DE102018210317A1 - Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial gemäß der FZ-Methode, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Halbleiterscheibe aus Silizium - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial gemäß der FZ-Methode, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Halbleiterscheibe aus Silizium. Das Verfahren umfasst das Schaffen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall;das Schmelzen von Material des Vorratsstabs in einem Hochfrequenz-Magnetfeld einer ersten Induktionsspule;das Kristallisieren von Material der Schmelzenzone auf dem wachsenden Einkristall;das Drehen des wachsenden Einkristalls um eine Drehachse und das Wechseln des Drehsinns und der Geschwindigkeit der Drehung nach einem vorbestimmten Muster; unddas Aufprägen eines alternierenden Magnetfelds einer zweiten Induktionsspule auf die Schmelzenzone, wobei das alternierende Magnetfeld nicht achsensymmetrisch bezüglich der Drehachse des wachsenden Einkristalls ist.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial gemäß der FZ-Methode, umfassend das Schaffen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist sowie eine mit Dotierstoff vom n-Typ dotierte Halbleiterscheibe aus Silizium, die durch das Verfahren zugänglich wird.
  • Die FZ-Methode (floating zone method) umfasst das Schaffen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall, das Schmelzen von Material des Vorratsstabs in einem Hochfrequenz-Magnetfeld und das Kristallisieren von Material der Schmelzenzone auf dem wachsenden Einkristall.
  • In US 3,705,789 ist die Herstellung eines Einkristalls durch Anwendung der FZ-Methode beschrieben, wobei der Schmelzenzone ein Magnetfeld zusätzlich aufgeprägt wird. Dieses Magnetfeld wird von einer weiteren Induktionsspule erzeugt, die mit elektrischem Strom einer Frequenz zwischen 500 Hz und 500 kHz gespeist wird. Das zusätzlich aufgeprägte Magnetfeld dient dem Stützen der Schmelzenzone.
  • In WO2008/125104 A1 ist ein gleichartiges Verfahren beschrieben, wobei bei dessen Anwendung der Zweck im Vordergrund steht, die elektrischen Eigenschaften des Einkristalls auf einer Halbleiterscheibe (wafer) zu vergleichmäßigen, die vom Einkristall geschnitten wird. Das Verfahren umfasst auch das Drehen des wachsenden Einkristalls um eine Drehachse und das Wechseln des Drehsinns und der Geschwindigkeit der Drehung nach einem vorbestimmten Muster.
  • In JP 2015-229 612 A ist ein Verfahren gemäß der FZ-Methode beschrieben, welches eine Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium zugänglich macht, die einen Durchmesser von 200 mm und einen RRV aufweist, der, unter Berücksichtigung eines Randausschlusses von 5 mm, im günstigsten Fall zwischen 3,8% und 16% liegt. RRV (radial resistivity variation) ist ein Maß für Schwankungen des spezifischen Widerstands in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Einkristalls liegt. Der RRV wird gemäß der nachstehenden Formel berechnet, wobei pmax und pmin den größten, beziehungsweise kleinsten spezifischen elektrischen Widerstand in der Ebene der Halbleiterscheibe bezeichnen: RRV = [(ρmax - ρmin)/ρmin] × 100 %
  • Unter anderem wegen der vergleichsweise kleinen Segregationskoeffizienten von Dotierstoffen vom n-Typ wie Phosphor, Arsen und Antimon ist es schwieriger, eine gleichmäßige Verteilung eines solchen Dotierstoffs im wachsenden Einkristall zu erreichen. Deshalb schwankt der spezifische Widerstand von n-dotierten Halbleiterscheiben aus Silizium in radialer Richtung vergleichsweise stärker, als derjenige von entsprechenden Halbleiterscheiben, die mit Dotierstoff vom p-Typ dotiert sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial gemäß der FZ-Methode bereitzustellen, welches eine Vergleichmäßigung des spezifischen Widerstands bewirkt und eine Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium mit verbesserten elektrischen Eigenschaften zugänglich macht.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, der mit Dotierstoff dotiert ist, umfassend
    das Schaffen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall;
    das Schmelzen von Material des Vorratsstabs in einem Hochfrequenz-Magnetfeld einer ersten Induktionsspule;
    das Kristallisieren von Material der Schmelzenzone auf dem wachsenden Einkristall; das Drehen des wachsenden Einkristalls um eine Drehachse und das Wechseln des Drehsinns und der Geschwindigkeit der Drehung nach einem vorbestimmten Muster; und
