(57)【要約】  抵抗率制御が改善された単結晶シリコンインゴットを形成するための方法。この方法には、サンプルロッド成長および抵抗率測定が含まれる。サンプルロッドは、製品インゴットの直径よりも小さい直径を有し得る。サンプルロッドの抵抗率は、抵抗率プローブをサンプルロッド上に形成された平面セグメントと接触させることによって直接測定され得る。サンプルロッドは、抵抗率を測定する前に、熱ドナーキルサイクルでアニールされ得る。
2021529147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ内に保持されたシリコン溶融物から単結晶シリコンインゴットを製造するための方法であって、
前記るつぼに多結晶シリコンを追加するステップと、
前記多結晶シリコンを加熱して、前記るつぼ内にシリコン溶融物を形成させるステップと、
前記溶融物からサンプルロッドを引っ張るステップであって、前記サンプルロッドは、直径を有する、ステップと、
前記サンプルロッドをアニールして熱ドナーを消滅させるステップと、
熱ドナーの消滅後の前記サンプルロッドの抵抗率を測定するステップと、
前記溶融物から製品インゴットを引っ張るステップであって、前記製品インゴットは、直径を有し、前記サンプルロッドの直径は、前記製品インゴットの直径よりも小さい、ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記サンプルロッドの抵抗率は、前記ロッドを抵抗率プローブと接触させることによって測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルロッドの抵抗率は、前記サンプルロッドをウェーハまたはスラグにスライスすることなく測定される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、前記サンプルロッド上に平面セグメントを形成するステップをさらに含み、前記サンプルロッドの抵抗率は、前記平面セグメント上で測定される、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記平面セグメントは、前記サンプルロッドの一端から前記サンプルロッドの第２の端に向かって軸方向に延びる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記サンプルロッドの抵抗率を測定するために、プローブは、前記平面セグメントと接触される、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、電流を前記サンプルロッドに印加して前記サンプルロッドの抵抗を測定するステップをさらに含む、請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルロッドの直径は、前記製品インゴットの直径の０．７５倍未満、または０．５０倍未満、約０．２５倍未満、または前記製品インゴットの直径の０．１倍未満である、請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプルロッドは、平均直径を有し、前記サンプルロッドの平均直径は、約１５０ｍｍ未満、約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、約２０ｍｍ未満、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍである、請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプルロッドは、最大直径を有し、前記サンプルロッドの最大直径は、約１５０ｍｍ未満、約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、約２０ｍｍ未満、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍである、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記サンプルロッドは、約３００ｍｍ未満、約２００ｍｍ未満、または約１００ｍｍ未満の長さを有する、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記製品インゴットは、少なくとも約１，５００Ω−ｃｍ、または少なくとも約２，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約４，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約６，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約８，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約１０，０００Ω−ｃｍ、約１，５００