JP5420548B2 - 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 - Google Patents
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Description
前記種結晶及び前記融液は同じ種類のドーパントを含有しており、
前記融液に前記種結晶を着液させる着液工程と、
前記着液工程を経て引き上げられたシリコン単結晶を成長させてシリコンインゴットを得る成長工程と、を備え、
前記種結晶に含有されるドーパントの濃度は、ドーパントが砒素の場合には2.0×1019〜4.0×1019atoms/cm3、ドーパントがリンの場合には5.0×1019〜7.0×1019atoms/cm3、ドーパントがリン及びゲルマニウムの場合にはリン5.0×1019〜7.0×1019atoms/cm3かつゲルマニウム4.0×1019〜8.0×1019atoms/cm3であり、
前記着液工程において、前記種結晶を前記融液に着液させる際の前記種結晶と前記融液の温度差が50〜97Kであり、
さらに、前記成長工程において、前記融液からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板と前記融液を収容する坩堝とをホットゾーンに備える単結晶引き上げ装置を用い、
前記成長工程のうちシリコンインゴットの直胴部分を成長させる期間の開始時点において、前記熱遮蔽板と前記融液の表面との距離が20〜30mmであり、
前記成長工程のうちシリコンインゴットの肩部分と直胴部分との境界部分からシリコンインゴットの引き上げ方向と反対方向に200mm離れた位置以降の直胴部分を成長させる期間において、前記熱遮蔽板と前記融液の表面との距離が6〜15mmである。
前記条件Aはシリコンインゴットのドーパントが砒素で、当該シリコンインゴットのうち、固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.6〜2.0mΩcmであり、
前記条件Bはシリコンインゴットのドーパントがリンで、当該シリコンインゴットのうち、固化率が5〜15%である領域の抵抗率が0.95〜1.1mΩcmであり、
前記条件Cはシリコンインゴットのドーパントがリン及びゲルマニウムで、当該シリコンインゴットのうち、固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.0〜1.2mΩcmである。
前記条件Dはシリコンインゴットのドーパントが砒素で、当該シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が1.3〜1.6mΩcmであり、
前記条件Eはシリコンインゴットのドーパントがリンで、当該シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が0.70〜0.80mΩcmであり、
前記条件Fはシリコンインゴットのドーパントがリン及びゲルマニウムで、当該シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が0.70〜0.90mΩcmである。
以下、本発明のシリコンインゴットの製造方法の一実施態様について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のシリコンインゴットの製造方法の一実施形態で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示すシリコン単結晶引き上げ装置の部分拡大断面図である。図3は、本発明のシリコンインゴット製造方法の一実施態様で製造されるシリコンインゴットを示す図である。
まず、本実施形態により製造されるシリコンインゴットの形状について、図3を参照しながら簡単に説明する。シリコンインゴットは、種結晶13の部分からやや径の細いネック部分14を経て、徐々に拡径する肩部分15と、一定の径を有する直胴部分16と、徐々に縮径するテール部分17とを有する。直胴部分16はボディ部分とも呼ばれる。なお、シリコンインゴットにおいて肩部分15から直胴部分16に変わる部分(境界)をボディトップ部分16aと呼び、直胴部分16からテール部分17に変わる部分(境界)をボディボトム部分16bと呼ぶ。したがって、ボディトップ部分16aとは、引き上げ方向D1について直胴部分16の先端から0mmの位置を意味する。
次に、本実施態様を実施する上で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置について説明する。シリコン単結晶引き上げ装置3のホットゾーン4は、図1及び図2に示すように、チャンバ1の内部に、坩堝23、熱遮蔽板22、ヒータ21などを備えて構成される。
まず、着液工程について説明する。この工程は、種結晶13を融液11に着液させる工程である。
次に、成長工程について説明する。この工程は、上記種結晶13を引き上げて単結晶12を成長させる工程である。
