JP3534138B2 - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents
シリコン単結晶の育成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法（以下、ＣＺ法という）によりシリコン融液から単結
晶を育成する方法に関する。更に詳しくは、種結晶をシ
リコン融液に接触させる方法に関するものである。
法（以下、ＣＺ法という）によりシリコン融液から単結
晶を育成する方法に関する。更に詳しくは、種結晶をシ
リコン融液に接触させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶の育成方法として
ルツボ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン
単結晶を成長させるＣＺ法が知られている。この方法
は、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接
触させ、種結晶を引上げてシリコン融液から種絞り部分
を作製し、その後目的とするシリコン棒の直径まで結晶
を徐々に太らせて成長させることにより、必要な面方位
を有する無転位の単結晶棒を得る方法である。この単結
晶を得るに際しては種結晶がシリコン融液に接触する際
の熱応力のために種結晶にスリップ転位が導入され、無
転位の単結晶を得ることが困難であるために通常ダッシ
ュ（Ｄａｓｈ）法が広く利用されている(W.C. Dash, J.
Appl. Phys. 29 736-737(1958))。
ルツボ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン
単結晶を成長させるＣＺ法が知られている。この方法
は、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接
触させ、種結晶を引上げてシリコン融液から種絞り部分
を作製し、その後目的とするシリコン棒の直径まで結晶
を徐々に太らせて成長させることにより、必要な面方位
を有する無転位の単結晶棒を得る方法である。この単結
晶を得るに際しては種結晶がシリコン融液に接触する際
の熱応力のために種結晶にスリップ転位が導入され、無
転位の単結晶を得ることが困難であるために通常ダッシ
ュ（Ｄａｓｈ）法が広く利用されている(W.C. Dash, J.
Appl. Phys. 29 736-737(1958))。
【０００３】このダッシュ法は種結晶をシリコン融液に
接触させた後に直径を３ｍｍ程度に一旦細くして種絞り
部分を形成することにより、種結晶に導入されたスリッ
プ転位から伝播した転位を消滅させ、無転位の単結晶を
得るものである。即ちダッシュ法では、種結晶から引き
続き成長させる単結晶部に直径の小さい種絞り部分が必
要であり、この種絞り部が所定の値以上であると十分に
無転位化することが困難である。現在では十分に無転位
化できる種絞り部の直径は上述した約３ｍｍが限界値と
いわれている。
接触させた後に直径を３ｍｍ程度に一旦細くして種絞り
部分を形成することにより、種結晶に導入されたスリッ
プ転位から伝播した転位を消滅させ、無転位の単結晶を
得るものである。即ちダッシュ法では、種結晶から引き
続き成長させる単結晶部に直径の小さい種絞り部分が必
要であり、この種絞り部が所定の値以上であると十分に
無転位化することが困難である。現在では十分に無転位
化できる種絞り部の直径は上述した約３ｍｍが限界値と
いわれている。
【０００４】一方、実際に使用される無転位の単結晶棒
の実用的な長さは約１ｍ必要といわれている。これはこ
の長さ以下の単結晶は実際に使用する際の加工において
削除される箇所が多く、製造コストが高価となり実用的
な価値が消滅してしまうからである。従って、種絞り部
の直径が制限されると種絞り部が支持可能な単結晶の重
量に限界が生じ、実用的な長さの単結晶棒を得るために
は必然的に単結晶の直径が制限されることになる。例え
ば、従来の３ｍｍの種絞り部の直径で１ｍの長さ以上の
単結晶を引き上げるにはその直径は約３００ｍｍが限界
であるといわれている。
の実用的な長さは約１ｍ必要といわれている。これはこ
の長さ以下の単結晶は実際に使用する際の加工において
削除される箇所が多く、製造コストが高価となり実用的
な価値が消滅してしまうからである。従って、種絞り部
の直径が制限されると種絞り部が支持可能な単結晶の重
量に限界が生じ、実用的な長さの単結晶棒を得るために
は必然的に単結晶の直径が制限されることになる。例え
ば、従来の３ｍｍの種絞り部の直径で１ｍの長さ以上の
単結晶を引き上げるにはその直径は約３００ｍｍが限界
であるといわれている。
【０００５】しかし近年の単結晶の大口径化の必要性は
特にＶＬＳＩの集積化が進むことに起因して高まってお
り、従来の直径の極めて小さい種絞り部分では例えば直
径が３００ｍｍ以上の大重量化した単結晶を実用的な長
さで引き上げるためには強度が十分でなく、種絞り部分