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍ、または約８，０００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍの抵抗率を有する、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプルロッドは、少なくとも約１，５００Ω−ｃｍ、または少なくとも約２，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約４，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約６，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約８，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約１０，０００Ω−ｃｍ、約１，５００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍ、または約８，０００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍの抵抗率を有する、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記サンプルロッドの平均抵抗率を決定するステップを含む、請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプルロッドは、前記サンプルロッドを抵抗率プローブと接触させながら、前記サンプルロッドを保持するクランプを備える測定装置によって固定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記サンプルロッドは、少なくとも約５００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約８００℃、約５００℃から約９００℃、または約６５０℃から約１１００℃の温度でアニールされる、請求項１ないし１５のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
アニールの長さは、少なくとも約５秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約１分、少なくとも約３分、約５秒から１５分、約５秒から約５分または約５秒から約３分である、請求項１ないし１６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
るつぼ内に保持された多結晶シリコン溶融物の抵抗率を決定するための方法であって、
前記溶融物からサンプルロッドを引っ張るステップと、
熱ドナーキルサイクルで前記サンプルロッドをアニールするステップと、
前記サンプルロッドに電流を印加するステップと、
前記サンプルロッドに電流を印加しながら、前記サンプルロッドを抵抗率プローブと接触させ、前記ロッドの抵抗率を測定するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記サンプルロッドの表面上に平面セグメントを形成するステップをさらに含み、前記抵抗率プローブは、前記平面セグメントに接触して前記ロッドの抵抗率を測定する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プローブは、２点抵抗率プローブである、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記サンプルロッドは、平均直径を有し、前記サンプルロッドの平均直径は、約１５０ｍｍ未満または約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、約２０ｍｍ未満、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍである、請求項１８ないし２０のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記サンプルロッドは、最大直径を有し、前記サンプルロッドの最大直径は、約１５０ｍｍ未満、約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、約２０ｍｍ未満、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍである、請求項１８ないし２１のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記サンプルロッドは、前記ロッドを抵抗率プローブと接触させるときに、前記サンプルロッドを保持するクランプを備える測定装置によって固定される、請求項１８ないし２２のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、前記サンプルロッドの抵抗率を測定する前に、前記サンプルロッドをアニールするステップをさらに含む、請求項１８ないし２３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記サンプルロッドは、少なくとも約５００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約８００℃、約５００℃から約９００℃、または約６５０℃から約１１００℃の温度でアニールされる、請求項１８ないし２４のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
