FR2543980A1 - PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR MATERIALS AND PROCESSING FURNACE FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR MATERIALS AND PROCESSING FURNACE FOR CARRYING OUT SAID METHOD Download PDF

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FR2543980A1
FR2543980A1 FR8401838A FR8401838A FR2543980A1 FR 2543980 A1 FR2543980 A1 FR 2543980A1 FR 8401838 A FR8401838 A FR 8401838A FR 8401838 A FR8401838 A FR 8401838A FR 2543980 A1 FR2543980 A1 FR 2543980A1
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FR
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ingot
semiconductor material
mandrel
heat source
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FR8401838A
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Hirofumi Shimizu
Masato Fujita
Kazuya Suzuki
Fumiaki Hanagata
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION DE MATERIAUX SEMICONDUCTEURS ET UN FOUR DE TRAITEMENT POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. CE PROCEDE EST MIS EN OEUVRE DANS UN FOUR COMPORTANT UNE CLOCHE 1, UN MANDRIN 7 MAINTENANT UN LINGOT DE MATERIAU SEMICONDUCTEUR 5 AU MOYEN DE SON GERME 5A, ET UNE SOURCE DE CHALEUR RAYONNANTE 6 ENTOURANT LA CIRCONFERENCE EXTERIEURE DE LA CLOCHE, LE MATERIAU 5 ETANT SUSPENDU A L'INTERIEUR DE LA CLOCHE PAR LE MANDRIN 7 ET ETANT CHAUFFE PAR LA SOURCE DE CHALEUR 6, PUIS ETANT REFROIDI A UNE VITESSE ET A UNE TEMPERATURE PREDETERMINEES. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION DE MICROPLAQUETTES A HAUTE DENSITE D'INTEGRATION.THE INVENTION CONCERNS A PROCESS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR MATERIALS AND A PROCESSING OVEN FOR IMPLEMENTING THIS PROCESS. THIS PROCESS IS CARRIED OUT IN AN OVEN INCLUDING A BELL 1, A CHUCK 7 NOW AN INGOT OF SEMICONDUCTOR MATERIAL 5 BY MEANS OF ITS SPIRM 5A, AND A RADIANT HEAT SOURCE 6 SURROUNDING THE OUTER CIRCUMFERENCE OF THE BELL 5, SUSPENDED INSIDE THE BELL BY CHUCK 7 AND BEING HEATED BY HEAT SOURCE 6, THEN COOLING AT A PREDETERMINED SPEED AND TEMPERATURE. APPLICATION IN PARTICULAR TO THE MANUFACTURE OF HIGH DENSITY OF INTEGRATION MICROPLATELETS.

Description

La présente invention concerne une techni-The present invention relates to a

que de fabrication de semiconducteurs, et plus particu-  semiconductor manufacturing, and more specifically

lièrement la technique de fabrication d'un matériau se-  firstly the technique of manufacturing a material se-

miconducteur comportant peu de défauts microscopiques.  conductor with few microscopic defects.

Dans la technique on connaît le procédé de Czochralski (désigné de façon abréaée sous le terme de  In the art, the Czochralski method (abbreviated as the

procédé CZ) et le procédé à zone flottante, comme procé-  CZ method) and the floating zone method, as a method

dé de croissance du monocristal de silicium, qui fournit  silicon monocrystal growth dice, which provides

le matériau principal d'un dispositif à semiconducteurs.  the main material of a semiconductor device.

Actuellement on obtient la plupart des puces ou pastil-  Currently we get most chips or pastil-

les devant être utilisées dans des dispositifs en sili-  to be used in silicone devices

cium, tels que des dispositifs à haute densité d'inté-  such as devices with a high density of

gration, en utilisant le procédé CZ indiqué ci-après.  gration, using the CZ process indicated below.

On fait fondre du silicium polycristallin dans un creu-  Polycrystalline silicon is melted in a crucible

set en quartz On tire vers le haut un germe immergé dans le silicium fondu, tout en l'entraînant en rotation  Quartz set One pulls up a germ immersed in the molten silicon, while driving it in rotation

par rapport au creuset de manière à faire croître le cris-  relative to the crucible so as to make the crys-

tal.tal.

Les lingots de monocristal obtenus par crois-  Monocrystal ingots obtained by growth

sance au moyen du procédé CZ présentet de nombreux défauts microscopiques ou leurs noyaux Les états de croissance et les nombres des défauts microscopiques ou de leurs noyaux sont différents dans des parties différentes du  The growth states and the numbers of the microscopic defects or their nuclei are different in different parts of the body.

linaot Il en résulte que l'intérieur des puces ou micro-  The result is that the inside of chips or micro-

plaquettes ou pastilles, qui sont préparées par découpage  platelets or pellets, which are prepared by cutting

en tranches du lingot obtenu au moyen du procédé CZ, pos-  in slices of the ingot obtained by means of the CZ process,

sèdent une qualité variable Ces problèmes sont provoqués  vary in quality These problems are caused

par la nature même du procédé CZ et sont inévitables.  by the very nature of the CZ process and are inevitable.

Les noyaux des défauts microscopiques sont  The nuclei of microscopic defects are

basés sur des impuretés telles que du carbone ou des mé-  based on impurities such as carbon or metals

taux lourds (par exemple de l'or, du fer ou du cuivre) ou sur les centres de concentration des contraintes, qui apparaissent par suite de différences dans la répartition  heavy levels (eg gold, iron or copper) or stress concentration centers, which arise as a result of differences in the distribution

de' la température dans le lingot Ils sont engendrés à l'in-  of the temperature in the ingot They are generated in the

térieur du lingot pendant la croissance Les lingots obtenus à l'aide du procédé CZ contiennent des atomes d'oxygène présents en une densité d'environ 1018 atomes/cm 3 Cette valeur dépasse la limite de solution solide, par exemple  The ingots obtained using the CZ process contain oxygen atoms present in a density of about 1018 atoms / cm 3 This value exceeds the solid solution limit, for example

3 x 1017 atomes/cm 3 à 1000 'C L'oxygène en excès par rap-  3 x 1017 atoms / cm 3 at 1000 ° C Oxygen in excess relative to

port à la limite de la solution solide se concentre dans les noyaux des défauts microscopiques en produisant de ce fait de tels défauts microscopiques Dans la présente  port at the boundary of the solid solution concentrates in the nuclei of microscopic defects thereby producing such microscopic defects in the present

description, le terme de défauts microscopiques s'appli-  description, the term microscopic defects applies

quent à des défauts cristallins d'une taille de plusieurs microns ou moins et inclut des précipités d'oxydes, des défauts d'empilement, de petites boucles de dislocations, etc La partie du lingot, qui vient juste d'être obtenue  to crystalline defects of a size of several microns or less and includes oxide precipitates, stacking defects, small dislocation loops, etc. The portion of the ingot, which has just been obtained

par croissance, possède une température notablement élevée.  by growth, has a remarkably high temperature.

Il en résulte que l'oxygène se concentre au niveau des  As a result, oxygen is concentrated at the level of

noyaux des défauts microscopiques en provoquant des préci-  nuclei of microscopic defects by provoking

pités d'une taille de 1 à 5 nanomètres pendant la croissan-  with a size of 1 to 5 nanometers during growth

ce du cristal.this of the crystal.

Les nombres des défauts microscopiques et de leurs noyaux sont plus importants sur le côté du germe (ou la face supérieure)du lingot que sur le côté opposé (ou  The numbers of microscopic defects and their nuclei are larger on the side of the seed (or the upper side) of the ingot than on the opposite side (or

face arrière) Ceci est dû à la concentration de l'oxygè-  This is due to the concentration of oxygen

ne et à la concentration des impuretés dans le lingot,qui sont dues au facteur de ségrégation D'autre part, les  ne and the concentration of impurities in the ingot, which are due to the segregation factor On the other hand, the

nombres des défauts microscopiques et de leurs noyaux dif-  numbers of microscopic defects and their different nuclei

fèrent au cours de l'histoire du traitement thermique du lingot, dans un four de tirage, par suite des fluctuations  during the history of the thermal treatment of the ingot, in a draft furnace, as a result of fluctuations

de la température au niveau de l'interface entre les pha-  temperature at the interface between the

ses liquide et solide pendant l'opération de tirage.  its liquid and solid during the drawing operation.

