DE112008001160T5 - Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls und Siliziumkristallsubstrat - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls und Siliziumkristallsubstrat Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls, wobei der Siliziumeinkristall aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, wobei das Verfahren das derartige Züchten des Einkristalls umfasst, dass die durch die folgende Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, wobei die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben wird, der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/mm) wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben wird und ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben wird. [Formel 1]
Figure 00000002

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls sowie ein Siliziumeinkristallsubstrat.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren ist ein Bedarf an einem N-Kristall mit niedrigem Widerstand und mit einem in hoher Konzentration zugesetzten N-Dotierungsmittel (nach einem hoch dotierten N-Einkristall) für die Anwendung in einem Leistungs-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) zur Reduktion des Ein-Widerstands entstanden.
  • Wenn jedoch wie oben genannt ein N-Dotierungsmittel mit einer hohen Konzentration zugesetzt wird und ein Ingot unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens hochgezogen wird, wird der Gefrierpunkt aufgrund des in einer großen Menge zugesetzten Dotierungsmittels beträchtlich gesenkt, sodass eine kompositionelle Unterkühlung verursacht werden kann.
  • Wenn eine derartige kompositionelle Unterkühlung groß ist, kann ein zu der Siliziumwachstumsfläche unterschiedliches Wachstum auf einer Kristallwachstumsfläche veranlasst werden, was zu einem anormalen Wachstum (Zellenwachstum) führt. Das Auftreten eines derartigen anormalen Wachstums während der Wachstumsphase eines Ingots kann die Einkristallisierung behindern.
  • Angesichts der oben geschilderten Umstände wurden Untersuchungen zu einer derartigen kompositionellen Unterkühlung für Verbundhalbleiter wie etwa GaAs oder InP durchgeführt. Gemäß einer bekannten Technik werden die Auftrittsbedingungen einer kompositionellen Unterkühlung auf der Basis der Beziehung zwischen dem Temperaturgradienten der Halbleiterschmelze und der Hochziehgeschwindigkeit definiert (siehe z. B. das Patentdokument 1).
    • Patentdokument 1: JP-A-61-31382
  • Beschreibung der Erfindung
  • Problemstellung der Erfindung
  • Weil jedoch keine ausreichenden Untersuchungen zu einer kompositionellen Unterkühlung an einem Siliziumeinkristall mit einem in hoher Konzentration zugesetzten N-Dotierungsmittel durchgeführt wurden, bietet die Technik keinerlei Verbesserung hinsichtlich der Verhinderung eines anormalen Wachstums.
  • Bei der in dem Patentdokument 1 angegebenen Technik muss der Temperaturgradient in Nachbarschaft zu der Oberfläche der Siliziumschmelze bekannt sein, wobei der Temperaturgradient aber nicht gemessen werden kann. Und während der Temperaturgradient der Siliziumschmelze durch eine Simulation erhalten werden kann, stellt eine Variation der Bezugspunkte eine Hürde für das Erhalten von zuverlässigen Daten dar.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls, das einen hoch dotierten N-Einkristall stabil herstellen kann, ohne ein anormales Wachstum in dem Kristall während des Züchtens des Siliziumeinkristalls unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens zu verursachen, und weiterhin ein Siliziumeinkristallsubstrat anzugeben.
  • Problemlösung
  • Weil der Temperaturgradient in der Siliziumschmelze nicht direkt gemessen werden kann, drücken die Erfinder den Bruch des Pseudotemperaturgradienten GL (K/mm) in einer Siliziumschmelze und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) als einen Bruch eines durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) des Kristalls und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) in Übereinstimmung mit der Stefan-Bedinugng aus, wobei der durchschnittliche Temperaturgradient Gave durch eine Simulation (CrysVun, STHAMAS) erhalten wird.
  • Indem ein Siliziumeinkristall mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen unter verschiedenen Hochziehbedingungen gezüchtet wird, um zu sehen, ob ein anormales Wachstum auftritt, und indem die erhaltenen Ergebnisse in einem Punktdiagramm eingetragen werden, in dem eine Dotierungskonzentration (Schmelzkonzentration) C (Atome/cm3) in der Siliziumschmelze auf der horizontalen Achse aufgetragen wird, während der Bruch zwischen dem durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) auf der vertikalen Achse aufgetragen wird, haben die Erfinder festgestellt, dass in einem spezifischen Bereich des Punktdiagramms kein anormales Wachstum auftritt. Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis.
