DE112018003320T5

DE112018003320T5 - Verfahren zur Herstellung von Silizium-Einkristall

Info

Publication number: DE112018003320T5
Application number: DE112018003320.1T
Authority: DE
Inventors: Yasufumi KAWAKAMI; Koichi MAEGAWA
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN110914483B; WO2019003968A1; US11814745B2; CN110914483A; JPWO2019003968A1; US20240026564A1; JP7036116B2; US20210040642A1

Abstract

Ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium umfasst: Züchten des monokristallinen Siliziums mit einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm, das durch ein Czochralski-Verfahren aus einer Siliziumschmelze mit einem Dotierstoff in einer Form von rotem Phosphor hochgezogen wird; Steuern eines spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einen Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu fallen; und nachfolgend fortlaufend Verringern des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums, um an einem Teil des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm zu fallen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren sind mobile Vorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefone, häufig verwendet worden.
Derartige Vorrichtungen erfordern dringend eine Langzeitmobilität und -nutzbarkeit. Folglich sind Anstrengungen unternommen worden, um eine Kapazität von einer in der mobilen Vorrichtung installierten Batterie zu erhöhen und einen Energieverbrauch der mobilen Vorrichtung selbst zu verringern.
Um einen Energieverbrauch der mobilen Vorrichtung selbst zu verringern, ist es notwendig einen Energieverbrauch von einer in der mobilen Vorrichtung installierten Halbleitervorrichtung zu verringern.
Zum Beispiel, da ein Niederspannungsenergie-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), welcher als eine Elektrische-Energie-Vorrichtung für eine mobile Vorrichtung verwendet wird, einen gewissen inneren elektrischen Widerstand in einem EIN-Zustand aufweist, verbraucht das Niederspannungsenergie-MOSFET selbst elektrische Energie gemäß einem elektrischen Strom, der durch den Niederspannungsenergie-MOSFET durchgeht.
Falls der innere elektrische Widerstand des Niederspannungsenergie-MOSFET in dem EIN-Zustand verringert werden kann, kann folglich ein Energieverbrauch der mobilen Vorrichtung verringert werden. Basierend auf einem derartigen Hintergrund ist ein monokristallines Silizium des N-Typs mit einem geringen spezifischen elektrischen Widerstand stark gefordert, um einen kleinen elektrischen Widerstand des Niederspannungsenergie-MOSFETs in dem EIN-Zustand zu erzielen.
Bei einem typischen Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium, wird monokristallines Silizium hochgezogen, während ein spezifischer Widerstand davon gesteuert wird, um einen Zielwert einzuhalten, derart dass der spezifische Widerstand des gesamten monokristallinen Siliziums konstant ist.
Das monokristalline Silizium mit einem derart geringen spezifischen Widerstand ist dafür bekannt, dass es beim Hochziehen durch ein Czochralski-Verfahren und dergleichen bei einem Herstellungsprozess leicht zu Versetzungen kommt.
Patentliteratur 1 offenbart, mit dem Hinweis, dass eine Dotierstoffkonzentration hoch wird, um ein anormales Wachstum aufgrund eines Zusammensetzung-Unterkühlungsphänomens in einem hinteren Ende des monokristallinen Siliziums kurz vor dem Ende des Hochziehens des monokristallinen Siliziums zu erzeugen, dass ein Auftreten von Versetzungen in dem hinteren Ende durch Erhöhen des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an dem hinteren Ende verhindert wird.
LITERATURSTELLENLISTE
PATENTLITERATUR(EN)
Patentliteratur 1: JP 2010-184839 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE(S) PROBLEM(E)
Bei typischen Techniken, einschließlich derjenigen von Patentliteratur 1, wenn die Konzentration des zu einer Siliziumschmelze hinzuzufügenden Dotierstoffs erhöht wird, um den spezifischen Widerstand des hochzuziehenden monokristallinen Siliziums zu verringern, wird jedoch eine Erstarrungspunkterniedrigung der Siliziumschmelze sehr groß, um anormales Wachstum aufgrund des Zusammensetzung-Unterkühlungsphänomens zu erzeugen. Aufgrund des anormalen Wachstums, nachdem das monokristalline Silizium beginnt hochgezogen zu werden, treten manchmal Versetzungen an einem Wachstumspunkt von ungefähr 20% eines geraden Körpers von einem Ansatz auf.
