(57)【要約】  単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法、単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための装置、および単結晶シリコンの半導体ウェハである。本発明は、単結晶シリコンの半導体ウェハ製造するための方法と、方法を実行するための装置と、酸素および少なくとも１つのｎ型ドーパントを備える単結晶シリコンの半導体ウェハとに関する。方法は、ｎ型ドーパントを備えるシリコンの融液を石英るつぼ内に供給することを備え、融液は、初期高さｈＭを有し、上記方法は、さらに、初期高さｈｍを有する融液の上方部分に選択的に熱を供給することによって、融液を側方から加熱することを備え、高さｈｍは、高さｈＭよりも小さく、上記方法は、さらに、シリコンの単結晶を融液からＣＺ法によって引き上げ速度Ｖで引き上げることと、成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内で融液を上方から加熱することと、融液の表面の領域内で融液を上方から加熱することと、融液を磁場にさらすことと、融液をｐ型ドーパントでカウンタードーピングすることと、単結晶シリコンの半導体ウェハを単結晶から分離することとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素および少なくとも１つのｎ型ドーパントを備える、単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法であって、
ｎ型ドーパントを備えるシリコンの融液を石英るつぼ内に供給することを備え、前記融液は、初期高さｈＭを有し、前記方法は、さらに、
初期高さｈｍを有する前記融液の上方部分へと選択的に熱を供給することによって前記融液を側方から加熱することとを備え、前記高さｈｍは、前記高さｈＭよりも小さく、前記方法は、さらに、
シリコンの単結晶をＣＺ法によって引き上げ速度Ｖで前記融液から引き上げることと、
成長している前記単結晶と前記融液との間の相境界の領域内で、前記融液を上方から加熱することと、
前記融液の表面の領域内で、前記融液を上方から加熱することと、
前記融液を磁場にさらすことと、
前記融液をｐ型ドーパントでカウンタードーピングすることと、
単結晶シリコンの前記半導体ウェハを前記単結晶から分離することとを備える、方法。
【請求項２】
前記融液を下方から第１の加熱出力によって加熱することをさらに備え、前記第１の加熱出力は、前記融液を側方から加熱する第２の加熱出力の５％以下の割合である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相境界の領域内で前記融液を上方から第３の加熱出力によって加熱することを備え、前記第３の加熱出力は、総加熱出力の５％以上かつ１５％以下の割合である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記融液の前記表面の領域内で前記融液を上方から第４の加熱出力によって加熱することを備え、前記第４の加熱出力は、前記総加熱出力の５％以上かつ１５％以下の割合である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
カウンタードーピング中に、ｐ型ドーパントを備える気体は、前記融液上方で５ｍｍ〜５０ｍｍだけ前記融液の前記表面から離れて雰囲気内に導入される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
カウンタードーピングが開始される前に、均一の直径を有する前記単結晶の一部分の少なくとも２０％を引き上げることをさらに備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
成長している前記単結晶内のシリコン格子間原子が凝集物を形成せず、自由空孔の濃度が３×１０１４／ｃｍ３以下であるように、前記引き上げ速度Ｖを制御することを備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記成長しているシリコンの単結晶を、５００°Ｃから４００°Ｃの範囲の温度において、０．１５°Ｃ／分以上かつ０．６°Ｃ／分以下の冷却速度で冷却することをさらに備える、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記融液をカスプ型磁場にさらすことを備える、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
単結晶シリコンの半導体ウェハをＣＺ法によって製造するための装置であって、
シリコンの融液を受けるための石英るつぼであって、前記融液が初期高さｈＭを有している、石英るつぼと、
前記融液を磁場にさらすためのデバイスと、