  • Insbesondere ist das Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls, wobei der Siliziumeinkristall aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, wobei das Verfahren das derartige Züchten des Einkristalls umfasst, dass die durch die folgende Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, wobei die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben wird, der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/m) wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben wird und ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben wird. [Formel 1]
    Figure 00040001
  • Der durchschnittliche Temperaturgradient Gave (K/mm) ist als eine Variable definiert, die die Wärmeextraktionsfähigkeit eines CZ-Ofens in Nachbarschaft zu der Oberfläche der Siliziumschmelze wiedergibt. Eine detaillierte Definition ist in dem Artikel mit dem Titel „Prediction of solid-liquid interface shape during CZ Si crystal growth using experimental and global simulation" in Journal of Crystal Growth, Volume 266, Issues 1–3, 15 May 2004 von Yutaka Shiraishi, Susuma Maeda und Kozo Nakamura auf den Seiten 28–33 zu finden.
  • Während des Hochziehens des Czochralski-Verfahrens an dem Siliziumeinkristall verursachte Defekte sind von dem Temperaturgradienten einer Fest-Flüssig-Trennfläche entlang der Kristallachse abhängig, wobei die Fest-Flüssig-Trennfläche aufgrund des Einflusses verschiedener Hochziehbedingungen dreidimensional geformt ist. Es ist sehr schwierig, die Form der Fest-Flüssig-Trennfläche durch eine Simulation etwa unter Verwendung eines Computers vorauszusagen.
  • Vor dem oben geschilderten Hintergrund hat man sich auf den durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) an hohen Positionen eines gewzüchteten Kristalls, die frei von Einflüssen der Fest-Flüssig-Trennfläche sind, konzentriert und entsprechende Experimente durchgeführt. Dabei konnte festgestellt werden, das die hohen Positionen des Kristalls, die dem halben Kristallradius R (mm) entsprechen, frei von Einflüssen der Fest/Flüssig-Schnittstelle sind. Der durchschnittliche Temperaturgradient Gave (K/mm) wird weiter unten definiert.
  • Die kompositionelle Unterkühlung, die durch den Temperaturgradienten der Siliziumschmelze beeinflusst wird, kann durch den durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) wie in dem oben zitierten Artikel beschrieben ausgedrückt werden. Die kompositionelle Unterkühlung wird auch durch thermische Flüsse an einem Außenumfang während des Hochziehens und durch das Siliziummetall beeinflusst. Indem die kompositionelle Unterkühlung durch Gave (K/mm) ausgedrückt wird, kann die kompositionelle Unterkühlung betrachtet werden, ohne die komplexe dreidimensionale Form der Fest-Flüssig-Trennfläche zu berücksichtigen.
  • Insbesondere wird Gave (K/m) durch die folgende Formel (2) definiert, wobei der Kristallradius durch R (mm) wiedergegeben wird, die Radialkristallposition durch r (mm) wiedergegeben wird und die Kristallachsen-Temperaturdifferenz an der Kristallposition r (mm) durch G(r)(K) wiedergegeben wird. [Formel 2]
    Figure 00060001
  • Der durch die Formel (2) definierte durchschnittliche Temperaturgradient Gave (K/mm) kann gesteuert werden, indem der Aufbau einer heißen Zone oder eines Prozesses gesteuert wird. Zum Beispiel können Verfahren, die die Wärmeisolation einer Wärmeabschirmplatte in einem Teil der heißen Zone erhöhen (z. B. die Menge des enthaltenen Wärmeisolators erhöhen), eine erzwungene Kühlung vorsehen (z. B. ein Kühlrohr verwenden) und den Zwischenraum zwischen der Wärmeabschirmplatte und der Oberfläche der Siliziumschmelze verringern, zur Steuerung von Gave (K/mm) verwendet werden.