成長初期工程(ネック〜肩)における熱遮蔽板22と融液11の表面との距離dは、20〜30mmが好ましく、24〜27mmがより好ましい。熱遮蔽板22と融液11の表面との距離dが20mmよりも小さい場合、砒素のような揮発性ドーパントを添加した場合に、シリコン融液11の表面からドーパントの蒸発が促進される傾向がある。その結果、シリコン融液11の中のドーパント濃度が減少し、成長中の単結晶12の抵抗率が上昇してしまうおそれがある。また、距離dが30mmよりも大きい場合、シリコン蒸気等の蒸発物が効率よく排気できず、インゴットが単結晶となるのを阻害する可能性がある。
本発明のシリコンインゴットの製造方法によれば、融液11にドーパントを多量に添加しても異常成長が抑制されるので、ドーパントが多く添加された低抵抗率のシリコンインゴットを作製することができる。そして、このようにして得られたシリコンインゴットは、ボディトップ部分から低い抵抗率を示すので、そのシリコンインゴットをスライスすることにより、抵抗率の低いシリコンウェーハを効率良く得ることができる。さらに、得られたシリコンインゴットの抵抗率は、ドーパントの蒸発現象のため、理論偏析曲線の抵抗率までは低下しないが、ボディボトム部分に近づくほどドーパントの濃度が高くなるので、本実施態様のシリコンインゴットの製造方法によれば、ボディボトム付近からはこれまで存在しなかったような低い抵抗率を示すシリコンウェーハを得ることができる。
次に、本発明のシリコンインゴットの一実施形態について説明する。本実施形態のシリコンインゴットは、上記シリコンインゴットの製造方法で作製されるものであり、次の条件A〜条件Cのいずれかを満たしている。そして、前記条件Aはドーパントが砒素で、シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.6〜2.0mΩcmである。前記条件Bはドーパントがリンで、シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が0.95〜1.1mΩcmである。前記条件Cはドーパントがリン及びゲルマニウムで、シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.0〜1.2mΩcmである。以下、これらの技術内容について説明する。なお、固化率とは、坩堝23に投入した原料シリコンの全質量に対する、単結晶として引き上げた質量の割合を表す。例えば、固化率が5%とは、原料として坩堝23に投入したシリコンの質量のうち、5%が既に単結晶として引き上げられたことを意味する。
次に、本発明のシリコンインゴットの製造方法で製造されたシリコンインゴットから切り出されるシリコンウェーハについて説明する。本発明のシリコンインゴットの製造方法で製造されたシリコンインゴットをスライスし、シリコンウェーハとするシリコンウェーハの製造方法もまた、本発明の一つである。
次に、上記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成して製造されるエピタキシャルウェーハについて説明する。上記本発明のシリコンウェーハの製造方法で製造されたシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハとするエピタキシャルウェーハの製造方法もまた、本発明の一つである。
砒素(As)、リン(P)、又はリン及びゲルマニウム(P+Ge)をドーパントとして使用して、チョクラルスキー法により表1の条件で実施例1〜15及び比較例1〜6のシリコンインゴット(直径200mm)を作製した。いずれのシリコンインゴットも、チャンバ内の圧力を60〜42.7kPa(450〜320Torr)とし、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを流量200〜100SL/minにて流通させる条件で作製した。なお、SLというのは、293K(20℃)におけるリットルという意味である。また、熱遮蔽板と融液表面との距離において「9.5→13」等と記載しているのは、直胴工程の後半期間の初期では熱遮蔽板と融液表面との距離を9.5mmに設定し、その後の期間では熱遮蔽板と融液表面との距離を13mmに設定した、という意味である。
上記のようにシリコンインゴットを作製した結果、本発明における所定の条件のもとで作製された実施例1〜15のシリコンインゴットは、無転位のものであることが確認された。しかし、本発明における所定の条件のもとで作製されなかった比較例1〜6のシリコンインゴットは、有転位化することが確認された。
実施例1〜10及び比較例1〜3のシリコンインゴットについて、固化率(%)に対する抵抗率(mΩcm)を測定した。抵抗率の測定はRG−15D型抵抗率測定器(ナプソン株式会社製)を使用した。結果を図4〜図6に示す。
2 シードホルダ
3 単結晶引き上げ装置
4 ホットゾーン
11 シリコン融液
12 シリコン単結晶
