シリコン単結晶の引き上げ方法
【課題】歩留まりロスを十分に低減することができるシリコン単結晶の引き上げ方法を提供する。
【解決手段】融液中に種子結晶を浸漬し、前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法
【解決手段】融液中に種子結晶を浸漬し、前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法の場合、種子結晶を前記融液内に浸漬しかつ引き上げ、前記融液の材料が前記種子結晶に接する箇所で結晶化して単結晶になる。安定化期の後にまずネック部が引き上げられ、後に円錐部が引き上げられ、その際、前記円錐部の引き上げの間に成長する単結晶の直径は目標直径に拡大される。前記融液はシリコンだけを有するのではなく、通常では１種以上のドーパントも含有し、前記ドーパントは前記単結晶の格子中に取り込まれ、前記単結晶の電気伝導率を決定する。前記融液はさらに酸素も含有し、前記酸素は坩堝材料から溶出され、部分的に前記単結晶に取り込まれる。この単結晶中に含まれる酸素は、有利な作用と、不利な作用とを有する。酸素を含有する析出物、いわゆるＢＭＤ（バルク微小欠陥）は、内部ゲッターとして作用し、前記ゲッターは金属不純物を結合し、こうして電子素子の機能を障害することを防止することができる。高い酸素濃度は、他方で、障害となる積層欠陥、いわゆるＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の形成を促進する。従って、単結晶中の酸素濃度は、ドーパントの濃度と同様に、目標直径を有しかつ円錐部に隣接する、半導体ウェハの製造のために使用される単結晶の円柱部の範囲内で少なくとも、前記濃度が狭い所定の濃度範囲から逸脱しないように制御することが望ましい。
【０００３】
前記単結晶中の前記酸素濃度には多様な方法で、例えば反応器中のガス圧の制御により、反応器に導通される不活性ガスの速度の制御により、融液表面と前記単結晶を取り囲む熱シールドの下端との間の距離の制御により、前記単結晶並びに坩堝の回転速度の制御により、及び前記融液に印加される磁場の強さの制御により影響を及ぼすことができる。このような制御手段が適用されるにもかかわらず、初めから、つまり単結晶の円柱部の始端から既に所定の濃度範囲内の酸素濃度を達成するという課題が生じる。前記単結晶の円柱部の始端から得られる半導体ウェハは、顧客により指定された酸素濃度を有しない場合、これは歩留まりロスとなり、この歩留まりロスは、前記単結晶の直径がより大きくなりかつ前記単結晶の円柱部がより短くなれば比例して影響がより大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、前記歩留まりロスを十分に低減することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、融液中に種子結晶を浸漬し、
前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、
前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する
坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、
前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法により解決される。
【０００６】
発明者の研究は、前記単結晶の円柱部の始端での所定の酸素濃度の欠如による歩留まりロスを生じさせないために、前記単結晶の円錐部を引き上げる期間に特に注目しなければならないことを示した。種子結晶に接する箇所で成長する単結晶を引き上げる結晶引き上げ速度を、円錐部中で前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が達成されるように制御することを保証する必要がある。
【０００７】
前記単結晶の円錐部を引き上げる期間に前記結晶引き上げ速度をまず低減し、引き続き高めるのが有利である。
【０００８】
前記円錐部を引き上げる際に前記結晶引き上げ速度を、最初の速度から、この最初の速度よりも少なくとも４０％、有利に少なくとも６０％低い結晶引き上げ速度に低下させ、この引き上げ速度を前記の低い結晶引き上げ速度から再び最終の速度に上昇させることが特に有利である。前記最終の速度は、目標直径を達成する場合の結晶引き上げ速度である。前記最初の速度は、有利に前記最終の速度よりも高い。
【０００９】
前記円錐部の直径が目標直径の少なくとも５０％に達して初めて前記低い結晶引き上げ速度で前記種子結晶を引き上げることがさらに有利である。
【００１０】
本発明を、次に図面を用いてさらに詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により引き上げられた円錐部の範囲内の単結晶を示す。
【図２】本発明により引き上げられた円錐部の範囲内の単結晶を示す。
【図３】図１及び図２による単結晶の場合の角度α及びβの位置を示す。
