JP2789064B2 - 単結晶の引上げ方法及び引上げ装置 - Google Patents

単結晶の引上げ方法及び引上げ装置

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JP2789064B2 JP3358282A JP35828291A JP2789064B2 JP 2789064 B2 JP2789064 B2 JP 2789064B2 JP 3358282 A JP3358282 A JP 3358282A JP 35828291 A JP35828291 A JP 35828291A JP 2789064 B2 JP2789064 B2 JP 2789064B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はるつぼ内に溶解した原料
融液に種結晶を浸漬して徐々に引上げ、単結晶を育成す
る技術にかかり、特に、引上げ装置内部品に起因する半
導体シリコン単結晶の金属や金属酸化物による汚染防止
と、単結晶中へ取り込まれる酸素濃度制御の技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、引上げ単結晶の軸方向の酸素濃度
分布を改善するものとしては、たとえば、特開平1−1
60893号公報に、引上げ装置内に供給する不活性ガ
スの流量を順次増加させ、シリコン単結晶中の酸素濃度
の単結晶成長に伴う低下を防止する技術が開示されてい
る。さらに、特開平1−160892号公報には、リフ
レクタの先端と融液面のクリアランスを単結晶の引上げ
に対応させてるつぼを上昇させ一定にすることで、単結
晶の軸方向の酸素濃度を一定化する方法が開示されてい
る。しかし、これらには、不活性ガスのガス圧センシン
グの有用性については述べられていない。
【0003】一方、単結晶中に取り込まれる不純物への
対策として、たとえば、特公昭57−40119及び特
公昭58−1080号公報には、るつぼの縁から突出し
ている上部の平たい環状リムと、環状リムに取り付けら
れ、内側の縁から円筒形状に下方に傾斜している又は、
円錐状に先細りになっている連結部とからなるカバーに
よって、引上げ中に凝縮した一酸化ケイ素凝縮物また
は、塊状物が、結晶引上げ中に融液中に落ち込むこと
を、装置内に流す不活性ガスの流速および圧力を適当に
調整することによって効果的に制御できるとしている。
しかしながら、こうした単結晶周囲に円筒形状のものを
設けたものは、通常、単結晶引上げに伴ない、結晶軸方
向の酸素濃度が急激に低下することが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路素子製
造用の基板には、主として高純度シリコンが用いられる
が、この高純度シリコンは主に、引上げ法の一つである
チョクラルスキー法により製造されている。この方法で
引き上げられた結晶中には酸素が固溶しており、この酸
素が半導体集積回路素子の製造工程で混入してくる金属
不純物を捕捉(ゲッタ)し、素子の電気的特性を向上さ
せる。ゲッタ作用は、酸素濃度に対して極めて敏感であ
るので、その制御がチョクラルスキー法による単結晶の
引き上げ技術上重要な位置を占めている。
【0005】引き上げ中のシリコン単結晶の酸素は、石
英るつぼから溶出した酸素が、引き上げにともなって単
結晶に取り込まれものである。もちろん、石英るつぼか
ら融液中に溶出した酸素の90%以上は、融液表面から
一酸化けい素として蒸発してしまう。
【0006】一方、チョクラルスキー法によるシリコン
単結晶の高品質化の要求は、半導体集積回路素子の集積
度の向上とともに、ますます厳しいものとなってきてい
る。特に、酸素に起因する酸素誘起欠陥(以下OSFと
いう)は、結晶をウエハ加工して基板とした際に、表面
層に欠陥を生じるものであるため、集積回路素子の歩留
に直接影響するとみなされており、その低減はシリコン
単結晶製造上極めて重要である。
【0007】このOSFは、前記したように酸素に起因
するものでありながら、故意に金属汚染したシリコンウ
エハの方がそうでないものより発生量が多くなることか
ら、シリコン中に存在する金属が触媒的な働きをして、
その一因になっていることが近年明らかになってきた。
【0008】本発明者らは、チョクラルスキー法による
単結晶の引上げ工程において、従来は見逃されていた、
高温度下における、装置内部品からの極微量の金属等に
よる汚染が、育成中の単結晶に対して起きていることを
見出した。すなわち、従来においては、このような装置
内部品の極微量の不純物についての挙動は、単結晶の欠
陥、特にOSFを対象としては顧みられたことはなかっ
た。もちろん、育成中の単結晶への不純物取り込み等を
極力防止するために、装置内に常時アルゴン等の不活性
ガスを流して、単結晶を新鮮な雰囲気下におくための工
夫はあったが、装置内の各部間のガス圧バランスを利用
して、単結晶中の酸素濃度、ひいては欠陥の制御までを
