(57)【要約】シリコン単結晶の成長方法に関するもので、シリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ）を形成するステップと、シリコン融液にシリコンより融点が低いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入するステップと、ドーパントが注入されたシリコン融液に対して、ネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）及びボディー（ｂｏｄｙ）の順にシリコン単結晶を成長させるステップとを含み、シリコン単結晶の成長時に、ネックの長さを３５〜４５cmに制御し、チャンバーの圧力に対する不活性気体の圧力の比率を１．５以下に制御することができる。
2015506330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ）を形成するステップと、
前記シリコン融液に前記シリコンより融点が低いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入するステップと、
前記ドーパントが注入されたシリコン融液に対して、ネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）及びボディー（ｂｏｄｙ）の順にシリコン単結晶を成長させるステップとを含み、
前記シリコン単結晶の成長時に、前記ネックの長さを３５〜４５cmに制御し、チャンバーの圧力に対する不活性気体の圧力の比率を１．５以下に制御する、シリコン単結晶の成長方法。
【請求項２】
前記比率の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長時から適用される、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の回転速度は１２〜１６ｒｐｍである、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項４】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン融液が入っているルツボの回転速度は１２〜１６ｒｐｍである、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項５】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の凝固界面は、前記凝固界面の中心領域と前記凝固界面の縁部領域との段差が２０％以下となるように制御される、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項６】
前記凝固界面の段差の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長の後半に適用される、請求項５に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項７】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶のＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）は１〜１５％である、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項８】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の凝固界面は比抵抗が上昇し、前記比抵抗の上昇は、前記比抵抗が上昇する温度の差が平均１０〜１５％の区間で変わるように制御する、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項９】
前記比抵抗の上昇の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長時に適用される、請求項８に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記シリコン単結晶の成長において、前記ボディー成長の初期時に、前記シリコン単結晶の成長速度は負の勾配を有する、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記ボディー成長の初期は、固化率を基準に２５％以内である、請求項１０に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記シリコン単結晶の成長速度は０．１〜０．３mm／minに減少する、請求項１０に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１３】
前記シリコン単結晶の成長において、前記ボディー成長時に、前記シリコン単結晶の成長速度は負の勾配及び正の勾配を有し、前記負の勾配は１０〜２０％の範囲で変化し、前記正の勾配は５〜１０％の範囲で変化する、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記負の勾配及び前記正の勾配の変化の範囲は、前記シリコン単結晶の成長速度が負の勾配から正の勾配に変化する時点で適用される、請求項１３に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶を成長させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、チョクラルスキー方法において、低融点のＮ型ドーパントであるアンチモン（Ｓｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などを使用して特定濃度以上のシリコン単結晶を成長させるとき、ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）が融液に投入されると、ドーパントは、揮発によって持続的な損失が発生するようになる。