Les défauts microscopiques provoquent des  Microscopic defects cause

dislocations Les défauts microscopiques et les disloca-  Dislocations Microscopic defects and dislocations

tions altèrent les caractéristiques électriques des dis-  alter the electrical characteristics of the

positifs et entraînent une réduction du rendement de pro-  positive and lead to a reduction in the productivity of

duction Ces dernières années, on a fait des progrès re-  In recent years, progress has been made in

marquables dans le domaine de l'intégration élevée et du rendement des dispositifs et le problème du contrôle des défauts cristallins provoqués par les défauts microscopiques  noteworthy in the field of high integration and device performance and the problem of controlling crystal defects caused by microscopic defects

est l'un des plus intéressants dans le domaine de la comman-  is one of the most interesting in the field of

de du processus Dans un dispositif de prise de vues ou d'en-  of the process In a device for shooting or

registrement d'images à l'état solide, par exemple, la pré-  solid state image recording, for example, the pre-condition

sence de défauts cristallins entraîne la formation de points  the presence of crystalline defects leads to the formation of

blancs dans l'image et est la cause principale de la ré-  white in the image and is the main cause of the

duction de la performance.performance.

De façon abrégée, un problème principal se po-  In short, a major problem lies in

sant dans la fabrication des dispositifs à semiconducteurs tient au fait qu'il existe de nombreux noyaux de défauts microscopiques dans le lingot obtenu par croissance selon le procédé CZ et qu'il existe une grande dispersion dans la  in the manufacture of semiconductor devices is that there are many nuclei of microscopic defects in the CZ grown ingot and that there is a large dispersion in the

distribution des noyaux des défauts microscopiques.  nuclei distribution of microscopic defects.

Un but de la présente invention est'de fournir  An object of the present invention is to provide

une technique de fabrication de semiconducteurs, qui permet-  a semiconductor manufacturing technique that allows

te de réduire lesnoyaux des défauts microscopique dans un  to reduce the nuclei of microscopic defects in a

matériau semiconducteur.semiconductor material.

Un autre but de la présente invention est de fournir une technique de fabrication de semiconducteurs qui  Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing technique which

empêche l'apparition de fissures dans des cristaux d'un ma-  prevents the formation of cracks in crystals of a

tériau semiconducteur.semiconductor material.

Un autre but de la présente invention est de fournir une technique de fabrication de semiconducteurs,  Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing technique,

qui permette de répartir les noyaux des défauts microsco-  which makes it possible to distribute the nuclei of the microscopic defects

piques de façon uniforme dans un matériau semiconducteur.  spikes uniformly in a semiconductor material.

Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil de fabrication de semiconducteurs qui permette de réduire et de répartir d'une façon uniforme les noyaux des défauts microscopiques dans un matériau  Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus which enables the nuclei of microscopic defects to be uniformly reduced and distributed in a material.

semiconducteur.semiconductor.

Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de fabrication d'un matériau semiconducteur, conforme à la présente invention, moyennant l'utilisation d'un appareil  This problem is solved using a method of manufacturing a semiconductor material, according to the present invention, with the use of a device

comportant une cloche, un mandrin fixé sur la partie de la-  with a bell, a mandrel fixed on the part of the-

dite cloche et uoe source de chaleur disposée autour de la dite cloche, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires consistant à: a) placer ledit matériau semiconducteur dans ladite cloche en le fixant par serrage dans ledit mandrin, ledit matériau semiconducteur étant un lingot  said bell and a heat source disposed around said bell, said method being characterized in that it comprises the operating phases of: a) placing said semiconductor material in said bell by fixing it by clamping in said mandrel, said material semiconductor being an ingot

de monocristal qui est serré à l'une de ces extré-  monocrystal which is tight at one of these extremes

mité et est maintenu suspendu par ledit mandrin, b) à chauffer ledit lingot de monocristal au moyen de ladite source de chaleur, qui est du type à rayonnement, de telle sorte que le lingot de monocristal est chauffé par l'énergie rayonnante émanant de ladite source de chaleur rayonnante, et  and held suspended by said mandrel; b) heating said single crystal ingot by said radiation-type heat source such that the single crystal ingot is heated by the radiant energy emanating from said single crystal ingot; radiant heat source, and

c) à refroidir ledit lingot de monocristal.  c) cooling said single crystal ingot.

Un appareil utilisable par la mise en oeuvre de ce procédé est un four de traitement thermique de type  An apparatus usable by the implementation of this method is a heat treatment furnace of the type

vertical servant à effectuer le recuit d'un matériau semi-  vertical section used to anneal a semi-

conducteur et caractérisé en ce qu'il comporte une cloche  conductor and characterized in that it comprises a bell

destinée à recevoir en son intérieur ledit matériau semi-  intended to receive inside said semi-material

conducteur et oui est constituée par un cylindre vertical  driver and yes is constituted by a vertical cylinder

creux qui peut posséder au niveau de son extrémité supé-  which may have at its upper end

rieure un couvercle permettant de fermer hermétiquement  a lid to seal tightly

ledit cylindre, un mandrin servant à maintenir ledit ma-  said cylinder, a mandrel for holding said machine

tériau semiconducteur et montésur ledit couvercle de maniè-  semiconductor material and mounted on said cover

re à maintenir ledit matériau semiconducteur suspendu à l'intérieur de ladite cloche, et une souree de chaleur  re maintaining said semiconductor material suspended within said bell, and a heat source

rayonnante disposée autour de la circonférence extérieu-  radiating around the outer circumference

re de ladite cloche.re of said bell.

On peut dire de façon abrégée ce qui suit en référence aux moyens indiqués ci-dessus servant à résoudre  We can say abbreviated to the following with reference to the means indicated above to solve

le problème posé par l'invention.the problem posed by the invention.

Il est possible d'empêcher la production de noyaux de défauts microscopiques (c'ést-à-dire les noyaux des précipités formés par l'oxyaène) et de fissures dans un  It is possible to prevent the production of nuclei of microscopic defects (that is, the nuclei of precipitates formed by oxyaene) and cracks in a

lingot d'un matériau semiconducteur en chauffant ce lin-  ingot of a semiconductor material by heating this

got avec une énergie rayonnante, en refroidissant rapide-  got with radiant energy, cooling fast-

ment le linaot chauffé pour l'amener à une température pré-  the heated linoleum to bring it to a pre-

déterminée et en maintenant le lingot refroidi à une tem-  determined and keeping the cooled ingot at a

pérature prédéterminée et ce pendant un intervalle de temps prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de la  predetermined temperature and for a predetermined time interval. Other features and benefits of the

présente invention ressortiront de la description donnée  present invention will emerge from the description given

ci-après prise Enréférence aux dessins annexés, sur les-  hereinafter taken Reference to the attached drawings, on-

quels:. la figure 1 est un organigramme illustrant les phases opératoires classiques servant à réaliser le recuit d'un lingot; la figure 2 est un graphique illustrant la  What :. Figure 1 is a flowchart illustrating the conventional operating phases for annealing an ingot; Figure 2 is a graph illustrating the

relation entre la déformation d'une pastille ou micropla-  relationship between the deformation of a tablet or microplate

quette et la densité des défauts microscopiques;  quette and density of microscopic defects;

la fiaure 3 est un graphique montrant la re-  Figure 3 is a graph showing the

lation entre la déformation d'une pastille sous l'effet d'un traitement thermique apposé et la densité des défauts microscopiques;  between the deformation of a pellet under the effect of a thermal treatment affixed and the density of the microscopic defects;

la figure 4 est un graphique montrant la re-  Figure 4 is a graph showing the

lation entre la densité des défauts microscopiques et la  between the density of microscopic defects and the

déformation d'une pastille sous l'effet d'un autre traite-  deformation of a pellet under the effect of another treatment

ment thermique forcé; la figure 5 est un-organigramme illustrant les phases opératoires de recuit d'un lingot conforme à la présente invention;  forced thermal insulation; Figure 5 is a flowchart illustrating the annealing operating phases of an ingot according to the present invention;

la figure 6 est une coupe schématique illus-  FIG. 6 is a diagrammatic section illustrating

trant une forme de réalisation d'un appareil de fabrica-  an embodiment of a manufacturing apparatus

tion de semiconducteurs, conforme à la présente invention; et la figure 7 est un diagramme illustrant les  semiconductor circuit according to the present invention; and Figure 7 is a diagram illustrating the

programmes de température pour la phase opératoire de re-  temperature programs for the operational phase of

cuit et pour la phase opératoire de refroidissement rapi-  cooked and for the rapid cooling

de conformes à la présente invention.  according to the present invention.

On va décrire ci-après les formes de réalisa-  We will describe below the forms of realization

tion préférées de l'invention.preferred embodiment of the invention.

Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué les deux expériences suivantes concernant les  The authors of the present invention carried out the following two experiments concerning the

défauts microscopiques.microscopic defects.