の破損により単結晶棒が落下する等の重大な事故を生じ
る恐れがあった。また、ダッシュ法では、種絞りを行う
ことに比較的長い時間を必要とし、一度種絞りを失敗す
ると再び長時間かけてやり直す必要があり、成長プロセ
スにおける効率低下という不具合を招いていた。この点
を解消するために、種結晶の先端形状を楔状とし、シリ
コン融液との接触断面積を極力少なくしたシリコン単結
晶の種結晶（特開平５−１３９８８０）や、種結晶の先
端にテーパをつけた単結晶成長方法（特開平４−１０４
９８８）などが提案されている。これらの種結晶では、
種結晶の先端部における断面積が小さいことから、それ
がシリコン融液に接触する際の熱応力を軽減し、種絞り
部分の直径を比較的大きくすることができかつ種絞り時
間の短縮を図ることができる。
特にＶＬＳＩの集積化が進むことに起因して高まってお
り、従来の直径の極めて小さい種絞り部分では例えば直
径が３００ｍｍ以上の大重量化した単結晶を実用的な長
さで引き上げるためには強度が十分でなく、種絞り部分
の破損により単結晶棒が落下する等の重大な事故を生じ
る恐れがあった。また、ダッシュ法では、種絞りを行う
ことに比較的長い時間を必要とし、一度種絞りを失敗す
ると再び長時間かけてやり直す必要があり、成長プロセ
スにおける効率低下という不具合を招いていた。この点
を解消するために、種結晶の先端形状を楔状とし、シリ
コン融液との接触断面積を極力少なくしたシリコン単結
晶の種結晶（特開平５−１３９８８０）や、種結晶の先
端にテーパをつけた単結晶成長方法（特開平４−１０４
９８８）などが提案されている。これらの種結晶では、
種結晶の先端部における断面積が小さいことから、それ
がシリコン融液に接触する際の熱応力を軽減し、種絞り
部分の直径を比較的大きくすることができかつ種絞り時
間の短縮を図ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した種結
晶は固体であることからシリコン融液に接触する際の熱
応力を軽減するには限界があり、転位密度を完全にゼロ
にすることはできない。これに従って、種絞り部分の直
径を大きくすることは期待するほど大きくできず、未だ
解決しなければならない問題点が残存していた。本発明
の目的は、種結晶をシリコン融液に接触させた際に種結
晶に導入される転位を軽減又は実質的に消滅させ、種絞
り工程の時間をより一層短縮し得るシリコン単結晶の育
成方法を提供することにある。本発明の別の目的は、種
絞り部の直径を大きくすることにより、大直径で大重量
のシリコン単結晶を確実に支持し、かつ種結晶に導入さ
れる転位に起因したシリコン単結晶の結晶欠陥が実質的
に存在しないシリコン単結晶の育成方法を提供すること
にある。
晶は固体であることからシリコン融液に接触する際の熱
応力を軽減するには限界があり、転位密度を完全にゼロ
にすることはできない。これに従って、種絞り部分の直
径を大きくすることは期待するほど大きくできず、未だ
解決しなければならない問題点が残存していた。本発明
の目的は、種結晶をシリコン融液に接触させた際に種結
晶に導入される転位を軽減又は実質的に消滅させ、種絞
り工程の時間をより一層短縮し得るシリコン単結晶の育
成方法を提供することにある。本発明の別の目的は、種
絞り部の直径を大きくすることにより、大直径で大重量
のシリコン単結晶を確実に支持し、かつ種結晶に導入さ
れる転位に起因したシリコン単結晶の結晶欠陥が実質的
に存在しないシリコン単結晶の育成方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、チョクラルスキー法により種結晶２
１を降下させてその先端部をシリコン融液２３に接触さ
せた後種結晶２１を引上げてシリコン単結晶を育成する
方法の改良である。その特徴ある構成は、図３に示すよ
うに、種結晶４１が、育成装置の種結晶ホルダ１９ａに
保持される基部４１ａと、その基部４１ａより小径の棒
状に形成されシリコン融液２３に接触させかつ溶融させ
る接触部４１ｂと、基部４１ａと接触部４１ｂとを連結
する先細りに形成された連結部４１ｃと、連結部４１ｃ
と接触部４１ｂとの連結箇所に形成され接触部４１ｂよ
り小径の１又は２以上のくびれ４１ｄとを備え、接触部
４１ｂの断面積が基部４１ａの断面積の大きくとも４分
の１であり、シリコン融液２３に接触させた種結晶４１
を接触点より０．０１〜０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で
更に降下させ種結晶４１の先端部を少なくとも３０ｍｍ
シリコン融液２３に浸漬溶融させた後種結晶２１を引上
げることにある。種結晶２１をシリコン融液２３に接触
させた瞬間に種結晶２１の下部、即ち種結晶２１のシリ
コン融液２３に接触する部分近傍には多数の転位２０が
導入される。一方種結晶２１の上部、即ち種結晶２１の
シリコン融液２３に接触する部分から遠い部分は無転位
の状態が維持される。従って、種結晶２１をシリコン融
液２３に接触させた後、非常にゆっくりと降下させて、
転位欠陥が導入された部分、即ち種結晶２１のシリコン