In diesem Fall muss ein Impfkristall in die Siliziumschmelze in einem Tiegel eingetaucht werden und wieder hochgezogen werden. Eine Wiederholung des Hochziehens erhöht jedoch die Produktionskosten eines Blocks bzw. Ingots des monokristallinen Siliziums.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand und einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm bereitzustellen, ohne Produktionskosten zu erhöhen.
MITTEL ZUM LÖSEN DES/DER PROBLEMS/PROBLEME
Mit Fokus auf ein Auftreten von Versetzungen an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, wird gemäß der Erfindung ein spezifischer Widerstand an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt festgelegt, um größer als ein Zielwert zu sein, und nachfolgend wird der spezifische Widerstand fortlaufend verringert, wodurch das Auftreten der Versetzungen an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt verhindert wird.
Insbesondere, gemäß einem Aspekt der Erfindung, umfasst ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium: Züchten bzw. Wachsen des monokristallinen Siliziums mit einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm, das durch ein Czochralski-Verfahren aus einer Siliziumschmelze mit einem Dotierstoff bzw. Dopant in einer Form von rotem Phosphor hochgezogen wird; Steuern eines spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einen Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu fallen; und nachfolgend fortlaufend bzw. sequentiell Verringern des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums, um an einem Teil des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm zu fallen.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist ein Auftreten von Versetzungen vermeidbar durch Festlegen des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einem Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu liegen. Folglich kann eine Wiederholung des Hochziehens des monokristallinen Siliziums verhindert werden und Produktionskosten werden nicht erhöht, so dass das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand und mit rotem Phosphor dotiert herstellbar ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium: Züchten des monokristallinen Siliziums mit einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm, das durch ein Czochralski-Verfahren aus einer Siliziumschmelze mit einem Dotierstoff in einer Form von Arsen hochgezogen wird; Steuern eines spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einen Bereich von 2,50 mΩcm bis 2,90 mΩcm zu fallen; und nachfolgend fortlaufend Verringern des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums, um an einem Teil des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 1,6 mΩcm bis 2,0 mΩcm zu fallen.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung, mit den gleichen Handlungen und Wirkungen wie die Obigen, ist monokristallines Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand und mit Arsen dotiert herstellbar, ohne die Produktionskosten zu erhöhen.
Figurenliste

1 stellt schematisch eine Struktur von einer Hochziehvorrichtung von monokristallinem Silizium gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Gerader-Körper-Länge und einem spezifischen Widerstand in monokristallinem Silizium in Beispielen mit rotem Phosphor als ein Dotierstoff zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Gerader-Körper-Länge und einer Auftrittsrate von Versetzungen in monokristallinem Silizium in Beispielen mit rotem Phosphor als der Dotierstoff zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Gerader-Körper-Länge und einem spezifischen Widerstand in monokristallinem Silizium in Beispielen mit Arsen als der Dotierstoff zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Gerader-Körper-Länge und einer Auftrittsrate von Versetzungen in monokristallinem Silizium in Beispielen mit Arsen als der Dotierstoff zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Anordnung von Hochziehvorrichtung 1 von Monokristallinem Silizium
1 zeigt schematisch eine beispielhafte Struktur einer Hochziehvorrichtung 1 für monokristallines Silizium. Ein Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf die Hochziehvorrichtung 1 anwendbar. Die Hochziehvorrichtung 1 umfasst eine Kammer 2, die einen Außenkörper ausbildet, und einen Tiegel 3, der in der Mitte der Kammer 2 angeordnet ist.
Der Tiegel 3, welcher eine Doppelstruktur aufweist, die durch einen inneren Quarztiegel 3A und einen äußeren Graphittiegel 3B ausgebildet ist, ist an einem oberen Ende einer Stützspindel 4 fixiert, die drehbar und vertikal bewegbar ist.
Ein Innendurchmesser des inneren Quarztiegels 3A des Tiegels 3 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,7 bis 2,0 Mal so groß wie ein Gerader-Körper-Durchmesser, wenn der Gerader-Körper-Durchmesser des monokristallinen Siliziums 10 in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm liegt.
Falls der Innendurchmesser des Tiegels 3 größer als der obige Bereich ist, ist ein Durchmesser einer Öffnung von jeder von einer Wärmeabschirmplatte 12 (später beschrieben) und der Kammer 2 vergrößert, wodurch der verdampfte Dotierstoff an einem Ofenkörper anhaftet und Fremdstoffe an dem monokristallinen Silizium 10 anhaften, um wahrscheinlich Versetzungen zu verursachen.