Lors de la première expérience, on a examiné la manière dont les noyaux des défauts microscopiques sont  In the first experiment, we examined how the nuclei of microscopic defects are

modifiés par le traitement classique de recuit des linaots.  modified by the traditional treatment of annealing of the linoots.

Ce traitement de recuit des lingots est mis en oeuvre en vue de réduire des dispersions de résistivités dans la direction de la croissance et dans la section du  This ingot annealing treatment is carried out in order to reduce resistivity dispersions in the direction of growth and in the section of the

lingot qui correspond à une pastille, grâce à une élimina-  ingot which corresponds to a lozenge, thanks to an elimination

tion des donneurs d'oxyaène dans le lingot Les donneurs  Oxyhene donors in the ingot The donors

d'oxygène apparaissent à 450 'C et disparaissent à 600 'C.  of oxygen appear at 450 ° C and disappear at 600 ° C.

C'est pourquoi le traitement classique de recuit des lin-  This is why the traditional treatment of annealing

gots est effectué dans une gamme de température comprises entre 600 et 6500 C. Le traitement classique de recuit des lingots suit la procédure illustrée sur la figure 1 On place dans une nacelle un lingot séparé d'un germe On soumet ensuite le lingot à un recuit dans une atmosphère non oxydante à  gots is carried out in a temperature range between 600 and 6500 C. The conventional annealing of the ingots follows the procedure illustrated in Figure 1 is placed in a nacelle an ingot separated from a seed is then subjected to annealing the ingot in a non-oxidizing atmosphere at

l'intérieur d'un four de traitement thermique du type hori-  inside a horizontal type heat treatment furnace

zontal.zontal.

On a effectué des comparaisons pour des tempé-  Comparisons were made for temperatures

ratures de recuit de 600 'C, 6500 C et 7000 C On a trouvé que la densité des défauts de la pastille est supérieure pour  annealing annealing at 600 ° C, 6500 ° C and 7000 ° C. It has been found that the density of the defects of the pellet is greater for

une température de recuit plus élevée On a également trou-  a higher annealing temperature was also found

vé que le traitement classique de recuit des lingots favo-  that the conventional treatment of annealing ingots favors

rise la production de noyaux de défauts microscopiques.  make the production of nuclei of microscopic defects.

Par ailleurs, on a trouvé que le traitement  In addition, it has been found that

classique de recuit des lingots n'est pas souhaitable lors-  ingot annealing is not desirable when

que le lingot possède un diamètre de 125 mm ou plus Ce-  that the ingot has a diameter of 125 mm or more

ci est dû au fait que le lingot est si massif qu'il appa-  This is due to the fact that the ingot is so massive that it appears

ralt des contraintes internes élevées et qu'il est néces-  high internal stresses and that it is necessary to

saire de réaliser un recuit pendant une longue durée, ce qui favorise la production de noyaux En outre, il faut refroidir rapidement le lingot recuit, dans l'air à une vitesse de 50 à 80 OC/mn de manière à réduire la vitesse de variation de la résistivité Cependant, on ne peut pas  The annealing ingot should be cooled rapidly in the air at a rate of 50 to 80 OC / min in order to reduce the rate of change. of resistivity However, we can not

adopter ce traitement de refroidissement rapide étant don-  adopt this fast cooling treatment being given

né qu'il apparaît des fissures dansle lingot.  born that cracks appear in the ingot.

La relation entre la déformation de la pas-  The relationship between the deformation of the

tille et la densité des défauts microscopiques a été étu-  and the density of microscopic defects was studied.

dié lors de la seconde expérience.  during the second experiment.

La figure 2 montre la relation entre la défor-  Figure 2 shows the relationship between defor-

mation de pastilles d'un diamètre de 100 mm et la densité des défauts microscopiques Ces pastilles sont en réalité formées de transistors MOSFET complémentaires au moyen du  100 mm diameter pellets and the density of the microscopic defects These pellets are in fact formed of complementary MOSFET transistors by means of

procédé dit à 5 gm Sur la figure 2, on voit que la dé-  The process says at 5 gm In Figure 2, we see that the de-

formation de la pastille augmente lorsque la densité des  formation of the pellet increases when the density of

défauts microscopiques augmente.microscopic defects increases.

On a mesuré la déformation des pastilles après que les régions de source et de drain des transistors MOSFET  The deformation of the pellets was measured after the source and drain regions of the MOSFET transistors

aient été formées Les mesures de la déformation ont été ef-  have been formed Measurements of deformation have been made

fectuées au moyen du procédé des interférences laser.  made using the laser interference method.

D'autre part, on a mesuré la densité des dé-  On the other hand, we measured the density of

fauts microscopiques en utilisant le procédé classique con-  microscopic defects using the conventional method

sistant à examiner la-densité des-défauts microscopiques dans le coeur de la pastille On oxyde les pastilles à 1000 'C pendant 16 heures, on les soumet à un polissage jusqu'à une profondeur de 40 microns les amenant à avoir  The pellets are oxidized at 1000.degree. C. for 16 hours, polished to a depth of 40 microns causing them to be microscopic in the core of the pellet.

un poli brillant, et on les soumet à une attaque chimi-  polished, and subjected to a chemical attack.

que en utilisant un liquide corrosif de Wright pendant minutes On compte le nombre des défauts dans des po- sitions prédéterminées et on convertit ce nombre pour  that using Wright's corrosive liquid for minutes counts the number of defects in predetermined positions and convert that number to

obtenir des densités apparentes (nombre/cm 3) -  obtain apparent densities (number / cm 3) -

Si la déformation dépasse 70 microns, la précision de transfert du masque au modèle de la pastille  If the deformation exceeds 70 microns, the transfer accuracy of the mask to the tablet model

lors de la phase opératoire de photolithographie est ré-  during the operative phase of photolithography is re-

duite même pour le processus à 5 Nom, de sorte que la per-  same process for the name process, so that

formance des éléments est réduite de façon correspondante.  the formation of the elements is correspondingly reduced.

La densité des défauts microscopiques doit égale ou inférieure à 5 x 10 cm 3 Même si l'on augmente la densité des défauts microscopiques en vue d'obtenir l'effet de getter intrinsèque, des densités supérieures à 5 x 109 cm 3 augmentent l'effet nuisible de réduction de la performance, et ce jusqu à ce cue l'effet de getter  The density of the microscopic defects must be equal to or less than 5 x 10 cm 3 Even if the density of the microscopic defects is increased in order to obtain the intrinsic getter effect, densities higher than 5 x 109 cm 3 increase the harmful effect of reducing performance, and this until the effect of getter

soit perdu.be lost.

Dorénavant il est nécessaire deréduire la dé-  From now on it is necessary to reduce the de-

formation étant donné que l'on réalise des degrés d'inté-  training as one realizes degrees of

gration plus importants.more important.

Les figures 3 et 4 illustrent la relation en-  Figures 3 and 4 illustrate the relationship between

tre la déformation des pastilles et la densité des défauts  the deformation of the pellets and the density of the defects

microscopiques Les pastilles utilisées ne sont pas réali-  microscopic The pellets used are not

sées avec n'importe quel dispositif Les procédés de mesu-  with any device Measuring processes

re des déformations des pastilles suivant la direction dia-  deformations of the pellets according to the di-

métraleet des densités de défauts microscopiques sont les  metric and microscopic defects densities are the

mêmes que ceux utilisés par la figure 2.  same as those used in Figure 2.

Dans le cas des expériences considérées, les déformations initiales des pastilles sont soustraites de  In the case of the experiments considered, the initial deformations of the pellets are subtracted from

celles obtenues après lestraitements thermiques respectifs.  those obtained after the respective heat treatments.

Les déformations initiales sont produites lorsque le lin-  Initial deformations are produced when the lineage

got est coupé et sont d'une taille maximale d'environ 25 microns Il en résulte que les déformationsindiquent les valeurs nettes qui sont dues à une déformation élastique  Got cut and have a maximum size of about 25 microns It follows that the deformationsindicate the net values that are due to an elastic deformation

apparaissant pendant le traitement thermique.  appearing during heat treatment.

