DE112015004143T5 - Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls und Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls und Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls umfasst: Bringen eines Keimkristalls in Kontakt mit einer Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff, in dem ein roter Phosphor zu einer Siliziumschmelze zugefügt ist, so dass ein spezifischer Widerstand des Einkristalls 0,9 mΩ·cm oder weniger ist, und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, um einen geraden Körper des Einkristalls zu bilden; und Herausziehen des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand, dass eine Temperatur eines oberen Endes des geraden Körpers gleich 590 ºC oder mehr ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Einkristall, der einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist, und zu dem roter Phosphor zugefügt wird, ein Herstellungsverfahren für einen Siliziumwafer und ein Herstellungsverfahren für einen Siliziumepitaxialwafer.
  • HINTERGRUND DER TECHNIK
  • Beispielsweise muss in einem Siliziumepitaxialwafer, der für einen Leistungs-MOS-Transistor zu verwenden ist, ein Siliziumwafer des Siliziumepitaxialwafers einen extrem niedrigen spezifischen Substratwiderstand aufweisen. Um den spezifischen Substratwiderstand des Siliziumwafers ausreichend zu verringern, ist eine Technik zum Dotieren von Arsen (As) oder Antimon (Sb) als ein n-Typ-Dotierstoff bekannt geworden, um einen spezifischen Widerstand von geschmolzenem Silizium in einem Ziehschritt (d.h., zur Zeit des Wachstums eines Siliziumkristalls) eines Einkristallingots (hier nachstehend als ein Einkristall bezeichnet) als ein Material für einen Siliziumwafer einzustellen. Da ein derartiger Dotierstoff jedoch extrem flüchtig ist, ist es schwierig, eine Dotierstoffkonzentration in dem Siliziumkristall ausreichend zu erhöhen, so dass es schwierig ist, einen Siliziumwafer herzustellen, der einen spezifischen Widerstand aufweist, der so niedrig ist, wie gewünscht.
  • Demgemäß wurde ein Siliziumwafer mit einem extrem niedrigen spezifischen Substratwiderstand verwendet, der mit einem hoch konzentrierten Phosphor (P) als ein n-Typ-Dotierstoff dotiert ist, der eine Flüchtigkeit aufweist, die relativ gesehen niedriger als diejenige von Arsen (As) oder Antimon (Sb) ist.
  • Da epitaktisches Wachstum andererseits bei einer hohen Temperatur beim Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers auftritt, werden Sauerstoff-Präzipitate (BMD), Sauerstoff-Abscheidungskeime oder dergleichen, die in dem Kristall während des Wachstums des Einkristalls gebildet werden, durch die Hochtemperatur-Wärmebehandlung dissipiert, um dadurch die Fähigkeit zum Gettern zu senken.
  • Um den Engpass in der Fähigkeit zum Gettern zu überwinden, ist bekannt, eine Polysilizium-Rückseitenversiegelung (PBS) vor dem Epitaxiewachstumsprozess aufzubringen. Die Polysilizium-Rückseitenversiegelung ist eine Art von EG (Externes Gettern), in dem eine Polysiliziumschicht auf einer Rückseite eines Siliziumwafers gebildet wird, um Dehnungsfelder oder Gitterfehlanpassungen zu nutzen, die an einer Grenzfläche zwischen der Polysiliziumschicht und dem Siliziumwafer erzeugt werden.
  • Es wurde jedoch herausgefunden, dass, wenn eine Polysiliziumschicht auf einer Rückseite eines Siliziumwafers gebildet wird, eine Anzahl von Stapelfehlern (hier nachstehend als "SF" abgekürzt) auf der Epitaxieschicht erzeugt werden, und der SF, der auf einer Oberseite des Siliziumwafers in einer Form von Stufen erscheint, den Grad des LPD (Lichtpunktdefekts) auf der Oberseite des Siliziumwafers erheblich verschlechtert.
  • Demgemäß wurden Untersuchungen durchführt, um den obigen Nachteil einzuschränken (siehe, zum Beispiel, Patentliteratur 1).
  • Die Patentliteratur 1 offenbart, dass die SF-Erzeugung durch Bilden einer Polysiliziumschicht auf einer Rückseite eines Siliziumwafers bei einer Temperatur von weniger als 600 ºC wirksam eingeschränkt werden kann.
  • ENTGEGENHALTUNGSLISTE
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP-A-2011-9613
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Es gibt einen kürzlichen Bedarf nach einem n-Typ-Siliziumwafer, dessen spezifischer Substratwiderstand gleich 0,9 mΩ·cm oder weniger ist. Um einem derartigen Bedarf zu entsprechen, ist ein Siliziumepitaxialwafer erforderlich, der durch Bilden einer Epitaxieschicht auf einem Siliziumwafer hergestellt wird, in dem roter Phosphor beim Wachstum eines Einkristalls dicht dotiert wird.
  • Demgemäß ist es denkbar, den in Patentliteratur 1 offenbarten Prozess anzuwenden, um einen derartigen Siliziumepitaxialwafer herzustellen.
  • Wenn der spezifische Substratwiderstand jedoch extrem niedrig ist, wie oben beschrieben, kann die SF-Erzeugung sogar durch Anwenden des in Patentliteratur 1 offenbarten Prozesses nicht eingeschränkt werden, so dass ein Siliziumepitaxialwafer hoher Qualität nicht hergestellt werden kann.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls, das imstande ist, einen Siliziumepitaxialwafer mit einem niedrigen spezifischen Widerstand zu erhalten, auf dem die durch SF verursachte LPD-Erzeugung eingeschränkt ist, ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers und ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers bereitzustellen.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
  • Nach intensiven Untersuchungen sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu den folgenden Erkenntnissen gelangt.
  • Wie in Patentliteratur 1 beschrieben, wird beobachtet, dass der auf einem mit einer Polysiliziumschicht gebildeten Substrat nach einem epitaktischen Wachstum erzeugte SF von winzigen Vertiefungen (winzigen Ausnehmungen) herrührt, die auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers vor dem epitaktischen Wachstum (nach dem Vorerhitzen) vorhanden sind.
  • Die winzigen Vertiefungen werden nicht auf einem Siliziumwafer beobachtet, der mit einem hoch konzentrierten Bor (B) als ein p-Typ-Dotierstoff dotiert ist und einer Vorerhitzungsbehandlung unterzogen wird. Somit wird gemutmaßt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass sich die Erzeugung von winzigen Vertiefungen auf dicht dotiertes Phosphor in Kristallen des Siliziumwafers bezieht.
  • Es wird gemutmaßt, dass die winzigen Vertiefungen gemäß dem folgenden Mechanismus erzeugt werden. Im Einzelnen sind Sauerstoff und roter Phosphor zwischen den Gittern des Siliziumwafers vor der Bildung einer Polysiliziumschicht vorhanden. Wenn die Konzentration von rotem Phosphor in dem Siliziumwafer angehoben wird, um den spezifischen Substratwiderstand zu senken, ist übersättigter roter Phosphor zwischen den Gittern vorhanden.
  • Wenn der Siliziumwafer erwärmt wird, um die Polysiliziumschicht in diesem Zustand zu bilden, bewegt sich Sauerstoff durch die Gitter, da eine Diffusionsleistung von Sauerstoff größer als die von rotem Phosphor ist, um mit rotem Phosphor gebondet zu werden, wodurch Cluster (Mikroausscheidungen) von Sauerstoff und rotem Phosphor gebildet werden.
  • Wenn der Siliziumwafer vor dem epitaktischen Wachstum in einer Wasserstoffatmosphäre vorerhitzt wird, obwohl der Sauerstoff und der rote Phosphor in einer äußersten Schicht des Siliziumwafers nach außen diffundieren, bleiben die Cluster in der äußersten Schicht, weil sie in einem stabilen Zustand sind. Wenn der Siliziumwafer einem Wasserstoffätzvorgang unterzogen wird, dann werden, aufgrund eines Unterschieds in einer Ätzrate zwischen der äußersten Schicht des Siliziumwafers und der Cluster, die Cluster bevorzugt geätzt, um die winzigen Vertiefungen bereitzustellen.
  • Es wird gemutmaßt, dass, wenn der mit den winzigen Vertiefungen versehene Siliziumwafer einem Epitaxiewachstum unterzogen wird, der von den winzigen Vertiefungen stammende SF erzeugt wird.
  • Da gemutmaßt wird, dass der SF aufgrund der winzigen Vertiefungen erzeugt wird, die durch die Cluster von Sauerstoff und rotem Phosphor verursacht werden, wie oben beschrieben, wird gemutmaßt, dass die Erzeugung des SF dadurch eingeschränkt werden kann, dass die Polysilizium-Rückseitenversiegelung nicht angewendet wird, bei der eine Erhitzung bezogen auf die Bildung von Clustern durchgeführt wird. Ohne eine Polysiliziumschicht kann die Fähigkeit zum Gettern gesenkt werden. Die Fähigkeit zum Gettern kann jedoch durch Erhöhen der Konzentration von rotem Phosphor beibehalten werden. Somit mutmaßten die Erfinder, dass die Erzeugung des SF ohne Senken der Fähigkeit zum Gettern sogar ohne eine Polysiliziumschicht eingeschränkt werden kann.
  • Es wurde jedoch gemäß den von den Erfindern durchgeführten Experimenten herausgefunden, dass, wenn die Konzentration von rotem Phosphor weiter erhöht wird, um den spezifischen Substratwiderstand auf 0,9 mΩ·cm oder weniger einzustellen, die Erzeugung des SF nicht nur ohne Anwenden der Polysilizium-Rückseitenversiegelung eingeschränkt werden kann, was ein Ergebnis ist, das bisher nicht erwartet wurde.
  • Wenn die SF-Verteilung in einer longitudinalen Richtung des während der Experimente gewachsenen Kristalls ausführlich in entsprechenden epitaktischen Wafern geprüft wurde, wurde jedoch herausgefunden, dass die SF-Anzahl pro einem Quadratzentimeter in einem Siliziumwafer von 200 mm Durchmesser (hier nachstehend einfach als "SF-Anzahl" bezeichnet) 10 oder mehr in einem Teil des Einkristalls mit einer Verfestigungsrate von weniger als ungefähr 60% war, und die SF-Anzahl wurde in einem anderen Teil mit einer Verfestigungsrate von mehr als dem obigen Niveau (d.h., ungefähr 60%) (ein von gestrichelten Linien umkreister Bereich) gleich 0, wie in 1 gezeigt. Mit anderen Worten wurde herausgefunden, dass die SF-Anzahl von der Verfestigungsrate des Einkristalls abhängt.
