(57)【要約】【課題】シリコンから成る半導体ウェハを、高い歩留りで、かつ経済的な引き上げ速度で製造する。【解決手段】増大する直径を有する円錐状セクションと、少なくとも４５０ｍｍの直径とるつぼに含まれた融液から少なくとも８００ｍｍの長さとを有する隣接する円筒状セクションとを備える単結晶を、円錐状セクションから円筒状セクションへの移行部を引き上げる過程において、円筒状セクションの引上げ中の平均引上げ速度よりも少なくとも１．８倍高い引上げ速度で引き上げ、成長する単結晶を少なくとも２０ｋＷの冷却電力で冷却し、るつぼの側壁から成長する単結晶に熱を供給し、成長する単結晶を包囲する熱シールドと融液の表面との間に、少なくとも７０ｍｍの高さを有する間隙が存在しており、円筒状セクションから半導体ウェハをスライスし、複数の半導体ウェハが、半導体ウェハの中心から半導体ウェハのエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた領域を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンから成る半導体ウェハを製造するための方法において、
増大する直径を有する円錐状セクションと、少なくとも４５０ｍｍの直径及びるつぼに含まれた融液から少なくとも８００ｍｍの長さを有する隣接する円筒状セクションとを備える単結晶を、円錐状セクションから円筒状セクションへの移行部を引き上げる過程において、円筒状セクションの引上げ中の平均引上げ速度よりも少なくとも１．８倍高い引上げ速度で引き上げ、
成長する単結晶を少なくとも２０ｋＷの冷却電力で冷却し、
るつぼの側壁から、成長する単結晶に熱を供給し、成長する単結晶を包囲する熱シールドと融液の表面との間に、少なくとも７０ｍｍの高さを有する間隙が存在しており、
円筒状セクションから半導体ウェハをスライスし、
複数の半導体ウェハが、半導体ウェハの中心から半導体ウェハのエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた領域を有していることを特徴とする、シリコンから成る半導体ウェハを製造するための方法。
【請求項２】
単結晶が、円筒状セクションの引上げ中、０．５ｍｍ／ｍｉｎ以上の平均引上げ速度で引き上げられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
４５０ｍｍの直径と、半導体ウェハの中心から半導体ウェハのエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた領域とを有する、シリコンから成る半導体ウェハ。
【請求項４】
６ｃｍ-2以下のＯＳＦ欠陥の平均密度を有する、請求項３記載の半導体ウェハ。
【請求項５】
１０％以下の抵抗率の半径方向ばらつきを有する、請求項３又は４記載の半導体ウェハ。
【請求項６】
１２％以下の酸素濃度の半径方向ばらつきを有する、請求項３から５までのいずれか１項記載の半導体ウェハ。
【請求項７】
エピタキシャルコーティングを有する、請求項３から６までのいずれか１項記載の半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンから成る半導体ウェハを製造するための方法に関し、半導体ウェハは、少なくとも４５０ｍｍの直径を有し、かつこのような半導体ウェハを電子部品の製造のための基板としての使用に適したものにする欠陥特性を有する。本発明は、４５０ｍｍの直径を有するシリコンから成る半導体ウェハにも関する。
【背景技術】
【０００２】
４５０ｍｍの公称直径を有するシリコンから成る半導体ウェハは、現在、次世代のための基板として開発されている。３００ｍｍから４５０ｍｍへの直径の急激な拡大は、従来の製造方法の単なる適応及び最適化以上のことを要求するため、開発者は大きな困難に直面している。１つの具体的な困難は、３００ｍｍの直径において好ましいとされてきた品質、特に欠陥特性に関連する品質を達成することである。特に、空格子点（以下ではｖ−欠陥と呼ぶ）の蓄積によって又は格子間シリコン（以下ではｉ−欠陥と呼ぶ）の蓄積によって生ぜしめられる欠陥に関連して、及びＢＭＤ（"バルク・マイクロ・欠陥"）及びＯＳＦ（"酸化誘発積層欠陥"）等の欠陥に関連して、欠陥特性が関心事となっている。ＯＳＦの発生において、析出する酸素が重要な役割を果たす。
【０００３】