    das Aufprägen eines alternierenden Magnetfelds einer zweiten Induktionsspule auf die Schmelzenzone, wobei das alternierende Magnetfeld nicht achsensymmetrisch bezüglich der Drehachse des wachsenden Einkristalls ist.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass es zur Lösung der Aufgabe von Vorteil ist, die zweite Induktionsspule, die das alternierende Magnetfeld der Schmelzenzone aufprägt, aus einer horizontalen Lage gekippt anzuordnen. Die Achse durch die Mitte der zweiten Induktionsspule und die Drehachse des wachsenden Einkristalls schließen einen Winkel ein, der von Null verschieden ist. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise nicht weniger als 15° und nicht mehr als 30°. Das alternierende Magnetfeld übt auf die Schmelzenzone eine elektromagnetische Kraft aus, welche die Durchmischung von Dotierstoff in der Schmelzenzone verbessert und die Strömung im Zentrum der Schmelzenzone ausgeprägt asymmetrisch ausrichtet. Dadurch wird der Einbau von Dotierstoff insbesondere im Zentrum des wachsenden Einkristalls vergleichmäßigt.
  • Das Verfahren ist wirksam unabhängig vom Dotierstoff-Typ. Es kann daher sowohl verwendet werden, um Einkristalle aus Halbleitermaterial herzustellen, die mit Dotierstoff vom n-Typ dotiert sind, als auch solche die mit Dotierstoff vom p-Typ dotiert sind. Besonders vorteilhaft ist es, das Verfahren einzusetzen, um Einkristalle aus Silizium herzustellen, insbesondere solche, die einen Durchmesser von mindestens 200 mm haben. Der Vorratsstab besteht in diesem Fall vorzugsweise aus polykristallinem Silizium, und wird vorzugsweise mittels Gasphasenabscheidung hergestellt.
  • Dotierstoff kann über einen vordotierten Vorratsstab dem wachsenden Einkristall zugeführt werden und/oder über Dotiergas, das zur Schmelzenzone geleitet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Dotierstoff als Dotiergas auf einem Weg zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone geleitet. Besonders bevorzugt ist es, Dotiergas auf zwei unterschiedlichen Wegen zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone und zu einem inneren Bereich der Schmelzenzone zu leiten. Der Fluss des Dotiergases und/oder die Konzentration von Dotierstoff im Dotiergas kann für beide Wege individuell eingestellt werden und auf diese Weise insbesondere einer Verarmung an Dotierstoff im Randbereich des wachsenden Einkristalls entgegengewirkt werden. Vorteilhafterweise wird mit dem Leiten des Dotiergases zum äußeren Bereich der Schmelzenzone erst begonnen, nachdem der wachsende Einkristall einen Durchmesser erreicht hat, der mindestens so groß ist, dass das Dotiergas aus der außen positionierten Düse auf die freie Oberfläche der Schmelze und nicht direkt auf den Kristallrand trifft. In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht die Position der Düse 90% bis 95% des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts und das Dotieren fängt beim Erreichen zwischen 95% und 100% des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts an. Der zylindrische Abschnitt ist derjenige Abschnitt des Einkristalls, der bei einer nachfolgenden Weiterverarbeitung in Halbleiterscheiben geteilt wird. Ist dieser Mindestdurchmesser noch nicht erreicht, trifft die Strömung des Dotiergases zeitweise auf die Phasengrenze zwischen der Schmelzenzone und dem wachsenden Einkristall am Rand des wachsenden Einkristalls, die besonders anfällig für Störungen, auch für Störungen in Folge des Leitens von Dotiergas an diese Stelle ist. Das Dotiergas besteht vorzugsweise aus einem Trägergas und dem Dotierstoff, beispielsweise aus Argon und Phosphin.
  • Der wachsende Einkristall wird im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn um eine Drehachse gedreht und der Drehsinn und die Drehgeschwindigkeit von Zeit zu Zeit nach einem vorbestimmten Muster gewechselt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, der mit Dotierstoff dotiert ist, umfassend
    eine erste Induktionsspule zum Erzeugen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall;
    Stromzuführungen zur ersten Induktionsspule; und
    eine zweite Induktionsspule, die den wachsenden Einkristall umgibt und die der Schmelzenzone ein alternierendes Magnetfeld aufprägt, wobei die zweite Induktionsspule aus einer horizontalen Ebene gekippt angeordnet ist.
