JPH04317493A - シリコン単結晶の製造装置 - Google Patents
シリコン単結晶の製造装置Info
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- JPH04317493A JPH04317493A JP3082109A JP8210991A JPH04317493A JP H04317493 A JPH04317493 A JP H04317493A JP 3082109 A JP3082109 A JP 3082109A JP 8210991 A JP8210991 A JP 8210991A JP H04317493 A JPH04317493 A JP H04317493A
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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
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- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法(
以下CZ法と言う)による大径シリコン単結晶の製造装
置に関するものである。
以下CZ法と言う)による大径シリコン単結晶の製造装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSI分野で用いられるシリコン単結晶
は、通常CZ法によって製造されているが、このCZ法
では、シリコン単結晶成長と共にるつぼ内のシリコン溶
融液が減小する。従ってシリコン単結晶成長と共にシリ
コン単結晶中のドーパント濃度が上昇し、酸素濃度が低
下することになる。即ち、シリコン単結晶の性質がその
成長方向によって変化することになる。
は、通常CZ法によって製造されているが、このCZ法
では、シリコン単結晶成長と共にるつぼ内のシリコン溶
融液が減小する。従ってシリコン単結晶成長と共にシリ
コン単結晶中のドーパント濃度が上昇し、酸素濃度が低
下することになる。即ち、シリコン単結晶の性質がその
成長方向によって変化することになる。
【0003】LSIの高密度化とともに、シリコン単結
晶に要求される品質が年々厳しくなるため、それに伴っ
て歩留まりが低下すると言う問題が生ずることになる。
晶に要求される品質が年々厳しくなるため、それに伴っ
て歩留まりが低下すると言う問題が生ずることになる。
【0004】この問題を解決する手段として、例えば特
公昭40−10184号公報(1頁右欄20行〜35行
)には、CZ法の石英るつぼ内をシリコン溶融液の小孔
を有する円筒状もしくはるつぼ状の石英製仕切り部材で
仕切り、この仕切り部材の外側(原料溶解部)に原料シ
リコンを供給しながら、仕切り部材の内側(単結晶育成
部)でシリコン単結晶を育成する方法(連続引き上げ法
)が開示されている。この方法の大きな問題点は、特開
昭62−241889号公報(2頁右上欄12行〜16
行)でも指摘されている通り、仕切り部材の内側で仕切
り部材を起点として、シリコン溶融液の凝固が発生しや
すいことである。
公昭40−10184号公報(1頁右欄20行〜35行
)には、CZ法の石英るつぼ内をシリコン溶融液の小孔
を有する円筒状もしくはるつぼ状の石英製仕切り部材で
仕切り、この仕切り部材の外側(原料溶解部)に原料シ
リコンを供給しながら、仕切り部材の内側(単結晶育成
部)でシリコン単結晶を育成する方法(連続引き上げ法
)が開示されている。この方法の大きな問題点は、特開
昭62−241889号公報(2頁右上欄12行〜16
行)でも指摘されている通り、仕切り部材の内側で仕切
り部材を起点として、シリコン溶融液の凝固が発生しや
すいことである。
【0005】即ち、単結晶育成部のシリコン溶融液の液
面の、仕切り部材と接触している部分から凝固が発生す
る。この凝固は、温度の低いるつぼ中央部に向かって成
長し、シリコン単結晶育成を阻害する。この原因は次の
通りである。
面の、仕切り部材と接触している部分から凝固が発生す
る。この凝固は、温度の低いるつぼ中央部に向かって成
長し、シリコン単結晶育成を阻害する。この原因は次の