【図４】例えば２００ｍｍの目標直径を有するシリコン単結晶に関する円錐部を引き上げる間の結晶引き上げ速度のプロフィールを示す。
【００１２】
単結晶を軸方向に切断する場合、ドーパント及び酸素の偏析縞が前記成長フロントのプロフィールを示す。前記偏析縞は融液内の温度変動の結果であり、それに基づき前記ドーパント及び酸素の濃度は単結晶の半径方向で程度に差はあるが変化する。
【００１３】
上記に記載されたように、前記結晶引き上げ速度の低減及び上昇は円錐部において前記成長フロントの湾曲の反転を生じさせる。最初は、前記成長フロントは種子結晶に向かって見て凹型に湾曲している。前記成長フロントを凸型の湾曲に変換することは、本発明の場合に、単結晶の円錐部において前記結晶引き上げ速度を制御することによって行う。
【００１４】
図１は、本発明により引き上げられた、種子結晶３、円錐部２及び単結晶の円筒状の始端部１を示す。前記種子結晶と円錐部との間にネック部が存在する。前記円錐部の直径を、円柱部への移行部で達成される目標直径にまで増大させる。前記湾曲した偏析縞５により示された成長フロントは、円柱部において存在する前記偏析縞の湾曲は円錐部では逆であるように構成されている。円柱部では湾曲の反転は存在しない。
【００１５】
図２による前記単結晶は、前記円錐部２の上方の第２部分４によって図１の単結晶とは異なっている。このような肥大部は、前記単結晶が保持システムによって前記肥大部を支持しない限り前記種子結晶又はネック部が重量の荷重により破断しかねないような重さの単結晶を引き上げる際に一般に必要である。
【００１６】
前記方法の実施については、前記円錐部の直径を目標直径に拡大するために、円錐部２の軸方向長さが必要な場合の長さよりも長くなる場合に利点を有する。従って、前記円錐部は、有利に６０°以上で９０℃以下の、特に有利に８０℃以下の開き角αを有する。円錐部２から円柱部１への移行部の外角βは、有利に５°以上で２５°以下である。前記角の位置は図３に示されている。
【００１７】
前記円錐部の典型的な軸方向長さは、２００ｍｍの公称の目標直径を有する単結晶の場合には、有利に１６０〜２２０ｍｍであり、３００ｎｍの公称の目標直径を有する単結晶の場合には、有利に２４０〜３４０ｍｍである。３００ｍｍを越える公称の目標直径を有する単結晶の場合には、円錐部の前記軸方向長さは相応してより長くなる。
【実施例】
【００１８】
２００ｍｍの公称の目標直径を有するシリコン単結晶を本発明により引き上げた。円錐部の範囲内での最初の速度に関して表される結晶引き上げ速度Ｖ（ｒｅｌ）のプロフィールは図４に示されている。目標直径に対する円錐部の相対的直径Ｄ（ｒｅｌ）が横座標としてプロットされている。
【００１９】
比較のために、他の単結晶を同じ公称の直径であるが、前記円錐部の引き上げの間にほぼ同じ結晶引き上げ速度で引き上げた。この単結晶の場合に、前記円柱状の始端部の範囲は、酸素濃度に関して予定の特性を満たしていなかった。図４より引き上げられた単結晶の場合には、この種の歩留まりロスはなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法の場合、種子結晶を前記融液内に浸漬しかつ引き上げ、前記融液の材料が前記種子結晶に接する箇所で結晶化して単結晶になる。安定化期の後にまずネック部が引き上げられ、後に円錐部が引き上げられ、その際、前記円錐部の引き上げの間に成長する単結晶の直径は目標直径に拡大される。前記融液はシリコンだけを有するのではなく、通常では１種以上のドーパントも含有し、前記ドーパントは前記単結晶の格子中に取り込まれ、前記単結晶の電気伝導率を決定する。前記融液はさらに酸素も含有し、前記酸素は坩堝材料から溶出され、部分的に前記単結晶に取り込まれる。この単結晶中に含まれる酸素は、有利な作用と、不利な作用とを有する。酸素を含有する析出物、いわゆるＢＭＤ（バルク微小欠陥）は、内部ゲッターとして作用し、前記ゲッターは金属不純物を結合し、こうして電子素子の機能を障害することを防止することができる。高い酸素濃度は、他方で、障害となる積層欠陥、いわゆるＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）の形成を促進する。従って、単結晶中の酸素濃度は、ドーパントの濃度と同様に、目標直径を有しかつ円錐部に隣接する、半導体ウェハの製造のために使用される単結晶の円柱部の範囲内で少なくとも、前記濃度が狭い所定の濃度範囲から逸脱しないように制御することが望ましい。
【０００３】
前記単結晶中の前記酸素濃度には多様な方法で、例えば反応器中のガス圧の制御により、反応器に導通される不活性ガスの速度の制御により、融液表面と前記単結晶を取り囲む熱シールドの下端との間の距離の制御により、前記単結晶並びに坩堝の回転速度の制御により、及び前記融液に印加される磁場の強さの制御により影響を及ぼすことができる。このような制御手段が適用されるにもかかわらず、初めから、つまり単結晶の円柱部の始端から既に所定の濃度範囲内の酸素濃度を達成するという課題が生じる。前記単結晶の円柱部の始端から得られる半導体ウェハは、顧客により指定された酸素濃度を有しない場合、これは歩留まりロスとなり、この歩留まりロスは、前記単結晶の直径がより大きくなりかつ前記単結晶の円柱部がより短くなれば比例して影響がより大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、前記歩留まりロスを十分に低減することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、融液中に種子結晶を浸漬し、
