DE112018002163T5 - Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer Download PDF

Info

Publication number
DE112018002163T5
DE112018002163T5 DE112018002163.7T DE112018002163T DE112018002163T5 DE 112018002163 T5 DE112018002163 T5 DE 112018002163T5 DE 112018002163 T DE112018002163 T DE 112018002163T DE 112018002163 T5 DE112018002163 T5 DE 112018002163T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
single crystal
silicon
silicon single
melt
silicon wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112018002163.7T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112018002163B4 (de
Inventor
Yasuhito Narushima
Koichi MAEGAWA
Fukuo Ogawa
Yasufumi KAWAKAMI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Publication of DE112018002163T5 publication Critical patent/DE112018002163T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112018002163B4 publication Critical patent/DE112018002163B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/02—Heat treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls schließt die Zugabe von rotem Phosphor zu einer Siliciumschmelze, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einen Bereich von 0,5 cm·Ω oder mehr und weniger als 0,7 cm·Ω fällt; und das Hochziehen des Silicium-Einkristalls, so daß die Zeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils eines geraden Körpers des Silicium-Einkristalls innerhalb eines Bereiche von 570°C ± 70°C liegt, in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt, ein.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, einen Silicium-Einkristall und einen epitaktischen Silicium-Wafer.
  • Stand der Technik
  • Von einem epitaktischen Silicium-Wafer für beispielsweise einen Leistungs-MOS (Metall-Oxid-Halbleiter) wird gefordert, daß er einen äußerst niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Um das obige Erfordernis zu erfüllen, wurde ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, der einen mit einer hohen Konzentration von Dotierungsmittel vom n-Typ in Form von Phosphor (P) dotierten Silicium-Wafer und einen epitaktischen Film einschließt, studiert (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
  • Bei dem in Patentliteratur 1 offenbarten Herstellungsverfahren wird ein Silicium-Einkristall, der roten Phosphor enthält, so hergestellt, daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einen Bereich von 0,7 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt. Bei der Herstellung des Silicium-Einkristalls wird der Silicium-Einkristall so hochgezogen, daß eine Zeit, während der die Temperatur des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist, in einen Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten fällt.
  • Durch Ausbilden eines epitaktischen Films auf dem aus dem Silicium-Einkristall erhaltenen Silicium-Wafer wird die Ausbildung von Mikrogrübchen (Mikropits) in dem Silicium-Wafer und von den Miropits abgeleiteten Stapelfehlern (nachstehend als SF abgekürzt) verringert. Infolgedessen wird die Dichte von LPDs (Light Point Defect) mit 90 nm oder mehr 0,1 pro cm2 oder weniger, so daß ein epitaktischer Silicium-Wafer von hoher Qualität mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand erhalten werden kann.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1 japanisches Patent Nr. 5890587
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Aufgabe(n)
  • Heutzutage besteht Bedarf an einem Silicium-Wafer vom n-Typ mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 0,7 mΩ·cm. Um den Bedarf zu erfüllen, kann das in Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren ausprobiert werden.
  • Mit dem extrem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand wie oben beschrieben, kann das in Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren jedoch die Ausbildung von SF nicht verringern, und daher mißlingt die Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers von hoher Qualität.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers und einen Silicium-Einkristall zur Verfügung zu stellen, die einen epitaktischen Silicium-Wafer von hoher Qualität mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand erzeugen können, sowie einen epitaktischen Silicium-Wafer von hoher Qualität mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand zur Verfügung zu stellen.
  • Mittel zur Lösung der Aufgabe(n)
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet eine Einkristall-Hochziehvorrichtung, wobei die Vorrichtung einschließt: eine Kammer; einen Tiegel, der innerhalb der Kammer angeordnet ist und dafür eingerichtet ist, eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und zu der Siliciumschmelze hinzugefügten roten Phosphor enthält, aufzunehmen; und eine Hochzieheinheit, die dafür eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel gebracht worden ist. Das Herstellungsverfahren schließt ein: Zugabe des roten Phosphors in die Siliciumschmelze, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einem Bereich von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm fällt; und Hochziehen des Silicium-Einkristalls, so daß eine Zeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils eines geraden Körpers des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist, in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt.
  • Wenn die Zeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist (manchmal als Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C bezeichnet), 50 Minuten übersteigt, bildet sich eine große Zahl von SF aus, anders als in einem Silicium-Einkristall, dessen spezifischer elektrischer Widerstand 0,7 mΩ·cm oder mehr ist. Indessen kann der Silicium-Einkristall infolge von thermischem Schock brechen, wenn die Verweilzeit weniger als 10 Minuten ist.
  • Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann die Dichte von Mikropits, welche die Ursache für die Ausbildung von SF sind, auf 2,5 pro cm2 verringert werden, wenn ein aus mindestens einem Teil des Silicium-Einkristalls erhaltener Silicium-Wafer einer Wärmebehandlung (Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C für 30 Sekunden) ähnlich zu einem Wasserstoff-Backschritt (hydrogen baking step) unterzogen wird, bevor ein epitaktischer Film ausgebildet wird. Entsprechend weist ein aus dem oben beschriebenen Silicium-Einkristall erzeugter epitaktischer Silicium-Wafer eine Dichte von LPDs mit 90 nm oder mehr von 2,5 pro cm2 oder weniger, gemessen durch SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation im DCN-Modus, auf. So kann ein epitaktischer Silicium-Wafer von hoher Qualität mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand erhalten werden.
  • Germanium (Ge) kann zu der Siliciumschmelze hinzugefügt werden, ebenso wie roter Phosphor. Mit der obigen Ausgestaltung kann die Ausbildung von Versetzungsdefekten (Fehlversetzungen, misfit dislocations), die durch den Konzentrationsunterschied von rotem Phosphor an einer Grenzfläche zwischen dem Silicium-Wafer und dem epitaktischen Film hervorgerufen werden, weiter verringert werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verwendet eine Einkristall-Hochziehvorrichtung, wobei die Vorrichtung einschließt: einen Tiegel, der innerhalb der Kammer angeordnet ist und dafür eingerichtet ist, eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und zu der Siliciumschmelze hinzugefügten roten Phosphor enthält, aufzunehmen; eine Heizeinheit, die dafür eingerichtet ist, den Tiegel zu heizen; und eine Hochzieheinheit, die dafür eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel gebracht worden ist. Das Herstellungsverfahren schließt ein: einen Schritt der Bildung des Einkristalls, in dem der rote Phosphor zu der Siliciumschmelze hinzugefügt wird, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einen Bereich von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm fällt, und der Silicium-Einkristall hochgezogen wird; und einen Kühlungsschritt zum Kühlen des Silicium-Einkristalls. In dem Kühlungsschritt wird der Silicium-Einkristall innerhalb von 180 Minuten von der Trennung des Silicium-Einkristalls von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel an um 400 mm oder mehr hochgezogen.
  • Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann die Verweilzeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist, auf einen Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten eingestellt werden. Wenn ein von mindestens dem Teil des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls erhaltener Silicium-Wafer einer Wärmebehandlung ähnlich zu derjenigen in dem Wasserstoff-Backschritt unterzogen wird, kann die Dichte von Mikropits, die die Ursache für die Ausbildung von SF sind, auf 2,5 pro cm2 oder weniger verringert werden. So kann ein epitaktischer Silicium-Wafer von hoher Qualität mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand erhalten werden.
  • Auch in dem obigen Aspekt der Erfindung kann Germanium zu der Siliciumschmelze hinzugefügt werden, ebenso wie roter Phosphor.
  • In dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, daß in dem Kühlungsschritt der Silicium-Einkristall mit einer Leistung der Heizeinheit hochgezogen wird, die die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts ist. Es ist besonders bevorzugt, daß die Leistung der Heizeinheit auf 0 % verringert ist.
  • Gemäß der obigen Ausgestaltung kann die Wärmemenge (heat amount) des Silicium-Einkristalls in dem Kühlungsschritt weiter verringert werden, so daß der Teil des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls, dessen Verweilzeit in dem Temperaturbereich von 570°C ± 70°C in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt, vergrößert werden kann.