Durch Festlegen des Innendurchmessers des Tiegels 3 in dem obigen Bereich, ist ein Abstand zwischen dem monokristallinen Silizium 10 und dem Quarztiegel 3A reduzierbar und eine Verdampfungsmenge einer Siliziumschmelze ist reduzierbar, so dass Verdampfung eines Dotierstoffs (z.B. roter Phosphor und Arsen) reduzierbar ist und ein Auftreten von Versetzungen an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt aufgrund eines Segregationsphänomens des Dotierstoffs vermeidbar ist.
Eine Widerstandsheizvorrichtung 5 ist an einem Äußeren des Tiegels 3 auf eine Weise vorgesehen, um den Tiegel 3 zu umgeben. Ein Wärmeisolationsmaterial 6 ist außerhalb der Heizvorrichtung 5 und entlang einer inneren Oberfläche der Kammer 2 vorgesehen.
Eine Ziehspindel 7 (z.B. Draht), welche mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit koaxial mit der Stützspindel 4 und in eine Richtung entgegengesetzt zu der oder die gleiche wie die Richtung der Stützspindel 4 drehbar ist, ist über dem Tiegel 3 vorgesehen. Ein Impfkristall 8 ist an einem unteren Ende der Ziehspindel 7 angebracht.
Ein wassergekühlter Körper 11, welcher eine zylindrische Kühlvorrichtung ist, die das wachsende monokristalline Silizium 10 über einer Siliziumschmelze 9 des Tiegels 3 umgibt, ist innerhalb der Kammer 2 angeordnet.
Der wassergekühlte Körper 11 ist zum Beispiel aus Metall (z.B. Kupfer) mit einer ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit hergestellt und wird durch im Inneren des wassergekühlten Körpers 11 fließendes Kühlwasser zwangsgekühlt. Der wassergekühlte Körper 11 fördert ein Kühlen des wachsenden monokristallinen Siliziums 10 und steuert einen Temperaturgradienten zwischen einem mittleren Abschnitt und einem Randabschnitt des monokristallinen Siliziums in eine Richtung der Ziehspindel 7.
Ferner ist die zylindrische Wärmeabschirmplatte 12 eine äußere Umfangsoberfläche und eine Bodenoberfläche des wassergekühlten Körpers 11 umgebend angeordnet.
Die Wärmeabschirmung 12 schirmt das wachsende monokristalline Silizium 10 von Hochtemperatur-Strahlungswärme von der Siliziumschmelze 9 in dem Tiegel 3, der Heizvorrichtung 5 und einer Seitenwand des Tiegels 3 ab. Nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche (Kristallwachstumsgrenzfläche), verhindert die Wärmeabschirmplatte 12, zusammen mit dem wassergekühlten Körper 11, eine Wärmediffusion zu dem wassergekühlten Körper 11 mit niedriger Temperatur und steuert den Temperaturgradienten zwischen dem mittleren Abschnitt und dem Randabschnitt des monokristallinen Siliziums in die Richtung der Ziehspindel.
Ein Gaseinlass 13 zum Einleiten von Inertgas (z.B. Ar-Gas) in die Kammer 2 ist an einem oberen Teil der Kammer 2 vorgesehen. Ein Gasauslass 14, durch welchen das Gas in der Kammer 2 angesaugt und abgelassen wird, wenn eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angetrieben wird, ist an einem unteren Abschnitt der Kammer 2 vorgesehen.
Das von dem Gaseinlass 13 in die Kammer 2 eingeleitete Inertgas strömt zwischen dem wachsenden monokristallinen Silizium 10 und dem wassergekühlten Körper 11 runter, strömt durch einen Spalt (Flüssigkeitsoberflächenspalt) zwischen dem unteren Ende der Wärmeabschirmung 12 und der Flüssigkeitsoberfläche der Siliziumschmelze 9, anschließend, außerhalb der Wärmeabschirmung 12, weiter außerhalb des Tiegels 3 und fließt anschließend außerhalb des Tiegels 3 runter, um aus dem Gasauslass 14 abgelassen zu werden.
