JPH034517B2 - - Google Patents
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- JPH034517B2 JPH034517B2 JP57011115A JP1111582A JPH034517B2 JP H034517 B2 JPH034517 B2 JP H034517B2 JP 57011115 A JP57011115 A JP 57011115A JP 1111582 A JP1111582 A JP 1111582A JP H034517 B2 JPH034517 B2 JP H034517B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- 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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は単結晶シリコン引上装置の改良に関す
る。 単結晶シリコンは主としてチヨコラルスキー法
(CZ法)によって製造されている。この方法は、
第1図に示す如き単結晶シリコン引上装置を用い
て行われる。以下、単結晶シリコン引上装置を第
1図を参照して説明する。 図中1は上部と下部が開口したチヤンバーであ
る。このチヤンバー1内には石英ルツボ2が載置
され、かつ該ルツボ2の外周面は黒鉛製保護体3
によって包囲されている。この保護体3の底面に
は、前記チヤンパー1の下部開口から挿入された
回転自在な支持棒4が連結されている。また、前
記保護体3の外周には筒上のヒータ5及び筒状の
保温筒6,7が順次配設されている。さらに、チ
ヤンバー1の上部開口からは、下端に種結晶8を
保持した引上軸9が回転可能に吊下されている。 上述した引上装置を用いたチヨコラルスキー法
による単結晶シリコンの引上げは、ルツボ2にシ
リコン原料及び単結晶シリコンインゴツトの抵抗
値を調節するためのP、B、As、Sb等のドーパ
ントを入れ、ヒータ5によりこれらを溶融させ、
この溶融シリコン10に引上軸9下端の種結晶8
を浸し、引上軸9を引上げることにより行う。 ところで、シリコンウエハは製造される集積回
路等の使用目的に応じてその抵抗値が規制され
る。特に、LSIの微細化が進むにつれ、例えば
CMOSデバイスひおいてはしきい値電圧の厳し
い制御が必要となり、シリコンウエハの許容抵抗
値は非常に狭い範囲に限られている。このため、
1本の単結晶シリコンインゴツトから許容抵抗値
の範囲にあるシリコンウエハをできるだけ多く製
造するには単結晶シリコンインゴツトの抵抗分布
を制御することが重要になつてくる。また、石英
ルツボは溶融シリコンと反応性があり、反応によ
つて生成したSiO2が融液中に溶け込み、融液の
対流により結晶成長界面に運ばれて酸素不純物と
して引上げインゴツト中に含まれるが、デバイス
の種類によつてはシリコンウエハの酸素濃度とし
て適切な数値が異なるため、単結晶シリコンイン
ゴツトの不純物酸素濃度の制御も重要である。 しかしながら、従来の単結晶シリコン引上装置
を用いて単結晶シリコンを引上げた場合、添加し
たP、B等のドーパントの偏析係数が1より小さ
いので、引上げが進むにつれて液相中のドーパン
ト濃度が大きくなる。従つて、単結晶シリコンイ
ンゴツト中に含まれるドーパメント濃度はインゴ
ツトのヘツド側で小さく、テール側で大きくな
り、抵抗値はヘツド側からテール側に向つて漸次
減少する。このため、インゴツトから製造される
ウエハのうちには、目的とするデバイスの許容抵
抗値の範囲からはずれるものができ、歩留りが悪
いという欠点がある。 そこで、単結晶シリコン引上げ中に粉末又は溶
融多血晶シリコン及びドーパント引上げ量に応じ
て供給しながら引上げれば、インゴツトの抵抗値
分布は小さくなり、目的とするデバイスに適した
抵抗値を有するウエハの歩留りが良くなることが
考えられる。 しかし、従来の単結晶シリコン引上装置におい
て、単結晶シリコン引上げ中に石英ルツボ内に多
結晶シリコン及びドーパントを供給すると、融液
の対流が乱されることによつて、引上げインゴツ
トの有転位化、多血晶化を招く結果となる。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、回転可能に載置された石英ルツボを二重構造