  • In Übereinstimmung mit den oben genannten Steuerfaktoren wird der praktische Bereich von Gave (K/mm) auf 1,8 bis 4,5 (K/mm) gesetzt, wobei eine untere Grenze der Hochziehgeschwindigkeit hinsichtlich einer praktikablen Herstellung auf 0,2 (mm/m) gesetzt wird und eine obere Grenze Hochziehgeschwindigkeit, mit der sich ein stabiler Kristall züchten lässt, auf 1,3 (mm/m) gesetzt wird.
  • Gave/V kann also innerhalb eines Bereichs von 1,3 < Gave/V < 23 gesteuert werden.
  • Um die Anforderungen an den Widerstand eines stark dotierten Halbleitersubstrats zu erfüllen, wenn zum Beispiel Arsen (As) als Dotierungsmittel verwendet wird, wird die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze auf einen Bereich von 5 67 × 1020 bis 2,11 × 1020 (Atome/cm3) [6 mΩ·cm bis 1,5 mΩ·cm] gesetzt. Die numerischen Werte entsprechen jeweils einer oberen Grenze und einer unteren Grenze der Dotierungskonzentration. Wenn dagegen Phosphor (P) als Dotierungsmittel verwendet wird, wird die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze auf einen Bereich von 9,9 × 1019 bis 3,12 × 1020 (Atome/cm3) [2 mΩ·cm bis 0,7 mΩ·cm] gesetzt. Die numerischen Werte entsprechen jeweils einer oberen Grenze und einer unteren Grenze der Dotierungskonzentration. Die Steuerung kann auch auf der Basis des oben genannten Bereichs der Dotierungskonzentration beruhen.
  • Die Formel (1) wird wie nachfolgend erläutert erhalten.
  • Wenn die Stefan-Bedingung als Voraussetzug gesetzt wird, wird eine durch die folgende Formel (3) wiedergegebene Beziehung erhalten, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Kristalls durch KS wiedergegeben wird, die Wärmeleitfähigkeit der Siliziumschmelze durch KL wiedergegeben wird, der Temperaturgradient des Kristalls durch GS wiedergegeben wird, der Temperaturgradient der Siliziumschmelze durch GL wiedergegeben wird, die Verdampfungswärme des Siliziums durch H wiedergegeben wird und die Hochziehgeschwindigkeit durch V wiedergegeben wird.
  • [Formel 3]
    • KSGS – KLGL = HV (3)
  • Indem beide Glieder der Formel (3) neu angeordnet werden, wird die folgende Formel (4) erhalten. [Formel 4]
    Figure 00080001
  • Weiterhin konnte in dem oben zitierten Artikel belegt werden, dass eine durch die folgende Formel (5) wiedergegebene Korrelation zwischen Gave und GS erfüllt wird. [Formel 5]
    Figure 00080002
  • Indem die Formel (5) in die Formel (4) eingesetzt wird und die Formel (4) umgestellt wird, wird die folgende Formel (6) erhalten.
  • Figure 00080003
  • Weiterhin tritt die kompositionelle Unterkühlung auf, wenn die folgende Formel (7) erfüllt wird, wobei der Segregationskoeffizient durch k wiedergegeben wird, der Temperaturgradient der Siliziumschmelze durch GL wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V wiedergegeben wird, der Diffusionskoeffizient durch D wiedergegeben wird, die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C wiedergegeben wird und ein Koeffizient durch m wiedergegeben wird. Die Dotierungskonzentration C kann aus dem Widerstand eines gezüchteten Kristalls abgeleitet werden. [Formel 7]
    Figure 00090001
  • Gemäß den Formeln (6) und (7) tritt die kompositionelle Unterkühlung auf, wenn die durch die Formel (8) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, die eine Bedingung für das Auftreten der kompositionellen Unterkühlung unter Verwendung der Dotierungskonzentration C in der Siliziumschmelze und des durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (eine Variable, die die Wärmeextraktionsfähigkeit in Nachbarschaft zu der Oberfläche der Siliziumschmelze) ausdrückt. [Formel 8]
    Figure 00090002
  • Mit anderen Worten kann in einem Punktdiagramm, in dem die Dotierungskonzentration C (Atome/cm3) in der Siliziumschmelze auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, während der Bruch des durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) und der Hochziehgeschwindigkeit (mm/m) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, eine kritische Linie für das Auftreten der kompositionellen Unterkühlung als eine direkte Funktion der Dotierungskonzentration C wie in der Formel (8) angegeben ausgedrückt werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine Differenz in dem Dotierungsmittel in einem Gradienten der direkten Funktion widergespiegelt wird.