成長しているシリコンの単結晶をシールドするための熱シールドと、
前記融液の前記初期高さｈＭよりも小さい距離ｈｓだけ前記融液の表面から離れた下方境界を有する、前記融液を側方から加熱するための第１の加熱手段と、
成長している前記単結晶と前記融液との間の相境界の領域内で、前記融液を上方からするための第２の加熱手段と、
前記石英るつぼの壁部と前記熱シールドとの間で、前記熱シールドの周りに配置された、前記融液を上方から加熱するための第３の加熱手段とを備える、装置。
【請求項１１】
前記第３の加熱手段は、０．３５以下の幅対高さの断面アスペクト比を有する環状部を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記融液を磁場にさらすための前記デバイスは、カスプ型磁場を生成する、請求項１０または請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３の加熱手段の上方に配置され、前記第３の加熱手段を上方から断熱するカバーをさらに備える、請求項１０〜請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記石英るつぼを下方から加熱するための第４の加熱手段をさらに備える、請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
成長している前記単結晶を囲む冷却手段をさらに備える、請求項１０〜請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
単結晶シリコンの半導体ウェハであって、酸素、サーマルドナーおよび少なくとも１つのｎ型ドーパントを備え、３００ｍｍ以上の直径を有し、前記酸素の濃度は、２．２×１０１７原子／ｃｍ３よりも低く、径方向において平均値から５％以下だけ逸脱し、前記サーマルドナーの密度は、３×１０１３／ｃｍ３以下である、単結晶シリコンの半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度および酸素濃度の径方向の変動が比較的低い、酸素および少なくとも１つのｎ型ドーパントを備える単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法に関する。本発明はまた、半導体ウェハを製造するために適切な装置と、また上述の特性を有し、少なくとも３００ｍｍの直径を有する半導体ウェハとに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術／問題点
上述の特性を有する単結晶シリコンの半導体ウェハは、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、すなわちＩＧＢＴに基づく電子部品を製造するために使用される基板である。電子部品の製造過程で、部品の電気的抵抗を変え得、保守性を損なう可能性があるサーマルドナーの形成に酸素が寄与するので、基板の酸素濃度は、可能な限り低くなければならない。基板の酸素濃度が比較的低くなければならないという要件は、特に半導体ウェハが同時に少なくとも３００ｍｍの直径を有することを期待されるときに困難である。
【０００３】
そのような状況では、半導体ウェハが分離される単結晶は、ＣＺ法によって成長されなければならない。シリコンの単結晶をＣＺ法によって成長させることは、多結晶シリコンを石英るつぼ内で溶融させ、種結晶を得られる融液内に沈漬し、種結晶の下側で材料の結晶化を開始しつつ、石英るつぼおよび種結晶が回転されるように種結晶を上向きに引き上げることを備える。この材料の部分は、シリコンの単結晶半導体ウェハが一般に分離されるシリコンの単結晶を形成する。
【０００４】
シリコン融液は、酸素をるつぼ材料から溶出し、この酸素は、成長している単結晶内へと部分的に取り込まれ、融液から気相ＳｉＯの形態で脱する。単結晶材料がＩＧＢＴを製造するために適切であるように、単結晶内の酸素濃度が十分に低い状態を維持することを確実にするために、特別な措置がとらなければならない。
【０００５】
他方では、結晶格子内の酸素の存在は、単結晶シリコンの半導体ウェハの熱的にまたは機械的に導入された応力によるすべりに対する抵抗を強化する。単結晶内の酸素濃度が比較的低いときに、そのような単結晶から分離された単結晶シリコンの半導体ウェハがエッジ領域内の酸素濃度の低下を呈し、エッジ領域が特にすべりの影響をうけやすい、という問題に直面するだろう。
【０００６】
融液をｎ型ドーパントで、たとえばリンでドーピングするときに、ドーパントは、融液内で蓄積し、単結晶の結晶化を増加させる。この偏析効果のために、比抵抗は、単結晶内の単結晶の下端部に向かう方向に下がる。単結晶から分離され、ＩＧＢＴを製造するための基板として適切となるべき半導体ウェハは、それらの電気的特性の面では、非常にわずかにのみ異なってもよい。単結晶の長さにわたる比抵抗の減少を打ち消す目的で、偏析によって誘起された電荷キャリアにおける増加を補償するために、融液にｐ型ドーパント、たとえばホウ素を添加することが可能である。この措置は、カウンタードーピングとも称され、たとえば米国特許出願公開第２０１５／０３４９０６６Ａ１号明細書に詳細に説明される。
