JP5974978B2 - シリコン単結晶製造方法 - Google Patents
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Description
これらはウエーハ内部の重金属等の汚染原子を捕獲してデバイス特性を向上させるIG能力を有することが知られており、ウエーハのバルク部での酸素析出量やBMD密度が高くなるほど高性能かつ信頼性の高いデバイスを得ることができる。
上記のような半導体デバイスに有効なIG能力や高酸素を付与するために、単結晶成長中に酸素を高濃度に取り込むよう制御する製造が行われている。
リンをドープしたシリコン融液からMCZ法によってシリコン単結晶を引き上げるリンドープシリコン単結晶の製造方法であって、
前記リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が2×1016atoms/cm3以上となるようにリンをドープし、前記シリコン融液に中心磁場強度が2,000ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上の前記リンドープシリコン単結晶を製造することを特徴とするリンドープシリコン単結晶の製造方法を提供する。
リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が2×1016atoms/cm3以上となるようにリンをドープし、シリコン融液に中心磁場強度が2,000ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上のリンドープシリコン単結晶を製造する方法である。
無磁場の環境下における原料融液3の対流は融液内部の酸素の輸送量が大きく、融液表層部への酸素の運搬量が増大する。融液表層部への酸素の運搬量が増大することで、酸素蒸発量が著しく増加し、結果として融液中の酸素量が減少しやすい。一方、MCZ法、特には水平磁場では原料融液3を強磁場環境下とすることで、融液表層部への酸素の運搬量及び酸素蒸発量を抑制し、融液中の酸素量を制御することが可能となる。
本発明では、メインチャンバー1内に装備するホットゾーンの最適構造、原料融液面や発熱中心の位置関係等の最適条件、あるいは、メインチャンバー1内部の不活性ガスの対流条件は熱数値解析シュミレーションソフトFEMAG(文献:F.Dupret, P.Nicodeme, Y.Ryckmans, P.Wouters, and M.J.Crochet, Int.J. Heat Mass Transfer, 33, 1849 (1990))の計算により算出した。
また、ドーパントの投入方法は、石英ルツボ4中に多結晶シリコンを充填する際にドープ剤を投入する、あるいは加熱ヒーター8によって多結晶シリコンの溶融完了後にドープ剤を投入してもよい。また、ドープ剤にはシリコン結晶とリンの合金、あるいは赤燐片を用いることができる。
単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が2.5×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を2.5×1016atoms/cm3以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が3,000ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表1に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が2.5×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を2.5×1016atoms/cm3以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が2,200ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例1と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表2に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が2.5×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を2.5×1016atoms/cm3以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を80hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が3,000ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例1と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表3に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶テール側のリン濃度が1.1×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を1.1×1016atoms/cm3以下とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が3,000ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例1と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表4に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が2.5×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を2.5×1016atoms/cm3以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が1,500ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例1と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表5に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶テール側のリン濃度が1.1×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴部全長におけるリン濃度を1.1×1016atoms/cm3以下とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、MCZ法を用い、中心磁場強度が1,000ガウスとなるように水平磁場を印加しながら、直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。その他の引き上げ条件は実施例1と同様の条件で単結晶の引き上げを行った。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表6に示す。
実施例1と同様に、単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内に設置された口径32インチ(800mm)の石英ルツボ内に、シリコン多結晶原料360kgを充填した。さらに加熱ヒーターを用いて加熱して原料を溶融し、その後抵抗調整用に引き上げ単結晶中の結晶肩のリン濃度が2.5×1016atoms/cm3となるようにリンドーパントを投入し、単結晶直胴全長におけるリン濃度を2.5×1016atoms/cm3以上とした。そして、単結晶引き上げ中の単結晶引き上げ装置内の炉内圧を150hPaとし、磁場を印加しない条件(0ガウス)で直径300mm、直胴長さ140cmのn型シリコン単結晶を育成した。
引き上げたシリコン単結晶を直胴部の端からの長さが0、20、40、60、80、100、120、140cmの位置からウエーハを採取し、各結晶位置のウエーハの酸素濃度をFT−IRによって測定した結果を以下の表7に示す。
図2、図3のグラフに示されるように、実施例1〜3では単結晶直胴部のいずれの位置においても酸素濃度が1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上であった。また、単結晶中のリン濃度が2×1016atoms/cm3未満である比較例1、印加する水平磁場強度が2,000ガウス未満である比較例2、単結晶中のリン濃度が2×1016atoms/cm3未満であり印加する水平磁場強度が2,000ガウス未満である比較例3、磁場を印加しない比較例4では、単結晶直胴部のいずれの位置においても酸素濃度が1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)未満であった。
4…石英ルツボ、 5…黒鉛ルツボ、 6…受け皿、
7…支持軸、 8…加熱ヒーター、 9…断熱材、
10…下部断熱材、 11…リンドープシリコン単結晶、 12…ガス整流筒、
13…熱遮蔽板、 14…冷却筒、 15…マグネット
Claims (1)
- リンをドープしたシリコン融液からMCZ法によってシリコン単結晶を引き上げるリンドープシリコン単結晶の製造方法であって、
前記リンドープシリコン単結晶中のリン濃度が2×1016atoms/cm3以上となるようにリンをドープし、前記シリコン融液に中心磁場強度が2,000ガウス以上となるように水平磁場を印加することで、酸素濃度が1.6×1018atoms/cm3(ASTM’79)以上の前記リンドープシリコン単結晶を製造する方法であり、
前記リンドープシリコン単結晶を引き上げる際、前記リンドープシリコン単結晶の引き上げに用いる単結晶引き上げ装置内の炉内圧を100hPa以上とすることを特徴とするリンドープシリコン単結晶の製造方法。
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