(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーピング物質ガスを半導体材料に供給し、半導体材料の溶融物から単結晶を引上げる工程、及び引上げた単結晶から窒素がドープされた半導体ウェハを分離する工程を含む、ＮＨ３を含有するドーピング物質ガスに由来する窒素がドープされた半導体ウェハを製造する方法において、単結晶の一部の引上げが開始されるまでの間、融液に直接、ＮＨ３を含有するドーピング物質ガスを供給し、該単結晶から半導体ウェハを分離することを特徴とする窒素がドープされた半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
ドーピング物質ガスを引上げ室を通して誘導し、かつ半導体ウェハにドープされた窒素の濃度が最高５×１０１５ａｔ／ｃｍ３であることができるように設定した、引上げ室を通るドーピング物質ガスの貫流速度及びドーピング物質ガス内のＮＨ３の濃度を調整することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
重量３０〜１２０ｋｇのＣＺ法による単結晶の引上げの際に半導体材料に供給されるＮＨ３の量が０．０１〜２０Ｎｌであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
単結晶をＣＺ法により引上げ、かつ半導体材料に対するドーピング物質ガスの供給を、早くとも坩堝内に入れられた半導体材料が溶融された際に開始することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
単結晶をＣＺ法により軸方向に配向された磁界内で引上げることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
単結晶をＦＺ法により移動させ、かつ半導体材料に対するドーピング物質ガスの供給を、早くともネック部の移動が開始した後に開始し、かつドーピング物質ガスの供給を遅くとも、単結晶の直胴部の移動が開始する前に終了することを特徴とする請求項１又は２項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＨ３を含有するドーピング物質ガスから由来する窒素をドープした半導体ウェハを製造する方法に関する。該方法は、半導体材料の溶融物から単結晶を引上げる工程及び引上げた単結晶から窒素をドープした半導体ウェハを分離する工程を含む。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶から半導体ウェハを分離することは通常のことである。単結晶は、ゾーン移動（floating zone methode、ＦＺ法）によるか、又は坩堝内に入れられた溶融物の引上げ（Czochralski-Methode、ＣＺ法）により得られる。米国特許第４,５９１,４０９号明細書には、ＣＺ法により引上げられた単結晶内の窒素の均一な分配を達成することを目的とした方法が記載されてる。この方法によれば、引上げ工程中に酸化二窒素のようなガスの存在を保証すべきである。学問的文献においては、窒素ガス、又はヘリウムとＮＨ３の混合物を溶融したシリコンと反応させることが報告されている（W. Kaiser, C. D. Thurmond, J. Appl. Phys. 30, No. 3, 427-431 (1959)）。しかしながら、該刊行文献からは、如何にすれば窒素を所定の濃度でかつ均一に分配して含有する半導体ウェハを再現可能な方法で得ることができるかは想到することはできない。再現可能なドーピングは、ＮＨ３の熱的不安定性のために適当な手段を用いないと達成不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、窒素を所定の濃度でかつ均一に分配して含有する半導体ウェハを再現可能に得ることができる方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明により、ドーピング物質ガスを半導体材料に供給する、半導体材料の溶融物から単結晶の引上げる工程、及び引上げた単結晶から窒素をドープした半導体ウェハを分離する工程を含む、ＮＨ３を含有するドーピング物質ガスから由来する窒素をドープした半導体ウェハを製造する方法において、ドーピング物質ガスを半導体材料に最大、単結晶の一部の引出しが開始されるまでの間供給し、該単結晶から半導体ウェハを分離することにより解決される。