Für das Züchten des monokristallinen Siliziums 10 unter Verwendung der Hochziehvorrichtung 1, während eine Innenseite der Kammer 2 unter einer Inertgasatmosphäre und verringertem Druck gehalten wird, wird ein in den Tiegel 3 eingefüllter Feststoff (z.B. polykristallines Silizium) durch die Heizvorrichtung 5 erwärmt, um geschmolzen zu werden, wodurch die Siliziumschmelze 9 ausgebildet wird. Nachdem die Siliziumschmelze 9 in dem Tiegel 3 ausgebildet ist, wird die Ziehspindel 7 heruntergelassen, um den Impfkristall 8 in die Siliziumschmelze 9 einzutauchen. Während der Tiegel 3 und die Ziehspindel 7 in eine vorbestimmte Richtung gedreht werden, wird die Ziehspindel 7 allmählich hochgezogen, wodurch das monokristalline Silizium 10, das den Impfkristall 8 überdeckt, gezüchtet wird.
Herstellungsverfahren von Monokristallinem Silizium 10
Das monokristalline Silizium 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist unter Verwendung der oben beschriebenen Hochziehvorrichtung 1 herstellbar, durch geeignetes Zufügen des Dotierstoffs (z.B. roter Phosphor und Arsen) zu der Siliziumschmelze 9 zum Beginn oder während des Hochziehprozesses.
Wenn der Dotierstoff roter Phosphor ist, wird ein spezifischer Widerstand an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt des monokristallinen Siliziums 10 gesteuert, um in einen Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu fallen, und dann wird eine Dotiermenge von rotem Phosphor fortlaufend erhöht, um den spezifischen Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 zu verringern. Schließlich wird das monokristalline Silizium 10 mit dem spezifischen Widerstand in einem Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm erhalten.
Ähnlich, wenn der Dotierstoff Arsen ist, wird der spezifische Widerstand an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt des monokristallinen Siliziums 10 gesteuert, um in einen Bereich von 2,50 mΩcm bis 2,90 mΩcm zu fallen, und dann wird eine Dotiermenge von Arsen fortlaufend erhöht, um den spezifischen Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 zu verringern. Schließlich wird das monokristalline Silizium 10 mit dem spezifischen Widerstand in einem Bereich von 1,6 mΩcm bis 2,0 mΩcm erhalten.
Der Ingot des monokristallinen Siliziums 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann unter allgemeinen Hochziehbedingungen hochgezogen werden. Während des Hochziehprozesses wird die Zugabemenge des Dotierstoffs geändert, eine Dotierstoffkonzentration wird aufgrund des Segregationsphänomens gemäß dem Hochziehen erhöht, eine Einleitungsmenge von Inertgas, das in die Kammer 2 einzuleiten ist, wird geändert, um eine Verdampfung des Dotierstoffs zu fördern, und ein Innendruck der Kammer 2 wird geändert, wodurch das monokristalline Silizium hergestellt wird. Der Innendruck der Kammer 2 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30 kPa bis 40 kPa.
Wenn das monokristalline Silizium 10 hochgezogen wird, ist ein Wert eines Verhältnisses zwischen einer Wärmemenge durch eine obere Heizvorrichtung 5A und einer Wärmemenge durch eine untere Heizvorrichtung 5B in der Heizvorrichtung 5 vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 4. Wenn der Wert des Verhältnisses weniger als 1 beträgt, mit anderen Worten, die Wärmemenge durch die untere Heizvorrichtung 5B weniger als die Wärmemenge durch die obere Heizvorrichtung 5A ist, wird Konvektion von dem Boden des Tiegels 3 in Richtung unter die Fest-Flüssig-Grenzfläche nicht gestärkt, so dass die Konvektion mit einer instabilen Flüssigkeitstemperatur, die von der Oberfläche der mit dem Dotierstoff zugesetzten Siliziumschmelze 9 in Richtung des Kristalls auftritt, nicht geschwächt werden kann. Folglich wird die Temperatur des monokristallinen Siliziums 10 instabil, um zu versagen, ein Auftreten von Versetzungen zu beseitigen oder minimieren.
Andererseits, wenn der Wert des Verhältnisses in Bezug auf die Wärmemenge 4 übersteigt, ist eine Wärmelast an einem unteren Abschnitt des Tiegels 3 erhöht, so dass der Tiegel 3 verformt werden kann und sich Quarz ablösen kann.
