(57)【要約】本発明のインゴットの成長方法は、シリコンを溶融してシリコン融液を用意するステップと、結晶方位が[１１０]の種結晶を用意するステップと、前記種結晶からネック部を成長させるステップと、前記ネック部から結晶方位が[１１０]のインゴットを成長させるステップとを含み、前記ネック部の直径が４mm〜８mmである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを溶融してシリコン融液を用意するステップと、
結晶方位が[１１０]の種結晶を用意するステップと、
前記種結晶からネック部を成長させるステップと、
前記ネック部から結晶方位が[１１０]のインゴットを成長させるステップと、を含み、
前記ネック部の直径が４mm〜８mmであるインゴットの成長方法。
【請求項２】
前記シリコン融液のドーピング濃度が８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３である請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項３】
前記シリコン融液のホウ素濃度が８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３である請求項２に記載のインゴットの成長方法。
【請求項４】
前記種結晶のドーピング濃度が８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３である請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項５】
前記種結晶のホウ素濃度が８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３である請求項４に記載のインゴットの成長方法。
【請求項６】
前記ネック部の長さは４００mm以上である請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項７】
前記ネック部を成長させるステップでは、前記ネック部の成長速度が３.０mm/min〜３.２mm/minである請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項８】
前記インゴットを成長させるステップでは、前記インゴットの引き上げ速度が０.９mm/min以上である請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項９】
前記シリコン融液を用意するステップで磁場が印加される請求項１に記載のインゴットの成長方法。
【請求項１０】
前記シリコン融液の表面の下部に磁場が印加される請求項９に記載のインゴットの成長方法。
【請求項１１】
前記磁場の強さは１５００G〜３５００Gである請求項９に記載のインゴットの成長方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のインゴットの成長方法によって成長された結晶方位が[１１０]のインゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴットの成長方法およびインゴットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体素子を製造するためのウェハを製造する工程は、シリコン単結晶インゴットのスライシング工程、スライシングされたウェハのエッジをラウンディング処理するエッジ研削工程、スライシング工程によるウェハの粗い表面を平坦化するラッピング工程、エッジ研削またはラッピング工程でウェハ表面に付着された粒子と各種汚染物質を除去する洗浄工程、後工程に適合した形状と表面を確保するための表面研削工程およびウェハエッジに対するエッジ研磨工程を含むことができる。
【０００３】
シリコン単結晶インゴットは、チョクラルスキー(czochralski、CZ)法またはフローティングゾーン(floating zone、FZ)法等により成長させることができる。一般的には、大口径のシリコン単結晶インゴットを製造でき、工程コストが安いチョクラルスキー法を用いて成長させる。
【０００４】
このようなチョクラルスキー法は、シリコン融液に種結晶を浸漬した後、これを低速で引き上げることで行われる。
【０００５】
