DE112014002133T5

DE112014002133T5 - Herstellungsverfahren für einen Einkristall und Verfahren zur Herstellung von Siliciumwafer

Info

Publication number: DE112014002133T5
Application number: DE112014002133.4T
Authority: DE
Inventors: Yasuhito Narushima; Masayuki Uto; Toshimichi Kubota; Fukuo Ogawa
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: US20160102418A1; WO2014175120A1; DE112014002133B4; US10233562B2; CN105121713B; JP5890587B2; JPWO2014175120A1; CN105121713A

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für einen Einkristall verwendet eine Einkristall-Ziehvorrichtung, die eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet ist und angepasst ist, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze, in der roter Phosphor einer Siliciumschmelze zugesetzt ist, aufzunehmen, und einen Teil zum Ziehen, der aufgebaut ist, einen Impfkristall zu ziehen, nachdem der Impfkristall mit der mit Dotierstoff versetzten Schmelze in Kontakt gebracht wurde. Das Verfahren umfasst: Zusetzen des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, so dass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls in den Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt; Unterwerfen eines Evaluierungssiliciumwafers, der aus dem Einkristall erhalten worden ist, einer Wärmebehandlung, in der der Evaluierungssiliciumwafer für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt wird, und Ziehen des Einkristalls, während der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird, so dass die Zahl der Pits, die an dem Evaluierungssiliciumwafer erzeugt werden, 0,1/cm2 oder weniger ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen mit rotem Phosphor versetzten Einkristall mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand, auf ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer, auf ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Epitaxialwafer, auf einen Einkristall und auf einen Silicium-Epitaxialwafer.
STAND DER TECHNIK
Von Silicium-Epitaxialwafern für Leistungs-MOS-Transistoren beispielsweise wird verlangt, dass sie extrem niedrigen spezifischen elektrischen Substratwiderstand haben. Um den spezifischen elektrischen Substratwiderstand von Siliciumwafern genügend zu verringern, ist es bekannt, geschmolzenes Silicium mit einem n-Typ-Dotierstoff zur Einstellung des spezifischen elektrischen Widerstandes (z. B. Arsen (As) und Antimon (Sb)) während des Ziehschrittes (d. h. beim Wachsen des Siliciumkristalls) eines Einkristallingots (im Folgenden als „Einkristall” bezeichnet) zur Bereitstellung von Siliciumwafern zu dotieren. Da jedoch solche Dotierstoffe extrem flüchtig sind, ist es schwierig, die Dotierstoffkonzentration in den Siliciumkristallen ausreichend zu erhöhen. Demnach ist es schwierig, Siliciumwafer herzustellen, die den gewünschten ausreichend niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen.
Dementsprechend wurde es selbstverständlich, Siliciumwafer mit extrem niedrigem spezifischen elektrischen Substratwiderstand zu verwenden, in denen Phosphor (P) als ein n-Typ-Dotierstoff, der weniger flüchtig als Arsen (As) und Antimon (Sb) ist, dicht dotiert ist.
Da epitaxiales Wachstum bei einem Silicium-Epitaxialwafer bei einer hohen Temperatur auftritt, zerstreuen sich andererseits Sauerstoffpräzipitate (BMD) oder Sauerstoffpräzipitationsnuclei, die im Kristall während des Wachsens des Einkristalls gebildet wurden, durch die Hochtemperaturwärmebehandlung, wodurch die Gettering-Fähigkeit vermindert wird.
Um die Verringerung der Gettering-Fähigkeit zu überwinden, ist es bekannt, eine Polysilicium-Rückseitenversiegelung (polysilicon back-seal (PBS)) vor dem epitaxialen Wachstum aufzutragen. Das Polysilicium-Rückseitenversiegelungsverfahren ist eine Art von EG (External Gettering, externes Gettering), bei dem ein Polysiliciumfilm auf einer Rückseite eines Siliciumwafers gebildet wird, um Spannungsfelder oder Gitterfehlanpassung, die an einer Grenzfläche zwischen dem Polysiliciumfilm und dem Siliciumwafer erzeugt werden, zu nutzen.
Es wird allerdings gefunden, dass, wenn ein Polysiliciumfilm an einer Rückseite eines Siliciumwafers gewachsen ist, eine Reihe von Stapelfehlern (stacking faults, im Folgenden als „SF” abgekürzt) an dem epitaxialen Film erzeugt werden, wobei die SF an einer Oberseite des Siliciumwafers in Form von Stufen auftreten, wodurch der LPD (Lichtpunktdefekt)-Level an der Oberseite des Siliciumwafers deutlich verschlechtert wird.
Dementsprechend wurden Studien durchgeführt, um die obigen Nachteile zu beschränken (siehe z. B. Patentliteratur 1).
Patentliteratur 1 offenbart, dass die Erzeugung von SF durch Bildung eines Polysiliciumfilms an einer Rückseite eines Siliciumwafers bei einer Temperatur von weniger als 600°C wirksam beschränkt werden kann.
LITERATURLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: JP-A-2011-9613

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM(E), DAS (DIE) DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL(EN)
Es gibt einen neueren Bedarf für einen n-Typ-Siliciumwafer, dessen spezifischer elektrischer Substratwiderstand 0,9 mΩ·cm oder weniger ist. Um einem derartigen Bedarf nachzukommen, ist ein Silicium-Epitaxialwafer erforderlich, der durch Bilden eines epitaxialen Films auf einen Siliciumwafer, in dem roter Phosphor dicht dotiert ist, wenn ein Einkristall wachsen gelassen wird, produziert wird.
Es ist zweckmäßig, das in Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren anzuwenden, um einen derartigen Silicium-Epitaxialwafer herzustellen.
Wenn allerdings der spezifische elektrische Widerstand des Substrates extrem niedrig ist, kann die Erzeugung von SF selbst durch Anwendung des in Patentliteratur 1 offenbarten Verfahrens nicht beschränkt werden, sodass kein Silicium-Epitaxialwafer hoher Qualität hergestellt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Einkristalls mit niedrigem spezifischen Widerstand und hoher Qualität, eines Verfahrens zur Herstellung eines Siliciumwafers, eines Verfahrens zur Herstellung eines Silicium-Epitaxialwafers und eines Einkristalls.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES (DER) PROBLEMS (PROBLEME)
Nach intensiven Studien sind die Erfinder der vorliegenden Anmeldung zu den folgenden Ergebnissen gelangt.
Wie in Patentliteratur 1 beschrieben, wird beobachtet, dass SF, die nach einem epitaxialen Wachstum erzeugt wurden, an einem mit einem Polysiliciumfilm gebildeten Substrat von Pits (winzige Vertiefungen) herrühren, die an der Oberfläche des Siliciumwafers vor dem epitaxialen Wachstum (nach Vorwärmebehandlung) vorliegen.
Die Pits werden nicht an einem Siliciumwafer beobachtet, in dem Bor (B) als ein p-Typ-Dotierstoff dicht dotiert ist, bevor er einer Vorwärmebehandlung unterzogen wird. Demnach wird spekuliert, dass es hochwahrscheinlich ist, dass die Erzeugung von Pits mit Phosphor, der dicht in die Kristalle des Siliciumwafers dotiert ist, in Beziehung steht.
Es wird spekuliert, dass die Pits nach dem folgenden Mechanismus erzeugt werden. Spezifisch ausgedrückt, vor der Bildung eines Polysiliciumfilms liegen Sauerstoff und roter Phosphor zwischen Kristallgittern des Siliciumwafers vor. Wenn die Konzentration an rotem Phosphor in dem Siliciumwafer erhöht wird, um den spezifischen Widerstand des Substrates zu senken, liegt supergesättigter roter Phosphor zwischen den Kristallgittern vor.
Wenn der Siliciumwafer erwärmt wird, um den Polysiliciumfilm in diesem Zustand zu bilden, bewegt sich Sauerstoff, da die Diffusionsrate von Sauerstoff größer als die Diffusionsrate von rotem Phosphor ist, durch die mit rotem Phosphor zu bondenden Gitter, wodurch Cluster (Mikropräzipitate) von Sauerstoff und rotem Phosphor gebildet werden.
Wenn der Siliciumwafer vor dem epitaxialem Wachstum in einer Wasserstoffatmosphäre vorwärmebehandelt wird, bleiben die Cluster, obgleich der Sauerstoff und der rote Phosphor in einer äußersten Schicht des Siliciumwafers nach außen diffundieren, in der äußersten Schicht, da sie in einem stabilen Zustand sind. Wenn der Siliciumwafer einem Wasserstoffätzen unterworfen wird, werden die Cluster infolge eines Unterschieds bei der Ätzrate zwischen der äußersten Schicht des Siliciumwafers und den Clustern vorzugsweise geätzt, wodurch die Pits erzeugt werden.
Es wird angenommen, dass, wenn der mit den Pits versehene Siliciumwafer einem epitaxialem Wachstum unterzogen wird, die SF, die aus den Pits hervorgehen, erzeugt werden.
Da, wie oben beschrieben wurde, die SF infolge der Pits, die von den Clustern aus Sauerstoff und rotem Phosphor herrühren, erzeugt werden, wird angenommen, dass die Erzeugung der SF nicht durch Anwenden der Polysiliciumrückseitenversiegelung, bei der ein Erwärmen (mit der Bildung von Clustern in Beziehung stehend) durchgeführt wird, beschränkt werden kann. Ohne einen Polysiliciumfilm kann die Gettering-Fähigkeit gesenkt werden. Allerdings kann die Gettering-Fähigkeit aufrechterhalten werden, indem die Konzentration an rotem Phosphor erhöht wird. So spekulierten die Erfinder der Erfindung, dass die Erzeugung der SF selbst ohne einen Polysiliciumfilm beschränkt werden kann, ohne die Gettering-Fähigkeit zu senken.
