JP2024501567A - 単結晶シリコンインゴットの成長中における緩衝部材の使用 - Google Patents

Abstract

連続チョクラルスキ（ＣＣｚ）によって単結晶シリコンシリコンインゴットの製造方法が開示される。緩衝部材（例えば石英カレット）のバッチは、インゴットの本体が成長する前に坩堝アセンブリの外側溶融ゾーンに添加される。いくつかの実施形態において、溶融物に添加される緩衝部材のバッチの質量Ｍと、溶融物に緩衝部材のバッチを添加してインゴット本体が成長し始める時までの間の時間と、の比は、Ｍ／Ｔの比が閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように、制御される。

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／１３２，７１２号及び２０２０年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／１３２，７１３号の利益を主張する。両出願は、参照によりその全体がここに組み込まれる。

本開示の分野は、連続チョクラルスキ（ＣＣｚ）法による単結晶シリコンインゴットの製造方法に関するものであり、具体的には、坩堝アセンブリの外側溶融ゾーンに緩衝部材を添加する方法に関するものである。

連続チョクラルスキ（ＣＣｚ）法は、ヒ素又はリンが比較的大量にドーピングされるインゴット等、直径３００ｍｍ又は２００ｍｍのインゴットの形成によく適している。連続チョクラルスキ（ＣＣｚ）法は、シリコン溶融物から単結晶シリコンインゴットを形成する一方で、インゴットが成長している間に溶融物を補充するために溶融物に固体多結晶シリコンを連続的又は断続的に添加することを伴う。該方法は、ホットゾーンが温度を保っている間（すなわち複数のインゴットが成長している間、溶融物が坩堝アセンブリに連続的に存在している）、同じ溶融物から複数のインゴットを形成することを伴い得る。

顧客は、２００ｍｍと３００ｍｍの両方のインゴットについて、連続チョクラルスキ法によって成長したインゴットからスライスしたウェハが少ないボイド数（例えばウェハ当たり３０個未満の欠陥）を有することを、一層指定している。連続チョクラルスキ法は、物理的な障壁によって分離される少なくとも２つ、多くの場合３つの溶融ゾーン、－固体多結晶シリコンが供給される外側溶融ゾーン、溶融物が安定する中間溶融ゾーン、及びシリコンインゴットが引き上げられる内側溶融ゾーン－、を含む坩堝アセンブリを伴い得る。溶融物への固体多結晶シリコンの添加によって、溶融物において不活性ガスの気泡（例えばアルゴン気泡）の形成を引き起こし、ボイド数に影響を与える。

インゴットからスライスされたシリコンウェハの欠陥数を減少させ、及び／又は溶融物における不活性ガス気泡の形成を減少させ、又は不活性ガス気泡の消滅を促進させる、シリコンインゴットを形成する方法の要望が存在する。

本セクションは、本開示の様々な側面に関し得る様々な技術の側面を読者に紹介することを企図しており、以下で説明され開示される。この説明は、本開示の様々な側面のより良い理解を容易にするための背景情報を読者に提供するのに役立つことであると考えられる。従って、これら記述はこの観点で読まれるべきであり、先行技術の自認としてではない、と理解されるべきである。

本発明の一側面は、連続チョクラルスキプロセスにおいて単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に向けられている。シリコンの溶融物は、坩堝アセンブリにおいて形成される。緩衝部材のバッチは、溶融物に添加される。バッチの質量は、Ｍである。溶融物の表面は、種結晶と接触する。単結晶シリコンインゴットは、溶融物から引き抜かれる。単結晶シリコンインゴットは、本体を含む。溶融物に緩衝部材のバッチを添加して本体の成長の開始までの間の時間Ｔが存在する。Ｍ／Ｔの比は、単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハのボイド数を低減させるように閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御される。固体多結晶シリコン供給原料は、単結晶シリコンインゴットを引き抜いている間、溶融物を補充するために坩堝に添加される。

本発明の一側面は、連続チョクラルスキプロセスにおいて単結晶シリコンインゴットを成長させるためのＭ／Ｔの閾値比を決定する方法に向けられている。連続チョクラルスキプロセスは、坩堝アセンブリでシリコンの溶融物を形成すること、緩衝部材の質量Ｍのバッチを溶融物に添加すること、溶融物を種結晶と接触させること、単結晶シリコンインゴットを溶融物から引き抜くこと、ここで単結晶シリコンインゴットは本体を有しており、緩衝部材のバッチを溶融物に添加して本体の成長の開始までの時間Ｔが存在しており、及び単結晶シリコンインゴットを引き抜いている間に溶融物を補充するために固体多結晶シリコン供給原料を坩堝アセンブリに添加すること、を含む。Ｍ／Ｔの閾値比を決定する方法は、複数の単結晶シリコンインゴットを成長させることを含んでおり、ここで複数のインゴットのうち２つは、異なるＭ／Ｔ比で成長する。複数の単結晶シリコンインゴットからスライスされた複数のウェハの欠陥数が測定される。欠陥数が閾値欠陥数より少ないウェハがスライスされた単結晶シリコンインゴットのＭ／Ｔ比が確定される。