国際公開第２００９／１０４５３４号は、３００ｍｍから４５０ｍｍへの直径の急激な拡大が既に達成されていることを示す従来技術の代表例である。
【０００４】
Shiraishi他による報告書、Journal of Crystal Growth 229 (2001) 17-21は、４００ｍｍの直径を有するシリコンから成る単結晶を製造するための方法の開発の過程で得られた経験を要約している。前記経験は、欠陥が存在しないか又は直径に亘って均一な欠陥分布を有する半導体ウェハを製造することは不可能であったという事実を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１０４５３４号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Shiraishi他，Journal of Crystal Growth 229 (2001) 17-21
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、シリコンから成る半導体ウェハを、高い歩留りで、かつ経済的な引き上げ速度で製造することが可能であるためになされねばならないことを説明することであり、この半導体ウェハは、少なくとも４５０ｍｍの直径と、直径に亘って均一な欠陥分布とを有している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、増大する直径を有する円錐状セクションと、少なくとも４５０ｍｍの直径及びるつぼに含まれた融液からの少なくとも８００ｍｍの長さを有する隣接する円筒状セクションとを備える単結晶を、円錐状セクションから円筒状セクションへの移行部を引き上げる過程において、円筒状セクションの引上げ中の平均引上げ速度よりも少なくとも１．８倍高い引上げ速度で引き上げ、
成長する単結晶を少なくとも２０ｋＷの冷却電力で冷却し、
るつぼの側壁から、成長する単結晶に熱を供給し、成長する単結晶を包囲する熱シールドと融液の表面との間に、少なくとも７０ｍｍの高さを有する間隙が存在しており、
円筒状セクションから半導体ウェハをスライスし、
複数の半導体ウェハが、半導体ウェハの中心から半導体ウェハのエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた領域を有している、シリコンから成る半導体ウェハを製造するための方法によって達成される。
【０００９】
前記方法によって製造された少なくとも４５０ｍｍの直径を有する複数の半導体ウェハは、半導体ウェハの中心から半導体ウェハのエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた欠陥領域によって識別される。これらの半導体ウェハの場合、ＯＳＦ欠陥の平均密度は、好適には６ｃｍ-2以下、好適には２ｃｍ-2以下、極めて好適には０．５ｃｍ-2以下である。抵抗率の半径方向ばらつきは、好適には１０％以下、特に好適には５％以下、極めて好適には２％以下である。酸素濃度の半径方向ばらつきＲＯＶは、好適には１２％以下、特に好適には８％以下、極めて好適には４％以下である。半導体ウェハは、直接に、又はエピタキシャル層の堆積の後に、電子部品を製造するための基板として使用することができる。
【００１０】
対応する単結晶を、少なくとも０．５ｍｍ／ｍｉｎの経済的な引上げ速度とともに、高い歩留りで製造することができるために、炉構成（"ホットゾーン"）に関連して及び幾つかのプロセス実行パラメータに関連して、幾つかの事前条件を考慮する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】方法を実施するために適したホットゾーンを示している。
【図２】冷却電力ＰｏｗＣと単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳとの関係を示すグラフである。
【図３】引上げ速度ＫＨと単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳとの関係を示すグラフである。
【図４】円筒状セクションの第１の３分の１（ＰＯＳ２３ｃｍ）から得られた半導体ウェハのサンプルにおける、測定装置を用いて行われたレーザ散乱光測定の結果を示すグラフである。
【図５】円筒状セクションの第２の３分の１から得られた半導体ウェハのサンプルにおける、測定装置を用いて行われたレーザ散乱光測定の結果を示すグラフである。