Durch die von den Erfindern durchgeführten Experimente wurde jedoch herausgefunden, dass, wenn die Konzentration an rotem Phosphor weiter erhöht wurde, um den spezifischen elektrischen Widerstand des Substrates auf 0,9 mΩ·cm oder weniger einzustellen, die Erzeugung der SF nur ohne Anwenden der Polysilicium-Rückseitenversiegelung nicht beschränkt werden konnte, was ein Resultat darstellt, das bisher nicht erwartet worden war. Wenn allerdings eine Verteilung der SF in der Längsrichtung des Kristallwachstums während der Experimente im Einzelnen in entsprechenden Eptiaxial-Wafern untersucht wurde, wurde herausgefunden, dass ein Teil des Einkristalls bei einer Verfestigungsrate von weniger als etwa 60% eine Zahl von SF pro Quadratzentimeter von 10 oder mehr in einem Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm hat (wird im Folgenden einfach als „SF-Zahl” bezeichnet) und dass die SF-Zahl in einem anderen Teil mit einer Verfestigungsrate über dem obigen Level (d. h. etwa 60%) (ein Bereich, der durch gestrichelte Linien eingekreist ist) 0 war, wie es in 1 gezeigt ist. Mit anderen Worten, es wurde festgestellt, dass die SF-Zahl von der Verfestigungsrate des Einkristalls abhängig war.
Es sollte betont werden, dass sich die Verfestigungsrate auf ein Verhältnis von gezogenem Gewicht des Einkristalls relativ zu einem Anfangseintragungsgewicht einer mit Dotierstoff versetzten Schmelze, die ursprünglich in einem Quarztiegel enthalten war, bezieht. Die SF-Zahl wurde gemessen, indem das Auftreten von Defekten mit Magics, hergestellt von Lasertec Corporation, beobachtet wurde.
Als Resultat von Untersuchungen bezüglich der Differenz zwischen dem Teil mit einer Verfestigungsrate von weniger als etwa 60% und dem Teil mit einer Verfestigungsrate von mehr als etwa 60% in Anbetracht der obigen Resultate bemerkten die Erfinder, dass eine thermische Hysterese, die der Kristall erfahren hatte, die SF-Zahl beeinflusst haben könnte.
So führten die Erfinder Experimente durch, um eine Korrelation zwischen der Verfestigungsrate und der thermischen Hysterese zu untersuchen.
Experiment 1: Studie über die Beziehung zwischen Verfestigungsrate/thermischer Hysterese und SF-Zahl
In einem Herstellungsverfahren für einen üblichen Einkristall werden ein Schritt zur Bildung einer Schulter fortlaufend mit einem Impfkristall und mit allmählich zunehmendem Durchmesser (Schulterbildungsschritt), ein Schritt zur Bildung eines geraden Körpers fortlaufend mit der Schulter und mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser (Schritt der Bildung eines geraden Körpers) und ein Schritt zur Bildung eines Schwanzes fortlaufend mit dem unteren Ende des geraden Körpers und mit einem Durchmesser, der allmählich auf 0 reduziert wird (Schritt der Schwanzbildung), durchgeführt. Nachdem der Schritt der Schwanzbildung beendet ist, wird ein Schritt zur Kühlung des Einkristalls (Kühlungsschritt) durchgeführt und der Einkristall wird aus der Ziehvorrichtung genommen.
Wenn der Einkristall das obige Herstellungsverfahren durchläuft, ist abzuleiten, dass die Kühlungszeit, die nach Ziehen der mit Dotierstoff versetzten Schmelze vergeht, in Richtung des unteren Endes des Einkristalls kürzer wird (d. h. wenn die Verfestigungsrate zunimmt).
Zunächst wurde ein Einkristall nach dem obigen Herstellungsverfahren hergestellt und die Verweilzeit bei jeder der Temperaturen (500 ± 50°C, 700 ± 50°C, 900 ± 50°C, 1100 ± 50°C) für jede der Verfestigungsraten wurde gemessen. Die Resultate sind in 2 gezeigt. Es sollte betont werden, dass roter Phosphor (Dotierstoff) zu der Siliciumschmelze gegeben wurde, um die mit Dotierstoff versetzte Schmelze bereitzustellen, sodass der spezifische elektrische Widerstand des Substrates von Siliciumwafern 0,9 mΩ·cm oder weniger wurde. Außerdem wurde die Eintragungsmenge der mit Dotierstoff versetzten Schmelze auf 100 kg eingestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die Verweilzeit insbesondere bei 500 ± 50°C in dem Abschnitt mit mehr als 60% Verfestigungsrate (ein Bereich, der durch Linien mit Linie-Doppelstrich eingekreist ist) viel kürzer als in dem Abschnitt mit einer Verfestigungsrate von weniger als 60% war.
Außerdem wurden Siliciumwafer, die einer Vielzahl von Verfestigungsraten entsprachen, aus dem Einkristall ausgeschnitten, um Silicium-Epitaxialwafer herzustellen, und die SF-Zahl jedes der Silicium-Epitaxialwafer wurde untersucht. Die Resultate sind in 2 gezeigt.
Es sollte betont werden, dass der Silicium-Epitaxialwafer hergestellt wurde, indem ein epitaxialer Film nach Anwendung einer Vorwärmebehandlung ohne Bereitstellung eines Polysiliciumfilms gebildet wurde. Außerdem wurde die Vorwärmebehandlung durchgeführt, indem der Siliciumwafer vor Bildung des epitaxialen Films für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C erwärmt wurde.
Wie in 2 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die SF-Zahl im Wesentlichen mit der Verweilzeit des Einkristalls bei der Temperatur von 500 ± 50°C korreliert und dass die SF-Zahl in einem Abschnitt, in dem die Verfestigungsrate mehr als 60% war, 0 wurde.
Wie oben beschrieben wurde, wurde gefunden, dass die Erzeugung von SF durch Reduzierung der Zeit, für die die Temperatur des Einkristalls 500 ± 50°C ist, beschränkt werden kann.
Experiment 2: Untersuchungen über den Erzeugungsstatus von LPD vor und nach Vorwärmebehandlung
Zunächst wurden LPD an einem Siliciumwafer und LPD nach Vorwärmebehandlung an dem Siliciumwafer evaluiert.
Spezifisch ausgedrückt, ein Siliciumwafer, der den folgenden Substratbedingungen genügt und der aus einem Einkristall mit einer Verfestigungsrate, die die SF-Erzeugung verursacht (d. h. entsprechend der Verfestigungsrate, die die SF verursacht) genommen wurde, und ein anderer Siliciumwafer, der der Verfestigungsrate entspricht, die keine SF verursacht, wurden hergestellt.
Substratbedingungen
Durchmesser: 200 mm
Spezifischer elektrischer Widerstand des Substrates: 0,8 mΩ·cm
(Konzentration an rotem Phosphor: 9,47 × 10¹⁹ Atome/cm³).
Als nächstes wurde ein Rückseitenoxidationsfilm, der den folgenden Rückseitenoxidationsfilm-Bildungsbedingungen entspricht, an einer Rückseite (einer Seite gegenüberliegend einer Seite, an der ein epitaxialer Film ausgebildet worden war) jedes der Siliciumwafer gebildet.
Rückseitenoxidationsfilm-Bildungsbedingungen
Filmbildungsmethode: CVD
Dicke des Rückseitenoxidationsfilms: 550 nm.
Danach wurde der Rückseitenoxidationsfilm am äußeren Umfang des Siliciumwafers von jedem der Siliciumwafer, die mit dem Rückseitenoxidationsfilm, gebildet unter den obigen Bedingungen, versehen waren, entfernt, um die LPD-Evaluierung durchzuführen. Übrigens wurden die LPD nach den folgenden LPD-Evaluierungsbedingungen evaluiert.
LPD-Evaluierungsbedingungen
Verwendete Apparatur: Oberflächeninspektionssystem (SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation)
Beobachtungsmodus: DWN-Modus
Zu messendes Objekt: LPD von 90 nm oder größer.
3 zeigt Messungen des Siliciumwafers, der der Verfestigungsrate, welche SF-Erzeugung verursacht, entspricht. Die Messungen des Siliciumwafers, der der Verfestigungsrate entspricht, die keine SF-Erzeugung verursacht, waren im Wesentlichen dieselben wie die, die in 3 gezeigt sind, obgleich sie hier nicht veranschaulicht werden.
Zusätzlich wurden die Siliciumwafer, bei denen jeweils der Rückseitenoxidationsfilm entsprechend den obigen Bedingungen gebildet worden war, einer Vorwärmebehandlung unterworfen, die den folgenden Bedingungen genügt. Die Vorwärmebehandlungsbedingungen simulieren die Bedingungen für die Bildung des epitaxialen Films.