本開示の上記の側面に関して言及される特徴の様々な改良が存在する。さらなる特徴はまた、同様に本開示の上記の側面に組み込まれ得る。これらの改良及び追加の特徴は個々又は任意の組み合わせで存在し得る。例えば、示される本開示の実施形態の何れかに関連して以下で説明される様々な特徴は、単独又は任意の組み合わせで、本開示の上記の側面の何れかに組み込まれ得る。

そこに配置される固体多結晶シリコンチャージを有するインゴット引上げ装置の実施例の断面図である。

溶融物内に緩衝部材を含む溶融物を有するインゴット引上げ装置の断面図である。

シリコンインゴットがシリコン溶融物から引き上げられているところを示しているインゴット引上げ装置の断面図である。

Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔ未満であったインゴットからスライスされたウェハのボイド数を示したボックスプロットである。

Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより大きかったインゴットからスライスされたウェハのボイド数を示したボックスプロットである。

欠陥数をＭ／Ｔの関数として示した散布図である。

Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔ未満であったインゴットからスライスされたウェハのボックスプロットである。

Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより大きかったインゴットからスライスされたウェハのボックスプロットである。

他のインゴット引上げ装置の欠陥数をＭ／Ｔの関数として示した散布図である。

対応する参照符号は、図面の至るところに対応する要素を示している。

本開示の提供は、連続チョクラルスキ（ＣＣｚ）プロセスにおいて単結晶シリコンインゴットを成長させる方法に関する。緩衝部材（例えば石英カレット）は、インゴットの本体の形成前にシリコン溶融物に添加される。添加される緩衝部材の質量Ｍと、緩衝部材の添加からインゴットの本体の成長開始までの時間Ｔと、の比は、閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御される。緩衝部材の質量とインゴット本体が成長し始めるまでの時間との比（Ｍ／Ｔ）を、閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御することによって、シリコンウェハに得られる欠陥量は、低減され得る。

連続チョクラルスキプロセスによってインゴット６０を製造するインゴット引上げ装置５の実施例は、図３に示される。インゴット引上げ装置５は、半導体又はソーラグレードのシリコン材料の溶融物６が入っている坩堝アセンブリ１０を含む。サセプタ１３は、坩堝アセンブリ１０を支持する。坩堝アセンブリ１０は、側壁４０と、溶融物を異なる溶融ゾーンに分離する１つ以上の流体障壁２０、３０つまり「堰」と、を有する。示される実施形態において、坩堝アセンブリ１０は、第１堰２０を含む。第１堰２０と側壁４０とは、シリコン溶融物の外側溶融ゾーン４２を画定する。坩堝アセンブリ１０は、第１堰２０の内径側に第２堰３０を含み、該第２堰３０は、シリコン溶融物の内側溶融ゾーン２２を画定する。内側溶融ゾーン２２は、単結晶シリコンインゴット６０が成長する成長領域である。第１堰２０と第２堰３０とは、溶融物６が内側溶融ゾーン２２に向かって移動するに従って安定し得る、シリコン溶融物の中間溶融ゾーン３２を画定する。第１及び第２堰２０、３０はそれぞれ、内側溶融ゾーン２２の成長領域に向かって内径側に溶融シリコンが流れることを可能にするために、そこで画定される少なくとも１つの開口を有する。

示される実施形態において、第１堰２０、第２堰３０、及び側壁４０のそれぞれは、概して環状の形状を有する。第１堰２０、第２堰３０、及び側壁４０は、坩堝アセンブリ１０の底、又はフロア４５で結合される３つの入れ子の一部であり得る（すなわち、第１及び第２堰２０，３０は、より大きな坩堝内の２つの入れ子坩堝の側壁である）。図１－３に描かれる坩堝アセンブリ構成は、例示的なものである。他の実施形態において、坩堝アセンブリ１０は、堰がフロア４５から上方に延びる単層のフロア（すなわち入れ子坩堝を有さない）を有する。任意に、フロア４５は、湾曲というよりむしろ平坦であってもよく、及び／又は堰２０、３０及び／又は側壁４０は、まっすぐな面を有していてもよい。さらに、図示される坩堝アセンブリ１０は、２つの堰を備えて示されているが、他の実施形態の坩堝アセンブリ１０は、単体の堰を有してもよく、又は堰を有さないことさえあってもよい。

供給管４６は、例えば粒状、塊状、又は粒状と塊状との組み合わせであり得る多結晶シリコンを、インゴット６０の成長中に実質的に一定の溶融物の高さレベルと容積とを維持するために、十分な速度で外側溶融ゾーン４２に供給する。

概して、インゴット６０が引き抜かれる溶融物６は、初期シリコンチャージ２７（図１）を形成するために、多結晶シリコンを坩堝内に装填することによって形成される。概して、初期チャージは、約１０ｋｇから約２００ｋｇの多結晶シリコンであり、粒状、塊状、又は粒状と塊状との組み合わせであり得る。初期チャージの質量は、所望の結晶の直径とホットゾーンの設計とに依存する。多結晶シリコンが結晶成長中に連続的に供給されるので、初期チャージは、インゴット結晶の長さに反映しない。