アニールの長さは、少なくとも約５秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約１分、少なくとも約３分、約５秒から１５分、約５秒から約５分、または約５秒から約３分である、請求項１８ないし２５のうちいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、２０１８年６月２７日に出願された米国特許出願第１６／０２０，６９８号の優先権を主張し、その開示全体は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の分野は、抵抗率制御が改善された単結晶シリコンインゴットを形成するための方法、特に、サンプルロッド成長および抵抗率測定を含む方法に関する。いくつかの実施形態では、サンプルロッドは、製品インゴットの直径よりも小さい直径を有する。
【背景技術】
【０００３】
半導体電子コンポーネントの製造のほとんどのプロセスの出発材料である単結晶シリコンは、通常、単一の種結晶を溶融シリコンに浸漬し、ゆっくりと抽出して成長させる、いわゆるチョクラルスキー（ＣＺ）プロセスによって調製される。溶融シリコンは、石英るつぼに含まれている間、主に酸素を含む様々な不純物で汚染されている。高度な無線通信用途、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、低電力、低リークデバイスなどの一部の用途では、１５００オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）以上などの比較的高い抵抗率のウェーハが必要である。
【０００４】
高抵抗率のインゴット製造には、高純度のポリシリコンが使用される。高純度ポリシリコンは、不純物プロファイルの広がりを特徴とし、ドープされていない材料とそのタイプの固有抵抗率範囲に広い広がりを引き起こす。このような高抵抗率または超高抵抗率の材料の種端抵抗率の目標は、出発材料中のホウ素とリン（ポリシリコン材料の表面のホウ素とリンを含む）の変動性、およびるつぼ内の不純物、および／または熱ドナーキルサイクル後の抵抗率を変化させる酸素レベルのために困難である。さらに、そのような高抵抗率の用途は、抵抗率測定の誤差が増加する可能性がある。
【０００５】
ポリシリコン出発材料の不純物濃度および／または抵抗率を比較的迅速にサンプリングすることを可能にし、および／または抵抗率測定のために消費される比較的少量のシリコンで抵抗率を比較的迅速に測定することを可能にし、および／またはより良い抵抗率制御を可能にし、および／または外因性ドーピングプロセスを簡素化する高抵抗率シリコンインゴットを調製する方法の必要性が存在する。
【０００６】
このセクションは、本開示の様々な態様に関連する可能性のある技術の様々な態様を読者に紹介することを意図しており、これらは、以下に説明および／または主張される。この議論は、本開示の様々な態様のより良い理解を容易にするための背景情報を読者に提供するのに役立つと考えられている。したがって、これらの記述は、先行技術の承認としてではなく、この観点から読まれるべきであることを理解されたい。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様は、るつぼ内に保持されたシリコン溶融物から単結晶シリコンインゴットを製造するための方法に関する。多結晶シリコンがるつぼに追加される。多結晶シリコンを加熱して、るつぼ内にシリコン溶融物を形成させる。サンプルロッドが溶融物から引っ張られる。サンプルロッドは、直径を有する。サンプルロッドは、熱ドナーを消滅させるためにアニールされる。サンプルロッドの抵抗率は、熱ドナーの消滅後に測定される。製品インゴットが溶融物から引っ張られる。製品インゴットは、直径を有する。サンプルロッドの直径は、製品インゴットの直径よりも小さくなっている。
【０００８】