【０００５】
本発明による方法は、前記の米国特許明細書に記載された方法と比較すると、単結晶内の窒素の軸方向の分布が均一である、即ち単結晶内の窒素濃度の軸方向の勾配があまり際立っていないという利点を有する。さらに、本方法により、ドーピング物質ガスから由来する酸素が引上げ装置内の黒煙含有の組込み部材を腐食させ、ＣＯを生成しかつその結果半導体材料を炭素で不純化することが回避される。
【０００６】
本発明によれば、引上げ装置内での単結晶の引上げ工程中に、最大、半導体ウェハへのさらなる加工が予定されている単結晶の部分が引上げられるまでの間、半導体材料にドーピング物質ガスを接触させることを提案する。単結晶の上記部分は、円柱状の形を有する単結晶、即ち直胴部の全部又はほぼ全部の区分を意味する。この区分に境を接する円錐状の区分、即ち肩部及び尾部は、半導体ウェハに加工しないのが有利である。半導体材料へのドーピング物質ガスの供給の終了後に、単結晶を従来の方法で例えば純粋な不活性ガス雰囲気中で最後まで引上げる。
【０００７】
ＣＺ法により引上げる場合には、半導体材料とドーピング物質ガスの接触は、好ましくは早くとも、坩堝内に入れられた半導体材料が完全に溶融した際に開始すべきである。ＦＺ法により移動させる場合には、半導体材料とドーピング物質ガスの接触は、好ましくは早くとも、いわゆるネック部の移動が既に開始した際、好ましくはネック部の移動が既に終了しかつ円錐部（肩部）始点が移動する際に開始すべきである。この場合には、半導体材料へのドーピング物質ガスの供給は、単結晶の直胴部の移動が開始する前に終了する。
【０００８】
ドーピング物質ガスは、一定の貫流速度及びＮＨ3の一定の濃度で一定時間にわたり引上げ装置を貫流させる。好ましくは、ドーピング物質ガスは冷却した状態で供給する。また好ましくは、ドーピング物質ガスを溶融液状の半導体材料の自由表面に向けて導く。例えば、ガス流を冷却した管（特にＦＺ法の場合）を通して又は引上げるべき単結晶を包囲する熱シールド（特にＣＺ法の場合）を通して溶融物の自由表面に接近させて誘導する。さらに、磁力線が軸方向に配向された磁界内で単結晶を引上げるのが、ＣＺ法の場合には単結晶内の窒素の軸方向で均一な分布のために有利であることが立証された。
【０００９】
溶融物内の窒素の高すぎる濃度の存在は単結晶の成長を妨害することがありかつ溶融物内に溶解した窒素は実際にもはや溶融物から飛散することができるないことが判明した。従って、単結晶内の窒素の濃度は５×１０１５ａｔ／ｃｍ３、好ましくは３×１０１５ａｔ／ｃｍ３以上に上昇させないのが特に有利である。それに相応して、引上げ室を通るドーピング物質ガスの貫流速度、ドーピング物質ガス内のＮＨ３の濃度及び半導体材料とドーピング物質ガスとの接触時間は、限界値をできるだけ上回らないように選択すべきである。典型的には、例えば３０〜１２０ｋｇの重量でＣＺ法により１つの単結晶を引上げるためにはＮＨ３０．０１〜２０Ｎｌ（Normliter）、好ましくは０．１〜３Ｎｌの全量で十分である。それというのも、提供されたＮＨ３のほぼ２５〜５０％の窒素が溶融物表面に向けられた有効ガス誘導の際に半導体材料によって吸収されるからである。あまり有効でないガス誘導の際には、ドーピング物質ガスの需要は相応して増大する。
【００１０】
ドーピング物質ガスとしては、ＮＨ3を含有するガス、好ましくはＮＨ3と不活性ガスの混合物、特に好ましくはＮＨ3／アルゴン混合物を準備する。
【００１１】
記載の方法で製造した単結晶を、公知方法で、好ましくはワイヤーソー又は内周刃ソーを用いて所望の厚さの半導体ウェハに分割する。通常は、実質的に円柱状の形を有する単結晶の区分のみを完全に又は部分的に半導体ウェハに分割する。
【００１２】
【実施例】
ＣＺ法により２００mｍの直径を有する単結晶を引上げた。単結晶の直胴部成長段階の開始前に、ＮＨ３０．２％及びアルゴンのガス混合物を３．６ｌ／分の引上げ室を通過する貫流速度で溶融物上に誘導した。直胴部成長段階を開始するために、引上げ室をなおアルゴンだけで洗浄した。単結晶の引き続いての検査により、単結晶の、種結晶に境を接する区分の領域における約１×１０１４ａｔ／ｃｍ３の窒素の濃度、及び単結晶のこの区分の終端部までの、約１０-３の偏折係数に相応するに過ぎない窒素濃度の上昇値が判明した。