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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots und einen Ingot.
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Stand der Technik
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Allgemein kann ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers zur Herstellung eines Halbleiterbauelements ein Schneidverfahren zum Schneiden eines Siliziumeinkristallingots, ein Kantenschliffverfahren zum Runden einer Kante des geschnittenen Wafers, ein Läppverfahren zum Planarisieren einer rauen Oberfläche des Wafers infolge des Schneidverfahrens, ein Reinigungsverfahren zum Entfernen von Partikeln und jeglicher Art von Verunreinigungen, die sich an einer Oberfläche des Wafers während des Kantenschliff- oder Läppverfahrens angelagert haben, ein Flächenpolierverfahren zur Sicherstellung einer Form und Oberfläche, die für nachfolgende Bearbeitungen geeignet sind, und ein Kantenpolierverfahren hinsichtlich der Kante des Wafers umfassen.
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Siliziumeinkristallingots können durch ein Czochralski-Verfahren (CZ) oder ein Zonenschmelzverfahren (FZ) gezüchtet werden. Das CZ-Verfahren wird gewöhnlich zur Züchtung von Siliziumeinkristallingots verwendet, da Einkristallingots mit großem Durchmesser mit dem CZ-Verfahren hergestellt werden können und das CZ-Verfahren ebenfalls ein relativ kostengünstiges Verfahren ist.
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Das CZ-Verfahren kann durch Eintauchen eines Impfkristalls in eine Siliziumschmelzlösung und dann Anheben des Impfkristalls bei einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
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Jedoch sind Erzeugnisse mit neuen Kristallorientierungen erforderlich, um Beschränkungen existierender Halbleiterbauelemente zu überwinden. Zum Beispiel wird ein Erzeugnis mit einer Kristallorientierung [110] als Erzeugnis der nächsten Generation erwartet. Im Vergleich zu einem Ingot mit einer Kristallorientierung [100] ist ein Ingot mit der Kristallorientierung [110] jedoch geringkristallin, da sich eine Versetzung in einer Kristallwachstumsrichtung fortpflanzt und es ebenso schwierig ist, die Versetzung zu kontrollieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Ausführungsformen stellen einen Wafer hoher Qualität mit einer Kristallorientierung [100] bereit.
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Lösung der Aufgabe
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In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots: Schmelzen von Silizium, um eine Siliziumschmelzlösung anzufertigen; Anfertigen eines Impfkristalls mit einer Kristallorientierung [110]; Züchten eines Verjüngungsteils von dem Impfkristall; und Züchten eines Ingots mit der Kristallorientierung [110] von dem Verjüngungsteil, wobei der Verjüngungsteil einen Durchmesser von etwa 4 mm bis etwa 8 mm aufweist.
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Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den angehängten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem Verfahren zur Züchtung des Ingots kann der Ingot hoher Qualität mit der Kristallorientierung [110] gezüchtet werden. Das heißt, der Wafer mit der neuen Kristallorientierung, welche die Beschränkungen des Halbleiterbauelements entsprechend dem Stand der Technik überwinden kann, kann hergestellt werden. Das heißt, der Wafer mit der verbesserten Bauelementleistungsfähigkeit kann unter Verwendung des Ingots mit der Kristallorientierung [110] hergestellt werden.
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Insbesondere kann die Borkonzentration des Impfkristalls mit der Dotierungskonzentration der Siliziumschmelzlösung korrespondieren. Demzufolge kann ein Auftreten des Fehlers aufgrund eines Konzentrationsunterschieds zwischen der Siliziumschmelzlösung und dem Impfkristall kontrolliert werden. Die Fehlversetzung stellt eine Versetzung dar, die innerhalb des Impfkristalls auftritt, wenn der Impfkristall die Siliziumschmelzlösung berührt, infolge eines konstanten Unterschieds zwischen diesen in einem Fall, in dem sich die Dotierungskonzentration der Siliziumschmelzlösung von jener des Impfkristalls unterscheidet. Bei der Ausführungsform kann die Fehlversetzung kontrolliert werden, um den Einkristall mit hoher Qualität zu züchten.