  • Die zweite Induktionsspule wird mit Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz vorzugsweise nicht weniger als 25 Hz und nicht mehr als 250 Hz beträgt. Diese Frequenz ist damit deutlich kleiner, als die Frequenz des Wechselstroms in der ersten Induktionsspule, die im MHz-Bereich liegt, typischerweise im Bereich von 2 bis 3 MHz. Die zweite Induktionsspule wird vorzugsweise mit einer magnetischen Durchflutung von nicht weniger als 700 Amperewindungen und nicht mehr als 1100 Amperewindungen betrieben.
  • Die zweite Induktionsspule ist aus einer horizontal liegenden Ebene gekippt angeordnet. Die Achse durch die Mitte dieser Induktionsspule schließt mit der Drehachse des wachsenden Einkristalls einen Winkel ein, der vorzugsweise nicht weniger als 15° und nicht mehr als 30° beträgt. Die zweite Induktionsspule ist vorzugsweise derart gekippt angeordnet, dass der Abstand zur darüber angeordneten ersten Induktionsspule an dem Ort am größten ist, wo die erste Induktionsspule ihre Stromzuführungen hat. Mit anderen Worten, die zweite Induktionsspule ist vorzugsweise von den Stromzuführungen der ersten Induktionsspule weggekippt, angeordnet.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine oder mehrere Düsen zum Leiten von Dotiergas zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone und besonders bevorzugt eine oder mehrere weitere Düsen zum Leiten von Dotiergas zu einem inneren Bereich der Schmelzenzone. Die Düsen sind vorzugsweise auf einer unteren Seite der ersten Induktionsspule angebracht. Beispielsweise sind drei der äußeren Düsen vorhanden und der Abstand einer dieser Düsen zur nächsten beträgt 90° oder vorzugsweise 120°.
  • Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen Nachheizer, welcher den wachsenden Einkristall im Bereich der Phasengrenze zwischen der Schmelzenzone und dem wachsenden Einkristall umgibt. Der Nachheizer ist vorzugsweise als Reflektor ausgeführt, aber auch seine Ausführung als aktives Heizelement ist möglich. Der Nachheizer hat vorzugsweise einen Durchmesser, aufgrund dessen sein Abstand zum wachsenden Einkristall kleiner ist, als der Abstand der zweiten Induktionsspule zum wachsenden Einkristall.
  • Die zweite Induktionsspule ist vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht, in dem elektrisch isolierte Windungen der zweiten Induktionsspule durch ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, gekühlt werden. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus unmagnetischem (nicht ferromagnetischem) Stahl. Besonders bevorzugt ist, das Gehäuse durch eine Beschichtung besonders elektrisch leitfähig zu machen, vorzugsweise durch eine Beschichtung aus Silber. Die Beschichtung hat eine Dicke, die vorzugsweise nicht weniger als 40 µm beträgt.
  • Gegenstand der Erfindung ist schließlich eine Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, die mit einem Dotierstoff vom n-Typ dotiert ist, umfassend
    eine Konzentration an interstitiellem Sauerstoff von nicht mehr als 1 × 1016 Atome/cm3;
    einen Anstieg des spezifischen Widerstands von einer Position R/2 bis zum Rand der Halbleiterscheibe von mindestens 2 %, wobei R den Radius der Halbleiterscheibe bezeichnet;
    eine Variation des spezifischen Widerstands, ausgedrückt als RRV von nicht mehr als 9 %; und
    Striations mit einer Schwankungsbreite von nicht mehr als ± 10 %.
  • Bei dem Dotierstoff vom n-Typ handelt es sich vorzugsweise um Phosphor. Eine erfindungsgemäße Halbleiterscheibe wird von einem Einkristall geschnitten, der durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • Die Konzentration an interstitiellem Sauerstoff ergibt sich nach Messung in Einklang mit der Norm new ASTM.
  • Im Gegensatz zu Halbleiterscheiben, die mittels NTD (neutron transmutation doping) dotiert sind, steigt der spezifische Widerstand einer erfindungsgemäßen Halbleiterscheibe zu Rand hin an.