Dans les exemples représentés sur les figu-  In the examples shown in the figures

res 3 et 4, les pastilles faisant partie du premier crou-  3 and 4, the pellets forming part of the first

pe sont soumises à un chauffage préalable à 800 'C dans une atmosphère de 02 sec pendant 2 heures, puis à 1000 'C  The pre-heating is carried out at 800 ° C. in a dry O 2 atmosphere for 2 hours and then at 1000 ° C.

dans une atmosphère oxydantependant 16 heures Le traite-  in an oxidizing atmosphere for 16 hours.

ment thermique à 8000 C accroit la probabilité de produc-  temperature increase to 8000 C increases the probability of produc-

tion de noyaux de défauts microscopiques Le dernier trai-  of nuclei of microscopic defects The last treat-

tement thermique à 1000 'C tend à produire des déformations  heat at 1000 ° C tends to produce deformations

miscropiques et favorise la production des défauts microsco-  miscropics and promotes the production of microscopic defects.

piques, de la même manière que c'est le cas dans le procédé actuel de formation des dispositifs Les pastilles du second groupe sont seulement soumises au traitement thermique à  in the same way as is the case in the current process for forming the devices. The pellets of the second group are only subjected to

10000 C Les pastilles du troisième groupe ne sont soumi-  10000 C The pellets of the third group are not

rses à aucun traitement thermique, mais sont présentées  no heat treatment, but are presented

à des fins de comparaison.for comparison purposes.

Dans l'exemple représenté sur la figure 3,  In the example shown in FIG.

on soumet les pastilles faisant partie des premier et se-  we submit the pellets that are part of the first and se-

cond groupes à un premier traitement thermique forcé ou  cond groups to a first forced heat treatment or

imposé de manière à rendre possible une évaluation des dé-  imposed in such a way as to make possible an assessment of the

formations De façon spécifique, les pastilles sont dispo-  In a specific way, pellets are available

sées verticalement dans une nacelle en étant à des distan-  vertically in a nacelle while being at a distance of

ces de 5 mm La nacelle munie des pastilles est placée dans le tube de quartz du four de traitement thermique de type horizontal Le tube de quartz possède un diamètre intérieur de 150 mm et sa température intérieure est de 1000 'C On  5 mm The pod equipped with pellets is placed in the quartz tube of the horizontal type heat treatment furnace. The quartz tube has an internal diameter of 150 mm and its internal temperature is 1000 ° C.

laisse les pastilles dans le tube de quartz pendant une du-  leave the pellets in the quartz tube during a

rée de 20 mn,puis on les retire La nacelle est introduite dans le tube de quartz et en est retirée à une vitesse de  20 minutes, then removed. The nacelle is inserted into the quartz tube and removed at a

cm/mn, au moyen d'un dispositif de chargement automati-  cm / min, using an automatic loading device

que. Dans l'exemple représenté sur la figure 4 on soumet les pastilles du premier, du second groupes à un premier traitement thermique forcé ou imposé en vue  than. In the example shown in FIG. 4, the pellets of the first and of the second groups are subjected to a first forced or imposed heat treatment with a view to

de permettre l'évaluation des déformations, puis à un se-  to allow the evaluation of the deformations, then to a

conde traitement thermique forcé Ce second traitement thermique forcé est identique au premier, hormis que la vitesse de la nacelle est de 35 cm/mn Les contraintes apparaissant dans les pastilles sont supérieures dans le  This forced second heat treatment is identical to the first, except that the speed of the nacelle is 35 cm / min The stresses appearing in the pellets are higher in the

cas du second traitement thermique forcé.  case of the second forced heat treatment.

Les courbes formées de tirets sur les figures 3 et 4 indiquent les résultats qui ont été obtenues avec les pastilles de comparaison et tirées par échantillonnage  The dashed lines in Figures 3 and 4 show the results that were obtained with the comparison and sampling pellets.

du lingot dans différentes conditions de croissance.  ingot in different growth conditions.

En considérant les figures 3 et 4 on a établi l'effet suivant Les déformations sont proportionnelles à  Considering Figures 3 and 4 the following effect has been established: The deformations are proportional to

la densité des défauts microscopiques A partir des compa-  the density of the microscopic defects

raisons des pastilles des premier et second groupes et des  reasons for the pellets of the first and second groups and

comparaisons des figures 3 et 4, on a trouvé que la densi-  comparisons of Figures 3 and 4, it has been found that the densi-

té des-défauts microscopiques augmente et que les déforma-  microscopic defects increase and that deformities

tions sont plus suceptibles de se produire dans le cas o le nombre des traitements thermiques auamente En d'autres termes, les pastillessort susce Dtd Tl OE Ce se déformer dans le  These are more likely to occur in the case where the number of thermal treatments in the process is different.

cas o une contrainte thermique plus élevée leur est appli-  where a higher thermal stress is applied to them.

quée On trouve ces tendances, accusées ou non, dans n'im-  These trends, whether charged or not, can be found in

porte quelle pastille.what a pellet.

La densité des défauts microscopiques varie en fonction de la température du traitement thermique du matériau semiconducteur Cette variation est provoquée  The density of the microscopic defects varies according to the temperature of the heat treatment of the semiconductor material This variation is caused

par la modification de la teneur en oxygène dans le cris-  by altering the oxygen content in the crys-

tal Les défauts microscopiquesprovoquent des dislocations.  The microscopic defects cause dislocations.

Ces dislocations augmentent lorsque la densité des défauts microscopiques augmente Il en résulte que la contrainte  These dislocations increase when the density of the microscopic defects increases.

critique, à partir de laquelle les décalages ou les étage-  critical, from which offsets or

ments formés dans la surface de la pastille par la concen-  formed in the surface of the tablet by the concentration

iration de dislocations multiples, est réduite Les pastil-  multiple dislocations, is reduced

les présentant une densité plus élevée de défauts microsco-  with a higher density of microscopic defects

piques sont susceptibles de faire l'objet de décalageset de déformations pendant les traitements thermiques au cours du processus de fabrication à haute densité d'intégration LSI Ceci réduit la précision du transfert du modèle depuis les masques sur les pastilles, lors de la phase opératoire photolithographique Ceci implique que la formation du noyau et la croissance des défauts mieroscopiqueset la probabilité des décalages apparaissants sont différentes si la teneur en  These peaks are subject to shifts and deformations during heat treatments during the LSI high density manufacturing process. This reduces the accuracy of model transfer from the masks to the pellets during the photolithographic operating phase. This implies that the formation of the nucleus and the growth of the mieroscopic defects and the probability of the appearing offsets are different if the

oxygène dans le cristal.oxygen in the crystal.

Les déformations produites par une contrainte thermique dépendent fortement de la qualité du monocristal,  The deformations produced by a thermal stress strongly depend on the quality of the single crystal,

et en particulier de la précipitation de l'oxygène (c'est-à-  and in particular the precipitation of oxygen (i.e.

dire de la densité des défauts microscopiques).  say the density of microscopic defects).

Afin de réduire la contrainte thermique provo-  In order to reduce the thermal stress

quant les déformations, on met en oeuvre le processus dit de Ramping pendant le traitement thermique effectué lors du traitement de l'élément Conformément aux expériences faites par l'auteur de la présente invention, si l'on met en oeuvre le procédé de Ramping à une température comprise entre 800 et 900 QC, les noyaux des précipités d'oxygène sont suscepti-  as for the deformations, the so-called Ramping process is used during the heat treatment carried out during the treatment of the element. According to the experiments made by the author of the present invention, if the method of Ramping is used in at a temperature between 800 and 900 QC, the nuclei of the oxygen precipitates are

bles d'être produits et les défauts microscopiques sont -  to be produced and the microscopic defects are -

susceptibles de croître de sorte que la résistance mécani-  likely to grow so that the mechanical resistance

que du cristal s'en trouve réduite.  that crystal is reduced.

Il en résulte qu'il est requis d'utiliser un tel cristal uniforme de manière que l'oxygène ne soit pas précipité même sous l'effet du traitement thermique, et que qu'un petit nombre de noyaux de défauts microscopiques soit produit La figure 5 est un organigramme illustrant  As a result, it is required to use such a uniform crystal so that the oxygen is not precipitated even under the effect of the heat treatment, and that a small number of nuclei of microscopic defects are produced. 5 is a flowchart illustrating

les procédures mises en oeuvre par un procédé de fabrica-  procedures implemented by a manufacturing process

tion d'un matériau semiconducteur, conforme à la présente invention Le lingot du monocristal de silicium, qui a été  According to the present invention, the ingot of silicon monocrystal, which has been

préparé selon le procédé CZ, est placé dans un four de re-  prepared according to the CZ process, is placed in an oven of

cuit, comme représenté sur la figure 6, sans qu'il ait été  cooked, as shown in Figure 6, without it having been

séparé de son germe La manipulation du lingot est effec-  separated from its germ The handling of the ingot is effected

tuée dans un état dans lequel toutes les parties du germe sont maintenues serrées dans des positions suspendues au moyen d'un mandrin Le lingot est recuit dans le four de  killed in a state in which all parts of the seed are kept tight in suspended positions by means of a mandrel The ingot is annealed in the oven of

recuit conformément auxprogrammes de température représen-  annealed in accordance with the temperatureprogrammes

téssur la figure 7.see Figure 7.