  • Indem also vorläufig der Koeffizient A in Übereinstimmung mit der Art des N-Dotierungsmittels aus der Hochziehgeschwindigkeit, dem durch eine Simulation erhaltenen durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave und der Dotierungskonzentration C in der Siliziumschmelze erhalten wird und indem ein Siliziumeinkristall tatsächlich unter einer derartigen Hochziehbedingung derart gezüchtet wird, dass er außerhalb des durch die Formel (8) wiedergegebenen Auftrittsbereichs eines anormalen Wachstums bleibt, kann das Auftreten eines anormalen Wachstums aufgrund einer kompositionellen Unterkühlung verhindert werden.
  • Und indem der durchschnittliche Temperaturgradient Gave (K/mm) als Parameter verwendet wird, kann ein Siliziumeinkristall ohne anormales Wachstum und ohne Berücksichtigung des nicht-messbaren Temperaturgradienten der Siliziumschmelze gezüchtet werden.
  • Indem also in dem Herstellungsverfahren für einen Siliziumeinkristall gemäß dem Aspekt der Erfindung ein Kristall derart gezüchtet wird, dass er die durch die Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt, kann ein anormales Wachstum verhindert werden. Der Wert des Schnittpunkts auf der vertikalen Achse in der Formel (1) wird erhalten, indem Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen gezüchtet werden und indem die tatsächlich erhaltenen Ergebnisse in einem Punktdiagramm eingetragen werden, was weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
  • Beispiele für ein in dem Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls gemäß der Erfindung vorzugsweise zu verwendendes N-Dotierungsmittel sind etwa Phosphor (P), Antimon (Sb) und Arsen (As). Wenn Arsen verwendet wird, beträgt der Koeffizient A in der Formel (1) vorzugsweise 2,85 × 10–19. Wenn Phosphor verwendet wird, beträgt der Koeffizient A vorzugsweise 2,00 × 10–19.
  • Wie weiter unten ausführlicher beschrieben werden die Werte des Koeffizienten A erhalten, indem Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen gezüchtet werden und die tatsächlich erhaltenen Ergebnisse in ein Punktdiagramm eingetragen werden. Entsprechend können geeignete Werte für Phosphor und Antimon erhalten werden, indem Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen gezüchtet werden und die tatsächlich erhaltenen Ergebnisse in ein Punktdiagramm eingetragen werden.
  • Ein Siliziumeinkristall gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Substrat, das aus einem Siliziumeinkristall erhalten wird, der aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, wobei der Einkristall derart gezüchtet wird, dass die durch die Formel (2) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, wobei die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben wird, der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/mm) wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben wird und ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben wird.
  • Beispiele für das vorzugsweise in dem Siliziumeinkristallsubstrat gemäß dem Aspekt der Erfindung verwendete N-Dotierungsmittel sind Phosphor (P), Antimon (Sb) und Arsen (As). Wenn Arsen verwendet wird, beträgt der Koeffizient A in der Formel (1) vorzugsweise 2,85 × 10–19. Wenn Phosphor verwendet wird, beträgt der Koeffizient A vorzugsweise 2,00 × 10–19.
  • Also auch gemäß diesem Aspekt der Erfindung können dieselben Effekte und Vorteile wie oben beschrieben erhalten werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Arsenkonzentration in einer Siliziumschmelze und Gave/V gemäß einem Beispiel der Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Phosphorkonzentration in einer Siliziumschmelze und Gave/V gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung zeigt.