通りである。
【0006】仕切り部材として通常使用される石英ガラ
スは、熱線を貫通しやすく、しかも通常の場合、仕切り
部材上部のシリコン溶融液液面上に露出している部分か
ら、水冷された炉壁に対する放熱が大きいため、シリコ
ン溶融液中の熱は、仕切り部材中を上方に伝達し、仕切
り部材の溶融面上に露出している部分より放散される。 従って、仕切り部材近傍では溶融液温度が大きく低下し
ている。
スは、熱線を貫通しやすく、しかも通常の場合、仕切り
部材上部のシリコン溶融液液面上に露出している部分か
ら、水冷された炉壁に対する放熱が大きいため、シリコ
ン溶融液中の熱は、仕切り部材中を上方に伝達し、仕切
り部材の溶融面上に露出している部分より放散される。 従って、仕切り部材近傍では溶融液温度が大きく低下し
ている。
【0007】このように、仕切り部材に接触している溶
融液液面は、非常に凝固が発生しやすい状態になってい
る。
融液液面は、非常に凝固が発生しやすい状態になってい
る。
【0008】最近は、高品質の粒状シリコンが製造でき
るようになり、連続引き上げ法における原料シリコンと
して、この粒状シリコンを連続的にシリコン溶融液中に
供給することは、比較的容易であると考えられる。
るようになり、連続引き上げ法における原料シリコンと
して、この粒状シリコンを連続的にシリコン溶融液中に
供給することは、比較的容易であると考えられる。
【0009】しかし、粒状シリコンがシリコン溶融液液
面に供給される際に、粒状シリコンに対して十分な融解
熱をあたえられない場合には、粒状シリコンの溶け残り
が生じる。そして粒状シリコンの溶け残りから凝固が発
生し拡大していくことが少なくない。
面に供給される際に、粒状シリコンに対して十分な融解
熱をあたえられない場合には、粒状シリコンの溶け残り
が生じる。そして粒状シリコンの溶け残りから凝固が発
生し拡大していくことが少なくない。
【0010】これは、密度差のために、固体の粒状シリ
コンが溶融液面に浮かび、固体の粒状シリコンの方がシ
リコン溶融液よりも熱放射率が大きいために、熱が奪わ
れやすくなるためである。特に、粒状シリコンが原料溶
解部のシリコン溶融液面で仕切り部材に付着凝集した場
合には、前記の単結晶育成部での凝固の場合と同じく、
仕切り部材を通して熱が急速に奪われるため、凝固の発
生・拡大が起こりやすい。 今後、シリコン単結晶の
大径化、引き上げ速度の高速化に伴って、供給される原
料シリコン量が増加すると、この現象はいっそう発生し
やすくなる。
コンが溶融液面に浮かび、固体の粒状シリコンの方がシ
リコン溶融液よりも熱放射率が大きいために、熱が奪わ
れやすくなるためである。特に、粒状シリコンが原料溶
解部のシリコン溶融液面で仕切り部材に付着凝集した場
合には、前記の単結晶育成部での凝固の場合と同じく、
仕切り部材を通して熱が急速に奪われるため、凝固の発
生・拡大が起こりやすい。 今後、シリコン単結晶の
大径化、引き上げ速度の高速化に伴って、供給される原
料シリコン量が増加すると、この現象はいっそう発生し
やすくなる。
【0011】また、この問題は、供給する原料シリコン
が、粒状以外の形態であっても本質的に変わるものでは
ない。
が、粒状以外の形態であっても本質的に変わるものでは
ない。
【0012】仕切り部材からの凝固の発生を防止し、か
つ、供給される原料シリコンの溶け残りを防止する方法
を提案したものとして、特開平1−153589号公報
がある。この公報には、仕切り部材及び原料溶解部の上
方を保温カバーで覆い、保温カバーによって、熱がるつ
ぼ上方の水冷された炉壁等へ放散するのを抑え、仕切り
部材周辺及び原料溶解部のシリコン溶融液を保温するこ
とを開示している。
つ、供給される原料シリコンの溶け残りを防止する方法
を提案したものとして、特開平1−153589号公報
がある。この公報には、仕切り部材及び原料溶解部の上
方を保温カバーで覆い、保温カバーによって、熱がるつ
ぼ上方の水冷された炉壁等へ放散するのを抑え、仕切り
部材周辺及び原料溶解部のシリコン溶融液を保温するこ
とを開示している。
【0013】また、仕切り部材等が存在しない、通常の
CZ法のシリコン単結晶製造装置においても、上記の場
合とは形状の異なるカバーを使用することにより、引き