  • „Um den Silicium-Einkristall hochzuziehen, wobei die Leistung der Heizeinheit auf die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts verringert ist“, kann die Leistung der Heizeinheit auf die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts verringert sein zu folgenden Zeitpunkten: bevor der Silicium-Einkristall von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird; gleichzeitig mit der Trennung des Silicium-Einkristalls von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel; oder nachdem der Silicium-Einkristall von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wurde.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt ein: einen Wafer-Schneideschritt zum Schneiden des gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 3 hergestellten Silicium-Einkristalls, um so einen Silicium-Wafer herzustellen; einen Wasserstoff-Backschritt zum Erhitzen des Silicium-Wafers in einer Wasserstoffatmosphäre; und einen Epitaxiefilm-Bildungsschritt zur Ausbildung eines epitaktischen Films (Epitaxiefilms) auf dem Silicium-Wafer.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung schließt vorzugsweise einen Argon-Temperungsschritt zur Anwendung einer Wärmebehandlung auf den Silicium-Wafer vor dem Wasserstoff-Backschritt ein, wobei die Wärmebehandlung in einer Argongasatmosphäre bei 1200°C oder mehr und 1220°C oder weniger für 60 Minuten oder mehr und 120 Minuten oder weniger durchgeführt wird.
  • Gemäß der obigen Ausgestaltung können Cluster (Mikro-Präzipitate) von Sauerstoff und rotem Phosphor (Ursache der Ausbildung von Mikropits) in eine Lösung überführt werden, indem sie in dem Argon-Temperungsschritt einer Lösungsbehandlung unterzogen werden, so daß ein epitaktischer Silicium-Wafer von hoher Qualität, dessen Dichte von LPDs weniger als 0,3 pro cm2 ist, hergestellt werden kann.
  • Ein Silicium-Einkristall gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt roten Phosphor ein und der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls ist 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm. Der Silicium-Einkristall schließt einen geraden Körper ein, der einen kristallinen Bereich enthält. Ein aus dem kristallinen Bereich des geraden Körpers herausgeschnittener Silicium-Wafer hat eine Dichte von LPDs mit 90 nm oder mehr von 2,5 pro cm2 oder weniger auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers, wobei die Dichte der LPDs gemessen wird nach Durchführung einer Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C für 30 Sekunden.
  • Ein epitaktischer Silicium-Wafer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt ein: einen aus dem kristallinen Bereich in dem geraden Körper des Silicium-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung herausgeschnittenen Silicium-Wafer; und einen auf dem Silicium-Wafer aufgebrachten epitaktischen Film. Die Dichte von LPDs an eine Oberfläche des epitaktischen Films ist 2,5 pro cm2 oder weniger.
  • Ein weiterer epitaktischer Silicium-Wafer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schließt ein: einen aus dem kristallinen Bereich in dem geraden Körper des Silicium-Einkristalls gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung herausgeschnittenen Silicium-Wafer; und einen auf dem Silicium-Wafer aufgebrachten epitaktischen Film. Die Dichte von LPDs auf einer Oberfläche des epitaktischen Films ist 0,3 pro cm2 oder weniger.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen einer Zeit ab Beginn des Kühlens und einer Hochziehhöhe des Kristalls ab Beginn des Kühlens zeigt, der als Ergebnis des Experiments 1 erhalten wird, um eine Herstellungsbedingung für einen Silicium-Einkristall gemäß der Erfindung abzuleiten.
    • 2 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Verfestigungsrate und einer Verweilzeit in einem Bereich von 570°C ± 70°C im Experiment 1 zeigt.
    • 3 ist ein Graph, der Resultate in einem Bereich mit 50 % oder mehr Verfestigungsrate in 2 in vergrößerter Weise zeigt.
    • 4 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand eines epitaktischen Silicium-Wafers und der Dichte von LPDs zeigt, der als Ergebnis von Experiment 2 erhalten wurde, um eine Herstellungsbedingung für den Silicium-Einkristall abzuleiten.
    • 5 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 6 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit einem Mehrfachzieh-Verfahren gemäß einer Modifikation der Erfindung.
    • 7 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit einem Einzel-Befüllungs-Hochziehverfahren gemäß einer weiteren Modifikation der Erfindung.
    • 8 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen der Verfestigungsrate und einer Temperatur im Zentrum des Silicium-Einkristalls zeigt, der den Effekt eines Heizers (Nachheizers) gemäß einer weiteren Modifikation der Erfindung zeigt.
    • 9 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Verfestigungsrate und einer Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C zeigt, der den Effekt der Bereitstellung des Heizers (Nachheizers) gemäß der weiteren Modifikation zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Hintergrund, um zur Erfindung zu gelangen
  • Experiment 1: Studie zum Zusammenhang zwischen den Bedingungen beim Kühlungsschritt und der Verweilzeit bei 570°C 170°C und der Ausbildung von LPDs.
  • Bei der Herstellung eines Silicium-Einkristalls mit dem Czochralski (CZ)-Prozeß werden ein Einkristall-Bildungsschritt zum Hochziehen eines Silicium-Einkristalls und ein Kühlungsschritt zum Kühlen des Silicium-Einkristalls durchgeführt. Der Einkristall-Bildungsschritt schließt ein: Ausbilden einer Schulter, die mit einem Keimkristall zusammenhängt und einen allmählich zunehmenden Durchmesser hat (Schritt der Schulterbildung); Ausbilden eines geraden Körpers, der mit der Schulter zusammenhängt und einen im wesentlichen konstanten Durchmesser hat (Schritt der Bildung des geraden Körpers); und Ausbilden eines Schwanzes, der mit einem unteren Ende des geraden Körpers zusammenhängt und einen Durchmesser hat, der sich allmählich auf Null verringert (Schritt der Schwanzbildung).
  • Nach Beendigung des Schritts der Schwanzbildung wird ein Kühlungsschritt durchgeführt und der Silicium-Einkristall aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • Es wird angenommen, daß sich die Verweilzeit des wie oben beschrieben hergestellten Silicium-Einkristalls im Bereich von 570°C ± 70°C in Richtung des unteren Endes des Silicium-Einkristalls (d.h. mit einer Zunahme der Verfestigungsrate) verringert, weil sich in Richtung des unteren Endes die Kühlungszeit, nachdem der Silicium-Einkristall aus der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel herausgezogen wurde, verringert (und somit schnell abkühlt).
  • Es ist zu beachten, daß die Verfestigungsrate an einem oberen Ende der Schulter in der folgenden Beschreibung 0 % ist.
  • Die Erfinder haben eine Studie darüber durchgeführt, ob die Ausbildung von SF für einen Silicium-Einkristall mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm weiter unterdrückt werden kann, indem die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C verringert wird.
  • Zunächst wurde in Experiment 1 ein Silicium-Einkristall hergestellt, um die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C für jede der Verfestigungsraten zu untersuchen. Dabei wurde nach dem oben beschriebenen Einkristall-Bildungsschritt die Heizeinheit für das Heizen des Tiegels unmittelbar nachdem der Schwanz von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt war, abgeschaltet. In dem Kühlungsschritt wurde der Silicium-Einkristall gemäß den in 1 gezeigten Bedingungen hochgezogen. Der „Beginn des Kühlens“ in 1, der den Beginn des Kühlungsschritts angibt, meint eine Zeit, wenn der „Silicium-Einkristall von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird“. Die „Hochziehhöhe des Kristalls“ meint eine „Hochziehhöhe, nachdem der Silicium-Einkristall von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wurde“.
  • In Experiment 1 wurde der Silicium-Einkristall ab Beginn des Kühlens in einer Minute um 100 mm hochgezogen, und wurde in den folgenden 14 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit bis zu einem Punkt 220 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen. Nachdem er in Ruhe gelassen worden war, wurde der Silicium-Einkristall nach Ablauf von 180 Minuten ab Beginn des Kühlens aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • Ein Silicium-Einkristall wurde in Experiment 2 gemäß den in 1 gezeigten Bedingungen hergestellt, um die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C für jede der Verfestigungsraten zu untersuchen. In Experiment 2 wurde der Silicium-Einkristall unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 hochgezogen bis eine Minute ab Beginn des Kühlens und wurde in den folgenden 102 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit bis zu einem Punkt 1000 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen. Dann wurde der Silicium-Einkristall, nachdem er bis zu einem Ablauf von 180 Minuten ab Beginn des Kühlens in Ruhe gelassen worden war, aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • In den Experimenten 1 und 2 wurde die Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hergestellt, indem ein Dotierungsmittel (roter Phosphor) zu einer Siliciumschmelze gegeben wurde, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Wafers 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm war. Die Befüllungsmenge der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel war 100 kg. Der Durchmesser des Silicium-Einkristalls betrug 210 mm.