Vorwärmebehandlungsbedingungen
Atmosphäre: Wasserstoff
Wärmebehandlungstemperatur: 1200°C
Wärmebehandlungszeit: 30 Sekunden
Danach wurde die LPD-Evaluierung an jedem der Siliciumwafer nach Anwendung der Vorwärmebehandlung entsprechend den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführt, und zwar nach den oben in Experiment 2 beschriebenen LPD-Evaluierungsbedingungen. Die Resultate sind in 4 und 5 gezeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die LPD 101 nach der Vorwärmebehandlung in einem der Siliciumwafer 100, der der Verfestigungsrate entspricht, die die SF-Erzeugung verursacht, erhöht sind. Wie in 5 gezeigt ist, wurde andererseits gefunden, dass die LPD 101 in den Siliciumwafern 100, die der Verfestigungsrate entsprechen, die keine SF-Erzeugung verursacht, vor und nach der Vorwärmebehandlung im Wesentlichen unverändert waren.
Wenn der in 4 gezeigte Wafer, bei dem LPD erhöht war, mit einem AFM (Atomic Force Microprobe) beobachtet wurde, wurde festgestellt, dass der LPD in der Form eines Pits P war, wie er in 6 gezeigt ist. Mit anderen Worten, es wurde festgestellt, dass der Pit P, der nach der Vorwärmebehandlung erzeugt worden war, als LPD mit 90 nm oder größer im DCN-Modus von SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, gemessen werden konnte.
Experiment 3: Untersuchung über den Erzeugungsstatus von LPD vor und nach epitaxialem Filmwachstum
In dem obigen Experiment 2 wurde auf den Siliciumwafer, der der Verfestigungsrate entspricht, welche SF-Erzeugung verursacht, wie es in 4 gezeigt ist, die Vorwärmebehandlung angewendet und anschließend wurde ein epitaxialer Film, der den folgenden epitaxialen Filmwachstumsbedingungen entspricht, an einer Oberfläche des Siliciumwafers ausgebildet, um einen Silicium-Epitaxialwafer herzustellen.
Wachstumsbedingungen des epitaxialen Films
Dotierungsgas: Phosphin (PH₃)-Gas
Materialquellengas: Trichlorsilan (SiHCl₃)-Gas
Trägergas: Wasserstoffgas
Wachstumstemperatur: 1080°C
Dicke des epitaxialen Films: 3 μm
Spezifischer elektrischer Widerstand (spezifischer Widerstand des epitaxialen Films): 1 Ω·cm
(Konzentration von rotem Phosphor: 4,86 × 10¹⁵ Atome/cm³).
Danach wurde die LPD-Evaluierung des Silicium-Epitaxialwafers, der nach den oben beschriebenen Bedingungen hergestellt worden war, entsprechend den LPD-Evaluierungsbedingungen in Experiment 2 durchgeführt. Außerdem wurden die LPD-Evaluierungsresultate des Silicium-Epitaxialwafers mit den LPD-Evaluierungsresultaten der Oberfläche des Siliciumwafers nach Anwendung der Vorwärmebehandlung in dem in 4 zum Vergleich gezeigten Experiment (d. h. vor Wachsen des epitaxialen Films) überlappt. Die Resultate sind in 7 gezeigt. Außerdem ist eine LPD-Verteilung in einem Bereich, der durch Linie-Strich-Strich in 7 eingekastelt ist, in 8 vergrößert gezeigt.
Wie in 7 gezeigt ist, wurde gefunden, dass, obgleich LPDs über die gesamte Oberfläche jedes Epitaxialwafers erzeugt wurden, viele LPDs in einem kreisförmigen Bereich A1 im Abstand von etwa 2 bis 6 cm vom Außenrand des Silicium-Epitaxialwafers erzeugt wurden. Außerdem wurde festgestellt, wie in 8 gezeigt, dass Punkte von LPD vor und nach dem Wachstum des epitaxialen Films im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
Außerdem wurden unter den LPD-erzeugten Punkten auf dem Silicium-Epitaxialwafer die Punkte, bei welchen sich LPDs vor Wachstum des epitaxialen Films gebildet hatten, nach den folgenden LPD-Evaluierungsbedingungen evaluiert.
LPD-Evaluierungsbedingungen
Verwendete Apparatur: Oberflächeninspektionssystem (Magics, hergestellt von Lasertec Corporation).
Im Resultat wurde festgestellt, dass SF des flachen Typs mit einem rechteckigen Grundriss und einem dreieckigen Querschnitt (d. h. eine im Wesentlichen viereckige Pyramide, die eine Bodenfläche, die im Wesentlichen mit einer Oberfläche des epitaxialen Films in einer Ebene ist, und eine Spitze hat, die in Richtung des Siliciumwafers zurückgesetzt ist) an den evaluierten Punkten gebildet worden waren.
Experiment 4: Untersuchung der Temperaturbedingungen, die geeignet sind, die Erzeugung von SF zu verringern
Nach Herstellung eines Einkristalls unter denselben Bedingungen wie die in Experiment 1 wurde, ohne Starten eines Kühlungsschrittes, der gezogene Einkristall für 10 Stunden aufgehängt, wobei der Schwanz aus der mit Dotierstoff versetzten Schmelze gezogen wurde, und der Einkristall wurde während eines Schwanzbildungsschrittes unter den Erwärmungsbedingungen erwärmt gehalten. Während des Hängens war die Temperaturverteilung in der Mitte des Einkristalls für jede der Verfestigungsraten so, wie es in 9 gezeigt ist.
Nachdem der Einkristall aus der Ziehvorrichtung nach dem Ablauf von 10 Stunden genommen worden war, wurden anschließend Silicium-Epitaxialwafer unter denselben Bedingungen wie die in Experiment 1 hergestellt (d. h. ein epitaxialer Film wurde nach Anwenden einer Vorwärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C für 30 Sekunden an einem Siliciumwafer, der aus dem Einkristall erhalten worden war, gebildet). Dann wurde die Beziehung zwischen der Zahl der LPD pro Silicium-Epitaxialwafer mit einem Durchmesser von 200 mm (im Folgenden einfach als „LPD-Zahl” bezeichnet) und der Verfestigungsrate untersucht. Die Resultate sind in 10 gezeigt.
Hierin wurde die LPD-Zahl mit dem DCN-Modus von SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, gemessen. Die zu messenden LPD waren diejenigen mit einer Größe von 90 nm oder mehr. Da es eine gute Korrelation zwischen der LPD-Zahl und der SF-Zahl gibt, wurde die LPD-Zahl durch die SF-Zahl ersetzt.
Wie in 10 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die LPD-Zahl ab einem Punkt, bei dem die Verfestigungsrate etwa 52% war, schnell anstieg, bei 62% etwa das Maximum erreichte und im Wesentlichen 0 war, wenn die Verfestigungsrate 70% überstieg. Es wurde auch gefunden, dass die Temperatur bei dem Punkt, bei dem die Verfestigungsrate etwa 52% war (d. h. die Temperatur, bei der ein schneller Anstieg der LPD-Zahl begann) etwa 470°C war; die Temperatur an dem Punkt, an dem die Verfestigungsrate etwa 62% war (d. h. die Temperatur, bei der die LPD-Zahl am Maximum war) etwa 570°C war und die Temperatur an dem Punkt, an dem die Verfestigungsrate etwa 70% war (d. h. die Temperatur, bei der die LPD-Zahl im Wesentlichen 0 wurde), etwa 700°C war.
Gemäß der obigen Resultate wurde gefunden, dass SF wahrscheinlich erzeugt wurden, wenn die Temperatur des Einkristalls für eine lange Zeit etwa bei 470 bis 700°C, speziell etwa bei 570°C gehalten wurde.
Als nächstes wurde ein tolerierbarer Bereich bezüglich einer zentralen Temperatur bestimmt.
Spezifisch ausgedrückt, auf der Basis der experimentellen Resultate in der obigen 10 wurde eine Verweilzeit bei jeder der Temperaturen (550 ± 30°C, 570 ± 30°C und 600 ± 30°C) für jede der entsprechenden Verfestigungsraten untersucht. Die Resultate sind in 11 gezeigt. Außerdem ist die Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 50°C, 570 ± 50°C und 600 ± 50°C in 12 gezeigt, und die Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 70°C, 570 ± 70°C und 600 ± 70°C ist in 13 gezeigt.
Wie in den 11 bis 13 gezeigt ist, wurde gefunden, dass eine Erhöhung der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 70°C, 570 ± 70°C und 600 ± 70°C (d. h. eine horizontale Länge in der Figur) und eine Erhöhung bei der LPD-Zahl (d. h. horizontale Länge in der Figur) im Wesentlichen zusammenfallen.
So wurde gefunden, dass LPD wahrscheinlich erzeugt wurden, wenn die Temperatur des Einkristalls für lange Zeit bei 570 ± 70°C gehalten wurde.
Außerdem untersuchten die Erfinder, über welche Zeit der Einkristall bei einer Temperatur im Bereich von 570 ± 70°C gehalten werden kann, die tolerierbar ist, damit keine LPD erzeugt werden.
Nach Durchführen des Schrittes der Schwanzbildung unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 wurde zunächst der Einkristall allmählich abgekühlt, wie es durch die durchgezogenen Linien in 14 dargestellt ist, anstatt schnell in einem üblichen Kühlungsschritt abgekühlt zu werden, wie dieser mit der Linie „Strich-Strich-Linie” in 17 gezeigt ist. Es sollte betont werden, dass die Ordinate in 14 die Verweilzeit in einem Temperaturbereich von 650 ± 50°C darstellt.
Dann wurden unter Verwendung des Einkristalls, der entsprechend den durch die durchgezogenen Linien in 14 dargestellten Bedingungen hergestellt worden war, Silicium-Epitaxialwafer unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 hergestellt, um die LPD-Zahl bei jeder der Verfestigungsraten zu untersuchen. Die Beziehung zwischen der Verweilzeit bei jeder der Verfestigungsraten und der LPD-Zahl ist in 15 gezeigt. Es sollte betont werden, dass die Ordinate in 15 die Verweilzeit in einem Temperaturbereich von 570 ± 70°C darstellt.