とすると共に内側ルツボの所望筒所に穴を穿設
し、かつ外側と内側のルツボの間に多結晶シリコ
ン供給管及びドーパントの供給管を夫々その一端
部を二重ルツボの外側融液部に浸漬して挿置し、
インゴツトの引上げに応じて連続的に多結晶シリ
コン及びドーパントを供給することにより、抵抗
値分布及び酸素濃度分布が小さいインゴツトを製
造し得る単結晶シリコン引上装置を供給しようと
するものである。 また、上述したように各供給管が内側と外側の
ルツボ側壁上端よりも下方に挿置することによ
り、供給した原料が直接内側ルツボ内に混入して
結晶欠陥の原因となるのを防止しようとするもの
である。 以下、本発明の実施例を第2図及び第3図を参
照して説明する。なお、第1図に示した従来の単
結晶シリコン引上装置と同一部材は同一番号を付
して説明を省略する。 図中11は二重構造の石英ルツボであり、外側
ルツボ11aと内側ルツボ11bが一体となつて
いる。この内側ルツボ11bの所望筒所には穴1
1cが穿設されている。また、外側ルツボ11a
と内側ルツボ11bとの間には図示しない支持部
材によつて支持された多結晶シリコン供給管12
及びドーパント供給管13が夫々融液に浸漬して
挿置されている。ここに用いられている内側ルツ
ボ11bは第3図に示す如く円筒状を形状をなし
ており、その上部側壁にスリツト状の穴11cが
穿設された構造のものである。 上述した構造の単結晶シリコン引上装置を用い
て単結晶シリコンを引上げるには、ルツボ11に
原料及びドーパントを入れ、ヒータ5によりこれ
らを溶融させ、この溶融シリコン10に引上軸9
下端の種結晶8を浸し、引上軸9を引上げること
により行う。そして、引上げインゴツトの径が一
定になつてから、引上げ量に応じて、多結晶シリ
コン供給管12から粉末状多結晶シリコンを、ド
ーパント供給管13からドーパントを夫々供給す
る。この際、外側ルツボ11aと内側ルツボ11
bの間では粉末状多結晶シリコンが溶融する温度
(約1470℃)に、内側ルツボ11bの溶融シリコ
ン10表面では結晶成長温度(1420℃)になつて
いる必要がある。外側ルツボ11aと内側ルツボ
11bとの間に供給された多結晶シリコン及びド
ーパントは溶融して、内側ルツボ11bに穿設さ
れた穴11cから内側ルツボ11b内に流れ込
み、単結晶シリコンインゴツトとして引上げられ
る。 しかして、上記実施例によれば、外側ルツボ1
1aと内側ルツボ11bとの間に多結晶シリコン
及びドーパントが供給されても、内側ルツボ11
b内の対流が乱されない。この結果、単結晶シリ
コンインゴツトの長さ方向の抵抗値分布は小さく
なる。また、インゴツトの酸素濃度分布も小さく
なる。 更に、多結晶シリコン供給管12及びドーパン
ト供給管13が溶融シリコン10中に浸漬されて
いるので、供給された粉末状の多結晶シリコン及
びドーパントが融液表面で浮遊固化するのを防止
することができる。しかも、ルツボ11を回転さ
せると、供給管12,13が溶融シリコン10を
撹拌するので、ドーパント濃度等の均一化を図る
こともできる。 なお、本発明における内側ルツボは第3図に示
す如き構造のものに限らず、第4図に示す如く、
上部が円筒状で、下部の径が上部の径より小さい
円筒状の形状をなす内側ルツボ14bの底面に穴
14cを穿設し、支持部材に15によつて図示し
ない外側ルツボと一体化しているものでもよい。 事実、以下に示す実験例でも、単結晶シリコン
インゴツトの抵抗値分布及び酸素濃度分布が小さ
くなることが確められた。 実験例 直径12インチ、高さ9インチの外側ルツボと、
直径10インチ、高さ9インチの内側ルツボとから
なる二重ルツボに15Kgの多結晶シリコン原料及び
ドーパントを入れ溶融し、石英ガラス製、外径8
mm、内径5mmの多結晶シリコン供給管及びドーパ
ント供給管を開口部が融液面から5cm下になるよ
うに浸漬し、毎分5回転で回転させながら直径4
インチの単結晶シリコンインゴツトを70cm引上
げ、インゴツトの抵抗値及び酸素濃度を測定して
下記表に示した。下記表中実験例1は第3図図示
の内側ルツボを有する二重ルツボを、実験例2は
第4図図示の内側ルツボを有する二重ルツボを
夫々用いたものである。またドーパントとしてP
を用いてn型単結晶シリコンインゴツトを引上げ
た際の抵抗値の目標値は3Ωcm、Bを用いてp型