【図６】円筒状セクションの第３の３分の１から得られた半導体ウェハのサンプルにおける、測定装置を用いて行われたレーザ散乱光測定の結果を示すグラフである。
【図７】酸素濃度の半径方向ばらつきＲＯＶと、単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、方法を実施するために適した"ホットゾーン"を示している。単結晶１は、るつぼ３に含まれた融液２から引き上げられる。るつぼの周囲には抵抗加熱ヒータ４が配置されており、この抵抗加熱ヒータ４により融液は液体に保たれている。磁界、例えばカスプ磁界又は水平磁界を、融液２に加えることができる。この目的のために、磁界を発生するための装置５が設けられている。単結晶１は、冷却器６と、熱シールド７とによって包囲されている。熱シールド７は、単結晶に向かって円錐状にテーパした終端セクションを有している。熱シールド７の終端セクションの下端部における底面は、融液２の表面から距離Ｄだけ離れて位置している。従って、距離Ｄに対応する高さを有する間隙が、熱シールド７と融液の表面との間に存在している。
【００１３】
発明者によって行われた実験によって示されているように、無転位単結晶の歩留りは、単結晶の円錐状セクション８から円筒状セクション９への移行部を引き上げる時の引上げ速度が単結晶１の円筒状セクション９の成長の間の平均引上げ速度よりも著しく高くないと、著しく低下する。転位形成の結果としての歩留りの損失を大幅に回避するために、単結晶の円錐状セクション８から円筒状セクション９への移行部の引上げ中の引上げ速度、すなわち、円錐状セクションが円筒状セクションの所望の直径の約３０％に達した時間から所望の直径が達せられる時間までの引上げ速度は、単結晶の円筒状セクションの引上げ中の平均引上げ速度よりも、少なくとも１．８倍、好適には１．８〜３倍だけ高いことが望ましい。
【００１４】
単結晶の円筒状セクションの引上げ中の平均引上げ速度は、好適には、０．５ｍｍ／ｍｉｎ以上、特に好適には０．６５ｍｍ／ｍｉｎ以上である。
【００１５】
少なくとも４５０ｍｍの直径を有するシリコンから成る単結晶を０．５ｍｍ／ｍｉｎ以上の引上げ速度で引き上げることができるためには、生じる結晶化の熱は、有効に散逸されなければならない。冷却器６の所要の冷却電力は少なくとも２０ｋＷでなければならないことが確認された。単結晶に面した冷却器６の内面の放射率は、単結晶からの熱放射が効果的に吸収されるようにできるだけ高いと有利である。従って、冷却器の内面を、吸熱層、好適には黒鉛層で被覆することができる。冷却器６の外側に面した面は、この面に衝突する熱放射が有効に反射され、冷却器に負担をかけないように、好適には研磨されている。
【００１６】
さらに、冷却の結果として、成長する単結晶によって受ける熱負荷が熱応力を生ぜしめないようにするために注意が払われなければならない。熱応力の性質は、熱応力が単結晶を破壊するというものである。発明者によって行われた実験が示しているように、熱負荷が、３５ＭＰａよりも大きなフォンミーゼス応力を生じることが回避されるべきである。以下のパラメータは、フォンミーゼス応力を計算するために使用された：弾性係数＝１５０ＧＰａ、２．６ｅ−６  １／Ｋ（２．６×１０-6  Ｋ-1）の室温における膨張係数、及び０．２５のポアソン比。結果として生じる熱負荷は、熱シールド７の終端セクションの下端部における底面と融液２の表面との間の距離Ｄが７０ｍｍ以上であるならば、大きな影響がないままであることが分かった。
【００１７】
融液２と成長する単結晶１との間の界面における軸方向温度勾配Ｇが、単結晶の中心とエッジとにおいてほぼ同じであるようにするためにも、７０ｍｍ以上の距離Ｄが必要である。単結晶の成長速度ｖと、軸方向温度勾配Ｇとは、比ｖ／Ｇの関係で、空格子点の超過及び間隙シリコンの超過が単結晶に生じるかどうかに関連して大きな影響を与える変数である。例えば、発明が、空格子点が単結晶の中心において支配的になることを回避しかつ格子間シリコンが単結晶のエッジにおいて支配的になることを回避すべきであるならば、軸方向温度勾配が単結晶の中心から単結晶のエッジに向かって著しく増大するという通常生じる状況に対抗する手段を実行することが必要である。比較的大きな直径を有する単結晶の場合、熱は単結晶のエッジから発散されるので、中心Ｇcにおける軸方向温度勾配は、通常単結晶のエッジＧeにおける軸方向温度勾配よりも著しく小さい。熱シールド７の終端セクションの下端部における底面と融液２の表面との間の距離Ｄが７０ｍｍ以上であるならば、十分な熱がるつぼ３の側壁から界面のエッジへ移動することができ、ＧeはＧcと一致させられる。
