(57)【要約】  本発明は、＜１００＞方位を有するシリコン単結晶、および＜１００＞方位を有するシリコン単結晶を製造するための方法に関する。単結晶は、ｎ型ドーパントでドープされ、開始コーン部、円柱部分、および終了コーン部を含み、開始コーン部の長さの５０％以上の長さを有する、開始コーン部の中間部分の結晶角度は、２０°以上３０°以下であり、縁部ファセットが、単結晶の縁部から単結晶内に延び、縁部ファセットは、単結晶の開始コーン部および円柱部分において、各々、７００μｍ以下の長さを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜１００＞方位を有するシリコンの単結晶であって、ｎ型ドーパントでドープされ、開始コーン部、円柱部分、および終了コーン部を含み、前記開始コーン部の長さの５０％以上の長さを有する、前記開始コーン部の中間部分の結晶角度は、２０°以上３０°以下であり、縁部ファセットが、前記単結晶の周縁部から前記単結晶内に延び、前記縁部ファセットは、前記単結晶の前記開始コーン部および前記円柱部分において、各々、７００μｍ以下の長さを有する、シリコンの単結晶。
【請求項２】
抵抗率が１．２ｍＯｈｍｃｍ以下であり、前記ドーパントとしてリンを含む、請求項１に記載の単結晶。
【請求項３】
抵抗率が３ｍＯｈｍｃｍ以下であり、前記ドーパントとしてヒ素を含む、請求項１に記載の単結晶。
【請求項４】
抵抗率が３０ｍＯｈｍｃｍ以下であり、前記ドーパントとしてアンチモンを含む、請求項１に記載の単結晶。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の単結晶の円柱部分からスライスされた、単結晶シリコンの半導体ウェハ。
【請求項６】
＜１００＞方位を有するシリコンから単結晶を製造する方法であって、
ｎ型ドーパントで融液をドープすることと；
ＣＺ法により、前記単結晶の開始コーン部、円柱部分および終了コーン部を引き上げることと；
前記開始コーン部を、前記開始コーン部の中間部分において２０°以上３０°以下の結晶角度で、引き上げることとを含み、前記中間部分の長さは前記開始コーン部の長さの５０％以上であり、前記結晶角度の変動は、角度制御によって０．０１°／ｓ以下に制限され；前記方法はさらに、
限界引き上げ速度の７５％以下の引き上げ速度で前記単結晶の前記円柱部分を引き上げることを含み、それを超える場合、単結晶の変形が前記引き上げの継続を防ぎ；前記方法はさらに、
前記単結晶を積極的に冷却することを含む、＜１００＞方位を有するシリコンから単結晶を製造する方法。
【請求項７】
前記開始コーン部と前記円柱部分との間の遷移領域において、１．５ｍｍ／分以下の引き上げ速度で前記単結晶を引き上げることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記単結晶の前記冷却は、水冷冷却によって実施される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記単結晶の前記円柱部分から前記半導体ウェハをスライスすることをさらに含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、ｎ型ドーパントでドープされた＜１００＞方位を有するシリコンの単結晶、およびそのような単結晶を製造する方法である。半導体ウェハは、このタイプの単結晶からスライスされて、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴなどの電力用途のための電子部品を製造するための基板として使用される。必要な単結晶は、通常、ＣＺ法により坩堝において提供される融液から引き上げられる。
【背景技術】
【０００２】
先行技術／問題
ＥＰ  １  １５８  ０７５  Ａ１は、例えば、単結晶の開始コーン部を、その形状が比較的先が尖るように引き上げることが有利であることを開示している。この措置は、単結晶性結晶の成長の終了に至るであろう転位を引き起こす事象の頻度を低減する。
【０００３】
構成上の過冷却が転位の形成に及ぼす影響も調査されており（J.Friedrich et al., ACTA PHYSICA POLONICA A No.2, Vol.124 (2013), pp. 219-226）、調査の結果、より高い温度勾配を確立し、引き上げ速度を低下させ、融液の対流輸送を増加させることが有利である、という結論が引き出された。
【０００４】