  • Die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C in jedem der Experimente 1 und 2 ist in den 2 und 3 gezeigt. Die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C in einem in 3 gezeigten Bereich A, in dem die Verfestigungsrate ungefähr in einem Bereich von 52 % bis 87 % lag, war in Experiment 1 mehr als 50 Minuten, und in Experiment 2 war sie 50 Minuten oder weniger.
  • Anschließend wurden 10 Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm, die jeweils mehreren Verfestigungsraten entsprachen, aus dem Bereich A wie in 3 gezeigt, dessen Verfestigungsrate in dem Silicium-Einkristall der Experimente 1 und 2 ungefähr in einem Bereich von 52 % bis 87 % lag, herausgeschnitten. Die herausgeschnitten Silicium-Wafer wurden vor der Ausbildung eines epitaktischen Films einem Wasserstoff-Backschritt unterzogen, und die darauf ausgebildeten LPDs wurden ausgewertet. In dem Wasserstoff-Backschritt wurden die Silicium-Wafer für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C erhitzt. Die Zahl von LPDs mit einer Größe von 90 nm oder mehr wurde mit SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, im DCN-Modus gemessen. Tabelle 1
    Experiment 1 Experiment 2 Experiment 3 Experiment 4 Experiment 5 Experiment 6 Experiment 7
    Maximale Hochziehhöhe des Kristalls (mm) 220 1000 400 600 800 1000 400
    Bis zum Erreichen der maximalen Hochziehhöhe des Kristalls erforderliche Zeit (min) 15 103 34 57 78 180 180
    Durchschnittliche Zahl von LPDs (LPD/Wafer) 10000 146 663 293 201 160 764
    Mittlere Dichte von LPDs (LPD/cm2) 31,52 0,46 2,09 0,92 0,63 0,50 2,41
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird gefunden, daß die durchschnittliche Zahl von LPDs und durchschnittliche Dichte von LPDs in Experiment 2 kleiner waren als in Experiment 1. Insbesondere zeigt die durchschnittliche Dichte von LPDs, die 31,52 pro cm2 in Experiment 1 und 0,46 pro cm2 in Experiment 2 war, daß die Ausbildung von LPDs unter den Bedingungen von Experiment 2 weiter verringert ist.
  • Wie in Patentliteratur 1 offenbart ist, können Mikropits, die sich nach dem Wasserstoff-Backschritt ausbilden, als LPDs mit der Größe von 90 nm oder mehr durch SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, im DCN-Modus gemessen werden. Es wird somit angenommen, daß die Dichte von Mikropits in einem Silicium-Wafer, erhalten aus dem Silicium-Einkristall in Experiment 2 nach dem Wasserstoff-Backschritt, 0,46 pro cm2 ist.
  • Um erlaubte Bedingungen in dem Kühlungsschritt zu untersuchen, wurden in den Experimenten 3 bis 7 Silicium-Einkristalle gemäß den in 1 gezeigten Bedingungen hergestellt, um die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C für jede der Verfestigungsraten zu untersuchen. Es ist zu beachten, daß ein Dotierungsmittel (roter Phosphor) so zu der Siliciumschmelze hinzugefügt wurde, daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Wafers 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm betrug.
  • Die Experimente 3 bis 6 wurden bis eine Minute ab Beginn des Kühlens unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 durchgeführt.
  • In Experiment 3 wurde der Silicium-Einkristall nach einer Minute ab Beginn des Kühlens in 33 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel bis 400 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen, er wurde bis zum Ablauf von 180 Minuten ab Beginn des Kühlens in Ruhe gelassen und dann aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • In Experiment 4 wurde der Silicium-Einkristall nach einer Minute ab Beginn des Kühlens in 56 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel bis 600 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen, er wurde bis zum Ablauf von 180 Minuten ab Beginn des Kühlens in Ruhe gelassen und dann aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • In Experiment 5 wurde der Silicium-Einkristall nach einer Minute ab Beginn des Kühlens in 77 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel bis 800 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen, er wurde bis zum Ablauf von 180 Minuten ab Beginn des Kühlens in Ruhe gelassen und dann aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • In Experiment 6 wurde der Silicium-Einkristall nach einer Minute ab Beginn des Kühlens in 179 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel bis 1000 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen und wurde dann aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • In Experiment 7 wurde der Silicium-Einkristall ab Beginn des Kühlens in 180 Minuten mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel bis 400 mm oberhalb der Oberfläche der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen, und er wurde dann aus der Einkristall-Hochziehvorrichtung entnommen.
  • Die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C im in 3 gezeigten Bereich A, in dem die Verfestigungsrate ungefähr in einem Bereich von 52 % bis 87 % war, betrug in den Experimenten 3, 5 und 6 50 Minuten oder weniger. In Experiment 4 war die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C in einem Bereich B, in dem die Verfestigungsrate ungefähr in einem Bereich von 53 % bis 87 % lag, 50 Minuten oder weniger. In Experiment 7 war die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C in einem Bereich C, in dem die Verfestigungsrate ungefähr in einem Bereich von 62 % bis 87 % lag, 50 Minuten oder weniger.
  • Aus dem Obigen wird gefunden, daß die Verweilzeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils eines geraden Körpers eines Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist, in einen Bereich von 50 Minuten oder weniger eingestellt werden kann, indem in dem Kühlungsschritt der Silicium-Einkristall innerhalb von 180 Minuten ab Trennung des Silicium-Einkristalls von der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel hochgezogen wird.
  • Anschließend wurden 10 Silicium-Wafer, die jeweils unterschiedlichen Verfestigungsraten entsprachen, aus den entsprechenden Teilen herausgeschnitten, deren Verweilzeit in dem Silicium-Einkristall der Experimente 3 bis 7 im Bereich von 570°C ± 70°C 50 Minuten oder weniger betrug. Die herausgeschnittenen Silicium-Wafer wurden dem Wasserstoff-Backschritt unterzogen, wie in Experiment 2, und darauf ausgebildete LPDs wurden ausgewertet.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde gefunden, daß die durchschnittliche Zahl von LPDs und durchschnittliche Dichte von LPDs in den Experimenten 3 bis 7 geringer waren als in Experiment 1, und daß die durchschnittlichen Dichten von LPDs in den Experimenten 3 bis 7 jeweils 2,5 pro cm2 oder weniger waren.
  • Aus dem Obigen wird gefunden, daß bei der Herstellung eines Silicium-Einkristalls, der roten Phosphor enthält und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm aufweist, zumindest ein Teil des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls schnell abgekühlt wird, indem der Silicium-Einkristall so hochgezogen wird, daß die Verweilzeit, während der die Temperatur des Teils des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C beträgt, 50 Minuten oder weniger ist, und so die Dichte von LPDs auf 2,5 pro cm2 oder weniger verringert wird, wenn ein aus dem schnell abgekühlten Bereich erhaltener Silicium-Wafer einer Wärmebehandlung ähnlich zu dem Wasserstoff-Backschritt unterzogen wird.
  • Experiment 2: Studie zum Zusammenhang zwischen der Anwesenheit/Abwesenheit des Argon-Temperungsschritts und der Ausbildung von LPDs
  • Ein Silicium-Einkristall wurde unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 hergestellt (Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C mehr als 50 Minuten (keine schnelle Kühlung)), und mehrere Silicium-Wafer wurden aus dem Bereich A in 3 herausgeschnitten. Dann wurden unter Verwendung von etwa der Hälfte der wie oben beschrieben herausgeschnittenen Silicium-Wafer die epitaktischen Silicium-Wafer von Experiment 8 unter den in Tabelle 2 unten gezeigten Bedingungen hergestellt, und epitaktische Silicium-Wafer von Experiment 9 wurden unter Verwendung etwa der Hälfte der übrigen Silicium-Wafer hergestellt.
  • In Experiment 8 wurden die Silicium-Wafer dem Wasserstoff-Backschritt und Epitaxiefilm-Bildungsschritt unterzogen. Der Wasserstoff-Backschritt wurde unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 durchgeführt. Der Epitaxiefilm-Bildungsschritt wurde unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt.
