betroffen, wofür gezielt Sauerstoffausscheidungen in diesem Bereich dadurch erzeugt werden, dass durch eine rückseitige oberflächennahe Schädigung der Scheibenrückseite eine erhöhte Leerstellenkonzentration in diesem Bereich erzeugt wird und somit die Ausscheidung von Sauerstoff bei einem nachfolgenden speziellen Temperschritt begünstigt wird, wobei vor der Schädigung der Scheibenrückseite ein spezieller oxidierender Hochtemperaturschritt zur Beseitigung der ursprünglichen Leerstellen für die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses sorgt.
Die Schädigung wird bevorzugt durch mechanische Bearbeitungsmethoden verursacht, da sich diese Variante sehr kostengünstig in den üblichen Prozessablauf integrieren lässt. Alternativ kann die Schädigung auch insbesondere durch eine Implantation von Sauerstoffatomen erzeugt werden, wobei sich hierbei der Vorteil der hohen Reproduzierbarkeit, einer sehr guten Homogenität der Sauerstoffausscheidungen und vor allem auch einer Begünstigung der Ausscheidungen durch das zusätzliche Sauerstoffangebot ergibt. Ist bei der Implantation die implantierte Sauerstoffdosis hoch genug, kann das Verfahren auch für ursprünglich sauerstoffarmes Siliziumgrundmaterial verwendet werden, wie z. B. magnetic CZ, „Float Zone”-Ersatzmaterial oder auch „Float Zone”-Material.
Das Verfahren erlaubt eine gute Reproduzierbarkeit wie sie für großindustrielle Verfahren erforderlich ist, bisher aber weitestgehend nicht erreichbar war.
Die genannten Leerstellenkonzentrationen beziehen sich insbesondere auf Einzelleerstellen in einem mittleren Bereich des Wafers bezogen auf die laterale Ausdehnung.
Bezugszeichenliste

2: Halbleiterscheibe
3: Schädigungsprozess
5 bis 9: Schichtbereich
10, 100: Halbleiterscheibe
10a bis 10c: Schichtbereich
12a, 12b: Schicht
20: Trennschnitt
D0 bis D7: Schichtdicke
OS: Oberseite
US: Unterseite
V1 bis V21: Leerstelle
T, T1 bis T5: Temperatur
t, t1 bis t5: Prozesszeit
P1 bis P15: Ausscheidung
S1: Schwermetallatom
IC1 bis IC4: integrierter Schaltkreis
Tr1 bis Tr4: Transistor
BE1, BE2: Bauelement
100a bis 100c: Schichtbereich
110: Schutzschicht
112: Schicht
120: Trennschnitt

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen, das Verfahren enthaltend: Erzeugen von Schädigungen (V6, V17) in einem Halbleitermaterial (10, 100) unter Erzeugen eines geschädigten Bereichs (10b, 100b) durch mechanisches Einwirken, und anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung (T2, t2 T5, t5) des Halbleitermaterials (10, 100) in inerter Atmosphäre unter Erzeugen von Sauerstoffausscheidungen (P1, P11) mit einer Konzentration größer als 10 Ausscheidungen je Kubikzentimeter in dem geschädigten Bereich (10b, 100b, 10c, 100c).
Verfahren zum Erzeugen von Materialausscheidungen, das Verfahren enthaltend: Erzeugen von Schädigungen (V6, V17) in einem Halbleitermaterial (10, 100) unter Erzeugen eines geschädigten Bereichs (10b, 100b) durch Ionenimplantation, wobei Sauerstoffionen implantiert werden, und anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung (T2, t2 T5, t5) des Halbleitermaterials (10, 100) unter Erzeugen von Materialausscheidungen (P1, P11) in dem geschädigten Bereich (10b, 100b, 10c, 100c), wobei die nach der Schädigung durchgeführte Wärmebehandlung bei einer Temperatur größer oder gleich 800°C für mindestens 10 Stunden durchgeführt wird, oder wobei die nach der Schädigung durchgeführte Wärmebehandlung bei mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen, die im Bereich zwischen 800°C und 1050°C liegen, in Summe für mindestens 10 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach der Erzeugung der Schädigung vorhandene Leerstellen im gesamten Halbleiterkörper beseitigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch: Beseitigen von Leerstellen (V1, V11) vor Erzeugung der Schädigung in einem nach der Erzeugung der Schädigung nicht geschädigten Bereich (10a, 100a) des Halbleitermaterials (10, 100).