【０００３】
このとき、揮発時に融液の表面温度の減少が持続的に生じることによって、融液の表面温度が不安定になる。
【０００４】
さらに、電子移動度をより高めるために、さらに多くの低融点ドーパントが投入されることによって、一定時間当たり揮発するドーパントの量は幾何級数的に増加するようになる。
【０００５】
一方、シリコン単結晶を成長させるとき、凝固界面が凹んだ場合よりも凝固界面が膨らんだ場合に、結晶成長の面で成長速度を向上させることができ、結晶欠陥の制御にも有利であると思われてきた。
【０００６】
したがって、成長速度が高い場合には、凝固界面は凸形状となり、凝固熱はシリコン単結晶を介してほとんど熱伝導されることによって除去することができる。
【０００７】
これと反対に、成長速度が低い場合には、凝固界面が凹形状に変化するようになる。この場合には凝固潜熱が過冷却領域を減少させることによって、シリコン単結晶の成長のための温度勾配が低くなるため結晶の成長が十分にできなくなる。
【０００８】
したがって、シリコン単結晶を成長させるとき、凝固界面が膨らむほど、凝固潜熱が、凝固界面の下に位置する過冷却領域に移動するのを最小化することができる。
【０００９】
このような理由で、かかる技術分野では、シリコン単結晶の収率を向上させるか、または生産性を高めるために、上記の概念を導入して実際に適用している。
【００１０】
しかし、低融点のドーパントを投入してシリコン単結晶を成長させる場合には、ドーパントのような揮発性の強い物質は、融液表面で揮発による気化熱によってマランゴニテンション（Ｍａｒａｎｇｏｎｉ  Ｔｅｎｓｉｏｎ）が弱くなり、過冷却領域が蚕食されることがある。
【００１１】
なお、一定以上の濃度がシリコン単結晶内に流入するためには、不可避に組成的過冷を経るようになり、このような組成的過冷は、順次単結晶成長を逆行する温度勾配ということができる。
【００１２】
したがって、実際に凝固する位置よりも低い位置で凝固が起こるため、既存の技術ではシリコン単結晶の成長自体が難しく、生産性も著しく低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、揮発性のある低融点のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を使用して、高い濃度のシリコン単結晶を成長させるときにも、シリコン単結晶の収率及び生産性を向上させることができるシリコン単結晶の成長方法を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るシリコン単結晶の成長方法は、シリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ）を形成するステップと、シリコン融液にシリコンより融点が低いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入するステップと、ドーパントが注入されたシリコン融液に対して、ネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）及びボディー（ｂｏｄｙ）の順にシリコン単結晶を成長させるステップとを含み、シリコン単結晶の成長時に、ネックの長さを３５〜４５cmに制御し、チャンバーの圧力に対する不活性気体の圧力の比率を１．５以下に制御することができる。
【００１５】
ここで、不活性気体に対する圧力の比率の制御は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長のときから適用することができる。
【００１６】
そして、シリコン単結晶の成長時に、シリコン単結晶の回転速度は１２〜１６ｒｐｍであってもよく、または、シリコン単結晶の成長時に、シリコン融液が入っているルツボの回転速度は１２〜１６ｒｐｍであってもよい。
【００１７】
また、シリコン単結晶の成長時に、シリコン単結晶の凝固界面は、凝固界面の中心領域と凝固界面の縁部領域との段差が２０％以下となるように制御することができる。
【００１８】
ここで、凝固界面の段差の制御は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長の後半に適用することができる。
【００１９】
次に、シリコン単結晶の成長時に、圧力は１００〜１００００ｔｏｒｒであってもよい。
【００２０】
次に、シリコン単結晶の成長時に、シリコン単結晶のＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）は１〜１５％であってもよい。
【００２１】
また、シリコン単結晶の成長時に、シリコン単結晶の凝固界面は比抵抗が上昇し、比抵抗の上昇は、比抵抗が上昇する温度の差が平均１０〜１５％の区間で変わるように制御することができる。
【００２２】
ここで、比抵抗の上昇の制御は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長時に適用することができる。
【００２３】
そして、シリコン単結晶の成長において、ボディー成長の初期時に、シリコン単結晶の成長速度は負の勾配を有することができる。
【００２４】
ここで、ボディー成長の初期は、固化率を基準に２５％以内であってもよく、シリコン単結晶の成長速度は０．１〜０．３mm／minに減少することができる。
【００２５】