融液２３に接触する部分近傍を溶融させ、最終的に種結
晶２１の上部をシリコン融液２３と隣接させることによ
り転位密度の低い固体界面が得られる。
図１に示すように、チョクラルスキー法により種結晶２
１を降下させてその先端部をシリコン融液２３に接触さ
せた後種結晶２１を引上げてシリコン単結晶を育成する
方法の改良である。その特徴ある構成は、図３に示すよ
うに、種結晶４１が、育成装置の種結晶ホルダ１９ａに
保持される基部４１ａと、その基部４１ａより小径の棒
状に形成されシリコン融液２３に接触させかつ溶融させ
る接触部４１ｂと、基部４１ａと接触部４１ｂとを連結
する先細りに形成された連結部４１ｃと、連結部４１ｃ
と接触部４１ｂとの連結箇所に形成され接触部４１ｂよ
り小径の１又は２以上のくびれ４１ｄとを備え、接触部
４１ｂの断面積が基部４１ａの断面積の大きくとも４分
の１であり、シリコン融液２３に接触させた種結晶４１
を接触点より０．０１〜０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で
更に降下させ種結晶４１の先端部を少なくとも３０ｍｍ
シリコン融液２３に浸漬溶融させた後種結晶２１を引上
げることにある。種結晶２１をシリコン融液２３に接触
させた瞬間に種結晶２１の下部、即ち種結晶２１のシリ
コン融液２３に接触する部分近傍には多数の転位２０が
導入される。一方種結晶２１の上部、即ち種結晶２１の
シリコン融液２３に接触する部分から遠い部分は無転位
の状態が維持される。従って、種結晶２１をシリコン融
液２３に接触させた後、非常にゆっくりと降下させて、
転位欠陥が導入された部分、即ち種結晶２１のシリコン
融液２３に接触する部分近傍を溶融させ、最終的に種結
晶２１の上部をシリコン融液２３と隣接させることによ
り転位密度の低い固体界面が得られる。
【０００８】また、種結晶４１のシリコン融液２３に最
初に接触する面積が小さければ、シリコン融液接触時の
熱応力が低減され、種結晶４１に導入される転位密度自
体を小さくすることができる。従って、種結晶４１をシ
リコン融液２３に接触させた後、非常にゆっくりと降下
させて、転位欠陥が導入された部分、即ち接触部４１ｂ
を溶融させることにより連結部４１ｃがシリコン融液２
３に達した時点では転位密度の更に低い固体界面を得る
ことができる。４分の１を越えると上記効果が低下す
る。ここで、シリコン単結晶は歴史的に見るとその優れ
た結晶性のために〈１１１〉シリコン単結晶が半導体デ
バイスの製造に最も多用されていた。しかし、〈１１
１〉結晶と同等の〈１００〉シリコン単結晶を得られる
現在では、半導体デバイスの製造においては｛１００｝
シリコン単結晶も用いられるようになっている。このよ
うに現在主として使用されている〈１１１〉，〈１０
０〉結晶では、すべり面は｛１００｝或いは｛１１１｝
成長面に対してそれぞれ５４．７４゜，７０．５３゜を
成していることが知られている。このため、転位が導入
された接触部４１ｂに連結する連結部４１ｃに接触部４
１ｂより小径のくびれ４１ｄを形成することにより、す
べり面がくびれ４１ｄと交わり、転位が連結部４１ｃに
伝播することを防止して、転位を確実に除去することが
できる。
初に接触する面積が小さければ、シリコン融液接触時の
熱応力が低減され、種結晶４１に導入される転位密度自
体を小さくすることができる。従って、種結晶４１をシ
リコン融液２３に接触させた後、非常にゆっくりと降下
させて、転位欠陥が導入された部分、即ち接触部４１ｂ
を溶融させることにより連結部４１ｃがシリコン融液２
３に達した時点では転位密度の更に低い固体界面を得る
ことができる。４分の１を越えると上記効果が低下す
る。ここで、シリコン単結晶は歴史的に見るとその優れ
た結晶性のために〈１１１〉シリコン単結晶が半導体デ
バイスの製造に最も多用されていた。しかし、〈１１
１〉結晶と同等の〈１００〉シリコン単結晶を得られる
現在では、半導体デバイスの製造においては｛１００｝
シリコン単結晶も用いられるようになっている。このよ
うに現在主として使用されている〈１１１〉，〈１０
０〉結晶では、すべり面は｛１００｝或いは｛１１１｝
成長面に対してそれぞれ５４．７４゜，７０．５３゜を
成していることが知られている。このため、転位が導入
された接触部４１ｂに連結する連結部４１ｃに接触部４
１ｂより小径のくびれ４１ｄを形成することにより、す
べり面がくびれ４１ｄと交わり、転位が連結部４１ｃに
伝播することを防止して、転位を確実に除去することが
できる。
【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、種結晶２１の引上げ時にダッシュ法による
種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍにするシリコン単結晶
の育成方法である。請求項１に係る発明の種結晶２１の
上部からダッシュ法による種絞り部分を形成するとき
に、この種結晶２１の上部の固体界面は転位密度が低い