  • Die Messung des RRV erfolgt entsprechend der 4-Spitzen-Methode entlang des Durchmessers der Halbleiterscheibe mit einem Abstand benachbarter Messpositionen von 2 mm, wobei ein Randausschluss von 6 mm zu berücksichtigen ist.
  • Striations entstehen durch Temperatur- und Dotierstoffkonzentrationsschwankungen an der Phasengrenze zwischen der Schmelzenzone und dem wachsenden Einkristall und zeigen dadurch ausgelöste Fluktuationen des spezifischen Widerstands an. Die Untersuchung der Schwankungsbreite von Striations erfolgt mittels SRP-Messung (spreading resistance profiling) entlang einer von der Mitte der Halbleiterscheibe radial nach außen führenden Linie mit einem Abstand benachbarter Messpositionen von 50 µm, wobei über eine Länge von 60 % des Radius gemessen wird.
  • Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen eingehender beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • 2, 3, 4 und 6 zeigen für einige Halbleiterscheiben von Beispielsversuchen und eines Vergleichsversuchs die Abweichung des mittels 4-Spitzen-Methode gemessenen spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit der radialen Koordinate Pos.
    • 5 und 7 zeigen für Halbleiterscheiben eines Beispielsversuchs und Halbleiterscheiben eines Vergleichsversuchs die Abweichung des mittels SRP-Messung gemessenen spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit eines Abstands ΔP vom Rand dieser Halbleiterscheiben.
  • Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst eine erste Induktionsspule 1 und eine zweite Induktionsspule 2. Die erste Induktionsspule wird mit hochfrequentem Wechselstrom betrieben und ist zwischen einem Vorratsstab 3 und einem wachsendem Einkristall 4 angeordnet. Hauptaufgabe der ersten Induktionsspule ist das Schaffen einer Schmelzenzone 5 zwischen dem Vorratsstab 3 und dem wachsenden Einkristall 4 und das Schmelzen von Material des Vorratsstabs 3 zum Ausgleich von Material der Schmelzenzone 5, das auf dem wachsenden Einkristall 4 kristallisiert. Nicht dargestellt sind dem Fachmann bekannte Einrichtungen zum Drehen des Vorratsstabs und des wachsenden Einkristalls sowie zum Absenken des wachsenden Einkristalls.
  • Die zweite Induktionsspule 2 wird mit niederfrequentem Wechselstrom betrieben und ist um den wachsenden Einkristall 4 herum angeordnet und zwar derart, dass sie aus einer horizontalen Lage gekippt angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung schneiden sich eine Achse 6 durch die Mitte der zweiten Induktionsspule 2 und die Drehachse 7 des wachsenden Einkristalls 4 in einem Winkel α, der einen Wert hat, der größer Null ist. Die zweite Induktionsspule 2 ist von Stromzuführungen 8 zur ersten Induktionsspule 1 weggekippt angeordnet und prägt der Schmelzenzone 5 ein alternierendes Magnetfeld auf. Wegen der gekippten Anordnung der zweiten Induktionsspule 2 bewirkt das alternierende Magnetfeld in der Schmelzenzone 5 eine Volumenkraft, die eine Schmelzenstömung in Pfeilrichtung 9 quer über das Zentrum der Schmelzenzone 5 treibt. Diese unsymmetrische Schmelzenströmung vergleichmäßigt die Verteilung von Dotierstoff in der Schmelzenzone, woraus letztlich eine Vergleichmäßigung der Verteilung von Dotierstoff im wachsenden Einkristall 4 resultiert.
  • Die dargestellte Vorrichtung umfasst des Weiteren mindestens eine Düse 10 zum Leiten von Dotiergas, welches den Dotierstoff enthält, zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone 5 und mindestens eine weitere Düse 11 zum Leiten von Dotiergas, welches den Dotierstoff enthält, zu einem inneren Bereich der Schmelzenzone 5. Die Düsen 10, 11 sind vorzugsweise auf der unteren Seite der ersten Induktionsspule 1 angebracht. Eine typische erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch ganz ohne die inneren Düsen 11 auskommen.
