JP7424282B2 - 単結晶シリコンインゴットの製造方法 - Google Patents
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Description
[1]ルツボに収容されたシリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる、チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸増するショルダー部を形成する第1工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が一定となる直胴部を形成する第2工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸減するテール部を形成する第3工程と、
を有し、前記第2工程は、1×1017atoms/cm3以上15×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を有する第1直胴部を形成する工程と、その後、18×1017atoms/cm3以上24×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を有する第2直胴部を形成する工程と、を有することを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態において用いられるシリコン単結晶引上げ装置100の構成について説明する。
本発明の一実施形態による単結晶シリコンインゴットの製造方法は、上記で説明したシリコン単結晶引上げ装置100を用いて好適に実施することができる。ここで、図1に加えて図2~4も参照しつつ、本発明の一実施形態による単結晶シリコンインゴットの製造方法を説明する。
まず、メインチャンバ10内に位置する石英ルツボ16A内に多結晶シリコンナゲットなどのシリコン原料を充填する。この時、ゲートバルブ12は開となり、メインチャンバ10及びプルチャンバ11内は減圧下でArガス等の不活性ガス雰囲気に維持される。また、ルツボ16は、シリコン原料が熱遮蔽体22に接触しないようにメインチャンバ10内の下方に位置する。
次に、ルツボ16内のシリコン原料をヒータ24で加熱し溶融させて、石英ルツボ16A内にシリコン融液Mを形成する。その後、ルツボ16を引き上げ開始位置まで上昇させる。この「原料溶融工程」は、ヒータ24による加熱を開始した時点から、ルツボの上昇が完了した時点までの期間と定義する。
次いで、ワイヤ昇降機構32によって引上げワイヤ30を下降させて、種結晶Sをシリコン融液Mに着液する。
次に、シリコン融液Mから単結晶シリコンインゴットIを引き上げる。具体的には、ルツボ16および引上げワイヤ30を所定の方向に回転させながら、引上げワイヤ30を上方に引き上げ、種結晶Sの下方に単結晶シリコンインゴットIを育成する。なお、インゴットIの育成が進行するにつれて、シリコン融液Mの量は減少するが、ルツボ16を上昇させて、融液面のレベルを維持する。本明細書において「結晶育成工程」は、引上げワイヤ30の上昇を開始した時点から、インゴットIの育成が完了した時点(インゴットIをシリコン融液Mから切り離す時点)までの期間と定義する。
次に、引き上げた単結晶シリコンインゴットIをシリコン融液Mから切り離して、メインチャンバ10内を上昇させて、メインチャンバ10の上方のプルチャンバ11に収容し、ゲートバルブ12を閉とする。単結晶シリコンインゴットIは、ゲートバルブ12が閉となったプルチャンバ11内で、好ましくは500℃以下の取出し温度になるまで放置され、冷却される。最後に、冷却した単結晶シリコンインゴットIをプルチャンバ11内から取り出す。具体的には、ゲートバルブ12は閉としたまま、プルチャンバ11が昇降旋回して、インゴットIがプルチャンバ11内を加工し、搬送台車に積載される。以上の工程を経て、1本の単結晶シリコンインゴットIが製造される。
図3を参照して、従来例における、単結晶シリコンインゴットの酸素濃度分布と転位の伸展との関係を説明する。既述のとおり、一般的に、製品ウェーハとする結晶中の酸素濃度は、15×1017atoms/cm3以下である。よって、直胴部Ibは、結晶位置に依らず15×1017atoms/cm3以下の酸素濃度に制御して形成されるのが一般的であった。しかしながら、この場合、テール部で発生した転位が単結晶トップ側への伸展するスリップバックが発生し、直胴部の製品対象部位にまで転位が伸展すると、歩留まりが低下する。なお、「製品対象部位」とは、直胴部全域のうち最終製品であるシリコンウェーハとすることができる部分のことを言い、最終製品であるウェーハの仕様に応じて定まる電気抵抗率や酸素濃度等の必要な品質を満足する領域である。
第1直胴部Ib1の酸素濃度は、例示として、極低酸素レベルのものとして(i)1×1017atoms/cm3以上5×1017atoms/cm3以下であってもよく、低酸素レベルのものとして(ii)5×1017atoms/cm3超え8×1017atoms/cm3以下であってもよく、中酸素レベルのものとして(iii)8×1017atoms/cm3超え15×1017atoms/cm3以下であってもよい。単結晶中の酸素濃度が低くなるほど、スリップ転位は伸展し易くなるため、特に低酸素レベルの単結晶育成において本発明の作用効果がより発揮される。第1直胴部Ib1の長さ及び直径は、特に限定されず、適宜設定すればよい。