一方、従来の半導体素子の限界を克服するための新たな結晶方向の製品が求められており、次世代製品として結晶方位が[１１０]の製品の使用可能性が予想されている。しかし、結晶方位が[１１０]のインゴットは、結晶方位が[１００]のインゴットに比べて、転位が結晶成長方向に伝播されるので、結晶性が低い特性があり、転位制御が難しいという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、結晶方位が[１００]の高品質のウェハを製造できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインゴットの成長方法は、シリコンを溶融してシリコン融液を用意するステップと、結晶方位が[１１０]の種結晶を用意するステップと、前記種結晶からネック部を成長させるステップと、前記ネック部から結晶方位が[１１０]のインゴットを成長させるステップとを含み、前記ネック部の直径が４mm〜８mmである。
【０００８】
実施形態の詳細は添付した図面および以下の発明の詳細な説明に記載される。他の特徴は前記発明の詳細な説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインゴットの成長方法によれば、結晶方位が[１１０]の高品質のインゴットを成長させることができ、従来の半導体素子の限界を克服できる新たな結晶方向のウェハを製造することができる。すなわち、結晶方位が[１１０]のインゴットから素子効率が向上したウェハを製造することができる。
【００１０】
特に、種結晶のホウ素の濃度は、シリコン融液のドーピング濃度と対応してもよい。これにより、前記シリコン融液と前記種結晶の濃度差によるミスフィット(misfit)の発生を制御することができる。このようなミスフィット転位は、シリコン融液のドーピング濃度と種結晶のドーピング濃度が異なると、格子定数の差によって種結晶がシリコン融液に接触する時種結晶内に発生する転位である。本発明では、このようなミスフィット転位を制御して高品質の単結晶を成長させることができる。
【００１１】
また、本発明のインゴットの成長方法によって成長させられたネック部の直径が従来のネック部の直径より厚くなるので、大きさが大きい高重量のインゴットを支持することができる。すなわち、工程不良を防止し、工程収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例に係るインゴットの成長方法のフローチャートである。
【図２】実施例に係るインゴットの成長方法によって製造されたインゴットの斜視図である。
【図３】実施例に係るインゴットの成長方法に用いられるインゴット製造装置の断面図である。
【図４】実施例に係るインゴットの成長方法において、ネック部の直径に応じた転位観測長さの実験データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面において、各層(膜)、領域、パターンまたは構造物の厚さや大きさは、説明の明確性および便宜を図り変形されたものであり、実際の大きさを全面的に反映するものではない。
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例を詳しく説明する。
【００１５】
以下、図１および図２を参照して、実施例に係るインゴットの成長方法およびこれによって製造されたインゴットを詳しく説明する。図１は実施例に係るインゴットの成長方法のフローチャートである。図２は実施例に係るインゴットの成長方法によって製造されたインゴットの斜視図である。
【００１６】
実施例に係るインゴットの成長方法は、融液を用意するステップ(ＳＴ１００)、種結晶を用意するステップ(ＳＴ２００)、ネック部を成長させるステップ(ＳＴ３００)およびインゴットを成長させるステップ(ＳＴ４００)を含む。
【００１７】
前記融液を用意するステップ(ＳＴ１００)では、チャンバ内部に設置される石英ルツボにシリコン融液を用意する。前記融液を用意するステップ(ＳＴ１００)では、シリコンを溶融してシリコン融液を用意する。前記シリコン融液のドーピング濃度は８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３である。具体的に、前記シリコン融液はホウ素でドーピングすることができるが、ここで前記ホウ素の濃度は８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３の濃度を有することができる。このようなホウ素のドーピング濃度は、一般的な比抵抗帯域でなく、EPI-基板の結晶用としてホウ素が高濃度にドーピングされなければならない。
【００１８】
