JP6645408B2 - シリコン単結晶製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ - Google Patents
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Description
印加する磁場を水平磁場とすれば、シリコン融液の縦方向の対流が効率よく抑制され、結晶周辺部における酸素蒸発量を制御することができるし、大口径単結晶の製造も比較的容易である。
本発明の(111)シリコン単結晶ウェーハは、直径が300mm以上であり、ウェーハ面内の7割以上、好ましくはウェーハ全面が(111)沿面成長部からなる。このような(111)シリコンウェーハであれば、ウェーハ直径の7割以上が沿面成長部であるため、巨視的なRRG分布が良好となる。また、沿面成長部は成長面と平行となるため、理論的に成長時の温度変動等によって生じる成長ストリエーションがウェーハ表面に存在せず、ウェーハ表面の微視的な変動が抑制される。
まず、本発明のシリコン単結晶製造方法を実施可能な結晶製造装置の構成例を図1により説明する。図1に示すように、結晶製造装置100は、メインチャンバー1と、メインチャンバー1の上部に接続され、育成した単結晶棒(シリコン単結晶)3を収納する引上げチャンバー2とを具備する。メインチャンバー1の内部には、原料融液4を収容する石英ルツボ5、石英ルツボ5を支持する黒鉛ルツボ6が設けられている。また、石英ルツボ5及び黒鉛ルツボ6と同心円状に、メインの熱源である加熱ヒーター7が配置されている。加熱ヒーター7の外側には、断熱部材8が設けられている。また、メインチャンバー1にはガス流出口9、引上げチャンバー2にはガス導入口10が設けられており、メインチャンバー1及び引上げチャンバー2の内部に不活性ガス(例えばアルゴンガス)などを導入し、排出できるようになっている。円筒形状のガス整流筒11が引上げ中の単結晶棒3を囲繞するように原料融液4の表面の上方に配設されている。また、原料融液4の融液面の上方には遮熱部材12が対向配置されている。さらに、メインチャンバー1の外周部には、磁場印加装置13が設けられている。
本発明のシリコン単結晶製造方法では、まず、一例として図1に示したような結晶製造装置100を使用し、シリコン原料を石英ルツボ5内に供給し、シリコン単結晶成長の準備を行う。シリコン原料を加熱溶融後、シリコン単結晶の引上げ直径を300mm以上とし、シリコン単結晶の成長軸方位を<111>とし、磁場印加装置13を用いて磁場を印加しつつ、シリコン単結晶の成長を行ない、通常のCZ法によりシリコン単結晶を製造する。
また、シリコン単結晶の回転速度Rは、特に限定されないが、例えば、4〜8rpmとすることができる。
直径32インチ(800mm)の石英ルツボに360kgの原料を溶融し、水平磁場を印加し、Pをドープし、結晶成長速度0.5mm/minで、引上げ直径310mmの<111>シリコン単結晶の引上げを実施した。この際、シリコン単結晶の回転速度をそれぞれ4、5、6、7、8rpmとし、原料融液表面の中心磁場強度をそれぞれ4000、3650、3250、2650、1650Gaussとした。引上げた結晶を、直径301mmに円筒研削した後、PW加工を行い、四探針法の1mmピッチの抵抗率測定及び酸素析出処理(650℃、2hr(N2)+800℃、4hr(N2)+1000℃、16hr(O2))を実施した。その後、XRT装置での析出縞観察により、各条件の沿面成長径を調査した。結果を表1、図4〜図6に示す。
また、図5は、実施例及び比較例で製造された<111>結晶の沿面成長径比率を縦軸に、1096/D−(0.134×M+80×R)/Dの値を横軸にプロットしたグラフである。図5から、磁場印加下における<111>結晶引上げ時の(111)沿面成長径は、シリコン単結晶の引上げ直径D、シリコン単結晶の回転速度R、原料融液表面の中心磁場強度Mによって制御可能であり、結晶引上げ直径に対する沿面成長径の比率は、1096/D−(0.134×M+80×R)/Dにて表すことができることが分かる。即ち、1096/D−(0.134×M+80×R)/D>0.7の場合(実施例)には、沿面成長径比率は0.7より大きくなり、1096/D−(0.134×M+80×R)/D≦0.7の場合(比較例)には、沿面成長径比率は0.7以下となった。さらに、図6に示されるように、沿面成長径比率が0.7より大きい場合は、RRG分布が2〜3%と良好な値となった。一方、沿面成長径比率が0.7以下の場合は、RRG分布が悪化した。
これらの結果から、1096/D−(0.134×M+80×R)/D>0.7の関係を満たすようにシリコン単結晶の成長を行なうことで、沿面成長径比率を7割以上とし、巨視的なRRG分布及び微視的な抵抗率変動が良好な<111>結晶を製造可能であることが分かった。
3…単結晶棒(シリコン単結晶)、 4…原料融液、 5…石英ルツボ、
6…黒鉛ルツボ、 7…加熱ヒーター、 8…断熱部材、
9…ガス流出口、 10…ガス導入口、 11…ガス整流筒、 12…遮熱部材、
13…磁場印加装置、100…結晶製造装置
Claims (5)
- 原料融液に磁場を印加してチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際、前記シリコン単結晶の引上げ直径を300mm以上とし、前記シリコン単結晶の成長軸方位を<111>とし、前記シリコン単結晶の引上げ直径をD[mm]、前記原料融液表面の中心磁場強度をM[Gauss]、前記シリコン単結晶の回転速度をR[rpm]として、1096/D−(0.134×M+80×R)/D>0.7の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことを特徴とするシリコン単結晶製造方法。
- 1096/D−(0.134×M+80×R)/D>1の関係を満たすように前記シリコン単結晶の成長を行なうことを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶製造方法。
- 製品採取直径をDp[mm]として、0.7<1096/Dp−(0.134×M+80×R)/Dp<1の場合に、前記引上げ直径DをDp/{1096−(0.134×M+80×R)}とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶製造方法。
- 前記印加する磁場を、水平磁場とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶製造方法。
- ウェーハ面内の7割以上が(111)沿面成長部からなる、直径300mm以上の(111)シリコン単結晶ウェーハ。
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