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Da der durch das Verfahren zur Züchtung des Ingots gemäß der Ausführungsform gezüchtete Verjüngungsteil einen Durchmesser aufweist, der größer ist als jener des Verjüngungsteils gemäß dem Stand der Technik, kann der Verjüngungsteil den großen Ingot mit hohem Gewicht tragen. Das heißt, der Prozessfehler kann vermieden werden und die Prozessausbeute kann verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ingots, der durch das Verfahren zur Züchtung des Ingots gemäß einer Ausführungsform hergestellt ist.
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3 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Ingots, die für ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform verwendet wird.
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4 ist ein Graph, der Versuchsdaten hinsichtlich einer Versetzungslänge in Bezug auf einen Verjüngungsteildurchmesser bei einem Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
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Art und Weise der Erfindung
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In den Zeichnungen ist die Dicke oder Größe jeder Schicht (Belag), jedes Bereichs, jedes Musters oder jeder Struktur zur Vereinfachung der Beschreibung und zur Klarheit modifiziert. Somit spiegelt die Größe jedes Elements nicht vollständig eine tatsächliche Größe wider.
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Beispielausführungsformen werden nun ausführlicher hierin nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 werden ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform und ein Ingot, der durch das Verfahren hergestellt ist, nachstehend im Detail beschrieben. 1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ingots, der durch das Verfahren zur Züchtung des Ingots gemäß einer Ausführungsform hergestellt ist.
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Ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anfertigen einer Schmelzlösung (ST100), das Anfertigen eines Impfkristalls (ST200), das Züchten eines Verjüngungsteils (ST300) und das Züchten eines Ingots (ST400).
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Bei der Anfertigung der Schmelzlösung (ST100) kann eine Siliziumschmelzlösung in einem Quarztiegel angefertigt werden, der in einer Kammer angebracht ist. Das heißt, bei der Anfertigung der Schmelzlösung (S100) kann Silizium geschmolzen werden, um eine Siliziumschmelzlösung anzufertigen. Die Siliziumschmelzlösung kann eine Dotierungskonzentration von etwa 8,5 × 1018 Atome/cm3 bis etwa 1,7 × 1019 Atome/cm3 aufweisen. Insbesondere kann die Siliziumschmelzlösung mit Bor dotiert sein. Hierbei kann das Bor eine Konzentration von etwa 8,5 × 1018 Atome/cm3 bis etwa 1,7 × 1019 Atome/cm3 aufweisen. Bei der Bordotierungskonzentration kann das Bor zur Festlegung eines EPI-Substrats stark dotiert sein, jedoch nicht eines allgemeinen, spezifischen Widerstandsbands.
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Insbesondere kann bei der Anfertigung der Schmelzlösung (ST100) ein Magnetfeld eingesetzt werden. Insbesondere kann das Magnetfeld einer unteren Seite von einer Oberfläche der Siliziumschmelzlösung zugeführt werden. Genauer gesagt, wenn eine Höhe der Oberfläche des Siliziumschmelzlösung Null ist, kann das maximale Magnetfeld einer Position zugeführt werden, die einer Höhe von etwa –100 mm von Null entspricht. Das Magnetfeld kann eine Stärke von etwa 1.500 G bis etwa 3.500 G aufweisen. Demzufolge kann eine Temperaturabweichung der Siliziumschmelzlösung verringert werden. Somit kann die Versetzung kontrolliert werden.
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Bei der Anfertigung des Impfkristalls (ST200) kann ein Impfkristall mit einer Kristallorientierung [110] angefertigt werden. Somit kann ein Ingot mit der Kristallorientierung [110] von dem Impfkristall gezüchtet werden.