前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、
前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する
坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、
前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法により解決される。
【０００６】
発明者の研究は、前記単結晶の円柱部の始端での所定の酸素濃度の欠如による歩留まりロスを生じさせないために、前記単結晶の円錐部を引き上げる期間に特に注目しなければならないことを示した。種子結晶に接する箇所で成長する単結晶を引き上げる結晶引き上げ速度を、円錐部中で前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が達成されるように制御することを保証する必要がある。
【０００７】
前記単結晶の円錐部を引き上げる期間に前記結晶引き上げ速度をまず低減し、引き続き高めるのが有利である。
【０００８】
前記円錐部を引き上げる際に前記結晶引き上げ速度を、最初の速度から、この最初の速度よりも少なくとも４０％、有利に少なくとも６０％低い結晶引き上げ速度に低下させ、この引き上げ速度を前記の低い結晶引き上げ速度から再び最終の速度に上昇させることが特に有利である。前記最終の速度は、目標直径を達成する場合の結晶引き上げ速度である。前記最初の速度は、有利に前記最終の速度よりも高い。
【０００９】
前記円錐部の直径が目標直径の少なくとも５０％に達して初めて前記低い結晶引き上げ速度で前記種子結晶を引き上げることがさらに有利である。
【００１０】
本発明を、次に図面を用いてさらに詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により引き上げられた円錐部の範囲内の単結晶を示す。
【図２】本発明により引き上げられた円錐部の範囲内の単結晶を示す。
【図３】図１及び図２による単結晶の場合の角度α及びβの位置を示す。
【図４】例えば２００ｍｍの目標直径を有するシリコン単結晶に関する円錐部を引き上げる間の結晶引き上げ速度のプロフィールを示す。
【００１２】
単結晶を軸方向に切断する場合、ドーパント及び酸素の偏析縞が前記成長フロントのプロフィールを示す。前記偏析縞は融液内の温度変動の結果であり、それに基づき前記ドーパント及び酸素の濃度は単結晶の半径方向で程度に差はあるが変化する。
【００１３】
上記に記載されたように、前記結晶引き上げ速度の低減及び上昇は円錐部において前記成長フロントの湾曲の反転を生じさせる。最初は、前記成長フロントは種子結晶に向かって見て凹型に湾曲している。前記成長フロントを凸型の湾曲に変換することは、本発明の場合に、単結晶の円錐部において前記結晶引き上げ速度を制御することによって行う。
【００１４】
図１は、本発明により引き上げられた、種子結晶３、円錐部２及び単結晶の円筒状の始端部１を示す。前記種子結晶と円錐部との間にネック部が存在する。前記円錐部の直径を、円柱部への移行部で達成される目標直径にまで増大させる。前記湾曲した偏析縞５により示された成長フロントは、円柱部において存在する前記偏析縞の湾曲は円錐部では逆であるように構成されている。円柱部では湾曲の反転は存在しない。
【００１５】
図２による前記単結晶は、前記円錐部２の上方の第２部分４によって図１の単結晶とは異なっている。このような肥大部は、前記単結晶が保持システムによって前記肥大部を支持しない限り前記種子結晶又はネック部が重量の荷重により破断しかねないような重さの単結晶を引き上げる際に一般に必要である。
【００１６】
前記方法の実施については、前記円錐部の直径を目標直径に拡大するために、円錐部２の軸方向長さが必要な場合の長さよりも長くなる場合に利点を有する。従って、前記円錐部は、有利に６０°以上で９０℃以下の、特に有利に８０℃以下の開き角αを有する。円錐部２から円柱部１への移行部の外角βは、有利に５°以上で２５°以下である。前記角の位置は図３に示されている。
【００１７】
前記円錐部の典型的な軸方向長さは、２００ｍｍの公称の目標直径を有する単結晶の場合には、有利に１６０〜２２０ｍｍであり、３００ｎｍの公称の目標直径を有する単結晶の場合には、有利に２４０〜３４０ｍｍである。３００ｍｍを越える公称の目標直径を有する単結晶の場合には、円錐部の前記軸方向長さは相応してより長くなる。
【実施例】
【００１８】