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beseitigung der Leerstellen durch oxidierende Prozesse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse Feuchtoxidationen beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse Trockenoxidationen beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse bei Temperaturen zwischen 950°C und 1150°C durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse über eine Dauer von einer bis fünf Stunden durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse mittels eines Rapid Thermal Annealing Prozesses vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1300°C durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierenden Prozesse über eine Dauer von fünf bis 60 Sekunden durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der später zu schädigenden Halbleiterscheibenseite vor Durchführung des Oxidationsprozesses eine Nitridschicht abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 1 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schädigung durch Schleifen oder Läppen hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Schädigung mindestens eine Schichtdicke des Halbleiterkörpers von 5 μm abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 1 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die geschädigte Oberfläche im Bereich zwischen 0,3 und 3 Mikrometer zurückgeätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantationsenergie im Bereich zwischen 200 KeV und 10 MeV liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantationsdosis im Bereich zwischen 5 × 10¹³ bis 10¹⁶ Sauerstoffatome pro cm² liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantationsdosis im Bereich zwischen 10¹⁴ bis 2 × 10¹⁵ Sauerstoffatome pro cm² liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, soweit nicht auf Anspruch 3 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial nach dem Float Zone-Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Implantationsenergie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Implantationsenergien verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Implantationsenergien verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschädigte Bereich (10c, 100c) in dem fertig prozessierten Halbleitermaterial verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit nicht auf Anspruch 25 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der geschädigte Bereich (10c, 100c) in dem fertig prozessierten Halbleitermaterial entfernt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit auf Anspruch 1 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Schädigung durchgeführte Wärmebehandlung bei einer Temperatur größer oder gleich 800°C für mindestens 5 Stunden oder mindestens 10 Stunden durchgeführt wird, oder dass die nach der Schädigung durchgeführte Wärmebehandlung bei mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen, die im Bereich zwischen 800°C und 1050°C liegen, in Summe für mindestens 10 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte vor dem Herstellen von Halbleiterbauelementen (BE1) in dem Halbleitermaterial (10, 100) durchgeführt werden, und/oder dass der geschädigte Bereich (10b, 100b, 10c, 100c) vor dem Herstellen der Halbleiterbauelemente (BE1) nicht entfernt oder teilweise zurückgeätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit nicht auf Anspruch 3 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial nach dem Float-Zone-Verfahren, dem magnetic Czochralski-Verfahren oder aus einem Float-Zone-Ersatzmaterial-Verfahren hergestellt wird.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100), mit einem ersten Bereich (10a1, 100a1), der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, mit einem zweiten Bereich (10c, 100c), der Ausscheidungen (P1, P11) enthält mit einer Konzentration größer als 10⁷ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, wobei die Materialausscheidungen Sauerstoffausscheidungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich Schädigungen enthält, wie sie für mechanische Schädigungen typisch sind.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausscheidungen zum Gettern von Schwermetallionen während der Bearbeitung der Halbleitermaterialscheibe geeignet sind.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (10a1, 100a1) eine Schichtdicke (D7) hat, die mindestens 1 μm beträgt.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (10a1, 100a1) eine Schichtdicke (D7) hat, die mindestens 10 μm beträgt.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (10a1, 100a1) eine Schichtdicke (D7) hat, die mindestens 50 μm beträgt.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (10c, 100c) eine Schichtdicke hat, die mindestens ein Drittel der Schichtdicke (D1b, D5b) der Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) oder mindestens 150 Mikrometer beträgt.
Halbleitermaterialscheibe nach Anspruch 35, wobei die Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) vorzugsweise aus Material hergestellt ist, dass gemäß Czochralski-Verfahren hergestellt ist.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (10c, 100c) eine Schichtdicke hat, die kleiner als ein Zehntel der Schichtdicke (D1b, D5b) der Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) ist oder kleiner als 75 Mikrometer, wobei die Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) vorzugsweise aus Material hergestellt ist, dass gemäß Float-Zone-Verfahren, magnetic Czochralski-Verfahren oder Float-Zone-Ersatzmaterial-Verfahren hergestellt ist.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich leerstellenfrei ist oder leerstellenarm mit einer Konzentration der Leerstellen kleiner als 10¹² oder 10¹¹ Leerstellen je Kubikzentimeter.
Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitermaterialscheibe (2, 10, 100) eine Kohlenstoffkonzentration kleiner als 5·10¹⁵ oder 5·10¹⁶ Atomen je Kubikzentimeter enthält.
Halbleiterbauelement (BE1) oder integrierter Schaltkreis (IC1) mit einem Halbleitersubstrat (2, 10, 100) mit einem ersten Schichtbereich (10a1, 100a1), der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, mit einem zweiten Bereich (10c, 100c), der Ausscheidungen (P1, P11) enthält mit einer Konzentration größer als 10⁷ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, wobei die Materialausscheidungen Sauerstoffausscheidungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich Schädigungen enthält, wie sie für mechanische Schädigungen typisch sind.
Halbleiterbauelement (BE1) oder integrierter Schaltkreis (IC1) mit einem Halbleitersubstrat (2, 10, 100) mit einem ersten Schichtbereich (10a1, 100a1), der ausscheidungsfrei ist oder ausscheidungsarm mit einer Konzentration kleiner als 10⁴ Materialausscheidungen je Kubikzentimeter, mit einem zweiten Bereich (10c, 100c), der Materialausscheidungen (P1, P11) enthält mit einer Konzentration im Bereich von 10¹¹ bis 10¹⁶ enthält je Kubikzentimeter, wobei die Materialausscheidungen Sauerstoffausscheidungen sind, wobei der zweite Bereich (10c, 100c) an einer Rückseite des Halbleitersubstrats (2, 10, 100) angeordnet ist, wobei mindestens ein Halbleiterbauelement an einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist.