JP7255011B2 - シリコン単結晶をチョクラルスキー法によって引き上げる方法 - Google Patents

Description

本発明は、２０ｍΩｃｍ以下の抵抗率を有するシリコン単結晶をチョクラルスキー法によって融液から引き上げる方法を提供する。

先行技術／課題
チョクラルスキー法は、るつぼ内に収容された融液から単結晶を引き上げることを含む。この単結晶は、懸濁状態の融液から種結晶上に引き上げられる。一般的に言って、ネック部は、最初に種結晶の底部端部が結晶化するため、転位がネック部の端縁に移動し、そのようにして転位が除去される。

ＵＳ２００３ ０ ２０９ １８６ Ａ１は、ネック部をセクションに分けて引き上げる方法を勧めており、最初に１つのセクションを引き上げ速度Ｒ１で引き上げ、次いでさらなるセクションを少なくとも２５％だけ低い引き上げ速度Ｒ２で引き上げ、最後にさらなるセクションを速度Ｒ１で引き上げ、これらのセクションの各々の直径は、少なくともおよそ５ｍｍである。

ＵＳ５ ８００ ６１２には、セクションに細分されて自動化されるネック部の形成を提供する方法が記載されている。

ネック部の引き上げにもかかわらず転位が完全には除去されない事象の頻度は、高ドープシリコン単結晶が引き上げられる場合に増加することが知られており、これらは、比較的低い抵抗率を有する単結晶である。その理由は、それらが電気的に活性のドーパントを比較的高い濃度で含んでいるからである。それらの位置決めのために、このような転位は、中心転位とも呼ばれており、単結晶が引き上げられて初めて中心欠陥の形で認識されることが多い。

この問題に対処するために、ＵＳ２０１０ ０ ０８９ ３０９ Ａ１は、目的が１．５ｍΩｃｍ以下の抵抗率を有するホウ素ドープ単結晶を引き上げることである場合に、ネック部を引き上げるときの引き上げ速度を２ｍｍ／分以下に制限することを提案している。

ＵＳ２００４ ０ ０８９ ２２５ Ａ１では、目的が、シリコン単結晶から切り出された半導体ウェハの上にエピタキシャル層を堆積させる際のミスフィット転位から生じる問題を防止するために、比較的高い濃度のホウ素とさらにはゲルマニウムとを含むシリコン単結晶を引き上げることである場合に、単結晶におけるゲルマニウムの濃度を特定の範囲内でホウ素の濃度に関連付けるべきであるとされている。

本発明の目的は、特定の制約にさらされることなく、上記の事象の頻度のさらなる低減を実現することである。

この目的は、２０ｍΩｃｍ以下の抵抗率を有するシリコン単結晶をチョクラルスキー法によって融液から引き上げる方法によって実現され、上記方法は、
ネック部の第１のセクションの直径が、種結晶の直径と比較して、５ｍｍ以下のターゲット直径に対してネック部長さの１ｍｍ当たり０．３ｍｍ以上の比率でテーパ状になるような第１の引き上げ速度で上記ネック部の上記第１のセクションを引き上げるステップと、
上記ネック部の第２のセクションの直径が５．５ｍｍを超える値に増大することなしに、３分以上の期間にわたって０．２ｍｍ／分未満の第２の引き上げ速度でネック部の上記第２のセクションを引き上げるステップと、
２ｍｍ／分を超える第３の引き上げ速度で上記ネック部の第３のセクションを引き上げるステップとを備える。

本発明に係る動作条件の、ネック部の長さＰにわたる代表図である。 テストシリーズにおける、以前の条件から逸脱する動作条件の、ネック部の長さＰにわたる代表図である。 テストシリーズにおける、以前の条件から逸脱する動作条件の、ネック部の長さＰにわたる代表図である。

本発明に従って、ネック部の直径は、種結晶の直径から第２のセクションのターゲット直径まで比較的急速にテーパ状になる。この目的のために、ネック部の第１のセクションは、ネック部の直径がネック部長さの１ｍｍ当たり０．３ｍｍ以上の比率でテーパ状になるような引き上げ速度で引き上げられる。

種結晶は、円形断面、正方形断面または長方形断面を有する。直径は好ましくは１０～３０ｍｍであり、正方形断面または長方形断面の場合には直径とは最長端縁の長さのことである。

さらに、ネック部の第１のセクションの引き上げ後に、引き上げ速度を一時的に大きく下げなければならず、同時に、ネック部の直径が結果として実質的に大きくならないように準備しなければならない。５．５ｍｍ以下までの直径の拡大は、まだ実質的な拡大ではないとみなされ得る。引き上げ速度の大幅な低下のために直径が実質的に大きくなることを防止するために、融液を加熱するための火力を好ましくは増加させる。大幅に低下した引き上げ速度でのネック部の第２のセクションの引き上げは、３分以上の期間にわたって、好ましくは５分以上５０分以下の期間にわたって、維持される。この期間中、ネック部の第２のセクションが引き上げられる引き上げ速度は、０．２ｍｍ／分未満である。ネック部の第２のセクションの引き上げ中の引き上げ速度の値は、好ましくは０．０１ｍｍ／分～０．２ｍｍ／分未満の範囲内である。

ネック部の引き上げの制御は、好ましくはモニタリング機能も含み、このモニタリング機能は、許容可能であると考えられるネック部の第２のセクションの直径を超えた場合に引き上げ動作を自動的に中断させる。

ネック部の第２のセクションの引き上げ後に、引き上げ速度は、２ｍｍ／分を超える値に上げられ、ネック部の第３のセクションが引き上げられる。ネック部の第３のセクションは、好ましくは４ｍｍ以上７ｍｍ以下の直径を有し、好ましくは１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下の長さを有する。対応して、融液を加熱するための火力も好ましくは適合される。

シリコン単結晶のさらなる引き上げは、従来の方法で、具体的には単結晶の円錐形セクション、円筒形セクションおよび終端円錐形部の引き上げで、続けられる。単結晶の円筒形セクション上で、単結晶シリコン半導体ウェハが切り出されて処理される。

融液は、好ましくは、少なくとも単結晶のネック部、初期円錐部および円筒形セクションの引き上げ中に、水平磁場にさらされる。

上記の方法は、少なくとも２００ｍｍの直径を有する、より特定的には少なくとも３００ｍｍの直径を有する単結晶シリコン半導体ウェハの製造に特に適している。

本発明の効果は、ネック部引き上げ段階中にさまざまな条件下でテストシリーズの中の４０ｍｍの直径を有する高ホウ素ドープ単結晶シリコンの小さなテスト結晶を引き上げることによってテストされた。１インチ（およそ２５．４ｍｍ）の直径および１．８ｍｍの厚みを有するテストウェハが単結晶の各々から切り出されて、ＳＩＲＤ（走査赤外脱分極）によって格子歪みが調べられた。手順が本発明に従っている場合、中心欠陥の検出、したがって転位を有する単結晶を引き上げる確率の低下が１％を下回る。

添付の３つの図面、すなわち図１、図２および図３は、本発明に係る動作条件の、ネック部の長さＰにわたる代表図（図１）、および、テストシリーズにおける、以前の条件から逸脱する動作条件の、ネック部の長さＰにわたる代表図（図２および図３）を提供する。これらの図面は、引き上げ速度ｖ、ネック部の直径ｄ、および融液の温度Ｔに関する情報を含んでいる。それぞれのテストウェハは、本発明に係る動作条件が利用された場合にのみ中心欠陥がなかった。

図２に係る動作条件の場合、直径のテーパリング比率は、ネック部の第１のセクションの引き上げ中は所期の比率を下回っていた。

図３に係る動作条件の場合、直径は、ネック部の第２のセクションの引き上げ中は、５．５ｍｍという依然として許容可能であると考えられる直径を超えていた。

Claims (5)

1. ２０ｍΩｃｍ以下の抵抗率を有するシリコン単結晶をチョクラルスキー法によって融液から引き上げる方法であって、
   ネック部の第１のセクションの直径が、種結晶の直径と比較して、５ｍｍ以下のターゲット直径に対してネック部長さの１ｍｍ当たり０．３ｍｍ以上の比率でテーパ状になるような第１の引き上げ速度で前記ネック部の前記第１のセクションを引き上げるステップと、
   前記ネック部の第２のセクションの直径が５．５ｍｍを超える値に増大することなしに、３分以上の期間にわたって０．２ｍｍ／分未満の第２の引き上げ速度で前記ネック部の前記第２のセクションを引き上げるステップと、
   ２ｍｍ／分を超える第３の引き上げ速度で前記ネック部の第３のセクションを引き上げるステップとを備える、方法。
2. 前記融液を水平磁場にさらすステップを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記抵抗率は、前記融液をドープするホウ素またはヒ素によって規定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記融液は、ゲルマニウムでさらにドープされる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記単結晶の円筒形セクションを引き上げて、前記円筒形セクションから単結晶シリコンの半導体ウェハを取り出すステップを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

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