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Der Impfkristall kann eine Borkonzentration von etwa 8,5 × 1018 Atome/cm3 bis etwa 1,7 × 1019 Atome/cm3 aufweisen. Das heißt, die Borkonzentration des Impfkristalls kann der Dotierungskonzentration der Siliziumschmelzlösung entsprechen. Daher kann ein Auftreten eines Fehlers aufgrund eines Konzentrationsunterschieds zwischen der Siliziumschmelzlösung und dem Impfkristall kontrolliert werden. Die Fehlversetzung stellt eine Versetzung dar, die innerhalb des Impfkristalls auftritt, wenn der Impfkristall die Siliziumschmelzlösung berührt, infolge eines konstanten Unterschieds zwischen diesen in einem Fall, in dem sich die Dotierungskonzentration der Siliziumschmelzlösung von jener des Impfkristalls unterscheidet. Bei der gegenwärtigen Ausführungsform kann die Fehlversetzung kontrolliert werden, um einen Einkristall mit hoher Qualität zu züchten.
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Als nächstes kann bei der Züchtung des Verjüngungsteils (ST300) der Verjüngungsteil von dem Impfkristall gezüchtet werden. Das heißt, der Verjüngungsteil N, der eine dünne und lange Form aufweist, kann von dem Impfkristall gezüchtet werden.
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Bei der Züchtung des Verjüngungsteils (ST300) kann der Verjüngungsteil eine Wachstumsgeschwindigkeit von etwa 3,0 mm/min bis etwa 3,2 mm/min aufweisen. Somit kann der Verjüngungsteil schnell gezüchtet werden als eine Versetzungsgeschwindigkeit, um die Versetzung zu kontrollieren.
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Falls der Verjüngungsteil eine Wachstumsgeschwindigkeit von etwa 2 mm/min oder weniger aufweist, kann der Verjüngungsteil im Durchmesser vergrößert sein. Somit kann es schwieriger sein, die Versetzung des Verjüngungsteils in einem [110]-Kristall zu kontrollieren. Wenn auf der anderen Seite der Verjüngungsteil eine Wachstumsrate von etwa 4 mm/min oder mehr aufweist, kann der Verjüngungsteil im Durchmesser verringert sein. Somit kann der Verjüngungsteil empfindlich für ein Gewicht sein. Demzufolge kann der Verjüngungsteil eine Wachstumsgeschwindigkeit von etwa 3 mm/min bis etwa 3,2 mm/min aufweisen.
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Mit Bezug auf 2 kann der Verjüngungsteil N eine Länge l von etwa 400 mm oder mehr aufweisen. Ebenfalls kann der Verjüngungsteil N einen Durchmesser d von etwa 4 mm bis etwa 8 mm aufweisen. Da der Verjüngungsteil N einen Durchmesser aufweist, der größer ist als jener eines Verjüngungsteils gemäß dem Stand der Technik, kann der Verjüngungsteil N einen großen Ingot mit hohem Gewicht tragen. Das heißt, ein Prozessfehler kann vermieden werden und die Prozessausbeute kann verbessert werden.
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Ausführlicher gesagt, wenn der Verjüngungsteil einen Durchmesser kleiner als etwa 4 mm aufweist, kann der Verjüngungsteil ein Gewicht eines großen Ingots mit einem Durchmesser von etwa 300 mm oder mehr während des Wachstums des Ingots nicht aushalten. Somit kann der Verjüngungsteil brechen, was einen Verlust verursacht. Wenn der Verjüngungsteil einen Durchmesser größer als etwa 8 mm aufweist, kann es ebenfalls schwierig sein, die Versetzung des Verjüngungsteils zu kontrollieren.
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Eine Begründung, bei welcher der Verjüngungsteil einen Durchmesser von etwa 4 mm bis etwa 8 mm und eine Länge von etwa 400 mm oder mehr aufweist, wird mit Bezug auf die folgenden Versuchsergebnisse gegeben.
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Die nachstehende Tabelle veranschaulicht Ergebnisse, die durch Arrangieren einer Versetzungslänge entsprechend einem Durchmesser des Verjüngungsteils erhalten wurden.
4 veranschaulicht die Versuchsdaten der Tabelle der
4 als ein Graph. Tabelle 1
Orientierung | Verjüngungsdurchmesser | Versetzungslänge |
[110] | 2,9 | 175 |
2,9 | 165 |
3,0 | 220 |
3,0 | 230 |
3,0 | 230 |
5,92 | 270 |
6,81 | 350 |
6,24 | 280 |
5,98 | 300 |
6,48 | 390 |
6,82 | 400 |
5,1 | 320 |
5,98 | 300 |
5,92 | 270 |
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Mit Bezug auf Tabelle 1 und 4 ist die Versetzungslänge kurz, wenn der Verjüngungsteil eine Länge kleiner als etwa 400 mm aufweist. Somit kann es schwierig sein, obwohl die Produktivität verbessert ist, die Versetzung in dem [110]-Kristall zu kontrollieren. Als Ergebnis können Erzeugnisse in der Qualität verschlechtert sein.
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Somit kann es erforderlich sein, dass der Verjüngungsteil eine Länge von etwa 400 mm oder mehr aufweist, so dass der Verjüngungsteil einen Durchmesser von etwa 4 mm bis etwa 8 mm aufweist, um die Versetzung leichter zu kontrollieren.
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Bei der Züchtung des Ingots (ST400) kann ein Ingot I von dem Verjüngungsteil N gezüchtet werden. Das heißt, es kann ein Ingot mit einer Kristallorientierung [110] gezüchtet werden. Das heißt, es kann ein Wafer mit einer neuen Kristallorientierung, welche die Beschränkungen eines Halbleiterbauelements nach dem Stand der Technik überwinden kann, hergestellt werden. Das heißt, es kann ein Wafer mit einer verbesserten Bauelementleistungsfähigkeit unter Verwendung des Ingots mit der Kristallorientierung [110] hergestellt werden.
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Bei der Züchtung des Ingots (ST400) kann der Ingot eine Hubgeschwindigkeit von etwa 0,9 mm/min oder mehr aufweisen. Somit kann eine Abkühlgeschwindigkeit des Kristalls durch eine Zuchtvorrichtung, die eine Kühlvorrichtung umfasst, erhöht werden, um eine Wärmebeständigkeit zu verbessern. Ebenso kann eine Versetzung vervielfacht werden, um mit bloßem Auge zu bestätigen, ob ein Polykristall existiert, wodurch der Einkristall sichergestellt wird.
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Das Züchten des Ingots (ST400) kann ein Schulterbildungsverfahren zum Erweitern eines Durchmessers des Verjüngungsteils N auf einen Solldurchmesser und ein Körperwachstumsverfahren zum Züchten des Siliziumeinkristallingots bei Erhaltung des Solldurchmessers umfassen.
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Hierin nachstehend wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ingots unter Verwendung eines Verfahrens zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Ingots, die für ein Verfahren zur Züchtung eines Ingots gemäß einer Ausführungsform verwendet wird.
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Mit Bezug auf 3 kann eine Vorrichtung zur Züchtung eines Siliziumeinkristallingots gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung sein, die in einem CZ-Verfahren der Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers verwendet wird.
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Eine Vorrichtung zur Züchtung eines Siliziumeinkristallingots gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Kammer 10, einen ersten Tiegel 20 zur Aufnahme eines Rohmaterials, ein Abdeckteil 100, einen zweiten Tiegel 22, eine Tiegeldrehwelle 24, einen Hubmechanismus 30 zum Heben eines Ingots, einen Hitzeschild 40 zur Wärmehemmung und eine Widerstandsheizvorrichtung 70, ein Isolierteil 80 und eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung 90.
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Diese ausführlichen Beschreibungen sind wie folgt.
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Mit Bezug auf 3 kann der erste Tiegel 20 ein Rohmaterial aufnehmen. Der erste Tiegel 20 kann Polysilizium aufnehmen. Ebenfalls kann der erste Tiegel 20 schmelzendes Silizium aufnehmen, in dem das Polysilizium geschmolzen wird. Der erste Tiegel 20 kann Quarz umfassen.
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Der zweite Tiegel kann den ersten Tiegel 20 tragen. Der zweite Tiegel 22 kann Graphit umfassen.