特に、前記融液を用意するステップ(ＳＴ１００)で磁場を印加してもよい。具体的には、前記シリコン融液の表面の下部に磁場を印加してもよい。より具体的には、前記シリコン融液の表面を０としたとき、前記０から−１００mmに該当する位置に最大磁場を印加することが好ましい。前記磁場の強さは１５００G〜３５００Gの強度を有することができる。これにより、シリコン融液の温度偏差を低減させることができる。従って、転位を制御することができる。
【００１９】
前記種結晶を用意するステップ(ＳＴ２００)では、結晶方位が[１１０]の種結晶を用意することができる。前記種結晶から結晶方位が[１１０]のインゴットを成長させることができる。
【００２０】
前記種結晶のホウ素は８.５×１０１８atoms/cm３〜１.７×１０１９atoms/cm３の濃度を有することができる。すなわち、前記種結晶のホウ素の濃度は前記シリコン融液のドーピング濃度と対応することができる。これにより、前記シリコン融液と前記種結晶の濃度差によるミスフィットの発生を制御することができる。このようなミスフィット転位は、シリコン融液のドーピング濃度と種結晶のドーピング濃度が異なると、格子定数差によって種結晶がシリコン融液に接触する時種結晶内に発生する転位である。本実施例では、このようなミスフィット転位を制御して高品質の単結晶を成長させることができる。
【００２１】
次に、前記ネック部を成長させるステップ(ＳＴ３００)では、前記種結晶からネック部を成長させることができる。すなわち、前記種結晶から細長い形状の単結晶ネック部Ｎを成長させることができる。
【００２２】
前記ネック部を成長させるステップ(ＳＴ３００)では、前記ネック部は３.０mm/min〜３.２mm/minの成長速度を有することができる。これにより、転位速度より早くネック部を成長させて、転位を制御することができる。
【００２３】
ネック部の成長速度が２mm/minより小さい場合には、ネック部の直径が大きくなるので、[１１０]結晶でのネック部の転位制御がより難しくなる問題点が発生し、ネック部の成長速度が４mm/minより大きい場合には、ネック部の直径が小さくなるので、荷重に弱い問題点がある。従って、ネック部の成長速度は、３〜３.２mm/minの範囲となることが好ましい。
【００２４】
図２に示すように、前記ネック部Ｎは４００mm以上の長さｌを有する。また、前記ネック部Ｎは４mm〜８mmの直径ｄを有する。前記ネック部Ｎの直径ｄが従来のネック部の直径より厚くなることで、大きさが大きい高重量のインゴットを支持することができる。すなわち、工程不良を防止し、工程収率を向上させることができる。
【００２５】
詳しくは、ネック部の直径が４mm未満になると、直径３００mm以上の大容量インゴットを成長させるとき、荷重に耐え切れず損傷が発生し、結局損失が発生することになる。そして、ネック部の直径が８mmを超える場合には、ネック部の転位を制御できなくなる。
【００２６】
ネック部を成長させるときに、ネック部の直径を４mm〜８mmにし、長さを４００mm以上とすることが好ましいことに対して、実験結果を参照して説明する。
【００２７】
以下の表は、ネック部の直径に応じた転位観測長さの実験データを整理したものであり、図４は表の実験データをグラフ化したものである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１および図４に示すように、ネック部の長さが４００mmより小さい場合、転位観測長さが短いので生産性は向上するものの、[１１０]結晶は転位制御が難しくなるので、製品品質に問題が生じる。
【００３０】
従って、本発明のように、ネック部の直径を４〜８mmにして転位制御をより容易にするためには、ネック部の長さを４００mm以上にする必要がある。
【００３１】
前記インゴットを成長させるステップ(ＳＴ４００)では、前記ネック部ＮからインゴットＩを成長させることができ、結晶方位が[１１０]のインゴットを成長させることができる。すなわち、従来の半導体素子の限界を克服できる新たな結晶方向のウェハを製造することができ、結晶方位が[１１０]のインゴットから素子効率が向上したウェハを製造することができる。
【００３２】
前記インゴットを成長させるステップ(ＳＴ４００)では、前記インゴットの引き上げ速度は０.９mm/min以上の引き上げ速度を有することができる。これにより、冷却体が含まれた成長装置で、結晶の冷却速度を高めて熱応力を高めることができる。また、転位を増殖させて、多結晶化の有無を肉眼で確認して単結晶を確保することができる。
【００３３】
一方、前記インゴットを成長させるステップ(ＳＴ４００)では、前記ネック部Ｎから目標直径まで直径を拡張させるショルダーリング(shouldering)ステップおよび目標直径を維持しながらシリコン単結晶インゴットを成長させるボディ成長ステップを含むことができる。