単結晶シリコンインゴツトを引上げた際の抵抗値
の目標は5Ωcmであつた。なお、下記表中比例は
従来の石英ルツボを用いたものである。
る。 単結晶シリコンは主としてチヨコラルスキー法
(CZ法)によって製造されている。この方法は、
第1図に示す如き単結晶シリコン引上装置を用い
て行われる。以下、単結晶シリコン引上装置を第
1図を参照して説明する。 図中1は上部と下部が開口したチヤンバーであ
る。このチヤンバー1内には石英ルツボ2が載置
され、かつ該ルツボ2の外周面は黒鉛製保護体3
によって包囲されている。この保護体3の底面に
は、前記チヤンパー1の下部開口から挿入された
回転自在な支持棒4が連結されている。また、前
記保護体3の外周には筒上のヒータ5及び筒状の
保温筒6,7が順次配設されている。さらに、チ
ヤンバー1の上部開口からは、下端に種結晶8を
保持した引上軸9が回転可能に吊下されている。 上述した引上装置を用いたチヨコラルスキー法
による単結晶シリコンの引上げは、ルツボ2にシ
リコン原料及び単結晶シリコンインゴツトの抵抗
値を調節するためのP、B、As、Sb等のドーパ
ントを入れ、ヒータ5によりこれらを溶融させ、
この溶融シリコン10に引上軸9下端の種結晶8
を浸し、引上軸9を引上げることにより行う。 ところで、シリコンウエハは製造される集積回
路等の使用目的に応じてその抵抗値が規制され
る。特に、LSIの微細化が進むにつれ、例えば
CMOSデバイスひおいてはしきい値電圧の厳し
い制御が必要となり、シリコンウエハの許容抵抗
値は非常に狭い範囲に限られている。このため、
1本の単結晶シリコンインゴツトから許容抵抗値
の範囲にあるシリコンウエハをできるだけ多く製
造するには単結晶シリコンインゴツトの抵抗分布
を制御することが重要になつてくる。また、石英
ルツボは溶融シリコンと反応性があり、反応によ
つて生成したSiO2が融液中に溶け込み、融液の
対流により結晶成長界面に運ばれて酸素不純物と
して引上げインゴツト中に含まれるが、デバイス
の種類によつてはシリコンウエハの酸素濃度とし
て適切な数値が異なるため、単結晶シリコンイン
ゴツトの不純物酸素濃度の制御も重要である。 しかしながら、従来の単結晶シリコン引上装置
を用いて単結晶シリコンを引上げた場合、添加し
たP、B等のドーパントの偏析係数が1より小さ
いので、引上げが進むにつれて液相中のドーパン
ト濃度が大きくなる。従つて、単結晶シリコンイ
ンゴツト中に含まれるドーパメント濃度はインゴ
ツトのヘツド側で小さく、テール側で大きくな
り、抵抗値はヘツド側からテール側に向つて漸次
減少する。このため、インゴツトから製造される
ウエハのうちには、目的とするデバイスの許容抵
抗値の範囲からはずれるものができ、歩留りが悪
いという欠点がある。 そこで、単結晶シリコン引上げ中に粉末又は溶
融多血晶シリコン及びドーパント引上げ量に応じ
て供給しながら引上げれば、インゴツトの抵抗値
分布は小さくなり、目的とするデバイスに適した
抵抗値を有するウエハの歩留りが良くなることが
考えられる。 しかし、従来の単結晶シリコン引上装置におい
て、単結晶シリコン引上げ中に石英ルツボ内に多
結晶シリコン及びドーパントを供給すると、融液
の対流が乱されることによつて、引上げインゴツ
トの有転位化、多血晶化を招く結果となる。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、回転可能に載置された石英ルツボを二重構造
とすると共に内側ルツボの所望筒所に穴を穿設
し、かつ外側と内側のルツボの間に多結晶シリコ
ン供給管及びドーパントの供給管を夫々その一端
部を二重ルツボの外側融液部に浸漬して挿置し、
インゴツトの引上げに応じて連続的に多結晶シリ
コン及びドーパントを供給することにより、抵抗
値分布及び酸素濃度分布が小さいインゴツトを製
造し得る単結晶シリコン引上装置を供給しようと
するものである。 また、上述したように各供給管が内側と外側の
ルツボ側壁上端よりも下方に挿置することによ
り、供給した原料が直接内側ルツボ内に混入して
結晶欠陥の原因となるのを防止しようとするもの
である。 以下、本発明の実施例を第2図及び第3図を参
照して説明する。なお、第1図に示した従来の単
結晶シリコン引上装置と同一部材は同一番号を付
して説明を省略する。 図中11は二重構造の石英ルツボであり、外側
ルツボ11aと内側ルツボ11bが一体となつて