ＵＳ２０１５／０２７５３９２Ａ１では、表面ファセットが開始コーン部上において、転位がそこに生じる前に現れることがしばしばあることが報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の発明者らは、引き上げを中止することを必要とする転位の形成の頻度をどのようにさらに低減することができるかを示す問題に取り組んだ。この問題の解決策には、特徴的な特徴を有する単結晶も含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の主題は、＜１００＞方位を有するシリコンの単結晶であり、それは、ｎ型ドーパントでドープされ、開始コーン部、円柱部分、および終了コーン部を含み、開始コーン部の長さの５０％以上の長さを有する、開始コーン部の中間部分の結晶角度は、２０°以上３０°以下であり、縁部ファセットが、単結晶の周縁部から単結晶内に延び、縁部ファセットは、単結晶の開始コーン部および円柱部分において、各々、７００μｍ以下の長さを有する。
【０００７】
単結晶は、リン、ヒ素、アンチモン、またはこれらのドーパントの１つ以上の混合物がドープされている。リンをドープする場合の抵抗率は１．２ｍΩｃｍ以下であることが好ましく、ヒ素をドープする場合は、３ｍΩｃｍ以下であることが好ましく、アンチモンでドープする場合には３０ｍΩｃｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
単結晶は、円柱部分の直径が好ましくは１５０ｍｍ以上または２００ｍｍ以上、特に好ましくは３００ｍｍ以上である。
【０００９】
単結晶の特徴的な特徴は、開始コーン部の中間部分の結晶角度および縁部ファセットの長さ、特に開始コーン部の領域におけるそれらの長さである。開始コーン部は、３つの部分、具体的には、途中で結晶角度が第２の中間部分へと増大する第１の部分、および途中で結晶角度が単結晶の円柱部分の結晶角度へと減少する第３の部分に分割される。
【００１０】
結晶角度は、単結晶が成長する方向である＜１００＞方向と単結晶の周縁部に対する接線との間の角度である。縁部ファセットは、｛１１１｝面に沿ったファセットであり、前述の接線に対する境界角度で単結晶の周縁部から単結晶の内部に延びる。
【００１１】
開始コーン部の長さの５０％以上、好ましくは７０％以上、特に好ましくは９０％以上の長さを有する開始コーン部の中間部分では、結晶角度は２０°以上３０°以下である。開始コーン部の第３の部分（ショルダリング）の長さは、より低い１桁のパーセンテージの範囲（たとえば２％）である。単結晶の開始コーン部の第１の部分の長さは、実質的に残りに対応する。
【００１２】
本発明者らは、転位は縁部ファセットで生じ、縁部ファセットの長さ、特に開始コーン部の縁部ファセットの長さは、転位の形成頻度が依存する重要なパラメータであることを発見した。本発明者らは、提示された問題を解決するために、縁部ファセットの長さは開始コーン部で７００μｍ以下、単結晶の円柱部分で７００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下でなければならないと結論付けた。
【００１３】
縁部ファセットの長さを判断するために、単結晶は、単結晶の典型的な成長線（稜線）が分離されたタイル形状のサンプル（スラブ）の中間に位置するように正確であるよう、単結晶の成長方向に平行な｛１１０｝面で切断されてもよい。次に、サンプルの片側を研削、研磨し、好ましくはSeccoによる選択性欠陥エッチング（選択性エッチング）によって成長線の中心までエッチングする。その後、縁部ファセットの長さを、光学顕微鏡を使用した検査によって判断できる。その際、測定面が成長線の中心と一致することを確認する必要があり（測定可能な最大ファセット長）、そうでない場合には、ファセット長は誤って過度に小さく測定される。
【００１４】
縁部ファセットの長さは、成長中の単結晶の温度勾配の影響を受け得る。それはすべて、温度勾配が縁部ファセットの広がりの方向に沿って大きいほど、より短くなる。したがって、成長中の単結晶と融液との間の相境界が、この温度勾配が可能な限り大きくなることに基づく形をとることを達成するように取り組むことが好ましい。それは、引き上げ軸の方向と単結晶の周縁部の領域における単結晶の成長の方向と反対の方向との間の曲率角度が０°以下、特に好ましくは−３５．３°である場合である。単結晶の周縁部の領域は、単結晶の周縁部から径方向に単結晶内へと最大０．１ｍｍの長さまで延びる領域である。
【００１５】
相境界は、開始コーン部の中間部分と第３の部分とを引き上げるとき、引き上げ軸に対して考慮されて、凹状に湾曲した、Ｗ字型または平面である形状を有することが好ましい。このような形状は、単結晶の円柱部分を引き上げるときにも目指すべきであり、凹状に湾曲した相境界が特に好ましい。この場合には、引上げ軸の方向と単結晶の周縁部の領域における単結晶の成長方向と反対の方向との間の曲率の角度は、好ましくは０°未満である。
【００１６】
本発明の主題は、＜１００＞方位を有するシリコンから単結晶を製造する方法でもあり、この方法は、
ｎ型ドーパントで融液をドープすることと；
ＣＺ法により単結晶の開始コーン部、円柱部分および終了コーン部を引き上げることと；