次に、シリコン単結晶の成長において、ボディー成長時に、シリコン単結晶の成長速度は負の勾配及び正の勾配を有し、負の勾配は１０〜２０％の範囲で変化し、正の勾配は５〜１０％の範囲で変化することができる。
【００２６】
ここで、負の勾配及び正の勾配の変化範囲は、シリコン単結晶の成長速度が負の勾配から正の勾配に変化する時点で適用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、低融点の揮発性が強いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を使用するシリコン単結晶の成長方法であって、所望の比抵抗を得るために最も少ないドーパントを注入することができ、ドーピング後、圧力上昇を通じて揮発するドーパントの量を減少させることができるので、相対的に高価なドーパント物質を減少させて、工程単価を低減することができる。
【００２８】
また、圧力上昇にのみ限定されず、不活性気体の適切な量を制御することによって、ドーパントの揮発による汚染を効果的に遮断することができ、得率を向上させることができるという効果がある。
【００２９】
さらに、融液量が減少しながらより一層揮発速度が加速化されるときにも、不活性気体の適切な量を制御することによって、ドーパントの揮発量を減少させて、シリコン単結晶の得率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】シリコン単結晶の成長工程による多結晶化の発生率を示すグラフである。
【図２Ａ−２Ｂ】シリコン単結晶の成長工程による多結晶化の発生頻度を示すグラフである。
【図３】不活性気体に対する圧力の比率による収率を示す図表である。
【図４Ａ−４Ｄ】組成的過冷の程度による相変態を示す図である。
【図５Ａ−５Ｄ】固溶度の増加による凝固界面の形状を示す図である。
【図６】凝固界面及び組成的過冷による比抵抗の程度を示すグラフである。
【図７Ａ−７Ｂ】溶融温度による相変化を示すグラフである。
【図８】温度増加によるルツボの回転数を示すグラフである。
【図９Ａ−９Ｄ】組成的過冷による結晶化を示す図である。
【図１０】単結晶の成長による比抵抗を示す図である。
【図１１】ショルダーの水平成長の長さによる比抵抗の変化を示す図である。
【図１２】成長速度と比抵抗の関係を示す図である。
【図１３】成長速度の勾配による比抵抗を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、上記目的を具体的に実現できる本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
【００３２】
実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの「上（ｏｎ）」に又は「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「別の層を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることを全て含む。また、各層の上又は下に対する基準は、図面を基準にして説明する。
【００３３】
図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたり、省略されたり、又は概略的に図示された。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。
【００３４】
本発明は、まず、シリコン単結晶成長装置のルツボ内にシリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ）を形成し、シリコン融液にシリコンよりも融点の低いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入することができる。
【００３５】
そして、ドーパントが注入されたシリコン融液に対して、ネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）、及びボディー（ｂｏｄｙ）の順にシリコン単結晶を成長させることができる。
【００３６】
ここで、シリコン単結晶は、シード（ｓｅｅｄ）結晶から細長い結晶を成長させるネッキング（ｎｅｃｋｉｎｇ）工程を経た後、結晶を直径方向に成長させて目標直径とするショルダーリング（ｓｈｏｕｌｄｅｒｉｎｇ）工程を経、一定の直径を有する結晶に成長させるボディグローイング（ｂｏｄｙ  ｇｒｏｗｉｎｇ）工程を経ることができる。
【００３７】
そして、一定の長さだけボディグローイング工程が進行した後、結晶の直径を徐々に減少させることによって融液から分離するテーリング工程を経て、シリコン単結晶の成長が完了することができる。
【００３８】
このように、本発明は、揮発性がある低融点のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を使用して高濃度のシリコン単結晶を成長させるときにも、シリコン単結晶の収率及び生産性を向上させるために、凝固界面を精密に制御することによって、過冷却領域が狭くなる低抵抗を有するシリコン単結晶を成長させることができる。
【００３９】
図１は、シリコン単結晶の成長工程による多結晶化の発生率を示すグラフである。
【００４０】
図１に示すように、シリコン単結晶のボディー成長時に多結晶化の発生頻度が最も高く、シリコン単結晶のネック成長時に多結晶化の発生頻度が最も低く、シリコン単結晶のショルダー成長時の多結晶化の発生頻度は、ボディー成長とネック成長との間であり得る。
【００４１】
高濃度のシリコン単結晶の成長時に、融液の温度よりも低くなる領域が存在し、温度勾配が大きくなる場合、元の凝固界面の温度よりも低い領域で結晶化がなされ、凝固界面の温度を通過しながら、結晶格子間のずれによって多結晶化が発生し得る。