【０００７】
米国特許出願公開第２００７／０１９３５０１Ａ１号明細書は、４．３３×１０１７原子／ｃｍ３以下の酸素濃度である単結晶シリコンの半導体ウェハの製造を説明し、報告された値は、新しいＡＳＴＭに換算される。文献に含まれる例は、２．６×１０１７原子／ｃｍ３の換算濃度を有する半導体ウェハが実際に生産されることを示す。文献において説明される製造方法は、歩留まりを強化するために、カウンタードーピングを使用したＣＺ法によってシリコンの単結晶を成長させることを備える。
【０００８】
欧州特許出願公開第０９２６２７０Ａ１号明細書は、環状形状の加熱装置を開示し、この使用は、融液の表面を介するＳｉＯの脱気を容易にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、一層低い酸素濃度を有する単結晶シリコンのｎ型ドープされた半導体ウェハ、特に酸素濃度の径方向の変動が削減されたウェハがどのように提供され得るかと、そのような半導体ウェハの歩留まりがどのように最適化され得るかと、を示すことをその目的として有する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、酸素および少なくとも１つのｎ型ドーパントを備える単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法であって、
ｎ型ドーパントを備えるシリコンの融液を石英るつぼ内に供給することを備え、融液は、その内部で初期高さｈＭを有し、上記方法は、さらに、
初期高さｈｍを有する融液の上方部分に選択的に熱を供給することによって、融液を側方から加熱することを備え、高さｈｍは、高さｈＭよりも小さく、上記方法は、さらに、
シリコンの単結晶を融液からＣＺ法によって引き上げ速度Ｖで引き上げることと、
成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内で、融液を上方から加熱することと、
融液の表面の領域内で、融液を上方から加熱することと、
融液を磁場にさらすことと、
融液をｐ型ドーパントでカウンタードーピングすることと、
単結晶シリコンの半導体ウェハを単結晶から分離することと、を備える方法によって達成される。
【００１１】
本発明は、酸素、サーマルドナーおよび少なくとも１つのｎ型ドーパントを備え、３００ｍｍ以上の直径を有する、単結晶シリコンの半導体ウェハをさらに提供する。半導体ウェハの酸素濃度は、２．２×１０１７原子／ｃｍ３よりも少なく、好ましくは、２．０×１０１７原子／ｃｍ３よりも少なく、径方向において平均値から５％以下だけ逸脱する。半導体ウェハ内のサーマルドナーの密度は、３×１０１３／ｃｍ３以下である。
【００１２】
１３０ｍｍ〜１５０ｍｍの径方向の位置を構成するエッジ領域内において平均値から酸素濃度が逸脱する場合は、１０％以下であることが好ましい。
【００１３】
発明者は、目的を達成するために測定範囲が考慮されなければならないことを見いだした。融液内のフロー状態および温度場が生成され、これが、るつぼ材料から酸素の溶出を妨げ、融液からの融液の表面を介するＳｉＯの脱気を促進し、そして、成長している単結晶内で単結晶の中心からエッジへと均質な分布で酸素が吸収されることを容易にする。さらに、単結晶の引き上げ中に、単結晶の引き上げ速度および冷却速度は、単結晶内のサーマルドナーの濃度を低く維持するように制御される。
【００１４】
ｎ型ドーパントを備えるシリコンの融液は、好ましくは、多結晶シリコンおよびｎ型ドーパント、たとえばリンを、石英るつぼ内で溶融することによって供給される。
【００１５】
単結晶の引き上げの間に、熱は、融液に少なくとも３つの場所から供給される。上方から成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内と、上方から融液の表面の領域内と、側方から選択的に融液の半分より上と、である。さらに、融液は、たとえば総加熱出力が維持された状態で、少なくとも３つの場所のうちの少なくとも１つにおいて加熱出力を緩和するために、追加的に下方から加熱されてもよい。たとえば、石英るつぼを保護し、るつぼ壁部の上方部分がその形状を失い融液へと入り込むことを防ぐために、側方からの熱の供給を削減することが有利であり得る。
【００１６】
融液への熱の供給は、好ましくは、総加熱出力の割合としての加熱出力が、相境界の領域内で融液を上方から加熱する場合に５％以上かつ１５％以下であり、表面の領域内で融液を上方から加熱する場合に５％以上かつ１５％以下であるように実現される。融液が追加的に下方から加熱される場合、そのため費やされる加熱出力は、融液を側方から加熱するために費やされる加熱出力の割合として、好ましくは、５％以下である。