【実施例】
【００１８】
円筒状セクションにおいて４５０ｍｍの直径を有する単結晶が、方法を用いて引き上げられた。円筒状セクションは８００ｍｍの長さを有していた。"ホットゾーン"は図１に示された特徴を有していた。単結晶の引上げ中、２８００Ｐａ（２８ｍｂａｒ）の圧力のアルゴンが、１６５ｌ／ｍｉｎの流量で"ホットゾーン"を通過させられた。２７０ｍＴ（テスラ）の磁束密度を有する水平磁界が融液に加えられた。熱シールド７の終端セクションの下端部における底面と融液２の表面との間の距離Ｄは７０ｍｍであった。冷却器６は、黒鉛で黒色処理された内面と、研磨された外面とを有していた。冷却電力は平均で２４ｋＷの範囲であった。図２は、冷却電力ＰｏｗＣと、単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳ（長さの単位で示されている）との関係のグラフを示している。円筒状セクションの引上げ中、平均引上げ速度は０．６５ｍｍ／ｍｉｎであった。図３は、引上げ速度ＫＨと、単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳとの関係のグラフを示している。単結晶の円錐状セクションから円筒状セクションへの移行部の引上げ中、引上げ速度は、０．６５ｍｍ／ｍｉｎの平均引上げ速度よりも１．８倍高かった。単結晶とるつぼとはそれぞれ７ｒｐｍと０．３ｒｐｍとで互いに反対方向に回転させられた。
【００１９】
その後、単結晶の円筒状セクションは、シリコンから成る半導体ウェハを形成するために処理され、半導体ウェハの重要な特性が試験された。
【００２０】
図４から図６は、円筒状セクションの第１の３分の１と、第２の３分の１と、第３の３分の１とから得られた３つの半導体ウェハのサンプル（ＰＯＳ２３ｃｍ、ＰＯＳ４１ｃｍ及びＰＯＳ６７ｃｍ）における、Mitsui Mining & Smelting製のMO-4型式の測定装置を用いて行われたレーザ散乱光測定の結果を示している。散乱光測定は、ｖ−欠陥の密度ＤＤと半導体ウェハの半径Ｒとの関係を示している。半導体ウェハは、円筒状セクションにおける位置にかかわらず、半導体ウェハの中心からエッジまで延びた、ｖ−欠陥を備えた領域を有することを認めることができる。
【００２１】
以下の表は、ウェット酸化及び１１００℃で１２０分間継続する熱処理の後に数えられた半導体ウェハのＯＳＦ欠陥の平均密度と、単結晶の円筒状セクションにおける半導体ウェハの位置とを列挙している。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
抵抗率の半径方向ばらつきは平均して２％未満であった。抵抗率は、偏析により、円筒状セクションの始まりにおける約１７．２オームから、円筒状セクションの終わりにおける約１３．９オームまで減少した。
【００２４】
図７は、New ASTMに従って測定された酸素濃度の半径方向ばらつきＲＯＶと、単結晶の円筒状セクションにおける位置ＰＯＳとの関係を示している。酸素濃度は、軸方向で、円筒状セクションの始まりにおける約９．５・１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3から、円筒状セクションの終わりにおける約５．３・１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3まで減少した。
【００２５】
酸素析出を形成した熱処理の後における、単結晶と融液との間の界面の曲線を可視化する電荷担体寿命測定が示したところでは、円筒状セクションの位置２１０ｍｍにおける界面が、界面の中心における２７ｍｍの曲線とともに、単結晶に関して凸状に湾曲させられた。
【符号の説明】
【００２６】
１  単結晶、  ２  融液、  ３  るつぼ、  ４  抵抗加熱ヒータ、  ５  磁界発生装置、  ６  冷却器、  ７  熱シールド、  ８  円錐状セクション、  ９  円筒状セクション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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