【００４２】
したがって、融液内にある低融点ドーパントの濃度が高くなるほど、組成的過冷に近づき、凝固界面の真下で既に固相の形態になりやすいため、相変態による冷却駆動力の差によって多結晶化が起こりやすい。
【００４３】
図２Ａ及び図２Ｂは、シリコン単結晶の成長工程による多結晶化の発生頻度を示すグラフであって、図２Ａは、ショルダー工程による多結晶化の発生頻度を示し、図２Ｂは、ボディー工程による多結晶化の発生頻度を示している。
【００４４】
図２Ａに示すように、ショルダー工程では、全体直径において、約６０％の付近で発生頻度が最も高く、図２Ｂに示すように、ボディー工程では、全体直径において、固化率を基準として約２５％以内で発生頻度が最も高いことがわかる。
【００４５】
シリコン単結晶の成長において、ショルダーからボディーに転換される部分で、比抵抗が上昇後、減少する方向に変換が起こるところ、比抵抗は、シリコン単結晶の長さが長くなるほど低くなるのが一般的である。
【００４６】
しかし、凝固界面が凹形状である場合、凝固界面の中心領域が最も遅く固相に相変態するため、中心領域で拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が凝固界面に沿って発生することによって、比抵抗が減少してから上昇する反対の結果を示すようになる。
【００４７】
このように、ショルダーにおいて界面が凹形状である理由は、融液から受ける熱量がショルダーから放出される熱量よりも多いからである。
【００４８】
これは、成長速度が上昇しても、体積の差が相対的に大きすぎるため、凝固界面を変更するには困難がある。
【００４９】
また、凝固界面が凹形状である場合、相対的にシリコン単結晶を成長させることが難しいが、ショルダーの場合においては融液とショルダーの温度勾配が少ないので、ボディーとは異なり成長が可能である。
【００５０】
本発明では、ボディー進入前の凝固界面が、少なくとも両側の縁を線で結んだとき、その段差が約２０％以内でなければならない。
【００５１】
その理由は、組成的過冷が高まるため、凝固界面が低くなると、縁部側に固相液が容易に形成されて多結晶化が容易に発生し得る。
【００５２】
さらに、縁部側に行くほど、中心側に比べて熱の移動が容易であるため、もし、中心側の界面が約２０％以上高い場合には、凝固潜熱が大きくなって下部の過冷却領域を蚕食してしまい、シリコン単結晶の成長を難しくすることがある。
【００５３】
組成的過冷による多結晶化を防止するためには、凝固界面の最大の高さが縁部側を基準として約２０％以内に制御されなければならず、その変化の幅は、約１０％以内で変化しなければならない。最も理想的には、中心側と縁部側の高さが水平であることが好ましい。
【００５４】
言い換えると、シリコン単結晶の成長中、ショルダー成長の後半において、シリコン単結晶の凝固界面は、凝固界面の中心領域と凝固界面の縁部領域との段差が約２０％以下となるように制御することができる。
【００５５】
そして、ショルダーの場合、シリコン単結晶が成長する体積が少ないので、冷却効果が極大化されて、たとえ界面が凹んでいても、濃度が高まることによる過冷却領域に対する影響力がボディーに比べて少ないほうである。
【００５６】
したがって、凝固界面が凹んでいても、特定濃度以上で組成的過冷とほぼ同一になる現象が少ない。
【００５７】
但し、低融点のドーパントを使用する場合、融液の表面で揮発が発生して（気化熱）表面温度が上昇するようになり、特にショルダーの場合、熱を伝達することができる体積が小さいため、凝固界面付近の影響を多く受けるようになる。
【００５８】
このような効果は、まるで凝固温度を上昇させる役割を果たすようになる。
【００５９】
これによって、既存のショルダーの温度で過冷させる場合、過冷を確保するための温度が足りなくなるため、多結晶化が容易に発生するようになる。
【００６０】
このようなショルダーの有転位化を防止するためには、十分な過冷領域を形成できるように、凝固温度の減少量を増大させる必要性が台頭している。
【００６１】
特に、ショルダーは、縦軸と横軸の成長を同時にするため、上昇した凝固温度に対する足りない過冷温度を確保しなければならない。
【００６２】
横軸成長が行われると、過冷領域が確保される速度よりも速いため、主に縦軸成長が行われるショルダーの約４０％以内の区間での温度制御が重要となる。
【００６３】
十分に過冷領域を確保したか否かを確認する方法は、第一に、ファセット（ｆａｃｅｔ）面の均一性、第二に、ファセット（ｆａｃｅｔ）面の形成角度、第三に、主たる横軸成長を始める前のショルダーの直径及びかかる時間といえる。
【００６４】
一番目と二番目の場合は、結晶成長の方向によって、その個数が異なるはずであるが、一定の形態で同一に現れるものであるといえる。
【００６５】
これを具現するためには、温度の面ではネックの長さを一定に維持することが重要であり、気化熱の面では揮発性の減少及び効果的な汚染物の除去が可能な不活性気体の量が重要となる。
【００６６】
そして、三番目の場合は、全体成長する直径においてどの位置にファセット（ｆａｃｅｔ）面が成長するかによって横軸成長の時点が変わるので、これに対して明確にする必要があり、この時にかかる時間は、過冷領域を確保するために必要な温度量を算定するための測度と見ればよい。
【００６７】
したがって、本発明は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長時に、ネックの長さを約３５〜４５cmに制御し、不活性気体に対する圧力の比率を約１．５以下に制御することができる。
【００６８】
