JP2010265143A5

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Publication number: JP2010265143A5
Application number: JP2009118454A
Authority: JP
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2029-05-15

Description

本発明の第１の観点は、チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながらシリコン単結晶を引上げた後に、このシリコン単結晶に中性子を照射することによりシリコン単結晶にリンをドープするシリコン単結晶の製造方法において、るつぼから、内部の格子間酸素濃度が６．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるシリコン単結晶であって、サイズが１００ｎｍ以下でありかつ密度が３×１０⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるＣＯＰの発生領域を含むシリコン単結晶を引上げた後に、このシリコン単結晶への中性子の照射によりシリコン単結晶の径方向の面内抵抗率のバラツキを５％以下にすることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点に基づく発明であって、更にるつぼ内のシリコン融液に０．２Ｔ以上の水平磁場を印加するとともに、るつぼの回転速度が１．５ｒｐｍ以下であり、引上げ中のシリコン単結晶の回転速度が７ｒｐｍ以下であることを特徴とする。

本発明実施形態のシリコン単結晶の製造方法に用いられる装置の縦断面構成図である。左半分は冷却速度の速いホットゾーンで引上げたシリコン単結晶中に発生する結晶欠陥の生成挙動を示す模式図であり、右半分は無欠陥単結晶の引上げに適したホットゾーンで引上げたシリコン単結晶中に発生する結晶欠陥の生成挙動を示す模式図である。比較例２及び３のウェーハ内の光散乱体（ＣＯＰ）のサイズ及び密度の関係を示す図である。比較例４及び実施例２のウェーハ内の光散乱体（ＣＯＰ）のサイズ及び密度の関係を示す図である。比較例２及び３のウェーハについて酸化熱処理を施す前後におけるＧＯＩの歩留まりを示す図である。比較例４及び実施例２のウェーハについて酸化熱処理を施す前後におけるＧＯＩの歩留まりを示す図である。比較例５及び６のウェーハについて酸化熱処理を施す前後におけるＧＯＩの歩留まりを示す図である。実施例３〜５のウェーハについて酸化熱処理を施す前後におけるＧＯＩの歩留まりを示す図である。無欠陥単結晶の引上げに適したホットゾーンで引上げた比較例７、比較例８、実施例６及び実施例７のシリコン単結晶に対して中性子照射を行う前後の抵抗率の面内分布を示す図である。無欠陥単結晶の引上げに適したホットゾーンで引上げた比較例９、比較例１０、実施例８及び実施例９のシリコン単結晶に対して中性子照射を行う前後の抵抗率の面内分布を示す図である。無欠陥単結晶の引上げに適したホットゾーンでマルチプリング法により引上げた２本のシリコン単結晶（実施例１０及び１１）の引上げ率と格子間酸素濃度との関係を示す図である。るつぼの回転速度とシリコン単結晶の回転速度と格子間酸素濃度との関係を示す図である。

このため、マルチプリング法により１つのるつぼ１３から複数本のシリコン単結晶１１を引上げることが有効となる。即ち、シリコン単結晶１１内の格子間酸素濃度が６．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超えない範囲、好ましくは４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超えない範囲でシリコン単結晶１１の引上げを完了させ、メインチャンバ１２内を含む炉内を真空に保った状態で、シリコン単結晶１１を取出し、シリコン原料５２を原料供給管５１からるつぼ１３に供給して溶融させ、このるつぼ１３内のシリコン融液１５から新たにシリコン単結晶１１を引上げる。このマルチプリング法による引上げでは、引上げるシリコン単結晶１１内の格子間酸素濃度を６．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下、好ましくは４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下となるように、引上げるシリコン単結晶１１の直胴部のトップからボトムまでの長さを予め設定しておく。例えば、最初のシリコン単結晶１１を引上げる前又は１本のシリコン単結晶１１を引上げた後に、シリコン原料５２をるつぼ１３に供給して溶融したシリコン融液１５を全てシリコン単結晶１１として引上げたときの引上げ率を１００％とするとき、引上げ率が６０〜８０％となったときにシリコン単結晶１１の引上げを完了するように設定する。そして、この予め設定した引上げ率までシリコン単結晶１１を引上げた後、引上げ装置に設けられた原料供給管５１からるつぼ１３内にシリコン原料５２を供給して溶融させ、再び種結晶２３をシリコン融液１５中に浸漬させてるつぼ１３から新たにシリコン単結晶１１を引上げることにより、複数本のシリコン単結晶１１を引上げる。この結果、複数本のシリコン単結晶１１の直胴部のほぼ全長にわたって、格子間酸素濃度を低減できる。なお、本明細書におけるシリコン単結晶１１内の格子間酸素濃度は、ＡＳＴＭＦ−１２１（１９７９）に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法による測定値である。ここで、単結晶１１内の格子間酸素濃度を６×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下に限定したのは、６×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超えると単結晶１１内に酸素析出物が形成されて再結合ライフタイムが低下したり、酸素ドナー形成による抵抗率の変動を生じるという不具合があり、更に酸化熱処理によってＣＯＰを消滅することが困難となるからである。