  • Es sei bemerkt, dass sich die Verfestigungsrate auf ein Verhältnis von hochgezogenem Gewicht des Einkristalls relativ zu einem Anfangsladegewicht einer Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff bezieht, der anfangs in einem Quarztiegel gespeichert ist. Die SF-Anzahl wurde durch Beobachtung des Erscheinens von Defekten mit Magics, hergestellt von Lasertec Corporation, gemessen.
  • Als ein Ergebnis von Untersuchungen über den Unterschied zwischen dem Teil mit der Verfestigungsrate von weniger als ungefähr 60% und dem Teil mit der Verfestigungsrate von mehr als ungefähr 60% bemerkten die Erfinder in Anbetracht der obigen Ergebnisse, dass die Wärmehistorie, die von dem Kristall erfahren wurde, die SF-Anzahl beeinflusst haben könnte.
  • Demgemäß führten die Erfinder Experimente durch, um eine Korrelation zwischen der Verfestigungsrate und der Wärmehistorie zu prüfen.
  • Experiment 1: Forschungen über die Korrelation zwischen Verfestigungsrate/Wärmehistorie und SF-Anzahl
  • Ein Herstellungsprozess eines Einkristalls umfasst: Bilden eines Halses, der mit einem Keimkristall kontinuierlich ist(Hals-Bildungsschritt); Bilden einer Schulter, die mit dem Hals kontinuierlich ist und einen sich allmählich vergrößernden Durchmesser aufweist (Schulter-Bildungsschritt); Bilden eines geraden Körpers, der mit der Schulter kontinuierlich ist und einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist (Gerader-Körper-Bildungsschritt); Bilden eines Schwanzes, der mit einem unteren Ende des geraden Körpers kontinuierlich ist und einen sich allmählich verringernden Durchmesser aufweist (Schwanz-Bildungsschritt); Abkühlen des Einkristalls, nachdem der Schwanz-Bildungsschritt abgeschlossen ist (Abkühlschritt) werden durchgeführt; und Nehmen des Einkristalls aus einer Hochzieheinrichtung. Hier ist ein oberes Ende des geraden Körpers an einer Grenze mit der Schulter lokalisiert und wird beispielsweise mit einem Bezugszeichen 63A in 21 bezeichnet, und das untere Ende des geraden Körpers ist an einer Grenze mit dem Schwanz lokalisiert und wird beispielsweise mit einem Bezugszeichen 63B in 21 bezeichnet.
  • Da der Einkristall den obigen Herstellungsprozess erfährt, wird abgeleitet, dass eine Abkühlzeit, die verstrichen ist, nachdem der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff hochgezogen wird, kürzer in Richtung eines unteren Endes des Einkristalls wird (d.h., während die Verfestigungsrate zunimmt).
  • Anfangs wurde ein Einkristall gemäß dem obigen Herstellungsprozess hergestellt und eine Verweilzeit bei jeder der Temperaturen (500 ± 50 ºC, 700 ± 50 ºC, 900 ± 50 ºC und 1100 ± 50 ºC) für die Verfestigungsraten wurde gemessen. Die Ergebnisse werden in 2 gezeigt. Es sei bemerkt, dass roter Phosphor (Dotierstoff) zu der Siliziumschmelze zugefügt wurde, um die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff zu versehen, so dass der spezifische Substratwiderstand von Siliziumwafern 0,9 mΩ·cm oder weniger wurde. Außerdem wurde eine Lademenge der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff auf 100 kg eingestellt.
  • Wie in 2 gezeigt, wurde herausgefunden, dass die Verweilzeit bei 500 ± 50 ºC insbesondere in dem Abschnitt mit mehr als 60% der Verfestigungsrate (ein von doppelt strichpunktierten Linien umkreister Bereich) extrem kürzer als in dem Abschnitt mit der Verfestigungsrate von weniger als 60% ist.
  • Außerdem wurden Siliziumwafer, die der Mehrzahl von Verfestigungsraten entsprechen, von dem Einkristall abgeschnitten, um Siliziumepitaxialwafer herzustellen, und die SF-Anzahl von jedem der Siliziumepitaxialwafer wurde geprüft. Die Ergebnisse werden in 2 gezeigt.
  • Es sei bemerkt, dass der Siliziumepitaxialwafer durch Bilden einer Epitaxieschicht nach Anwenden einer Vorerhitzungsbehandlung ohne Bereitstellen einer Polysiliziumschicht hergestellt wurde. Ferner wurde die Vorerhitzungsbehandlung durch Erwärmen des Siliziumwafers vor der Bildung der Epitaxieschicht für 30 Sekunden in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200 ºC durchgeführt.
  • Wie in 2 gezeigt, wurde herausgefunden, dass die SF-Anzahl im Wesentlichen mit der Verweilzeit des Einkristalls bei der Temperatur von 500 ± 50 ºC korreliert und die SF-Anzahl an dem Abschnitt Null wird, bei dem die Verfestigungsrate mehr als 60% ist.
  • Aus dem obigen wurde herausgefunden, dass die SF-Erzeugung eingeschränkt werden kann, indem die Zeit verringert wird, bei der eine Temperatur des Einkristalls 500 ± 50 ºC ist.
  • Experiment 2: Forschungen über den LPD-Erzeugungsstatus vor und nach einer Vorerhitzungsbehandlung
  • Anfangs wurde der LPD auf einem Siliziumwafer und der LPD auf einem Siliziumwafer, nachdem dieser einer Vorerhitzungsbehandlung unterzogen wurde, bewertet.
  • Im Einzelnen wurden ein Siliziumwafer, der die folgenden Substratbedingungen erfüllt und von einem Einkristall mit einer Verfestigungsrate genommen wird, welche die SF-Erzeugung verursacht (d.h., entsprechend der den SF verursachenden Verfestigungsrate), und einem anderen Siliziumwafer, welcher der Verfestigungsrate entspricht, die den SF nicht verursacht, hergestellt.
  • Substratbedingungen
    • Durchmesser: 200 mm
    • Spezifischer Substratwiderstand: 0,8 mΩ·cm
    • (Konzentration des roten Phosphors: 9,47 × 1019 Atome/cm3)
  • Als Nächstes wurde eine Rückseiten-Oxidationsschicht, der die folgenden Rückseiten-Oxidationsschicht-Bildungsbedingungen erfüllt, auf einer Rückseite (einer Fläche gegenüber einer Fläche, auf der eine Epitaxieschicht gebildet wurde) von jedem der Siliziumwafer gebildet.
  • Rückseiten-Oxidationsschicht-Bildungsbedingungen
    • Schichtbildungsverfahren: CVD
    • Dicke der Oxidationsschicht auf der Rückseite: 550 nm
  • Dann wurde die Rückseiten-Oxidationsschicht an einem Außenumfang des Siliziumwafers von jedem der Siliziumwafer entfernt, die mit der Rückseiten-Oxidationsschicht gemäß den obigen Bedingungen versehen sind, um die LPD-Bewertung durchzuführen. Nebenbei bemerkt wurde der LPD gemäß den folgenden LPD-Bewertungsbedingungen bewertet.
  • LPD-Bewertungsbedingungen
    • Verwendete Einrichtung: Oberflächeninspektionssystem (SP-1 hergestellt von KLA-Tencor Corporation)
    • Beobachtungsmodus: DWN-Modus
    • Zu messendes Objekt: LPD von 90 nm oder größer
  • 3 zeigt Messergebnisse des Siliziumwafers entsprechend der Verfestigungsrate, welche die SF-Erzeugung verursacht. Obwohl hier nicht veranschaulicht, waren die Messergebnisse des Siliziumwafers entsprechend der Verfestigungsrate, welche die SF-Erzeugung nicht erzeugt, im Wesentlichen die gleichen wie jene, die in 3 gezeigt sind.
  • Außerdem wurden die Siliziumwafer, auf denen jeweils die Oxidationsschicht auf der Rückseite gemäß den obigen Bedingungen gebildet wurde, einer Vorerhitzungsbehandlung unterzogen, welche die folgenden Vorerhitzungsbedingungen erfüllt. Die Vorerhitzungsbedingungen simulieren die Bedingungen für die Bildung der Epitaxieschicht.
  • Vorerhitzungsbedingungen
    • Atmosphäre: Wasserstoff
    • Wärmebehandlungstemperatur: 1200 ºC
    • Wärmebehandlungszeit: 30 Sekunden
  • Dann wurde die LPD-Bewertung von jedem der Siliziumwafer, nachdem sie der Vorerhitzungsbehandlung gemäß den oben beschriebenen Bedingungen unterzogen wurden, gemäß den oben beschriebenen LPD-Bewertungsbedingungen in Experiment 2 durchgeführt. Die Ergebnisse werden in 4 und 5 gezeigt.
  • Wie in 4 gezeigt, wurde herausgefunden, dass der LPD 101 nach der Vorerhitzungsbehandlung in einem der Siliziumwafer 100 entsprechend der Verfestigungsrate zunimmt, was die SF-Erzeugung verursacht. Andererseits wurde herausgefunden, wie in 5 gezeigt, dass der LPD 101 vor und nach der Vorerhitzungsbehandlung in den Siliziumwafern 100 entsprechend der Verfestigungsrate im Wesentlichen unverändert bleibt, was die SF-Erzeugung nicht verursacht.
  • Wenn der in 4 gezeigte Siliziumwafer, in dem der LPD erhöht wurde, mit einem AFM (Rasterkraftmikroskop) beobachtet wurde, wurde herausgefunden, dass der LPD in Form einer Vertiefung P ist, wie in 6 gezeigt. Mit anderen Worten wurde herausgefunden, dass die Vertiefung P, die nach der Vorerhitzungsbehandlung erzeugt wird, als der LPD von 90 nm oder größer in dem DCN-Modus von SP-1, der von KLA-Tencor Corporation hergestellt wird, gemessen werden kann.
  • Experiment 3: Forschungen über den LPD-Erzeugungsstatus vor und nach einem Epitaxieschichtwachstum
  • In dem obigen Experiment 2 wurde auf den Siliziumwafer entsprechend der Verfestigungsrate, welche die SF-Erzeugung verursacht, wie in 4 gezeigt, die Vorerhitzungsbehandlung angewendet, und eine Epitaxieschicht, der die folgenden Wachstumsbedingungen für die Epitaxieschicht erfüllt, wurde auf einer Oberfläche des Siliziumwafers gebildet, um einen Siliziumepitaxialwafer herzustellen.