La figure 6 est une vue schématique montrant une forme de réalisation de l'appareil de fabrication de  FIG. 6 is a schematic view showing an embodiment of the apparatus for manufacturing

semiconducteurs conforme à la présente invention.  semiconductors according to the present invention.

Le four de traitement thermique de recuit pos-  The annealing heat treatment furnace

* sède une structure verticale, qui est formée par une clo-* follows a vertical structure, which is formed by a clo

che en quartz transparent 1 Cette cloche 1 lest fermée à sa partie supérieure au moyen d'un couvercle 2 On utilise  transparent quartz 1 This bell 1 is closed at its upper part by means of a lid 2

un four de type vertical pour empêcher que le corps du lin-  a vertical type oven to prevent the body from

got ne vienne en contact avec l'appareil.  Got come into contact with the device.

On remplit la cloche de quartz 1 à partir  We fill the quartz bell 1 from

d'une admissinion de gaz 3 avec un gaz formant une atmosphè-  of an admission of gas 3 with a gas forming an atmosphere

re non oxydante, c'est-à-dire un gaz inerte tel que de l'azo-  non-oxidizing, i.e. an inert gas such as azo

te ou de l'argon Avant d'introduire le gaz,,on vide la clo-  te or argon Before introducing the gas, empty the clo-

che 1 de manière à y établir un vide poussé au moyen d'une pompe à vide 11 La cloche est conformée de manière à possé- der un contour semblable à celui d'un linaot 5 de manière  1 to form a high vacuum by means of a vacuum pump 11 The bell is shaped so as to have a contour similar to that of a linolina 5.

que le gaz y soit uniformément réparti.  that the gas be uniformly distributed.

On charge le lingot 5, constitué par un mono-  The ingot 5, consisting of a mono-

cristal de silicium, dans la cloche à quartz 1 On fixe par serrage le lingot 5 au-dessus de la cloche en quartz 1 au moyen d'un mandrin 7 de telle sorte qu'il puisse tourner à  Silicon crystal, in the quartz bell 1 The ingot 5 is fixed by clamping above the quartz bell 1 by means of a mandrel 7 so that it can rotate

une vitesse comprise entre O et 30 tr/mn On laisse subsis-  a speed between 0 and 30 rpm

ter un germe 5 a au-dessus du lingot 5 Par conséquent le germe 5 a n'est pas séparé par découpage du lingot qui subit  a seed 5a above the ingot 5 Therefore the seed 5a is not separated by cutting the ingot which undergoes

le phénomène de croissance, et c'est là l'une des caractéris-  the phenomenon of growth, and this is one of the characteristics

tiques de la présente forme de réalisation le mandrin 7  of the present embodiment the mandrel 7

maintiextpoe serraae le germe 5 a.maintain the seed germ 5 a.

Le corps du lingot, c'est-à-dire la partie de-  The body of the ingot, that is to say the part of

vant être mise sous la forme de pastilles est maintenu à  be put in the form of pellets is maintained at

l'écart de tout contact avec l'appareil Les éléments pol-  away from any contact with the appliance The pol-

luants existant sur la paroi intérieure de la cloche 1 sont maintenus à l'écart du lingot Il ne se forme aucune  existing luminaires on the inner wall of the bell 1 are kept away from the ingot.

petite fissure sur la surface du lingot, même sous l'ef-  small crack on the surface of the ingot, even under the ef-

fet de la contrainte mécanique de contact Il n'existe au-  of mechanical contact stress.

cune modification de la température du lingot sous l'effet du transfert de chaleur depuis les parties de contact en  a change in the temperature of the ingot under the effect of the heat transfer from the contact parts in

direction de l'appareil C'est pourquoi la face extérieu-  direction of the apparatus That is why the outer face

re du lingot ne prend pas part à la production de défauts microscopiques, de fissures et d'éléments polluants dans  the ingot does not take part in the production of microscopic defects, cracks and pollutants in

le corps du lingot On peut contrôler les défauts microsco-  the body of the ingot One can control the microsomal defects

piques en commandant simplement latempérature de recuit.  picks by simply ordering the annealing temperature.

Le mandrin 7 est raccordé à une poulie 9 qui  The mandrel 7 is connected to a pulley 9 which

à son tour est accouplée à un moteur 10 au moyen d'une cour-  in turn is coupled to a motor 10 by means of a

roie ne portant pas de référence On entraîne le lingot en rotation de manière à maintenir uniforme la température et  non-reference channel The ingot is rotated to keep the temperature uniform and

25.4398025.43980

sa variation au niveau des parties respectives situées dans  its variation in the respective parts located in

le lingot.the ingot.

Dans l'appareil selon la présente invention on utilise une source de chaleur rayonnante comme source de chaleur de recuit Cette source de chaleur rayonnante est constituée par des lampes à rayonnement infrarouqe 6 Ces  In the apparatus according to the present invention, a radiant heat source is used as a source of annealing heat. This radiant heat source is constituted by infrared radiation lamps 6.

lampes à rayonnement infrarouge 6 sont disposées à l'exté-  infrared radiation lamps 6 are arranged on the outside.

rieur de la cloche de quartz 1 De façon plus spécifique, les lampes à rayonnement infrarouge 6 sont disposées non seulement dans les parties représentées dans la figure 6, mais également dans tout l'espace entourant l'extérieur de  More specifically, the infrared lamps 6 are arranged not only in the portions shown in FIG. 6, but also throughout the space surrounding the outside of the quartz bell.

la cloche 1, et ce à des distances identiaues Les faces ar-  Bell 1, at identical distances.

rière des lampes à rayonnement infrarouge 6 sont recouver-  infrared lamps 6 are covered by

tes de miroirs réfléchissants 4, de sorte que les rayons infrarouge émis par les lampes à rayonnement infrarouge 6  Reflecting mirrors 4, so that the infrared rays emitted by the infrared radiation lamps 6

peuvent atteindre totalement l'intérieur de la cloche 1.  can completely reach the inside of the bell 1.

Les lampes à rayonnement infrarouge 6 et les miroirs ré-  The infrared lamps 6 and the mirrors

fléchissants 4 sont montés sur une plaque de support 8.  4 are mounted on a support plate 8.

Les lampes à rayonnement infrarouge 6 sont réliées à une  The infrared radiation lamps 6 are connected to a

source d'alimentation en énergie 12 Un capteur de tempé-  power supply source 12 A temperature sensor

rature est disposé dans la cloche 1 en étant interposé entre le lingot 5 et les lampes à rayonnement infrarouge 6 L'unité de commande 13 constituée par un microprocesseur,  it is arranged in the bell 1 being interposed between the ingot 5 and the infrared radiation lamps 6 The control unit 13 constituted by a microprocessor,

commande la source d'alimentation en énergie 12 en fonc-  controls the power source 12 as a function of

tion de l'information délivrée par le capteur de tempéra-  of the information delivered by the temperature sensor.

ture Sous l'effet de cette commande d'alimentation en  Under the effect of this power supply command

énergie 12, le lingot 5 peut être chauffé et refroidi ra-  energy 12, the ingot 5 can be heated and cooled down

pidement à des températures désirées La source d'alimen-  quickly at the desired temperatures. The source of food

tation en énergie 12 est constituée par un thyristor L'en-  12 is constituted by a thyristor

semble du rayonnement formé par les rayons infrarouge peut  seems radiation formed by infrared rays can

être commandé par un débranchement soit complet, soit par-  be controlled by a disconnection either complete or

tiel de la source d'alimentation en énergie 12, soit par limitation du courant envoyé à la source d'alimentation en  of the power supply source 12, either by limiting the current sent to the power source in

énergie 12.energy 12.

Grâce au traitement thermique effectué par  Thanks to the heat treatment carried out by

rayonnement, il est possible de chauffer le lingot sans con-  radiation, it is possible to heat the ingot without

tact physique Il en résulte qu'aucune des pollutions, con-  The result is that none of the pollutants

traintes mécaniques et déséquilibresde température, qui ont été indiqués ci-dessus et,sinon,peuvent être provoquées par un contact avec l'appareil, n'apparaissent Ce procédé  mechanical stresses and temperature imbalances, which have been indicated above and, if not, can be caused by contact with the apparatus, do not appear.

permet de commander la température du lingot plus commodé-  allows to control the temperature of the ingot more convenient

ment que d'autres procédés, comme par exemple le procédé chauffage à résistance Ceci est dû en partie au fait que le transfert de chaleur est réalisé par le rayonnement et'en partie au fait que les calories sortantes (des rayon  This is due in part to the fact that the heat transfer is carried out by the radiation and partly because the outgoing calories (from the radii

infrarouges peuvent être commandés de façon précise et ra-  infrared sensors can be precisely controlled and

pide. On va décrire ci-après le cas o le lingot de  pide. We will describe below the case where the ingot of

monocristal de silicium doit être recuit.  silicon monocrystal must be annealed.