例えば流動層反応器におけるシラン又はハロシランの熱分解によって製造された粒状多結晶シリコン、又はシーメンス反応器において製造された多結晶シリコンを含む様々な供給源の多結晶シリコンが使用され得る。以下で説明されるように、緩衝部材の量は、多結晶シリコン初期チャージ２７が溶融する前、又はその最中に、坩堝アセンブリ１０の外側溶融ゾーン４２における多結晶シリコンの初期チャージ２７に添加され得る。

チャージ２７を形成するように多結晶シリコン（及び任意に緩衝部材）が坩堝アセンブリ１０に添加されると、チャージ２７は、チャージが溶融するシリコンの溶融温度（例えば約１４１２℃）を超える温度に加熱され、それによって溶融シリコンを有するシリコン溶融物６（図２）を形成する。シリコン溶融物６は、溶融シリコンの初期容積と、初期溶融高さレベルとを有しており、これらのパラメータは、初期チャージ２７のサイズによって決定される。いくつかの実施形態において、シリコン溶融物６を有する坩堝アセンブリ１０は、少なくとも約１４２５℃、少なくとも約１４５０℃、又はさらに少なくとも約１５００℃、の温度に加熱される。

インゴット引上げ装置５は、内側溶融ゾーン２２内の溶融物からインゴット６０を成長させ、引き引き上げるための、引上げ機構１１４（図３）を含む。引上げ機構１１４は、引上げケーブル１１８と、引上げケーブル１１８の一端に結合されるシードホルダ又はチャック１２０と、シードホルダ又はチャック１２０に結合され、結晶成長を開始するための種結晶１２２と、を含む。引上げケーブル１１８の一端は、昇降機構（例えば駆動プーリ又はドラム、又は他の何らかの適した上昇機構のタイプ）に接続されており、他端は、種結晶１２２を保持するチャック１２０に接続される。操作において、種結晶１２２は、溶融物６に接触するために内側溶融ゾーン２２に降下する。引上げ機構１１４は、種結晶１２２を引き上げ軸Ａに沿って上昇させるために操作される。これにより、単結晶インゴット６０が溶融物６から引き上げられる。

多結晶シリコンのチャージ２７（図１）が溶融シリコンを有するシリコン溶融物６（図２）を形成するために液化すると、シリコン種結晶１２２（図３）は、溶融物６に接触するために内側溶融ゾーン２２内に降下する。次にシリコン種結晶１２２は、シリコンが付着した状態で溶融物６から引き抜かれ、そこでネック５２を形成し、それにより溶融物６の表面近傍又は該表面に溶融個体境界面を形成する。

引上げ機構１１４は、種結晶１２２とそれに接続されるインゴット６０とを回転させ得る。坩堝駆動ユニット４４は、サセプタ１３と坩堝アセンブリ１０とを回転させ得る。いくつかの実施形態において、シリコン種結晶１２２と坩堝アセンブリ１０とは、反対方向に回転、すなわち逆回転する。逆回転は、シリコン溶融物６の対流を為す。種結晶１２２の回転は主に、対称的な温度プロファイルを提供し、不純物の角度変化を抑制し、さらに結晶溶融表面形状を制御する、ために使用される。

ネック５２の形成後、ネック５２に隣接し外側にフレアとなっているシードコーン部５４（つまり「クラウン」）が成長する。概して、引上げレートは、ネック部の引上げレートから、外側にフレアとなっているシードコーン部５４を成長させるのに適したレートに減少する。シードコーン部が目標の直径に達成すると、本体５６つまりインゴット６０の「一定直径部」が成長する。いくつかの実施形態において、インゴット６０の本体５６の直径は、約１５０ｍｍ、少なくとも約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、約４５０ｍｍ、又はさらに少なくとも約４５０ｍｍである。

インゴット６０が溶融物６から引上げられる間、固体ポリシリコン供給原料は、インゴット成長装置５の溶融物６を補充するために、管４６又は他の流路を通して外側溶融ゾーン４２に添加される。固体多結晶シリコンは、多結晶シリコン供給システム６６から添加されてもよく、溶融レベルを維持するために連続的又は断続的にインゴット引上げ装置５に添加されてもよい。概して、多結晶シリコンは、当業者にとって可能な任意の方法によってインゴット引上げ装置５の中で計量されてもよい。

いくつかの実施形態において、ドーパントもまた、インゴット成長中に溶融物６に添加される。ドーパントは、ドーパント供給システム７２から導入されてもよい。ドーパントは、ガス又は固体として添加されてもよく、外側溶融ゾーン４２に添加されてもよい。

装置５は、成長するインゴット６０が凝固潜熱と溶融物６からの熱流速とを放射することを可能にするために、インゴット６０の周りに配置されるヒートシールド１１６を含み得る。ヒートシールド１１６は、少なくとも部分的に円錐形状であり得、インゴット６０が配置される環状開口を形成する角度で下方向に傾斜している。アルゴン等の不活性ガスの流れは、典型的には、成長している結晶の長さに沿って供給される。インゴット６０は、周囲の空気から密閉された成長チャンバ７８を通して引き上げられる。