  • Epitaxieschichtwachstumsbedingungen
    • Dotierstoffgas: Phosphingas (PH3-Gas)
    • Materialquellengas: Trichlorsilangas (SiHCl3-Gas)
    • Trägergas: Wasserstoffgas
    • Wachstumstemperatur: 1080 ºC
    • Dicke der Epitaxieschicht: 3 μm
    • Spezifischer Widerstand (Spezifischer Widerstand der Epitaxieschicht): 1 Ω·cm
    • (Konzentration des roten Phosphors: 4,86 × 1015 Atome/cm3)
  • Dann wurde die LPD-Bewertung des gemäß den oben beschriebenen Bedingungen hergestellten Siliziumepitaxialwafer gemäß den LPD-Bewertungsbedingungen in Experiment 2 durchgeführt. Außerdem wurden die LPD-Bewertungsergebnisse des Siliziumepitaxialwafers mit den LPD-Bewertungsergebnissen der Oberfläche des Siliziumwafers zum Vergleich überlappt, nachdem er der Vorerhitzungsbehandlung in dem in 4 gezeigten Experiment unterzogen wurde (d.h., vor dem Epitaxieschichtwachstum). Die Ergebnisse werden in 7 gezeigt. Außerdem wird die LPD-Verteilung in einem durch doppelt strichpunktierten Linien umkreisten Bereich in 7 auf eine vergrößerte Art und Weise in 8 gezeigt.
  • Wie in 7 gezeigt, wurde herausgefunden, dass, obwohl der LPD überall auf der Oberfläche von jedem epitaktischen Wafers erzeugt wird, viele LPD insbesondere in einem gesamten Ringbereich A1 mit einem Abstand von ungefähr 2 bis 6 cm von einem Außenrand des Siliziumepitaxialwafers erzeugt werden. Ferner wurde herausgefunden, wie in 8 gezeigt, dass Punkte von LPD vor und nach dem Epitaxieschichtwachstum im Wesentlichen miteinander koinzidieren.
  • Außerdem wurden in den LPD-erzeugten Punkten auf dem Siliziumepitaxialwafer die Punkte, bei denen ein LPD erzeugt wurde, vor dem Epitaxieschichtwachstum gemäß den folgenden LPD-Bewertungsbedingungen bewertet.
  • LPD-Bewertungsbedingungen
    • Verwendete Einrichtung: Oberflächeninspektionssystem (Magics hergestellt von Lasertec Corporation)
  • Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass SF flacher Art eines rechteckigen, planen und dreieckigen Querschnitts (d.h., im Wesentlichen eine viereckige Pyramide, die eine Bodenfläche im Wesentlichen bündig mit einer Oberfläche der Epitaxieschicht und einen in Richtung des Siliziumwafers ausgenommenen Scheitelpunkt aufweist) an den ausgewerteten Punkten erzeugt werden.
  • Experiment 4: Forschungen über die Temperaturbedingung, die imstande ist, die SF-Erzeugung einzuschränken
  • Nach Herstellen eines Einkristalls unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 wurde, ohne einen Abkühlschritt zu starten, das Hochziehen des Einkristalls für 10 Stunden ausgesetzt, während der Schwanz aus einer Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff war, und der Einkristall im erwärmten Zustand während des Schwanz-Bildungsschritts erwärmt gehalten wurde. Während der Aussetzung war die Temperaturverteilung in der Mitte des Einkristalls für jede der Verfestigungsraten, wie in 9 gezeigt.
  • Nach dem der Einkristall aus einer Hochzieheinrichtung nach Ablauf von 10 Stunden herausgenommen wurde, wurden anschließend Siliziumepitaxialwafer unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 erzeugt (d.h., eine Epitaxieschicht wurde nach Anwenden einer Vorerhitzungsbehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200 ºC für 30 Sekunden auf einem Siliziumwafer gebildet, der von dem Einkristall erhalten wird). Dann wurde die Beziehung zwischen der LPD-Anzahl jeweils pro Siliziumepitaxialwafer von 200 mm Durchmesser (hier nachstehend einfach als "LPD-Anzahl" bezeichnet) und der Verfestigungsrate geprüft. Die Ergebnisse werden in 10 gezeigt.
  • Hier wurde die LPD-Anzahl mit dem DCN-Modus von SP-1 gemessen, der von KLA-Tencor Corporation hergestellt wird. Die zu messenden LPD waren jene mit der Größe von 90 nm oder mehr. Da es eine gute Korrelation zwischen der LPD-Anzahl und der SF-Anzahl gibt, wurde die LPD-Anzahl außerdem durch die SF-Anzahl ersetzt.
  • Wie in 10 gezeigt, wurde herausgefunden, dass die LPD-Anzahl von einem Punkt schnell ansteigt, bei der die Verfestigungsrate ungefähr 52% ist, bei 62% ungefähr maximiert ist, und im Wesentlichen 0 ist, wenn die Verfestigungsrate 70% überschreitet. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die Temperatur an dem Punkt, bei dem die Verfestigungsrate ungefähr 52% ist (d.h., die Temperatur, bei welcher der schnelle Anstieg in der LPD-Anzahl beginnt) ungefähr 470 ºC ist; die Temperatur an dem Punkt, an dem die Verfestigungsrate ungefähr 62% ist (d.h., die Temperatur bei welcher die LPD-Anzahl maximiert ist), ungefähr 570 ºC ist; und die Temperatur an dem Punkt, bei welcher die Verfestigungsrate ungefähr 70% ist (d.h., die Temperatur, bei welcher die LPD-Anzahl im Wesentlichen Null wird), ungefähr 700 ºC ist.
  • Gemäß den obigen Ergebnissen wurde herausgefunden, dass SF wahrscheinlich erzeugt wird, wenn die Temperatur des Einkristalls für eine lange Zeit ungefähr auf 470 bis 700 ºC, insbesondere für eine lange Zeit ungefähr auf 570 ºC gehalten wird.
  • Als Nächstes wurde ein tolerierbarer Bereich relativ zu einer zentralen Temperatur bestimmt.
  • Im Einzelnen wurde basierend auf den experimentellen Ergebnissen in der obigen 10 eine Verweilzeit bei jeder der Temperaturen (550 ± 30 ºC, 570 ± 30 ºC und 600 ± 30 ºC) jeweils für entsprechende Verfestigungsraten geprüft. Die Ergebnisse werden in 11 gezeigt. Außerdem wird die Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 50 ºC, 570 ± 50 ºC und 600 ± 50 ºC in 12 gezeigt, und die Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 70 ºC, 570 ± 70 ºC und 600 ± 70 ºC wird in 13 gezeigt.
  • Wie in 11 bis 13 gezeigt, wurde herausgefunden, dass eine Zunahme in der Breite der Verweilzeit bei jeder der Temperaturen 550 ± 70 ºC, 570 ± 70 ºC und 600 ± 70 ºC (d.h., eine horizontale Länge in der Figur) und eine Zunahme in der Breite der LPD-Anzahl (d.h., die horizontale Länge in der Figur) im Wesentlichen miteinander koinzidieren.
  • Somit wurde herausgefunden, dass ein LPD wahrscheinlich erzeugt wird, wenn die Temperatur des Einkristalls für eine lange Zeit auf 570 ± 70 ºC gehalten wird.
  • Außerdem prüften die Erfinder, wie lange die Zeit für den Einkristall tolerierbar war, um auf der Temperatur von 570 ± 70 ºC gehalten zu werden, um keinen LPD zu erzeugen.
  • Anfangs wurde nach Durchführen des Schwanz-Bildungsschritts unter den gleichen Bedingungen wie in Experiment 1 der Einkristall allmählich abgekühlt, wie in durchgezogenen Linien in 14 gezeigt, anstatt von in einem gewöhnlichen Abkühlschritt schnell abgekühlt zu werden, wie in doppelt strichpunktierten Linien in 14 gezeigt. Es sei bemerkt, dass die Ordinatenachse in 14 eine Verweilzeit auf der Temperatur von 650 ± 50 ºC darstellt.
  • Dann wurden mit der Verwendung des Einkristalls, der gemäß den durch die durchgezogenen Linien in 14 dargestellten Bedingungen hergestellt wurde, Siliziumepitaxialwafer unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 hergestellt, um die LPD-Anzahl bei jeder der Verfestigungsraten zu prüfen. Die Beziehung zwischen der Verweilzeit bei jeder der Verfestigungsraten und der LPD-Anzahl wird in 15 gezeigt. Es sei bemerkt, dass die Ordinatenachse in 15 eine Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC darstellt.
  • Wie in 15 gezeigt, wurde herausgefunden, dass die LPD-Anzahl 0 wird, wenn die Verfestigungsrate ungefähr 66% überschreitet. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC zu dieser Zeist ungefähr 200 Minuten ist.
  • Somit wird gemutmaßt, dass es wahrscheinlich ist, dass die Erzeugung des LPD eingeschränkt wird, in dem die Zeit für die Temperatur des Einkristalls, um 570 ± 70 ºC zu sein, auf 200 Minuten oder weniger verringert wird.
  • Als Nächstes wurde ein Experiment zum Verifizieren der experimentalen Ergebnisse in 15 durchgeführt.
  • Nach Durchführen des Schwanz-Bildungsschritts unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1, wurde ein Abkühlschritt durchgeführt, wie in einer doppelt strichpunktierten Linie in 14 gezeigt, um einen Einkristall zu erzeugen. Dann wurden mit der Verwendung des Einkristalls Siliziumepitaxialwafer unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 hergestellt, um die LPD-Anzahl bei jeder der Verfestigungsraten zu prüfen. Die Ergebnisse werden in 16 gezeigt.
  • Wie in 16 gezeigt, wurde herausgefunden, dass, wenn die Verfestigungsrate über ungefähr 44% ist, die Zeit für den Einkristall, um bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC zu sein, von 20 Minuten bis 200 Minuten reicht, und die LPD-Anzahl verringert wird.
  • Demgemäß wurde herausgefunden, dass die durch den SF verursachte LPD-Erzeugung wahrscheinlich nicht nur in einer letzteren Hälfte des Einkristalls eingeschränkt wird, sondern ebenfalls in dem gesamten Bereich des geraden Körpers als ein Produkt durch Einstellen der Zeit für den Einkristall, um bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC in einem Bereich von 20 bis 200 Minuten zu sein, eingeschränkt wird.