本開示の他の態様は、るつぼ内に保持された多結晶シリコン溶融物の抵抗率を決定するための方法に関する。サンプルロッドが溶融物から引っ張られる。サンプルロッドは、熱ドナーキルサイクルでアニールされる。サンプルロッドに電流を印加する。ロッドの抵抗率を測定するためにサンプルロッドに電流を印加しながら、サンプルロッドを抵抗率プローブと接触させる。本開示の上記の態様に関連して記載された特徴には、様々な改良が存在する。さらなる特徴もまた、本開示の上記の態様に組み込まれ得る。これらの改良点と追加特徴は、個別に、または任意の組み合わせで存在する場合がある。例えば、本開示の例示された実施形態のいずれかに関連して以下で論じられる様々な特徴は、単独でまたは任意の組み合わせで、本開示の上記の態様のいずれかに組み込まれ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】単結晶シリコンインゴットを形成するための引っ張り装置の概略側面図である。
【図２】シリコン溶融物から成長したサンプルロッドである。
【図３】その表面に形成された平面セグメントを有するサンプルロッドである。
【図４】サンプルロッドの抵抗率を測定するための測定装置である。
【図５】サンプルロッドの抵抗率を測定するために使用されるＩ−Ｖ曲線である。
【図６】種端からの様々な位置でのサンプルロッドの抵抗率の散布図である。
【００１０】
対応する参照文字は、図面全体の対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の規定は、溶融物の抵抗率を決定するためにサンプルロッドを成長させるチョクラルスキー法によって単結晶シリコンインゴットを製造するための方法に関する。サンプルロッドは、製品インゴットよりも小さい直径を有する。
【００１２】
本開示の実施形態によれば、図１を参照して、製品インゴットは、インゴットプーラ２３のるつぼ２２内に保持されたシリコン溶融物４４からインゴットが引き出される、いわゆるチョクラルスキー法によって成長する。インゴットプーラ２３は、結晶成長チャンバ１６を規定するハウジング２６と、成長チャンバよりも横方向の寸法が小さいプルチャンバ２０とを含む。成長チャンバ１６は、成長チャンバ１６から狭くなったプルチャンバ２０に移行する、概してドーム型の上壁４５を有する。インゴットプーラ２３は、結晶成長中にハウジング２６にプロセスガスを導入およびハウジング２６からプロセスガスを除去するために使用され得る入口ポート７および出口ポート１２を含む。
【００１３】
インゴットプーラ２３内のるつぼ２２は、シリコンインゴットが引き出されるシリコン溶融物４４を含む。シリコン溶融物４４は、るつぼ２２にチャージされた多結晶シリコンを溶融することによって得られる。るつぼ２２は、インゴットプーラ２３の中心長手方向軸Ｘの周りでるつぼ２２を回転させるために、ターンテーブル３１に取り付けられている。
【００１４】
加熱システム３９（例えば、電気抵抗ヒータ）は、シリコンチャージを溶融して溶融物４４を生成するためにるつぼ２２を取り囲む。ヒータ３９はまた、米国特許第８，３１７，９１９号明細書に示されるように、るつぼの下に延在できる。ヒータ３９は、制御システム（図示せず）によって制御されるので、溶融物４４の温度は、引っ張りプロセス全体を通して正確に制御される。ヒータ３９を取り囲む断熱材（図示せず）は、ハウジング２６を通して失われる熱の量を減らすことができる。インゴットプーラ２３はまた、溶融物表面の上方に、るつぼ２２の熱からインゴットを遮蔽して、固体溶融物界面での軸方向温度勾配を増加させるための熱シールドアセンブリ（図示せず）を含み得る。
【００１５】
引っ張り機構（図示せず）は、機構から下に延びるプルワイヤ２４に取り付けられている。この機構は、プルワイヤ２４を上下させることができる。インゴットプーラ２３は、プーラのタイプに応じて、ワイヤーではなくプルシャフトを有することができる。プルワイヤ２４は、シリコンインゴットを成長させるために使用される種結晶６を保持する種結晶チャック３２を含む引っ張りアセンブリ５８で終端する。インゴットを成長させる際に、引っ張り機構は、種結晶６がシリコン溶融物４４の表面に接触するまで種結晶６を下降させる。種結晶６が溶融し始めると、引っ張り機構は、成長チャンバ１６を通って種結晶をゆっくりと上昇させ、チャンバ２０を引っ張って単結晶インゴットを成長させる。引っ張り機構が種結晶６を回転させる速度および引っ張り機構が種結晶を上昇させる速度（すなわち、引張速度ｖ）は、制御システムによって制御される。
【００１６】
プロセスガスは、入口ポート７を通ってハウジング２６に導入され、出口ポート１２から引き出される。プロセスガスは、ハウジング２６内に雰囲気を作り出し、溶融物と雰囲気は、溶融ガス界面を形成する。出口ポート１２は、インゴットプーラの排気システム（図示せず）と流体的に連絡している。
【００１７】
これに関して、図１に示され、本明細書に記載されるインゴットプーラ２３は例示的なものであり、他の結晶プーラ構成および配置を使用して、特に明記しない限り、単結晶シリコンインゴットを溶融物から引っ張ることができる。
【００１８】