独立して制御される複数の環状ボトムヒータ７０は、坩堝アセンブリ１０の下に放射状に配置され得る。環状ボトムヒータ７０は、坩堝アセンブリ１０の基部表面領域全体にわたって相対的に制御された分布で熱を加える。環状ボトムヒータ７０は、米国特許第７，６３５，４１４にて説明され、ここに全ての関連し一貫した目的の参照によって組み込まれている、個別に制御される平面抵抗加熱素子であってもよい。装置５は、溶融物６を通る温度分布を制御するために、坩堝アセンブリ１０の外径側に配置される１つ以上のサイドヒータ７４を含み得る。

図１－３に示され、ここで説明されるインゴット成長装置５は、例示的なものであり、結晶インゴットが特に定めがない限り使用され得る連続チョクラルスキ方法によって製造される一般的な任意のシステムである。

本開示の実施形態によれば、インゴット６０が成長する前に、緩衝部材３５（例えば石英カレット）のバッチ３１（図２）は、シリコン溶融物６に添加され、具体的には、外側溶融ゾーン４２に添加される。緩衝部材３５は、溶融物６内で浮く（すなわち一部が溶融物６の表面上に配置される）ように、シリコン溶融物６より密度が低くあり得る。外側溶融ゾーン４２に添加され得るのに適した緩衝部材３５は、例えば、供給管４６を通って添加されるポリシリコンが溶融物６に直接入るのを防止する、及び／又は不活性ガス気泡が消失している表面領域を提供する、固体材料を含む。緩衝部材３５は、緩衝部材３５間に隙間を形成してもよい。緩衝部材３５は、（例えば落下する多結晶供給原料によって衝撃を受けたときに）自由に移動し得る。いくつかの実施形態において、緩衝部材３５は、石英カレット等、石英を含む。石英カレットが使用される場合、カレットは、任意の適した形状（例えば円筒）と、任意の適したサイズ（例えば円筒カレットが使用される場合、直径約１ｍｍ～１０ｍｍ及び／又は長さ約１ｍｍ～約１０ｍｍ）と、を有し得る。

緩衝部材３５のバッチ３１が溶融物６に添加された後、インゴット６０は、溶融物６から引き上げられる。本開示の実施形態によれば、溶融物６に添加される緩衝部材３５のバッチ３１の質量Ｍと、緩衝部材３５のバッチ３１を溶融物６に添加してからインゴット本体５６（図３）が成長し始める時までの間の時間Ｔと、の比は、Ｍ／Ｔの比が単結晶シリコンインゴットからスライスされたウェハ内のボイド数を低減させるようにＭ／Ｔの閾値比よりも大きくなるように、制御される。概して、時間Ｔは、緩衝部材３５のバッチ３１が完全に添加されて、インゴット本体５６が成長し始める時までの時間に対応する。

いくつかの実施形態において、Ｍ／Ｔの比は、単結晶シリコンインゴットからスライスされたウェハが、０．２μｍ以上のサイズの欠陥が３０未満のボイド数又はさらに０．２μｍ以上のサイズの欠陥が２０未満のボイド数を有するように、閾値Ｍ／Ｔよりも大きくなるように制御される。閾値Ｍ／Ｔは、インゴット引上げ装置のホットゾーン設計によって異なっていてもよい。閾値Ｍ／Ｔを決定するために、閾値欠陥数（例えば０．２μｍ以上のサイズの欠陥が３０欠陥未満、２０欠陥未満、又は１０欠陥未満等、製造業者及び／又は顧客にとって望ましい最大欠陥数）が設定される。複数の単結晶シリコンインゴットを成長させ、そのうち（例えば２、３、５、１０、２５、１００インゴット）少なくとも２つのインゴットは、異なるＭ／Ｔ比で成長する。複数の単結晶シリコンインゴットからスライスされた１つ以上のウェハの欠陥数は、（例えばＳＰ１検査ツールで）測定される。閾値欠陥数より少ない欠陥数を有するウェハがスライスされた単結晶シリコンのＭ／Ｔの比は、測定された欠陥数に基づいて確定される（すなわち、閾値Ｍ／Ｔは、欠陥数が閾値欠陥数以下であったＭ／Ｔの値に基づいて決定される）。

いくつかの実施形態において、Ｍ／Ｔがより大きくなるように制御される閾値Ｍ／Ｔは、４０ｇ／ｈである。他の実施形態において、閾値Ｍ／Ｔは、５０ｇ／ｈ又はさらに５５ｇ／ｈである。いくつかの実施形態において、Ｍ／Ｔがより大きくなるように制御される閾値Ｍ／Ｔは、６０ｇ／ｈである。さらに他の実施形態において、Ｍ／Ｔがより大きくなるように制御される閾値Ｍ／Ｔは、７０ｇ／ｈである。閾値Ｍ／Ｔ（及びインゴットを成長させるインゴット引上げ装置で使用される実際のＭ／Ｔ）は、インゴット成長プロセスの実用的限界（例えば固体ポリシリコンが緩衝部材の上にマウンドし始める場合等、固体ポリシリコンインゴットの溶融物への流れが妨げられない場合）によって拘束され得る。例えば、Ｍ／Ｔは、上記の閾値Ｍ／Ｔを上回り、且つ５００ｇ／ｈ未満又はさらに２５０ｇ／ｈ未満となるように、制御され得る。