【００１７】
側方からの熱の供給は、選択的に融液の上方部分に向かって配向されなければならない。換言すると、融液の下方部分の側方からの意図的な加熱は、結晶成長過程の始まりで、好ましくは、融液の初期容積の７０％が単結晶の構成成分になるまで起こらない。融液内の所望のフロー状態および所望の温度場は、そうでなければ生成されることができない。方法は、したがって、初期高さｈｍを有する融液の上方部分に選択的に熱を供給することを備え、高さｈｍは、融液の初期高さｈＭよりも小さい。ｈｍ：ｈＭの比は、好ましくは、０．７５以下である。単結晶の結晶化によって引き起こされる融液の低下は、石英るつぼの持ち上げによって補償される。
【００１８】
さらに融液を上方から加熱することは、特に成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内と、融液の表面の領域内と、より具体的には、成長している単結晶を囲む熱シールドと石英るつぼの壁部との間の融液の表面の領域内と、の両方で起こる。両方の領域を加熱することは、熱シールドが２つの加熱手段のうちの１つによるそれぞれの他の領域の追加的加熱を遮断するために、仮想的には互いによって影響されない２つの加熱手段を使用することで実現する。
【００１９】
成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内での融液の上方からの加熱は、特に成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内で軸上温度勾配Ｇを制御することに役立つ。引き上げ速度Ｖおよび軸上温度勾配Ｇの割合Ｖ／Ｇは、内部点欠陥（シリコン格子間原子および空孔）およびその凝集物の形成の際に決定的影響を有することが既知である。軸上温度勾配Ｇは、シミュレーションによっておおよそ計算され得、成長している単結晶の直接の環境の構造であるホットゾーンを通して、実質的に影響され得る。シリコンの単結晶は、ＣＺ法によって引き上げ速度Ｖで、好ましくは、成長している単結晶シリコン格子間原子内で凝集物が形成されず、その存在がサーマルドナーの形成を容易にする自由空孔の濃度を可能な限り低く、好ましくは、３×１０１４／ｃｍ３以下となるようなＶ／Ｇを課す引き上げ速度Ｖで引き上げられる。したがって、単結晶空孔が中心からエッジまでＣＯＰ欠陥（結晶由来粒子）として検出可能な凝集物を形成することなく支配し、および／または、単結晶シリコン格子間原子が中心からエッジまでＬピット欠陥（大きなエッチピット）として検出可能な凝集物を形成することなく支配するように、割合Ｖ／Ｇを制御することが特に好ましい。
【００２０】
融液の表面の領域内での融液の上方からの加熱は、シリコンの単結晶内の酸素濃度を２．２×１０１７原子／ｃｍ３よりも少なく制限するために必要な、融液内のフロー状態および温度場の生成に寄与する。
【００２１】
さらに磁場、好ましくは、ＣＵＳＰ場、すなわち、石英るつぼの回転軸の周りに軸対称的である磁力線構造を有する磁場は、融液に印加される。磁場は、好ましくは、７００〜１３００ガウスの最大フラックス密度を有する。最も低い磁気的フラックス密度を有する磁場の平面は、好ましくは、８０ｍｍ〜１６０ｍｍだけ融液の表面上方に離れているか、１２０ｍｍ〜２２０ｍｍだけ融液の表面下方に離れている。
【００２２】
サーマルドナーの形成のさらなる縮小のために、方法は、好ましくは、成長しているシリコンの単結晶を５００°Ｃ〜４００°Ｃの範囲の温度において、０．１５°Ｃ／分以上かつ０．６°Ｃ／分以下の、好ましくは、０．２５°Ｃ／分以下の冷却速度において冷却することを備える。サーマルドナーの濃度は、冷却速度の増加とともに減少するということが見いだされた。しかし、０．６°Ｃ／分よりも大きい冷却速度は、これが径方向の空孔の濃度の均質性に有害であるため、求められるべきではない。したがって、冷却速度が例示的に引き上げ速度の増加とともに増加するという事実に着目するべきである。
【００２３】
単結晶シリコンの半導体ウェハへとさらに加工される単結晶の一部分における電気比抵抗の変動の縮小のために、融液は、ｐ型ドーパントで、好ましくは、ｐ型ドーパントを備える気体、たとえばジボランおよびアルゴンの混合物を融液の表面に通過させることによって、カウンタードーピングされる。この気体は、そして融液上方で、好ましくは、５ｍｍ〜５０ｍｍだけ融液の表面から離れて雰囲気内へと導入される。
【００２４】