上げ速度の高速化をはかることができる。
CZ法のシリコン単結晶製造装置においても、上記の場
合とは形状の異なるカバーを使用することにより、引き
上げ速度の高速化をはかることができる。
【0014】保温カバーの材料としては、黒鉛、金属な
どいろいろ考えられるが、発明者らの検討では、シリコ
ン単結晶炉の炉内構成部品の材料として一般的に用いら
れる黒鉛は、輻射率が大きいため、保温効果が十分では
ない。一方、輻射率の小さい金属は、熱の上方への放散
をよく遮蔽できるため、保温効果が大きく、保温カバー
の使用目的によく合致している。
どいろいろ考えられるが、発明者らの検討では、シリコ
ン単結晶炉の炉内構成部品の材料として一般的に用いら
れる黒鉛は、輻射率が大きいため、保温効果が十分では
ない。一方、輻射率の小さい金属は、熱の上方への放散
をよく遮蔽できるため、保温効果が大きく、保温カバー
の使用目的によく合致している。
【0015】この保温カバーを金属板で構成することに
より、大径のシリコン単結晶を高速で引き上げる場合に
も、仕切り部材からの凝固や原料溶解部での供給原料の
溶け残りを生じることなく、安定した引き上げ操業が可
能になる。
より、大径のシリコン単結晶を高速で引き上げる場合に
も、仕切り部材からの凝固や原料溶解部での供給原料の
溶け残りを生じることなく、安定した引き上げ操業が可
能になる。
【0016】ただし、保温カバーは、単結晶引き上げ炉
内の高温環境下で使用するものであり、タンタル、モリ
ブデン、タングステンといった高融点金属を用いること
が必要である。殊に、タンタルは、きわめて展延性に富
む金属であり、種々の細工がしやすく、使用しやすい。
内の高温環境下で使用するものであり、タンタル、モリ
ブデン、タングステンといった高融点金属を用いること
が必要である。殊に、タンタルは、きわめて展延性に富
む金属であり、種々の細工がしやすく、使用しやすい。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、仕切り
部材を高純度の、タンタル板,モリブデン板又はタング
ステン板から選ばれた1種から成る保温カバーで覆うこ
とにより、仕切り部材からの融液の凝固及び原料溶解部
での供給原料の溶け残りを防止でき、連続引き上げ法に
よるシリコン単結晶の安定育成が可能になった。
部材を高純度の、タンタル板,モリブデン板又はタング
ステン板から選ばれた1種から成る保温カバーで覆うこ
とにより、仕切り部材からの融液の凝固及び原料溶解部
での供給原料の溶け残りを防止でき、連続引き上げ法に
よるシリコン単結晶の安定育成が可能になった。
【0018】しかし、この金属板製保温カバーを用いて
育成した単結晶は、酸化誘起積層欠陥(以下OSFとい
う)の発生密度が約103 個/cm2 と大きくなる
傾向があり、結晶品質の点で問題があることがわかった
。
育成した単結晶は、酸化誘起積層欠陥(以下OSFとい
う)の発生密度が約103 個/cm2 と大きくなる
傾向があり、結晶品質の点で問題があることがわかった
。
【0019】本発明は、係る事情を鑑みてなされたもの
であって、OSFが無い、もしくはOSF密度がごく低
い、シリコン単結晶の製造装置を提供することを目的と
する。
であって、OSFが無い、もしくはOSF密度がごく低
い、シリコン単結晶の製造装置を提供することを目的と
する。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の問題点
を解決し、上記の目的を達成するためになされたもので
ある。
を解決し、上記の目的を達成するためになされたもので
ある。
【0021】本発明は、シリコン溶融液を収容する石英
るつぼと、石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱
体と、石英るつぼ内でシリコン溶融液を単結晶育成部と
原料溶解部とに分割しかつシリコン溶融液が流通できる
小孔を有する石英製仕切り部材と、該仕切り部材と原料
溶解部を覆う保温カバーと、前記各構成物を収容する炉
内部を減圧するための減圧装置と、前記原料溶解部に原
料シリコンを連続供給する原料供給装置とを有するシリ
コン単結晶製造装置において、前記保温カバーがFeで
