JP2010265172A - 高成長速度を用いた低欠陥密度シリコンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(i)空孔が優勢な真性点欠陥である直径一定部分内に領域を形成し、(ii)インゴットの側表面を加熱して、領域における空孔の濃度を減少させる、加熱表面から領域へ向かう内向きの、熱誘導性のシリコン自己格子間原子流束を生じさせ、さらに(iii)領域の形成と領域における空孔濃度の減少の間の時間に、空孔点欠陥の、凝集欠陥への凝集が起こる温度TAを超える領域の温度を維持することを含んでなるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法。
【選択図】なし
Description
Ci = Cis ln(r/r0)/ln(R/r0) (1)
(式中、Rはインゴットの半径である)
Q = 2πDiCis / ln(R/r0) (2)
と定義される。
d(πr0 2Cv)/dt = -Q (3)
に従い、格子間原子の流入量Qにより直径が小さくなる。
r0 ln(R/r0) dr0/dt = -DiCis/Cv (4)
これはさらに以下のように簡約することができる。
(r0/R)2ln[(r0/R)2/e] = -1 + (4DiCis/R2Cv)t (5)
ta = R2Cv/4DiCis (6)
本発明のもう1つの実施形態では、インゴットの直径一定部分の軸全体に沿って側表面のアニーリングに要する総時間を有意に短縮するために数個のリングヒーターを用いる。また、これらのヒーターは必要な加熱条件に見合うようにインゴットの成長中インゴットの軸に沿って移動するように制御することができる。従ってこれらのリングヒーターが同じであると仮定すると、リングヒーターの数に相当する係数だけ上記の算出時間は短縮される。実施上、これらのヒーター要素は必要な温度勾配を維持することができるようインゴットの中心に軸方向の冷却を提供するために結晶直径よりもいくらか大きい距離でスペースをとらなければならない。従って、結晶直径と等しい長さを有するリングヒーターの最大数はインゴットの直径一定部分の長さをヒーターの長さの二倍で割ったものに相当する。例えば、長さ1000mmの直径一定部分を有する150mmのインゴットでは、約150mmに相当する長さを有するリングヒーターの最大数はおよそ6となる。6個のリングヒーターを用いると、全側表面を加熱するのに要する総時間は約17時間まで有効に短縮される。種々のリングヒーターの厳密な長さおよびリングヒーター間のスペースは本発明の範囲から逸脱しない限り様々であってよい。
本明細書において以下のフレーズは所定の意味を有することに留意すべきである。「凝集真性点欠陥」とは、(i)空孔が凝集する反応によって生じる、または(ii)自己格子間原子が凝集する反応によって生じる欠陥を意味する。「凝集空孔欠陥」とは、結晶格子空孔が凝集する反応によって生じる凝集空孔点欠陥を意味する。例としては、D-欠陥、フローパターン欠陥、ゲートオキシドインテグリティ欠陥、クリスタルオリジネーテッドパーティクル欠陥、およびクリスタルオリジネーテッドライトポイント欠陥がある。「凝集格子間原子欠陥」とは、シリコン自己格子間原子が凝集してA欠陥(転位ループおよびネットワークを含む)、およびB欠陥を形成する反応によって生じる凝集真性点欠陥を意味する。「B欠陥」とは、A欠陥よりも小さく、熱処理を受けた場合に溶解しうる凝集真性点欠陥を意味する。「半径」とは、ウエハ、またはインゴットスラグもしくはスラブなどの単結晶シリコンサンプルの中心軸から周囲縁までを測定した距離を意味する。「凝集真性点欠陥を実質的に含まない」とは、これらの欠陥の検出限界(現在のところ約104欠陥/cm3)より低い、凝集欠陥濃度を意味する。「空孔優勢」および「自己格子間原子優勢」とは、その真性点欠陥が主としてそれぞれ空孔または自己格子間原子である材料を意味する。「凝集真性点欠陥の視覚検出」ならびにその派生語は、通常の白熱光源または蛍光光源、あるいは所望により視準光源またはその他の増強光源下、裸眼で、光学もしくは赤外顕微鏡、X線回折、またはレーザー光散乱などの欠陥検出の助けとなる、あるいは欠陥拡大像を得るいずれの装置も使わずに、かかる欠陥を検出することをさす。
凝集欠陥はいくつかの異なる技術によって検出することができる。例えば、フローパターン欠陥またはD欠陥は典型的には単結晶シリコンサンプルをSeccoエッチング溶液中で約30分間選択的にエッチングした後、サンプルの顕微鏡観察を行うことによって検出する(例えば、H. Yamagishi et al., Semicond. Sci. Technol. 7, A135 (1992)参照)。この方法は凝集空孔欠陥の検出に標準的なものであるが、A欠陥を検出するためにも使用できる。この技術を用いると、かかる欠陥は存在する場合にはサンプル表面上の大きなピットとして見られる。
Claims (43)
- チョクラルスキー法に従って溶融シリコンを凝固させて結晶とし、中心軸、シードコーン、エンドコーン、側表面を有する、シードコーンとエンドコーンの間の直径一定部分、および中心軸から側表面に向かって在延する半径を有するインゴットを形成するシリコン単結晶の製造方法であって、
空孔が優勢な真性点欠陥である直径一定部分内の領域を形成し、
空孔が凝集して凝集欠陥を形成する温度TAよりも高い温度に領域を冷却し、
インゴットの側表面を領域の温度を超える温度に加熱して、領域における空孔の濃度を減少させる、加熱表面から領域へ向かう内向きのシリコン自己格子間原子流束を生じさせ、ならびに
領域の形成と側表面からシリコン自己格子間原子の流入との間の時間にわたって、空孔点欠陥の、凝集欠陥への凝集が起こる温度TAを超える領域の温度を維持することを含んでなる、方法。 - 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも10%の軸方向長さを有する、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項4に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項4に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも50%の軸方向長さを有する、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項7に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項7に記載の方法。
