JP3006669B2 - 結晶欠陥の均一なシリコン単結晶の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

結晶欠陥の均一なシリコン単結晶の製造方法およびその製造装置

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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶の成長方向で結晶
欠陥が均一なチョクラルスキー法（引き上げ法）による
シリコン単結晶を製造する方法、およびその製造装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法によって製造した単
結晶シリコン中には、結晶成長中に種々の微小欠陥が導
入される。これらの微小欠陥は、主に酸素析出起因の欠
陥である場合が多く、シリコン単結晶より採取したウェ
ーハを所定の酸素析出用の熱処理後、該ウェーハを劈開
して選択エッチング後、その劈開面上を顕微鏡で観測す
ることで検出され、このようにして検出された微小欠陥
のことをＢＭＤ(Bulk Micro-Defect) と称される。しか
して、このＢＭＤはＬＳＩ製造工程においてゲッタリン
グ中心として働き、デバイス製造工程中に導入される種
々の不純物等を取り込み、デバイス形成領域を清浄に保
ち、デバイス製造歩留りを向上させる機能を有する。
【０００３】一方、このＢＭＤが多過ぎるとデバイス形
成領域にも悪影響を及ぼし、リーク電流の発生等、特性
劣化の原因となる。また、ＢＭＤが少なすぎると、前記
ゲッタリング効果が望めなくなる。従って、歩留りよく
ＬＳＩを製造するためにはＢＭＤ密度を制御し、結晶中
に過不足なく導入されることが重要となる。必要とされ
るＢＭＤの密度は、デバイス工程の種類、熱処理条件、
工程汚染度等により変るため、シリコン単結晶を成長さ
せる際に、要求される目標のＢＭＤ密度の範囲内に入れ
られるか否かによって結晶の歩留りが大きく左右される
こととなる。
【０００４】しかるに、チョクラルスキー法によるシリ
コン単結晶中に導入されるＢＭＤ密度は、同一シリコン
単結晶中でも種結晶側と尾部側とでは大幅に異なり、種
結晶側は尾部の 100倍以上、時には数1000倍もの密度と
なる。従って、一本のシリコン単結晶のうち、目標とす
るＢＭＤ密度の部分がわずかしかなく、著しく単結晶歩
留りの低下をきたしてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、チョクラルスキー法によ
るシリコン単結晶の結晶欠陥密度（ＢＭＤ密度）を結晶
成長方向（結晶軸方向）で均一化し、シリコン単結晶の
歩留り向上を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、チョクラ
ルスキー法によって、シリコン単結晶成長時にその成長
単結晶が受けた熱履歴と、導入された結晶欠陥密度との
関係を種々、調査、検討した結果本発明を完成させたも
ので、その主な要旨はチョクラルスキー法によってシリ
コン単結晶を製造する場合において、育成されるシリコ
ン単結晶が結晶成長時に 600℃から 700℃までの温度域
を通過する時間が８０分以下となるようにすることを特
徴とするシリコン単結晶の製造方法、およびチョクラル
スキー法によってシリコン単結晶を製造する場合におい
て、ルツボ内の原料融液面よりチャンバー上部内面まで
の距離をルツボ径以上とし、融液面よりチャンバー上部
内面までの結晶温度を 700℃以上に保持することを特徴
とするシリコン単結晶の製造方法、さらにはチョクラル
スキー法によるシリコン単結晶を製造する装置であっ
て、ルツボ内の原料融液面よりチャンバー上部内面まで
の距離をルツボ径以上に設定しかつ、ルツボ及びヒータ
ーを囲繞する断熱筒をチャンバー上部内面まで延長しル
ツボ内の原料融液面よりチャンバー上部内面までの結晶
温度を 700℃以上に保持したことを特徴とするシリコン
単結晶の製造装置というものである。
【０００７】以下、本発明につき詳細に説明する。従来
のチョクラルスキー法で製造したシリコン単結晶のＢＭ
Ｄ密度は図１の破線で示されているように種結晶側で多
く、尾部側で少ない。これは結晶の種側と尾部側とでは
熱履歴に著しい相異があるため、酸素析出の仕方や量に
相違があり、結果としてＢＭＤ密度に影響を及ぼしてい
るものと思われる。しかし、これはチョクラルスキー法
によってシリコン単結晶を製造するに当っては避けられ
ない事であり、結晶成長中に結晶の各部位の熱履歴を全
く同一にすることは不可能である。従って、例えば図２
（ａ）に示したような従来型の炉内構造でシリコン単結
晶を製造すると、必然的に図１の破線のようなＢＭＤ密
度分布となり、目標とするＢＭＤ密度の範囲に入る結晶
部位が少なくなり、結晶の歩留りが低下するのである。
【０００８】そこで、本発明者らは結晶成長中の熱履歴