50ppm 以下、Cuで10ppm 以下のタンタル
,モリブデン又はタングステンから選ばれた1種の金属
板から成り、該金属板の表層がシリコン濃化層からなり
、該シリコン濃化層中のシリコンの含有量が同位置での
Fe及びCu含有量より多い領域の表面からの深さが1
0μm以上で、前記シリコン濃化層中のFe含有量が5
ppm 以下であることを特徴とするシリコン単結晶製
造装置である。
るつぼと、石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱
体と、石英るつぼ内でシリコン溶融液を単結晶育成部と
原料溶解部とに分割しかつシリコン溶融液が流通できる
小孔を有する石英製仕切り部材と、該仕切り部材と原料
溶解部を覆う保温カバーと、前記各構成物を収容する炉
内部を減圧するための減圧装置と、前記原料溶解部に原
料シリコンを連続供給する原料供給装置とを有するシリ
コン単結晶製造装置において、前記保温カバーがFeで
50ppm 以下、Cuで10ppm 以下のタンタル
,モリブデン又はタングステンから選ばれた1種の金属
板から成り、該金属板の表層がシリコン濃化層からなり
、該シリコン濃化層中のシリコンの含有量が同位置での
Fe及びCu含有量より多い領域の表面からの深さが1
0μm以上で、前記シリコン濃化層中のFe含有量が5
ppm 以下であることを特徴とするシリコン単結晶製
造装置である。
【0022】
【作用】本発明者らが、本発明に至った経緯について述
べる。
べる。
【0023】先ず、本発明者らは、金属板の保温カバー
を使用して、連続引き上げ法によって育成したシリコン
単結晶のOSFが多い原因について、次のような検討を
行った。
を使用して、連続引き上げ法によって育成したシリコン
単結晶のOSFが多い原因について、次のような検討を
行った。
【0024】単結晶のOSFの原因としては、保温カバ
ーの存在による、結晶の熱履歴の影響がまず考えられた
ので、結晶の熱履歴を変化させるために、単結晶引き上
げ炉内の、保温カバーを含むホットゾーンの構造、形状
等を様々に変更して単結晶を育成した。しかし、いずれ
の場合もOSFの発生密度を低減することはできなかっ
た。
ーの存在による、結晶の熱履歴の影響がまず考えられた
ので、結晶の熱履歴を変化させるために、単結晶引き上
げ炉内の、保温カバーを含むホットゾーンの構造、形状
等を様々に変更して単結晶を育成した。しかし、いずれ
の場合もOSFの発生密度を低減することはできなかっ
た。
【0025】次に、OSFの発生原因として、単結晶の
不純物汚染が考えられる。汚染源として、結晶育成時に
使用している、石英るつぼや石英製の仕切り部材中に含
まれる重金属不純物元素の、石英溶け出しに伴うシリコ
ン溶融液への混入が考えられたので、石英のグレード(
含有する不純物量が異なる)を変えて単結晶を育成した
が、OSF密度は変わらなかった。
不純物汚染が考えられる。汚染源として、結晶育成時に
使用している、石英るつぼや石英製の仕切り部材中に含
まれる重金属不純物元素の、石英溶け出しに伴うシリコ
ン溶融液への混入が考えられたので、石英のグレード(
含有する不純物量が異なる)を変えて単結晶を育成した
が、OSF密度は変わらなかった。
【0026】さらに、石英製の仕切部材を使用せず、原
料シリコンを供給せずに、金属板製の保温カバーを用い
て、CZ法で単結晶を育成したが、やはりOSF密度は
多かった。
料シリコンを供給せずに、金属板製の保温カバーを用い
て、CZ法で単結晶を育成したが、やはりOSF密度は
多かった。
【0027】そこで、本発明者らが種々検討したところ
、保温カバーを用いて育成したシリコン単結晶のOSF
が多い原因は、保温カバ−の金属板中に微量ながら含ま
れているFe、Cu等の重金属不純物が0.01〜0.
05気圧の減圧下で、シリコン溶融液直上という高温環
境に曝されて蒸発し、それが気相拡散により、育成中の
シリコン単結晶表面に付着し、さらに固相拡散によって
、表面から内部に浸透して起こる単結晶の金属汚染によ
るものであることを知見した。
、保温カバーを用いて育成したシリコン単結晶のOSF
が多い原因は、保温カバ−の金属板中に微量ながら含ま
れているFe、Cu等の重金属不純物が0.01〜0.