  • Bedingungen bei der Ausbildung des Epitaxiefilms
    • Dotierungsgas: Phosphin (PH3)-Gas
    • Ausgangsmaterialgas: Trichlorsilan (SiHCl3)-Gas
    • Trägergas: Wasserstoffgas
    • Wachstumstemperatur: 1080°C
    • Dicke des Epitaxiefilms: 3 µm
    • Spezifischer elektrischer Widerstand des Epitaxiefilms: 1 mΩ·cm
  • Experiment 9 wurde auf dieselbe Weise wie Experiment 8 durchgeführt, außer daß vor dem Wasserstoff-Backschritt ein Argon-Temperungsschritt unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt wurde.
  • Bedingungen der Argon-Temperung
    • Atmosphäre: Argongas
    • Wärmebehandlungstemperatur: 1200°C
    • Wärmebehandlungszeit: 60 Minuten
  • Ein Silicium-Einkristall wurde unter denselben Bedingungen wie in Experiment 2 hergestellt (Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C betrug 50 Minuten oder weniger (schnelle Kühlung)), und mehrere Silicium-Wafer wurden aus dem Bereich A in 3 herausgeschnitten. Dann wurden unter Verwendung von ungefähr der Hälfte der wie oben beschrieben herausgeschnittenen Silicium-Wafer die epitaktischen Silicium-Wafer von Experiment 10 hergestellt, und epitaktische Silicium-Wafer von Experiment 11 wurden unter Verwendung etwa der Hälfte der übrigen Silicium-Wafer hergestellt.
  • Dieselben Schritte wie in Experiment 8 wurden in Experiment 10 durchgeführt. Dieselben Schritte wie in Experiment 9 wurden in Experiment 11 durchgeführt. Tabelle 2
    Experiment 8 Experiment 9 Experiment 10 Experiment 11
    Verweilzeit (T) bei 570°C ± 70°C T>50 min (keine schnelle Kühlung) T>50 min (keine schnelle Kühlung) T ≦ 50 min (schnelle Kühlung) T ≦ 50 min (schnelle Kühlung)
    Argon-Temperungsschritt nein ja nein ja
  • Die Ausbildung von LPDs auf epitaktischen Filmoberflächen der epitaktischen Silicium-Wafer in den Experimenten 8 bis 11 wurden auf dieselbe Weise wie in Experiment 1 bewertet. Die Resultate sind in 4 gezeigt. Ein Probestück der Silicium-Wafer wurde im Hinblick auf jeden der Werte des spezifischen elektrischen Widerstandes in den Experimenten 8 bis 11, die in 4 gezeigt sind, vermessen.
  • Wie in 4 gezeigt ist, hatten Probestücke mit einem niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand in sämtlichen der Experimente 8 bis 11 eine größere Dichte von LPDs.
  • Die maximale Dichte von LPDs in jedem der Experimente 8 bis 11 war in Experiment 8 etwa 30 pro cm2, in Experiment 9 3 pro cm2, in Experiment 10 2,5 pro cm2 und in Experiment 11 0,3 pro cm2. Es wird somit gefunden, daß die Dichte von LPDs einer epitaktischen Filmoberfläche eines epitaktischen Silicium-Wafers auf 2,5 pro cm2 oder weniger verringert werden kann, wenn die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C in dem Kühlungsschritt auf 50 Minuten oder weniger verringert ist. Es wird ferner gefunden, daß die Dichte von LPDs auf einer epitaktischen Filmoberfläche eines epitaktischen Silicium-Wafers durch Anwenden einer Argon-Temperungsbehandlung auf 0,3 pro cm2 verringert werden kann.
  • Zusätzlich wird gefunden, daß selbst wenn die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C 50 Minuten übersteigt, die Dichte von LPDs derjenigen in Experiment 10 im wesentlichen angeglichen werden kann, indem die Argon-Temperungsbehandlung durchgeführt wird, wie in Experiment 9. Es ist zu beachten, daß ein epitaktischer Silicium-Wafer mit verringerter Dichte von LPDs in Experiment 10 in einem einfachen Prozeß zur Weglassung der Argon-Temperungsbehandlung hergestellt werden konnte.
  • Beispielhafte Ausführungsform(en)
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Ausgestaltung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung
  • Zunächst wird die Ausgestaltung der Einkristall-Hochziehvorrichtung beschrieben.
  • Die Einkristall-Hochziehvorrichtung 1, die eine für den CZ-Prozeß verwendbare Vorrichtung ist, schließt einen Hochziehvorrichtungskörper 3, wie in 5 gezeigt ist, eine Dotierungseinrichtung (nicht gezeigt) und eine Steuereinheit (nicht gezeigt) ein.
  • Der Hochziehvorrichtungskörper 3 schließt eine Kammer 30, einen Tiegel 31, der sich innerhalb der Kammer 30 befindet, eine Heizeinheit 32, die dafür eingerichtet ist, Hitze auszustrahlen, um den Tiegel 31 zu heizen, ein Hochziehkabel 33 (Hochzieheinheit), einen wärmeisolierenden Zylinder 34 und einen Schild 36 ein.
  • Inertgas (z.B. Ar-Gas) wird durch einen Einlaß 30A an einem oberen Teil der Kammer 30 unter Kontrolle durch die Steuereinheit mit einer vorgegebenen Gasflußrate nach unten eingelassen. Der Druck (Ofendruck) im Inneren der Kammer 30 muß durch die Steuereinheit kontrolliert werden.
  • Der Tiegel 31 ist dafür eingerichtet, polykristallines Silicium (d.h. das Material eines Silicium-Wafers) zu schmelzen und so eine Siliciumschmelze 4 bereitzustellen. Der Tiegel 31 schließt einen zylinderförmigen Quarztiegel 311 mit einem geschlossenen Boden und einen Graphittiegel 312, der außerhalb des Quarztiegels 311 angeordnet ist und den Quarztiegel 311 aufnimmt, ein. Der Tiegel 31 wird von einem Trageschaft 37 getragen, der sich mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit rotieren läßt.
  • Die Heizeinheit 32 befindet sich außerhalb des Tiegels 31 und heizt den Tiegel 31, so daß das polykristalline Silicium innerhalb des Tiegels 31 schmilzt.
  • Das Hochziehkabel 33 hat ein erstes Ende, das mit einem Hochziehantrieb (nicht gezeigt) verbunden ist, der sich beispielsweise oberhalb des Tiegels 31 befindet. Wenn von einem Benutzer gewünscht, ist eine Keimhalterung 38 zum Halten eines Keimkristalls oder eine Dotierungseinrichtung (nicht gezeigt) an einem zweiten Ende des Hochziehkabels 33 befestigt. Das Hochziehkabel 33 ist mit einem Antrieb durch den Hochziehantrieb rotierbar. Das Hochziehkabel 33 wird durch den durch die Steuereinheit kontrollierten Hochziehantrieb mit einer vorher festgelegten Geschwindigkeit hochgezogen.
  • Der wärmeisolierende Zylinder 34 ist so angeordnet, daß er den Tiegel 31 und die Heizeinheit 32 umgibt.
  • Der Schild 36 ist ein Wärmeschild, der dafür eingerichtet ist, Strahlungshitze, die von der Heizeinheit 32 nach oben abgestrahlt wird, zu blockieren. Der Schild 36 ist über der Oberfläche der Siliciumschmelze 4 angeordnet. Der Schild 36 ist ein konisches Bauteil mit Öffnungen am unteren und oberen Ende, wobei die Öffnung an dem unteren Ende kleiner ist als die Öffnung an dem oberen Ende.
  • Die Dotierungseinrichtung ist dafür eingerichtet, roten Phosphor (ein festes flüchtiges Dotierungsmittel) zu verdampfen, um die Siliciumschmelze 4 in dem Tiegel 31 mit rotem Phosphor zu dotieren. Anders gesagt ist die Dotierungseinrichtung dafür eingerichtet, die Siliciumschmelze 4 mit rotem Phosphor (flüchtiges Dotierungsmittel) zu dotieren und so eine Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel zu erzeugen. Die Dotierungseinrichtung ist beispielsweise dafür eingerichtet, ein Teil am unteren Ende eines zylindrischen Teils in die Siliciumschmelze 4 einzutauchen, um roten Phosphor in die Siliciumschmelze 4 zu geben. Alternativ ist die Dotierungseinrichtung beispielsweise dafür eingerichtet, verdampften roten Phosphor auf die Siliciumschmelze 4 zu sprühen, wobei ein Teil am unteren Ende eines zylindrischen Teils sich in einem Abstand von der Siliciumschmelze 4 befindet, um so roten Phosphor zu der Siliciumschmelze 4 zu geben.