ここで、不活性気体に対する圧力の比率の制御は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長のときから適用することができる。
【００６９】
図３は、不活性気体に対する圧力の比率による収率を示す図表である。図３に示すように、不活性気体に対する圧力の比率を約１．５以下に制御する場合、揮発性の強いドーパントを使用してシリコン単結晶を成長させるとき、シリコン単結晶の生産性が向上することがわかる。
【００７０】
もし、不活性気体に対する圧力の比率が約１．５以上になると、ファセット（ｆａｃｅｔ）面の形状が異なるように現れて、不均一となり得る。
【００７１】
図４Ａ乃至図４Ｄは、組成的過冷の程度による相変態を示す図で、図５Ａ乃至図５Ｄは、固溶度の増加による凝固界面の形状を示す図である。
【００７２】
ヒ素（Ａｓ）の場合、固溶される量が増加するほど、液相から固相への相変態の時、温度が急激に低下することがある。
【００７３】
図４Ａ乃至図４Ｄに示すように、組成的過冷が発生しないと、平滑界面として成長するようになり、組成的過冷が発生すると、セル界面（ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が形成され、さらに過冷が進行すると、セル樹枝状が下へ成長するようになる。
【００７４】
そして、図５Ａ乃至図５Ｄに示すように、シリコンに固溶度が増加するほど、界面は低くなり、もっと尖った形状に変化する。
【００７５】
ここで、尖った形状に変化する場合、組成的過冷が発生し得る近くまでの面積が増加するようになり、さらに過冷が起こると、凝固界面の下で凝固界面よりも高い温度でも相対的に過冷される領域が発生して、方向性のない結晶が成長するようになり得る。
【００７６】
そして、結晶成長の速度によって、この部分が凝固界面の上の温度帯に到達するようになると、方向性のない結晶と液相とが同時に固相に相変態するため、熱応力を受けながら固相になる。
【００７７】
このような場合、単結晶の表面に特に細かい傷状のスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を確認することができる。
【００７８】
また、溶媒に投入される溶質の量が増加するほど、溶媒及び溶質が液相から固相に相変態する温度が急速に低下し、特に、固溶限界が発生する部分は急激な勾配を有するようになる。
【００７９】
図６は、凝固界面と組成的過冷による比抵抗の程度を示すグラフである。
【００８０】
図６に示すように、凝固界面の形状が水平になる場合には、クッション領域と凝固界面との温度差が小さくなる。
【００８１】
Ｘを基準としてＹとＺを比較すると、凝固界面が凹形状である場合、クッション領域が生じる水準の範囲が拡大されて、有転位化の危険性が増大する。
【００８２】
組成的過冷による成長速度制御の場合、一般に、高速成長するようになると、凝固潜熱が結晶を通じてほとんど熱エネルギーを消耗するようになる。
【００８３】
しかし、成長速度が低下すると、結晶（固相）と液相の全てに凝固潜熱が伝達されるようになる。
【００８４】
クッション領域は、溶媒に溶質が増加するほどさらに増加するようになり、この時に成長速度を減少させる理由は、凝固界面とクッション領域が生じる部分の温度勾配を減少させるためである。
【００８５】
すなわち、凝固界面が約１３００℃であると仮定するとき、濃度が高くなるほど、クッション領域が生じる温度領域はさらに高くなる。
【００８６】
凝固界面の温度よりも高い温度で結晶化がなされて、十分な過冷領域が確保される前に結晶が成長するようになり、結局、単結晶を得ることが難しい。
【００８７】
本発明では、このような凝固界面と組成的過冷において、凝固が行われる水準を、たとえ温度差があっても類似の条件にするためには、界面が平滑でなければならないということを記述しようとする。
【００８８】
図７Ａ及び図７Ｂは、溶融温度による相変化を示すグラフである。
【００８９】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、シリコン単結晶は、凝固界面の温度よりも高い温度であるにもかかわらず、組成的過冷によって結晶化が起こるようになる。
【００９０】
したがって、組成的過冷の効果を減少させるためには、凝固界面と過冷領域との温度勾配を最小化しなければならない。
【００９１】
その理由は、温度勾配が大きいほど、凝固界面は凹形状に形成されるからである。
【００９２】
図８は、温度増加によるルツボの回転数を示すグラフであって、凝固界面と過冷領域の温度勾配を減少させるためのルツボの回転に対する図である。
【００９３】
図８に示すように、ルツボの回転が増加するほど、融液の対流が活性化されるので、シリコン単結晶成長装置のヒーターパワーは増加するようになり、これによって、温度も比例的に上昇するようになる。
【００９４】
全体的な温度の上昇は、溶媒に投入される溶質の量を減少させる効果を得ることができるので、組成的過冷の効果を減少させることができる。
【００９５】
但し、ルツボの回転による温度上昇の効果も限界があるので、適切な範囲で運営することが必要である。
【００９６】
本発明では、約１２〜１６ｒｐｍを適用することが凝固界面と過冷領域の温度勾配を最小化することができ、これを通じて、界面が凹形状に変化することを防止することができる。
【００９７】
そして、下部のルツボの回転だけでなく、上部の単結晶の回転も同一の効果を有することができる。
【００９８】
言い換えると、本発明は、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長時に、シリコン単結晶の回転速度を約１２〜１６ｒｐｍに制御することができ、場合によっては、シリコン融液が入っているルツボの回転速度を約１２〜１６ｒｐｍに制御することができる。