ため、種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍと従来の直径の
３ｍｍより大きくしても、種結晶に導入される転位が軽
減されるか、又は実質的に消滅しているため、この転位
に起因したシリコン単結晶の結晶欠陥は実質的に存在し
ない。５ｍｍ未満では従来の種絞り部分の直径とあまり
差はなく大直径で大重量のシリコン単結晶を確実に支持
できない。また１０ｍｍを越えると転位残留の恐れが増
大するという不具合を生じる。
明であって、種結晶２１の引上げ時にダッシュ法による
種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍにするシリコン単結晶
の育成方法である。請求項１に係る発明の種結晶２１の
上部からダッシュ法による種絞り部分を形成するとき
に、この種結晶２１の上部の固体界面は転位密度が低い
ため、種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍと従来の直径の
３ｍｍより大きくしても、種結晶に導入される転位が軽
減されるか、又は実質的に消滅しているため、この転位
に起因したシリコン単結晶の結晶欠陥は実質的に存在し
ない。５ｍｍ未満では従来の種絞り部分の直径とあまり
差はなく大直径で大重量のシリコン単結晶を確実に支持
できない。また１０ｍｍを越えると転位残留の恐れが増
大するという不具合を生じる。
【００１０】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、接触部４１ｂの断面積が１５〜２５
ｍｍ2であり接触部４１ｂの長さが２０〜４０ｍｍであ
るシリコン単結晶の育成方法である。接触部４１ｂの断
面積が１５ｍｍ2未満では、基部４１ａの熱伝導が十分
でないために接触部４１ｂによるシリコン融液接触後の
熱応力を十分に低減することができない恐れがあり、接
触部４１ｂの断面積が２５ｍｍ2を越えると、接触部４
１ｂのシリコン融液接触時の熱衝撃が十分に緩和されな
い。また、接触部４１ｂの長さが２０ｍｍ未満では接触
部を設ける意味が薄らぎ、４０ｍｍを越えると転位が導
入された接触部４１ｂが既に溶融されたにもかかわら
ず、未だに接触部４１ｂを溶融しているという無用の溶
融時間が発生する。
係る発明であって、接触部４１ｂの断面積が１５〜２５
ｍｍ2であり接触部４１ｂの長さが２０〜４０ｍｍであ
るシリコン単結晶の育成方法である。接触部４１ｂの断
面積が１５ｍｍ2未満では、基部４１ａの熱伝導が十分
でないために接触部４１ｂによるシリコン融液接触後の
熱応力を十分に低減することができない恐れがあり、接
触部４１ｂの断面積が２５ｍｍ2を越えると、接触部４
１ｂのシリコン融液接触時の熱衝撃が十分に緩和されな
い。また、接触部４１ｂの長さが２０ｍｍ未満では接触
部を設ける意味が薄らぎ、４０ｍｍを越えると転位が導
入された接触部４１ｂが既に溶融されたにもかかわら
ず、未だに接触部４１ｂを溶融しているという無用の溶
融時間が発生する。
【００１１】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれか１項に係る発明であって、くびれ４１ｄの断面
積が接触部４１ｂの断面積の１／２以下であるシリコン
単結晶の種結晶である。転位が導入された接触部４１ｂ
に連結する連結部４１ｃに接触部４１ｂより小径のくび
れ４１ｄを形成することにより、すべり面がくびれ４１
ｄと交わり、転位が連結部４１ｃに伝播することを防止
して、転位を確実に除去することができる。図４に示す
ように、このくびれ４１ｄを複数設けることによりその
効果をより確実に発揮することができる。
いずれか１項に係る発明であって、くびれ４１ｄの断面
積が接触部４１ｂの断面積の１／２以下であるシリコン
単結晶の種結晶である。転位が導入された接触部４１ｂ
に連結する連結部４１ｃに接触部４１ｂより小径のくび
れ４１ｄを形成することにより、すべり面がくびれ４１
ｄと交わり、転位が連結部４１ｃに伝播することを防止
して、転位を確実に除去することができる。図４に示す
ように、このくびれ４１ｄを複数設けることによりその
効果をより確実に発揮することができる。
【００１２】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 ＜参考例１＞ 図６に示すように、ＣＺ法によるシリコン融液２３から
単結晶を育成する際に使用する育成装置では、炉体１１
の内部に炉体１１と同心円状に断熱材１２と加熱ヒータ
１３が配置され、炉体１１中央の回転軸１４の上端に固
定された黒鉛サセプタ１６に有底円筒状の石英ルツボ１
７が嵌合される。炉体１１の上部には回転・引上げ機構
１８が設けられ、ルツボ１７の上方にはこの回転・引上
げ機構１８からワイヤ１９を介して吊り下げられた種結
晶ホルダ１９ａに種結晶２１が配置される。回転・引上
げ機構１８は、図５に示すように、種結晶２１から成長
した高純度のシリコン単結晶棒２２を回転しつつ引上げ
て種結晶２１の下端に高純度のシリコン単結晶棒２２を
成長させるようになっている。