  • Die dargestellte Vorrichtung umfasst schließlich noch einen passiven Nachheizer 12 (Reflektor), der den wachsenden Einkristall 4 umgibt und bewirkt, dass der radiale Temperaturgradient am Rand des wachsenden Einkristalls 4, insbesondere im Bereich der Phasengrenze zwischen der Schmelzenzone 5 und dem wachsenden Einkristall 4 abgeschwächt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Induktionsspule
    2
    zweite Induktionsspule
    3
    Vorratsstab
    4
    wachsender Einkristall
    5
    Schmelzenzone
    6
    Achse
    7
    Drehachse
    8
    Stromzuführungen
    9
    Pfeilrichtung
    10
    Düse
    11
    Düse
    12
    Nachheizer
  • Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
  • Die Erfindung wurde in Versuchen getestet, wobei eine Vorrichtung mit den in 1 gezeigten Merkmalen eingesetzt wurde, um mit Dotierstoff vom n-Typ (Dotiergas: Ar und PH3) dotierte Einkristalle aus Silizium herzustellen. Die Einkristalle wurden anschließend geschliffen und zu polierten Halbleiterscheiben mit Durchmessern von 200 mm weiterverarbeitet. Die zweite Induktionsspule 2 hatte einen Durchmesser von 300 mm und bestand aus 121 Windungen. Sie war aus einer horizontalen Lage von Stromzuführungen 8 der ersten Induktionsspule 1 nach unten weggekippt angeordnet, wobei der Winkel α zwischen der Achse 6 durch die Mitte der zweiten Induktionsspule 2 und der Drehachse 7 des wachsenden Einkristalls 22,5° betrug. Die zweite Induktionsspule wurde mit 50 Hz Wechselstrom betrieben, und die Stromstärke betrug in einem ersten Beispielsversuch 5 A (was einer magnetischen Durchflutung von 605 Amperewindungen entsprach) und in einem zweiten Beispielsversuch 7,5 A (was einer magnetischen Durchflutung von 907,5 Amperewindungen entsprach) . Zu Vergleichszwecken wurde in einem Vergleichsversuch ein weiterer Einkristall hergestellt und zu Halbleiterscheiben verarbeitet, wobei zur Herstellung des Einkristalls eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß 1 verwendet wurde, jedoch ohne die zweite Induktionsspule 2.
  • Der spezifische Widerstand der erhaltenen Halbleiterscheiben wurde mittels der 4-Spitzen-Methode entlang des Durchmessers der Halbleiterscheibe gemessen (Abstand benachbarter Messpositionen 2 mm, Randausschluss 6 mm), und die Schwankungsbreite von Striations mittels SRP-Messung bestimmt (entlang einer von der Mitte der Halbleiterscheibe radial nach außen führenden Linie mit einem Abstand benachbarter Messpositionen von 50 µm, wobei über eine Länge von 60 % des Radius gemessen wurde).
  • 2 zeigt für einige Halbleiterscheiben des ersten Beispielsversuchs die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit der radialen Koordinate Pos.
  • 3 zeigt für einige Halbleiterscheiben des zweiten Beispielsversuchs die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit der radialen Koordinate Pos. Es ist zu erkennen, dass bei Verwendung einer höheren Stromstärke ein gleichmäßigerer Widerstandsverlauf insbesondere im Bereich um das Zentrum (Pos = 0 mm) der Halbleiterscheiben erreicht werden konnte.
  • 4 zeigt für einige Halbleiterscheiben eines dritten Beispielsversuchs die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit der radialen Koordinate Pos. Im dritten Beispielsversuch erfolge die Dotierung des Einkristalls durch Leiten von Dotiergas zur Schmelzenzone auf einem Weg zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone und auf einem Weg zu einem inneren Bereich der Schmelzenzone, während im ersten und zweiten Beispielsversuch auf das Leiten des Dotiergases zum äußeren Bereich der Schmelzenzone verzichtet wurde. Es ist zu erkennen, dass durch das zusätzliche Leiten des Dotiergases zum äußeren Bereich der Schmelzenzone ein gleichmäßigerer Widerstandsverlauf insbesondere im Bereich des Rands (Pos = ±94 mm) der Halbleiterscheiben erreicht werden konnte. Bei diesen Halbleiterscheiben betrug der RRV nicht mehr als 9 % und die Schwankungsbreite von Striations nicht mehr als ± 10 %.