本開示の実施形態によれば、多結晶シリコンがるつぼ２２に追加され、加熱システム３９が操作されて多結晶シリコンを溶融させた後、サンプルインゴットまたはロッドが溶融物から引っ張られる。サンプルロッド５の例を図２に示す。ロッド５は、ロッドが遷移し、種から外側に向かって先細りになって目標直径に到達するクラウン部分２１を含む。ロッド５は、引張速度を増加させることによって成長する結晶の一定直径部分２５または円筒形本体または単に「本体」を含む。サンプルロッド５の本体２５は、比較的一定の直径を有する。ロッド５は、本体２５の後にロッドが直径が先細になるテールまたはエンドコーン２９を含む。直径が十分に小さくなると、ロッドは、溶融物から分離される。ロッド５は、インゴットのクラウン２１および末端３３を通って延びる中心長手方向軸Ａを有する。
【００１９】
サンプルロッド５の成長条件は、当業者が利用できる一般的に任意の適切な成長条件から選択できる。サンプルロッド５は、ロックされた種リフト（すなわち、＋／−約５ｍｍなどの様々な直径を有する固定引張速度）またはアクティブ種リフト（目標直径を維持するために変化される引張速度）で成長させることができる。
【００２０】
サンプルロッド５は、サンプルロッドの後に成長する製品インゴットよりも小さい直径を有する。例えば、サンプルロッドの直径は、製品インゴットの直径の０．７５倍未満、０．５０倍未満、約０．２５倍未満、または製品インゴットの直径の０．１倍未満であり得る。いくつかの実施形態では、サンプルロッドの直径は、約１５０ｍｍ未満または約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、または約２０ｍｍ未満（例えば、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍ）である。一般に、ロッド５の直径は、いくつかの軸方向位置に沿ってロッドを測定し（例えば、ロッドがクラウンおよび／またはテーパ端を有する場合、ロッドの一定直径部分内で）、測定された直径を平均することによって測定される（例えば、長さ全体で２、４、６、１０以上の直径を測定し、平均化する）。いくつかの実施形態では、ロッドのサンプルの最大直径は、約１５０ｍｍ未満または約１００ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、または約２０ｍｍ未満（例えば、約５ｍｍから約１５０ｍｍ、約５ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約５０ｍｍ、約５ｍｍから約２５ｍｍ、または約１０ｍｍから約２５ｍｍ）である。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ロッド５は、結晶プーラで成長した製品インゴットのネック部分の直径に概ね対応する直径を有する。例えば、ロッドは、５０ｍｍ未満、２５ｍｍ未満、または２０ｍｍ未満の直径を有し得る。
【００２２】
サンプルロッド５は、任意の適切な長さを有し得る。いくつかの実施形態では、ロッド（例えば、トリミング後）は、約３００ｍｍ未満、約２００ｍｍ未満、または約１００ｍｍ未満（例えば、約２５ｍｍから約３００ｍｍ）の長さを有する。
【００２３】
サンプルロッド５が成長した後、サンプルロッド５の抵抗率が測定される。ロッド５は、インゴットプーラ２３から取り外され、抵抗率を測定できるように処理される。インゴットのクラウンとテールは、ワイヤーソーを使用するなどして取り外すことができる。いくつかの実施形態では、ロッド５のトリミングされた端部は、端部を平らにするために研磨される。ロッドの端部をエッチングできる（例えば、混酸エッチング）。ロッド５は、その第１および第２の端部１５、１７にオーミック接点などのオーミック接点を含むように修正できる。例えば、ロッド５の切断端部１５、１７は、コロイド銀塗料で塗装され、乾燥され得る。
【００２４】
ロッド５の表面に平面セグメント１１（図３）が形成されている。平面セグメント１１は、ロッド５に沿って軸方向に延びることができる。いくつかの実施形態では、平面セグメント１１は、ロッド５の第１の端部１５から第２の端部１７まで軸方向に延びる。他の実施形態では、平面セグメント１１は、その長さに沿って部分的にのみ延びる。
【００２５】
平面セグメント１１は、研削パッド（例えば、ダイヤモンドグリットパッド）を使用することなどによって、サンプルロッド５の表面を研削することによって形成できる。いくつかの実施形態では、平面セグメントは、電圧プローブとの接触を可能にするのに十分な幅（例えば、約２〜４ｍｍ）を有する。平面セグメント１１は、抵抗率測定の前に、脱イオン水で洗浄し、乾燥することなどによって洗浄できる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、サンプルロッド５は、抵抗率を測定する前に急速熱アニールにかけられる。急速熱アニールは、間質酸素クラスターを解離することにより、熱ドナーキルサイクル（すなわち、熱ドナーの消滅）として機能する可能性がある。いくつかの実施形態では、アニールは、約５００℃以上、約６５０℃以上または約８００℃以上（例えば、５００℃から約１０００℃、約５００℃から約９００℃、または約６５０℃から約１１００℃）の温度で、少なくとも約５秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約１分、または少なくとも約３分以上（例えば、約５秒から１５分、約５秒から約５分、または約５秒から約３分）行われる。