単結晶シリコンの半導体ウェハの歩留まりを強化するために、半導体ウェハを製造するのに適した単結晶の一部分の、少なくとも２０％、特に好ましくは、少なくとも３０％のみ、一度にカウンタードーピングを開始することが、その均一の直径が結晶化されるので有利でありこのため好ましい。カウンタードーピングがまだ開始されていなければ、単結晶内の転位の形成の場合には、材料を再溶融される際まで結晶化し、新しい結晶の成長を試みるために再溶融された材料をともに用いることが可能であるが、これは、その後に得られる融液が結晶成長工程の状態において元々用いられた融液と同じ組成を有するためである。再溶融される材料が既に両方の種類のドーパントを含有するならば、このことは、もはや当てはまらない。転位の形成の相対的頻度は、結晶成長工程の始まりで最大であり、したがってカウンタードーピング前に可能な限り待機することが有利である。
【００２５】
本発明また単結晶シリコンの半導体ウェハをＣＺ法によって製造するための装置を提供し、装置は、
シリコンの融液を受けるための石英るつぼであって、その内部で融液が初期高さｈＭを有する石英るつぼと、
融液を磁場にさらすためのデバイスと、
成長しているシリコンの単結晶をシールドするための熱シールドと、
融液の初期高さｈＭよりも小さい距離ｈｓだけ融液の表面から離れている下方境界を有する、融液を側方から加熱するための第１の加熱手段と、
成長している単結晶と融液との間の相境界の領域内で、融液を上方から加熱するための第２の加熱手段と、
るつぼの壁部と熱シールドとの間で熱シールドの周りに配置される、融液を上方から加熱するための第３の加熱手段と、を備える。
【００２６】
融液を磁場にさらすためのデバイスは、好ましくは、融液をカスプ型磁場にさらすためのデバイスである。
【００２７】
融液の高さｈＭは、融液の最大の初期高さを意味する。石英るつぼが凸状の下向きに曲がった底部を有するならば、融液の初期高さｈＭは、石英るつぼの中間における融液の初期高さを意味する。
【００２８】
融液を側方から加熱するための第１の加熱手段は、好ましくは、抵抗加熱手段であり、下方境界を有する。第１の加熱手段の下方境界と融液の表面との間の初期距離ｈｓは、融液の上方部分の初期高さｈｍ長さとおおよそ等しく、融液の初期高さｈＭよりも小さい。ｈｓ：ｈＭの比は、好ましくは、０．７５以下である。
【００２９】
融液を上方から加熱するための第２の加熱手段および第３の加熱手段は、好ましくは、環状形状にされる加熱素子を有する抵抗加熱手段を備える。第３の加熱手段の場合、環状部は、最大割合の熱を融液の表面に与えることを可能とするために、好ましくは、０．３以下の断面アスペクト比（幅対高さ）を有する。第３の加熱手段の環状部と石英るつぼの壁部との間の距離および熱シールドからの上記環状部の距離は、各々好ましくは、１０ｍｍ以上である。第３の加熱手段は、好ましくは、その上方に配置された断熱カバーによって上方から断熱されてもよい。
【００３０】
好ましくは、本発明に係る装置の構成要素は、融液の表面に向かって配向され、その下端部が５ｍｍ〜５０ｍｍだけ融液の表面から離れているガラス管である。カウンタードーピング中に、ｐ型ドーパントを備える気体は、ガラス管を通過させられる。
【００３１】
本発明に係る装置は、成長している単結晶を囲む冷却装置をさらに備えてもよい。
本発明に係る方法の上述の実施形態に関する特性は、本発明に係る装置に対応するように適用されてもよい。逆に、本発明に係る装置の上述の実施形態に関する特性は、本発明に係る方法に対応するように適用されてもよい。本発明による実施形態のこれらのおよび他の特性は、図面および特許請求の範囲の説明において説明される。個々の特性は、本発明の実施形態として別々にまたは組み合わせて実現されてもよい。上記特性は、それ自体の保護のために適格である有利な実施態様をさらに説明し得る。
【００３２】
本発明は、図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の特性を有する単結晶シリコンの半導体ウェハをＣＺ法によって製造するための装置の単結晶の引き上げ前の概略図である。
【図２】単結晶の引き上げ中の図１に係る装置を示す図である。
【図３】融液の表面の領域内で融液を上方から加熱するための加熱手段の可能な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に係る装置は、ハウジング１を備え、その内部に石英るつぼ２が収容される。石英るつぼ２は、回転され、上げ下げされ得る。石英るつぼ２内に位置されるのは、シリコンの融液３であり、これは、上方から、側方から、示される実際の例では、また下方から、加熱される。ハウジング１の外側に提供されるのは、融液３を磁場にさらすためのデバイス９である。石英るつぼ２の周りに配置された第１の加熱手段４は、融液３を側方から加熱するために利用できる。成長している単結晶６と融液３との間の相境界の領域内で融液３を上方から加熱するための第２の加熱手段５は、融液３の表面７から短い距離に配置され、同じく融液を上方から加熱するための第３の加熱手段８は、融液３の表面７の領域内に提供される。第２の加熱手段と第３の加熱手段との間に位置されるのは、上向きに融液３の表面７から離れて引き上げられる成長している単結晶６を囲む、熱シールド１０である。融液３の表面７が単結晶６の成長にもかかわらず下がりも上がりもしないように石英るつぼ２が持ち上げられるので、熱シールド１０の下端部１１と融液３の表面７との間の距離は、単結晶６の成長中に実質的に変化なく維持される。熱シールド１０に対して同心円状に配置され、これによって囲まれるのは、冷却装置１５である。石英るつぼ２の下方に位置されるのは、融液を下方から加熱するための第４の加熱手段１２である。