説明する。 ＜参考例１＞ 図６に示すように、ＣＺ法によるシリコン融液２３から
単結晶を育成する際に使用する育成装置では、炉体１１
の内部に炉体１１と同心円状に断熱材１２と加熱ヒータ
１３が配置され、炉体１１中央の回転軸１４の上端に固
定された黒鉛サセプタ１６に有底円筒状の石英ルツボ１
７が嵌合される。炉体１１の上部には回転・引上げ機構
１８が設けられ、ルツボ１７の上方にはこの回転・引上
げ機構１８からワイヤ１９を介して吊り下げられた種結
晶ホルダ１９ａに種結晶２１が配置される。回転・引上
げ機構１８は、図５に示すように、種結晶２１から成長
した高純度のシリコン単結晶棒２２を回転しつつ引上げ
て種結晶２１の下端に高純度のシリコン単結晶棒２２を
成長させるようになっている。
【００１３】図６に戻って、このような装置におけるシ
リコン単結晶の育成は、ヒータ１３の加熱によりルツボ
１７に多結晶を融解して作ったシリコン融液２３が貯留
され、そのシリコン融液面の直上には、図１（ａ）に示
すように、種結晶２１が位置する。この例における種結
晶は断面直径２０ｍｍの円形棒状であって、シリコン融
液面の直上に位置した状態で予熱される。その後回転・
引上げ機構１８によりワイヤ１９を伸ばして、図１
（ａ）の実線矢印に示すように種結晶２１を降下させ
る。降下した種結晶２１の先端部は図１（ｂ）に示すよ
うにシリコン融液２３に接触する。種結晶２１の先端部
をシリコン融液２３に接触させると、熱応力によりこの
先端部にスリップ転位２０が導入される。引き続いて、
回転・引上げ機構１８によりワイヤ１９を更に伸ばし
て、種結晶を接触点より０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で
更に降下させ、図１（ｃ）の二点鎖線で示すように、種
結晶２１の先端部を４０ｍｍ（図のＡ）だけシリコン融
液２３中に溶融させた。これにより先端部のスリップ転
位２０は種結晶２１から消滅した。その後、種結晶２１
を徐々に引上げて直径が約６ｍｍの種絞り部分を形成し
た後、シリコン単結晶の育成を行った。
リコン単結晶の育成は、ヒータ１３の加熱によりルツボ
１７に多結晶を融解して作ったシリコン融液２３が貯留
され、そのシリコン融液面の直上には、図１（ａ）に示
すように、種結晶２１が位置する。この例における種結
晶は断面直径２０ｍｍの円形棒状であって、シリコン融
液面の直上に位置した状態で予熱される。その後回転・
引上げ機構１８によりワイヤ１９を伸ばして、図１
（ａ）の実線矢印に示すように種結晶２１を降下させ
る。降下した種結晶２１の先端部は図１（ｂ）に示すよ
うにシリコン融液２３に接触する。種結晶２１の先端部
をシリコン融液２３に接触させると、熱応力によりこの
先端部にスリップ転位２０が導入される。引き続いて、
回転・引上げ機構１８によりワイヤ１９を更に伸ばし
て、種結晶を接触点より０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で
更に降下させ、図１（ｃ）の二点鎖線で示すように、種
結晶２１の先端部を４０ｍｍ（図のＡ）だけシリコン融
液２３中に溶融させた。これにより先端部のスリップ転
位２０は種結晶２１から消滅した。その後、種結晶２１
を徐々に引上げて直径が約６ｍｍの種絞り部分を形成し
た後、シリコン単結晶の育成を行った。
【００１４】＜参考例２＞
種結晶を次に記載するように変更して参考例１と同じ育
成装置により参考例１と同じ育成手順に従いシリコン単
結晶を育成した。本参考例に使用した種結晶３１は、図
２に示すように、育成装置の種結晶ホルダ１９ａに保持
される基部３１ａと、基部３１ａより小径の棒状に形成
された接触部３１ｂと、基部３１ａと接触部３１ｂとを
連結する先細りに形成された連結部３１ｃとにより構成
される。基部３１ａは断面直径２０ｍｍの円形棒状に形
成され、接触部３１ｂの断面直径は４ｍｍであり長さは
４０ｍｍに形成した。接触部１３ｂの先端部をシリコン
融液２３に接触させた後、回転・引上げ機構１８により
ワイヤ１９を伸ばして、種結晶３１を接触点より０．０
５ｍｍ／ｓｅｃの速度で更に４０ｍｍ降下させ、接触部
３１ｂをシリコン融液２３に溶融させた。その後、種結
晶３１を徐々に引上げて直径が約８ｍｍの種絞り部分を
形成し、シリコン単結晶の育成を行った。
成装置により参考例１と同じ育成手順に従いシリコン単
結晶を育成した。本参考例に使用した種結晶３１は、図
２に示すように、育成装置の種結晶ホルダ１９ａに保持
される基部３１ａと、基部３１ａより小径の棒状に形成
された接触部３１ｂと、基部３１ａと接触部３１ｂとを
連結する先細りに形成された連結部３１ｃとにより構成
される。基部３１ａは断面直径２０ｍｍの円形棒状に形
成され、接触部３１ｂの断面直径は４ｍｍであり長さは
４０ｍｍに形成した。接触部１３ｂの先端部をシリコン
融液２３に接触させた後、回転・引上げ機構１８により
ワイヤ１９を伸ばして、種結晶３１を接触点より０．０
５ｍｍ／ｓｅｃの速度で更に４０ｍｍ降下させ、接触部
３１ｂをシリコン融液２３に溶融させた。その後、種結