【００９９】
図９Ａ乃至図９Ｄは、組成的過冷による結晶化を示す図である。
【０１００】
図９Ａは、組成的過冷よりさらに過冷されて結晶が生成されることを示し、図９Ｂは、凝固界面の核形成時に、表面積の増加による追加過冷により結晶が形成されることを示す。
【０１０１】
そして、図９Ｃは、凝固界面内に組成的過冷領域が含まれて、この部分で結晶化が発生し、高濃度であるほど凝固界面が組成的過冷領域を蚕食するようになって、転位は単結晶の中央で発生することを示す。
【０１０２】
次に、図９Ｄは、凝固界面と組成的過冷領域とが一定の間隔を維持するように成長速度を制御すると、温度による偏差を減少させることができるということを示す。
【０１０３】
このように、高濃度化が進むほど、組成的過冷が起こる領域の分布が拡張され得る。
【０１０４】
組成的過冷がある状態で、ルツボの回転速度を約１６ｒｐｍ以上に高めて、シリコン単結晶の成長速度を高めると、凝固潜熱が融液の方向に移動し、凝固界面自体の過冷却領域を蚕食するようになる。
【０１０５】
特に、組成的過冷領域と凝固界面との間の温度勾配を増加させ、結晶化される温度の距離が遠くなることによって、組成的過冷領域の結晶化はさらに加速化される。
【０１０６】
また、ルツボの回転速度を約１２ｒｐｍ以下に低下させて、シリコン単結晶の成長速度を低下させると、凝固界面が、組成的過冷がある領域よりも低い位置に存在するようになる。
【０１０７】
すなわち、凝固界面よりも十分に低い組成的過冷部分が凝固界面の境界に接したり含まれたりする場合、結晶格子がずれて多結晶化が発生する。
【０１０８】
したがって、本発明は、ルツボの回転速度を約１２〜１６ｒｐｍに制御することによって、比抵抗に適したシリコン単結晶の成長速度を制御することができる。
【０１０９】
そして、低融点のドーパントを使用する場合、一般的に高揮発性であるため、単結晶の中央が最も比抵抗が低く、これによって、組成的過冷による多結晶化が中央で生成されて、有転位化を発生させるようになる。
【０１１０】
組成的過冷による有転位化を減少させるためには、半径（Ｒａｄｉａｌ）方向に、比抵抗の偏差が約１５％以内でなければならないが、好ましくは、約１０％以内であってもよい。
【０１１１】
そのためには、半径方向に凝固界面と組成的過冷が発生する部分での温度勾配を低くすることが必要である。
【０１１２】
全体的な温度を上昇させる場合、単結晶に混入される低融点のドーパントの熱エネルギーをまるでクッションのように流動的に減少させるので、熱的応力による有転位化を防止することができる。
【０１１３】
本発明では、ルツボの回転速度を約１２〜１６ｒｐｍに制御することができる。
【０１１４】
さらに、界面の制御だけでなく比抵抗の偏差による組成的過冷を減少させるためには、揮発速度を制御する必要性がある。
【０１１５】
したがって、本発明では、不活性気体に対する圧力の比率を１．５以下に制御し、圧力を約１００ｔｏｒｒ以上に制御することによって、このような比抵抗の偏差による組成的過冷の差を最小化させた。
【０１１６】
場合によって、圧力は約１００〜１００００ｔｏｒｒであってもよい。
【０１１７】
図１０は、単結晶の成長による比抵抗を示す図であって、実際に低融点のドーパントを使用して成長させた結果を示している。
【０１１８】
ショルダーの比抵抗が時間によって増加する原因は、位置による温度差によって揮発速度が変化するからである。
【０１１９】
外部から熱源が加えられて融液を維持する単結晶成長法の特性上、融液の中心部は他の所に比べて温度が低いといえる。
【０１２０】
凝固界面を上からみると、温度は同心円を描くようになり、その温度で揮発する量は、ショルダーが成長する直径による比抵抗の変化を測定することによって、温度の差がわかる。
【０１２１】
特に、ショルダーの場合、特性上、界面が下向きに凹んだ場合には、濃度が高い中心部から低い単結晶の外郭部分に拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が発生して、中心部は、特に単結晶の長さまたは時間によって濃度が増加するようになる。
【０１２２】
図１０に示すように、凝固界面が凹形状である場合に、中心部の比抵抗は高くなり、凝固界面が水平であるときに、比抵抗は一定に維持されることがわかる。
【０１２３】
このような効果のため、ＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）の面では、凹んだ方向が面内の偏差が最も少なく、膨らむほど、ＲＲＧは増加するようになる。
【０１２４】
さらに、このようなＲＲＧの増加は、約１５％以下に制御することができる。
【０１２５】
このように、本発明において、シリコン単結晶のＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）は約１〜１５％であってもよい。
【０１２６】
図１１は、ショルダーの水平成長の長さによる比抵抗の変化を示す図である。
【０１２７】
図１１に示すように、融液の位置による温度差によって揮発する速度が変化して、比抵抗が逆に上昇する場合が発生するようになる。
【０１２８】
特に、界面が凹形状である場合には、拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）による濃度の変化によって中心の比抵抗が上昇するようになる。
【０１２９】
図１１に示すように、実際に比抵抗が上昇する温度の差は平均的に約１０〜１５％の区間で変わることがわかる。
【０１３０】
このように制御するために、本発明は、ルツボの回転を約１２〜１６ｒｐｍの間で運営しなければならず、高濃度の単結晶の成長は、このような温度の変化が最小になるようにしなければならない。
【０１３１】