【００２７】
ロッド５の抵抗率は、平面セグメント１１から測定できる。本開示のいくつかの実施形態では、電流は、ロッド５を通って流れ、抵抗率プローブは、ロッド５の長さに沿った１つまたは複数の場所で接触される。電流は、端部１５、１７の１つを介してロッド５に印加され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ロッド５は、図４に示される装置４３などの測定装置内に固定されている。測定装置４３は、ロッド５を固定するクランプ５１を含む。クランプ５１は、ロッド５を第１の端部１５に向けて固定する第１の支持体５３と、ロッド５を第２の端部１７に向けて固定する第２の支持体５５とを有する。支持体５３、５５は、支持体５３、５５の間にロッドを固定するように構成される（例えば、調整およびクランプのためにねじ切りされる）。支持体５３、５５は、ロッド５のトリミングされた端部のオーミック接点に接触し得る。プローブ先端６１は、ロッドの平らな平面セグメント上のロッド５に接触させられる。電流は、支持体５３、５５を通過し、電圧は、プローブ先端６１によって測定される。プローブ先端６１は、各点で印加される電流／電圧が測定された状態で、ロッド５の軸の下に手動で動かされる。図示の装置４３では、プローブ先端６１は、手動で動かされる。他の実施形態では、プローブ先端６１は、アクチュエータによって動かされる。
【００２９】
図４の測定装置４３は例示的な装置であり、ロッドの抵抗率を固定および／または測定するための任意の適切な装置を、特に明記しない限り使用できる。ロッド（例えば、１００ｍｍ未満、５０ｍｍまたは２５ｍｍ未満などの一般に細い直径のロッド）および測定装置４３の使用により、ロッドをウェーハまたはスラグにスライスすることなく抵抗率を測定できる。
【００３０】
抵抗率プローブは、両方のプローブ先端が平面セグメント１１と接触している２点プローブであり得る。電圧差は、２つのプローブ先端間で測定される。例えば、抵抗率は、「２点プローブを使用したシリコンバーの抵抗率の試験方法」と題されたＳＥＭＩ標準ＭＦ３９７−０８１２に準拠した２点プローブで測定できる。これは、関連する全ての一貫した目的のために参照により本明細書に組み込まれる。結晶タイプ（すなわち、Ｎ型またはＰ型）を決定するために、２端子または３端子整流法を使用できる。このようなタイプの決定は、「外因性半導体材料の導電率タイプの試験方法」と題されたＳＥＭＩ標準ＭＦ４２−０３１６に準拠して実行できる。これは、関連する全ての一貫した目的のために参照により本明細書に組み込まれる。２端子と３端子の両方の整流方法は、非常に高い抵抗率のシリコンに対してロバストな方法である。
【００３１】
電圧は、長さ全体の様々な点で測定できる。測定された電圧とサンプルの長さおよび平均直径を使用して、電流−電圧曲線の傾きを決定するなどして抵抗率を計算できる（例えば、以下の例１）。
【００３２】
いくつかの実施形態では、サンプルロッド５は、約５．５ｐｐｍａ未満の酸素含有量などの比較的低い酸素含有量を有する。他の実施形態では、サンプルロッドの酸素含有量は、５．２ｐｐｍａ未満、５．０ｐｐｍａ未満、３．５ｐｐｍａ未満、約３ｐｐｍａ未満、または約２．５ｐｐｍａ未満である。いくつかの実施形態では、サンプルロッド５は、転位がない。
【００３３】
ロッド５の測定された抵抗率は、るつぼ内の多結晶シリコン溶融物の抵抗率（すなわち、開始ドーパント不純物濃度（すなわち、正味のドナー−アクセプター濃度））に関連する情報を提供する。ロッド５の測定された抵抗率は、その後に成長するインゴットの製造条件を調整するために使用され得る。例えば、ある量のドーパントが多結晶シリコン溶融物に追加され得、ドーパントの量は、測定された抵抗率に少なくとも部分的に基づいて調整される（例えば、製品インゴット抵抗率を予測するモデルの使用によって）。適切なドーパントは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムなどのｐ型ドーパント、およびリン、ヒ素、およびアンチモンなどのｎ型ドーパントを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態では、サンプルロッドを成長させてロッドの抵抗率を測定する前にある量のドーパントを溶融物に加え、サンプルロッドを成長させた後にある量のドーパント（例えば、同じドーパントまたは異なるドーパント）を加える。他の実施形態では、全てのドーパント（もしあれば）は、サンプルロッドが成長し、抵抗率が測定された後に追加される（例えば、ホウ素またはリン）。
【００３５】