Wie in 15 gezeigt ist, wurde gefunden, dass die LPD-Zahl 0 wurde, wenn die Verfestigungsrate etwa 66% überstieg. Es wurde auch gefunden, dass die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C zu dieser Zeit etwa 200 Minuten war.
Somit wird spekuliert, dass es möglich ist, die Erzeugung von LPD durch Verringern der Zeit, für die die Temperatur des Einkristalls 570 ± 70°C ist, auf 200 Minuten oder weniger zu beschränken.
Als nächstes wurde ein Experiment zur Verifizierung der experimentellen Resultate in 15 durchgeführt.
Nach Durchführen des Schrittes der Schwanzbildung unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 wurde ein Kühlungsschritt, wie er durch die „Strich-Strich-Linie”-Linie in 14 gezeigt ist, durchgeführt, um einen Einkristall herzustellen. Dann wurden unter Verwendung des Einkristalls Silicium-Epitaxialwafer unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 hergestellt, um die LPD-Zahl bei jeder der Verfestigungsraten zu untersuchen. Die Resultate sind in 16 gezeigt.
Wie in 16 gezeigt ist, wurde gefunden, dass, wenn die Verfestigungsrate über etwa 44% lag, die Zeit, für die der Einkristall im Bereich von 570 ± 70°C ist, von 20 bis 200 Minuten wurde und die LPD-Zahl verringert war.
Somit wird festgestellt, dass es möglich ist, die Erzeugung von LPD nicht nur in der späteren Hälfte des Einkristalls zu beschränken, sondern auch in der gesamten Länge des Einkristalls, indem die Zeit, für die ein Einkristall bei einer Temperatur von 570 ± 70°C ist, in einem Bereich von 20 bis 200 Minuten eingestellt wird. Das Herstellungsverfahren für einen Einkristall-Ingot umfasst einen Schritt zur Bildung einer Schulter fortlaufend mit einem Impfkristall und mit einem allmählich zunehmenden Durchmesser (Schulterbildungsschritt), einen Schritt zur Bildung eines geraden Körpers fortlaufend mit der Schulter und mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser (Schritt der Bildung eines geraden Körpers) und einen Schritt zur Bildung eines Schwanzes fortlaufend mit dem unteren Ende des geraden Körpers und mit einem Durchmesser, der sich allmählich auf 0 verringert (Schritt der Schwanzbildung). Es sollte betont werden, dass sich die gesamte Länge des Einkristalls auf die gesamte Länge des geraden Körpers mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser, der im Schritt der Bildung eines geraden Körpers gebildet wurde, bezieht.
Die Erfindung wurde auf der Basis der obigen Feststellungen vollendet.
Ein Herstellungsverfahren für einen Einkristall gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet eine Einkristallziehvorrichtung, die eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet ist und angepasst ist, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze, in der roter Phosphor einer Siliciumschmelze zugesetzt ist, aufzunehmen, und einen Teil zum Ziehen, der aufgebaut ist, um einen Impfkristall zu ziehen, nachdem der Impfkristall mit der mit Dotierstoff versetzten Schmelze in Kontakt gebracht wurde, umfasst. Das Verfahren umfasst: Zusetzen des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, sodass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls in den Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt; Unterwerfen eines Evaluierungs-Siliciumwafers, der aus dem Einkristall erhalten wurde, einer Wärmebehandlung, bei der der Evaluierungs-Siliciumwafer für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre auf 1200°C erwärmt wird und Ziehen des Einkristalls, während der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird, sodass die Zahl der Pits, die an dem Evaluierungs-Siliciumwafer erzeugt werden, 0,1/cm² oder weniger wird.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann, selbst wenn ein Einkristall, dessen spezifischer elektrischer Widerstand erniedrigt ist (z. B. in einem Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm) durch Zusetzen von rotem Phosphor in die Siliciumschmelze herzustellen ist, die Zahl der Pits, die an dem Siliciumwafer nach Anwendung einer Vorwärmebehandlung (eine Wärmebehandlung zur Anwendung von Wärme in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C für 30 Sekunden) auf den Siliciumwafer, der aus dem Einkristall erhalten worden ist, 0,1/cm² oder weniger sein, indem der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird.
Entsprechend kann, wenn ein Silicium-Epitaxialwafer unter Verwendung des Einkristalls hergestellt wird, die Zahl der LPD (von 90 nm oder mehr) auf der Oberfläche des Siliciumwafers, gemessen im DCN-Modus von SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, auf 0,1/cm² oder weniger gesenkt werden. Dementsprechend kann ein Silicium-Epitaxialwafer mit geringem spezifischen elektrischen Widerstand und hoher Qualität erhalten werden.
Es sollte betont werden, dass Germanium (Ge) zusammen mit rotem Phosphor der Siliciumschmelze zugesetzt werden kann. Entsprechend der obigen Anordnung kann das Auftreten eines Dislokationsdefektes bzw. eines Versetzungsfehlers (Misfit-Dislokation) infolge eines Unterschieds der Konzentration an rotem Phosphor an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumwafer und dem epitaxialen Film beschränkt werden.
Nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Kühlvorrichtung über dem Tiegel in der Kammer angeordnet ist; und der Einkristall wird mit der Kühlvorrichtung im Schritt der Bildung eines geraden Körpers zur Bildung eines geraden Körpers des Einkristalls gekühlt, wodurch der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird.
Nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Heizvorrichtung über dem Tiegel in der Kammer angeordnet ist; der Einkristall wird mit der Heizvorrichtung im Schritt der Bildung eines geraden Körpers zur Bildung eines geraden Körpers des Einkristalls erwärmt, um eine Verringerung der Temperatur des Einkristalls zu beschränken, und der Einkristall wird nach dem Schritt der Schwanzbildung zur Bildung eines Schwanzes des Einkristalls gekühlt, wodurch der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird.
Gemäß den obigen Anordnungen kann der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, unter Verwendung der Kühlvorrichtung oder der Heizvorrichtung nach Wunsch reguliert werden.
Nach dem obigen Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, dass der Einkristall so gezogen wird, dass der Zeitraum, in dem die Temperatur wenigstens eines Teils des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, im Bereich von 20 bis 200 Minuten liegt.
Mit der obigen Anordnung kann die Zahl der Pits, die an einem Siliciumwafer, der aus dem Teil erhalten wurde, für den die Temperatur für 20 bis 200 Minuten in dem obigen Bereich war, erzeugt werden, auf 0,1/cm² oder weniger gesenkt werden.
Ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verwendet einen Einkristall, der unter Verwendung einer Einkristall-Ziehvorrichtung erhalten wurde, welche eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet ist und angepasst ist, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze, in der roter Phosphor einer Siliciumschmelze zugesetzt ist, aufzunehmen, und einen Teil zum Ziehen, der aufgebaut ist, einen Impfkristall zu ziehen, nachdem der Impfkristall mit der mit Dotierstoff versetzten Schmelze in Kontakt gebracht wurde, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Zusetzen des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, sodass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls in den Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt; Ziehen des Einkristalls und Schneiden des Siliciumwafers aus einem Teil des Einkristalls, wobei die Temperatur des Teils 570 ± 70°C für 20 bis 200 Minuten ist, wenn der Einkristall gezogen wird.
Ein Herstellungsverfahren für einen Silicium-Epitaxialwafer gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst: einen ersten Schritt des Schneidens des Siliciumwafers aus dem Einkristall, der durch das Herstellungsverfahren für den Einkristall gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung hergestellt worden war; einen zweiten Schritt des Erwärmens des Siliciumwafers, der im ersten Schritt ausgeschnitten worden war, in einer Wasserstoffatmosphäre, und einen dritten Schritt des Bildens eines epitaxialen Films auf dem Siliciumwafer nach dem zweiten Schritt, um den Silicium-Epitaxialwafer herzustellen.
Gemäß der obigen Anordnung kann ein Silicium-Epitaxialwafer mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand und hoher Qualität bereitgestellt werden. Da darüber hinaus kein Polysiliciumfilm auf dem Silicium-Epitaxialwafer angeordnet wird, ist das Verfahren vereinfacht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Einkristall unter Verwendung einer Siliciumschmelze, die derart mit rotem Phosphor versetzt ist, dass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls im Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm liegt, hergestellt, wobei der Einkristall umfasst: einen geraden Körper, der eine Kristallregion umfasst, in der die Zahl der Pits, die an einem Siliciumwafer, der aus dem Einkristall ausgeschnitten ist, erzeugt wurden, 0,1/cm² oder weniger nach Anwenden einer Wärmebehandlung zum Erwärmen des Siliciumwafers auf 1200°C für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre ist.
Ein Silicium-Epitaxialwafer gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst: einen Siliciumwafer, der aus dem obigen Einkristall ausgeschnitten wurde, und einen epitaxialen Film, der auf dem Siliciumwafer ausgebildet ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)
1 ist ein Diagramm, das die Resultate eines Experimentes zum Ableiten einer Herstellungsbedingung für einen Silicium-Epitaxialwafer gemäß der Erfindung zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate eines Einkristalls und der SF-Zahl zeigt.
2 ist ein weiteres Diagramm, das Resultate von Experiment 1 zum Ableiten der Herstellungsbedingung zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der SF-Zahl und der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen zeigt.