【００３５】
図２に示されるように、熱シールドの下端部１１間の距離は、単結晶６の引き上げ中に実質的に変化しない。同じことは、第１の加熱手段４の下方境界と単結晶６の融液の表面７との間の距離ｈｓには当てはまらず、これは、成長工程にわたる石英るつぼ２の持ち上げのために下がる。
【００３６】
第３の加熱手段８は、図３に示されるように構成されてもよい。上記加熱手段は、実質的に、加熱素子として機能する環状部１３と、電力を環状部内に供給するためのおよび融液の表面７の上方で環状部を保持するための電源１４を備える。
【００３７】
発明の実際の例の詳細な説明
シリコンの単結晶は、ＣＺ法によって本発明に係る特性を有する装置において引き上げられ、３００ｍｍの直径を有するドープされた半導体ウェハへと加工される。半導体ウェハの大部分の酸素濃度は、２．２×１０１７原子／ｃｍ３（新ＡＳＴＭ）よりも少なく、酸素濃度の径方向のプロファイルは、まさにエッジ領域まで非常に均一であった。
【００３８】
図４は、径方向の位置ｒの関数としてそのような半導体ウェハに対する格子間酸素［Ｏｉ］の濃度の例示的プロファイルを示し、図５は、より高い解像度で１３０ｍｍ〜１５０ｍｍの径方向の位置を構成するエッジ領域内の対応する濃度プロファイルを示す。
【００３９】
これらの半導体ウェハ内のサーマルドナーの密度は、３×１０１３／ｃｍ３よりも少なく、抵抗測定によって決定された。抵抗測定は、１０秒間にわたって７４３°ＣにおいてＲＴＡ熱処理の前後に実施された。抵抗における差分から計算されたドーパント濃度は、サーマルドナーの密度に対応する。
【００４０】
いくつかの場合では、均一の直径を有する単結晶の一部分の引き上げとカウンタードーピングは、同時に開始され、いくつかの場合では、カウンタードーピングは、一部分の長さの４０％が結晶化された後にのみ導入された。後者のカウンタードーピングは、半導体ウェハの中心からエッジまで酸素濃度が２．２×１０１７原子／ｃｍ３よりも少なく、比抵抗が平均値から１３％以下だけ逸脱するという規定に半導体ウェハが適合することが要求される場合に、１０％の歩留まりの増加を達成するということが見いだされた。
【００４１】
図示される実施形態の上記の説明は、例示的であると理解されるべきである。これにより、当業者は、本発明およびそれに関連する利点を理解することができ、当業者に明らかである記載された構造および方法に対する変更および改変も理解することができる。したがって、そのような変更および修正、ならびに均等物は、全て、請求項の保護の範囲に含まれるものである。
【００４２】
使用される参照番号の一覧
【符号の説明】
【００４３】
１  ハウジング
２  石英るつぼ
３  融液
４  第１の加熱手段
５  第２の加熱手段
６  単結晶
７  融液の表面
８  第３の加熱手段
９  融液を磁場にさらすためのデバイス
１０  熱シールド
１１  熱シールドの下端部
１２  第４の加熱手段
１３  環状部
１４  電源
１５  冷却装置
【図１】
2019514836.tif 000003
【図２】
2019514836.tif 000004
【図３】
2019514836.tif 000005
【図４】
2019514836.tif 000006
【図５】
2019514836.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月9日(2018.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素および少なくとも１つのｎ型ドーパントを備える、単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法であって、
ｎ型ドーパントを備えるシリコンの融液を石英るつぼ内に供給することを備え、前記融液は、初期高さｈＭを有し、前記方法は、さらに、
初期高さｈｍを有する前記融液の上方部分へと選択的に熱を供給することによって前記融液を側方から加熱することとを備え、前記高さｈｍは、前記高さｈＭよりも小さく、前記方法は、さらに、
シリコンの単結晶をＣＺ法によって引き上げ速度Ｖで前記融液から引き上げることと、
成長している前記単結晶と前記融液との間の相境界の領域内で、前記融液を上方から加熱することと、
前記融液の表面の領域内で、前記融液を上方から加熱することと、
前記融液を磁場にさらすことと、
前記融液をｐ型ドーパントでカウンタードーピングすることと、