  • Experiment 5: Untersuchung über Bedingungen zum Herstellen eines Einkristalls, das imstande ist, die durch SF verursachte LPD-Erzeugung im gesamten Bereich des geraden Körpers einzuschränken.
  • Unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 wurden Einkristalle hergestellt, welche die jeweiligen geraden Körper von 1000 mm, 680 mm, 550 mm und 500 mm in der Länge aufweisen, und die Verweilzeit an jeder Position auf jedem geraden Körper bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC wurde geprüft. Die Ergebnisse werden in 17 gezeigt. Nebenbei bemerkt, wurde die Länge des Schwanzes des Einkristalls auf 140 mm eingestellt. Der Durchmesser des Einkristalls wurde auf 200 mm eingestellt. Die horizontale Achse in 17 gibt Positionen auf jedem der geraden Körper von seinem unteren Ende als ein Standard an (d.h., 0 mm).
  • Wie in 17 gezeigt, wurde herausgefunden, dass, wenn der gerade Körper eine Länge von 500 mm oder 550 mm aufweist, die Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC in einem Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten in dem gesamten Bereich des geraden Körpers ist, und wenn der gerade Körper eine Länge von 680 mm oder 1000 mm aufweist, die Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC 200 Minuten in einem Teil des Bereichs des geraden Körpers überschreitet. In Anbetracht des obigen wurde herausgefunden, dass, wenn die Länge des geraden Körpers auf 550 mm oder weniger eingestellt wird, es wahrscheinlich ist, dass die durch den LPD verursachte SF-Erzeugung im gesamten Bereich des geraden Körpers eingeschränkt ist.
  • Experiment 6: Untersuchung über die Temperatur in der Mitte eines Einkristalls, wenn der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen wird
  • Unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 1 wurden Einkristalle hergestellt, die jeweilige gerade Körper von 1000 mm und 550 mm in der Länge aufweisen, und die Temperaturverteilung in der Mitte jedes der Einkristalle wurde geprüft, wenn die Einkristalle aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen wurden. Die Ergebnisse werden in 18 gezeigt. Nebenbei bemerkt wurde die Länge des Schwanzes des Einkristalls auf 140 mm eingestellt. Ferner wurde der Durchmesser des Einkristalls auf 200 mm eingestellt. Die horizontale Achse in 18 gibt Positionen auf jedem geraden Körper von seinem oberen Ende als ein Standard an (d.h., 0 mm).
  • Wie in 18 gezeigt, wurde herausgefunden, dass, wenn die Länge des geraden Körpers 550 mm ist, die Temperatur am oberen Ende des geraden Körpers zur Zeit des Herausziehens des Einkristalls 590 ºC oder mehr ist, und die Temperatur des geraden Körpers in Richtung des unteren Endes desselben erhöht ist. Im Gegensatz dazu wurde herausgefunden, dass, wenn die Länge des geraden Körpers gleich 1000 mm ist, die Temperatur am oberen Ende des geraden Körpers zur Zeit des Herausziehens des Einkristalls 300 ºC oder weniger ist, und somit die Temperatur des geraden Körpers in Richtung des unteren Endes desselben erhöht wird.
  • Basierend auf den Ergebnissen der oben beschriebenen Experimente 5 und 6 wurde abgeleitet, dass, wenn die Temperatur des oberen Endes des geraden Körpers zur Zeit des Herausziehens des Einkristalls auf 590 ºC oder mehr eingestellt ist, die Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC von 20 Minuten bis 200 Minuten in dem gesamten Bereich des geraden Körpers reicht, und somit wurde herausgefunden, dass die Erzeugung des LPD, der durch die SF verursacht wird, wahrscheinlich in dem gesamten Bereich des geraden Körpers eingeschränkt ist.
  • Experiment 7: Forschungen über die Beziehung zwischen der Schwanzlänge und dem SF-Erzeugungsstatus
  • Zuerst wurden unter den gleichen Bedingungen wie jene in Experiment 5 zehn Arten von Einkristallen hergestellt, die jeweils einen geraden Körper mit einer Länge von 550 mm oder 1000 mm und einen Schwanz mit einer Länge von 200 mm, 180 mm, 140 mm, 100 mm oder 0 mm (d.h., ohne den Schwanz) aufweisen. Als Nächstes wurde ein Siliziumwafer von einer Mehrzahl von Positionen von jedem der Einkristalle abgeschnitten und der SF-Erzeugungsstatus in dem Siliziumepitaxialwafer wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Experiment 1 geprüft.
  • 19 zeigt die jeweiligen Längen der Bereiche, in denen der SF nicht in den geraden Körpern der Einkristalle erzeugt wird (d.h., Nicht-SF-Erzeugungsbereiche).
  • Wie in 19 gezeigt, wurde herausgefunden, dass in dem Einkristall, das den geraden Körper mit der Länge von 550 mm aufweist, wenn die Länge des Schwanzes 180 mm oder mehr ist, der SF in einem Bereich zum oberen Ende des geraden Körpers erzeugt wird, und wenn die Länge des Schwanzes 140 mm oder weniger ist (mit dem Einkristall ohne den Schwanz), der SF nicht in dem gesamten Bereich des geraden Körpers erzeugt wird. Nebenbei bemerkt wird der Grund, warum der SF erzeugt wird, wenn die Länge des geraden Körpers 550 mm und die Länge des Schwanzes 180 mm oder mehr ist, daraus abgeleitet, dass die Temperatur in dem Bereich zum oberen Ende des geraden Körpers direkt nach der Bildung des Schwanzes auf weniger als 590 ºC abnimmt, und die Zeit, während derselben die Temperatur des Bereichs bei 570 ± 70 ºC ist, 200 Minuten in dem gesamten Herstellungsprozess des Einkristalls überschreitet.
  • Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass, wenn die Länge des geraden Körpers des Kristalls, ungeachtet der Länge des Schwanzes, 1000 mm ist, der SF in einem Teil des geraden Körpers erzeugt wurde.
  • In Anbetracht des obigen wird abgeleitet, dass die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD in dem gesamten Bereich des geraden Körpers eingeschränkt werden kann, und die Temperatur am oberen Ende des geraden Körpers zur Zeit des Herausziehens des Einkristalls 590 ºC oder mehr ist, wenn der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen wird, wobei die Länge des geraden Körpers 550 mm oder weniger und die Länge des Schwanzes 140 mm oder weniger ist, das heißt, in einem Zustand, dass ein Abstand zwischen dem oberen Ende des geraden Körpers und der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gleich 690 mm oder weniger ist.
  • Experiment 8: Forschungen über die Beziehung zwischen der Schwanzlänge und dem Erzeugungsstatus der Gleitversetzung
  • Wenn der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen wird, kann eine Versetzung von dem unteren Ende des Einkristalls als ein Startpunkt auftreten und als Gleitversetzung übertragen werden. Wenn eine derartige Gleitversetzung auftritt, ist ein Abschnitt, der eine derartige Gleitversetzung aufweist, als ein Produkt (d.h., als der Siliziumepitaxialwafer) nicht verwendbar, obwohl die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD eingeschränkt werden kann.
  • Demgemäß wurde die Länge der Gleitversetzung jedes Einkristalls geprüft, das unter den in 19 gezeigten Bedingungen hergestellt wurde.
  • 19 zeigt eine Länge der Gleitversetzung in dem geraden Körper jedes Einkristalls, eine Länge des Produkts (d.h., die Länge eines Bereichs, in dem keine Gleitversetzung in dem Nicht-SF-Erzeugungsbereich auftritt) und eine Ausbeute (d.h., das Verhältnis eines Bereichs, der als das Produkt verwendbar ist, relativ zu dem geraden Körper).
  • Es wurde herausgefunden, dass, wie in 19 gezeigt, in dem Einkristall, der den geraden Körper mit der Länge von 550 mm oder 1000 mm aufweist, wenn die Länge des Schwanzes 140 mm überschreitet, obwohl die Gleitversetzung zum Schwanz auftritt, die Gleitversetzung nicht an den geraden Körper übertragen wird, so dass der gesamte Nicht-SF-Erzeugungsbereich als das Produkt verwendbar ist. Es wurde herausgefunden, dass insbesondere, wenn die Länge des geraden Körpers 550 mm und die Länge des Schwanzes 140 mm ist, die Erzeugung des SF und die Gleitversetzung in dem geraden Körper nicht auftreten.
  • Nebenbei bemerkt ist es vorzuziehen, dass der gesamte Bereich des geraden Körpers als das Produkt verwendet werden kann (d.h., die Ausbeute ist 100%). So lange wie die Ausbeute 90% oder mehr ist, die größer als die herkömmliche Ausbeute ist, wird die Herstellungseffizienz jedoch nicht erheblich beeinflusst. Das heißt, wenn die Länge des Schwanzes 100 mm ist, tritt die Gleitversetzung in dem geraden Körper auf, wobei die Ausbeute jedoch 90% oder mehr wird. Wenn die Länge des Schwanzes 180 mm ist, tritt der SF in dem geraden Körper auf, wobei jedoch die Ausbeute 90% oder mehr wird. In beiden Fällen wird die Herstellungseffizienz nicht erheblich beeinflusst. Aus dem obigen wird abgeleitet, dass die Ausbeute 90% oder mehr wird, wenn der Einkristall von der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen wird, dass der Abstand zwischen dem oberen Ende des geraden Körpers und der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 730 mm oder weniger ist.
  • Ferner wurde herausgefunden, dass, wenn die Länge des geraden Körpers 1000 mm ist, wenn der Schwanz kürzer wird, die Länge des Produkts länger wird.
  • Die Erfindung wurde basierend auf den obigen Erkenntnissen erreicht.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß einem Aspekt der Erfindung unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung umfasst eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet und konfiguriert ist, um eine Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff aufzunehmen, in der roter Phosphor zu einer Siliziumschmelze zugefügt wird, und einen Hochziehabschnitt, der konfiguriert ist, um einen Keimkristall nach Bringen des Keimkristalls in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff hochzuziehen. Das Verfahren zum Herstellen eines Einkristall umfasst: Bringen des Keimkristalls in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff, in dem der rote Phosphor zu der Siliziumschmelze zugefügt ist, so dass ein spezifischer Widerstand des Einkristalls 0,9 mΩ·cm oder weniger ist, und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, um einen geraden Körper des Einkristalls zu bilden; und Herausziehen (d.h. Entfernen) des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand, dass eine Temperatur eines oberen Endes des geraden Körpers 590 ºC oder mehr ist.