このように、本発明において、シリコン単結晶の成長において、ショルダー成長時に、シリコン単結晶の凝固界面は比抵抗が上昇し、比抵抗の上昇は、比抵抗が上昇する温度の差が平均約１０〜１５％の区間で変わるように制御することが好ましい。
【０１３２】
また、組成的過冷による有転位化を減少させるためには、成長速度と比抵抗の関係に適するように設計しなければならない。
【０１３３】
特に、凝固界面の変化が激しいボディーの初期（固化率を基準に２５％以内）の場合には、界面が一定に維持されるようにしないと、組成的過冷の発生から誘発される有転位化を減少させることができない。
【０１３４】
図１２は、成長速度と比抵抗の関係を示す図である。
【０１３５】
図１２に示すように、固化率２５％以内では、比抵抗が急速に変化する区間であるので、成長速度の変化の勾配を大きくしなければならない。
【０１３６】
このような結果から、約０．１〜０．３mm／minの水準に減少させなければならず、比抵抗が低くなるほどこのような勾配はさらに大きくなる。
【０１３７】
本発明において、シリコン単結晶の成長において、ボディー成長の初期時に、シリコン単結晶の成長速度は負の勾配を有することができ、ボディー成長の初期は、固化率を基準に２５％以内であってもよく、シリコン単結晶の成長速度は約０．１〜０．３mm／minに減少するように制御することができる。
【０１３８】
図１３は、成長速度の勾配による比抵抗を示す図であって、固化率２５％以内の比抵抗水準による成長速度の勾配を示している。
【０１３９】
図１３に示すように、比抵抗が低いほど、成長速度変化の勾配は負の方向であることがわかる。反対に、比抵抗が高いほど、正の方向であることがわかる。
【０１４０】
これは、本発明で明らかにしたように、凝固界面を水平に成長させるための水準であり得る。
【０１４１】
すなわち、比抵抗が約０．００５以上であると、この範囲の勾配を有さなくても単結晶の成長は可能であるが、得率が多少低下することがある。
【０１４２】
特に、正の勾配を有する場合、負の勾配を有してもある程度単結晶成長はなされる。
【０１４３】
しかし、負の勾配を有する場合においては、正の勾配に成長速度を変化させると、単結晶成長自体がなされない。
【０１４４】
したがって、勾配において、多少範囲が小さい区間が発生することは、この部分が正と負の勾配が交差する区間であるからであり、負の勾配は、この範囲で約１０〜２０％以内の余裕を有し、正の勾配は、約５〜１０％の余裕を有することができる。
【０１４５】
このように、本発明において、シリコン単結晶の成長において、ボディーの成長時に、シリコン単結晶の成長速度は負の勾配及び正の勾配を有することができ、負の勾配は約１０〜２０％の範囲で変化し、正の勾配は約５〜１０％の範囲で変化することができる。
【０１４６】
ここで、負の勾配及び正の勾配の変化範囲は、シリコン単結晶の成長速度が負の勾配から正の勾配に変化する時点で適用できる。
【０１４７】
したがって、本発明は、低融点の揮発性が強いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を使用するシリコン単結晶の成長時に、所望の比抵抗を得るために最も少ないドーパントを注入することができ、ドーピング後に、圧力上昇を通じて揮発するドーパントの量を減少させることができるので、相対的に高価なドーパント物質を減少させて、工程単価を低減することができる。
【０１４８】
また、圧力上昇にのみ限定されず、不活性気体の適切な量を制御することによって、ドーパントの揮発による汚染を効果的に遮断することができ、得率を向上させることができるという効果がある。
【０１４９】
さらに、融液量が減少しながらより一層揮発速度が加速化されるときにも、不活性気体の適切な量を制御することによって、ドーパントの揮発量を減少させて、シリコン単結晶の得率を向上させることができる。
【０１５０】
以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ず一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせまたは変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
【０１５１】
また、以上では実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示していない種々の変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用に係る差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
【図１】
2015506330.tif 000003
【図２Ａ】
2015506330.tif 000004
【図２Ｂ】
2015506330.tif 000005
【図３】
2015506330.tif 000006
【図４Ａ】
2015506330.tif 000007
【図４Ｂ】
2015506330.tif 000008
【図４Ｃ】
2015506330.tif 000009
【図４Ｄ】
2015506330.tif 000010
【図５ａ】
2015506330.tif 000011
【図５ｂ】
2015506330.tif 000012
【図５ｃ】
2015506330.tif 000013
【図５ｄ】
2015506330.tif 000014
【図６】
2015506330.tif 000015
【図７Ａ】
2015506330.tif 000016
【図７Ｂ】
2015506330.tif 000017
【図８】
2015506330.tif 000018
【図９Ａ】
2015506330.tif 000019
