JP2002293690A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法Info
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Abstract
単結晶外周部において再結合ライフタイムの低下が抑制
されたシリコン単結晶を提供する。 【解決手段】 CZ法によりシリコン単結晶を製造する
場合に、石英坩堝を収容する坩堝として、灰分1ppm以下
の炭素繊維強化炭素材からなる坩堝(C/C坩堝)を使
用し、0.3〜0.5mm/minの引き上げ速度でシリコン単結
晶を引き上げる。
Description
ン単結晶を製造する方法に関し、より詳細には、シリコ
ン単結晶中の赤外線散乱体欠陥の密度が低減され、単結
晶外周部における再結合ライフタイムの低下が抑制され
たシリコン単結晶の製造方法に関する。
コンウエーハは、主にCZ法により育成された単結晶か
ら採取される。CZ法とは、周知の如く、坩堝内に収容
されたシリコンの原料融液に種結晶を漬け、種結晶及び
坩堝を逆方向に回転させながら種結晶を引き上げること
により、その下にシリコンの単結晶を育成する方法であ
る。
合、通常、前述した坩堝はシリコン原料融液を収容する
石英坩堝と、この石英坩堝を収容する坩堝から構成され
ている。石英坩堝を収容する坩堝は、従来から機械的強
度及び耐熱性に優れた等方性で高密度かつ高純度の黒鉛
材からなる黒鉛坩堝が用いられ、近年では、黒鉛坩堝よ
りも軽量でありながらそれ以上の機械的強度を有する炭
素繊維強化炭素複合材からなる坩堝(以下C/C坩堝)
の採用も試みられつつある。
造されたシリコンウエーハは、熱酸化処理を受けたとき
に、OSF(Oxidation induced Stacking Fault)リング
と呼ばれるリング状の酸化誘起積層欠陥を生じることが
知られており、このOSFリングの発生領域は、単結晶
育成中の引き上げ速度に依存しており、引き上げ速度を
遅くすると、OSFリングが現れる領域が結晶の外側か
ら内側へと収縮する。
処理で発生しやすいOSFリングの悪影響が低減されて
きたこと、および単結晶が低酸素化してきたこともあっ
て、OSFリングは、デバイス特性を劣化させる因子と
して、それほど大きな問題にはならなくなってきてい
る。
物性が異なり、OSFリングの外側には格子間シリコン
原子の凝集が原因とされる転位クラスタが発生し、OS
Fリングの内側には空孔の凝集が原因とされる空孔クラ
スタが発生する。この空孔クラスタは、赤外線散乱体欠
陥(COP、FPD)とも呼ばれ、ウエーハ表面をエッ
チングすると小さなピットとなって現れるが、非常にサ
イズが小さいため、これまでは特に問題視されることは
なかった。
イス工程でのパターン幅が非常に微細化したため、高グ
レードの単結晶ではこの赤外線散乱体欠陥さえも問題に
なり、酸化膜耐圧特性を低下させる因子としてその低減
が望まれ、赤外線散乱体欠陥(COP、FPD)密度の
少ないシリコンウエーハやパーティクルモニターウエー
ハの提供が望まれている。
における単結晶の引き上げ速度を遅くすることにより、
OSFリング外側に転位クラスター欠陥を発生させず
に、OSFリングを引き上げ単結晶の最外周部より内側
に発生させて、赤外散乱体欠陥の発生領域を中心部に集
中させるか、若しくは中心部で消滅させて赤外線散乱体
欠陥の低減を図る低速引き上げ法が採用されつつある。
単結晶中の赤外線散乱体欠陥密度の低減を目的に、上述
した低速引き上げ法の採用を試みたところ、以下のこと
を知見した。
を使用して、引き上げ速度を遅くしてシリコン単結晶を
引き上げた場合、黒鉛坩堝の大口径化に伴いヒータから
の黒鉛坩堝への加熱量を相対的に大きくしなければなら
ず、しかも、赤外線散乱体欠陥密度を低減するために引
き上げ速度をかなり遅くして単結晶を引き上げる必要が
あることから、黒鉛坩堝が高温に晒される延引時間が長
くなるために、黒鉛坩堝の劣化が激しく再使用できない
問題があることを知見した。
を使用し、引き上げ速度を遅くして単結晶を引き上げた
ところ、C/C坩堝の劣化はあまり見られなかった。し
かしながら、製造されたシリコン単結晶の外周部が金属
不純物により汚染され、単結晶外周部の再結合ライフタ
イムが著しく低下する問題があることが新たに判明し
た。
を評価する目安として、単結晶中の半導体キャリアの再
結合ライフタイム評価が用いられ、単結晶が金属不純物
で汚染されると再結合ライフタイム低下することが知ら
れている。再結合ライフタイムを低下させる金属不純物
としては、Fe、Cu、Ni等が挙げられるが、本発明者の実
験によれば中でもFeによる金属汚染が特に顕著であっ
た。
体の温度は相当高く、C/C坩堝内に含まれる金属不純
物が蒸発し易い状況にあり、加えて、赤外散乱体欠陥密
度を低減するために、引き上げ速度をかなり遅くしてシ
リコン単結晶を引き上げることから、成長直後の高温の
シリコン単結晶部分において、C/C坩堝から蒸発した
金属不純物を含有する炉内雰囲気ガスが接触する時間が
長くなり、金属不純物が結晶内部に拡散して単結晶外周
部の再結合ライフタイムが低下するものと推測される。