13 シリコン種結晶
14 ネック部分
15 肩部分
16 直胴部分
17 テール部分
21 ヒータ
22 熱遮蔽板
23 るつぼ
d 熱遮蔽板22とシリコン融液11の表面との距離
Claims (8)
- 種結晶を融液に着液させ、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させることによりシリコンインゴットを製造するシリコンインゴットの製造方法であって、
前記種結晶及び前記融液は同じ種類のドーパントを含有しており、
前記融液に前記種結晶を着液させる着液工程と、
前記着液工程を経て引き上げられたシリコン単結晶を成長させてシリコンインゴットを得る成長工程と、を備え、
前記種結晶に含有されるドーパントの濃度は、ドーパントが砒素の場合には2.0×1019〜4.0×1019atoms/cm3、ドーパントがリンの場合には5.0×1019〜7.0×1019atoms/cm3、ドーパントがリン及びゲルマニウムの場合にはリン5.0×1019〜7.0×1019atoms/cm3かつゲルマニウム4.0×1019〜8.0×1019atoms/cm3であり、
前記融液に含有されるドーパントの濃度は、ドーパントが砒素の場合には1.5×1020〜2.0×1020atoms/cm3、ドーパントがリンの場合には1.9×1020〜2.3×1020atoms/cm3、ドーパントがリン及びゲルマニウムの場合にはリン1.7×1020〜2.1×1020atoms/cm3かつゲルマニウム8.5×1019〜1.6×1020atoms/cm3であり、
前記着液工程において、前記種結晶を前記融液に着液させる際の前記種結晶と前記融液の温度差が50〜97Kであり、
さらに、前記成長工程において、前記融液からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板と前記融液を収容する坩堝とをホットゾーンに備える単結晶引き上げ装置を用い、
前記成長工程のうちシリコンインゴットの直胴部分を成長させる期間の開始時点において、前記熱遮蔽板と前記融液の表面との距離が20〜30mmであり、
前記成長工程のうちシリコンインゴットの肩部分と直胴部分との境界部分からシリコンインゴットの引き上げ方向と反対方向に200mm離れた位置以降の直胴部分を成長させる期間において、前記熱遮蔽板と前記融液の表面との距離が6〜15mmであるシリコンインゴットの製造方法。 - 直径200mm以上のシリコンインゴットの製造方法である請求項1記載のシリコンインゴットの製造方法。
- 請求項2記載のシリコンインゴットの製造方法によって製造され、下記条件A〜条件Cのいずれかを満たす直径200mm以上のシリコンインゴット。
条件A:前記ドーパントが砒素であり、前記シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.6〜2.0mΩcmである。
条件B:前記ドーパントがリンであり、前記シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が0.95〜1.1mΩcmである。
条件C:前記ドーパントがリン及びゲルマニウムであり、前記シリコンインゴットのうち固化率が5〜15%である領域の抵抗率が1.0〜1.2mΩcmである。 - さらに下記条件D〜条件Fのいずれかを満たす請求項3記載のシリコンインゴット。
条件D:前記ドーパントが砒素であり、前記シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が1.3〜1.6mΩcmである。
条件E:前記ドーパントがリンであり、前記シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が0.70〜0.80mΩcmである。
条件F:前記ドーパントがリン及びゲルマニウムであり、前記シリコンインゴットのうち、固化率が80〜90%である領域の抵抗率が0.70〜0.90mΩcmである。 - 直径が200mmで、ドーパントがリンであり、抵抗率が0.8mΩcm以下となる領域の長さが長手方向に100mm以上であるシリコンインゴット。
- 直径が200mmで、ドーパントがリン及びゲルマニウムであり、抵抗率が0.8mΩcm以下となる領域の長さが長手方向に50mm以上であるシリコンインゴット。
- 請求項1又は2記載のシリコンインゴットの製造方法で製造されたシリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハとするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項7記載のシリコンウェーハの製造方法で製造されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハとするエピタキシャルウェーハの製造方法。
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