Wenn ein Ansatz bzw. eine Schulter des monokristallinen Siliziums 10 ausgebildet wird, ist es bevorzugt das monokristalline Silizium 10 hochzuziehen, um nicht einen Umschmelz-Wachstumsbereich einer großen Höhe (z.B. 200 µm oder mehr) zu erzeugen. Insbesondere wird zu Beginn der Ansatzausbildung das monokristalline Silizium 10 hochgezogen, während der Tiegel 3 mit der Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 16 U/min bis 30 U/min gedreht wird. Nachfolgend, wenn ein Durchmesser des Ansatzes gleich oder mehr als eine Hälfte des Durchmessers des geraden Körpers des monokristallinen Siliziums 10 ist, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 allmählich erniedrigt, um in einen Bereich von 4 U/min bis 12 U/min zu fallen.
Falls das monokristalline Silizium 8 bei der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3, die zu der Beginn der Ansatzausbildung 30 U/min übersteigt, hochgezogen wird, würde der Betrieb der Hochziehvorrichtung 1 instabil sein, um höchst wahrscheinlich eine Verformung des Ansatzes zu verursachen.
Wenn der Ansatzdurchmesser gleich oder mehr als eine Hälfte des Gerader-Körper-Durchmessers des monokristallinen Siliziums 10 ist, falls die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 weniger als 4 U/min ist, würde die mit dem Dotierstoff zugesetzte Siliziumschmelze 9 instabil sein, um höchstwahrscheinlich ein Auftreten von Versetzungen zu verursachen.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 12 U/min übersteigt, ist eine Schwankung bei einer Sauerstoffdichte in der gleichen Ebene und dem spezifischen Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 erhöht, was zu einer instabilen Kristallqualität führt.
Wenn der gerade Körper des monokristallinen Siliziums 10 ausgebildet wird, ist es bevorzugt das monokristalline Silizium 10 hochzuziehen, um nicht einen Umschmelzbereich mit einer großen Höhe (z.B. 200 µm oder mehr) zu erzeugen. Insbesondere wird, zu Beginn der Gerader-Körper-Ausbildung, das monokristalline Silizium 10 hochgezogen, während der Tiegel 3 mit der Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 9 U/min bis 30 U/min gedreht wird. Nachfolgend, wenn der gerade Körper des monokristallinen Siliziums 10 von einem Anfangspunkt des geraden Körpers hochgezogen wird, um einen Bereich von 50 mm bis 200 mm zu erreichen, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 auf einen Bereich von 0,1 U/min bis 7 U/min geändert.
Falls das monokristalline Silizium 10 bei der Rotationsgeschwindigkeit, die zu Beginn der Gerader-Körper-Ausbildung 30 U/min übersteigt, hochgezogen wird, würde der Betrieb der Hochziehvorrichtung 1 instabil sein, um höchstwahrscheinlich eine Verformung des geraden Körpers zu verursachen.
Falls die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 weniger als 0,1 U/min ist, wenn der gerade Körper in dem Bereich von 50 mm bis 200 mm von dem Anfangspunkt des geraden Körpers ist, würde die mit dem Dotierstoff zugesetzte Siliziumschmelze 9 instabil sein, um höchstwahrscheinlich ein Auftreten von Versetzungen zu verursachen.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 7 U/min übersteigt, ist die Schwankung bei der Sauerstoffdichte in der gleichen Ebene und dem spezifischen Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 erhöht, um eine instabile Kristallqualität zu verursachen.
Es ist auch denkbar, ein Auftreten von Versetzungen zu beseitigen oder minimieren durch Drehen des monokristallinen Siliziums 10 mit einer hohen Geschwindigkeit, wenn der Ansatz auf die gleiche Weise ausgebildet wird wie in einem Fall, wo monokristallines Silizium hochgezogen wird, um einen Gerader-Körper-Durchmesser im Bereich von 201 mm bis 230 mm aufzuweisen. In einem Fall des Gerader-Körper-Durchmessers im Bereich von 301 mm bis 330 mm, da der Gerader-Körper-Durchmesser groß ist, tritt jedoch leicht eine Kristallverformung auf und das monokristalline Silizium 10 ist nicht mit einer hohen Geschwindigkeit drehbar.
Bearbeitung von Silizium-Wafer mit niedrigem Widerstand und Epitaxial-Silizium-Wafer mit niedrigem Widerstand
Wenn der Dotierstoff roter Phosphor ist, weist der Ingot des monokristallinen Siliziums 10, welcher den Gerader-Körper-Durchmesser im Bereich von 301 mm bis 330 mm aufweist und durch die Hochziehvorrichtung 1 hochgezogen wird, den spezifischen Widerstand im Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm an einem Teil des Ingots nahe an einem hinteren Ende des monokristallinen Siliziums 10 auf.