05気圧の減圧下で、シリコン溶融液直上という高温環
境に曝されて蒸発し、それが気相拡散により、育成中の
シリコン単結晶表面に付着し、さらに固相拡散によって
、表面から内部に浸透して起こる単結晶の金属汚染によ
るものであることを知見した。
【0028】単結晶中に、金属不純物がどの程度含まれ
ているときに、OSFが多発するかは明確ではないが、
1010atoms /cm3程度、あるいはそれ以下
でもOSFの原因になりうる。
ているときに、OSFが多発するかは明確ではないが、
1010atoms /cm3程度、あるいはそれ以下
でもOSFの原因になりうる。
【0029】保温カバ−として用いられる市販の高純度
タンタル板には、通常、Fe、Cu、Niなどの金属不
純物が含まれており、その含有量は、Feで50ppm
以下、Cuで10ppm 以下といわれており、本発
明者らが分析したところ、板内部には、Feで10pp
m 以下、Cuで1ppmのごく微量しか含まれていな
いものの、板表層には、Feで100ppm 以上、C
uで10ppm 以上のように、金属不純物が濃化して
いることが判った。
タンタル板には、通常、Fe、Cu、Niなどの金属不
純物が含まれており、その含有量は、Feで50ppm
以下、Cuで10ppm 以下といわれており、本発
明者らが分析したところ、板内部には、Feで10pp
m 以下、Cuで1ppmのごく微量しか含まれていな
いものの、板表層には、Feで100ppm 以上、C
uで10ppm 以上のように、金属不純物が濃化して
いることが判った。
【0030】こうした金属不純物は、減圧下で、シリコ
ン溶融液直上の高温環境にさらされて蒸発し、それが気
相拡散により、育成中のシリコン単結晶表面に付着し、
さらに固相拡散によって表面から内部に浸透するものと
考えられる。
ン溶融液直上の高温環境にさらされて蒸発し、それが気
相拡散により、育成中のシリコン単結晶表面に付着し、
さらに固相拡散によって表面から内部に浸透するものと
考えられる。
【0031】なお、保温カバーの構成材料であるタンタ
ルそれ自体は、融点が高く、蒸発しにくいうえ、シリコ
ン中での拡散速度がきわめて小さいため、単結晶内部に
は、殆ど浸透しないので、OSFの原因となる汚染物質
としての可能性はないと考えられる。
ルそれ自体は、融点が高く、蒸発しにくいうえ、シリコ
ン中での拡散速度がきわめて小さいため、単結晶内部に
は、殆ど浸透しないので、OSFの原因となる汚染物質
としての可能性はないと考えられる。
【0032】これに対し、Fe、Cuなどは、結晶育成
温度域でのシリコン中の拡散係数が10−4〜10−6
cm2 /sと大きいので、単結晶表面から結晶内部に
向かって拡散しやすく、汚染物質としてOSFの原因に
なる。
温度域でのシリコン中の拡散係数が10−4〜10−6
cm2 /sと大きいので、単結晶表面から結晶内部に
向かって拡散しやすく、汚染物質としてOSFの原因に
なる。
【0033】市販のタンタル板を、そのまま保温カバー
として使用して製造したシリコン単結晶における半径方
向のOSF濃度分布が、Fe、Cuなどの金属が固体拡
散した場合の、該金属の濃度プロフィルとパターンが極
めてよく一致することからも、本発明者らの検討が正し
いことを裏づける。
として使用して製造したシリコン単結晶における半径方
向のOSF濃度分布が、Fe、Cuなどの金属が固体拡
散した場合の、該金属の濃度プロフィルとパターンが極
めてよく一致することからも、本発明者らの検討が正し
いことを裏づける。
【0034】本発明は、金属板表層部にシリコンで濃化
されている層即ちシリコン濃化層を形成し、これによっ
て金属板からのFe、Cu等の重金属不純物元素の蒸発
を抑えることによって、育成中のシリコン単結晶中に入
り込む重金属不純物量を低減させるものである。
されている層即ちシリコン濃化層を形成し、これによっ
て金属板からのFe、Cu等の重金属不純物元素の蒸発
を抑えることによって、育成中のシリコン単結晶中に入
り込む重金属不純物量を低減させるものである。
【0035】このことを、後述する実施例における図2
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【0036】図2は保温金属板カバ−表層部のシリコン
及び重金属不純物元素(Fe)の濃度分布プロフィ−ル
を縦軸に濃度と横軸に表面からの深さで模式的に示した