も行なうようなことはなされていない。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような状
況下で、ガス状金属、あるいは金属酸化物が、引上げ中
に単結晶に付着もしくは融液内に混入することを防止
し、あわせて、引上げ単結晶中の酸素濃度の正確な制御
を行なうことを目的とする。
【0010】すなわち、本発明は、引上げ法とくにチョ
クラルスキー法による単結晶の引上げ装置であって、る
つぼ上方の引上げ装置チャンバの内壁にその一端が固定
され、単結晶周囲取り囲んで原料融液表面近傍にまで他
端が達した円筒体とを備えたものにおいて、円筒体内外
気相部の差圧を検出する検出機構と、この差圧を単結晶
の育成中所定のプログラムにしたがって制御する制御機
構とを備えたことを特徴としている。なお、円筒体内外
気相部の差圧を検出する検出機構の検出部には、静電容
量式の圧力測定素子または半導体圧力センサを用いると
良い。
【0011】また別の発明として、円筒体内外気相部の
圧力差を単結晶の育成時所定のプログラムにしたがって
制御することを特徴としている。
【0012】
【作用】いま本発明を、図1を用いて説明すれば、単結
晶引上げ装置100のチャンバ200内には、るつぼ1上方の
チャンバ内壁2より融液面3近くに垂下された円筒体4
が備えられ、この円筒体の内部の圧力を検出する検出
器、たとえばセンサー5と、円筒体外部の圧力を検出す
るセンサー6とが、チャンバー200 の外壁に設置されて
いる。単結晶は、融液面3に浸漬した種結晶7を、引上
げ機構8により徐々に引上げつつ原料融液中より育成さ
れる。育成中の単結晶9を取り囲んだ円筒体4内には、
上方から新鮮な不活性ガスたとえば、アルゴンを常時流
下させ、融液面より生じる一酸化ケイ素や、装置内部品
からの揮散不純物をるつぼ外へと導き、最終的に、チャ
ンバ底部もしくは、側部に設けられた排気口10から系外
へと運び去る。前記のようにに円筒体4の内外には、気
相部20及び30の圧力差を検出する検出器5,6が設けら
れ、その結果を、引上げ装置外の中央制御器40へと出力
する。中央制御器40では、その時点における円筒体4内
外の差圧をあらかじめプログラムされた値と比較演算を
行ない、差圧を制御すべく信号をバルブ制御器50へと出
力する。この信号受けて、バルブ制御器50は、ガス供給
側の弁12と排気側の弁13に対して開閉信号を送り、差圧
があらかじめプログラムされた値に保たれるよう制御す
る。前記検出器5,6と中央制御器40の差圧を判定する
機構とで検出機構が構成される。
【0013】また、融液面から揮散する一酸化ケイ素を
絶えず一定量排出するためには、アルゴンガスの流れパ
ターンと、その流量を一定に維持する必要がある。単結
晶の引上げに伴う融液面の低下により、円筒体と融液面
とのクリアランスが変化すると、流れのパターンが変化
しガス滞留を起こすことになる。これが、揮散一酸化ケ
イ素のるつぼ壁への沈積の原因となったりするから、ク
リアランスが一定になるよう、必要に応じ融液面の低下
に同期させてるつぼ駆動装置60に中央制御器40より信号
を送り、るつぼを上昇させ、同期制御を行なう。
【0014】
【実施例1】図1は、本発明の一実施例を示す単結晶引
上げ装置の縦断面図ある。符号25は、加熱機構である
ところのヒータ11により、るつぼ1中に溶融されたシ
リコンの原料融液である。また、符号9は、原料融液2
5より、引上げ機構8の先端に把持した種結晶7下に、
引上げにより成長しつつある単結晶である。単結晶の周
囲には円筒体であるところのパージチューブ4がチヤン
バー上部で固定される。バージチューブの先端は、縮径
して融液面3近傍にまで達している。パージチューブ4
内には、チヤンバー上部の供給口14よりアルゴンガス
が導入される。アルゴンガスは、引上げ単結晶に沿って
下降し、パージチューブ先端より反転して、るつぼ縁の
上部を通り、最終的にチヤンバー底部に設けた排気口1
0より排出される。そして、パージチューブの内外の気
相部の圧力を検出する検出器である圧力センサー5及び
6が、パージチューブ上部と、チヤンバー壁に設けられ
ている。圧力センサー5及び6は、静電容量式のもので
あり、4〜6桁の測定精度を有した高精度のものを用い
ている。圧力測定用素子としては、ピラニゲージ等の圧
力検知素子があるが、これらの素子は長期間の圧力測定
に当って出力が一定せず、本発明の実施に要求されるよ
うな高精度の圧力制御には不向きであることが判った。
本発明に採用され待る圧力検出素子としては、他に半導
体の歪みを利用した、いわゆる半導体圧力センサがあ
る。本実施例においては、前記のように静竜容量式のも
のを採用しているため、圧力制御の精度は極めて高く、
引上げ結晶中の酸素濃度制御を高精度で行なうことがで
きる。圧力センサーで検出したパージチューブ内外の差
圧は、引上げ装置外に備えた中央制御器40に信号とし