図２に示されるように、本開示のいくつかの実施形態によれば、緩衝部材３５のバッチ３１は、緩衝部材３５が坩堝アセンブリ１０の側壁４０から第１堰２０に連続的に延びるように、十分に大きくてもよい。

この際、緩衝部材３５（例えば石英カレット）のバッチ３１の質量Ｍは、概して、初期チャージ２７（図１）が溶融される前に添加されたいずれの緩衝部材を除外する（すなわち、固体単結晶チャージに添加された緩衝部材の初期チャージを除外する）。

Ｍ／Ｔの比が閾値Ｍ／Ｔより大きくなるようにＭ／Ｔの比を制御するために、外側溶融ゾーン４２に添加される緩衝部材３５のバッチ３１の質量Ｍを増加させてもよく、又は緩衝部材の添加とインゴット６０の本体５６の成長との間の時間Ｔを減少させてもよい（例えば緩衝部材をより遅く、すなわちインゴット本体５６が成長し始める時に近づけて、添加することによって）。Ｍ／Ｔを閾値Ｍ／Ｔ「より大きく」なるように制御することは、概して最小Ｍ／Ｔがインゴット成長プロセスで使用するために選択または設定される任意の方法を含む（すなわちインゴット成長プロセスにおけるＭ／Ｔが最小値に「等しい」又は大きい、言い換えれば閾値Ｍ／Ｔは、Ｍ／Ｔが閾値より大きくなるように選択された最小Ｍ／Ｔより小さい単位である、実施形態を含む）ことに留意すべきである。

インゴット６０が溶融物６から引き抜かれるに従って、固体単結晶シリコン供給原料は、溶融物６を補充するために、単結晶シリコンインゴット６０を引き抜いている間に坩堝アセンブリ１０に添加される。いくつかの実施形態において、緩衝部材３５は、インゴットが成長している（例えばネック、クラウン及び／又は本体）間に溶融物に添加されない。本開示の他の実施形態のようにネック５２及び／又はクラウン５４の成長中に緩衝部材が添加されると、緩衝部材３５のバッチ３１の質量Ｍは、種結晶１２２（図３）が下降している間に添加された任意の緩衝部材、及び／又はインゴット６０のネック５２及びクラウン５４の成長中に添加された任意の緩衝部材、ならびに種結晶１２２の下降前（及び固体単結晶シリコンチャージの溶融後、及び／又はもしあれば前のインゴットの成長終了後）に追加された任意の緩衝部材、を含み得る。本開示のいくつかの実施形態において、インゴット本体５６が溶融物６から引き上げられている間、緩衝部材３５は、添加されない。緩衝部材３５がインゴット本体５６の成長中に添加される場合、そのような緩衝部材３５は、インゴット６０の本体５６の成長前に添加されたバッチ３１の一部とみなされない（すなわちバッチ３１の質量Ｍの一部でない）。

いくつかの連続チョクラルスキプロセスにおいて、ホットゾーン（すなわち坩堝アセンブリ１０及びサセプタ１３等、装置５の下部）が坩堝アセンブリ１０内に連続的に存在するシリコン溶融物６と共に加熱されている状態の間に、１つ以上のインゴットは、成長する。そのような方法において、第１インゴットは、目標の長さまで成長して、成長は終了し、インゴットは、インゴット引上げ機から除去され、種結晶は、第２単結晶シリコンインゴットの成長を開始するために溶融物の中に下降する（すなわち第１インゴットが引き抜かれた同じ溶融物を使用する）。その次のインゴットは、ホットゾーンがそのままで、坩堝アセンブリ１０内の連続シリコン溶融物が存在する温度で、成長し得る（例えば坩堝アセンブリの冷却及び劣化した構成要素の交換を必要とする等、ホットゾーンのうち１つ以上の構成要素が劣化するまで）。例えば、少なくとも１、２、３、４、５、６、１０、又は２０以上のインゴットが成長し得る。

第１インゴット６０の成長が終了し、インゴットが除去された（例えばインゴット引上げ装置の引上げチャンバ１０から除去された）後、第２の緩衝部材のバッチは、第１インゴットが除去された後に残っている溶融物に添加され得る。種結晶１２２（すなわち第１インゴットを引き上げるために使用された同じ種結晶又は異なる種結晶）は、溶融物に接触するために下降する。本開示の実施形態によれば、溶融物に添加される第２の緩衝部材のバッチの質量Ｍ_２と、第２の緩衝部材のバッチを添加してインゴットの本体の成長が開始するまでの時間Ｔ_２と、の比は、第２単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハのボイド数を低減させるように閾値Ｍ／Ｔ（すなわち上記で参照された閾値Ｍ／Ｔ）より大きくなるように制御される。この際、第２のバッチが添加される時、溶融物に依然として残っている第１の緩衝部材のバッチの量が存在してもよい。第１のバッチの量（又は全量）は、シリコン溶融物の中での溶融により枯渇し得る。溶融物に残っている第１のバッチは、概して第２のバッチの質量Ｍ_２の一部でない。