＜比較試験３及び評価＞
実施例１及び比較例１の引上げ装置を用いてシリコン単結晶を引上げるときのＶ／Ｇ範囲について調査した。具体的には、実施例２の[B-2]領域が得られる条件、即ちＣＯＰのサイズが１００ｎｍ以下であって、その密度が３×１０⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下である結晶領域が得られるＶ／Ｇ［ｍｍ²／(分・℃)］範囲を調査した。ここで、Ｖは引上げ速度（ｍｍ／分）であり、Ｇは固液界面近傍の引上げ軸方向の温度勾配（℃／ｍｍ）である。その結果、実施例２の[B-2]領域が得られるＶ／Ｇは０．２３〜０．３３［ｍｍ²／(分・℃)］の範囲であった。このＶ／Ｇの範囲はコンピュータを用いた伝熱計算により求めた。なお、図２の破線で囲む領域は、実施例２の[B-2]領域と同等のＣＯＰ特性、即ちＣＯＰのサイズが１００ｎｍ以下であり、その密度が３×１０⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下である結晶領域の範囲を模式的に示したものである。一方、図２の二点鎖線で囲む領域は、比較例４の[B-1]領域と同等のＣＯＰ特性、即ちＣＯＰのサイズが１００ｎｍ以下であるけれども、その密度が３×１０⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であることを満たさない結晶領域の範囲を模式的に示したものである。

＜比較試験５及び評価＞
実施例３〜５と比較例５及び６のウェーハについても上記比較試験４と同様にしてＧＯＩの歩留まりを求めた。この比較試験５は各結晶領域の有効性を更に検証するために行った。その結果を図７及び図８に示す。図７及び図８から明らかなように、比較例５及び６では、いずれも酸化熱処理後のＧＯＩの歩留まりが８０％程度と低かったのに対し、実施例３〜５のウェーハでは、いずれも酸化熱処理後のＧＯＩの歩留まりが１００％まで向上した。また赤外散乱トモグラフ（三井金属社製：ＭＯ４４１）を用いて、酸化熱処理後の実施例３〜５のウェーハについてＣＯＰの発生状況を確認したところ、いずれもＣＯＰは観察されなかった。

＜実施例１０及び１１＞
図１に示す引上げ装置を用い、内径２４インチ（約６００ｍｍ）のるつぼ１３を使用して多結晶シリコン原料を１７０ｋｇ充填して溶融させ、このシリコン融液１５から引上げ長さ（引上げ率）の異なる、結晶方位が＜１００＞であって直径が２１０ｍｍであるシリコン単結晶１１をそれぞれ引上げた。そして引上げ率８０％で引上げたシリコン単結晶を実施例１０とし、引上げ率９５％で引上げたシリコン単結晶を実施例１１とした。これらのシリコン単結晶の引上げ後に、面内抵抗率が５０Ω・ｃｍとなるように、シリコン単結晶に中性子を照射した。なお、その他の引上げ条件は次のようであった。引上げ中のシリコン単結晶１１の中心部が融点から１３７０℃までの温度域における単結晶１１の引上げ軸方向の温度勾配のうち、単結晶１１の中心部の温度勾配をＧcとし、単結晶１１の外周部の温度勾配をＧeとするとき、Ｇc／Ｇe≧１という関係、具体的にはＧc／Ｇe＝１．２という関係を満たす図２のホットゾーンＢを用いた。またＶ／Ｇが０．２３〜０．３３の範囲内になるように引上げ速度を調整し、るつぼ１３内のシリコン融液１５に０．３Ｔの水平磁場を印加した。更にるつぼの回転速度は０．３ｒｐｍとした。