【００３４】
以下、図３を参照して、実施例に係るインゴットの成長方法に用いられるインゴット製造装置を説明する。図３は、実施例に係るインゴットの成長方法に用いられるインゴット製造装置の断面図である。
【００３５】
図３に示すように、実施例に係るシリコン単結晶インゴットの成長装置は、シリコンウェハを製造する方法のうちチョクラルスキー法に用いられる製造装置からなることができる。
【００３６】
実施例に係るシリコン単結晶インゴットの成長装置は、チャンバ１０、原料を収容することができる第１ルツボ２０、カバー部１００、第２ルツボ２２、ルツボ回転軸２４、インゴットを引き上げる引き上げ機構３０、熱を遮断する熱シールド４０および抵抗ヒータ７０、断熱材８０および磁場発生装置９０を含む。
【００３７】
以下、これをより具体的に説明するようにする。
【００３８】
図３に示すように、第１ルツボ２０は原料を収容することができる。前記第１ルツボ２０は、ポリシリコンを収容することができる。また、前記第１ルツボ２０は、前記ポリシリコンが溶融された溶融シリコンを収容することができる。前記第１ルツボ２０は、石英を含むことができる。
【００３９】
前記第２ルツボ２２は、前記第１ルツボ２０を支持することができる。前記第２ルツボ２２は、グラファイトを含むことができる。
【００４０】
前記第１ルツボ２０は、前記ルツボ回転軸２４により時計または反時計方向に回転することができる。前記第１ルツボ２０の上部には、種結晶が付着されてこれを引き上げる引き上げ機構３０が位置し、前記引き上げ機構３０は前記ルツボ回転軸２４の回転方向と反対方向に回転することができる。
【００４１】
前記引き上げ機構３０に付着された種結晶をシリコン融液ＳＭに浸漬した後、前記引き上げ機構３０を回転させながら引き上げることで、シリコン単結晶を成長させてインゴットＩを製造することができる。
【００４２】
次に、第２ルツボ２２に隣接して、第１ルツボ２０に熱を加える抵抗ヒータ７０が設けられる。このような抵抗ヒータ７０の外側に断熱材８０が設けられる。抵抗ヒータ７０は、ポリシリコンを融液させてシリコン融液ＳＭを製作することに必要な熱を供給し、製造工程中もシリコン融液ＳＭに継続的に熱を供給する。
【００４３】
一方、第１ルツボ２０に収容されたシリコン融液ＳＭは、高温であり、シリコン融液ＳＭの界面から熱を放出することになる。この時多くの熱が放出されると、シリコン単結晶インゴットを成長させることに必要なシリコン融液ＳＭの適正温度を維持し難しい。従って、界面から放出される熱を最小化し、放出された熱がシリコン単結晶インゴットの上部に伝達されないようにしなければならない。このために、シリコン融液ＳＭおよびシリコン融液ＳＭの界面が高温の温度環境を維持できるように熱シールド４０が設置される。
【００４４】
熱シールド４０は、熱的環境を所望状態に維持させて安定した結晶成長が行われるようにするために、多様な形状を有することができる。一例として、熱シールド４０は、シリコン単結晶インゴットの周囲を取り囲むように、内部が中空の円筒状を有することができる。このような熱シールド４０は、一例として、グラファイト、グラファイトフェルトまたはモリブデンなどを含むことができる。
【００４５】
チャンバ１０の外部には、シリコン融液ＳＭに磁場を印加して、シリコン融液ＳＭの対流を制御できる磁場発生装置９０が設けられる。このような磁場発生装置９０は、シリコン単結晶インゴットの結晶成長軸に垂直な方向、すなわち、水平磁場(magnet field、MF)を発生させる装置からなることができる。本実施例で、前記磁場発生装置９０は、シリコンを溶融させる工程から作用する。特に、前記磁場発生装置９０は、前記シリコン融液の表面の下部に磁場を印加することができる。
【００４６】
以上の実施例で説明された特徴、構造、効果などは、少なくとも一つの実施例に組合せることができ、必ず一つの実施例に限定されるものではない。また、各実施例に例示した特徴、構造、効果などは、当業者であれば、別の実施例に組合せたり変形して実施可能であり、このような組合せと変形も本発明の範囲内に含まれるものであると解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、インゴットの成長装置およびその方法に利用できるので、産業上の利用可能性が高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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