晶３１を徐々に引上げて直径が約８ｍｍの種絞り部分を
形成し、シリコン単結晶の育成を行った。
【００１５】＜実施例１＞
種結晶を次に記載するように変更して参考例１と同じ育
成装置により参考例１と同じ育成手順に従いシリコン単
結晶を育成した。本実施例に使用した種結晶４１は、図
３に示すように、参考例２で使用した種結晶とほぼ同形
同大であって、唯一の相違点は連結部４１ｃの接触部４
１ｂに連結する箇所に接触部４１ｂより小径のくびれ４
１ｄが形成される点である。くびれ４１ｄの最小断面直
径は３ｍｍに形成し、接触部４１ｂの先端部をシリコン
融液２３に接触させた後、回転・引上げ機構１８により
ワイヤ１９を伸ばして、種結晶４１を接触点より０．０
５ｍｍ／ｓｅｃの速度で更に４０ｍｍ降下させ、接触部
４１ｂをシリコン融液２３に溶融させた。その後、種結
晶４１を徐々に引上げて直径が約１０ｍｍの種絞り部分
を形成し、シリコン単結晶の育成を行った。
成装置により参考例１と同じ育成手順に従いシリコン単
結晶を育成した。本実施例に使用した種結晶４１は、図
３に示すように、参考例２で使用した種結晶とほぼ同形
同大であって、唯一の相違点は連結部４１ｃの接触部４
１ｂに連結する箇所に接触部４１ｂより小径のくびれ４
１ｄが形成される点である。くびれ４１ｄの最小断面直
径は３ｍｍに形成し、接触部４１ｂの先端部をシリコン
融液２３に接触させた後、回転・引上げ機構１８により
ワイヤ１９を伸ばして、種結晶４１を接触点より０．０
５ｍｍ／ｓｅｃの速度で更に４０ｍｍ降下させ、接触部
４１ｂをシリコン融液２３に溶融させた。その後、種結
晶４１を徐々に引上げて直径が約１０ｍｍの種絞り部分
を形成し、シリコン単結晶の育成を行った。
【００１６】＜比較例１＞
比較のため、参考例１で使用した種結晶２１を使用し、
種結晶２１の先端部をシリコン融液２３に接触させた
後、更に降下させることなく、直ちに種結晶２１を徐々
に引上げて直径が約３ｍｍの種絞り部分を形成し、シリ
コン単結晶を育成した。上記以外は参考例１と同じ育成
装置により参考例１と同じ手順に従いシリコン単結晶を
育成した。 ＜評価１＞参考例１、参考例２、実施例１ 及び比較例１における種
絞り部２２ａの種結晶側の部分、即ち図５のＢ部のエッ
チピット密度を選択エッチングにより測定した。その結
果を表１に示す。
種結晶２１の先端部をシリコン融液２３に接触させた
後、更に降下させることなく、直ちに種結晶２１を徐々
に引上げて直径が約３ｍｍの種絞り部分を形成し、シリ
コン単結晶を育成した。上記以外は参考例１と同じ育成
装置により参考例１と同じ手順に従いシリコン単結晶を
育成した。 ＜評価１＞参考例１、参考例２、実施例１ 及び比較例１における種
絞り部２２ａの種結晶側の部分、即ち図５のＢ部のエッ
チピット密度を選択エッチングにより測定した。その結
果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１から明らかなように、参考例１、参考
例２、実施例１のエッチピット密度は従来例である比較
例１に比較していずれもその密度が少なくなっている。
これは種結晶の転位が発生した先端部を溶融させたこと
に起因して、転位密度の低い固体界面が得られたものと
考えられる。また、参考例２では参考例１と比較してエ
ッチピット密度の発生が８分の１まで低下している。こ
れは種結晶の先端に小径の接触部を形成したことによ
り、熱衝撃による転位の発生を低減できたことに起因す
るものと考えられる。更に、実施例１ではエッチピット
の存在を確認することができなかった。これは連結部の
接触部に連結する位置に設けたくびれが転位の伝播を防
止したものと考えられる。
例２、実施例１のエッチピット密度は従来例である比較
例１に比較していずれもその密度が少なくなっている。
これは種結晶の転位が発生した先端部を溶融させたこと
に起因して、転位密度の低い固体界面が得られたものと
考えられる。また、参考例２では参考例１と比較してエ
ッチピット密度の発生が８分の１まで低下している。こ
れは種結晶の先端に小径の接触部を形成したことによ
り、熱衝撃による転位の発生を低減できたことに起因す
るものと考えられる。更に、実施例１ではエッチピット
の存在を確認することができなかった。これは連結部の
接触部に連結する位置に設けたくびれが転位の伝播を防
止したものと考えられる。
【００１９】＜評価２＞参考例１、参考例２、実施例１
及び比較例１で得られた
シリコン単結晶からシリコンウェーハを作製し、選択エ
ッチングの方法により上記転位欠陥に起因するエッチピ
ットを調べた。その結果、参考例１、参考例２、実施例
１のシリコン単結晶は種絞り部分の直径を６〜１０ｍｍ
と大きくしたにも拘わらず、エッチピットに関して、種
絞り部分の直径が３ｍｍの比較例１とほぼ同等の値を示
した。
シリコン単結晶からシリコンウェーハを作製し、選択エ
ッチングの方法により上記転位欠陥に起因するエッチピ
ットを調べた。その結果、参考例１、参考例２、実施例
１のシリコン単結晶は種絞り部分の直径を６〜１０ｍｍ
