JP5136518B2 - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents
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Description
<実施例1>
コンピュータを用いた伝熱解析シミュレーションにより、外径36インチ(約914mm)のるつぼを用いて直径458mmのシリコン単結晶を引上げた。その結晶温度分布を用いて、引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を計算により求めた。ここで、熱応力はシリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力である。
<実施例2>
コンピュータを用いた伝熱解析シミュレーションにより、外径36インチ(約914mm)のるつぼを用いて直径458mmのシリコン単結晶を引上げた。その結晶温度分布を用いて、引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を計算により求めた。ここで、熱応力はシリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力である。
<試験1>
実施例1及び実施例2の引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を図2にプロットした。なお、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力が50MPaを超えると、シリコン単結晶が育成中に破裂することが分かっており、シリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力が37MPaを超えると、シリコン単結晶が有転位化した場合、有転位化部位でクラックが発生することが分かっている。図2から明らかなように、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力を50MPa以下とするには、引上げ速度を0.77mm/分以下にしなければならないことが分かった。またシリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力を37MPa以下とするには、引上げ速度を0.75mm/分以下にしなければならないことが分かった。
コンピュータを用いた伝熱解析シミュレーションにより、外径40インチ(約1016mm)のるつぼを用いて直径458mmのシリコン単結晶を引上げた。その結晶温度分布を用いて、引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を計算により求めた。ここで、熱応力はシリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力である。
<実施例4>
コンピュータを用いた伝熱解析シミュレーションにより、外径40インチ(約1016mm)のるつぼを用いて直径458mmのシリコン単結晶を引上げた。その結晶温度分布を用いて、引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を計算により求めた。ここで、熱応力はシリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力である。
<試験2>
実施例3及び実施例4の引上げ速度の変化に対する熱応力の変化を図3にプロットした。なお、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力が50MPaを超えると、シリコン単結晶が育成中に破裂することが分かっており、シリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力が37MPaを超えると、シリコン単結晶が有転位化した場合、有転位化部位にクラックが発生することが分かっている。図3から明らかなように、シリコン単結晶とシリコン融液との固液界面上であってシリコン単結晶の中心部での熱応力を50MPa以下とするには、引上げ速度を0.78mm/分以下にしなければならないことが分かった。またシリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力を37MPa以下とするには、引上げ速度を0.52mm/分以下にしなければならないことが分かった。
・(直径200mmシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の育成)
先ず熱遮蔽体とシリコン融液表面との間のギャップDを45mmに設定した。次にシリコン単結晶中心部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGc1とし、育成中のシリコン単結晶外周部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGeとし、シリコン単結晶11中心部における融点から1350℃までの軸方向温度勾配をGc2とするとき、Gc2が3.91K/mmとなり、比Gc1/Geが1.051となるようにシリコン単結晶の外周部を冷却しながら、引上げ速度0.75mm/分で直径208mmのシリコン単結晶を引上げた。これによりグローイン欠陥の無いシリコン単結晶を育成できた。
先ず熱遮蔽体とシリコン融液表面との間のギャップDを70mmに設定した。次にシリコン単結晶中心部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGc1とし、育成中のシリコン単結晶外周部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGeとし、シリコン単結晶11中心部における融点から1350℃までの軸方向温度勾配をGc2とするとき、Gc2が2.40K/mmとなり、比Gc1/Geが1.146となるようにシリコン単結晶の外周部を冷却しながら、引上げ速度0.45mm/分で直径308mmのシリコン単結晶を引上げた。これによりグローイン欠陥の無いシリコン単結晶を育成できた。
直径40インチ(約1016mm)の石英製の内層容器を有するるつぼを用い、熱遮蔽体とシリコン融液表面との間のギャップDを90mmに設定した。次にシリコン単結晶中心部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGc1とし、育成中のシリコン単結晶外周部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGeとし、シリコン単結晶11中心部における融点から1350℃までの軸方向温度勾配をGc2とするとき、Gc2が1.80K/mmとなり、比Gc1/Geが1.295となるようにシリコン単結晶の外周部を冷却しながら、引上げ速度0.31mm/分で直径458mmのシリコン単結晶を引上げた。これによりグローイン欠陥の無いシリコン単結晶を育成できた。
12 メインチャンバ(チャンバ)
13 るつぼ
15 シリコン融液
22 種結晶
28 熱遮蔽体
33 固液界面
D ギャップ
Claims (3)
- チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら引上げることにより、前記種結晶から無転位のシリコン単結晶を引上げて育成するシリコン単結晶の育成方法において、
前記シリコン単結晶が直径450mmシリコンウェーハ用のシリコン単結晶であり、
前記育成中のシリコン単結晶中心部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGc1とし、前記育成中のシリコン単結晶外周部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGeとするとき、比Gc1/Geが1.2〜1.3となるように前記育成中のシリコン単結晶の外周部を冷却し、
前記育成中のシリコン単結晶の外周面を囲繞する熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液の表面との間のギャップを40〜100mmに設定し、
前記シリコン単結晶内での格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域を[I]とし、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域を[V]とし、前記格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び前記空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を[P]とし、前記シリコン単結晶の引上げ速度をvとし、前記シリコン単結晶中心部における融点から1350℃までの軸方向温度勾配をGc2とするとき、前記シリコン単結晶が前記パーフェクト領域[P]からなるように比v/Gc2を一定に制御することにより、前記シリコン単結晶中にCOP及び転位クラスタを発生させないようにし、
前記シリコン単結晶の引上げ速度を制御することにより、前記シリコン単結晶と前記シリコン融液との固液界面上であって前記シリコン単結晶の中心部での熱応力を50MPa以下とする
ことを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。 - チャンバに収容されたるつぼにシリコン融液を貯留し、このシリコン融液に種結晶を浸漬して回転させながら引上げることにより、前記種結晶からシリコン単結晶を引上げて育成するシリコン単結晶の育成方法において、
前記シリコン単結晶が直径450mmシリコンウェーハ用のシリコン単結晶であり、
前記育成中のシリコン単結晶中心部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGc1とし、前記育成中のシリコン単結晶外周部における1370〜1310℃の軸方向温度勾配をGeとするとき、比Gc1/Geが1.2〜1.3となるように前記育成中のシリコン単結晶の外周部を冷却し、
前記育成中のシリコン単結晶の外周面を囲繞する熱遮蔽体の下端と前記シリコン融液の表面との間のギャップを40〜100mmに設定し、
前記シリコン単結晶内での格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域を[I]とし、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域を[V]とし、前記格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び前記空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を[P]とし、前記シリコン単結晶の引上げ速度をvとし、前記シリコン単結晶中心部における融点から1350℃までの軸方向温度勾配をGc2とするとき、前記シリコン単結晶が前記パーフェクト領域[P]からなるように比v/Gc2を一定に制御することにより、前記シリコン単結晶中にCOP及び転位クラスタを発生させないようにし、
前記シリコン単結晶の引上げ速度を制御することにより、前記育成中のシリコン単結晶外周部であって温度1000℃の位置での熱応力を37MPa以下とする
ことを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。 - 請求項1又は2に記載の方法で育成されたCOP及び転位クラスタのないシリコン単結晶。
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