Der Teil nahe an dem hinteren Ende des monokristallinen Siliziums 10 wird unter Verwendung einer Drahtsäge und dergleichen in einen Silizium-Wafer geschnitten. Der erhaltene Silizium-Wafer wird einem Läppen und Polieren unterzogen, wodurch der Silizium-Wafer mit einem spezifischen Widerstand von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm und einem Durchmesser von 300 mm erhalten werden kann.
Ferner wird der verarbeitete Silizium-Wafer einem Anlassen unterzogen und ein Epitaxialfilm wird auf einer Oberfläche des Silizium-Wafers ausgebildet, wodurch ein Epitaxial-Silizium-Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm hergestellt wird, welcher an einen Kunden zu liefern ist.
Wenn der Dotierstoff Arsen ist, wird der Ingot des monokristallinen Siliziums 10 mit dem spezifischen Widerstand im Bereich von 1,6 mΩcm bis 2,0 mΩcm an dem Teil nahe an dem hinteren Ende des monokristallinen Siliziums 10 mit dem Gerader-Körper-Durchmesser im Bereich von 301 mm bis 330 mm erhalten.
Der Teil nahe an dem hinteren Ende des monokristallinen Siliziums 10 wird unter Verwendung einer Drahtsäge und dergleichen in einen Silizium-Wafer geschnitten. Der erhaltene Silizium-Wafer wird einem Läppen und Polieren unterzogen. Nachfolgend ist der verarbeitete Silizium-Wafer mit dem Durchmesser von 300 mm an einen Kunden zu liefern. Nach Bedarf bildet der Kunde einen Epitaxialfilm aus und stellt Halbleitervorrichtungen her.
BEISPIELE
Dotierstoff in Form von Rotem Phosphor
Das mit rotem Phosphor dotierte monokristalline Silizium 10 wurde hochgezogen, während ein spezifischer Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 durch Zufügen von rotem Phosphor als der Dotierstoff abhängig von einem Punkt in einer Gerader-Körper-Länge des monokristallinen Siliziums 10 gesteuert wurde.
Der Gerader-Körper-Durchmesser des monokristallinen Siliziums 10 wurde in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm festgelegt. Der Tiegel 3 mit dem Innendurchmesser von 22 Inch (558,8 mm) (der Innendurchmesser des Tiegels 3 / der Gerader-Körper-Durchmesser des monokristallinen Siliziums = 1,86) wurde in Beispielen verwendet. Der Tiegel 3 mit dem Innendurchmesser von 32 Inch (812,8 mm) (der Innendurchmesser des Tiegels 3 / der Gerader-Körper-Durchmesser des monokristallinen Siliziums = 2,70) wurde in Vergleichsuntersuchungen verwendet.
In Beispielen betrug die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 16 U/min zu Beginn der Ausbildung des Ansatzes des monokristallinen Siliziums 10. Wenn der Durchmesser des Ansatzes 150 mm erreichte, wurde die Rotationsgeschwindigkeit auf 9 U/min geändert, was 9 U/min als die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt definierte. Die Rotationsgeschwindigkeit wurde an einem Punkt von 100 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt auf 6 U/min geändert.
Andererseits betrug die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 bei Vergleichsuntersuchungen 14 U/min zu Beginn der Ausbildung des Ansatzes des monokristallinen Siliziums 10. Wenn der Durchmesser des Ansatzes 150 mm erreichte, wurde die Rotationsgeschwindigkeit auf 6 U/min geändert. Während 6 U/min beibehalten wurden, wurde der gerade Körper hochgezogen. Ergebnisse werden in Tabelle 1 und 2 gezeigt.
In der folgenden Beschreibung bezieht sich ein Gerader-Körper-Länge 0%-Punkt auf einen Anfangspunkt des geraden Körpers des monokristallinen Siliziums 10, und ein Gerader-Körper-Länge 100%-Punkt bezieht sich auf einen Anfangspunkt des hinteren Endes des monokristallinen Siliziums 10.