インゴット引上げ装置５は、緩衝部材３５のバッチを外側溶融ゾーン４２に添加するための緩衝部材供給システム５５（図２）を含んでいてもよい。緩衝システム５５は、緩衝部材を自動で添加又は手動で添加するように構成されていてもよい。例えば、緩衝部材供給システム５５は、緩衝部材（例えば石英カレット）を収容する貯蔵容器と計量装置（例えば計量ホッパー、測量ホイール、又は同様のもの）とを含んでいてもよい。緩衝部材供給システム５５は、ポリシリコンが添加される管４６と同じ、又は分離した、緩衝部材供給管を含んでもよい。緩衝部材３５は、作業者によって量り分けられてもよく、又は緩衝部材供給システム５５によって自動的に管に供給されてもよい。

従来の連続チョクラルスキプロセスで単結晶シリコンインゴットを成長させる方法と比較して、本開示の方法は、いくつかの利点を有する。溶融物に添加される緩衝部材のバッチの質量Ｍと、溶融物に緩衝部材のバッチが添加されて単結晶シリコンインゴットの本体が成長し始める時までの間の時間Ｔと、の比がＭ／Ｔの閾値より大きくなるように制御することによって、そのような連続チョクラルスキ方法で成長したインゴットからスライスされたウェハのボイド数は、低減され得る。例えば、そのようなウェハは、ウェハ当たり３０個未満の欠陥（０．２μｍ以上のサイズで、ＳＰ１検査ツールで測定された）を有し得る。何らかの特定の理論に拘束されることなく、坩堝アセンブリの外側溶融ゾーン内への多結晶シリコンの添加によって、不活性ガス（例えばアルゴン）の比較的小さな気泡（例えば１０ｐｍ未満）が生じ、該気泡は、気泡が固体－溶融物境界面に到達することを可能とするそれぞれの堰内の開口を通って溶融物によって運ばれ得る、と考えられる。緩衝部材は、多結晶供給原料が溶融物に直接ダンプするのを妨げることによって、不活性ガスの溶融物への封入を妨げるように作用し得る。緩衝部材はまた、不活性ガス気泡が集合するための表面領域と核形成点とを提供し得、それによって気泡のサイズを大きくし、浮力をもつことを可能にする。溶融物に添加される緩衝部材のバッチの質量Ｍと、溶融物に緩衝部材のバッチを添加してインゴット本体の成長開始までの間の時間Ｔと、の比を少なくとも６０ｇ／ｈまで増加させることによって、緩衝部材が不活性ガスの衝突を低減させ及び／又は不活性ガス気泡を消失させる、効率が増加する。

本開示のプロセスは、以下の実施例によってさらに示される。これら実施例は限定的な意味とみなされるべきではない。

実施例１：Ｍ／Ｔの閾値より小さいＭ／Ｔのインゴットから成長したウェハのボイド数

単結晶シリコンインゴットは、図３に示される装置と同様のインゴット引上げ装置において連続チョクラルスキ方法で成長した。シリコンインゴットは、３００ｍｍの本体部分を有して成長し、赤リンがドープされた。多結晶シリコンの初期チャージは、外側溶融ゾーン、中間溶融ゾーン、及び内側溶融ゾーン、に添加された。石英カレット（４ｋｇ）は、外側溶融ゾーンの多結晶供給原料の上部に添加された。チャージが溶融した後、追加の多結晶シリコンは、多結晶シリコン供給システムを通じて、初期チャージが完全に形成されるまで添加された。石英カレットのバッチ（１ｋｇ）は、溶融物に添加された。種結晶が下降し、単結晶シリコンインゴットは、溶融物から成長した。その後インゴットは、ホットゾーンが温度を維持している間（すなわちホットゾーンを冷却させずに同じ溶融物から）、成長した。後続の各インゴットの成長前に、緩衝部材（石英カレット）のバッチ（１．５ｋｇ）は、外側溶融ゾーンに添加された。１回目のインゴットは、溶融物に添加される緩衝部材のバッチの質量Ｍと、溶融物に緩衝部材のバッチを添加してインゴット本体の成長開始までの間の時間Ｔと、の比が閾値Ｍ／Ｔ未満（この場合６０ｇ／ｈ未満）の状態の成長であった。２回目のインゴットは、最初のインゴットの後にＭ／Ｔの比が閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように（すなわち６０ｇ／ｈ以上）、成長した。示したように、２回目のうち１つのインゴットは、効果の確認のために閾値Ｍ／Ｔより小さいＭ／Ｔで成長した。

１回目の試験（Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより小さい）のインゴットと、２回目の試験（Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより大きい）のインゴットと、からスライスされたウェハの欠陥数がそれぞれ図４及び５に示されている。図の比較からわかるように、Ｍ／Ｔを閾値Ｍ／Ｔまで増加させることによって、ウェハの欠陥成長が３０欠陥／ウェハ未満に減少し、それによって顧客指定の範囲内にあるウェハの量が増加した。図６は、欠陥数をＭ／Ｔ比の関数として（赤リンインゴットとヒ素がドープされた他のインゴットとの両方について）示した散布図である。図６に示されるように、欠陥数は、Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより大きい全ての試験において、３０欠陥／ウェハ未満であった。