3 zeigt Resultate von Experiment 2, die einen Erzeugungszustand von LPD an einem Siliciumwafer vor Vorwärmebehandlung zeigen.
4 zeigt Resultate von Experiment 2, die einen Erzeugungszustand von LPD nach der Vorwärmebehandlung an dem Siliciumwafer zeigen, der einer Verfestigungsrate, bei welcher SF erzeugt werden, entspricht.
5 zeigt Resultate von Experiment 2, die einen Erzeugungszustand von LPD nach der Vorwärmebehandlung an dem Siliciumwafer zeigen, der einer Verfestigungsrate entspricht, bei welcher SF nicht erzeugt werden.
6 zeigt die Resultate von Experiment 2, die AFM-Betrachtungsresultate für LPD zeigen, die nach der Vorwärmebehandlung erhöht sind.
7 zeigt Resultate von Experiment 3 zum Ableiten der Herstellungsbedingung, die einen LPD-Erzeugungszustand nach Wachsen eines epitaxialen Films zeigen, und experimentelle Resultate, die in 4 gezeigt sind, in überlappter Art.
8 zeigt die Resultate von Experiment 3, die einen Teil von 7 in vergrößerter Art zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zum Ableiten der Herstellungsbedingungen zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate und der Temperatur des Kristallzentrums zeigt.
10 ist ein anderes Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Temperatur im Kristallzentrum und der LPD-Zahl im Einkristall zeigt.
11 ist ein weiteres Diagramm, das Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen und der LPD-Zahl, wenn die Temperaturschwankung ±30°C ist, zeigt.
12 ist noch ein weiteres Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen und der LPD-Zahl, wenn die Temperaturschwankung ±50°C ist, zeigt.
13 ist noch ein weiteres Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen und der LPD-Zahl, wenn die Temperaturschwankung ±70°C ist, zeigt.
14 ist noch ein weiteres Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate und der Verweilzeit des Einkristalls zeigt.
15 ist noch ein weiteres Diagramm, das die Resultate von Experiment 4 zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen und der LPD-Zahl zeigt.
16 ist ein Diagramm, das Resultate eines Experiments zeigt, das zur Verifizierung der Resultate von Experiment 4 durchgeführt wurde, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen und der LPD-Zahl zeigt.
17 ist eine schematische Darstellung, die eine Skizze einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 ist eine schematische Darstellung, die ein Herstellungsverfahren für einen Einkristall in einem Mehrfach-Ziehverfahren gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
19 ist eine schematische Darstellung, die ein Herstellungsverfahren für einen Einkristall in einem Einzelbeschickungs-Ziehverfahren gemäß einer ersten Modifikation der Erfindung zeigt.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine Skizze einer Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt, welche mit einer Kühlvorrichtung (ein wassergekühlter Körper an einer unterschiedlichen Stelle) oder eine Heizvorrichtung (Nachheizvorrichtung) ausgestattet ist, gemäß einer zweiten Modifikation der Erfindung.
21 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Bereitstellung der Kühlvorrichtung (der wassergekühlte Körper an der unterschiedlichen Stelle) gemäß der zweiten Modifikation der Erfindung zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate des Einkristalls und der Verweilzeit bei einer Temperatur von 570 ± 70°C zeigt.
22A ist ein anderes Diagramm, das die Wirkung der Bereitstellung der Heizvorrichtung (der Nachheizvorrichtung) gemäß der zweiten Modifikation der Erfindung zeigt, welches eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate des Einkristalls und der Temperatur im Zentrum (Zentrumstemperatur) des Einkristalls zeigt.
22B ist ein Diagramm, das die Wirkung der Bereitstellung der Heizvorrichtung (der Nachheizvorrichtung) gemäß der zweiten Modifikation der Erfindung zeigt, das eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate des Einkristalls und der Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70°C zeigt.
23 ist ein Diagramm, das die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstands eines ersten Einkristalls gemäß Beispielen der Erfindung zeigt.
24 ist ein Diagramm, das die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstands eines zweiten Einkristalls gemäß Beispielen der Erfindung zeigt.
25 stellt LPD, erzeugt an einem Silicium-Epitaxialwafer, der unter Verwendung der Einkristalle gemäß Beispielen der Erfindung hergestellt worden war, dar.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM (VON AUSFÜHRUNGSFORMEN)
Eine beispielhafte Ausführungsform (beispielhafte Ausführungsformen) der Erfindung wird (werden) nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
Gestaltung einer Einkristall-Ziehvorrichtung
Zunächst wird eine Gestaltung einer Einkristall-Ziehvorrichtung nachfolgend beschrieben werden.
Eine Einkristall-Ziehvorrichtung 1 umfasst einen Einkristall-Ziehvorrichtungskörper 3, wie dies in 17 gezeigt ist, eine Dotiervorrichtung (nicht gezeigt) und eine Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt).
Der Einkristall-Ziehvorrichtungskörper 3 umfasst eine Kammer 30, einen Tiegel 31, der in der Kammer 30 angeordnet ist, eine Heizvorrichtung 32, die Wärme in Richtung des Tiegels 31 strahlt, um den Tiegel zu erwärmen, ein Ziehseil 33 (Ziehteil), einen Wärmeisolierzylinder 34 und eine Abschirmung 36.
Inertgas (z. B. Argongas) wird von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite in die Kammer 30 eingeführt, und zwar durch einen Einlass 30A, der an der Oberseite angeordnet ist, bei einer vorbestimmten Gasströmungsrate unter der Kontrolle der Steuerungsvorrichtung. Außerdem ist der Druck in der Kammer 30 (Ofendruck) durch die Steuerungsvorrichtung kontrollierbar.
Der Tiegel 31 schmilzt ein Polykristallsilicium (Material eines Siliciumwafers) unter Bereitstellung einer Siliciumschmelze 4. Der Tiegel 31 umfasst einen zylindrischen Quarztiegel mit Boden 311 (d. h. einen Tiegel, der aus Quarz hergestellt ist) und einen Graphittiegel 312 (d. h. einen Tiegel, der aus Graphit hergestellt ist), der sich an der Außenseite des Quarztiegels 311 unter Aufnahme des Quarztiegels 311 befindet. Der Tiegel 31 wird von einer Trägerwelle 37 getragen, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird.
Die Heizvorrichtung 32 ist an der Außenseite des Tiegels 31 angeordnet. Die Heizvorrichtung 32 erwärmt den Tiegel 31, um das Silicium in dem Tiegel 31 zu schmelzen.
Ein erstes Ende des Ziehseils 33 ist mit einer Ziehantriebseinheit (nicht gezeigt) verbunden, die beispielsweise über dem Tiegel 31 angeordnet ist. Ferner ist ein zweites Ende des Ziehseils 33 an einer Impfkristallhalterung 38 zum Halten des Impfkristalls oder an einer Dotiervorrichtung (nicht gezeigt), wenn gewünscht, befestigt. Das Ziehseil 33 ist durch Betrieb der Ziehantriebseinheit drehbar. Das Ziehseil 33 bewegt sich mit einer vorbestimmten Ziehgeschwindigkeit durch die Ziehantriebseinheit unter der Kontrolle der Steuerungsvorrichtung nach oben.
Der Wärmeisolierzylinder 34 ist so angeordnet, dass er den Tiegel 31 und die Heizvorrichtung 32 umgibt.
Die Abschirmung 36 dient als ein Wärmeschild zur Abschirmung vor Strahlungswärme nach oben, die aus der Heizvorrichtung 32 abgestrahlt wird. Die Abschirmung 36 ist angeordnet, um die Oberfläche der Siliciumschmelze 4 teilweise zu bedecken. Die Abschirmung 36 ist in Form eines Kegels, der eine untere Öffnung an einem unteren Ende und eine obere Öffnung an einem oberen Ende hat, wobei die untere Öffnung kleiner als die obere Öffnung ist.
Die Dotiervorrichtung verflüchtigt roten Phosphor (fester flüchtiger Dotierstoff), um den roten Phosphor in die Siliciumschmelze 4 in dem Tiegel 31 zu dotieren (d. h. zuzusetzen), um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze 41 bereitzustellen. Es sollte betont werden, dass die Dotiervorrichtung ein zylindrisches Element umfassen kann, das ein unteres Ende hat, welches in die Siliciumschmelze 4 eingetaucht ist, um roten Phosphor in die Siliciumschmelze 4 abzugeben, oder das so konzipiert sein kann, dass das zylindrische Element ein unteres Ende hat, das von der Siliciumschmelze 4 beabstandet ist, und verflüchtigter roter Phosphor in die Siliciumschmelze 4 geblasen wird, um so roten Phosphor der Siliciumschmelze 4 zuzusetzen.
Die Steuerungsvorrichtung reguliert in geeigneter Weise die Gasströmungsrate und den Ofendruck in der Kammer 30 und die Ziehgeschwindigkeit des Ziehseils 33 basierend auf der Einstellung durch einen Anwender, um das Herstellungsverfahren des Einkristalls 6 zu kontrollieren.
Herstellungsverfahren für einen Einkristall
Als nächstes wird nachfolgend ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Einkristalls 6 unter Verwendung der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 beschrieben.
Zunächst wird nachfolgend das Herstellungsverfahren für den Einkristall 6 durch ein sogenanntes Mehrfach-Ziehverfahren beschrieben, bei dem ein Polysiliciummaterial 411 in einen einzelnen Quarztiegel 311 jedes Mal, wenn der Einkristall 6 hochgezogen wird, gefüllt wird, und eine Vielzahl von Einkristallen 6 gezogen werden.