低下する現象は、これまでの黒鉛坩堝を用いた高速引き
上げ法では余り見られず、C/C坩堝を用いた低速引き
上げ法においてのみ、単結晶外周部で再結合ライフタイ
ムが著しく低下する現象が見られた。
あり、単結晶中の赤外線散乱体欠陥密度が低く、単結晶
外周部において再結合ライフタイムの低下が抑制され
た、シリコン単結晶を提供することを目的とするもので
ある。
シリコン単結晶を製造する方法において、石英坩堝を収
容する坩堝として、灰分1ppm以下の炭素繊維強化炭素材
からなる坩堝(C/C坩堝)を使用し、0.3〜0.5mm/mi
nの引き上げ速度でシリコン単結晶を引き上げることを
特徴とするものである。
C/C坩堝を使用することで、シリコン単結晶製造で特
に問題となる坩堝高温化による単結晶外周部の金属不純
物汚染を低減することができる。灰分1ppmを超えるC/
C坩堝を使用し、0.3〜0.5mm/minの引き上げ速度で単
結晶を引き上げた場合には、単結晶外周部の再結合ライ
フタイムが著しく低下していまい、例えばSEMI規格
等で規定される基準値を満足するシリコン単結晶を製造
することができない。
C坩堝を使用するものであるが、C/C坩堝中の含まれ
る金属不純物のうち、特にFeは単結晶を汚染するため、
Fe濃度が0.2ppm以下のC/C坩堝を使用することが望ま
しい。
引き上げ速度を0.3〜0.5mm/minの範囲に設定して引き
上げることで、OSFリングの外側に転位クラスターを
発生させることなく、OSFリングを結晶外周部より内
側に収縮あるいは消滅させることができ、OSFの内側
領域に発生する赤外線散乱体欠陥の密度を可及的に低減
することができる。
い場合には、生産性が大幅に低下するだけでなく、無転
位シリコン単結晶そのものが製造できなくなる。また、
引き上げ速度が0.5mm/minよりも速い場合には、育成単
結晶が高温領域に晒される時間が短いことから、本発明
で規定する高純度のC/C坩堝を使用しなくても、単結
晶外周部の再結合ライフタイムの低下はさほど見られな
いが、これでは、本発明が目的とするOSFリングを結
晶外周部より内側に収縮あるいは消滅させて、赤外線散
乱体欠陥の密度が低減されたシリコン単結晶そのものを
製造することができない。
度が少ないシリコン単結晶の製造を目的に、0.3〜0.5mm
/minの低速引き上げを実施し、このとき問題となる単
結晶外周部での再結合ライフタイムの低下を防止すべ
く、灰分1ppm以下の高純度のC/C坩堝を使用するもの
であるが、一方では、赤外線散乱体欠陥密度の低減があ
まり要求されない比較的低コストのシリコン単結晶の製
造が要求される場合には、0.5mm/minを超える高速の引
き上げを実施し、この場合には、比較的高価な高純度の
C/C坩堝を使用しなくてもよいことを示唆するもので
もある。
基づいて説明する。図1は本発明の実施形態に係わる単
結晶製造方法の説明図である。
その上面中心部に連結されたブルチャンバ2とを備えて
いる。これらは、軸方向を垂直とした略円筒状の真空容
器からなり、図示されない水冷機構を有している。メイ
ンチャンバ1内の略中央にはC/C坩堝3が配置され、
この内面に石英坩堝4が内装され、C/C坩堝3を包囲
するように黒鉛ヒータ5が設けられ、その外周に保温筒
6が設置されている。
体した状態で、石英坩堝4内にシリコンの多結晶原料を
装填する。次いでチャンバを組み立て、その内部を真空
排気した状態でヒータ5を作動させて、石英坩堝4内の
原料を溶解し、シリコンの原料融液8を得る。その後、
原料融液8に引き上げ軸7の下端に装着された種結晶を
浸漬し、引き上げ軸7を回転上昇させる。これにより種
結晶の下端にシリコンの単結晶9が育成される。
量が減少し融液面レベルが低下するため、C/C坩堝2
を上昇させて黒鉛ヒータ5の設置位置に対して原料融液
8の融液面レベルを一定に維持しながら単結晶9を育成
する。引き上げられた単結晶9は、その外周囲を囲繞す
るように設けられた逆円錐台形状の輻射スクリーン10
により、引き上げ軸方向に適度な温度勾配が付与されて
いる。
いて説明する。
用し、灰分1ppmおよび灰分3ppmの2種類のC/C坩堝を
使用し、単結晶直胴部における引き上げ速度を0.3mm/m
in、0.5mm/min、0.7mm/minにそれぞれ設定して、直径
8インチのシリコン単結晶の育成をおこなった。具体的
には、22インチの石英坩堝内に原料として多結晶シリコ
ン130kgを充填し、P型ドーパントとしてボロンを添加し
て比抵抗15Ωcmに調整した8インチのシリコン単結晶の
育成をおこなった。その後、得られたシリコン単結晶そ
れぞれについて、単結晶頂部より同一高さの位置からウ
エーハ状にサンプルを切り出した。得られたそれぞれの
サンプルウエーハについて、光導電減衰法により、ウエ
ーハ半径方向の再結合ライフタイムを測定した。その測
定結果を図2および図3に示す。
ときの再結合ライフタイムの測定結果を示すものであ
り、この図から明らかなように、0.7mm/minの高速引き
上げを行った場合には、ウエーハ外周部での再結合ライ
フタイムの低下は余り見られないものの、0.3mm/min、