Le lingot 5, qui est soutenu à l'état sans contact dans la cloche de quartz 1, comme représenté sur la figure 6, est entraîné en rotation Dans cet état, le lingot 5 est chauffé à une température comprise entre 1200 et 1350 'C par exemple et est maintenu pendant 1 à 16  The ingot 5, which is supported in the non-contact state in the quartz bell 1, as shown in FIG. 6, is rotated. In this state, the ingot 5 is heated to a temperature between 1200 and 1350 ° C. for example and is maintained for 1 to 16

heures dans les rayons infrarouge délivrés par les lam-  hours in the infrared rays delivered by the

pes à rayonnement infrarouge 6 Il est souhaitable d'avoir une température de chauffage plus élevée afin d'améliorer  It is desirable to have a higher heating temperature in order to improve

l'effet de recuit Si le point de fusion du matériau semi-  the annealing effect If the melting point of the semi-

conducteur est désiré par T, la température de recuit dé-  conductor is desired by T, the annealing temperature de-

sirée est comprise entre 0,85 T et 0,95 T Dans le cas du silicium, la température de recuit doit être supérieure a  Si is between 0.85 T and 0.95 T In the case of silicon, the annealing temperature must be higher than

12000 C et doit être égale, de façon idéale à 1300 'C + 50 'C.  12000 C and should be equal, ideally at 1300 'C + 50' C.

La figure 7 montre l'exemple du cas o le lingot est re- cuit à 12000 C et à 1350 'C Le lingot est chauffé à 1200 'C  FIG. 7 shows the example of the case where the ingot is fired at 12000.degree. C. and at 1350.degree. C. The ingot is heated to 1200.degree.

pendant 1 à 8 heures ou à 1350 'C pendant 0,5 à 3 heures.  for 1 to 8 hours or at 1350 ° C for 0.5 to 3 hours.

La plupart des causes de formation des noyaux de défauts microscopique dans le lingot sont supprimées au moyen de ce traitement de recuit Les précipités de 1 à nanomètres, qui sont formés par la croissance du lingot,  Most of the causes of formation of microscopic defects nuclei in the ingot are suppressed by means of this annealing treatment. The precipitates of 1 to nanometers, which are formed by the growth of the ingot,

sont éliminés Le centre de la concentration des contrain-  are eliminated The center of the concentration of con-

tes dans le lingot sous l'effet de la différence de la  in the ingot as a result of the difference in

distribution de température est également supprimée.  temperature distribution is also removed.

Il en résulte que les distributions des impuretés tel-  As a result, the distributions of impurities such as

les que le carbone ou des métaux lourds, des noyaux de défauts microscopiques subsistant dans le lingot mê- me après le traitement de recuit, et de-l'oxygène sont  that the carbon or heavy metals, nuclei of microscopic defects remaining in the ingot even after the annealing treatment, and de-oxygen are

rendues uniforme à l'intérieur du lingot.  made uniform inside the ingot.

Si l'on soumet le lingot à un recuit à 1300 'C pendant environ 16 heures, la teneur en oxygène dans le lingot peut être réduite de 1018 atomes/cm 3 à  If the ingot is subjected to annealing at 1300 ° C for about 16 hours, the oxygen content in the ingot can be reduced from 1018 atoms / cm 3 to

8 x 1017 atomes/cm 3 par diffusion de l'oxygène à l'ex-  8 x 1017 atoms / cm 3 by diffusion of oxygen to the ex-

*térieur du lingot.* inner ingot.

Après les traitements de recuit effectués à ces températures pendant les périodes prédéterminés,  After the annealing treatments carried out at these temperatures during the predetermined periods,

la chaleur sortante délivrée par les lampes à rayonne-  the outgoing heat delivered by the radiation lamps

ment infrarouge 6 &-diminue en produisant un refroidisse-  infrared 6 & -decreased by producing a cooling

ment rapide du lingot Les programmes de température  Fast ingot of the ingot The temperature programs

pour ce traitement de refroidissement rapide sont illus-  for this rapid cooling treatment are illus-

trés sur la figure 7.very much in figure 7.

Tout d'abord, on refroidit le lingot à envi-  First, the ingot is cooled to approximately

ron 1100 'C à partir des températures de recuit, à une vi-  1100 ° C from annealing temperatures to one

tesse de 10 à 15 OC/mn Ensuite, on refroidit e lingot de-  10 to 15 OC / min Then, the ingot of

puis environ 1100 'C jusqu'à environ 300 'C à une vitesse  then about 1100 ° C to about 300 ° C at a speed

de 25 à 100 'C/mn La vitesse de diminution de la tempé-  25 to 100 ° C / min The rate of temperature decrease

rature par minute peut être commandée de façon précise au moyen de la commande du rayonnement total fourni par  per minute can be precisely controlled by controlling the total radiation provided by

les ravons infrarouge, comme cela a été décrit ci-des-  infrared ravons, as described above

sus, Les températures indiquées ici sont les valeurs qui sont détectées par le capteur de température 14, c'est-à-dire les températures présentes dans la cloche  The temperatures shown here are the values that are detected by the temperature sensor 14, i.e. the temperatures present in the bell.

1 Les températures réelles du lingot 5 sont légère-  The actual temperatures of the ingot 5 are lightly

ment supérieuresà ces valeurs étant donné la capacité calorifigue importante du lingot 5 La température du lingot 5 varie en fonction de la température présente dans la cloche 1 Un petit nombre de noyaux de défauts microscopiques sont produits à des températures dépassant  The ingot temperature varies with the temperature present in the bell 1 A small number of nuclei of microscopic defects are produced at temperatures exceeding

10000 C On refroidit le lincot lentement de manière à li-  10000 C The lincot is cooled slowly so that

miter les effets latéraux tels que des fissures provocuées  miter side effects such as cracks provocated

par l'opération de refroidissement.  by the cooling operation.

La production des noyaux de défauts microsco- piques est favorisée par des températures inférieures à 11000 C Afin de supprimer cette production de noyaux de  The production of nuclei of microscopic defects is favored by temperatures below 11000 C. In order to suppress this production of nuclei of

défauts microscopiqueson refroidit rapidement le lincot.  microscopic defects quickly cool the lincot.

Si l'on refroidit le lingot rapidement de 11000 C à 65000 C on peut empêcher une nouvelle apparition des noyaux de  If the ingot is rapidly cooled from 11000 C to 65000 C, a new appearance of the nuclei can be prevented.

défauts microscopiques Des donneurs d'oxygène sont pro-  microscopic defects Oxygen donors are pro-

duits dans la plage detempératures comprisesentre 650 et 3800 C Afin de supprimer cette production de noyaux de défauts microscopiques, on refroidit également rapidement le lingot dans cette gamme de températures Ceci permet de préparer un lingot possédant quelques noyaux de défauts  In order to suppress this production of nuclei of microscopic defects, the ingot is also rapidly cooled in this temperature range. This makes it possible to prepare an ingot having a few defect nuclei.

microscopique et Quelques donneurs d'oxygène.  microscopic and some oxygen donors.

La phase de maintien temporaire à la tempé-  The temporary maintenance phase at

rature de 3000 C est mise en oeuvre afin d'empêcher le lin-  3000 C is implemented in order to prevent the

got 5 de se fissurer sous l'effet de la contrainte thermi-  had the effect of cracking under the effect of the thermal stress

que pendant la phase de refroidissement rapide Ceci peut être réalisé à n'importe quelle température inférieure à environ 3800 C Dans la présente forme de réalisation, le  that during the rapid cooling phase. This can be done at any temperature below about 3800 C. In the present embodiment, the

lingot est maintenu à 300 'C de manière à garantir la sup-  ingot is maintained at 300 ° C in order to guarantee the

pression d'une nouvelle production des donneurs d'oxygè-  pressure of a new production of oxygen donors

ne. A des températures inférieures à 300 QC, le lingot peut en outre être refroidi rapidement au bout  born. At temperatures below 300 ° C, the ingot can be further rapidly cooled down

d'un intervalle de temps prédéterminé La vitesse de re-  predetermined interval of time.

froidissement dans ce cas peut être différente de celle  coldness in this case may be different than

du refroidissement rapide à deux phases, mentionné pré-  fast two-phase cooling, mentioned previously

cédemment.cédemment.

