JP2612033C - - Google Patents

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JP2612033C
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JP
Japan
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single crystal
silicon single
temperature
stacking faults
silicon
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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、CZ法によるシリコン単結晶育成方法に係わり、特に積層欠陥の発
生を効果的に抑えることのできる改良に関する。 「従来の技術」 CZ法により製造されたシリコン単結晶においては、半導体デバイス工程で種
々の高温処理が施される際に積層欠陥が発生し、これら積層欠陥が半導体デバイ
スの絶縁耐圧不良や、キャリアのライフタイム減少を引き起こすことが知られて
いる。 従来、上記積層欠陥発生の主因は、単結晶中に過飽和に固溶する酸素であると
考えられている。すなわち、CZ単結晶に高温処理を施すと、この固溶酸素から
微細なSiO2等の酸素析出物が発生して粗大化し、この酸素析出物から放出さ
れた格子間シリコンにより、二次欠陥としての積層欠陥が発生するのである。 本出願人らは先に、特開昭61−201692号公報において、酸素析出物の
発生を抑えることのできるシリコン単結晶育成方法を提案した。 この方法は、引き上げ中のシリコン単結晶の所定帯域に温度制御装置を設け、
シリコン単結晶をその全長に亙って、1100〜900℃の温度範囲で3時間以
上保持することを特徴とし、これにより酸素析出物の発生を抑え、ひいては半導
体デバイス工程における高温処理時の積層欠陥発生を低減するというものであっ た。 「発明が解決しようとする課題」 ところが、本発明者らのその後の研究によると、前記育成方法では確かに酸素
析出物の発生は抑えられるものの、高温処理後の積層欠陥密度はむしろ増大する
ことが確認された。 そこで本発明者らは、積層欠陥発生機構について再び詳細な検討を試み、この
場合に生じる積層欠陥は、酸素析出物の粗大化で放出された格子間シリコンによ
り形成されたものではないことを突き止めた。 そこで、本発明者らは新たに、種々異なる温度条件で単結晶育成を試み、シリ
コン単結晶が850〜1050℃の温度範囲を通過するのに要する滞留時間を1
40分以下とした場合には、単結晶中の積層欠陥密度を低減可能であることを突
き止めた。 「課題を解決するための手段」 本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、引き上げられるシリコン単結
晶の所定帯域に温度調節機構を設ける等の手段により、この単結晶の850〜1
050℃の温度範囲での滞留時間を140分以下とすることを特徴とする。 なお、850〜1050℃での滞留時間が140分を超えた場合、または滞留
時間が140分以下であっても温度範囲が上下にずれた場合には、いずれも高温
処理時に発生する積層欠陥の密度が高くなり、従来の問題が解決できない。 「実施例」 次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。 図は、実験で使用したシリコン単結晶育成装置を示し、図中符号1は容器、2
は回転軸、3はシリコン溶湯Yを保持する石英ルツボ、4はヒータ、5は保温筒
、6は引き上げ軸、7は種結晶である。また8は冷却機構で、引き上げ中の単結
晶Tの所定帯域を適宜冷やし、冷却速度を調節する役目を果たす。 以上の装置を用いて、1mm/分の引き上げ速度で、155mmφ×600m
m長のシリコン単結晶を製造した。なお、冷却機構8としては、リング状の金属
反射板や水冷ジャケット等を温度により選択して使用した。そして、600〜8
50℃、850〜1050℃、1050〜1400℃の各温度範囲における単結 晶の滞留時間を、全長に亙って均一となるように調節した。 次に、こうして得られた8本の単結晶からウエハを切り出し、これらウエハを
2℃/分で1100℃まで加熱し、1時間保持後、冷却する高温処理を施し、ウ
エハに生じた積層欠陥密度を測定した。 次表はその結果を示すものである。 上表の結果から明らかなように、実施例1,2により製造された単結晶では、
ウエハにおける積層欠陥の発生が著しく少ないのに対して、850〜1050℃
の範囲での滞留時間が140分より長い、あるいは滞留時間が140分以下の温
度範囲が上下にずれたものでは、いずれも高い密度で積層欠陥が発生している。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明のシリコン単結晶育成方法によれば、半導体デバ
イス工程での高温処理を施しても、積層欠陥の発生が少ない高品質のシリコン単
結晶を製造することが可能である。
The present invention relates to a method for growing a silicon single crystal by a CZ method, and more particularly to an improvement capable of effectively suppressing the occurrence of stacking faults. [Prior Art] In a silicon single crystal manufactured by the CZ method, stacking faults occur when various high-temperature treatments are performed in a semiconductor device process, and these stacking faults cause a breakdown voltage failure of a semiconductor device or a carrier. It is known to cause a reduction in the lifetime of the product. Conventionally, it is thought that the main cause of the above stacking faults is oxygen dissolved in single crystals in supersaturation. That is, when the CZ single crystal is subjected to a high-temperature treatment, fine oxygen precipitates such as SiO 2 are generated from the dissolved oxygen and coarsened, and the interstitial silicon released from the oxygen precipitates causes secondary defects. Stacking faults occur. The present applicants have previously proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-201692 a method for growing a silicon single crystal capable of suppressing generation of oxygen precipitates. In this method, a temperature controller is provided in a predetermined zone of the silicon single crystal being pulled,
The silicon single crystal is maintained at a temperature range of 1100 to 900 ° C. for 3 hours or more over its entire length, thereby suppressing the generation of oxygen precipitates, and consequently, stacking faults during high temperature processing in a semiconductor device process. It was to reduce the occurrence. "Problems to be Solved by the Invention" However, according to subsequent studies by the present inventors, although the growth method certainly suppresses the generation of oxygen precipitates, the stacking fault density after high-temperature treatment is rather increased. Was confirmed. Therefore, the present inventors again conducted a detailed study of the stacking fault generation mechanism, and found that the stacking faults generated in this case were not formed by interstitial silicon released by the coarsening of the oxygen precipitate. Was. Therefore, the present inventors newly tried single crystal growth under various temperature conditions, and set the residence time required for the silicon single crystal to pass through the temperature range of 850 to 1050 ° C. by one.