ドーパントが加えられ、サンプルインゴットおよび製品インゴットが引っ張られるポリシリコンは、半導体グレードのポリシリコンであり得る。半導体グレードのポリシリコンを使用する場合、いくつかの実施形態では、ポリシリコンは、４，０００Ω−ｃｍを超える抵抗率を有し、０．０２ｐｐｂａ以下のホウ素またはリンを含む。
【００３６】
サンプルロッドが引っ張られ、オプションでドーパントが溶融物に追加された後、製品インゴットが溶融物から引き出される。製品インゴットは、サンプルロッドの直径よりも大きい直径を有する（すなわち、サンプルロッドの定直径部分の直径は、インゴットの定直径部分の直径よりも小さい）。製品インゴットは、約１５０ｍｍの直径、または他の実施形態のように、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ以上（例えば、４５０ｍｍ以上）の直径を有し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、多結晶シリコンは、インゴットの成長中に（例えば、バッチプロセスのように）加えられない。他の実施形態では、多結晶シリコンは、製品インゴットが成長するときに溶融物に加えられる（例えば、連続チョクラルスキー法のように）。
【００３８】
溶融物に加えられるドーパントの量（サンプルロッドが成長する前に第１のドーパントの追加の有無にかかわらず）は、インゴットの本体の少なくとも一部（例えば、インゴットのプライム部分）において目標抵抗率を達成するように制御され得る。いくつかの実施形態では、目標抵抗率は最小抵抗率である。いくつかの実施形態では、インゴットの全長（例えば、インゴットの本体の長さ）は、目標抵抗率（例えば、最小抵抗率）を有する。いくつかの実施形態では、製品インゴットの少なくとも一部の目標抵抗率は、少なくとも約１，５００Ω−ｃｍの最小抵抗率、または他の実施形態の場合のように、少なくとも約２，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約４，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約６，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約８，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約１０，０００Ω−ｃｍまたは約１，５００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍまたは約８，０００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍである。あるいは、またはさらに、サンプルロッドは、少なくとも約１，５００Ω−ｃｍ、または少なくとも約２，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約４，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約６，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約８，０００Ω−ｃｍ、少なくとも約１０，０００Ω−ｃｍ、約１，５００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍ、または約８，０００Ω−ｃｍから約５０，０００Ω−ｃｍの抵抗率を有し得る。
【００３９】
単結晶シリコンインゴットを製造するための従来の方法と比較して、本開示の方法にはいくつかの利点がある。比較的高い抵抗率の単結晶シリコンを製造するために使用される比較的高純度のポリシリコンは、ホウ素およびリンの不純物量に広い広がりがあり、それが固有の抵抗率に広い広がりを引き起こす。比較的小さい直径（例えば、少なくとも２００ｍｍなどの製品インゴットと実質的に同じサイズを有するサンプルインゴットと比較して、１００ｍｍ未満、５０ｍｍ未満、２５ｍｍ未満、または１０ｍｍ未満などの製品インゴット未満）のサンプルロッドを成長させることにより、溶融物の抵抗率を比較的迅速にサンプリングすることができる。測定された抵抗率は、ドーパントのより正確な追加に使用して、高抵抗率または超高抵抗率の製品（例えば、少なくとも約３０００オームｃｍ、５０００オームｃｍ、または少なくとも７０００オームｃｍ以上）のより良い目標を達成し、特に、より良い種端抵抗率の目標に使用することができる。比較的小さい直径のサンプルロッドは、比較的少量の溶融物を消費し（例えば、１５ｋｇ、２０ｋｇ、または５０ｋｇ以上の溶融物を消費する可能性がある全径のショートインゴットと比較して、１ｋｇ未満、０．５ｋｇ未満または約０．２５ｋｇ以下）、サンプリングプロセスに起因する不純物の蓄積を低減する。サンプルロッドは、比較的迅速に成長させることができる（例えば、２０時間、３０時間、４０時間、または５０時間の成長時間を伴う可能性があるフルサイズのショートインゴットと比較して、約１２、１０、または５時間以下）。サンプルロッドは、抵抗率測定の精度（例えば、熱ドナーキルサイクル後のロッドの精度）を改善する可能性がある比較的低い酸素含有量（例えば、約５ｐｐｍａ未満または４ｐｐｍａ未満など）を有し得る。