  • Die Steuereinheit ist dafür eingerichtet, eine Gasflußrate im Inneren der Kammer 30, den Ofendruck und eine Hochziehgeschwindigkeit des Hochziehkabels 33 auf Basis einer Eingabe des Bedienpersonals zu kontrollieren, und so die Herstellung des Silicium-Einkristalls 6 zu kontrollieren.
  • Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls
  • Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Silicium-Einkristalls 6 mit 210 mm Durchmesser unter Verwendung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 beschrieben.
  • Die Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 ist dafür eingerichtet, unter Kontrolle durch die Steuereinheit ein Polysilicium-Material zu erhitzen und zu schmelzen. Anschließend reguliert die Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 eine Gasflußrate und den Ofendruck in der Kammer 30 unter Kontrolle durch die Steuereinheit auf vorher festgelegte Bedingungen ein, und fügt roten Phosphor (flüchtiges Dotierungsmittel) zu der Siliciumschmelze 4 hinzu, um so die Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel zu bilden.
  • Um Fehlversetzungen in dem epitaktischen Silicium-Wafer zu verringern, kann Germanium sowie auch roter Phosphor hinzugefügt werden. Der rote Phosphor wird in einer solchen Menge hinzugefügt, daß der spezifische elektrische Widerstand eines aus dem Silicium-Einkristall 6 herausgeschnittenen Silicium-Wafers in einen Bereich von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm fällt.
  • Anschließend taucht die Steuereinheit der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 entsprechend der Eingabe durch Bedienpersonal den Keimkristall in die Schmelze ein. Die Steuereinheit der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 zieht dann den Keimkristall mit einer vorher festgelegten Hochziehgeschwindigkeit hoch und stellt so den Silicium-Einkristall 6 mit einer typischen Größe (z.B. 60 kg oder mehr und 180 kg oder weniger) her.
  • Bei dem Prozeß des Hochziehens des Keimkristalls, um den Silicium-Einkristall 6 herzustellen, führt die Steuereinheit folgendes durch: einen Einkristall-Bildungsschritt, der einen Hals-Bildungsschritt einschließt, einen Schulter-Bildungsschritt zur Ausbildung einer Schulter 61, einen Schritt der Bildung eines geraden Körpers zur Ausbildung eines geraden Körpers 62 und einen Schwanz-Bildungsschritt; sowie einen Kühlungsschritt. In dem Kühlungsschritt wird der Silicium-Einkristall 6 innerhalb von 180 Minuten ab dem Zeitpunkt der Trennung des Schwanzes von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel um 400 mm oder mehr hochgezogen. Der Silicium-Einkristall 6 kann in dem Kühlungsschritt unter derselben Kontrolle wie in jedem der Experimente 2 bis 7, wie oben beschrieben, hochgezogen werden, oder er kann so hochgezogen werden, daß die Geschwindigkeit des Anhebens ein kurvenförmiges oder stufenweises Profil hat. Es ist bevorzugt, daß unmittelbar nachdem der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wurde (unmittelbar nach dem Start des Kühlungsschritts), die Leistung der Heizeinheit 32 auf die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit 32 unmittelbar bevor der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird, mehr bevorzugt auf 0 % (d.h. Ausschalten der Heizeinheit 32), verringert wird.
  • Die oben beschriebenen Bedingungen für den Kühlungsschritt werden so festgelegt, daß die Zeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils des geraden Körpers 62 des Silicium-Einkristalls 6 570°C ± 70°C ist, in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt. Beispielsweise wird die Verweilzeit bei 570°C ± 70°C unter jeder der Bedingungen in den Experimenten 2 bis 7 wiedergegeben, wie in 2 gezeigt ist.
  • Während die Silicium-Einkristalle 6, außer der zuletzt hergestellte Silicium-Einkristall 6, gekühlt werden, bevor sie herausgenommen werden (d.h. in dem Kühlungsschritt), wird der Ofendruck vorzugsweise auf 13,3 kPa (100 Torr) oder mehr und 60 kPa (450 Torr) oder weniger einreguliert. Wenn der Ofendruck weniger als 13,3 kPa ist, wird der rote Phosphor (flüchtiges Dotierungsmittel) verdampft und erhöht den spezifischen elektrischen Widerstand des Silicium-Einkristalls 6, der als nächstes hergestellt werden soll. Wenn der Ofendruck 60 kPa übersteigt, ist es indessen wahrscheinlich, daß das Verdampfungsgut an die Innenseite der Kammer 30 anhaftet und so die Einkristall-Bildung des Silicium-Einkristalls 6 hemmt.
  • Der spezifische elektrische Widerstand eines Silicium-Wafers, der aus einem Bereich des wie oben beschrieben hergestellten Silicium-Einkristalls 6 erhalten wurde, der in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten bei der Temperatur von 570°C ± 70°C gehalten worden war, ist 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm. Die Sauerstoffkonzentration des Silicium-Wafers ist in einem Bereich von 4 × 1017 bis 10 × 1017 Atome/cm3 gemäß IGFA (Inert Gas Fusion Analysis, Inertgas-Fusionsanalyse). Die Konzentration von rotem Phosphor liegt in einem Bereich von 1,1 × 1020 bis 1,7 × 1020 Atome/cm3. Die Konzentration von Germanium liegt in einem Bereich von 3,0 × 1019 bis 3,0 × 1020 Atome/cm3.
  • Wenn der Silicium-Wafer für 30 Sekunden oder mehr in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C erhitzt wird, ist die Dichte von LPDs mit 90 nm oder mehr auf der Oberfläche des Silicium-Wafers, die durch SP-1, hergestellt von KLA-Tencor Corporation, im DCN-Modus gemessen wird und sich aus SF ableitet, 2,5 pro cm2 oder weniger. Anders gesagt ist die Dichte von Grübchen (Pits), die auf der Oberfläche des Silicium-Wafers erzeugt werden, 2,5 pro cm2 oder weniger.
  • Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers (nicht gezeigt) aus dem gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellten Silicium-Einkristall 6 beschrieben.
  • Zunächst wird, nachdem ein Silicium-Wafer aus dem Silicium-Einkristall geschnitten worden ist (Wafer-Schneideschritt), der Silicium-Wafer einer Wasserstoff-Backbehandlung unterzogen, um Sauerstoff aus einer Oberflächenschicht des so herausgeschnittenen Silicium-Wafers herauszutempern (Wasserstoff-Backschritt).
  • Der Wasserstoff-Backschritt wird in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur, die von 1150 bis 1200°C reicht, für eine Behandlungszeit von 30 Sekunden oder mehr (z.B. kürzestens 30 Sekunden) durchgeführt.
  • Nach der Wasserstoff-Backbehandlung wird unter Verwendung eines CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Gasphasenabscheidung) -Prozesses ein epitaktischer Film auf dem Silicium-Wafer ausgebildet (Epitaxiefilm-Bildungsschritt). Die Prozeßtemperatur für das epitaktische Wachstum reicht von 1000°C bis 1150°C, vorzugsweise von 1050°C bis 1080°C.
  • Bevor er dem Wasserstoff-Backschritt unterzogen wird, wird der Silicium-Wafer vorzugsweise einer Argon-Temperungsbehandlung (Argon-Temperungsschritt) unterzogen. Die Argon-Temperungsbehandlung wird in einer Argongasatmosphäre bei einer Temperatur, die von 1200 bis 1220°C reicht, für eine Behandlungszeit von 60 Minuten oder mehr und 120 Minuten oder weniger durchgeführt.
  • Durch den oben beschriebenen Herstellungsprozeß kann ein epitaktischer Silicium-Wafer mit äußerst niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm, einer äußerst geringen Zahl von Fehlversetzungen in dem epitaktischen Film und einer geringen Dichte von LPDs von 2,5 pro cm2 auf der epitaktischen Filmoberfläche, die von SF abgeleitet sind, hergestellt werden. Der epitaktische Silicium-Wafer ist ausreichend praktisch für die Verwendung in Leistungs-MOS-Transistoren.