- インゴットの直径一定部分の少なくとも20%が、側表面が加熱されて内向きのシリコン自己格子間原子流束が生じるまでに形成される、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも10%の軸方向長さを有する、請求項10に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項11に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項11に記載の方法。
- 領域の温度を超える温度に加熱されて加熱表面から領域へ向かう内向きのシリコン自己格子間原子流束を生じる側表面の長さが、軸方向に測定して、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの25%よりも大きくない、請求項1に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも50%の軸方向長さを有する、請求項14に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項15に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項15に記載の方法。
- 領域の温度を超える温度に加熱されて加熱表面から領域へ向かう内向きのシリコン自己格子間原子流束を生じる側表面の長さが、軸方向に測定して、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの50%よりも大きくない、請求項1に記載の方法。
- 側表面を加熱するのにヒーターを用い、そのヒーターがインゴットを取り囲み、インゴットがチョクラルスキー法によって成長するにつれインゴットの軸に沿ってヒーターとインゴットが相互に移動する、請求項1に記載の方法。
- 側表面を加熱するのにヒーターを用い、そのヒーターがインゴットを取り囲み、インゴットがチョクラルスキー法によって成長し、溶融物から離れた後にインゴットの軸に沿ってヒーターとインゴットが相互に移動する請求項1に記載の方法。
- 表面を1200℃を超えるが、シリコンの融点より低い温度に加熱する、請求項1に記載の方法。
- 表面を少なくとも1300℃〜1375℃の温度に加熱する、請求項1に記載の方法。
- 領域の温度が、領域の形成とシリコン自己格子間原子の流入との間の時間少なくとも1100℃以上の温度で維持される、請求項1に記載の方法。
- 領域の温度が、領域の形成とシリコン自己格子間原子の流入との間の時間少なくとも1150℃以上の温度で維持される、請求項1に記載の方法。
- インゴットの側表面から領域に向かって測定して少なくとも約10℃/cmの温度勾配を作るのに充分な温度に側表面を加熱して、これにより、シリコン格子間原子の流束が生じる結果、加熱工程後の領域の空孔濃度が1000℃以下の温度に加熱する工程中、領域をその温度から冷却する速度に依存することなく、領域において凝集空孔欠陥を形成するには十分でない、請求項1に記載の方法。
- 領域を、領域内で凝集真性点欠陥の形成を妨げるのに十分な時間、真性点欠陥の凝集が起こる温度よりも低い温度に冷却することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 領域を真性点欠陥の凝集が起こる温度範囲に急冷することをさらに含んでなり、領域が少なくとも10℃/分の速度で冷却される、請求項1に記載の方法。
- インゴットの側表面から領域に向かって測定して少なくとも約10℃/cmの温度勾配を作るのに充分な温度に側表面を加熱して、これにより、シリコン格子間原子の流束が生じ、シリコン自己格子間原子の流束がシリコン自己格子間原子を領域における優勢な真性点欠陥とするに十分なものである、請求項1に記載の方法。
- 領域における加熱工程後のシリコン自己格子間原子濃度が、850℃以下の温度まで加熱する工程中、領域をその温度から冷却する速度によらず、領域において凝集格子間原子型欠陥を形成するには十分でない、請求項28に記載の方法。
- 領域における加熱工程後のシリコン自己格子間原子濃度が、850℃以下の温度まで加熱する工程中、領域をその温度から冷却する速度によらず、領域においてB型欠陥以外の凝集格子間原子型欠陥を形成するには十分でない、請求項28に記載の方法。
- 領域を、領域内で凝集真性点欠陥の形成を妨げるのに十分な時間、真性点欠陥の凝集が起こる温度よりも低い温度に冷却することをさらに含んでなる、請求項28に記載の方法。
- 領域を真性点欠陥の凝集が起こる温度範囲に急冷することをさらに含んでなり、領域が少なくとも10℃/分の速度で冷却される、請求項28に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項28に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項28に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも10%の軸方向長さを有する、請求項28に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項35に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項35に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも50%の軸方向長さを有する、請求項28に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも10%の半径方向幅を有する、請求項38に記載の方法。
- 領域がインゴットの直径一定部分の軸に対して対称であり、半径の少なくとも50%の半径方向幅を有する、請求項38に記載の方法。
- 側表面を加熱するのにヒーターを用い、そのヒーターがインゴットを取り囲み、インゴットがチョクラルスキー法によって成長し、溶融物から離れた後にインゴットの軸に沿ってヒーターとインゴットが相互に移動する請求項28に記載の方法。
- 表面を1200℃を超えるが、シリコンの融点より低い温度に加熱する、請求項28に記載の方法。
- 表面を少なくとも1300℃〜1375℃の温度に加熱する、請求項28に記載の方法。
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