  • Sogar wenn der rote Phosphor zu der Siliziumschmelze zugefügt wird, um den Einkristall mit niedrigem spezifischen Widerstand (d.h., in einem Bereich von 0,6 mΩ∙cm bis 0,9 mΩ∙cm) herzustellen, da ein Abkühlschritt durchgeführt wird, in dem der Einkristall abgekühlt wird, nachdem er dem Herausziehschritt unterzogen wurde, um aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen zu werden, ist in der obigen Anordnung die Zeit steuerbar, während derselben die Temperatur des gesamten Bereich des geraden Körpers innerhalb 570 ± 70 ºC fällt, um in einen Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten zu fallen. Anschließend wird eine Vorerhitzungsbehandlung (d.h., eine Wärmebehandlung in der Wasserstoffatmosphäre bei der Temperatur von 1200 ºC für 30 Sekunden) an den Siliziumwafer vorgenommen, der von dem gesamten Bereich des geraden Körpers des somit hergestellten Einkristalls erhalten wird, so dass die Anzahl der auf dem Siliziumwafer erzeugten, oben beschriebenen Vertiefungen auf 0,1/cm2 oder weniger unterdrückt wird.
  • Wenn ein Siliziumepitaxialwafer unter Verwendung des Einkristalls hergestellt wird, wie oben beschrieben, kann demgemäß die LPD-Anzahl (von 90 nm oder mehr), die durch den DCN-Modus von SP-1 gemessen wird, der von der KLA-Tencor Corporation hergestellt wird, auf 0,1/cm2 oder weniger gesenkt werden. Demgemäß kann der Siliziumepitaxialwafer erhalten werden, bei dem der spezifische Widerstand niedrig ist und die durch den SF verursachte LPD-Erzeugung eingeschränkt ist. Ferner kann der Siliziumepitaxialwafer erhalten werden, in dem der spezifische Widerstand niedrig ist und die durch den SF verursachte LPD-Erzeugung in dem gesamten Bereich des geraden Körpers eingeschränkt ist. Die Ausbeute kann nämlich 100% sein und eine Effizienzrate ist verglichen mit herkömmlichen Siliziumepitaxialwafern verbesserungsfähig.
  • Es sei bemerkt, dass Germanium (Ge) zu der Siliziumschmelze zusammen mit rotem Phosphor zugefügt werden kann. In der obigen Anordnung kann das Auftreten eines Versetzungsdefektes (Fehlanpassungsversetzung) aufgrund eines Unterschiedes der Konzentration von rotem Phosphor an einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und der Epitaxieschicht eingeschränkt werden.
  • In der obigen Anordnung wird bei dem Herausziehen des Einkristalls der Einkristall vorzugsweise aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen, dass ein Abstand zwischen dem oberen Ende des geraden Körpers und einer Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gleich 690 mm oder weniger ist.
  • In der obigen Anordnung kann durch einen einfachen Prozess zum Steuern der Position des oberen Endes des geraden Körpers in dem Herausziehschritt die Ausbeute 100% sein, und die Wirksamkeitsrate des Siliziumepitaxialwafers ist im Vergleich mit herkömmlichen Wirksamkeitsraten verbesserungsfähig.
  • In der obigen Anordnung wird beim Herausziehen des Einkristalls der Einkristall vorzugsweise aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen, dass der gerade Körper eine Länge von 550 mm oder weniger aufweist.
  • Es ist vorzuziehen, dass das Verfahren ferner ein Bilden eines Schwanzes an einem unteren Ende des geraden Körpers umfasst, wobei der Schwanz eine Länge in einem Bereich von 100 mm bis 140 mm aufweist.
  • In der obigen Anordnung kann, sogar wenn eine Gleitversetzung in dem geraden Körper auftritt, die Ausbeute 90% oder mehr sein, die größer als die herkömmliche Ausbeute ist. Demgemäß kann der Siliziumepitaxialwafer erhalten werden, in dem die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD eingeschränkt ist, während die Herstellungseffizienz nicht erheblich beeinflusst wird.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristall gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung umfasst eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet und konfiguriert ist, um eine Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff aufzunehmen, in der roter Phosphor zu einer Siliziumschmelze zugefügt ist, und einen Hochziehabschnitt, der konfiguriert ist, um einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gebracht wurde. Das Verfahren umfasst: Bringen des Keimkristalls in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff, in welcher der rote Phosphor zu der Siliziumschmelze zugefügt ist, so dass ein spezifischer Widerstand des Einkristalls 0,9 mΩ·cm oder weniger ist, und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, um einen geraden Körper des Einkristalls zu bilden; und Herausziehen des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand, dass ein Abstand zwischen einem oberen Ende des geraden Körpers und einer Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gleich 730 mm oder weniger ist.
  • In der obigen Anordnung kann durch einen einfachen Prozess zum Steuern der Position des oberen Endes des geraden Körpers bei dem Herausziehschritt, sogar wenn der SF in dem geraden Körper aufgrund des übermäßig langen Schwanzes erzeugt wird oder die Gleitversetzung in dem geraden Körper aufgrund des übermäßig kurzen Schwanzes auftritt, die Ausbeute 90% oder mehr sein, die größer als die herkömmliche Ausbeute ist. Demgemäß kann der Siliziumepitaxialwafer erhalten werden, in dem die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD eingeschränkt ist, während die Herstellungseffizienz nicht erheblich beeinflusst wird. Es sei bemerkt, dass es in Übereinstimmung mit den Herstellungsbedingungen gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung beispielsweise möglich ist, einen Einkristall herzustellen, das mit einem geraden Körper, der eine Länge von 550 mm aufweist, und einem Schwanz, der eine Länge von 180 mm aufweist, versehen ist.
  • In der obigen Anordnung ist es vorzuziehen, dass der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen wird, dass der gerade Körper eine Länge von 550 mm oder weniger aufweist.
  • Es ist vorzuziehen, dass das Verfahren ferner ein Bilden eines Schwanzes an einem unteren Ende des geraden Körpers umfasst, wobei der Schwanz eine Länge in einem Bereich von 100 mm bis 180 mm aufweist.
  • In der obigen Anordnung kann, da der Schwanz gebildet wird, wie oben beschrieben, das epitaktische Silizium erhalten werden, in dem die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD eingeschränkt ist, während die Herstellungseffizienz nicht erheblich beeinflusst wird.
  • Beim Herausziehen des Einkristalls wird in der obigen Anordnung der Einkristall, der ohne Schwanz an einem unteren Ende des geraden Körpers bereitgestellt wird, aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen.
  • In der obigen Anordnung kann, da der Herausziehschritt ohne Durchführen des Schwanz-Bildungsschritts durchgeführt wird, die Zeit zum Herstellen eines Einkristalls im Vergleich mit einem Fall verkürzt werden, in dem der Schwanz gebildet wird.
  • In der obigen Anordnung wird der Einkristall vorzugsweise mehrere Male hergestellt, um eine Mehrzahl von Einkristallen herzustellen, die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff wird in einer Menge in dem Tiegel aufgenommen, die imstande ist, einen der Mehrzahl von Einkristallen herzustellen, und jedes Mal, wenn einer der Mehrzahl von Einkristallen hergestellt wird, werden ein polykristallines Siliziummaterial und das rote Phosphor zu dem Tiegel zugefügt, um einen nächsten der Mehrzahl von Einkristallen zu erzeugen.
  • In der obigen Anordnung ist, da die Konzentration des roten Phosphors in der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff zur Zeit des Herstellens jedes Einkristalls konstant gemacht werden kann, der Einkristall ohne die Steuerung in Anbetracht der Verdampfung des roten Phosphors herstellbar.
  • In der obigen Anordnung wird die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff vorzugsweise in einer Menge in dem Tiegel aufgenommen, die imstande ist, die Mehrzahl von Einkristallen herzustellen, und die Mehrzahl von Einkristallen wird nacheinander ohne Zufügen eines polykristallinen Siliziummaterials und des roten Phosphors zu dem Tiegel hergestellt.
  • In der obigen Anordnung ist die Mehrzahl von Einkristallen ohne Öffnen der Kammer herstellbar, so dass die Effizienz beim Herstellen des Einkristalls verbesserungsfähig ist.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Abschneiden eines Siliziumwafers von einem geraden Körper eines Einkristalls, der durch das Herstellungsverfahren eines Einkristalls hergestellt wurde.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst: Erhitzen eines Siliziumwafers, der durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren eines Siliziumwafers hergestellt wurde, in einer Wasserstoffatmosphäre in einem ersten Schritt; und Bilden einer Epitaxieschicht auf dem Siliziumwafer nach dem ersten Schritt, um in einem zweiten Schritt einen Siliziumepitaxialwafer zu erzeugen.
  • In der obigen Anordnung kann der Siliziumepitaxialwafer bereitgestellt werden, in dem der spezifische Widerstand niedrig ist und die Erzeugung des durch den SF verursachten LPD eingeschränkt ist, wie oben beschrieben. Ferner kann der Prozess vereinfacht werden, da keine Polysiliziumschicht auf dem Siliziumepitaxialwafer gebildet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse eines Experiments zum Herleiten einer Herstellungsbedingung eines Siliziumepitaxialwafers der Erfindung veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen einer Verfestigungsrate eines Einkristalls und einer SF-Anzahl zeigt.
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse des Experiments 1 zum Herleiten der oben beschriebenen Herstellungsbedingung veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der SF-Anzahl und einer Verweilzeit bei jeder Temperatur zeigt.
  • 3 veranschaulicht Ergebnisse aus Experiment 2 zum Herleiten der oben beschriebenen Herstellungsbedingung, die einen LPD-Erzeugungszustand auf einem Siliziumwafer vor einem Vorerhitzen zeigt.
  • 4 veranschaulicht Ergebnisse aus Experiment 2, die einen LPD-Erzeugungszustand nach einem Vorerhitzen auf dem Siliziumwafer entsprechend einer Verfestigungsrate zeigt, bei welcher der SF erzeugt wird.
  • 5 veranschaulicht Ergebnisse aus Experiment 2, die einen LPD-Erzeugungszustand nach einem Vorerhitzen auf dem Siliziumwafer entsprechend einer Verfestigungsrate zeigt, bei welcher der SF nicht erzeugt wird.
  • 6 veranschaulicht die Ergebnisse aus Experiment 2, die AFM-Beobachtungsergebnisse des nach dem Vorerhitzen erhöhtem LPD zeigt.