Das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Auftretens von Versetzungen wurde an jedem Punkt überprüft. Ergebnisse werden in Tabelle 2 und 3 gezeigt. In Tabelle 2 bezieht sich eine Kristallausbeute auf eine Rate in der Länge von einem Teil des monokristallinen Siliziums mit dem spezifischen Widerstand von 0,7 mΩcm oder weniger relativ zu dem monokristallinen Silizium, das ohne ein Auftreten von Versetzungen hochgezogen wird.
Bei dem monokristallinen Silizium in Vergleichsuntersuchung 1, wie aus Tabelle 2 und 3 zu verstehen ist, betrug die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen eines Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt 7%, was bedeutet, dass ein Auftreten von Versetzungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit verhindert werden konnte. Wie aus Tabelle 1 und 2 zu verstehen ist, betrug jedoch der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums sogar an dem Gerader-Körper-Länge 100%-Punkt 1,0 mQcm. Somit wurde das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 1,0 mΩcm oder weniger nicht hergestellt.
Das monokristalline Silizium in Vergleichsuntersuchung 2 wies den spezifischen Widerstand von 1,0 mΩcm oder weniger an einem Punkt auf, der 35% der Gerader-Körper-Länge (nachstehend als der Gerader-Körper-Länge 35%-Punkt bezeichnet) von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt angibt, wie aus Tabelle 1 und 2 verstanden wird. Wie aus Tabelle 2 und 3 verstanden wird, war jedoch die Auftrittsrate von Versetzungen bis zum Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt so überaus hoch wie 87%. Folglich, wenn Versetzungen vor dem Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt auftreten, muss ein Impfkristall wieder in die Schmelze eingetaucht und hochgezogen werden, was zu einer Erhöhung der Produktionskosten führt.
Im Gegensatz betrug der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums in Beispiel 1 1,0 mΩcm oder weniger an dem Gerader-Körper-Länge 70%-Punkt von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt. Ferner war die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt so gering wie 21% und das monokristalline Silizium 10, das über die gesamte Länge frei von Versetzungen war, machte 43% aus. Somit wurde bestätigt, dass das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 1,0 mmΩcm oder weniger bei geringen Kosten hergestellt werden konnte.
Gleichermaßen betrug der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums in Beispiel 2 1,0 mΩcm oder weniger an dem Gerader-Körper-Länge 50%-Punkt von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt. Ferner war die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt so gering wie 30% und das monokristalline Silizium 10, das über die gesamte Länge frei von Versetzungen war, machte 40% aus. Somit wurde bestätigt, dass das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 1,0 mΩcm oder weniger bei geringen Kosten hergestellt werden konnte.
Dotierstoff in Form von Arsen
Das mit Arsen dotierte monokristalline Silizium 10 wurde hochgezogen, während ein spezifischer Widerstand des monokristallinen Siliziums 10 durch Zufügen von Arsen als der Dotierstoff abhängig von einem Punkt in der Gerader-Körper-Länge des monokristallinen Siliziums 10 gesteuert wurde. Ergebnisse werden in Tabelle 3 und 4 gezeigt. Der Innendurchmesser des Tiegels 3, der Gerader-Körper-Durchmesser des monokristallinen Siliziums 10 und die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels 3 waren die gleichen wie jene, wenn roter Phosphor verwendet wurde.
Das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Versetzungen wurde in jedem Punkt überprüft. Ergebnisse werden in Tabelle 4 und 5 gezeigt.
Bei dem monokristallinen Silizium in Vergleichsuntersuchung 3, wie aus Tabelle 4 und 5 verstanden wird, betrug die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen eines Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt 6%, was bedeutet, dass ein Auftreten von Versetzungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vermeidbar war. Wie aus Tabelle 3 und 4 verstanden wird, betrug jedoch der spezifische Widerstand sogar an dem Gerader-Körper-Länge 100%-Punkt 2,0 mΩcm. Somit wurde das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 2,0 mΩcm oder weniger nicht hergestellt.
Das monokristalline Silizium in Vergleichsuntersuchung 4 hatte den spezifischen Widerstand von 2,0 mΩcm oder weniger an dem Gerader-Körper-Länge 25%-Punkt von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt, wie aus Tabelle 3 und 4 verstanden wird. Wie aus Tabelle 4 und 5 verstanden wird, wurde jedoch die Auftrittsrate von Versetzungen bis zum Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt überaus hoch wie 87%. Folglich, wenn Versetzungen vor dem Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt auftreten, muss ein Impfkristall wieder in die Schmelze eingetaucht und hochgezogen werden, was zu einer Erhöhung der
Produktionskosten führt.