いる。この内側ルツボ11bの所望筒所には穴1
1cが穿設されている。また、外側ルツボ11a
と内側ルツボ11bとの間には図示しない支持部
材によつて支持された多結晶シリコン供給管12
及びドーパント供給管13が夫々融液に浸漬して
挿置されている。ここに用いられている内側ルツ
ボ11bは第3図に示す如く円筒状を形状をなし
ており、その上部側壁にスリツト状の穴11cが
穿設された構造のものである。 上述した構造の単結晶シリコン引上装置を用い
て単結晶シリコンを引上げるには、ルツボ11に
原料及びドーパントを入れ、ヒータ5によりこれ
らを溶融させ、この溶融シリコン10に引上軸9
下端の種結晶8を浸し、引上軸9を引上げること
により行う。そして、引上げインゴツトの径が一
定になつてから、引上げ量に応じて、多結晶シリ
コン供給管12から粉末状多結晶シリコンを、ド
ーパント供給管13からドーパントを夫々供給す
る。この際、外側ルツボ11aと内側ルツボ11
bの間では粉末状多結晶シリコンが溶融する温度
(約1470℃)に、内側ルツボ11bの溶融シリコ
ン10表面では結晶成長温度(1420℃)になつて
いる必要がある。外側ルツボ11aと内側ルツボ
11bとの間に供給された多結晶シリコン及びド
ーパントは溶融して、内側ルツボ11bに穿設さ
れた穴11cから内側ルツボ11b内に流れ込
み、単結晶シリコンインゴツトとして引上げられ
る。 しかして、上記実施例によれば、外側ルツボ1
1aと内側ルツボ11bとの間に多結晶シリコン
及びドーパントが供給されても、内側ルツボ11
b内の対流が乱されない。この結果、単結晶シリ
コンインゴツトの長さ方向の抵抗値分布は小さく
なる。また、インゴツトの酸素濃度分布も小さく
なる。 更に、多結晶シリコン供給管12及びドーパン
ト供給管13が溶融シリコン10中に浸漬されて
いるので、供給された粉末状の多結晶シリコン及
びドーパントが融液表面で浮遊固化するのを防止
することができる。しかも、ルツボ11を回転さ
せると、供給管12,13が溶融シリコン10を
撹拌するので、ドーパント濃度等の均一化を図る
こともできる。 なお、本発明における内側ルツボは第3図に示
す如き構造のものに限らず、第4図に示す如く、
上部が円筒状で、下部の径が上部の径より小さい
円筒状の形状をなす内側ルツボ14bの底面に穴
14cを穿設し、支持部材に15によつて図示し
ない外側ルツボと一体化しているものでもよい。 事実、以下に示す実験例でも、単結晶シリコン
インゴツトの抵抗値分布及び酸素濃度分布が小さ
くなることが確められた。 実験例 直径12インチ、高さ9インチの外側ルツボと、
直径10インチ、高さ9インチの内側ルツボとから
なる二重ルツボに15Kgの多結晶シリコン原料及び
ドーパントを入れ溶融し、石英ガラス製、外径8
mm、内径5mmの多結晶シリコン供給管及びドーパ
ント供給管を開口部が融液面から5cm下になるよ
うに浸漬し、毎分5回転で回転させながら直径4
インチの単結晶シリコンインゴツトを70cm引上
げ、インゴツトの抵抗値及び酸素濃度を測定して
下記表に示した。下記表中実験例1は第3図図示
の内側ルツボを有する二重ルツボを、実験例2は
第4図図示の内側ルツボを有する二重ルツボを
夫々用いたものである。またドーパントとしてP
を用いてn型単結晶シリコンインゴツトを引上げ
た際の抵抗値の目標値は3Ωcm、Bを用いてp型
単結晶シリコンインゴツトを引上げた際の抵抗値
の目標は5Ωcmであつた。なお、下記表中比例は
従来の石英ルツボを用いたものである。
【表】
【表】
上記表から明らかな如く、比較例では抵抗値が
インゴツトのヘツド側とテール側で大きく異なる
のに対し、実験例1及び2ではインゴツト中の抵
抗値分布がほとんどない。また、実験例1及び2
ではインゴツト中の酸素濃度分布も小さい。 以上詳述した如く本発明によれば、抵抗値分布
及び酸素濃度分布が小さい単結晶シリコンインゴ
ツトを製造し得る単結晶シリコン引上装置を提供
できるものである。
インゴツトのヘツド側とテール側で大きく異なる
のに対し、実験例1及び2ではインゴツト中の抵
抗値分布がほとんどない。また、実験例1及び2
ではインゴツト中の酸素濃度分布も小さい。 以上詳述した如く本発明によれば、抵抗値分布
及び酸素濃度分布が小さい単結晶シリコンインゴ
ツトを製造し得る単結晶シリコン引上装置を提供