実施例２：欠陥数の軸トレンド

図７は、Ｍ／Ｔが約２７ｇ／ｈであった実施例１のプロセスで成長したインゴットの軸方向に沿ってスライスされたウェハの欠陥数を示している。図７に示されるように、インゴットの軸全体にわたる欠陥数は、３０欠陥／ウェハより大きかった。図８は、Ｍ／Ｔが約７０ｇ／ｈであった実施例１のプロセスで成長したインゴットの軸方向に沿ってスライスされたウェハの欠陥数を示している。図８に示されるように、インゴットの軸全体にわたる欠陥数は、３０未満であった。両方の条件下で成長したインゴットは、欠陥の軸方向の均一性を示した。このことは、緩衝部材がインゴット本体の成長中に添加される必要がないことを、示している。

実施例３：インゴット引上げ装置の閾値Ｍ／Ｔの決定

図９は、図３に示される装置と同様の単結晶シリコンインゴットからスライスしたウェハの欠陥数をＭ／Ｔ比の関数として示した散布図である。インゴット引上げ装置は、実施例１－２で使用されたものとは異なる装置であった。図９に示されるように、Ｍ／Ｔの最小閾値を７０ｇ／ｈとすると、Ｍ／Ｔが閾値Ｍ／Ｔより大きい全ての試験において欠陥数が３０欠陥／ウェハ未満という結果となった。インゴット引上げ装置の閾値Ｍ／Ｔ（すなわち最小値）は、約７０ｇ／ｈと決定された。

寸法、濃度、温度、又は他の物理的もしくは化学的性質又は特性、の範囲と関連して使用される場合、ここで使用される用語「約」、「実質的に」、「本質的に」、及び「おおよそ」は、性質又は特性の範囲の上限及び／又は下限に存在し得る変動を網羅し、例えば丸め、測定方法論、又は他の統計的変動から生じる変動を含んでいることを意味する。

本開示の要素またはその実施形態を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は１つ又は複数の要素があることを意味すると意図される。用語「有する」、「含む」、「含む」、及び「有する」は包括的であることが意図され、列挙された要素以上の追加の要素があり得ることを意味する。特定の向きを示す用語（例えば「上」、「底」、「側」等）は説明の便宜のためであり、説明されたアイテムの特定の向きを何ら要求しない。

本開示の範囲から逸脱することなく、上記の構造および方法において様々な変更がなされ得るので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるべきことが意図される。

Claims (26)