を結晶の種側と尾部とで全く同じにすることはできない
ことから、シリコン単結晶が結晶成長炉の引き上げ室内
に位置する間に（チャンバー上部内面より下）、結晶を
700℃以上に保持することとし、酸素析出に最も影響を
与える 600℃〜 700℃にならないようにしたのである。
すなわち、一般にチョクラルスキー法によるシリコン単
結晶の酸素析出量は、600℃〜 700℃の熱処理を加える
ことで著しく増加することが知られており（シリコン
培風館 阿部孝夫著 P195参照）、従って結晶成長中
に、この温度領域の通過時間の長いシリコン単結晶の種
側は酸素析出が多く、ＢＭＤ密度も多いものとなる。よ
って、シリコン単結晶が成長中、引き上げ室内に位置す
る間は 700℃以上に保てば、その後、結晶はチャンバー
首部に到達し急冷却されるため、シリコン単結晶の種側
の 600℃〜 700℃の通過時間を短縮することができ、種
側と尾部とで 600〜 700℃の温度領域に関しては、その
通過時間を略同一とすることができる。
【０００９】そこで、本発明者らは、この点に鑑みて各
種炉内構造における結晶温度を、数値計算により推定し
た。その結果、融液面よりチャンバー上部内面までを 7
00℃以上に保持し、育成されるシリコン単結晶の 600〜
700℃までの温度域を通過する時間を短縮するために
は、図２（ｂ）のような炉内構造とすればよいことが判
った。すなわち従来法図２（ａ）に対しヒーター４を取
り巻く断熱筒５をそのままの状態で上部に延長し、チャ
ンバー上部内面まで伸ばすことでチャンバー上部空間の
保温をはかり、この部分に到達した結晶表面からの輻射
熱の散逸が減少し、融液面よりチャンバー上部内面まで
の結晶温度を 700℃以上に保つことが出来るのである。
従来型の炉内構造図２（ａ）では、断熱筒はチャンバー
の上部内面までは到達しておらず、この部分から熱の散
逸があるため、成長結晶は上部より冷却が進み、チャン
バー引き上げ室内に位置する時に既に上部は 700℃未満
になってしまう。従って、従来では結晶の種側の 600〜
700℃の通過時間が尾部側より長く、ＢＭＤ密度の不均
一が生じるのである。
【００１０】断熱筒の上部への延長の仕方は、従来の断
熱筒５をそのまま上部に伸長させればよく、チャンバー
上部内面まで伸ばす必要がある。その先端はチャンバー
上部内面近傍まで達していればよく、先端が実際にチャ
ンバー上部内面に接している必要はなく、数cmの間隙が
あってもよい。すなわち、結晶温度をチャンバー上部内
面までの高さで 700℃以上に保持できればよい。またこ
の場合、ルツボ内の原料融液面よりチャンバー上部内面
までの距離をルツボ径以上とするのが好ましい。なぜな
らば、ルツボ内の原料融液面よりチャンバー上部内面ま
での距離が長くなれば、これに応じて結晶成長中に 600
〜 700℃まで下がらない温度領域が拡大し、その後チャ
ンバー首部で結晶は急冷却され 600〜 700℃の温度域を
通過する時間が短縮され、種側のＢＭＤ密度の増加を抑
制することができる。しかし、ルツボ内の原料融液面よ
りチャンバー上部内面までの距離をルツボ径より小さく
すると、チャンバー首部の温度が上り、首部での急冷却
効果が小さくなり、 600〜 700℃の温度域を通過する時
間が長めになってしまうからである（図４参照）。
【００１１】このような構造をもつ炉により、実際に結
晶を成長させ温度分布を測定したところ図３に示したよ
うに、融液面よりチャンバー上部内面までの温度を 700
℃以上に保つことができ（図３ａ参照）、育成されるシ
リコン単結晶の種側が 600〜700℃までの温度域を通過
する時間を従来の１００分以上から８０分以下とするこ
とができた（図３ｂ参照）。このような炉から製造され
たシリコン単結晶のＢＭＤ密度分布は図１の実線で示し
たごときになっており、種側のＢＭＤ密度が減少し、種
側から尾部まで、ＢＭＤ密度の均一な結晶を得ることが
出来た。
【００１２】
【作用】本発明により、育成されるシリコン単結晶の種
側の成長時における 600〜 700℃までの温度域を通過す
る時間が従来より短縮されるので、種側のＢＭＤ密度を
減少させることができ、結晶成長方向におけるＢＭＤ密
度の均一化をはかることができる。
【００１３】
【実施例】
（実施例、比較例）チョクラルスキー法で18”φ石英ル
ツボに、原料多結晶シリコン50kgをチャージし、６”
φ，方位〈１００〉の結晶を、図２（ａ）のごとき従来
の急冷型の炉内構造と、図２（ｂ）に示した本発明たる
原料融液面からチャンバー上部内面までの温度を 700℃
以上に保持できる炉内構造で引き上げた。出来た結晶の
ＢＭＤ密度を測定し、結果を図５に示した。図５から明
らかなように、実施例では種側のＢＭＤ密度が低下し、
成長方向でほぼ均一な結晶が製造できた。尚、ＢＭＤの
測定は、結晶胴体部より切り出した約１ｍｍ厚のウェー
ハを、酸素雰囲気中で 800℃／４時間の熱処理後、1000
℃／16時間の熱処理を施し、そのウェーハの劈開面を選