  • 7 veranschaulicht Ergebnisse aus Experiment 3 zum Herleiten der oben beschriebenen Herstellungsbedingung, die einen LPD-Erzeugungszustand nach dem Wachstum einer Epitaxieschicht und in 4 gezeigte experimentelle Ergebnisse auf eine überlappende Art und Weise zeigt.
  • 8 veranschaulicht die Ergebnisse aus Experiment 3, die einen Teil von 7 in einer vergrößerten Art und Weise zeigt.
  • 9 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse aus Experiment 4 zum Herleiten der oben beschriebenen Herstellungsbedingung veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate und einer Mittentemperatur des Kristalls zeigt.
  • 10 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Mittentemperatur des Kristalls und der LPD-Anzahl in dem Einkristall zeigt.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, einer Verweilzeit bei jeder Temperatur und der LPD-Anzahl zeigt, wenn eine Temperaturbreite ±30 ºC ist.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 zeigt, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, einer Verweilzeit bei jeder Temperatur und der LPD-Anzahl zeigt, wenn die Temperaturbreite ±50 ºC ist.
  • 13 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, einer Verweilzeit bei jeder Temperatur und der LPD-Anzahl zeigt, wenn eine Temperaturbreite ±70 ºC ist.
  • 14 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate und der Verweilzeit des Einkristalls zeigt.
  • 15 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse aus Experiment 4 veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder Temperatur und der LPD-Anzahl zeigt.
  • 16 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse eines Experiments veranschaulicht, das durchgeführt wurde, um die Ergebnisse aus Experiment 4 zu verifizieren, die eine Beziehung zwischen der Verfestigungsrate, der Verweilzeit bei jeder Temperatur und der LPD-Anzahl zeigt.
  • 17 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse aus Experiment 5 zum Herleiten einer Herstellungsbedingung des Einkristalls veranschaulicht, der imstande ist, die durch einen SF verursachte LPD-Erzeugung in einem gesamten Bereich eines geraden Körpers einzuschränken, die eine Beziehung zwischen einer Position des Einkristalls und der Verweilzeit bei der Temperatur von 570 ± 70 ºC zeigt.
  • 18 ist eine graphische Darstellung, die Ergebnisse aus Experiment 6 zum Untersuchen einer Temperatur der Mitte des Einkristalls zur Zeit des Herausziehens des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen einer Position des Einkristalls und der Temperatur der Mitte des Einkristalls zeigt.
  • 19 veranschaulicht Ergebnisse der Experimente 7 und 8 zum Herleiten der Beziehung zwischen der Länge des Schwanzes, dem SF und dem Erzeugungsstatus der Gleitversetzung.
  • 20 veranschaulicht schematisch eine Skizze einer Einkristall-Hochziehvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 21 veranschaulicht schematisch ein Herstellungsverfahren eines Einkristalls durch einen Mehrfach-Hochziehprozess gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
  • 22 veranschaulicht schematisch ein Herstellungsverfahren eines Einkristalls durch einen Einzel-Beladungs-Hochziehprozess gemäß einer Modifikation der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Anordnung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung
  • Zuerst wird eine Anordnung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung nachstehend beschrieben.
  • Eine Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 umfasst einen Einkristall-Hochziehvorrichtungskörper 3, wie in 20 gezeigt, eine Dotiervorrichtung (nicht gezeigt) und eine Steuerung (nicht gezeigt).
  • Der Einkristall-Hochziehvorrichtungskörper 3 umfasst eine Kammer 30, einen Tiegel 31, der in der Kammer 30 angeordnet ist, einen Heizer 32, der konfiguriert ist, um Wärme in Richtung des Tiegels 31 zu strahlen, um den Tiegel 31 zu erwärmen, ein Hochziehkabel 33 (Hochziehabschnitt), eine wärmeisolierenden Zylinder 34 und eine Abschirmung 36.
  • Edelgas (z.B. Argongas) wird in die Kammer 30 von der oberen Seite in Richtung einer unteren Seite durch einen Einlass 30A, welcher der oberen Seite der Kammer 30 bereitgestellt wird, mit einer vorbestimmten Gasströmungsrate unter der Steuerung der Steuerung eingeführt. Ferner ist der Druck innerhalb der Kammer 30 (Ofendruck) durch die Steuerung steuerbar.
  • Der Tiegel 31 schmilzt ein polykristallines Silizium als ein Material eines Siliziumwafers, um eine Siliziumschmelze 4 bereitzustellen. Der Tiegel 31 umfasst einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Quarztiegel 311 (d.h., einen aus Quarz hergestellten Tiegel) und einen Graphit-Tiegel 312 (d.h., einen aus Graphit hergestellten Tiegel), der außerhalb des Quarztiegels 311 angeordnet ist, um den Quarztiegel 311 aufzunehmen. Der Tiegel 31 wird von einer Trägerwelle 37 getragen, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird. Der Heizer 32 ist außerhalb des Tiegels 31 angeordnet. Der Heizer 32 erwärmt den Tiegel 31, um das Silizium in dem Tiegel 31 zu schmelzen. Ein erstes Ende des Hochziehkabels 33 ist mit einer Hochziehantriebseinheit (nicht gezeigt) verbunden, die beispielsweise oberhalb des Tiegels 31 angeordnet ist. Ferner ist an einem zweiten Ende des Hochziehkabels 33 ein Keimhalter 38 zum Halten eines Keimkristalls oder einer Dotiervorrichtung (nicht gezeigt) befestigt. Das Hochziehkabel 33 ist drehbar, indem es durch die Hochziehantriebseinheit angetrieben wird. Das Hochziehkabel 33 bewegt sich durch die Hochziehantriebseinheit gesteuert von der Steuerung mit einer vorbestimmten Hochziehgeschwindigkeit nach oben.
  • Der wärmeisolierende Zylinder 34 ist angeordnet, um den Tiegel 31 und den Heizer 32 zu umgeben.
  • Die Abschirmung 36 dient als eine Wärmeabschirmung zum Abschirmen der von dem Heizer 32 nach oben abgestrahlten Strahlungswärme.
  • Die Dotiervorrichtung verflüchtigt roten Phosphor (flüchtigen Festkörperdotierstoff), um das rote Phosphor zu der Siliziumschmelze 4 in dem Tiegel 31 zu dotieren (d.h., zuzufügen), um Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 zuzufügen. Es sei bemerkt, dass die Dotiervorrichtung ein zylindrisches Element umfassen kann, wobei ein unteres Ende in der Siliziumschmelze 4 eingetaucht ist, um roten Phosphor in die Siliziumschmelze 4 zuzufügen, oder ausgestaltet sein kann, so dass das zylindrische Element ein von der Siliziumschmelze 4 beabstandetes untere Ende aufweist und verflüchtigten roter Phosphor zu der Siliziumschmelze 4 geblasen wird, um dadurch roten Phosphor zu der Siliziumschmelze 4 zuzufügen.
  • Die Steuerung steuert die Gasströmungsrate und den Ofendruck in der Kammer 30 und die Hochziehgeschwindigkeit des Hochziehkabels 33 basierend auf einer Einstellung durch einen Bediener in geeigneter Weise, um einen Herstellungsprozess des Einkristalls 6 zu steuern.
  • Herstellungsverfahren eines Einkristalls
  • Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Einkristalls 6 unter Verwendung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 nachstehend beschrieben. Es sei bemerkt, dass in dieser beispielhaften Ausführungsform ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls 6 beschrieben wird, der einen Durchmesser von 200 mm aufweist.
  • Zuerst wird ein Verfahren zum Herstellen des Einkristalls 6 durch einen sogenannten Mehrfach-Hochziehprozess nachstehend beschrieben, bei dem ein Polysiliziummaterial 411 (polykristallines Siliziummaterial) in einen einzigen Quarztiegel 311 jedes Mal geladen wird, wenn der Einkristall 6 hochgezogen wird, um eine Mehrzahl von Einkristallen 6 hochzuziehen.
  • Wie in 21 gezeigt, wird anfangs 80kg des Polysiliziummaterials in den Quarztiegel 311 in der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 geladen. Dann wird gesteuert von der Steuerung das Polysiliziummaterial erhitzt, um geschmolzen zu werden, und roter Phosphor (flüchtiger Dotierstoff) wird in die Siliziumschmelze 4 zugefügt, um die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 bereitzustellen, während die Gasströmungsrate und der Ofendruck in der Kammer 30 auf vorbestimmte Werte eingestellt werden.
  • Es sei bemerkt, dass Germanium zusammen mit rotem Phosphor zugefügt werden kann, um Fehlanpassungsversetzungen in dem Siliziumepitaxialwafer einzuschränken. Ferner wird die Zusatzmenge von rotem Phosphor eingestellt, so dass der spezifische Widerstand (des) der von dem Einkristall 6 abgeschnittenen Siliziumwafer(s) innerhalb eines Bereichs von 0,6 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm fällt.
  • Nach Eintauchen eines Keimkristalls in die Schmelze zieht die Steuerung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 anschließend den Keimkristall mit einer vorbestimmten Hochziehgeschwindigkeit basierend auf der Einstellung durch den Bediener hoch, um den Einkristall 6 herzustellen.
  • Der Hochziehprozess des Keimkristalls umfasst einen Hals-Bildungsschritt, einen Schulter-Bildungsschritt, einen Geraden-Körper-Bildungsschritt, einen Schwanz-Bildungsschritt und einen Abkühlschritt. Die Steuerung steuert mindestens eine Hochziehzeit während des geraden-Körper-Bildungsschritts, um kürzer als die in einem herkömmlichen Prozess zu sein, um einen Einkristall 6 zu erzeugen, dessen Abmessung kleiner als die eines herkömmlichen Einkristalls ist.
  • Im Einzelnen wird die Hochziehzeit während des Geraden-Körper-Bildungsschritts kürzer als die in einem herkömmlichen Prozess gemacht, und die Hochziehzeit während des Schwanz-Bildungsschritt wird die gleiche wie die in einem herkömmlichen Prozess gemacht. Dann wird in einem Zustand, in dem die Länge des geraden Körpers 63 gleich 550 mm oder weniger ist und ein Abstand zwischen dem oberen Ende 63A des geraden Körpers 63 und der Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 gleich 690 mm oder weniger ist, ein Herausziehschritt zum Herausziehen des Einkristalls 6 aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 durchgeführt.
  • Durch einen derartigen Prozess wird beispielsweise ein Einkristall 6 hergestellt, der mit dem geraden Körper 63, der eine Länge von 550 mm aufweist, und dem Schwanz 64, der eine Länge von 140 mm aufweist, versehen ist.