【００４０】
サンプルロッドの表面に平面セグメントが形成されている実施形態では、抵抗率は２点プローブによって測定できる。このような２点プローブは、サンプルの準備を減らし、幾何学的補正係数に対する感度が低く、４点プローブと比較してより良い電流接点を可能にする可能性がある。２点プローブを使用すると、インゴットのタイプを判別するために２端子または３端子の整流方法を使用することもできる。
【００４１】
サンプルロッドの成長時間の短縮と抵抗率測定時間の短縮により、抵抗率測定が提供される処理時間が短縮され（例えば、処理時間の短縮で２０、３０、または４０時間）、るつぼの溶解によって引き起こされる不純物の蓄積が減少する。不純物を減らすと、将来の分析での抵抗率の予測可能性も向上する。各バッチ（すなわち、製品インゴット間）の高温時間の短縮により、ゼロ転位の損失を増やすことなく、るつぼを追加のサイクルで再チャージできる。
例
【００４２】
本開示のプロセスは、以下の例によってさらに説明される。これらの例は、限定的な意味で見られるべきではない。
例１：Ｉ−Ｖ曲線からの抵抗率の決定
【００４３】
サンプルロッドの電圧を軸方向に測定し（例えば、図４の装置を使用して）、印加電流と測定電圧を記録した。図５は、生成されたＩ−Ｖ曲線を示している。サンプルの形状とＩ−Ｖ曲線の傾きを使用して、サンプルの抵抗率は、６１３９オーム−ｃｍであると決定された。
例２：ショートインゴットとサンプルロッドの比較
【００４４】
製品ロッドとほぼ同じサイズの直径（例えば、２００ｍｍの引っ張り装置で約２００ｍｍ）を有する単結晶のショートサンプルインゴット（「ショートインゴット」）を、図１と同様の引っ張り装置で成長させた。結晶をトリミングし、混酸エッチング（ＭＡＥ）にかけた。結晶スラグを８００℃で３分間急速熱アニールし、ラップ仕上げした。スラグを４点プローブと接触させて抵抗率を測定し、抵抗率を３回の測定で平均した。
【００４５】
サンプルロッド（「サンプルロッド」）は、ショートインゴットを成長させた後、同じ引っ張り装置でロック種リフトモードで成長させた。ロッドの直径はその長さ全体で変化し、１７〜２３ｍｍの範囲内で、平均２０ｍｍであった。サンプルロッドをトリミングして研磨し、ロッドの一方の端からもう一方の端まで延びる平らなセグメントを形成した。ロッドを８００℃で３分間急速熱アニールした。インゴットの抵抗率は、図４に示される装置と同様の測定装置と２点プローブを使用して測定した。成長条件の違いを以下の表１に示す。
【００４６】
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【００４７】
表１：直径２００ｍｍのサンプルインゴットと直径約１７〜２３ｍｍのサンプルロッドの成長条件
【００４８】
サンプルロッドの長さ全体で測定された抵抗率とサンプルインゴットからのスラグの抵抗率を図６に示す。
【００４９】
ショートインゴットのサンプル準備時間は２６時間で、トリミング、混酸エッチング、急速熱アニール、スラブ切断、研削（例えば、ダイヤモンドパッドを使用）、ラッピング、４点プローブによる測定が含まれていた。サンプルロッドのサンプル準備時間は６時間で、トリミング、混酸エッチング、急速熱アニール、フラット研削（ダイヤモンドパッドを使用）、ラッピング、２点プローブによる測定が含まれていた。
【００５０】
本明細書で使用される場合、「約」、「実質的に」、「本質的に」および「ほぼ」という用語は、寸法、濃度、温度、または他の物理的または化学的特性または性質の範囲と組み合わせて使用される場合、例えば、丸め、測定方法、またはその他の統計的変動に起因する変動を含む、特性または性質の範囲の上限および／または下限に存在する可能性のある変動をカバーすることを意味する。
【００５１】
本開示の要素またはその実施形態を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することを意図している。「備える」、「含む」、「含む」および「有する」という用語は、包括的であることを意図しており、リストされた要素以外の追加の要素が存在する可能性があることを意味する。特定の方向（例えば、「上」、「下」、「側面」など）を示す用語の使用は、説明の便宜のためであり、説明されているアイテムの特定の向きを必要としない。
【００５２】
本開示の範囲を逸脱することなく、上記の構成および方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されることが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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