比較例1~3及び発明例1~6において、テール部で発生した転位の伸展量を測定し、結果を表1に示した。なお、転位伸展量は、スケールを用いて測定した。
10 メインチャンバ
11 プルチャンバ
12 ゲートバルブ
13 ガス導入口
14 ガス排出口
16 ルツボ
16A 石英ルツボ
16B 黒鉛ルツボ
18 シャフト
20 シャフト駆動機構
22 熱遮蔽体
22A シールド本体
22B 内側フランジ部
22C 外側フランジ部
24 ヒータ
26 断熱体
28 シードチャック
30 引上げワイヤ
32 ワイヤ昇降機構
34 電磁石
S 種結晶
M シリコン融液
I 単結晶シリコンインゴット
In ネック部
Is ショルダー部
Ib 直胴部
Ib1 第1直胴部
Ib2 第2直胴部
It テール部
X 引上げ軸
Claims (6)
- ルツボに収容されたシリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる、チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸増するショルダー部を形成する第1工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が一定となる直胴部を形成する第2工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸減するテール部を形成する第3工程と、
を有し、前記第2工程は、1×1017atoms/cm3以上15×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を有する第1直胴部を形成する工程と、その後、18×1017atoms/cm3以上24×1017atoms/cm3以下の酸素濃度を有する第2直胴部を形成する工程と、を有し、
前記第2直胴部の結晶成長方向に沿った長さが、10mm以上、かつ、前記直胴部の直径以下であることを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。 - 前記第1直胴部の酸素濃度が1×1017atoms/cm3以上5×1017atoms/cm3以下である、請求項1に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
- 前記第1直胴部の酸素濃度が5×1017atoms/cm3超え8×1017atoms/cm3以下である、請求項1に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
- 前記第1直胴部の酸素濃度が8×1017atoms/cm3超え15×1017atoms/cm3以下である、請求項1に記載の単結晶シリコンインゴットの製造方法。
- ルツボに収容されたシリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる、チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸増するショルダー部を形成する第1工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が一定となる直胴部を形成する第2工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸減するテール部を形成する第3工程と、
を有し、前記第2工程は、5×10 17 atoms/cm 3 超え8×10 17 atoms/cm 3 以下の酸素濃度を有する第1直胴部を形成する工程と、その後、18×10 17 atoms/cm 3 以上24×10 17 atoms/cm 3 以下の酸素濃度を有する第2直胴部を形成する工程と、を有することを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。 - ルツボに収容されたシリコン融液から単結晶シリコンインゴットを引き上げる、チョクラルスキー法による単結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸増するショルダー部を形成する第1工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が一定となる直胴部を形成する第2工程と、
その後、前記単結晶シリコンインゴットの直径が結晶成長方向に沿って漸減するテール部を形成する第3工程と、
を有し、前記第2工程は、8×10 17 atoms/cm 3 超え15×10 17 atoms/cm 3 以下の酸素濃度を有する第1直胴部を形成する工程と、その後、18×10 17 atoms/cm 3 以上24×10 17 atoms/cm 3 以下の酸素濃度を有する第2直胴部を形成する工程と、を有することを特徴とする単結晶シリコンインゴットの製造方法。
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