Conformément à la présente forme de réali-  In accordance with the present form of

sation, le lingot 5 en monocristal de silicium peut être recuit aux températures élevées, et ce dans un état sans contact Ceci permet de faire fondre les noyaux des défauts microscopiques (c'est-à-dire les noyaux des précipités  In this case, the silicon monocrystal ingot 5 can be annealed at elevated temperatures in a non-contact state. This melts the nuclei of the microscopic defects (i.e., the nuclei of the precipitates).

d'oxygène), qui sont produits pendant la croissance du mo-  of oxygen), which are produced during the growth of the

nocristal et lors du déroulement du: traitement thermique dans le four, sans qu'il y ait à craindre une pollution. Grâce au système de chauffage par rayonnement utilisant les lampes à rayonnement infrarouge 6, il est en outre possible de refroidir le cristal plus rapidement que dans le système de chauffage par résistance Il en résulte  nocrystal and during the course of: heat treatment in the oven, without fear of pollution. Thanks to the radiant heating system using infrared lamps 6, it is also possible to cool the crystal faster than in the resistance heating system.

qu'il est possible de supprimer pendant la phase opéra-  that it is possible to delete during the operational phase

toire de refroidissement, l'oxygène en excès qui produit  cooling, the excess oxygen that produces

l'apparition des noyaux de défauts microscopiques.  the appearance of nuclei of microscopic defects.

Les pastilles, qui sont séparées par découpa-  The pellets, which are separated by

ae du lingot de monocristal 5 et sont soumises à un polissa-  of the single crystal ingot 5 and subjected to polishing.

ge fournissant un poli brillant, captent difficilement des précipités d'oxygène même après le processus de fabrication  ge providing a brilliant polish, hardly capture oxygen precipitates even after the manufacturing process

à haute densité d'intéaration Ceci réduit de façon remar-  high density of interest This remarkably reduces

quable la production de petits défauts de dislocation et de  the production of small defects of dislocation and

défaut d'empilage sous l'effet de l'oxydation.  lack of stacking under the effect of oxidation.

Alors qu'un cristal ordinaire comporte une concentration de défauts microscopiques compri E entre 107  While an ordinary crystal has a concentration of microscopic defects of between 107

et 108 atomes/cm 3, les pastilles fabriquées selon le pro-  and 108 atoms / cm 3, the pellets manufactured according to the

cédé conforme à la présente invention présentent une den-  according to the present invention have a den-

sité de défauts microscopiqueségale au maximum à 105 atomes/  microscopic flaws of up to 105 atoms /

cm 3 Pendant l'intervalle de temps o la température du pro-  cm 3 During the time interval where the temperature of the pro-

cédé de fabrication à haute densité d'intégration tombe à  given high density manufacturing integration falls to

un niveau inférieur et pendant lequel le cristal est utili-  a lower level and during which the crystal is used

sé dans des conditions plus difficiles, la présenté forme  under more difficult conditions, the present form

de réalisation est remarquablement utile.  of achievement is remarkably useful.

Après la phase opératoire de recuit, illus-  After the annealing phase, illus-

trée sur la figure 7, on peut à nouveau effectuer un re-  shown in Figure 7, we can again make a re-

cuit du lingot à 6000 C Cette phase opératoire de recuit  baked ingot at 6000 C This annealing phase

additionnel est mise en oeuvre en vue de supprimer la dis-  additional measure is implemented with a view to

persion des résistances dans les différentes parties du lingot Ceci est lié au fait que, bien que les donneurs d'oxygène soient en majeure partie éliminésau moyen de la  Persistence of resistance in different parts of the ingot This is related to the fact that, although the oxygen donors are largely eliminated by means of the

présente forme de réalisation, quelques donneurs d'oxygè-  present embodiment, some oxygen donors

ne sont encore produits à la suite du traitement thermi-  are still produced as a result of the heat treatment

que à une température comprise entre 400 'C et 600 'C.  than at a temperature of between 400 ° C and 600 ° C.

Un lingot recuit conformément à la présente invention possède de façon remarquable quelques noyaux de défautsmicroscopiques(c'est-à-dire les noyaux des précipités d'oxygène), de sorte que l'on peut fabriquer  An annealed ingot according to the present invention has remarkably few nuclei of microscopic defects (i.e., the nuclei of the oxygen precipitates), so that one can manufacture

un élément semiconducteur possédant d'excellentes carac-  a semiconductor element having excellent characteristics

téristiques, et ce à un rendement élevé.  characteristics and at a high efficiency.

La fissuration peut être empêchée dans le  Cracking can be prevented in the

lingot au moyen d'un refroidissement rapide de ce der-  ingot by means of a rapid cooling of this

nier à une température prédéterminée après la phase opé-  deny at a predetermined temperature after the operational phase

ratoire de recuit, et au moyen d'un maintien du lingot à une température prédéterminée, pendant un intervalle de  annealing process, and by holding the ingot at a predetermined temperature for a period of

temps prédéterminé.predetermined time.

Bien que la présente invention ait été dé-  Although the present invention has been

crite de façon spécifique en liaison avec les formes de  specifically written in relation to the forms of

réalisation conçues par son auteur, elle n'est pas limi-  made by the author, it is not

tées aux formes de réalisation indiquées précédemment  to the previously mentioned embodiments

mais peut être naturellement modifiée de différentes ma-  but can be naturally modified from different

nière sans sortir pour autant du cadre de protection de l'invention. Par exemple, on peut modifier la vitesse de  without departing from the scope of protection of the invention. For example, you can change the speed of

refroidissement du lingot En particulier on peut modi-  In particular, it is possible to modify

fier la vitesse en la faisant passer de 10 'C à 15 'C/mn  Prove the speed from 10 'C to 15' C / min

comme représenté sur la figure 7 On peut modifier cet-  as shown in Figure 7 This can be modified

te vitesse de 25 à 100 'C/mn sauf s'il existe un risque defissuration du lingot, ou bien on peut refroidir le  the speed of 25 to 100 'C / min unless there is a risk of defection of the ingot, or we can cool the

lingot à une vitesse relativement lente de 5 à 100 C/mn.  ingot at a relatively slow speed of 5 to 100 C / min.

Le traitement de recuit illustré sur la fi-  The annealing treatment illustrated in the

gure 7 peut être appliqué non seulement au lingot, mais  Figure 7 may be applied not only to the ingot, but

également aux pastilles découpées en tranches Dans cet-  also to sliced pellets In this

te variante, les pastilles peuvent ne pas être conser-  Alternatively, the pellets may not be preserved.

vées dans un état o elles ne contactent pas l'appareil, si bien que cette variante est moins avantageuse dans le but de supprimer la production des défauts microscopiques et la pollution, que le cas dans lequel le lingot lui-mê'Z  in a state where they do not contact the apparatus, so that this variant is less advantageous for the purpose of suppressing the production of microscopic defects and pollution, than the case in which the ingot itself

me est requis.I am required.

En outre, on peut utiliser de l'hydrogène et de l'oxygène en tant que gaz atmosphérique pour la mise  In addition, hydrogen and oxygen can be used as atmospheric gases for

en oeuvre du traitement de recuit.of the annealing treatment.

En plus des lampes à rayonnement infrarouge, on peut utiliser comme source de chaleur rayonnante des bobines à haute fréquence ou des ondes électromagnétiques  In addition to infrared radiation lamps, high frequency coils or electromagnetic waves may be used as the radiant heat source.

1 O autres que les rayonnements infrarouges.  1 O other than infrared radiation.

La partie d'extrémité du lingot 5 située sur le côté du germe 5 a peut être serrée et maintenue au moyen  The end portion of the ingot 5 on the side of the seed 5a can be clamped and held by means of

d'une monture en quartz On utilise cette variante du pro-  of a quartz frame This variant of the

cédé lorsque le germe 5 a est cassé et séparé du lingot 5.  yielded when the seed 5a is broken and separated from the ingot 5.

Néanmoins, en ce qui concerne la phase de traitement de re-  Nevertheless, with regard to the treatment phase of

cuit de la pastille, ce procédé est moins avantageux que le cas o l'on effectue le recuit du lingot 5 en tenant  This process is less advantageous than the case where the annealing of the ingot 5 is carried out taking

le lingot 5 a.ingot 5 a.