  • Unter den oben beschriebenen Bedingungen wird in einem Zustand, in dem die Temperatur des oberen Endes 63A des geraden Körpers 63 gleich 590 ºC oder mehr ist, der Einkristall 6 aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 herausgezogen, so dass die Zeit, während derselben die Temperatur bei jeder Position in einen gesamten Bereich des geraden Körpers 63 innerhalb 570 ± 70 ºC fällt, in einem Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten ist. Die Wärmehistorie des gesamten Bereichs des geraden Körpers 63 ist im Wesentlichen die gleiche wie die, welche durch durchgezogene Linien in 17 gezeigt wird, und die Wärmehistorie in der Mitte des Einkristalls 6 ist im Wesentlichen die gleiche wie die, welche durch durchgezogene Linien in 18 gezeigt wird.
  • Es sei bemerkt, dass andere Bedingungen als die Hochziehzeit (z.B. die Erwärmungsbedingung durch den Heizer 32) die gleichen wie die herkömmlichen sein können.
  • Im Einzelnen wird, wenn ein Einkristall einer typischen Abmessung hergestellt wird, am Start des Abkühlschritts nach dem Abschluss des Schwanz-Bildungsschritt das untere Ende des Einkristalls (der Abschnitt in 2, bei dem die Verfestigungsrate 60% überschreitet) auf eine Temperatur von 590 ºC oder mehr erhitzt und aus dem erhitzten Zustand schnell abgekühlt, so dass gemutmaßt wird, dass der Zeitraum kurz wird (d.h., 200 Minuten oder weniger), in dem die Temperatur 570 ± 70 ºC ist. Andererseits ist das obere Ende des Einkristalls (der Abschnitt in 2, bei dem die Verfestigungsrate weniger als 60% ist) bereits zu Beginn des Abkühlschritts auf eine Temperatur von weniger als 590 ºC abgekühlt. Demgemäß wird es angesehen, sogar wenn der Einkristall aus diesem Zustand schnell abgekühlt wird, dass die Zeit während derselben die Temperatur des oberen Endes des Einkristalls gleich 570 ± 70 ºC ist, länger als die Zeit wird, während derselben die Temperatur des unteren Endes des Einkristalls gleich 570 ± 70 ºC ist (d.h., 200 Minuten überschreitet). Als Ergebnis wird gemutmaßt, dass eine große SF-Anzahl am oberen Ende erzeugt wird, wohingegen die SF-Erzeugung am unteren Ende eingeschränkt ist.
  • Im Gegensatz dazu wird in dem Herstellungsverfahren gemäß dieser beispielhafte Ausführungsform gemutmaßt, wie in 21 gezeigt, dass der Einkristall 6 hergestellt wird, der kürzer als der typische Einkristall ist, und dass der gesamte Bereich des geraden Körpers 63 des Einkristalls 6 auf eine Temperatur von 590 ºC oder mehr zu Beginn des Abkühlschritts nach dem Abschluss des Schwanz-Bildungsschritt eingestellt werden kann. Der Einkristall 6 wird aus diesem Zustand schnell abgekühlt, und demgemäß kann der Zeitraum, während desselben die Temperatur des Einkristalls 6 gleich 570 ± 70 ºC ist, in einer für ein unteres Ende eines typischen Einkristalls ähnlichen Art und Weise kurz sein.
  • Als Ergebnis wird, wie oben beschrieben, die Wärmehistorie des gesamten Bereichs des geraden Körpers 63 eine Wärmehistorie, die durch durchgezogene Linien in 17 gezeigt wird, und die Wärmehistorie in der Mitte des Einkristalls 6 wird eine Wärmehistorie, die durch durchgezogene Linien in 18 gezeigt wird, und die Zeit während derselben die Temperatur jeder Position des Bereichs innerhalb 570 ± 70 ºC fällt, wird angesehen, in einem Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten zu sein. Demgemäß kann die LPD-Erzeugung in dem gesamten Bereich des geraden Körpers 63 eingeschränkt werden.
  • Ferner kann, da der Schwanz 64 gebildet wird, der die Länge von 140 mm aufweist, die durch den SF verursachte LPD-Erzeugung und die Gleitversetzung in dem gesamten Bereich des geraden Körpers 63 eingeschränkt werden, so dass die Ausbeute 100% sein kann.
  • Nach Abschluss der Herstellung eines der Einkristalle 6 lädt die Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 das Material 411 (Polysilizium, roten Phosphor (und Germanium)) zum Herstellen von 80kg der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 in den Quarztiegel 311, wie in 21 gezeigt, um den nächsten der Einkristalle 6 herzustellen.
  • Es ist vorzuziehen, dass die Steuerung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 den Ofendruck in einem Bereich von 13,3 kPa (100 Torr) bis 60 kPa (450 Torr) einstellt, während der/die Einkristall(e) 6 anders als der/die zuletzt hergestellte(n) Einkristall(e) 6 gekühlt wird/werden, vor bevor der zuletzt hergestellte Einkristall 6 herausgenommen wird (d.h., während des Abkühlschritts). Wenn der Ofendruck weniger als 13,3 kPa ist, wird der rote Phosphor (flüchtiger Dotierstoff) verdampft, um den spezifischen Widerstand des Einkristalls 6 anzuheben, um anschließend hergestellt zu werden. Wenn der Ofendruck andererseits 60 kPa überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass Verdampfungsgut in der Kammer 30 haftet, so dass die Einkristallbildung zum Herstellen des Einkristalls 6 erschwert ist.
  • Der spezifische Widerstand eines somit hergestellten Siliziumwafers, der von dem Einkristall 6 erhalten wurde, ist in einem Bereich von 0,6 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm. Ferner ist die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers in einem Bereich von 7 × 1017 bis 10 × 1017 Atome/cm3 (gemäß IGFA (Inert Gas Fusion Analysis)). Die Konzentration von rotem Phosphor ist in einem Bereich von 8,0 × 1019 bis 1,1 × 1020 Atome/cm3. Die Konzentration von Germanium ist in einem Bereich von 3,0 × 1019 bis 3,0 × 1020 Atome/cm3.
  • Ferner wird, wenn der Siliziumwafer für 30 Sekunden oder mehr in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1200 ºC erwärmt wird, die LPD-Anzahl (von 90 nm oder mehr) auf der Oberfläche des Siliziumwafers, die durch den DCN-Modus des von KLA-Tencor Corporation hergestellten SP-1 gemessen wird, 0,1/cm2 oder weniger. Mit anderen Worten ist die Anzahl der auf der Oberfläche des Siliziumwafers erzeugten Vertiefungen gleich 0,1/cm2 oder weniger.
  • Herstellungsverfahren von Siliziumepitaxialwafer
  • Als Nächstes wird nachstehend ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafer (nicht gezeigt) aus dem Einkristall 6 beschrieben, der gemäß dem Herstellungsverfahren hergestellt wurde.
  • Anfangs wird nach Abschneiden einer Siliziumkristallplatte von dem Einkristall 6 (erster Schritt), der Siliziumwafer einer Vorerhitzungsbehandlung unterzogen, um Sauerstoff aus einer Oberflächenschicht des Siliziumwafers zu tempern (zweiter Schritt).
  • Die Vorerhitzungsbehandlung wird vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von 1150 bis 1200 ºC für einen Vorerhitzungszeitraum von 30 Sekunden oder mehr (z.B. am kürzesten 30 Sekunden) durchgeführt.
  • Nach der Vorerhitzungsbehandlung wird auf dem Siliziumwafer eine Epitaxieschicht durch CVD gebildet (dritter Schritt). Die Prozesstemperatur während des epitaktischen Wachstums ist in einem Bereich von 1000 bis 1150 ºC, vorzugsweise in einem Bereich von 1050 bis 1080 ºC.
  • Durch den obigen Herstellungsprozess kann ein Siliziumepitaxialwafer, der den extrem niedrigen spezifischen Widerstand des Siliziumwafers in einem Bereich von 0,6 mΩ·cm bis 0,9 mΩ·cm zeigt, die extreme kleine Anzahl von Fehlanpassungsversetzungen in der Epitaxieschicht auf, und weist die LPD-Anzahl auf, die sich aus dem SF (Stapelfehler) von 0,1/cm2 oder weniger ergibt, was für einen Leistungs-MOS-Transistor hinreichend praktikabel ist, hergestellt werden.
  • Ein derartiger Siliziumepitaxialwafer hoher Qualität, der den extrem niedrigen spezifischen Widerstand des Siliziumwafers und die extrem kleine LPD-Anzahl aufweist, die sich aus dem SF (Stapelfehler) ergibt, kann nicht durch ein herkömmliches Herstellungsverfahren hergestellt werden, sondern kann nur gemäß dem Herstellungsverfahren der Erfindung hergestellt werden und ist daher neu.
  • Modifikationen
  • Es sei verstanden, dass der Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Verbesserungen und Veränderungen der Ausgestaltung möglich sind, so lange wie derartige Verbesserungen und Veränderungen mit der Erfindung kompatibel sind.
  • Beispielsweise kann anstelle des Mehrfach-Hochziehprozesses, wie in 21 gezeigt, ein sogenannter Einzel-Beladungs-Hochziehprozess benutzt werden, um den Einkristall 6 herzustellen, wobei eine Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 verwendet wird, wie in 22 gezeigt. Die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 wird für eine Mehrzahl von Einkristallen einmalig in einen gemeinsam genutzten Quarztiegel 311 geladen und eine Mehrzahl von Einkristallen 6 wird eines nach dem anderen hochgezogen.
  • Wenn zwei Einkristalle 6 herzustellen sind, ist es vorzuziehen, dass die Steuerung der Einkristall-Hochziehvorrichtung 1 den Ofendruck in einem Bereich von 13,3 kPa bis 60 kPa einstellt, während der erste der Einkristalle 6 abgekühlt wird, nachdem er hochgezogen wird, um herausgenommen zu werden (d.h., während des Abkühlschritts). Der Grund für die bevorzugte Einstellung des Ofendrucks ist der gleiche wie der in dem Mehrfach-Hochziehprozess in der obigen beispielhafte Ausführungsform.
  • Es sei bemerkt, dass, sogar wenn der Mehrfach-Hochziehprozess durchgeführt wird, der obige Einzel-Beladungs-Hochziehprozess ohne Zufügen von Material(ien) zur Zeit des Hochziehens des letzten Einkristalls anwendbar ist.