【図９Ｂ】
2015506330.tif 000020
【図９Ｃ】
2015506330.tif 000021
【図９Ｄ】
2015506330.tif 000022
【図１１】
2015506330.tif 000023
【図１２】
2015506330.tif 000024
【図１３】
2015506330.tif 000025
【図１０】
2015506330.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月4日(2014.7.4)
【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】
シリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ）を形成するステップと、
前記シリコン融液に前記シリコンより融点が低いドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を注入するステップと、
前記ドーパントが注入されたシリコン融液に対して、ネック（ｎｅｃｋ）、ショルダー（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）及びボディー（ｂｏｄｙ）の順にシリコン単結晶を成長させるステップとを含み、
前記シリコン単結晶の成長時に、前記ネックの長さを３５〜４５cmに制御し、チャンバーの圧力に対する不活性気体の圧力の比率を１．５以下に制御する、シリコン単結晶の成長方法。
【請求項２】
前記比率の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長時から適用される、請求項１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の回転速度は１２〜１６ｒｐｍである、請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項４】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン融液が入っているルツボの回転速度は１２〜１６ｒｐｍである、請求項１ないし３のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項５】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の凝固界面は、前記凝固界面の中心領域と前記凝固界面の縁部領域との段差が２０％以下となるように制御される、請求項１ないし４のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項６】
前記凝固界面の段差の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長の後半に適用される、請求項５に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項７】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶のＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）は１〜１５％である、請求項１ないし６のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項８】
前記シリコン単結晶の成長時に、前記シリコン単結晶の凝固界面は比抵抗が上昇し、前記比抵抗の上昇は、前記比抵抗が上昇する温度の差が平均１０〜１５％の区間で変わるように制御する、請求項１ないし７のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項９】
前記比抵抗の上昇の制御は、前記シリコン単結晶の成長において、前記ショルダー成長時に適用される、請求項８に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１０】
前記シリコン単結晶の成長において、前記ボディー成長の初期時に、前記シリコン単結晶の成長速度は負の勾配を有する、請求項１ないし９のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１１】
前記ボディー成長の初期は、固化率を基準に２５％以内である、請求項１０に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１２】
前記シリコン単結晶の成長速度は０．１〜０．３mm／minに減少する、請求項１０又は１１に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１３】
前記シリコン単結晶の成長において、前記ボディー成長時に、前記シリコン単結晶の成長速度は負の勾配及び正の勾配を有し、前記負の勾配は１０〜２０％の範囲で変化し、前記正の勾配は５〜１０％の範囲で変化する、請求項１ないし１２のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１４】
前記負の勾配及び前記正の勾配の変化の範囲は、前記シリコン単結晶の成長速度が負の勾配から正の勾配に変化する時点で適用される、請求項１３に記載のシリコン単結晶の成長方法。
【請求項１５】
前記チャンバーの圧力は１００Ｔｏｒｒ〜１００００Ｔｏｒｒである、請求項１ないし１４のいずれかに記載のシリコン単結晶の成長方法。
【国際調査報告】
2015506330.tif 000027
2015506330.tif 000028
2015506330.tif 000029
2015506330.tif 000030