  • Insbesondere kann die Dichte von LPDs auf der epitaktischen Filmoberfläche weiter auf 0,3 pro cm2 verringert werden, indem die Argon-Temperungsbehandlung angewandt wird.
  • Der oben beschriebene epitaktische Silicium-Wafer von hoher Qualität mit äußerst niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand und äußerst geringer Zahl von LPDs, die von SF abgeleitet sind, kann mit einem typischen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden und ist somit neu und lediglich durch das Herstellungsverfahren gemäß der oben beschriebenen Erfindung herstellbar.
  • Modifikation(en)
  • Der Bereich der Erfindung ist nicht auf die beispielhafte Ausführungsform von oben beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Vielzahl von Verbesserungen und Design-Änderungen einschließen, solange das Ziel der Erfindung erreicht werden kann.
  • Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die Leistung der Heizeinheit 32 auf die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit 32 unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts gleichzeitig mit der Trennung des Schwanzes von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel oder zu jedem beliebigen Zeitpunkt, nachdem der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt und bevor der Silicium-Einkristall 6 um 400 mm hochgezogen wurde, verringert. Die obige Ausgestaltung kann auch die Wärmemenge des Silicium-Einkristalls 6 in dem Kühlungsschritt, verglichen mit einem Fall ohne Änderung der Leistung der Heizeinheit 32 verringern und so den Bereich verbreitern, in dem die Verweilzeit im Bereich von 570°C ± 70°C in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Leistung der Heizeinheit 32 unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts zu einem Zeitpunkt, bevor der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird, auf die Hälfte der Leistung der Heizeinheit 32 verringert. In diesem Fall ist die Zeit, nachdem die Leistung der Heizeinheit 32 reduziert wird und bevor der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird, vorzugsweise 10 Minuten oder weniger. Denn wenn die Zeit, nachdem die Leistung der Heizeinheit 32 reduziert wird und bevor der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wird, 10 Minuten übersteigt, erniedrigt sich die Temperatur der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, so daß nicht notwendiges Silicium, das sich an der Oberfläche der Schmelze verfestigt, an dem Schwanz anhaften kann.
  • Der Silicium-Einkristall 6 wird in einigen Ausführungsformen mit einem sogenannten Mehrfachzieh (multi-drawing)-Verfahren, wie in 6 gezeigt, hergestellt, bei dem mehrere Silicium-Einkristalle 6 aus einem einzigen Quarztiegel 311 hochgezogen werden, während jedes Mal, wenn einer der mehreren Silicium-Einkristalle 6 hochgezogen wird, Polysilicium-Material 411 in den Quarztiegel 311 gegeben wird.
  • Dabei wird roter Phosphor (flüchtiges Dotierungsmittel) zu 70 kg Polysilicium-Material hinzugefügt, um die Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel herzustellen, bevor der Silicium-Einkristall 6 hochgezogen wird.
  • Während des oben beschriebenen Hochziehprozesses verkürzt die Steuereinheit die Hochziehzeit zumindest in dem Schritt der Bildung des geraden Körpers unter den Schritten zur Bildung des Silicium-Einkristalls 6 (d.h. dem Hals-Bildungsschritt, dem Schulter-Bildungsschritt, dem Schritt der Bildung des geraden Körpers und dem Schwanz-Bildungsschritt), verglichen mit der Hochziehzeit in den beispielhaften Ausführungsformen, und hierdurch wird der Silicium-Einkristall 6 von 31 kg mit einer kürzeren Ausdehnung hergestellt als in der beispielhaften Ausführungsform. In dem Kühlungsschritt wird der Silicium-Einkristall 6 innerhalb von 180 Minuten ab der Trennung des Schwanzes von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel um 400 mm oder mehr hochgezogen, wie in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform. Unter den obigen Bedingungen fällt die Verweilzeit des gesamten Silicium-Einkristalls 6 im Bereich von 570°C ± 70°C beispielsweise in diejenige des Bereichs A von Experiment 2, wie in 3 gezeigt ist.
  • Im einzelnen wird, wenn ein Silicium-Einkristall in der beispielhaften Ausführungsform hergestellt wird, ein Teil am unteren Ende des Silicium-Einkristalls (d.h. der Teil von Experiment 2, dessen Verfestigungsrate in 2 größer als 52 % ist) auf eine Temperatur höher als 570°C ± 70°C erhitzt, nachdem der Schwanz-Bildungsschritt beendet und der Kühlungsschritt begonnen werden soll. Es wird angenommen, daß der Teil am unteren Ende des Silicium-Einkristalls von dem obigen Zustand schnell abgekühlt wird, so daß die Zeit, während der er innerhalb des Bereichs von 570°C ± 70°C gehalten wird, kurz wird (50 Minuten oder weniger). Währenddessen wird der Teil am oberen Ende des Silicium-Einkristalls (ein Teil mit einer Verfestigungsrate von weniger als 52 % in Experiment 2 in 2) beim Eintritt in den Kühlungsschritt auf eine Temperatur niedriger als 570°C ± 70°C abgekühlt. Es wird angenommen, daß selbst dann, wenn der Teil am oberen Ende des Silicium-Einkristalls von dem obigen Zustand schnell abgekühlt wird, die Zeit, während der der Teil am oberen Ende innerhalb des Bereichs von 570°C ± 70°C gehalten wird, länger wird (mehr als 50 Minuten) als der Teil am unteren Ende des Silicium-Einkristalls. Es wird folglich angenommen, daß eine relativ große Zahl von SF an dem Teil am oberen Ende des Silicium-Einkristalls hervorgerufen wird, und die Ausbildung von SF an dem Teil am unteren Ende des Silicium-Einkristalls relativ verringert ist.
  • Im Gegensatz hierzu wird in dem in 6 gezeigten Herstellungsverfahren der Silicium-Einkristall 6, der eine kürzere Abmessung als diejenige in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform hat, hergestellt, so daß der Silicium-Einkristall in seiner Gesamtheit auf eine Temperatur höher als der Bereich von 570°C ± 70°C erhitzt werden kann, nachdem der Schwanz-Bildungsschritt beendet und er in den Kühlungsschritt eintreten soll. Indem der ganze Silicium-Einkristall 6 von dem obigen Zustand schnell abgekühlt werden soll, kann die Zeit, während der der Silicium-Einkristall 6 innerhalb des Bereichs von 570°C ± 70°C gehalten wird, kurz gemacht werden, wie in Bereich A in den Experimenten 2, 3, 5 und 6, dem Bereich B in Experiment 4 und dem Bereich C im Experiment 7, wie in 3 gezeigt ist.
  • Im Ergebnis liegt die Zeit, während der die Temperatur des Silicium-Einkristalls 6 innerhalb des Bereichs von 570°C ± 70°C liegt, in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten, so daß die Ausbildung von LPDs über die gesamte Länge des Silicium-Einkristalls weiter verringert werden kann.
  • Nachdem einer der Silicium-Einkristalle 6 hergestellt worden ist, wird die Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 mit einem Material 411 (Silicium, roter Phosphor, Germanium) beladen, um 31 kg Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in dem Quarztiegel 311 herzustellen und den nächsten Silicium-Einkristall 6 von 31 kg herzustellen.
  • In dem Kühlungsschritt für die Silicium-Einkristalle 6, mit Ausnahme des letzten Silicium-Einkristalls 6, ist es bevorzugt, daß der Ofendruck auf einen Bereich von 13,3 kPa bis 60 kPa einreguliert wird. Der Grund dafür, daß der Ofendruck wie oben beschrieben sein soll, ist derselbe, wie derjenige, der in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde.
  • In einigen Ausführungsformen wird der Silicium-Einkristall 6 mit derselben Größe wie der in dem Mehrfachzieh-Verfahren beschriebene Silicium-Einkristall 6 mit einem sogenannten Einfachbefüllungs-Hochziehverfahren, wie es in 7 gezeigt ist, hergestellt, bei dem die Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel für mehrere Silicium-Einkristalle in einen einzigen Quarztiegel 311 der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 gegeben wird und die mehreren Silicium-Einkristalle 6 einer nach dem anderen hochgezogen werden. Dabei wird der Silicium-Einkristall 6 innerhalb von 180 Minuten ab Trennung des Schwanzes von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel in dem Kühlungsschritt um 400 mm oder mehr hochgezogen, wie in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform.