２００ｍｍの公称の目標直径を有するシリコン単結晶を本発明により引き上げた。円錐部の範囲内での最初の速度に関して表される結晶引き上げ速度Ｖ（ｒｅｌ）のプロフィールは図４に示されている。目標直径に対する円錐部の相対的直径Ｄ（ｒｅｌ）が横座標としてプロットされている。
【００１９】
比較のために、他の単結晶を同じ公称の直径であるが、前記円錐部の引き上げの間にほぼ同じ結晶引き上げ速度で引き上げた。この単結晶の場合に、前記円柱状の始端部の範囲は、酸素濃度に関して予定の特性を満たしていなかった。図４より引き上げられた単結晶の場合には、この種の歩留まりロスはなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液中に種子結晶を浸漬し、
前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、
前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する
坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、
前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法。
【請求項２】
前記結晶引き上げ速度を最初の速度から、前記最初の速度より少なくとも４０％低い結晶引き上げ速度に低下させ、前記の結晶引き上げ速度を、前記低い結晶引き上げ速度から最終速度に上昇させ、前記最終速度で前記目標直径が達成されるまで前記種子結晶を引き上げることを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記最終の速度は、前記最初の速度よりも低いことを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記種子結晶を、前記円錐部の直径が目標直径の少なくとも５０％に達するときに初めて前記低い結晶引き上げ速度で引き上げることを特徴とする、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
６０°以上で９０°以下の開き角αが前記円錐部に付与されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
円錐部から円柱部への移行部での前記外角βは、５°以上で２５°以下であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法により製造可能なシリコン単結晶。
【請求項１】
融液中に種子結晶を浸漬し、
前記種子結晶を前記融液から結晶引き上げ速度で引き上げることにより種子結晶に接する箇所で単結晶を結晶化させ、
前記単結晶の直径を円錐部の形で目標直径にまで拡大することを有する
坩堝中に含まれている融液からシリコン単結晶を引き上げる方法において、
前記円錐部において前記単結晶の成長フロントの湾曲の反転が生じるように前記結晶引き上げ速度を制御することを有する、単結晶の引き上げ方法。
【請求項２】
前記結晶引き上げ速度を最初の速度から、前記最初の速度より少なくとも４０％低い結晶引き上げ速度に低下させ、前記の結晶引き上げ速度を、前記低い結晶引き上げ速度から最終速度に上昇させ、前記最終速度で前記目標直径が達成されるまで前記種子結晶を引き上げることを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記最終の速度は、前記最初の速度よりも低いことを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記種子結晶を、前記円錐部の直径が目標直径の少なくとも５０％に達するときに初めて前記低い結晶引き上げ速度で引き上げることを特徴とする、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
６０°以上で９０°以下の開き角αが前記円錐部に付与されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
円錐部から円柱部への移行部での前記外角βは、５°以上で２５°以下であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法により製造可能なシリコン単結晶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２８５３４２（Ｐ２０１０−２８５３４２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１１９１２４（Ｐ２０１０−１１９１２４）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１９１２４（Ｐ２０１０−１１９１２４）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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