It was found that when the time was set to 40 minutes or less, the stacking fault density in the single crystal could be reduced. "Means for Solving the Problems" The present invention has been made based on the above-mentioned knowledge, and by means of, for example, providing a temperature control mechanism in a predetermined zone of a silicon single crystal to be pulled, the 850-1
The residence time in the temperature range of 050 ° C. is 140 minutes or less. In addition, when the residence time at 850 to 1050 ° C. exceeds 140 minutes, or when the temperature range shifts up and down even when the residence time is 140 minutes or less, any of the stacking faults generated during the high-temperature treatment is reduced. The density increases, and the conventional problems cannot be solved. "Examples" Next, the effects of the present invention will be demonstrated with examples. The figure shows a silicon single crystal growing apparatus used in the experiment.
Is a rotary shaft, 3 is a quartz crucible for holding the molten silicon Y, 4 is a heater, 5 is a heat retaining cylinder, 6 is a pulling shaft, and 7 is a seed crystal. Numeral 8 is a cooling mechanism that appropriately cools a predetermined zone of the single crystal T being pulled up and controls the cooling rate. Using the above apparatus, at a lifting speed of 1 mm / min, 155 mmφ × 600 m
An m-length silicon single crystal was manufactured. As the cooling mechanism 8, a ring-shaped metal reflector, a water-cooled jacket, or the like was selected and used depending on the temperature. And 600-8
The residence time of the single crystal in each temperature range of 50 ° C., 850 to 1050 ° C., and 1050 to 1400 ° C. was adjusted so as to be uniform over the entire length. Next, wafers were cut out from the eight single crystals thus obtained, and these wafers were heated to 1100 ° C. at a rate of 2 ° C./min, held for 1 hour, and then subjected to a high-temperature treatment of cooling, and the stacking fault density generated on the wafers Was measured. The following table shows the results. As is clear from the results in the above table, in the single crystals manufactured according to Examples 1 and 2,
While the generation of stacking faults on the wafer is extremely small,
In the cases where the residence time in the range is longer than 140 minutes or the temperature range in which the residence time is 140 minutes or less is shifted up and down, stacking faults occur at a high density. [Effects of the Invention] As described above, according to the method for growing a silicon single crystal of the present invention, a high-quality silicon single crystal with few stacking faults is produced even when high-temperature processing is performed in a semiconductor device process. It is possible.

【図面の簡単な説明】 図は、本発明の実施例で使用したシリコン単結晶育成装置を示す縦断面図であ る。 3…石英ルツボ、4…ヒータ、6…引き上げ軸、7…種結晶、8…冷却機構、
T…シリコン単結晶。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a vertical sectional view showing a silicon single crystal growing apparatus used in an embodiment of the present invention. 3 Quartz crucible, 4 Heater, 6 Pull-up shaft, 7 Seed crystal, 8 Cooling mechanism,
T: silicon single crystal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 シリコン溶湯に種結晶を浸し、単結晶を引き上げるシリコン単結晶育成方法に
おいて、 引き上げられるシリコン単結晶の600〜850℃、850〜1050℃、1
050〜1400℃の各温度範囲のうち、850〜1050℃の温度範囲のみ
おける滞留時間を、140分以下とすることを特徴とするシリコン単結晶育成方
法。
Claims: In a method for growing a silicon single crystal in which a seed crystal is immersed in a molten silicon and a single crystal is pulled up, the method comprises the steps of:
A method for growing a silicon single crystal, characterized in that the residence time in only the temperature range of 850 to 1050 ° C out of the respective temperature ranges of 050 to 1400 ° C is 140 minutes or less.

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