1. 連続チョクラルスキプロセスにおいて単結晶シリコンインゴットを成長させる方法であって、前記方法は、
   坩堝アセンブリにおいてシリコンの溶融物を形成すること、
   緩衝部材の質量Ｍのバッチを前記溶融物に添加すること、
   前記溶融物の表面を種結晶と接触させること、
   前記溶融物から単結晶シリコンインゴットを引き抜くこと、ここで前記単結晶シリコンインゴットは本体を有しており、前記溶融物に前記緩衝部材のバッチを添加して前記本体の成長の開始までの間の時間Ｔが存在し、
   前記単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハのボイド数を低減させるようにＭ／Ｔの比を閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御すること、
   前記単結晶シリコンインゴットを引き抜いている間、前記溶融物を補充するために前記坩堝アセンブリに固体多結晶シリコン供給原料を添加すること、
   を備える、方法。
2. 前記Ｍ／Ｔの比は、前記単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハが、ボイド数が０．２μｍ以上のサイズの３０未満の欠陥となるように、閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｍ／Ｔの比は、前記単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハが、ボイド数が０．２μｍ以上のサイズの２０未満の欠陥となるように、閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御される、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記方法は、
   複数の単結晶シリコンインゴットを成長させること、ここで、前記複数のインゴットのうち少なくともの２つは、異なるＭ／Ｔの比で成長しており、
   前記複数の単結晶シリコンインゴットからスライスされた１つ以上のウェハの欠陥数を測定すること、
   欠陥数が閾値欠陥数より少ないウェハがスライスされた単結晶シリコンインゴットのＭ／Ｔ比を確定すること、
   によって閾値Ｍ／Ｔを決定すること、を有する、
   請求項１～３の何れか１つに記載の方法。
5. 前記閾値欠陥数は、０．２μｍ以上のサイズの欠陥が３０である、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記閾値Ｍ／Ｔは、４０ｇ／ｈ、５０ｇ／ｈ、又は５５ｇ／ｈである、
   請求項１～５の何れか１つに記載の方法。
7. 前記閾値Ｍ／Ｔは、６０ｇ／ｈである、
   請求項１～５の何れか１つに記載の方法。
8. 前記閾値Ｍ／Ｔは、２５０ｇ／ｈ未満である、
   請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記単結晶シリコンインゴットの前記本体の直径は、約１５０ｍｍ、少なくとも約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、約４５０ｍｍ、又はさらに少なくとも約４５０ｍｍである、
   請求項１～８の何れか１つに記載の方法。
10. 前記緩衝部材は、石英製である、
    請求項１～９の何れか１つに記載の方法。
11. 前記緩衝部材は、石英カレットである、
    請求項１～９の何れか１つに記載の方法。
12. 前記緩衝部材のバッチは、第１のバッチであり、前記単結晶シリコンインゴットは、第１シリコンインゴットであり、前記方法は、
    前記第１単結晶シリコンインゴットの成長を終了させること、
    第２の緩衝部材の質量Ｍ_２のバッチを前記溶融物に添加すること、
    前記溶融物の表面を種結晶と接触させること、
    第２単結晶シリコンインゴットを前記溶融物から引き抜くこと、ここで前記第２単結晶シリコンインゴットは本体を有しており、前記溶融物に前記第２の緩衝部材のバッチを添加して前記本体の成長の開始までの間の時間Ｔ_２が存在し、前記第２単結晶シリコンインゴットからスライスされるウェハのボイド数を低減させるようにＭ_２／Ｔ_２の比が前記閾値Ｍ／Ｔより大きくなるように制御される、
    を備える、請求項１～１１の何れか１つに記載の方法。
13. 前記坩堝アセンブリは、堰と側壁とを有しており、前記堰及び前記側壁は、前記堰と前記側壁との間に外側溶融ゾーンを画定し、前記緩衝部材のバッチは、前記外側溶融ゾーンに添加される、
    請求項１～１２の何れか１つに記載の方法。
14. 前記堰は、第１堰であり、前記坩堝アセンブリは、前記第１堰の内径側に第２堰を有しており、前記第１堰及び前記第２堰は、前記第１堰と前記第２堰との間に中間溶融ゾーンを画定し、前記第２堰は、前記第２堰内に内側溶融ゾーンを画定する、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記坩堝アセンブリの前記シリコン溶融物は、前記坩堝アセンブリへの固体多結晶シリコンの初期チャージの添加によって形成されており、前記方法は、
    緩衝部材のバッチを前記固体多結晶シリコンの初期チャージに添加すること、
    前記固体多結晶シリコンの初期チャージをそこに配置された前記緩衝部材と共に溶融させること、
    を備える、請求項１～１４の何れか１つに記載の方法。
16. 前記緩衝部材は密度が、前記緩衝部材が前記溶融物内で浮くように、前記シリコン溶融物より低い、
    請求項１～１５の何れか１つに記載の方法。
17. 前記単結晶シリコンインゴットは、前記坩堝アセンブリの前記シリコン溶融物が形成された後に前記溶融物から引き抜かれる最初のインゴットである、
    請求項１～１６の何れか１つに記載の方法。
18. 前記単結晶シリコンインゴットは、最初の単結晶シリコンインゴットが前記溶融物から引き抜かれた後に成長する単結晶シリコンインゴットである、
    請求項１～１６の何れか１つに記載の方法。
19. 前記単結晶シリコンインゴットの前記本体が前記溶融物から引き抜かれている間、緩衝部材は、添加されない、
    請求項１～１８の何れか１つに記載の方法。
20. 前記単結晶シリコンインゴットのネック及び／又はクラウンが前記溶融物から引き抜かれている間、緩衝部材は、添加されない、
    請求項１～１９の何れか１つに記載の方法。
21. 坩堝アセンブリでシリコンの溶融物を形成すること、緩衝部材の質量Ｍのバッチを前記溶融物に添加すること、前記溶融物を種結晶と接触させること、単結晶シリコンインゴットを前記溶融物から引き抜くこと、ここで前記単結晶シリコンインゴットは本体を有しており、前記緩衝部材のバッチを前記溶融物に添加して前記本体の成長の開始までの間の時間Ｔが存在し、及び前記単結晶シリコンインゴットを引き抜いている間に前記溶融物を補充するために固体多結晶シリコン供給原料を前記坩堝アセンブリに添加すること、を含む連続チョクラルスキプロセスにおいて単結晶シリコンインゴットを成長させるためのＭ／Ｔの閾値比を決定する方法であって、前記方法は、
    複数の単結晶シリコンインゴットを成長させること、ここで、前記複数のインゴットのうち少なくとも２つは、異なるＭ／Ｔ比で成長しており、
    前記複数の単結晶シリコンインゴットからスライスされた１つ以上のウェハの欠陥数を測定すること、
    欠陥数が閾値欠陥数より少ないウェハがスライスされた単結晶シリコンインゴットのＭ／Ｔ比を確定すること、
    を備える、方法。
22. 前記閾値欠陥数は、０．２μｍ以上のサイズの欠陥が２０である、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記閾値欠陥数は、０．２μｍ以上のサイズの欠陥が３０である、
    請求項２１に記載の方法。
24. 前記緩衝部材は、石英製である、
    請求項２１～２３の何れか１つに記載の方法。
25. 前記緩衝部材は、石英カレットである、
    請求項２１～２３の何れか１つに記載の方法。
26. 前記複数の単結晶シリコンインゴットからスライスされた１つ又は複数のウェハの欠陥数を測定することは、前記ウェハの表面に光を向け、前記表面からの反射光を検出することを含む、
    請求項２１～２３の何れか１つに記載の方法。

Images