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Der erste Tiegel 20 kann durch die Tiegeldrehwelle 24 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Der Hubmechanismus 30, an dem ein Impfkristall befestigt ist, kann oberhalb des ersten Tiegels 20 angeordnet sein, um den Impfkristall zu heben. Der Hubmechanismus 30 kann in eine der Drehrichtung der Tiegeldrehwelle 24 entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
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Der Impfkristall, der an dem Hubmechanismus 30 befestigt ist, kann in eine Siliziumschmelzlösung SM eingetaucht werden, und dann kann der Hubmechanismus 30 gedreht werden, um den Impfkristall zu heben. Als Ergebnis kann ein Siliziumeinkristall gezüchtet werden, um einen Ingot I herzustellen.
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Folgend kann die Widerstandsheizvorrichtung 70 zum Zuführen von Wärme in den ersten Tiegel 20 benachbart zu dem zweiten Tiegel 22 angeordnet sein. Das Isolierteil 80 kann außerhalb der Widerstandsheizvorrichtung 70 angeordnet sein. Die Widerstandsheizvorrichtung 70 stellt Wärme zum Schmelzen des Polysiliziums bereit, um die Siliziumschmelzlösung SM zu erzeugen. Ebenfalls kann die Widerstandsheizvorrichtung 70 während des Herstellungsverfahrens kontinuierlich Wärme in die Siliziumschmelzlösung SM einspeisen.
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Die in dem ersten Tiegel 20 enthaltene Siliziumschmelzlösung SM kann eine hohe Temperatur aufweisen. Somit kann Wärme von einer Grenzfläche der Siliziumschmelzlösung SM freigesetzt werden. Wenn eine große Wärmemenge freigesetzt wird, kann es hierbei schwierig sein, eine richtige Temperatur aufrechtzuerhalten, die zur Züchtung des Siliziumeinkristallingots erforderlich ist. Somit kann die Wärme, die von der Grenzfläche freigesetzt wird, minimiert werden und ebenfalls kann es verhindern, dass Wärme in einen oberen Abschnitt des Siliziumeinkristallingots transferiert wird. Hierzu kann der Hitzeschild 40 bereitgestellt werden, so dass sowohl die Siliziumschmelzlösung SM als auch die Grenzfläche der Siliziumschmelzlösung SM auf einer hohen Temperatur gehalten werden.
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Der Hitzeschild 40 kann verschiedene Formen aufweisen, um thermische Umgebungen in einem gewünschten Zustand zu halten, um den Kristall stabil zu züchten. Zum Beispiel kann der Hitzeschild 40 eine leere zylindrische Form aufweisen, um das Umfeld des Siliziumeinkristallingots zu umgeben. Zum Beispiel kann der Hitzeschild 40 Graphit, Graphitfilz oder Molybdän umfassen.
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Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 90, die der Siliziumschmelzlösung SM ein Magnetfeld zuführt, um einen Konvektionsstrom der Siliziumschmelzlösung SM zu steuern, kann außerhalb der Kammer 10 angeordnet sein. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 90 kann eine Vorrichtung sein, die ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zu einer Kristallwachstumsachse des Siliziumeinkristallingots erzeugt, d. h. ein horizontales Magnetfeld (MF). In der vorliegenden Ausführungsform kann die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 90 von dem Verfahren zum Schmelzen des Siliziums tätig sein. Insbesondere kann die Magnetfelderzeugungsvorrichtung 90 das Magnetfeld einer unteren Seite einer Oberfläche der Siliziumschmelzlösung zuführen.
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Ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Wirkungen, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben sind, ist in wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten und ist nicht lediglich auf eine Ausführungsform beschränkt. Ferner ist, wenn ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit irgendeiner Ausführungsform beschrieben ist, vorzubringen, dass es im Bereich eines Fachmanns liegt, ein derartiges Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit anderen der Ausführungsformen auszuführen. Daher sind Inhalte bezüglich verschiedener Variationen und Modifikationen als von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst auszulegen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Da die Vorrichtung und das Verfahren zur Züchtung des Ingots in der vorliegenden Ausführungsform verfügbar sind, kann die gewerbliche Anwendbarkeit hoch sein.