Wie in 18 gezeigt ist, werden zunächst 70 kg des Polysiliciummaterials in den Quarztiegel 311 in der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 gefüllt. Danach wird das Polysiliciummaterial unter der Kontrolle der Steuerungsvorrichtung erwärmt, um geschmolzen zu werden, und roter Phosphor (flüchtiger Dotierstoff) wird in die Siliciumschmelze 4 gegeben, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze 41 bereitzustellen, während die Gasströmungsrate und der Ofendruck in der Kammer 30 auf vorbestimmte Werte eingestellt werden.
Es sollte betont werden, dass Germanium zusammen mit rotem Phosphor zugesetzt werden kann, um eine Versetzungsdislokation in dem Silicium-Epitaxialwafer zu beschränken. Darüber hinaus wird die Zugabemenge an rotem Phosphor so eingestellt, dass der spezifische elektrische Widerstand des Siliciumwafers (der Siliciumwafer), ausgeschnitten aus dem Einkristall 6, in einem Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm liegt.
Nach Eintauchen des Impfkristalls in die Schmelze zieht anschließend die Steuerungsvorrichtung der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 den Impfkristall mit einer vorbestimmten Ziehgeschwindigkeit, basierend auf der Einstellung durch den Anwender, nach oben, um den Einkristall 6 herzustellen.
Das Ziehverfahren des Impfkristalls umfasst einen Halsbildungsschritt, einen Schulterbildungsschritt, einen Schritt zur Bildung eines geraden Körpers, einen Schritt der Schwanzbildung und einen Abkühlschritt. Die Steuerungsvorrichtung reguliert die Ziehzeit wenigstens während des Schrittes der Bildung eines geraden Körpers derart, dass sie kürzer ist als in einem herkömmlichen Verfahren, um so einen 31-kg-Einkristall 6 herzustellen, dessen Abmessung kürzer ist als die eines herkömmlichen Einkristalls. Die obige Bedingung dient zur Einstellung des Zeitraums, für welchen die Temperatur des Einkristalls 6 bei 570 ± 50°C ist, auf 20 bis 200 Minuten, wobei die thermische Hysterese des gesamten Einkristalls 6 in einen Bereich fällt, bei dem die Verfestigungsrate etwa 44% in 16 übersteigt (d. h. der Bereich, der durch eine Linie aus Linie-Strich-Strich in 2 eingekreist ist).
Es sollte betont werden, dass die anderen Bedingungen außer der Ziehzeit (d. h. die Bedingungen des Heizens durch die Heizvorrichtung 32) dieselben wie die herkömmlichen sein können.
Speziell wenn ein Einkristall mit einer typischen Abmessung hergestellt wird, bleibt vor Beginn des Abkühlschritts nach Beendigung des Schrittes der Schwanzbildung im Abkühlschritt das untere Ende des Einkristalls (der Teil in 2, bei dem die Verfestigungsrate 60% übersteigt) bei einer Temperatur, die höher als 570 ± 70°C ist, und wird schnell aus dem erhitzten Zustand abgekühlt, sodass spekuliert wird, dass der Zeitraum, für den die Temperatur 570 ± 70°C ist, kurz wird (d. h. kürzer als 200 Minuten). Andererseits wird das obere Ende des Einkristalls (der Teil in 2, bei dem die Verfestigungsrate kleiner als 60% ist) bereits zu Beginn des Abkühlschrittes auf eine Temperatur von unter 570 ± 70°C abgekühlt. Dementsprechend wird angenommen, dass, selbst wenn der Einkristall aus diesem Zustand schnell abgekühlt wird, der Zeitraum, für den die Temperatur des oberen Endes 570 ± 70°C ist, länger wird als die des unteren Endes (d. h. 200 Minuten übersteigt). Es wird angenommen, dass als Resultat eine große Zahl von SF am oberen Ende erzeugt wird, wohingegen die Erzeugung von SF am unteren Ende beschränkt ist.
Dagegen wird vermutet, dass im Herstellungsverfahren gemäß der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 18 gezeigt ist, da der Einkristall 6, der kürzer ist als der typische, hergestellt wird, der gesamte Einkristall zu Beginn des Abkühlschrittes nach Beendigung des Schrittes der Schwanzbildung auf eine Temperatur von höher als 570 ± 70°C eingestellt werden kann, sodass der Einkristall 6 bei einer solch hohen Temperatur rasch abgekühlt wird, wodurch der Zeitraum bei der Temperatur von 570 ± 70°C in ähnlicher Weise wie für ein unteres Ende eines typischen Einkristalls kurz gemacht werden kann.
Folglich wird vermutet, dass die thermische Hysterese des gesamten Einkristalls 6 in den Bereich fällt, der in 14 durch die Linie Linie-Strich-Strich, wie oben beschrieben, eingekreist ist, wodurch der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls 6 bei 570 ± 70°C ist, im Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten liegt. Dementsprechend kann die Erzeugung von LPD über die gesamte Länge des Einkristalls beschränkt werden.
Nach der Beendigung der Herstellung eines der Einkristalle 6 wird die Einkristall-Ziehvorrichtung 1 mit Material 411 (Silicium, roter Phosphor (und Germanium)) zur Herstellung von 31 kg der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 beschickt, und zwar in den Quarztiegel 311, wie es in 18 gezeigt ist, um den nächsten Einkristall 6 mit 31 kg herzustellen.
Es ist bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 den Ofendruck in einen Bereich von 13,3 kPa (100 torr) bis 60 kPa (450 torr) einstellt, während der andere Einkristall (die anderen Einkristalle) 6 als der zuletzt hergestellte Einkristall (die zuletzt hergestellten Einkristalle) 6 gekühlt wird (werden), bevor der zuletzt hergestellte Einkristall 6 herausgenommen wird (d. h. während des Abkühlschrittes). Wenn der Ofendruck weniger als 13,3 kPa ist, wird der rote Phosphor (flüchtiger Dotierstoff) unter Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes des Einkristalls 6, der anschließend herzustellen ist, verdampft.
Wenn andererseits der Ofendruck 60 kPa übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass das Verdampfungsgut an der Kammer 30 haftet, sodass die Monokristallisation zur Herstellung des Einkristalls 6 gestört wird.
Der spezifische (elektrische) Widerstand eines Siliciumwafers, der aus dem so hergestellten Einkristall 6 erhalten wird, liegt im Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm. Außerdem liegt die Sauerstoffkonzentration des Siliciumwafers in einem Bereich von 7 × 10¹⁷ bis 10 × 10¹⁷ Atome/cm³ (gemäß IGFA (Inertgasfusionsanalyse)). Die Konzentration an rotem Phosphor liegt im Bereich von 8,0 × 10¹⁹ bis 1,1 × 10²⁰ Atome/cm³. Die Konzentration an Germanium liegt im Bereich von 3,0 × 10¹⁹ bis 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³.
Wenn darüber hinaus der Siliciumwafer für 30 Sekunden oder mehr in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C erwärmt wird, ist die LPD (von 90 nm oder mehr)-Zahl an der Oberfläche des Siliciumwafers, gemessen im DCN-Modus von SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, 0,1/cm² oder weniger. Mit anderen Worten, die Zahl der Pits, erzeugt an der Oberfläche des Siliciumwafers, ist 0,1/cm² oder weniger.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Epitaxialwafer
Als nächstes wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Epitaxialwafers aus dem Einkristall 6, der nach dem Herstellungsverfahren, wie es oben beschrieben wurde, hergestellt worden ist, beschrieben.
Zunächst wird nach Schneiden einer Siliciumkristallplatte aus dem Einkristall 6 (erster Schritt) der Siliciumwafer einer Vorwärmebehandlung unterzogen, um Sauerstoff aus einer Oberflächenschicht des Siliciumwafers auszuglühen (zweiter Schritt).
Die Vorwärmebehandlung wird vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1150 bis 1200°C für einen Vorwärmebehandlungszeitraum von 30 Sekunden oder mehr (z. B. 30 Sekunden am kürzesten) durchgeführt.
Nach der Vorwärmebehandlung wird ein epitaxialer Film auf dem Siliciumwafer durch CVD (dritter Schritt) gebildet. Die Verfahrenstemperatur während des epitaxialen Wachstums liegt in dem Bereich von 1000 bis 1150°C, vorzugsweise in dem Bereich von 1050 bis 1080°C.
Durch das obige Herstellungsverfahren kann ein Silicium-Epitaxialwafer hergestellt werden, der einen extrem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm aufweist, eine extrem geringe Zahl von Misfit-Versetzungen im epitaxialen Film hat und eine LPD-Zahl, die aus dem SF (Stapelfehler) resultiert, von 0,1/cm² oder weniger hat, der als Leistungs-MOS-Transistor verwendbar ist.
Ein derartiger hochqualitativer Silicium-Epitaxialwafer, der einen extrem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand des Siliciumwafers und eine extrem niedrige Zahl von LPD, resultierend aus dem SF (Stapelfehler), aufweist, kann in einem bekannten Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden, sondern kann nur nach dem Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Erfindung hergestellt werden und ist somit neu.
Modifikationen
Es sollte zu verstehen sein, dass der Rahmen der Erfindung nicht auf die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform (die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen) beschränkt ist, sondern dass verschiedene Verbesserungen und Design-Veränderungen möglich sind, solange solche Verbesserungen und Veränderungen mit der Erfindung kompatibel sind.