択エッチングで処理したあと、光学顕微鏡により半径方
向へスキャンさせ目視でカウントする方法により行っ
た。
【００１４】
【発明の効果】本発明により、チョクラルスキー法によ
って製造したシリコン単結晶の種側のＢＭＤ密度を下げ
ることができ、引き上げたシリコン単結晶の軸方向のＢ
ＭＤ密度を均一化することができる。よって、目標とす
るＢＭＤ密度の範囲内の結晶比率を高めることが出来る
ため、結晶歩留りの著しい向上が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶の成長方向におけるＢＭＤ密度
分布を示した図である。
【図２】チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造
装置の炉内構造を示した慨略図である。 （ａ）従
来型 （ｂ）本発明
【図３】結晶温度と湯面からの距離（ａ）および各温度
帯の通過時間（ｂ）との関係を示した図である。
【図４】ルツボ径と原料融液面よりチャンバー上部内面
までの距離との比の異なった炉内構造からできた結晶に
おける、シリコン単結晶の成長方向のＢＭＤ密度分布を
示した図である。
【図５】実施例および比較例におけるシリコン単結晶の
成長方向のＢＭＤ密度分布を示した図である。
【符号の説明】
１…チャンバー ２…シリコン単結晶 ３…ルツボ ４…カーボンヒーター ５…断熱筒 ６…上部伸長断熱筒 ７…引き上げ室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 友彦 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社 白河工場 内 (56)参考文献 特開 平７−41384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チョクラルスキー法によってシリコン単
    結晶を製造する場合において、育成されるシリコン単結
    晶が結晶成長時に 600℃から 700℃までの温度域を通過
    する時間が８０分以下となるようにすることを特徴とす
    る、シリコン単結晶の製造方法。
  2. 【請求項２】 チョクラルスキー法によってシリコン単
    結晶を製造する場合において、融液面よりチャンバー上
    部内面までの結晶温度を 700℃以上に保持することを特
    徴とする、シリコン単結晶の製造方法。
  3. 【請求項３】 チョクラルスキー法によってシリコン単
    結晶を製造する場合において、ルツボ内の原料融液面よ
    りチャンバー上部内面までの距離をルツボ径以上とし、
    融液面よりチャンバー上部内面までの結晶温度を 700℃
    以上に保持することを特徴とする、シリコン単結晶の製
    造方法。
  4. 【請求項４】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
    晶を製造する装置であって、ルツボ及びヒーターを囲繞
    する断熱筒をそのままの状態でチャンバー上部内面まで
    延長したことを特徴とする、シリコン単結晶の製造装
    置。
  5. 【請求項５】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
    晶を製造する装置であって、ルツボ内の原料融液面より
    チャンバー上部内面までの距離をルツボ径以上に設定し
    かつ、ルツボ及びヒーターを囲繞する断熱筒をチャンバ
    ー上部内面まで延長したことを特徴とする、シリコン単
    結晶の製造装置。
  6. 【請求項６】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
    晶を製造する装置であって、ルツボ及びヒーターを囲繞
    する断熱筒をチャンバー上部内面まで延長しルツボ内の
    原料融液面よりチャンバー上部内面までの結晶温度を 7
    00℃以上に保持したことを特徴とする、シリコン単結晶
    の製造装置。
  7. 【請求項７】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
    晶を製造する装置であって、ルツボ内の原料融液面より
    チャンバー上部内面までの距離をルツボ径以上に設定し
    かつ、ルツボ及びヒーターを囲繞する断熱筒をチャンバ
    ー上部内面まで延長しルツボ内の原料融液面よりチャン
    バー上部内面までの結晶温度を 700℃以上に保持したこ
    とを特徴とする、シリコン単結晶の製造装置。
JP7152841A 1995-06-20 1995-06-20 結晶欠陥の均一なシリコン単結晶の製造方法およびその製造装置 Expired - Fee Related JP3006669B2 (ja)

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