Im Gegensatz, betrug der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums in Beispiel 3 an dem Gerader-Körper-Länge 65%-Punkt von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt 2,0 mΩcm oder weniger. Ferner war die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt so niedrig wie 36% und das monokristalline Silizium 10, das über die gesamte Länge frei von Versetzungen war, machte 29% aus. Somit wurde bestätigt, dass das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 2,0 mΩcm oder weniger bei geringen Kosten hergestellt werden konnte.
Gleichermaßen war es möglich den spezifischen Widerstand des monokristallinen Siliziums in Beispiel 4 an dem Gerader-Körper-Länge 45%-Punkt von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt mit 2,0 mΩcm oder weniger auszuführen. Ferner war die Auftrittsrate von Versetzungen vor dem Erreichen des Punkts von 80 mm von dem Gerader-Körper-Anfangspunkt so niedrig wie 50% und das monokristalline Silizium 10, das über die gesamte Länge frei von Versetzungen war, machte 25% aus. Somit wurde bestätigt, dass das monokristalline Silizium mit einem geringen spezifischen Widerstand von 2,0 mΩcm oder weniger bei geringen Kosten hergestellt werden konnte.
Aus dem Vorhergehenden, wenn das monokristalline Silizium durch das Czochralski-Verfahren aus der Siliziumschmelze, die roten Phosphor als den Dotierstoff enthält, hochgezogen wurde, wurde der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt gesteuert, um in einen Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu fallen, und wurde nachfolgend fortlaufend verringert, so dass der spezifische Widerstand eines Teils des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm fiel und ein Auftreten von Versetzungen des monokristallinen Siliziums verhindert wurde.
Gleichermaßen, wenn das monokristalline Silizium durch das Czochralski-Verfahren aus der Siliziumschmelze, die Arsen als den Dotierstoff enthält, hochgezogen wurde, wurde der spezifische Widerstand des monokristallinen Siliziums an dem Gerader-Körper-Anfangspunkt gesteuert, um in einen Bereich von 2,50 mΩcm bis 2,90 mΩcm zu fallen, und wurde nachfolgend fortlaufend verringert, so dass der spezifische Widerstand eines Teils des monokristallinen Siliziums in einem Bereich von 1,6 mΩcm bis 2,0 mΩcm lag und ein Auftreten von Versetzungen des monokristallinen Siliziums verhindert wurde.
Bezugszeichenliste
1...Hochziehvorrichtung, 2...Kammer, 3...Tiegel, 3A..Quarztiegel, 3B...Graphittiegel, 4...Stützspindel, 5...Heizvorrichtung, 5A..obere Heizvorrichtung, 5B...untere Heizvorrichtung, 6...Wärmeisolationsmaterial, 7...Ziehspindel, 8...Impfkristall, 9...Siliziumschmelze, 10...monokristallines Silizium, 11...wassergekühlter Körper, 12...Wärmeabschirmplatte, 13...Gaseinlass, 14...Gasauslass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010184839 A [0010]

Claims

Herstellungsverfahren eines monokristallinen Siliziums, umfassend: Züchten des monokristallinen Siliziums mit einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm, das durch ein Czochralski-Verfahren aus einer Siliziumschmelze mit einem Dotierstoff in einer Form von rotem Phosphor hochgezogen wird, Steuern eines spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einen Bereich von 1,20 mΩcm bis 1,35 mΩcm zu fallen; und nachfolgend fortlaufend Verringern des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums, um an einem Teil des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 0,7 mΩcm bis 1,0 mΩcm zu fallen.
Herstellungsverfahren eines monokristallinen Siliziums, umfassend: Züchten des monokristallinen Siliziums mit einem Gerader-Körper-Durchmesser in einem Bereich von 301 mm bis 330 mm, das durch ein Czochralski-Verfahren aus einer Siliziumschmelze mit einem Dotierstoff in einer Form von Arsen hochgezogen wird, Steuern eines spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums an einem Gerader-Körper-Anfangspunkt, um in einen Bereich von 2,50 mΩcm bis 2,90 mΩcm zu fallen; und nachfolgend fortlaufend Verringern des spezifischen Widerstands des monokristallinen Siliziums, um an einem Teil des monokristallinen Siliziums in einen Bereich von 1,6 mΩcm bis 2,0 mΩcm zu fallen.