Zum Beispiel kann anstelle des Mehrfach-Ziehverfahrens, wie es in 18 gezeigt ist, ein sogenanntes Einzelbeschickungs-Ziehverfahren verwendet werden, um den Einkristall 6 herzustellen, wobei eine Einkristall-Ziehvorrichtung 1, wie sie in 19 gezeigt ist, verwendet wird. Eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze 41 für eine Vielzahl von Einkristallen wird auf einmal in einen geteilten Quarztiegel 311 eingefüllt und es wird eine Vielzahl von Einkristallen auf einmal gezogen.
Wenn zwei Einkristalle 6 herzustellen sind, ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 den Ofendruck in einen Bereich von 13,3 kPa bis 60 kPa einstellt, nachdem der erste der Einkristalle 6 nach dem Ziehen und vor dem Herausnehmen (d. h. während des Abkühlschrittes) gekühlt worden ist. Der Grund für die Bevorzugung der Einstellung des Ofendrucks ist derselbe wie in dem Mehrfach-Ziehverfahren in der obigen beispielhaften Ausführungsform.
Es sollte betont werden, dass, selbst wenn das Mehrfach-Ziehverfahren durchgeführt wird, das obige Einzelbeschickungs-Ziehverfahren anwendbar ist, ohne dass Material (Materialien) beim Ziehen des letzten Einkristalls zugegeben wird (werden).
Zum Beispiel können 157 kg der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 in der Anfangsstufe eingefüllt werden und es können 31-kg-Einkristalle 6 über fünf aufeinanderfolgende Male gezogen werden. Auch in der obigen Anordnung kann der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls 6 570 ± 70°C ist, in einen Bereich von 20 bis 200 Minuten eingestellt werden.
Wenn ein langer Einkristall gezogen werden soll oder wenn die Verweilzeit bei der Temperatur im Bereich von 570 ± 70°C 200 Minuten übersteigt, kann, sogar wenn ein kurzer Einkristall gezogen werden soll, eine Kühlvorrichtung an der Oberseite des Einkristalls angeordnet werden, um die Kühlung eines vorbestimmten Teils des Kristalls zu begünstigen, wodurch die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C auf einen Bereich von 20 bis 200 Minuten eingestellt wird.
Die obige Kühlvorrichtung kann zum Beispiel, wie in 20 gezeigt, angeordnet sein.
Eine Kühlvorrichtung in Form eines wassergekühlten Körpers 50 ist über dem Tiegel 31 in der Kammer 30 der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 angeordnet. Der wassergekühlte Körper 50 ist vorzugsweise in einer Position angeordnet, sodass ein Abstand D1, wie durch eine durchgezogene Linie in 20 gezeigt, von der Oberfläche der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 bis zu einem unteren Ende des wassergekühlten Körpers 50 1,5- bis 3,0-mal so lang wie der Durchmesser R des Einkristalls 6 ist, um einen Niedrigtemperaturteil des Einkristalls 6, der gezogen wird, zu kühlen.
Als nächstes wird die Funktion des wassergekühlten Körpers 50, der in der oben beschriebenen Position angeordnet ist, im Folgenden beschrieben werden.
Der Einkristall 6 wurde ohne Anordnen des wassergekühlten Körpers 50 in der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 hergestellt. Dann wurde die Verweilzeit des Einkristalls für jede der Verfestigungsraten im Bereich von 570 ± 70°C untersucht. Die Resultate sind in 21 durch eine Linie Strich-Punkt gezeigt.
Wie in 21 gezeigt ist, wurde beobachtet, dass die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C 200 Minuten oder mehr in mehr als der Hälfte der gesamten Länge des Einkristalls 6 ist.
Wie außerdem in 20 durch die Linie Linie-Strich-Strich gezeigt ist, ist ein wassergekühlter Körper 42 ähnlich dem wassergekühlten Körper 50 in einer Position angeordnet, in der der Abstand D2 von der Oberfläche der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 zu einem unteren Ende des wassergekühlten Körpers 52 gleich dem Durchmesser R des Einkristalls 6 wird. Dann wurde, außer dass der Einkristall 6 durch den wassergekühlten Körper 52 im Schritt der Bildung des geraden Körpers zur Bildung des geraden Körpers des Einkristalls 6 gekühlt wurde, der Einkristall 6 unter denselben Bedingungen wie in dem Fall, in dem der wassergekühlte Körper nicht angeordnet war, hergestellt, und die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C wurde für jede der Verfestigungsraten untersucht. Die Resultate sind in 21 als die Linie Strich-Strich-Linie dargestellt.
Wie in 21 gezeigt ist, wurde beobachtet, dass die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C 200 Minuten oder mehr im größten Teil der Länge des Einkristalls 6 war.
Außerdem wurde, außer dass der wassergekühlte Körper 50 angeordnet war, wie es durch die durchgezogene Linie in 20 gezeigt ist, der Einkristall 6 unter denselben Bedingungen wie in dem Fall, in dem der wassergekühlte Körper 52 angeordnet war (d. h. während Kühlen des Einkristalls mit dem wassergekühlten Körper 50 im Schritt der Bildung eines geraden Körpers) hergestellt, und die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C wurde für jede der Verfestigungsraten untersucht. Die Resultate sind als durchgezogene Linie in 21 gezeigt.
Wie in 21 gezeigt ist, wurde beobachtet, dass die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C 200 Minuten oder mehr in der gesamten Länge des Einkristalls 6 war.
Dementsprechend wird der Einkristall durch den wassergekühlten Körper 50 gekühlt, der in der Position angeordnet ist, in der der Abstand D1 1,5- bis 3,0-mal so lang wie der Durchmesser R des Einkristalls 6 ist, sodass die Länge des Teils im Temperaturbereich von 570 ± 70°C für mehr als 200 Minuten verringert werden kann (d. h. der Teil, der für 20 bis 200 Minuten im Temperaturbereich von 570 ± 70°C ist, kann verlängert werden), wodurch der Abschnitt, in dem die Zahl der Pits, die an dem Siliciumwafer erzeugt werden, 0,1/cm² oder weniger ist, vergrößert wird. Somit kann durch Anordnen der Kühlvorrichtung der Zeitraum reguliert werden, für den die Temperatur des Einkristalls 6 570 ± 70°C ist.
Obgleich die Kühlvorrichtung in der Form eines zylindrischen wassergekühlten Körpers 50 als Beispiel zur Erläuterung des Effektes gezeigt ist, kann die Kühlvorrichtung alternativ ein Zugrohr 53 sein, das sich aus der Kammer 30 nach unten erstreckt, wie es durch die Linie Strich-Strich-Linie in 20 gezeigt ist.
Alternativ kann eine Heizvorrichtung in der Form einer Nachheizvorrichtung 51, wie sie durch eine durchgezogene Linie in 20 gezeigt ist, anstelle des wassergekühlten Körpers 50 angeordnet sein. Die Nachheizvorrichtung 51 kann zum Beispiel ein zylindrisches Element in der gleichen Art wie der wassergekühlte Körper 50 sein. Die Nachheizvorrichtung 51 ist vorzugsweise in einer Position angeordnet, in der der Abstand D1 von der Oberfläche der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 zu einem unteren Ende der Nachheizvorrichtung 51 1,5- bis 3,0-mal so lang wie der Durchmesser R des Einkristalls 6 ist. Wenn die Nachheizvorrichtung 51 in einer Position angeordnet ist, in der der Abstand D1 weniger als das 1,5-fache des Durchmessers R des Einkristalls 6 ist, wird, da die Nachheizvorrichtung 51 sich nahe der Oberfläche der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 befindet, der Temperaturgradient nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche moderat werden, sodass wahrscheinlich eine Dislokation infolge der Zusammensetzungs-Superkühlung und dergleichen auftritt.
Als nächstes wird im Folgenden die Funktion der Nachheizvorrichtung 51, die in der oben beschriebenen Position angeordnet ist, beschrieben werden.
Der Einkristall 6 wurde ohne Anordnen der Nachheizvorrichtung 51 in der Einkristall-Ziehvorrichtung 1 hergestellt (d. h. unter den Bedingungen ähnlich denen in Experiment 1). Dann wurde die Temperaturverteilung im Zentrum des Einkristalls für jede der Verfestigungsraten, wenn der Schwanz von der mit Dotierstoff versetzten Schmelze 41 getrennt war, untersucht. Die Resultate sind als Strich-Punkt-Linie in 22A gezeigt. Außerdem wurde die Verweilzeit des Einkristalls für jede der Verfestigungsraten im Bereich von 570 ± 70°C untersucht. Die Resultate sind als Strich-Punkt-Linie in 22B gezeigt.
Außerdem wurde, außer dass die Nachheizvorrichtung 51 in der Position, die als durchgezogene Linie in 20 gezeigt ist, angeordnet war, der Einkristall 6 unter denselben Bedingungen wie die im obigen Experiment 1 (d. h. unter Erwärmen des Einkristalls 6 mit der Nachheizvorrichtung 51 im Schritt der Bildung eines geraden Körpers, um die Temperaturverringerung des Einkristalls 6 zu beschränken) hergestellt, und die Temperaturverteilung im Zentrum des Einkristalls und die Verweilzeit im Bereich von 570 ± 70°C wurde für jede der Verfestigungsraten untersucht. Die Resultate sind als durchgezogene Linien in 22A (und 22B) gezeigt.