  • 5 zeigt das Ergebnis von SRP-Messungen an Halbleiterscheiben des dritten Beispielversuchs, wobei die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit eines Abstands ΔP vom Rand von zwei dieser Halbleiterscheiben aufgetragen ist. ΔP = 100 mm bezeichnet das Zentrum der Halbleiterscheibe.
  • 6 zeigt für einige Halbleiterscheiben des Vergleichsversuchs die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit der radialen Koordinate Pos.
  • 7 zeigt das Ergebnis von SRP-Messungen an Halbleiterscheiben des Vergleichsversuchs, wobei die Abweichung des spezifischen Widerstands Δρ von einem Zielwiderstand in Abhängigkeit eines Abstands ΔP vom Rand von zwei dieser Halbleiterscheiben aufgetragen ist. ΔP = 100 mm bezeichnet das Zentrum der Halbleiterscheibe.
  • Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • JP 2015229612 A [0005]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, der mit Dotierstoff dotiert ist, umfassend das Schaffen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall; das Schmelzen von Material des Vorratsstabs in einem Hochfrequenz-Magnetfeld einer ersten Induktionsspule; das Kristallisieren von Material der Schmelzenzone auf dem wachsenden Einkristall; das Drehen des wachsenden Einkristalls um eine Drehachse und das Wechseln des Drehsinns und der Geschwindigkeit der Drehung nach einem vorbestimmten Muster; und das Aufprägen eines alternierenden Magnetfelds einer zweiten Induktionsspule auf die Schmelzenzone, wobei das alternierende Magnetfeld nicht achsensymmetrisch bezüglich der Drehachse des wachsenden Einkristalls ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Achse durch die Mitte der zweiten Induktionsspule und die Drehachse des wachsenden Einkristalls einen Winkel einschließen, der nicht weniger als 15° und nicht mehr als 30° beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweite Induktionsspule mit einer magnetischen Durchflutung von nicht weniger als 700 Amperewindungen und nicht mehr als 1100 Amperewindungen betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend das Leiten eines, den Dotierstoff enthaltenden Dotiergases zur Schmelzenzone auf einem Weg zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mit dem Leiten des Dotiergases zur Schmelzenzone auf dem Weg zum äußeren Bereich der Schmelzenzone begonnen wird, nachdem der wachsende Einkristall einen Durchmesser erreicht hat, der mindestens 95 % des Durchmessers eines zylindrischen Abschnitts des wachsenden Einkristalls entspricht, und bevor der Durchmesser 100 % des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts ist.
  6. Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, der mit Dotierstoff dotiert ist, umfassend eine erste Induktionsspule zum Erzeugen einer Schmelzenzone zwischen einem Vorratsstab und einem wachsenden Einkristall; Stromzuführungen zur ersten Induktionsspule; und eine zweite Induktionsspule, die den wachsenden Einkristall umgibt und die der Schmelzenzone ein alternierendes Magnetfeld aufprägt, wobei die zweite Induktionsspule aus einer horizontalen Ebene gekippt angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse durch die Mitte der zweiten Induktionsspule mit einer Drehachse des wachsenden Einkristalls einen Winkel einschließt, der nicht weniger als 15° und nicht mehr als 30° beträgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Induktionsspule dort am größten ist, wo die erste Induktionsspule ihre Stromzuführungen hat.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend mindestens eine Düse zum Leiten von Dotiergas, welches den Dotierstoff enthält, zu einem äußeren Bereich der Schmelzenzone.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, umfassend drei Düsen zum Leiten des Dotiergases zum äußeren Bereich der Schmelzenzone, die im Abstand von 120° zueinander angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend einen Nachheizer, der den wachsenden Einkristall im Bereich einer Phasengrenze zwischen der Schmelzenzone und dem wachsenden Einkristall umgibt.
  12. Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, die mit einem Dotierstoff vom n-Typ dotiert ist, umfassend eine Konzentration an interstitiellem Sauerstoff von nicht mehr als 1 × 1016 Atome/cm3; einen Anstieg des spezifischen Widerstands von einer Position R/2 bis zum Rand der Halbleiterscheibe von mindestens 2 %, wobei R den Radius der Halbleiterscheibe bezeichnet; eine Variation des spezifischen Widerstands, ausgedrückt als RRV von nicht mehr als 9 %; und Striations mit einer Schwankungsbreite von nicht mehr als ± 10 %.
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