JP4313356B2 - 低欠陥密度シリコン - Google Patents
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Description
ΔGIは自由エネルギーの変化であり、
kはボルツマン定数であり、
Tは温度(K)であり、
[I]は、単結晶シリコン中の時間および空間の点における自己格子間物の濃度であり、そして
[I]eqは、温度Tにおける、および[I]が生成する時間および空間の同一点における自己格子間物の平衡濃度である。
所定のホットゾーン設計を有する結晶引き上げ装置の最適化手順
最初の200mmの単結晶シリコンインゴットを、結晶の長さに関して、引き上げ速度を0.75mm/分から約0.35mm/分に直線的に変化させた条件下で成長させた。図14は、結晶の長さを関数とする引き上げ速度を示す。結晶引き上げ装置内における成長中の200mmインゴットの以前に確立された軸温度特性と、平均軸温度勾配G0、すなわち、溶融/固体界面での軸温度勾配における以前に確立された半径方向の変化とを考慮して、このような引き上げ速度を選択して、インゴットが、中心からインゴットの一方の末端の縁まで空孔優勢材であり、そして中心からインゴットのもう一方の末端の縁まで格子間物優勢材であることを確実にした。成長したインゴットを長さ方向にスライスし、凝集した格子間欠陥の生成がどこから始まっているかを決定するために分析した。
他の引き上げ速度でのさらなる結晶の成長およびこのような結晶のさらなる分析により、v*(Z)の実験的な定義をさらに精密化する。
G0(r)における半径方向変化の低下
図17および図18は、溶融/固体界面での軸温度勾配G0(r)の半径方向変化の減少によって達成され得る品質の改善を例示する。空孔および格子間物の(溶融/固体界面から約1cmでの)初期濃度を、2つの場合について、異なるG0(r)を用いて計算した:(1)G0(r)=2.65+5×10−4r2(K/mm)および(2)G0(r)=2.65+5×10−5r2(K/mm)。それぞれの場合について、引き上げ速度を、空孔が多いシリコンと格子間物が多いシリコンとの境界が3cmの半径のところに位置するように調節した。場合1および場合2のために使用した引き上げ速度は、それぞれ、0.4mm/分および0.35mm/分であった。図18から、結晶の格子間物が多い部分における格子間物の初期濃度は、初期軸温度勾配の半径方向の変化が減少すると、劇的に減少することが明らかである。これにより、格子間物の過飽和による格子間欠陥クラスターの生成を回避することがより容易になるために材料品質は改善される。
格子間物に関する増加した外方拡散時間
図19および図20は、格子間物の外方拡散に必要な時間を増大させることによって達成され得る品質の改善を例示する。格子間物の初期濃度を、2つの場合について、結晶において異なる軸温度特性dT/dzを用いて計算した。溶融/固体界面での軸温度勾配は両方の場合について同じであり、その結果、格子間物の(溶融/固体界面から約1cmでの)初期濃度は両方の場合について同じである。本実施例において、引き上げ速度を、結晶全体が、格子間物が多くなるように調節した。引き上げ速度は、両方の場合について同じであり、0.32mm/分であった。場合2における格子間物の外方拡散に必要な時間が長いほど、格子間物濃度の全体的な減少が得られる。これにより、格子間物の過飽和による格子間欠陥クラスターの生成を回避することがより容易になるために材料品質は改善される。
長さが700mmで、直径が150mmの結晶を、様々な引き上げ速度で成長させた。引き上げ速度を、段部(肩部)での約1.2mm/分から、段部(肩部)から430mmのところでの0.4mm/分までほぼ直線的に変化させ、次いで、段部から700mmのところでの0.65mm/分にまでほぼ直線的に戻した。この特定の結晶引き上げ装置におけるこのような条件下において、半径全体を、結晶の段部から約320mm〜約525mmの範囲の結晶の長さにわたって、格子間物が多い条件下で成長させた。約525mmの軸位置および約0.47mm/分の引き上げ速度で、結晶は、直径全体にわたって、凝集した真性の点欠陥クラスターを含まない。言い換えれば、軸対称領域の幅、すなわち、凝集した欠陥を実質的に含まない領域の幅がインゴットの半径に等しい結晶の小さな部分が存在する。
Claims (9)
- 中心軸、中心軸にほぼ垂直な前面および後面、周囲縁、および中心軸からウエハの周囲縁に延在する半径を有し、少なくとも150mmまたは200mmまたは200mm超の直径を有する単結晶シリコンウエハであって、
該ウエハが、チョクラルスキー法によって成長された単結晶シリコンインゴットからスライスされ、凝集真性点欠陥を実質的に有さない軸対称領域を有し、該軸対称領域が、ウエハの周囲縁から半径方向に内向きに延在し、周囲縁から中心軸に向かって半径方向に測定される幅を有し、該幅がウエハの半径の長さの少なくとも40%であって、13PPMA未満である酸素含量を有する単結晶シリコンウエハ。 - 軸対称領域がほぼ環状であり、および、環状領域の半径方向に内側に存在する空孔優勢材料から成るほぼシリンダー状の領域をウエハが付加的に有して成る請求項1に記載のウエハ。
- 11PPMA未満である酸素含量を有する請求項1に記載のウエハ。
- 酸素析出核形成中心が存在しない請求項1に記載のウエハ。
- 中心軸、シードコーン、エンドコーン、ならびに、周囲縁、および中心軸から周囲縁に延在する半径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を有するチョクラルスキー法によって成長された少なくとも150mmまたは200mmまたは200mm超の直径を有する単結晶シリコンインゴットであって、単結晶シリコンインゴットが、インゴットを成長させ凝固温度から冷却した後に、直径一定部分が、凝集真性点欠陥を実質的に有さない軸対称領域を有し、該軸対称領域は、インゴットの周囲縁から半径方向に内向きに延在し、インゴットの中心軸に向かって周囲縁から半径方向に測定してインゴットの直径一定部分の半径の長さの少なくとも30%の幅を有し、該中心軸に沿って測定してインゴットの直径一定部分の長さの少なくとも20%の長さを有し、13PPMA未満である酸素含量を有することを特徴とする単結晶シリコンインゴット。
- 軸対称領域の長さが、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも40%である請求項5に記載の単結晶シリコンインゴット。
- 軸対称領域の長さが、インゴットの直径一定部分の長さの少なくとも60%である請求項6に記載の単結晶シリコンインゴット。
- 軸対称領域が、直径一定部分の半径の長さの少なくとも60%である幅を有する請求項5に記載の単結晶シリコンインゴット。
- 軸対称領域が、直径一定部分の半径の長さの少なくとも80%である幅を有する請求項8に記載の単結晶シリコンインゴット。
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