できるものである。
第1図は従来の単結晶シリコン引上装置を示す
断面図、第2図は本発明の実施例における単結晶
シリコン引上装置を示す断面図、第3図は本発明
の実施例における内側ルツボを示す斜視図、第4
図は本発明の他の実施例における内側ルツボを示
す斜視図である。 1……チヤンバー、3……保護体、4……支持
棒、5……ヒーター、6,7……保温筒、8……
種結晶、9……引上軸、10……溶融シリコン、
11……二重ルツボ、11a……外側ルツボ、1
1b,14b……内側ルツボ、11c,14c…
…穴、12……多結晶シリコン供給管、13……
ドーパント供給管、15……支持部材。
断面図、第2図は本発明の実施例における単結晶
シリコン引上装置を示す断面図、第3図は本発明
の実施例における内側ルツボを示す斜視図、第4
図は本発明の他の実施例における内側ルツボを示
す斜視図である。 1……チヤンバー、3……保護体、4……支持
棒、5……ヒーター、6,7……保温筒、8……
種結晶、9……引上軸、10……溶融シリコン、
11……二重ルツボ、11a……外側ルツボ、1
1b,14b……内側ルツボ、11c,14c…
…穴、12……多結晶シリコン供給管、13……
ドーパント供給管、15……支持部材。
Claims (1)
- 1 チヤンバー内に多結晶シリコン供給管及びド
ーパントの供給管が夫々挿置された石英ルツボを
回転可能に載置し、ルツボを回転させながら該ル
ツボ内の溶融シリコンを引き上げて単結晶シリコ
ンを造る装置において、前記石英ルツボを二重構
造とすると共に内側ルツボの所望箇所に穴を穿設
し、かつ外側と内側ルツボの間に前記各供給管
を、その一端部を二重ルツボの外側融液部に浸漬
して挿置したことを特徴とする単結晶シリコン引
上装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1111582A JPS58130195A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 単結晶シリコン引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1111582A JPS58130195A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 単結晶シリコン引上装置 |
Publications (2)
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JPS58130195A JPS58130195A (ja) | 1983-08-03 |
JPH034517B2 true JPH034517B2 (ja) | 1991-01-23 |
Family
ID=11769005
Family Applications (1)
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JP1111582A Granted JPS58130195A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 単結晶シリコン引上装置 |
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JP (1) | JPS58130195A (ja) |
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Citations (2)
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JPS55130894A (en) * | 1979-03-28 | 1980-10-11 | Hitachi Ltd | Single crystal picking up apparatus |
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-
1982
- 1982-01-27 JP JP1111582A patent/JPS58130195A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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