  • Erläuterung der Bezugszeichen
    • A1, A2
      Bereich anormalen Wachstums
      G1, G2
      kritische Linie
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • [Beispiel 1]
  • Ein Siliziumeinkristall wurde aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet. Indem die zugesetzte Menge des Arsens verändert wurde, wurden eine Vielzahl von hoch dotierten N-Einkristallen hergestellt. Die zugesetzte Menge des Arsens und die Hochziehbedingungen für jeden hergestellten Einkristall sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. [Tabelle 1]
    Figure 00130001
    [Tabelle 2]
    Figure 00130002
  • Für jeden der unter den Bedingungen von Tabelle 1 und 2 gezüchteten Einkristalle wurde ein durchschnittlicher Temperaturgradient Gave (K/mm) des Kristalls durch eine Simulation erhalten.
  • Dann wurde ein Punktdiagramm zu den unter den Bedingungen von Tabelle 1 und 2 hergestellten Siliziumkristallen erstellt wobei die Arsenkonzentration (Schmelzkonzentration) C (Atome/cm3) in der Siliziumschmelze auf der horizontalen Achse aufgetragen wurde, während der Bruch Gave/V (Kmin/mm2) des durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) auf der vertikalen Achse aufgetragen wurde. Wie in 1 gezeigt, trat ein anormales Wachstum in einem Bereich A1 auf. Es hat sich herausgestellt, dass das anormale Wachstum in einem Bereich rechts von einer kritischen Linie G1 auftritt, während kein anormales Wachstum in einem Bereich links von dieser Linie auftritt.
  • Es wurde eine die kritische Linie G1 wiedergebende Formel berechnet und es wurde die folgende Formel (9) erhalten. [Formel 9]
    Figure 00140001
  • Dementsprechend wird die Bedingung für das Züchten eines Siliziumeinkristalls ohne Auftreten eines anormalen Wachstums durch die folgende Formel (10) wiedergegeben. Indem ein Siliziumeinkristall derart gezüchtet wird, dass die durch die folgende Formel (10) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, kann ein anormales Wachstum aufgrund einer kompositionellen Unterkühlung verhindert werden. [Formel 10]
    Figure 00140002
  • [Beispiel 2]
  • Ein Siliziumeinkristall wurde aus einer Siliziumschmelze mit Phosphor (P) als zugesetztem N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet. Indem die Phosphorkonzentration einer zweiten Hälfte des hochgezogenen Kristalls unter Nutzung der Verdampfung des Phosphors während des Hochziehens geändert wurde und die zugesetzte Menge an Phosphor ausgeglichen wurde, wurden eine Vielzahl von hoch dotierten N-Einkristallen hergestellt.
  • Die zugesetzte Menge des Phosphors und die Hochziehbedingungen für jeden hergestellten Einkristall sind in den Tabellen 3 und 4 gezeigt. [Tabelle 3]
    Figure 00150001
    [Tabelle 4]
    Figure 00150002
  • Für jeden der unter den Bedingungen der Tabellen 3 und 4 gezüchteten Einkristalle wurde ein durchschnittlicher Temperaturgradient Gave (K/mm) des Kristalls durch eine Simulation erhalten.
  • Dann wurde wie in dem Beispiel 1 ein Punktdiagramm zu den unter den Bedingungen der Tabellen 3 und 4 hergestellten Siliziumkristallen erstellt, wobei die Arsenkonzentration (Schmelzkonzentration) C (Atome/cm3) in der Siliziumschmelze auf der horizontalen Achse aufgetragen wurde, während der Bruch Gave/V (Kmin/mm2) des durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) auf der vertikalen Achse aufgetragen wurde. Wie in 2 gezeigt, trat ein anormales Wachstum in einem Bereich A2 auf. Es hat sich herausgestellt, dass das anormale Wachstum in einem Bereich rechts von einer kritischen Linie G2 auftritt, während kein anormales Wachstum in einem Bereich links von dieser Linie auftritt.