て入力され、この値を基に、ガス導入用バルブ12、排
気用バルブ13のいずれか、又は両方の開度を変化させ
て、前記差圧をあらかじめプログラムされた値に保つ。
また、必要に応じ、るつぼの上下をも制御し、ガスのコ
ンダクタンスを変化させる。
【0015】図1に示した引上げ装置を用いて、半導体
シリコン単結晶の引上げを行なった。
【0016】まず、φ16″のるつぼ1に、原料シリコン
40Kgを溶解し、種結晶7をシリコン融液25に浸漬し引上
げる。このとき、円筒体であるパージチューブ4は、シ
リコン融液面上数10mm上方に位置させる。単結晶9の引
上げに伴なってシリコン融液の高さは低下する。これを
打ち消すようにるつぼを上昇させ、円筒体先端とシリコ
ン融液の間隔が一定となるように保つ。この間隔として
は、10〜50mmが適当である。引上げプロセスのネック、
テーパー、直胴部の引上げ等は、通常のチョクラルスキ
ー法による方法と全く同じである。
【0017】使用する不活性ガスは、アルゴンで、その
圧力は0.5〜500 mbar.望ましくは1〜20 mbar.である。
アルゴンは、パージチューブ4の上方より導入され、引
上げ中のシリコン単結晶の外周部を通過し、パージチュ
ーブ下端の開口部と、シリコン融液の間を流れる。この
とき、蒸発性のSiOが運び去られる。
【0018】本実施例においては、引上げに伴ない、ア
ルゴンガスのパージチューブ内の圧力を所定のプログラ
ムに従って増加させ、またパージチューブ内外の圧力差
も図2のように増大させた。
【0019】こうして引上げたシリコン単結晶の長さ方
向の酸素濃度を図3に示す。図3より明らかなように、
引上げに伴ないパージチューブ内外の圧力差を増大させ
ると、従来のようにこれを一定に保ったものより引上げ
単結晶中の酸素濃度をより一定にすることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、引上げられる単結晶中
の酸素濃度をその長さ方向により均一に一定に保つこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である単結晶引上げ装置の縦
断面図。
【図2】本発明の一実施例における単結晶引上げにとも
なう円筒体内外の差圧を示す図。
【図3】本発明により引上げたシリコン単結晶の長さ方
向の酸素濃度分布を示す図。
【符号の説明】 1 るつぼ 2 チャンバー内壁 3 融液面 4 円筒体(パージチューブ) 5,6 圧力センサー 7 種結晶 8 引上げ装置 9 単結晶 10 排気口 11 ヒータ 12,13 弁 14 供給口 20,30 気相部 25 原料融液 40 中央制御器 100 引上げ装置 200 チャンバー
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/208

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料を充填するるつぼと、るつぼ周囲に設
    けられ原料を溶解する加熱機構と、溶融原料に種結晶を
    浸漬して単結晶を引上げる引上げ機構と、るつぼ上方の
    引上げ装置チャンバの内壁にその一端が固定され、単結
    晶の引上げ域の周囲を取り囲んで原料融液充填域近傍に
    まで他端が達した円筒体とを備えた単結晶の引上げ装置
    において、円筒体内外気相部の圧力差を検出する検出機
    構と、検出された差圧に基づき、引上げ装置内への不活
    性ガスの供給量及び/または引上げ装置外への排気量と
    を制御して、前記差圧を単結晶の育成中所定のプログラ
    ムにしたがって、引上げ単結晶中へ取り込まれる酸素濃
    度を制御する制御機構とを備えたことを特徹とする単結
    晶引上げ装置
  2. 【請求項2】前記円筒内外気相部の圧力検出機構の圧力
    検出手段が、静竜容量式の圧力測定素子または半導体圧
    力センサであることを特徴とする請求項1記載の単結晶
    引上げ装置。
  3. 【請求項3】るつぼ内に溶解された原料融液に、るつぼ
    上方の引上げ装置チャンバの内壁より単結晶引上げ域を
    囲んで垂下された円筒体内を通じ、種結晶を浸漬して徐
    々に引上げ、種結晶下に単結晶を育成する単結晶の引上
    げ方法において、円筒体内外気相部の圧力差を単結晶の
    育成時所定のプログラムにしたがって、引上げ単結晶中
    へ取り込まれる酸素濃度を制御することを特徴とする単
    結晶の引上げ方法。
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KR101279390B1 (ko) * 2011-04-13 2013-07-04 주식회사 엘지실트론 단결정 잉곳 성장장치 및 잉곳 성장장치에서의 가스분사방법

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