  • Wenn zwei Silicium-Einkristalle 6 hergestellt werden, ist es in dem Kühlungsschritt für den zweiten Silicium-Einkristall 6, nachdem der erste Silicium-Einkristall 6 hochgezogen worden ist, bevorzugt, daß der Ofendruck auf einen Bereich von 13,3 kPa bis 60 kPa einreguliert wird. Der Grund dafür, den Ofendruck wie oben beschrieben einzustellen, ist derselbe wie derjenige, der in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Es ist zu beachten, daß das Einfachbefüllungs-Hochziehverfahren auf das Mehrfachzieh-Verfahren anwendbar ist, wenn mindestens einer der Silicium-Einkristalle hochgezogen wird, ohne daß das Material hinzugegeben wird.
  • In einigen Ausführungsformen wird beispielsweise in der Anfangsphase 157 kg Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel aufgegeben und Silicium-Einkristalle 6 von 31 kg fünf aufeinanderfolgende Male hochgezogen. In dem obigen Prozeß kann die Zeit, während der die Temperatur des Silicium-Einkristalls 6 570°C ± 70°C ist, auf einen Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten eingestellt sein.
  • In dem Kühlungsschritt in dem Mehrfachzieh-Verfahren und Einfachbefüllungs-Hochziehverfahren wird der Silicium-Einkristall 6 hochgezogen, während die Leistung der Heizeinheit 32 auf die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts verringert ist, wie in der beispielhaften Ausführungsform und den Modifikationen von oben. Weil es jedoch notwendig ist, die Leistung der Heizeinheit 32 zu erhöhen, bevor der nächste Silicium-Einkristall 6 hergestellt werden kann, ist es bevorzugt, daß der Silicium-Einkristall 6 hochgezogen wird, ohne die Leistung der Heizeinheit 32 zu reduzieren.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Nachheizer 51 (Heizer) vorgesehen, wie in den doppelt-gestrichelten Linien in 5 gezeigt ist. Der Nachheizer 51 ist beispielsweise ein hohlzylindrisches Bauteil. Der Nachheizer 51 befindet sich vorzugsweise an einer Position, an der der Abstand D1 von der Oberfläche der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel zu dem unteren Ende des Nachheizers 51 1,5- bis 3,0-mal so groß ist wie der Durchmesser R des Silicium-Einkristalls 6. Wenn sich der Nachheizer 51 an einer Position befindet, an der der Abstand D1 weniger als 1,5-mal so groß ist wie der Durchmesser R des Silicium-Einkristalls 6, befindet sich der Nachheizer 51 so nahe an der Oberfläche der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, daß ein Temperaturgradient in der Nähe der Fest-Flüssig-Grenzfläche sanft wird und so möglicherweise Versetzungen beispielsweise infolge von Unterkühlung der Zusammensetzung (compositional supercooling) ausgebildet werden.
  • Als nächstes wird der Effekt des Nachheizers 51, der sich an der oben beschriebenen Position befindet, beschrieben.
  • Der Silicium-Einkristall 6 wurde unter Verwendung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 ohne den Nachheizer 51 (z.B. unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1) hergestellt. Dann wurde die Temperaturverteilung im Zentrum des Silicium-Einkristalls, wenn der Schwanz von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel getrennt wurde, für jede der Verfestigungsraten bestimmt. Die Resultate sind in 8 in einer strichpunktierten Linie gezeigt. Ferner wurde die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C für jede der Verfestigungsraten bestimmt. Die Resultate sind in der strichpunktierten Linie in 9 gezeigt.
  • Der Silicium-Einkristall 6 wurde unter denselben Bedingungen wie in Experiment 1 hergestellt, außer daß sich der Nachheizer 51 an der Position befand, die in 5 durch die doppelt-gestrichelten Linien gezeigt ist. Im einzelnen wurde der Silicium-Einkristall 6 hergestellt, während er in dem Schritt der Bildung des geraden Körpers durch den Nachheizer 51 erhitzt wurde, um den Abfall der Temperatur des Silicium-Einkristalls 6 zu verringern. Dann wurde die Temperaturverteilung im Zentrum des Silicium-Einkristalls und die Verweilzeit in dem Bereich von 570°C ± 70°C für jede der Verfestigungsraten bestimmt. Die Resultate sind in den 8 und 9 jeweils in einer durchgezogenen Linie gezeigt.
  • Es wird gefunden, daß mit der Anwesenheit des Nachheizers 51 der Zeitraum, in dem die Temperatur nach dem Schwanz-Bildungsschritt 640°C (570°C + 70°C) oder mehr ist, länger wird als in der Ausgestaltung ohne den Nachheizer 51, wie in 8 gezeigt ist. Im einzelnen wurde der Nachheizer 51, der eingeschaltet wurde, wenn der Schritt der Bildung des geraden Körpers durchgeführt wurde, nach dem Schwanz-Bildungsschritt in dem Kühlungsschritt abgeschaltet, und der Silicium-Einkristall 6 wurde innerhalb von 180 Minuten ab Trennung des Schwanzes von der Schmelze 41 mit hinzugefügtem Dotierungsmittel um 400 mm oder mehr hochgezogen, um den Teil, dessen Temperatur 640°C oder mehr war, schnell zu kühlen, wie in der beispielhaften Ausführungsform. Im Ergebnis kann der Teil des Silicium-Einkristalls 6, dessen Temperatur für einen Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten 570°C ± 70°C ist, vergrößert werden. Anders gesagt kann der Teil, in dem die Dichte von Pits, die auf dem Silicium-Wafer erzeugt werden, 2,5 pro cm2 oder weniger sind, vergrößert werden. Tatsächlich wird gefunden, daß die Verwendung des Nachheizers 51 den Teil des Silicium-Einkristalls 6, dessen Temperatur für einen Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten 570°C ± 70°C ist, signifikant vergrößert, wie in 9 gezeigt ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1...Einkristall-Hochziehvorrichtung, 4...Siliciumschmelze, 6...Silicium-Einkristall, 30...Kammer, 31...Tiegel, 32 ... Heizeinheit, 33 ... Hochziehkabel (Hochzieheinheit), 41... Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, 62...gerader Körper.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5890587 [0005]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Kammer; einen Tiegel, der innerhalb der Kammer angeordnet ist und dafür eingerichtet ist, eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und zu der Siliciumschmelze hinzugefügten roten Phosphor enthält, aufzunehmen; und eine Hochzieheinheit, die dafür eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel gebracht worden ist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Zugeben des roten Phosphors zu der Siliciumschmelze, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einen Bereich von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm fällt; und Hochziehen des Siliciums-Einkristalls, so daß eine Zeit, während der die Temperatur mindestens eines Teils eines geraden Körpers des Silicium-Einkristalls 570°C ± 70°C ist, in einem Bereich von 10 Minuten bis 50 Minuten liegt.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Kammer; einen Tiegel, der innerhalb der Kammer angeordnet ist und dafür eingerichtet ist, eine Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel, die eine Siliciumschmelze und zu der Siliciumschmelze hinzugefügten roten Phosphor enthält, aufzunehmen; eine Heizeinheit, die dafür eingerichtet ist, den Tiegel zu heizen; und eine Hochzieheinheit, die dafür eingerichtet ist, einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit hinzugefügtem Dotierungsmittel gebracht worden ist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: einen Schritt der Bildung des Einkristalls, in dem der rote Phosphor zu der Siliciumschmelze gegeben wird, so daß der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls in einen Bereich von 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm fällt, und der Silicium-Einkristall hochgezogen wird; und einen Kühlungsschritt zum Kühlen des Silicium-Einkristalls, wobei in dem Kühlungsschritt der Silicium-Einkristall innerhalb von 180 Minuten ab Trennung des Silicium-Einkristalls von der Schmelze mit hinzugefügten Dotierungsmittel um 400 mm oder mehr hochgezogen wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls gemäß Anspruch 2, bei dem in dem Kühlungsschritt der Silicium-Einkristall hochgezogen wird mit einer Leistung der Heizeinheit, die die Hälfte oder weniger der Leistung der Heizeinheit unmittelbar vor Beginn des Kühlungsschritts ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, das folgendes umfaßt: einen Wafer-Schneideschritt zum Schneiden des gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Silicium-Einkristalls, um so einen Silicium-Wafer herzustellen; einen Wasserstoff-Backschritt zum Erhitzen des Silicium-Wafers in einer Wasserstoffatmosphäre; und einen Epitaxiefilm-Bildungsschritt zur Ausbildung eines epitaktischen Films auf dem Silicium-Wafer.