と大きくしたにも拘わらず、エッチピットに関して、種
絞り部分の直径が３ｍｍの比較例１とほぼ同等の値を示
した。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、シ
リコン融液に接触させた種結晶を更に降下させ、種結晶
の先端部をシリコン融液に溶融させることにより、種結
晶をシリコン融液に接触させた際に導入された転位を軽
減することができる。この結果、種絞り工程の時間を短
縮することができ、種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍと
従来の直径の３ｍｍより大きくすることができる。ま
た、種結晶に小径の接触部を設ければ、シリコン融液接
触時の熱応力が低減され、導入される転位密度自体を小
さくすることができ、接触部を溶融させることにより連
結部がシリコン融液に達した時点の転位を更に軽減する
ことができる。この結果、種絞り工程の時間を更に短縮
することができる。更に、接触部に連続してくびれを種
結晶に設ければ、転位が伝播することを防止して、転位
を確実に除去することができる。従って、種絞り工程の
時間をより一層短縮することができ、種絞り部分の直径
を大きくすることができ、シリコン単結晶を確実に支持
することができる。この結果、種結晶に導入される転位
に起因した結晶欠陥が実質的にないシリコン単結晶を大
直径かつ大重量で得ることができる。このようにして得
られた大口径のシリコンウエーハ上には一度に多数のＶ
ＬＳＩチップを作り込むことができることから収率の点
で有利であり、現在の単結晶の主流は２００ｍｍである
がＶＬＳＩの集積化が進み、将来要求されるであろう３
００ｍｍ以上の単結晶の要求にも十分対応することがで
きる。また、大直径の単結晶からは複数の小径結晶を切
り出すこともできるために結晶欠陥が実質的にないシリ
コン単結晶を大直径かつ大重量で得ることはＶＬＳＩの
集積化のみならずその効果は大きいものである。
リコン融液に接触させた種結晶を更に降下させ、種結晶
の先端部をシリコン融液に溶融させることにより、種結
晶をシリコン融液に接触させた際に導入された転位を軽
減することができる。この結果、種絞り工程の時間を短
縮することができ、種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍと
従来の直径の３ｍｍより大きくすることができる。ま
た、種結晶に小径の接触部を設ければ、シリコン融液接
触時の熱応力が低減され、導入される転位密度自体を小
さくすることができ、接触部を溶融させることにより連
結部がシリコン融液に達した時点の転位を更に軽減する
ことができる。この結果、種絞り工程の時間を更に短縮
することができる。更に、接触部に連続してくびれを種
結晶に設ければ、転位が伝播することを防止して、転位
を確実に除去することができる。従って、種絞り工程の
時間をより一層短縮することができ、種絞り部分の直径
を大きくすることができ、シリコン単結晶を確実に支持
することができる。この結果、種結晶に導入される転位
に起因した結晶欠陥が実質的にないシリコン単結晶を大
直径かつ大重量で得ることができる。このようにして得
られた大口径のシリコンウエーハ上には一度に多数のＶ
ＬＳＩチップを作り込むことができることから収率の点
で有利であり、現在の単結晶の主流は２００ｍｍである
がＶＬＳＩの集積化が進み、将来要求されるであろう３
００ｍｍ以上の単結晶の要求にも十分対応することがで
きる。また、大直径の単結晶からは複数の小径結晶を切
り出すこともできるために結晶欠陥が実質的にないシリ
コン単結晶を大直径かつ大重量で得ることはＶＬＳＩの
集積化のみならずその効果は大きいものである。
【図１】本発明の参考例１の種結晶をシリコン融液に接
触させ溶融させる状態を示す側面図。
触させ溶融させる状態を示す側面図。
【図２】参考例２の種結晶を示す側面図。
【図３】実施例１の種結晶を示す側面図。
【図４】更に別の実施例の種結晶を示す側面図。
【図５】その種結晶を用いた単結晶育成状況を示す図。
【図６】ＣＺ法による単結晶育成装置の概略断面図。
１１ 炉体
１２ 断熱材
１３ 加熱ヒータ
１４ 回転軸
１６ 黒鉛サセプタ
１７ ルツボ
１８ 回転・引上げ機構
１９ ワイヤ
１９ａ 種結晶ホルダ
２０ スリップ転位
２１，３１，４１ 種結晶
３１ａ 基部
３１ｂ，４１ｂ 接触部
３１ｃ，４１ｃ 連結部
４１ｄ くびれ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−240143（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−139880（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−104988（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−67598（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 29/06 502