単結晶シリコンの前記半導体ウェハを前記単結晶から分離することとを備える、方法。
【請求項２】
前記融液を下方から第１の加熱出力によって加熱することをさらに備え、前記第１の加熱出力は、前記融液を側方から加熱する第２の加熱出力の５％以下の割合である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相境界の領域内で前記融液を上方から第３の加熱出力によって加熱することを備え、前記第３の加熱出力は、総加熱出力の５％以上かつ１５％以下の割合である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記融液の前記表面の領域内で前記融液を上方から第４の加熱出力によって加熱することを備え、前記第４の加熱出力は、前記総加熱出力の５％以上かつ１５％以下の割合である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
カウンタードーピング中に、ｐ型ドーパントを備える気体は、前記融液上方で５ｍｍ〜５０ｍｍだけ前記融液の前記表面から離れて雰囲気内に導入される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
カウンタードーピングが開始される前に、均一の直径を有する前記単結晶の一部分の少なくとも２０％を引き上げることをさらに備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
成長している前記単結晶内のシリコン格子間原子が凝集物を形成せず、自由空孔の濃度が３×１０１４／ｃｍ３以下であるように、前記引き上げ速度Ｖを制御することを備える、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記成長しているシリコンの単結晶を、５００°Ｃから４００°Ｃの範囲の温度において、０．１５°Ｃ／分以上かつ０．６°Ｃ／分以下の冷却速度で冷却することをさらに備える、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記融液をカスプ型磁場にさらすことを備える、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
単結晶シリコンの半導体ウェハをＣＺ法によって製造するための装置であって、
シリコンの融液を受けるための石英るつぼであって、前記融液が初期高さｈＭを有している、石英るつぼと、
前記融液を磁場にさらすためのデバイスと、
成長しているシリコンの単結晶をシールドするための熱シールドと、
前記融液の前記初期高さｈＭよりも小さい距離ｈｓだけ前記融液の表面から離れた下方境界を有する、前記融液を側方から加熱するための第１の加熱手段と、
成長している前記単結晶と前記融液との間の相境界の領域内で、前記融液を上方からするための第２の加熱手段と、
前記石英るつぼの壁部と前記熱シールドとの間で、前記熱シールドの周りに配置された、前記融液を上方から加熱するための第３の加熱手段とを備える、装置。
【請求項１１】
前記第３の加熱手段は、０．３５以下の幅対高さの断面アスペクト比を有する環状部を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記融液を磁場にさらすための前記デバイスは、カスプ型磁場を生成する、請求項１０または請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３の加熱手段の上方に配置され、前記第３の加熱手段を上方から断熱するカバーをさらに備える、請求項１０〜請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記石英るつぼを下方から加熱するための第４の加熱手段をさらに備える、請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
成長している前記単結晶を囲む冷却手段をさらに備える、請求項１０〜請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
【図１】本発明の特徴を有する単結晶シリコンの半導体ウェハをＣＺ法によって製造するための装置の単結晶の引き上げ前の概略図である。
【図２】単結晶の引き上げ中の図１に係る装置を示す図である。
【図３】融液の表面の領域内で融液を上方から加熱するための加熱手段の可能な構成を示す図である。
【図４】径方向の位置ｒの関数として半導体ウェハに対する格子間酸素［Ｏｉ］の濃度の例示的プロファイルを示す。
【図５】より高い解像度で１３０ｍｍ〜１５０ｍｍの径方向の位置を構成するエッジ領域内の対応する濃度プロファイルを示す。
【国際調査報告】
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