開始コーン部を、開始コーン部の中間部分において２０°以上３０°以下の結晶角度で、引き上げることとを含み、中間部分の長さは開始コーン部の長さの５０％以上であり、結晶角度の変動は、角度制御によって０．０１°／ｓ以下に制限され；この方法はさらに、
限界引き上げ速度の７５％以下の引き上げ速度で単結晶の円柱部分を引き上げることを含み、それを超える場合、単結晶の変形は引き上げの継続を防ぎ；この方法はさらに、単結晶を積極的に冷却することを含む。
【００１７】
特に好ましいのは、限界引き上げ速度の６５％以下の引き上げ速度で単結晶の円柱部分を引き上げることである。
【００１８】
単結晶を引き上げる前に、融液にリン、ヒ素、アンチモン、またはこれらのドーパントの１つ以上の混合物をドープする。好ましくは、単結晶を引き上げるのに十分な量のドーパントが与えられ、単結晶の円柱部分における単結晶の抵抗率は、リンをドープする場合は１．２ｍΩｃｍ以下であることが好ましく、ヒ素をドープする場合は、３ｍΩｃｍ以下であることが好ましく、アンチモンをドープする場合には３０ｍΩｃｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明者らは、縁部ファセットの線形成長が、結晶角度、および成長する単結晶と融液との間の相境界における温度勾配に特に依存することを発見した。縁部ファセットの線形成長を所望の範囲に制限するという目的を達成するために、結晶角度は３０°以下でなければならず、相境界付近の領域は、好ましくは特にすでに開始コーン部を引き上げている間でさえ、冷却のために水が流れる冷却装置によって積極的に冷却されるべきである。シリコンの融点（１４１０°Ｃ）から１０００°Ｃまでの温度範囲での冷却速度は、少なくとも３００ｍｍの直径のシリコンの単結晶の円柱部分を引き上げるとき、２Ｋ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。
【００２０】
システムは、結晶角度の変動および相境界の領域の温度変動に非常に敏感に反応するため、これらの対策はまだ十分ではない。したがって、単結晶の開始コーン部の中間部分を引き上げることについて、角度制御を伴い、単結晶の円柱部分を引き上げるときに引き上げ速度を著しく制限することも好ましい。
【００２１】
結晶角度に基づく制御は、好ましくは、開始コーン部の中間部分をショルダリングが開始される時点まで引き上げる間に用いられる。そのような制御は、例えばＷＯ  ００／６０１４５  Ａ１に記載されており、結晶角度を参照変数として使用する。ショルダリングとは、開始コーン部の結晶角度が単結晶の円柱部分の結晶角度に戻される遷移相のことである。
【００２２】
ショルダリング中に、（制御された）予め考えておいたプランに基づいて角度制御なしで単結晶を引き上げることも好ましい。制御により、引き上げ速度および坩堝加熱の加熱出力、ならびに場合によっては融液を上から加熱するための１つ以上の追加ヒーターの加熱出力が考慮される。ショルダリング中、引き上げ速度は１．５ｍｍ／分以下であるべきである。好ましくは、引き上げ速度は、ショルダリング中にこの値に設定される。この限界を超えて引き上げ速度を増加させる代わりに、坩堝加熱の加熱出力と、場合によっては１つ以上の追加のヒーターの加熱出力とを増加させてもよい。
【００２３】
単結晶の円柱部分の引上げ中に、引上げ速度は、限界速度の０．７５倍以下、特に好ましくは０．６５倍以下であるべきである。限界引き上げ速度は、引き上げを続けることが不可能になるほど単結晶が大きく変形することなく使用される装置で単結晶を引き上げることができる最大可能速度である。単結晶の中間を通る軸の位置が意図した位置から５ｍｍより大きくずれている場合、引き上げをもはや続けることができない単結晶の変形があると想定できる。引き上げ速度の制限は、相境界の領域における温度変動を制限する目的に役立つ。
【００２４】
すでに述べたように、単結晶の円柱部分の引き上げ中の相境界が凹状に湾曲した形状を有することを保証することは有利である。好ましくは、単結晶の周縁部の領域における曲率角度は０°未満である。この目的のために、単結晶の回転速度と坩堝の回転速度との比は、好ましくは２以上であり、および／または融液は好ましくは２５００ガウス以上の水平磁場もしくはＣＵＳＰ磁場にさらされるべきである。
【００２５】
本発明は、図面を参照して以下にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】用語を説明するためのものであり、開始コーン部の中間を通る縦断面を概略表現図で示す。
【図２】成長する開始コーン部を通る成長の方向の部分断面を概略的に示す。
【図３】ファセットＧｆに沿った温度勾配を曲率角度θに対してプロットした図を示す。
【図４】準備後のサンプルの、光学顕微鏡での検査中の顕微鏡写真の一部を示す。