La description, qui vient d'être faite, con-  The description, which has just been made, con-

cerne le cas o la présente invention est appliquée à la phase opératoire de recuit d'un lingot de monocristal de  the case where the present invention is applied to the annealing phase of a monocrystal ingot of

silicium et fournit l'arrière-plan du domaine d'applica-  silicon and provides the background of the field of applica-

tioede laprésente invention Cependant la présente inven-  of the present invention, however, the present invention

tion n'est pas censée être limitée à ce cas, mais peut  tion is not intended to be limited to this case, but

être appliquée à n'importe quel semiconducteur des crou-  be applied to any semiconductor of

pes III-V de la classification périodique des éléments,  III-V of the periodic table of elements,

tels que le gallium-arsenic (Ga-As) ou le gallium-phospho-  such as gallium-arsenic (Ga-As) or gallium-phospho-

re (Ga-P) ou un semiconducteur des groupes II-V La tem-  re (Ga-P) or a semiconductor of groups II-V The time

pérature de recuit désirée dans ce cas est comprise entre  desired annealing temperature in this case is between

0,85 Tk et 0,95 Tk (Tk désignant le point de fusion).  0.85 Tk and 0.95 Tk (Tk designating the melting point).

Claims (11)

REVENDICATIONS I Procédé pour fabriquer un matériau semiconduc- teur moyennant l'utilisation d 8 un appareil comportant une cloche ( 1), un mandrin ( 7) fixé sur une partie de ladite cloche et une source de chaleur ( 6) dusposée autour de la circonférence extérieure de ladite coque ( 1) 9 caractérisé en ce qulil comprend les phases opératoires consistant à (a) placer ledit matériau semiconducteur ( 5) dans ladite cloche ( 1) en le fixant par serrage dans ledit mandrin ( 7)9 ledit matériau semiconducteur ( 5) étant un lingot de monocristal dont une extrémité est fixée par serrage et est maintenue en suspension par ledit mandrin ( 7)9 (b) chauffer ledit lingot de monocristal ( 5) au moyen de ladite source de chaleur ( 6) 9 qui est du type à rayon- nement, de telle sorte que ledit lingot de monocristal est chauffé par l'énergie rayonnante émanant de ladite source de chaleur rayonnante 9 et (c) refroidir ledit lingot de monocristaloCLAIMS I A method for producing a semiconductor material by use of an apparatus comprising a bell (1), a mandrel (7) attached to a portion of said bell and a heat source (6) disposed around the circumference exterior of said shell (1) 9 characterized in that it comprises the operating steps of (a) placing said semiconductor material (5) in said bell (1) by clamping it in said mandrel (7) 9 said semiconductor material ( 5) being a single crystal ingot having one end clamped and held in suspension by said mandrel (7) 9 (b) heating said single crystal ingot (5) by said heat source (6) 9 which is of the radiation type, such that said single crystal ingot is heated by the radiant energy emanating from said radiant heat source 9 and (c) cooling said monocrystalline ingot 2 Procédé de fabrication d'lun matériau semiconduc-  2 Process for manufacturing a semiconducting material teur selon la revendication l caractérisé en ce que ledit lingot de monocristal ( 5) est refroidi au moyen d O un contrôle de ladite source de chaleur rayonnante ( 6) ors de ladite phase opératoire (c)o  A reactor according to claim 1 characterized in that said single crystal ingot (5) is cooled by means of a control of said radiant heat source (6) or said operating phase (c) o 3 Procédé de fabrication deu matériau semiconduc-  3 Process for manufacturing semiconductor material teur selon la revendication 29 caractérisé en ce que ladite extrémité dudit lingot de monocristal ( 5) est située sur le coté du germe (Sa)0  A nozzle according to claim 29, characterized in that said end of said monocrystal ingot (5) is located on the side of the seed (Sa) 0 4 Procédé de fabrication d'un matériau semicon-  4 Process for producing a semicon- ducteur selon la revendication 39 caractérisé en ce que ledit lingot de monocristal ( 5) est réuni à un cristal formant germe ( 5 a) et est fixé par serrage au niveau dudit cristal formant germe par ledit mandrin ( 7) Procédé de fabrication d'un matériau semiconduc- teur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de chaleur rayonnante ( 6) comporte une  A conductor according to claim 39, characterized in that said single crystal ingot (5) is joined to a seed crystal (5a) and clamped to said seed crystal by said mandrel (7). semiconductor material according to claim 2, characterized in that said radiant heat source (6) comprises a pluralité de lampes à rayonnement infrarouge.  plurality of infrared radiation lamps. 6 Procédé de fabrication d'un matériau semiconduc-  6 Process for manufacturing a semiconducting material teur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit lingot de monocristal ( 5) est refroidi lors de ladite phase opératoire (c} grâce à la commande des courants électriques circulant dans lesdites lampes à infrarouge ( 6).  A reactor according to claim 5, characterized in that said single-crystal ingot (5) is cooled during said operating phase (c) by controlling the electric currents flowing in said infrared lamps (6). 7 Procédé de fabrication d'un matériau semiconduc-  7 Process for manufacturing a semiconducting material teur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite cloche ( 1) est remplie par une atmosphère non oxydante.  A reactor according to claim 2, characterized in that said bell (1) is filled with a non-oxidizing atmosphere. 8 Procédé de fabrication d'un matériau semiconduc-  8 Process for producing a semiconducting material teur selon la revendication 2, caractérisé en ce que  according to claim 2, characterized in that ledit lingot de monocristal ( 5) est constitué par du sili-  said single crystal ingot (5) consists of silicone cium.cium. 9 Procédé de fabrication d'un matériau semiconduc-  9 Process for manufacturing a semiconducting material teur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit lingot de monocristal ( 5) possède un diamètre de  according to claim 8, characterized in that said single crystal ingot (5) has a diameter of 125 mm ou plus.125 mm or more. Pour de traitement thermique du type vertical,  For heat treatment of the vertical type, permettant de réaliser le recuit d'un matériau semi-  to anneal a semiconductor material conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une cloche ( 1) servant à loger en son intérieur ledit matériau semiconducteur ( 5), ladite cloche étant formée par un cylindre vertical creux qui peut comporter, à sa partie supérieure, un couvercle ( 2) qui ferme de façon hermétiquement étanche ledit cylindre, un mandrin ( 7) servant à maintenir ledit matériau semiconducteur dans ladite cloche, ce mandrin étant monté  conductor, characterized in that it comprises: a bell (1) serving to house said semiconductor material (5) in its interior, said bell being formed by a hollow vertical cylinder which may comprise, at its upper part, a cover (2 ) which hermetically seals said cylinder, a mandrel (7) for holding said semiconductor material in said bell, said mandrel being mounted sur ledit couvercle ( 2) de manière à maintenir ledit maté-  on said lid (2) so as to maintain said material riau semiconducteur en suspension à l'intérieur de ladite cloche ( 1), et une source de chaleur rayonnante ( 6) disposée autour  semiconductor material suspended within said bell (1), and a radiant heat source (6) disposed around de la circonférence extérieure de ladite cloche.  the outer circumference of said bell. 2,54398 O2,54398 O 11 Four de traitement thermique de type vertical selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite source de chaleur rayonnante ( 6) comporte une pluralité de lampes à rayonnement infrarouge et que ladite cloche ( 1) est constituée par du quartz transparent. 12 Four de traitement thermique du type vertical selon la revendication l, caractérisé en ce que-lesdites lampes à rayonnement infrarouge ( 6) sont disposées autour de la circonférence extérieure de ladite cloche ( 1) et à  11 vertical type heat treatment furnace according to claim 10, characterized in that said radiating heat source (6) comprises a plurality of infrared radiation lamps and said bell (1) is constituted by transparent quartz. Vertical-type heat treatment furnace according to claim 1, characterized in that said infrared radiation lamps (6) are arranged around the outer circumference of said bell (1) and at un écartement prédéterminé les unes des autres.  a predetermined spacing from each other. 13 Four de traitement thermique du type vertical selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdites lampes à rayonnement infrarouge ( 6) comportent, sur leur face arrière, des miroirs réfléchissants ( 4) de telle sorte que la majeure partie des rayons infrarouge émis par lesdites lampes à rayonnement infrarouge peuvent être  Vertical-type heat treatment furnace according to Claim 12, characterized in that the said infrared radiation lamps (6) comprise, on their rear face, reflecting mirrors (4) so that the majority of the infrared rays emitted by said infrared radiation lamps can be dirigés vers ladite cloche ( 1).directed to said bell (1). 14 Four de traitement thermique du type vertical selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite cloche ( 1) possède un contour semblable à celui d'un  14 vertical type heat treatment furnace according to claim 10, characterized in that said bell (1) has a contour similar to that of a lingot ( 5) dudit matériau semiconducteur.  ingot (5) of said semiconductor material. Four de traitement thermique de type vertical selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit  Vertical type heat treatment furnace according to claim 10, characterized in that said mandrin ( 7) est rotatif.mandrel (7) is rotatable.
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