Wie in 22A gezeigt ist, wurde gefunden, dass, wenn die Nachheizvorrichtung 51 vorhanden ist, der Teil, in dem die Temperatur 640°C (d. h. 570 + 70°C) oder mehr nach dem Schritt der Schwanzbildung wird, länger wird als in dem Fall, in dem die Nachheizvorrichtung 51 nicht angeordnet ist. Dementsprechend kann mit der obigen Anordnung, in der der Teil, dessen Temperatur 640°C oder mehr ist, schnell abgekühlt wird, wobei die Nachheizvorrichtung 51 im Abkühlschritt nach dem Schritt der Bildung des geraden Körpers abgestellt ist, wobei die Nachheizvorrichtung 51 im Schritt der Schwanzbildung angestellt ist, der Teil, für den die Temperatur im Bereich von 570 ± 70°C für einen Zeitraum von 20 bis 200 Minuten ist (d. h. der Teil, in dem die Anzahl der Pits, die an dem Siliciumwafer erzeugt werden, 0,1/cm² oder weniger ist), vergrößert werden. In der Tat wird beobachtet, wie es in 22B gezeigt ist, dass der Teil, der einer Temperatur im Bereich von 570 ± 70°C für 20 bis 200 Minuten unterworfen wird, mit der Verwendung der Nachheizvorrichtung 51 beträchtlich vergrößert werden kann.
Beispiel(e)
Als nächstes wird die Erfindung detailliert anhand eines Beispiels (von Beispielen) und eines Vergleichsbeispiels (von Vergleichsbeispielen) beschrieben werden. Es sollte allerdings betont werden, dass der Umfang der Erfindung durch das Beispiel (die Beispiele) und das Vergleichsbeispiel (die Vergleichsbeispiele) nicht limitiert wird.
Der Einkristall 6 wurde unter Verwendung der Einkristall-Ziehvorrichtung 1, die in 19 gezeigt ist, mit einem Einzelbeschickungs-Ziehverfahren hergestellt, in dem die mit Dotierstoff versetzte Schmelze 41 für zwei Einkristalle auf einmal eingefüllt wurde und zwei Einkristalle 6 mit einem Durchmesser von 200 mm einer nach dem anderen gezogen wurden.
Spezifisch ausgedrückt, 82 kg des Polysiliciummaterials wurden in den Quarztiegel 311 eingefüllt und wurden erhitzt, um geschmolzen zu werden. Anschließend wurde roter Phosphor (flüchtiger Dotierstoff) in die Siliciumschmelze 4 gegeben, um die mit Dotierstoff versetzte Schmelze 41 herzustellen, während die Gasflussrate und der Ofendruck in der Kammer 30 auf vorbestimmte Werte eingestellt wurden. Die Zugabemenge von rotem Phosphor wurde so eingestellt, dass der spezifische elektrische Widerstand des Siliciumwafers (der Siliciumwafer), ausgeschnitten aus dem Einkristall 6, im Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm war.
Dann wurden 40 kg der Einkristalle 6 auf zweimal nacheinander gezogen. Im Schritt des Ziehens, einschließlich eines Halsbildungsschrittes, eines Schulterbildungsschrittes, eines Schrittes zur Bildung eines geraden Körpers, eines Schrittes der Schwanzbildung und eines Abkühlschrittes, wurde die Ziehzeit wenigstens während des Schrittes der Bildung eines geraden Körpers so eingestellt, dass sie kürzer war als eine herkömmliche Ziehzeit, um einen 40-kg-Einkristall 6 herzustellen, dessen Abmessung kürzer als die eines herkömmlichen Einkristalls war. Wenn zwei Einkristalle 6 herzustellen sind, wird der Ofendruck in den Bereich von 13,3 kPa bis 60 kPa eingestellt, nachdem der erste der Einkristalle 6 gezogen war und abgekühlt war, bevor er herausgenommen wurde (d. h. während des Abkühlschrittes).
Der spezifische elektrische Widerstand von Siliciumwafern, ausgeschnitten aus Teilen der hergestellten zwei Einkristalle 6 mit vorbestimmter Verfestigungsrate wurde gemessen.
Die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes des ersten der Einkristalle 6 ist in 23 gezeigt, und die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes des zweiten der Einkristalle 6 ist in 24 gezeigt.
Wie in 23 und 24 gezeigt ist, wurde beobachtet, dass der spezifische elektrische Widerstand des ersten der Einkristalle 6 und des zweiten der Einkristalle 6 in einem Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm liegt. Es wird angenommen, dass der Zeitraum, für den die zwei Einkristalle 6 im Bereich von 570 ± 70°C sind, 20 bis 200 Minuten war. Dann wurden unter Verwendung der aus den Einkristallen 6 ausgeschnittenen Siliciumwafern Silicium-Epitaxialwafer nach demselben Verfahren, wie es für die beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist, hergestellt. Wie in 25 gezeigt ist, wurde gefunden, dass Silicium-Epitaxialwafer 110 erhalten werden können, in denen die Zahl der LPD 111, hervorgegangen aus den SF, 0,1/cm² oder weniger ist.
Bezugszeichenliste

1: Einkristall-Ziehvorrichtung
30: Kammer
33: Ziehseil (Aufziehteil)
50: wassergekühlter Körper (Kühlvorrichtung)
51: Nachheizvorrichtung (Heizvorrichtung)
53: Zugrohr (Kühlvorrichtung)
311: Quarztiegel

Claims

Herstellungsverfahren für einen Einkristall unter Verwendung einer Einkristall-Ziehvorrichtung, die eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet ist und angepasst ist, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze, in der roter Phosphor einer Siliciumschmelze zugesetzt ist, aufzunehmen, und einen Teil zum Ziehen, der aufgebaut ist, um einen Impfkristall zu ziehen, nachdem der Impfkristall mit der mit Dotierstoff versetzten Schmelze in Kontakt gebracht wurde, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Zusetzen des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, so dass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls in den Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt; Unterwerfen eines Evaluierungssiliciumwafers, der aus dem Einkristall erhalten wurde, einer Wärmebehandlung, bei der der Evaluierungssiliciumwafer für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt wird, und Ziehen des Einkristalls, während der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird, so dass die Zahl der Pits, die an dem Evaluierungssiliciumwafer erzeugt werden, 0,1/cm² oder weniger wird.
Herstellungsverfahren für den Einkristall nach Anspruch 1, außerdem umfassend: Anordnen einer Kühlvorrichtung über den Tiegel der Kammer und Kühlen des Einkristalls mit der Kühlvorrichtung in einem Schritt der Bildung eines geraden Körpers zur Bildung eines geraden Körpers des Einkristalls, wodurch der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird.
Herstellungsverfahren für den Einkristall gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend: Anordnen einer Heizvorrichtung über dem Tiegel in der Kammer; Erwärmen des Einkristalls mit der Heizvorrichtung im Schritt der Bildung eines geraden Körpers zur Bildung eines geraden Körpers des Einkristalls, um eine Verringerung der Temperatur des Einkristalls zu beschränken und Kühlen des Einkristalls nach einem Schritt der Schwanzbildung zur Bildung eines Schwanzes des Einkristalls, wobei dadurch in geeigneter Weise der Zeitraum, für den die Temperatur des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in geeigneter Weise reguliert wird.
Herstellungsverfahren für den Einkristall nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einkristall so gezogen wird, dass der Zeitraum, für den die Temperatur wenigstens eines Teils des Einkristalls im Bereich von 570 ± 70°C ist, in einem Bereich von 20 bis 200 Minuten liegt.
Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer unter Verwendung eines Einkristalls, der unter Verwendung einer Einkristall-Ziehvorrichtung erhalten wurde, welche eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet ist und angepasst ist, um eine mit Dotierstoff versetzte Schmelze, in der roter Phosphor einer Siliciumschmelze zugesetzt ist, aufzunehmen, und einen Teil zum Ziehen, der aufgebaut ist, um einen Impfkristall zu ziehen, nachdem der Impfkristall mit der mit Dotierstoff versetzten Schmelze in Kontakt gebracht wurde, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Zusetzen des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, so dass der spezifische elektrische Widerstand des Einkristalls in den Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt; Ziehen des Einkristalls und Schneiden des Siliciumwafers aus einem Teil des Einkristalls, wobei die Temperatur des Teils 570 ± 70°C für 20 bis 200 Minuten ist, wenn der Einkristall gezogen wird.
Herstellungsverfahren für einen Silicium-Epitaxialwafer, umfassend: einen ersten Schritt des Schneidens des Siliciumwafers aus dem Einkristall, der durch das Herstellungsverfahren für einen Einkristall nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden ist; einen zweiten Schritt des Erwärmens des Siliciumwafers, der im ersten Schritt ausgeschnitten worden ist, in einer Wasserstoffatmosphäre und einen dritten Schritt des Bildens eines epitaxialen Films auf dem Siliciumwafer nach dem zweiten Schritt, um den Silicium-Epitaxialwafer herzustellen.
Einkristall, hergestellt unter Verwendung einer Siliciumschmelze, die mit rotem Phosphor versetzt ist, so dass der spezifische elektrische Widerstand der Siliciumschmelze in einem Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm ist, wobei der Einkristall umfasst: einen geraden Körper, der eine Kristallregion umfasst, in der die Zahl der Pits, die an einem Siliciumwafer, der aus dem Einkristall ausgeschnitten ist, erzeugt wurden, 0,1/cm² oder weniger nach Anwenden einer Wärmebehandlung zum Erwärmen des Siliciumwafers auf 1.200°C für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre ist.
Silicium-Epitaxialwafer, umfassend: einen Siliciumwafer, der aus dem Einkristall nach Anspruch 7 ausgeschnitten wurde, und einen epitaxialen Film, der auf dem Siliciumwafer gebildet wurde.