  • Es wurde eine die kritische Linie G1 wiedergebende Formel berechnet und es wurde die folgende Formel (11) erhalten. [Formel 11]
    Figure 00160001
  • Dementsprechend wird die Bedingung für das Züchten eines Siliziumeinkristalls ohne anormales Wachstum durch die folgende Formel (12) wiedergegeben. Indem ein Siliziumeinkristall derart gezüchtet wird, dass die durch die Formel (12) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, kann ein anormales Wachstum aufgrund einer kompositionellen Unterkühlung verhindert werden. [Formel 12]
    Figure 00160002
  • Wie in den vorstehenden Beispielen 1 und 2 beschrieben, geht aus den Punktdiagrammen, in denen die Dotierungskonzentration C (Atome/cm3) in der Siliziumschmelze auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, während der Bruch Gave/V des durchschnittlichen Temperaturgradienten Gave (K/mm) des Kristalls und der Hochziehgeschwindigkeit V (mm/m) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, hervor, dass ein anormales Wachstum verhindert werden kann, indem ein Siliziumeinkristall derart gezüchtet wird, dass die durch die Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, unabhängig davon, ob Arsen (As) oder Phosphor (P) verwendet wird.
  • Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass der Koeffizient A in der Formel (1) in Übereinstimmung mit der Art des N-Dotierungsmittels bestimmt wird und dass der Schnittpunkt auf der vertikalen Achse „–43” ist.
  • Unter Verwendung des Verfahrens der Beispiele 1 und 2 kann auch ein Koeffizient A für Antimon (Sb) erhalten werden.
  • Indem der durch das Verfahren der Beispiel 1 oder 2 gezüchtete Siliziumeinkristall zum Beispiel mit einer Drahtsäge geschnitten wird, können Siliziumeinkristallsubstrate gemäß einem Aspekt der Erfindung erhalten werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Erfindung kann auf ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls und auf ein Siliziumeinkristallsubstrat angewendet werden.
  • Zusammenfassung
  • Beim Züchten eines Siliziumeinkristalls aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens wird der Einkristall derart gezüchtet, dass die durch die folgende Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird. In der Formel (1) wird die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben, wird der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/mm) wiedergegeben, wird die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben und wird ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben. Indem der Siliziumeinkristall unter einer Bedingung links von einer kritischen Linie G1 gezüchtet wird, kann das Auftreten eines anormalen Wachstums aufgrund einer kompositionellen Unterkühlung verhindert werden.
  • Figure 00180001
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 61-31382 A [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - „Prediction of solid-liquid interface shape during CZ Si crystal growth using experimental and global simulation” in Journal of Crystal Growth, Volume 266, Issues 1–3, 15 May 2004 von Yutaka Shiraishi, Susuma Maeda und Kozo Nakamura auf den Seiten 28–33 [0012]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumeinkristalls, wobei der Siliziumeinkristall aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, wobei das Verfahren das derartige Züchten des Einkristalls umfasst, dass die durch die folgende Formel (1) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, wobei die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben wird, der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/mm) wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben wird und ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben wird. [Formel 1]
    Figure 00190001
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das N-Dotierungsmittel Arsen ist und der Koeffizient A gleich 2,85 × 10–19 ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das N-Dotierungsmittel Phosphor ist und der Koeffizient A gleich 2,00 × 10–19 ist.
  4. Siliziumeinkristallsubstrat, das aus einem Siliziumeinkristall erhalten wird, der aus einer Siliziumschmelze mit einem zugesetzten N-Dotierungsmittel unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird, wobei der Einkristall derart gezüchtet wird, dass die durch die folgende Formel (2) wiedergegebene Beziehung erfüllt wird, wobei die Dotierungskonzentration in der Siliziumschmelze durch C (Atome/cm3) wiedergegeben wird, der durchschnittliche Temperaturgradient des gezüchteten Einkristalls durch Gave (K/mm) wiedergegeben wird, die Hochziehgeschwindigkeit durch V (mm/m) wiedergegeben wird und ein Koeffizient in Entsprechung zu der Art des Dotierungsmittels durch A wiedergegeben wird. [Formel 2]
    Figure 00200001
  5. Siliziumeinkristallsubstrat nach Anspruch 4, wobei das N-Dotierungsmittel Arsen ist und der Koeffizient A gleich 2,85 × 10–19 ist.
  6. Siliziumeinkristallsubstrat nach Anspruch 4, wobei das N-Dotierungsmittel Phosphor ist und der Koeffizient A gleich 2,00 × 10–19 ist.
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