【図５】本発明による実施例により、結晶角度のプロファイルおよび縁部ファセットの長さを示す。
【図６】本発明による実施例により、結晶角度のプロファイルおよび縁部ファセットの長さを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
使用されている指定のリスト
１  開始コーン部
２  縁部ファセット
３  表面ファセット
４  メニスカス
５  相境界
図１に概略的に表されるように、結晶角度κを有する開始コーン部は、典型的には、縁部ファセット２、およびおそらくは表面ファセット３を有する。縁部ファセット２は、開始コーン部１の周縁部から｛１１１｝面に沿って内部に延びる。｛１１１｝面と＜１００＞方位の単結晶の成長の方向に垂直な面との間の交差角μは、５４．７°の固定値を有する。
【００２８】
図２は、融液との相境界５で成長するシリコンの＜１００＞方位の単結晶の開始コーン部１を示す。相境界５は、三相境界ＴＰＢへと単結晶の周縁部に延び、そこでは、融液のメニスカス４の上端において、融液によって形成される液相ｌ、単結晶によって形成される固相ｓ、および周囲の雰囲気によって形成される気相ｇが互いと出会う。相境界５のプロファイルは、ほぼ等温線のプロファイルも表す。縁部ファセットは、引き上げ軸ｐｄの方向と３５．３°の角度αを形成する方向に沿って延びる。縁部ファセットの広がりの方向における温度勾配Ｇｆは、縁部ファセットの長さを可能な限り小さくするために、可能な限り大きくあるべきである。したがって、引き上げ軸の方向と単結晶の周縁部の温度勾配Ｇｓの方向との間の曲率角度θは、０°以下、特に−３５．３°であるべきである。温度勾配Ｇｓは相境界５から直角に単結晶内に延び、その結果単結晶の成長の方向とは反対の方向を有する。温度勾配ＧｆおよびＧｓ、ならびに曲率角度θはまた、次式によって互いに関係する。
Ｇｓ＝ｃｏｓ（３５．３°＋θ）×Ｇｆ
図２に従う表現とは異なり、相境界５は、可能な限り、引き上げ軸の方向とは逆に考えて、凹状に湾曲した、ｗ字形の、実質的に平面または平面である形状を有する。開始コーン部の長さの５０％以上である長さを有する、開始コーン部の中間部分の結晶角度κは、２０°以上３０°以下である。
【００２９】
図３では、温度勾配Ｇｆが曲率角度θに対してプロットされている。温度勾配ＧｆおよびＧｓはθ＝−３５．３°で最大に達する。
【００３０】
図４の顕微鏡写真は、縁部ファセットの長さを判断するために使用できる。それは、開始コーン部の中間部分の一部を示す。さらに、結晶角度κおよび縁部ファセットの長さｌｆが示されている。
【００３１】
図５および図６は、本発明の例による、位置Ｐ＝−１２５ｍｍでの開始コーン部の中間部分の引き上げの開始から単結晶の円柱部分の最初の２５ｍｍの引き上げまでの結晶角度κおよび縁部ファセットの長さｌｆのプロファイル（図５）、ならびに単結晶の円柱部分の引き上げの開始（Ｐ＝０ｍｍ）から円柱部分の最初の１２５ｍｍの引き上げまでの対応のプロファイル（図６）を示す。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月4日(2019.9.4)
【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】
＜１００＞方位を有するシリコンから単結晶を製造する方法であって、
ｎ型ドーパントで融液をドープすることと；
ＣＺ法により前記単結晶の開始コーン部、円柱部分および終了コーン部を引き上げることと；
前記開始コーン部を、前記開始コーン部の中間部分において２０°以上３０°以下の結晶角度で、引き上げることとを含み、前記中間部分の長さは前記開始コーン部の長さの５０％以上であり、前記結晶角度の変動は、角度制御によって０．０１°／ｓ以下に制限され；前記方法はさらに、
限界引き上げ速度の７５％以下の引き上げ速度で前記単結晶の前記円柱部分を引き上げることを含み、それを超える場合、単結晶の変形が前記引き上げの継続を防ぎ；前記方法はさらに、
成長する前記単結晶と前記融液との間の相境界付近の領域において前記単結晶を積極的に冷却することを含む、＜１００＞方位を有するシリコンから単結晶を製造する方法。
【請求項２】
前記開始コーン部と前記円柱部分との間の遷移領域において、１．５ｍｍ／分以下の引き上げ速度で前記単結晶を引き上げることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単結晶の前記冷却は、水冷冷却によって実施される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶の前記円柱部分から前記半導体ウェハをスライスすることをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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