C30B 15/00
C30B 15/36
H01L 21/208
Claims (4)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法により種結晶(41)を
降下させてその先端部をシリコン融液(23)に接触させた
後前記種結晶(41)を引上げてシリコン単結晶を育成する
方法において、前記種結晶 (41) が、育成装置の種結晶ホルダ (19a) に保
持される基部 (41a) と、前記基部 (41a) より小径の棒状に
形成され前記シリコン融液 (23) に接触させかつ溶融させ
る接触部 (41b) と、前記基部 (41a) と前記接触部 (41b) と
を連結する先細りに形成された連結部 (41c) と、前記連
結部 (41c) と前記接触部 (41b) との連結箇所に形成され前
記接触部 (41b) より小径の１又は２以上のくびれ (41d) と
を備え、 前記接触部 (41b) の断面積が前記基部 (41a) の断面積の大
きくとも４分の１であり、 前記シリコン融液(23)に接触させた前記種結晶(41)を接
触点より０．０１〜０．０５ｍｍ／ｓｅｃの速度で更に
降下させ前記種結晶(41)の先端部を少なくとも３０ｍｍ
前記シリコン融液(23)に浸漬溶融させた後前記種結晶(4
1)を引上げる ことを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。 - 【請求項２】 種結晶(41)の引上げ時にダッシュ法によ
る種絞り部分の直径を５〜１０ｍｍにする請求項１記載
のシリコン単結晶の育成方法。 - 【請求項３】 接触部(41b)の断面積が１５〜２５ｍｍ2
であり前記接触部(41b)の長さが２０〜４０ｍｍである
請求項１又は２記載のシリコン単結晶の育成方法。 - 【請求項４】 くびれ(41d)の断面積が接触部(41b)の断
面積の１／２以下である請求項１ないし３いずれか１項
に記載のシリコン単結晶の育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32669095A JP3534138B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | シリコン単結晶の育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32669095A JP3534138B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | シリコン単結晶の育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09165297A JPH09165297A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3534138B2 true JP3534138B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=18190578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32669095A Expired - Fee Related JP3534138B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | シリコン単結晶の育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3534138B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5885344A (en) * | 1997-08-08 | 1999-03-23 | Memc Electronic Materials, Inc. | Non-dash neck method for single crystal silicon growth |
| CN106757306B (zh) * | 2016-12-26 | 2019-04-16 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 用于制备大截面钨酸铅晶体的坩埚及晶体生长方法 |
| CN109338462B (zh) * | 2018-12-07 | 2023-12-01 | 内蒙古中环晶体材料有限公司 | 一种直拉单晶用变径籽晶及引晶方法 |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32669095A patent/JP3534138B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09165297A (ja) | 1997-06-24 |
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