  • Beispielsweise können 160 kg der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 in einer Anfangsstufe geladen werden, und die Einkristalle 6, die mit dem geraden Körper 63, der die Länge von 550 mm aufweist, und dem Schwanz 64, der die Länge von 140 mm aufweist, versehen sind, können für drei aufeinanderfolgende Male hochgezogen werden. In der obigen Anordnung kann die Zeit, während derselben die Temperatur bei jeder Position in dem gesamten Bereich des geraden Körpers 63 innerhalb 570 ± 70 ºC fällt, in einem Bereich von 20 Minuten bis 200 Minuten sein.
  • Der Durchmesser des Einkristalls kann 200 mm überschreiten oder kann weniger als 200 mm sein.
  • Wenn die Temperatur des oberen Endes 63A des geraden Körpers 63 gleich 590 ºC oder mehr in dem Herausziehschritt ist, kann die Gesamtlänge des geraden Körpers 63 und des Schwanzes 64 gleich 690 mm oder weniger sein. In diesem Fall ist die Ausbeute vorzugsweise 100%, wobei jedoch, sogar wenn die Gleitversetzung an dem unteren Ende 63B des geraden Körpers 63 auftritt, die Länge des geraden Körpers 63 550 mm überschreiten kann oder weniger als 550 mm sein kann, so lange wie die Ausbeute 90% oder mehr wird. Ferner kann, so lange wie die Ausbeute 90% oder mehr wird, die Länge des Schwanzes 64 weniger als 140 mm sein oder kann 140 mm überschreiten. Des Weiteren kann in dem Herausziehschritt der Einkristall, welcher das untere Ende 63B des geraden Körpers 63 aufweist, der nicht mit dem Schwanz 64 versehen ist, aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 herausgezogen werden.
  • In der obigen beispielhaften Ausführungsform kann in dem Zustand, dass der Abstand zwischen dem oberen Ende 63A des geraden Körpers 63 und der Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 gleich 730 mm oder weniger ist, der Herausziehschritt durchgeführt werden. In diesem Fall wird in einem Zustand, dass die Temperatur des oberen Endes 63A des geraden Körpers 63 weniger als 590 ºC ist, der Herausziehschritt durchgeführt, so dass SF am oberen Ende 63A des geraden Körpers 63 erzeugt werden kann oder Gleitversetzung am unteren Ende 63B des geraden Körpers 63 auftreten kann. Der Siliziumepitaxialwafer, in dem die Ausbeute 90% oder mehr ist und der durch den SF verursachte LPD eingeschränkt ist, kann jedoch erhalten werden, ohne die Herstellungseffizienz erheblich zu beeinflussen. Es sei bemerkt, dass die oben beschriebene Bedingung durch einen Fall beispielhaft gegeben ist, in dem die Länge des geraden Körpers 63 gleich 550 mm und die Länge des Schwanzes 64 gleich 180 mm ist, wie in 19 gezeigt. So lange wie die Gesamtlänge des geraden Körpers 63 und des Schwanzes 64 gleich 730 mm oder weniger zur gleichen Zeit ist, wie die Ausbeute 90% oder mehr ist, kann jedoch die Länge des geraden Körpers 63 550 mm überschreiten und kann weniger als 550 mm sein, und die Länge des Schwanzes 64 kann weniger als 180 mm sein und kann 180 mm überschreiten. Ferner kann in dem Herausziehschritt der Einkristall, welcher das untere Ende 63B des geraden Körpers 63 aufweist, das nicht mit dem Schwanz 64 versehen ist, aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff 41 herausgezogen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Einkristall-Hochziehvorrichtung
    6
    Einkristall
    30
    Kammer
    31
    Tiegel
    33
    Hochziehkabel (Hochziehabschnitt)
    41
    Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff
    63
    gerader Körper
    64
    Schwanz

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung, umfassend eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet und konfiguriert ist, um eine Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff aufzunehmen, in dem roter Phosphor zu einer Siliziumschmelze zugefügt ist, und einen Hochziehabschnitt, der konfiguriert ist, um einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Bringen des Keimkristalls in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff, in welcher der rote Phosphor zu der Siliziumschmelze zugefügt ist, so dass ein spezifischer Widerstand des Einkristalls 0,9 mΩ·cm oder weniger ist, und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, um einen geraden Körper des Einkristalls zu bilden; und Herausziehen des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand, dass eine Temperatur eines oberen Endes des geraden Körpers 590 ºC oder mehr ist.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß Anspruch 1, wobei beim Herausziehen des Einkristalls der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen wird, in dem ein Abstand zwischen dem oberen Ende des geraden Körpers und einer Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gleich 690 mm oder weniger ist.
  3. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß Anspruch 2, wobei beim Herausziehen des Einkristalls der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen wird, dass der gerade Körper eine Länge von 550 mm oder weniger aufweist.
  4. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: Bilden eines Schwanzes an einem unteren Ende des geraden Körpers, wobei der Schwanz eine Länge in einem Bereich von 100 mm bis 140 mm aufweist.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls unter Verwendung einer Einkristall-Hochziehvorrichtung, umfassend eine Kammer, einen Tiegel, der in der Kammer angeordnet und konfiguriert ist, um eine Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff aufzunehmen, in dem roter Phosphor zu einer Siliziumschmelze zugefügt ist, und einen Hochziehabschnitt, der konfiguriert ist, um einen Keimkristall hochzuziehen, nachdem der Keimkristall in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gebracht wurde, wobei das Verfahren umfasst: Bringen des Keimkristalls in Kontakt mit der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff, in welcher der rote Phosphor zu der Siliziumschmelze zugefügt ist, so dass ein spezifischer Widerstand des Einkristalls 0,9 mΩ·cm oder weniger ist, und anschließendes Hochziehen des Keimkristalls, um einen geraden Körper des Einkristalls zu bilden; und Herausziehen des Einkristalls aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand, dass ein Abstand zwischen einem oberen Ende des geraden Körpers und einer Oberfläche der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff gleich 730 mm oder weniger ist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß Anspruch 5, wobei der Einkristall aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einem Zustand herausgezogen wird, dass der gerade Körper eine Länge von 550 mm oder weniger aufweist.
  7. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend: Bilden eines Schwanzes an einem unteren Ende des geraden Körpers, wobei der Schwanz eine Länge in einem Bereich von 100 mm bis 180 mm aufweist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 5, wobei beim Herausziehen des Einkristalls der Einkristall, der mit keinem Schwanz an einem unteren Ende des geraden Körpers versehen ist, aus der Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff herausgezogen wird.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Einkristall mehrere Male hergestellt wird, um eine Mehrzahl der Einkristalle herzustellen, die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einer Menge in dem Tiegel aufgenommen wird, die imstande ist, einen der Mehrzahl von Einkristallen herzustellen, und jedes Mal, wenn einer der Mehrzahl von Einkristallen hergestellt wird, ein polykristallines Siliziummaterial und der rote Phosphor zu dem Tiegel zugefügt werden, um einen nächsten der Mehrzahl von Einkristallen zu erzeugen.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schmelze mit zugefügtem Dotierstoff in einer Menge in dem Tiegel aufgenommen wird, die imstande ist, die Mehrzahl von Einkristallen herzustellen, und die Mehrzahl von Einkristallen nacheinander hergestellt wird, ohne ein polykristallines Siliziummaterial und den roten Phosphor zu dem Tiegel zuzufügen.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers, das ein Abschneiden eines Siliziumwafers von einem geraden Körper eines Einkristalls umfasst, das durch das Herstellungsverfahren eines Einkristalls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers, umfassend: Erhitzen eines Siliziumwafers, der durch das Herstellungsverfahren eines Siliziumwafers gemäß Anspruch 11 hergestellt wurde, in einer Wasserstoffatmosphäre in einem ersten Schritt; und Bilden einer Epitaxieschicht auf dem Siliziumwafer nach dem ersten Schritt, um in einem zweiten Schritt einen Siliziumepitaxialwafer herzustellen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112018002163B4 (de) 2017-04-25 2022-12-15 Sumco Corporation Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3356582B1 (de) * 2015-10-01 2020-12-16 GlobalWafers Co., Ltd. Epitaktisches wachstum von defektfreiem, einschichtigem graphen im wafermassstab auf dünnen kobaltschichten
KR102181277B1 (ko) 2016-08-10 2020-11-20 가부시키가이샤 사무코 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법
JP6631460B2 (ja) 2016-10-03 2020-01-15 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶
CN113272479A (zh) * 2018-10-12 2021-08-17 环球晶圆股份有限公司 控制硅熔融物中的掺杂剂浓度以增强铸锭质量
JP7429122B2 (ja) * 2020-01-10 2024-02-07 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP7495238B2 (ja) 2020-02-19 2024-06-04 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコンウェーハの製造方法
CN112160021A (zh) * 2020-11-03 2021-01-01 广东先导先进材料股份有限公司 一种单晶晶片及其晶棒的制备方法
CN112735942B (zh) * 2020-12-30 2022-10-28 有研半导体硅材料股份公司 一种igbt用硅衬底抛光片的制备方法
TWI746374B (zh) * 2021-02-17 2021-11-11 日商環球晶圓日本股份有限公司 磊晶矽晶圓中之缺陷的發生預測方法以及磊晶矽晶圓的製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69533114T2 (de) * 1995-12-08 2005-06-09 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Verfahren und vorrichtung zur herstellung von einkristallen
JP2001068420A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Komatsu Electronic Metals Co Ltd エピタキシャルシリコンウエハの製造方法
KR100486877B1 (ko) * 2002-10-15 2005-05-03 주식회사 실트론 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치및 저융점 도판트 주입 방법
US8076215B2 (en) * 2008-05-17 2011-12-13 Astrowatt, Inc. Method of forming an electronic device using a separation technique
JP2009292663A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Sumco Corp シリコン単結晶の育成方法
WO2010021272A1 (ja) * 2008-08-18 2010-02-25 Sumco Techxiv株式会社 シリコンインゴット、シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法、並びにシリコンインゴット
JP5246065B2 (ja) 2009-06-29 2013-07-24 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハとその製造方法
JP2011219300A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Covalent Materials Corp シリコン単結晶の製造方法及びそれに用いられるシリコン単結晶引上装置
US10233562B2 (en) * 2013-04-24 2019-03-19 Sumco Techxiv Corporation Method for producing single crystal, and method for producing silicon wafer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112018002163B4 (de) 2017-04-25 2022-12-15 Sumco Corporation Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristalls, Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silicium-Wafers, Silicium-Einkristall, und epitaktischer Silicium-Wafer

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