0.5mm/minの低速引き上げではウエーハ外周部で著しく
再結合ライフタイムが低下した。
ときの再結合ライフタイムの測定結果を示すものである
が、0.7mm/minの高速引き上げを行った場合と同様に、
0.3mm/min、0.5mm/minの低速引き上げにおいても、ウ
エーハ外周部で再結合ライフタイムが低下しないことが
わかる。
のサンプルウエーハについて、特に単結晶外周部を汚染
し易い金属不純物であるFeについて、実際の汚染量を調
べるため、SPV(surface photovoltaic)装置を使用
して、ウエーハ最外周部より内側5mm位置のFe濃度を測
定した。また、それぞれのサンプルウエーハについて、
その表面の赤外線散乱体欠陥密度を調べるため、レーザ
ーパーティクルカウンターを使用して、ウエーハ表面の
0.13μmサイズ以上のLPD密度(Light Point Defec
t)を測定した。これらの測定結果を表1に示す。
in、0.5mm/minの低速引き上げ(本発明例1、2)で育
成された単結晶から切り出されたサンプルウエーハは、
ウエーハ外周部でのFe汚染量は極めて低く、0.13μmサ
イズ以上のLPD密度も非常に少なく、酸化膜耐圧特性
に優れるシリコンウエーハとして、あるいはパーティク
ルモニターウエーハとして十分に使用できるものであっ
た。
して、0.7mm/minの高速引き上げ(比較例1)で育成さ
れた単結晶から切り出されたサンプルウエーハは、引き
上げ速度が速いことからウエーハ外周部でのFe汚染量は
低減されるものの、ウエーハ面内のLPD密度が多く、
酸化膜耐圧特性に優れるシリコンウエーハとして、また
はパーティクルモニターウエーハとして使用できるもの
ではなかった。
0.3mm/min、0.5mm/minの低速引き上げ(比較例2、
3)で育成された単結晶から切り出されたサンプルウエ
ーハは、ウエーハ外周部でのFe汚染量が高く、0.7mm/m
inの高速引き上げ(比較例4)で育成された単結晶から
切り出されたサンプルウエーハは、ウエーハ外周部での
Fe汚染量は低減されるものの、ウエーハ面内のLPD密
度が多い結果であり、酸化膜耐圧特性に優れるシリコン
ウエーハとして、またはパーティクルモニターウエーハ
として使用できるものではなかった。
ば、石英坩堝を収容する坩堝として、灰分1ppm以下の炭
素繊維強化炭素材からなる坩堝(C/C坩堝)を使用
し、0.3〜0.5mm/minの引き上げ速度でシリコン単結晶
を引き上げることで、単結晶中の赤外線散乱体欠陥密度
が低く、単結晶外周部において再結合ライフタイムの低
下が抑制されたシリコン単結晶を提供することができ
る。
式的に示した縦断面図である。
結晶から切り出されたウエーハの半径方向の再結合ライ
フタイム測定結果を示す図である。
結晶から切り出されたウエーハの半径方向の再結合ライ
フタイム測定結果を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 CZ法によりシリコン単結晶を製造する
方法において、石英坩堝を収容する坩堝として、灰分1p
pm以下の炭素繊維強化炭素材からなる坩堝(C/C坩
堝)を使用し、0.3〜0.5mm/minの引き上げ速度でシリ
コン単結晶を引き上げることを特徴とするシリコン単結
晶の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001101818A JP2002293690A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001101818A JP2002293690A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002293690A true JP2002293690A (ja) | 2002-10-09 |
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ID=18955085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001101818A Pending JP2002293690A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002293690A (ja) |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001101818A patent/JP2002293690A/ja active Pending
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Legal Events
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RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050511 |
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