  5. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers gemäß Anspruch 4, das ferner umfaßt: einen Argon-Temperungsschritt zur Wärmebehandlung des Silicium-Wafers vor dem Wasserstoff-Backschritt, wobei die Wärmebehandlung in einer Argongasatmosphäre bei 1200°C oder mehr und 1220°C oder weniger für 60 Minuten oder mehr und 120 Minuten oder weniger durchgeführt wird.
  6. Silicium-Einkristall, der roten Phosphor enthält, wobei der spezifische elektrische Widerstand des Silicium-Einkristalls 0,5 mΩ·cm oder mehr und weniger als 0,7 mΩ·cm ist und wobei der Silicium-Einkristall einen geraden Körper umfaßt, der einen kristallinen Bereich enthält, und ein aus dem kristallinen Bereich des geraden Körpers herausgeschnittener Silicium-Wafer eine Dichte von LPDs mit 90 nm oder mehr von 2,5 pro cm2 oder weniger auf einer Oberfläche des Silicium-Wafers aufweist, wobei die Dichte der LPDs gemessen wird nach einer Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C für 30 Sekunden.
  7. Epitaktischer Silicium-Wafer, der folgendes umfaßt: einen aus dem kristallinen Bereich in dem geraden Körper des Silicium-Einkristalls gemäß Anspruch 6 herausgeschnittenen Silicium-Wafer; und einen auf dem Silicium-Wafer aufgebrachten epitaktischen Film, wobei die Dichte von LPDs an einer Oberfläche des epitaktischen Films 2,5 pro cm2 oder weniger ist.
  8. Epitaktischer Silicium-Wafer, der folgendes umfaßt: einen aus dem kristallinen Bereich des geraden Körpers des Silicium-Einkristalls gemäß Anspruch 6 herausgeschnittenen Silicium-Wafer; und einen auf dem Silicium-Wafer aufgebrachten epitaktischen Film, wobei die Dichte von LPDs auf einer Oberfläche des epitaktischen Films 0,3 pro cm2 oder weniger ist.
DE112018002163.7T 2017-04-25 2018-04-12 Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer Active DE112018002163B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-086529 2017-04-25
JP2017086529 2017-04-25
PCT/JP2018/015381 WO2018198797A1 (ja) 2017-04-25 2018-04-12 シリコン単結晶の製造方法、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、シリコン単結晶、および、エピタキシャルシリコンウェーハ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112018002163T5 true DE112018002163T5 (de) 2020-01-02
DE112018002163B4 DE112018002163B4 (de) 2022-12-15

Family

ID=63919660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112018002163.7T Active DE112018002163B4 (de) 2017-04-25 2018-04-12 Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200135460A1 (de)
JP (1) JP6897764B2 (de)
KR (2) KR102413304B1 (de)
CN (1) CN110730831A (de)
DE (1) DE112018002163B4 (de)
WO (1) WO2018198797A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI768712B (zh) * 2021-02-17 2022-06-21 日商環球晶圓日本股份有限公司 單晶矽的製造方法
CN114351243B (zh) * 2021-12-07 2023-11-07 山东有研半导体材料有限公司 一种n型掺杂硅单晶的制备方法以及所制备的掺杂硅单晶
CN114318508B (zh) * 2021-12-23 2023-10-24 山东有研半导体材料有限公司 一种重掺磷超低阻硅单晶的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5890587A (ja) 1981-11-12 1983-05-30 ブリストルーマイアーズ　スクイブ　カンパニー イセチオン酸塩

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3683735B2 (ja) * 1998-03-26 2005-08-17 シルトロニック・ジャパン株式会社 無転位シリコン単結晶の製造方法および無転位シリコン単結晶インゴット
JP4716372B2 (ja) * 2005-09-27 2011-07-06 コバレントマテリアル株式会社 シリコンウエハの製造方法
US20090004458A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Memc Electronic Materials, Inc. Diffusion Control in Heavily Doped Substrates
US8143078B2 (en) * 2009-12-23 2012-03-27 Memc Electronic Materials, Inc. Methods for monitoring the amount of contamination imparted into semiconductor wafers during wafer processing
JP5845143B2 (ja) 2012-06-29 2016-01-20 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、および、エピタキシャルシリコンウェーハ
WO2014175120A1 (ja) * 2013-04-24 2014-10-30 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 単結晶の製造方法およびシリコンウェーハの製造方法
KR101572098B1 (ko) * 2014-01-17 2015-11-26 주식회사 엘지실트론 단결정 잉곳 제조 방법 및 장치
JP5892232B1 (ja) 2014-12-24 2016-03-23 株式会社Sumco 単結晶の製造方法およびシリコンウェーハの製造方法
JP6477210B2 (ja) * 2015-04-30 2019-03-06 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法
JP6528178B2 (ja) * 2015-07-31 2019-06-12 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5890587A (ja) 1981-11-12 1983-05-30 ブリストルーマイアーズ　スクイブ　カンパニー イセチオン酸塩

Also Published As

Publication number Publication date
DE112018002163B4 (de) 2022-12-15
KR20190124801A (ko) 2019-11-05
KR102413304B1 (ko) 2022-06-24
KR102311321B1 (ko) 2021-10-08
WO2018198797A1 (ja) 2018-11-01
US20200135460A1 (en) 2020-04-30
JP6897764B2 (ja) 2021-07-07
JPWO2018198797A1 (ja) 2020-02-27
KR20210122914A (ko) 2021-10-12
CN110730831A (zh) 2020-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014002133B4 (de) Herstellungsverfahren für einen Einkristall, Silicium-Einkristall, Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers, Herstellungsverfahren für einen Silicium-Epitaxialwafer, sowie Silicium-Epitaxialwafer
DE112015004143B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls, Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers und Verfahren zur Herstellung eines Siliziumepitaxialwafers
DE10055648B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers mit gesteuerter Störstellenverteilung und damit hergestellter Siliziumwafer
DE112006001092B4 (de) Herstellungsverfahren für Siliciumwafer
DE102008022747B4 (de) Silicium-Einkristall-Wafer und Verfahren zur Herstellung
DE112013002107B4 (de) SiC-Einkristall-Herstellungsverfahren
EP1739210A1 (de) Verfahren zur Herstellung von dotierten Halbleiter-Einkristallen, und III-V-Halbleiter-Einkristall
DE112008001470B4 (de) Prozess zum Herstellen eines Silizium-Einkristalls und hochdotiertes n-leitendes Halbleitersubstrat
DE2000707A1 (de) Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen
DE102018213437B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung von Hydrid-Gasphasenepitaxie
DE112018002163B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer
DE69936926T2 (de) Verfahren zum entfernen von defekten aus einkristallmaterial
DE102016115436A1 (de) Verfahren zum Züchten von monokristallinem Silizium und einem daraus hergestellten monokristallinen Siliziumingot
DE112012002217B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls und GaAs-Einkristallwafer
DE2005271C3 (de) Epitaxialverfahren zum Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einem dotierten Halbleitersubstrat
DE60036359T2 (de) Verbesserter silizium werkstoff vom typ-n für epitaxie-substrat und verfahren zu seiner herstellung
EP1019953A1 (de) Verfahren zum thermischen ausheilen von durch implantation dotierten siliziumcarbid-halbleitern
DE102017217540B4 (de) Herstellungsverfahren für einkristallines Silicium und einkristallines Silicium
DE112006000816T5 (de) Produktionsverfahren für Siliziumeinkristall, getemperter Wafer und Produktionsverfahren für getemperten Wafer
DE102015212323A1 (de) Schmelztiegel und Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls
DE112017003016B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Silicium-Einkristall
DE112016002091B4 (de) Silicium-Epitaxie-Wafer und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112018001044T5 (de) Verfahren zum Herstellen von Silizium-Einkristallbarren, und Silizium-Einkristall-Barren
DE112010002747B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Siliziumepitaxialwafers
DE112012004967T5 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Züchtung von Ingots

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C30B0029060000

Ipc: C30B0015200000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final