グラフであり、図2に示すように、表層から深さtの点
Xよりも右側、即ち金属板の内層側では、重金属不純物
含有量はシリコン含有量より多いが、点Xより左側、即
ち金属板の表層側では、シリコン含有量の方が重金属不
純物含有量より多くなっている。
及び重金属不純物元素(Fe)の濃度分布プロフィ−ル
を縦軸に濃度と横軸に表面からの深さで模式的に示した
グラフであり、図2に示すように、表層から深さtの点
Xよりも右側、即ち金属板の内層側では、重金属不純物
含有量はシリコン含有量より多いが、点Xより左側、即
ち金属板の表層側では、シリコン含有量の方が重金属不
純物含有量より多くなっている。
【0037】この点Xの、金属板表面からの深さをtと
すれば、tを10μm以上とすることによって、この金
属板からの金属不純物の蒸発をSiによって抑えるので
ある。 以下、金属板としてタンタル板、重金属不純
物としてFeを例として説明する。タンタル板表面から
のFeの蒸発については、Ta−Fe系で考えることが
でき、Ta中に含まれるFeの平衡蒸気圧は、10−6
atm程度と考えられる。
すれば、tを10μm以上とすることによって、この金
属板からの金属不純物の蒸発をSiによって抑えるので
ある。 以下、金属板としてタンタル板、重金属不純
物としてFeを例として説明する。タンタル板表面から
のFeの蒸発については、Ta−Fe系で考えることが
でき、Ta中に含まれるFeの平衡蒸気圧は、10−6
atm程度と考えられる。
【0038】これに対し、タンタル板表層に厚さtのシ
リコン濃化層がある場合には、その部分ではTa−Si
−Fe系となり、Siの存在のためにTa中のFeの活
量が低下し、そのために、Feの蒸気圧は10−8at
m以下となって、タンタル板からのFeの蒸気量は著し
く低下する。但し、シリコン濃化層の厚さtが10μm
未満の場合には、金属不純物蒸発防止効果は十分ではな
い。
リコン濃化層がある場合には、その部分ではTa−Si
−Fe系となり、Siの存在のためにTa中のFeの活
量が低下し、そのために、Feの蒸気圧は10−8at
m以下となって、タンタル板からのFeの蒸気量は著し
く低下する。但し、シリコン濃化層の厚さtが10μm
未満の場合には、金属不純物蒸発防止効果は十分ではな
い。
【0039】シリコン濃化層の重金属不純物含有量が低
い方が、重金属不純物の蒸発を低減するのに有利である
ことはいうまでもない。
い方が、重金属不純物の蒸発を低減するのに有利である
ことはいうまでもない。
【0040】シリコン濃化層中の重金属不純物含有量を
、Feで5ppm 以下にすれば、それら重金属不純物
の蒸発を完全に抑えられる。図2中曲線cが表層の重金
属不純物を低減させる処理をした場合の重金属不純物分
布である。
、Feで5ppm 以下にすれば、それら重金属不純物
の蒸発を完全に抑えられる。図2中曲線cが表層の重金
属不純物を低減させる処理をした場合の重金属不純物分
布である。
【0041】なお、タンタル板には、不純物として、モ
リブデン、タングステンなどが含まれていることが多い
が、これらの融点が2000℃を超える高融点金属元素
は、蒸発しにくく、また、シリコン中での拡散速度が極
めて小さいため、タンタル板中に不純物として含まれて
いても、シリコン単結晶の汚染物質になる可能性は少な
い。
リブデン、タングステンなどが含まれていることが多い
が、これらの融点が2000℃を超える高融点金属元素
は、蒸発しにくく、また、シリコン中での拡散速度が極
めて小さいため、タンタル板中に不純物として含まれて
いても、シリコン単結晶の汚染物質になる可能性は少な
い。
【0042】以上より、本発明の目的を達成するための
シリコン単結晶の製造装置の保温カバ−の金属板は、F
eで50ppm 以下、Cuで10ppm以下のタンタ
ル,モリブデン又はタングステンから選ばれた1種とし
、その金属板の表層がシリコン濃化層からなり、シリコ
ン濃化層中のシリコンの含有量が同位置でのFe及びC
u含有量より多い領域の表面からの深さが10μm以上
で、そして、シリコン濃化層中のFe含有量が5ppm
以下と限定したものである。
シリコン単結晶の製造装置の保温カバ−の金属板は、F
eで50ppm 以下、Cuで10ppm以下のタンタ
ル,モリブデン又はタングステンから選ばれた1種とし
、その金属板の表層がシリコン濃化層からなり、シリコ
ン濃化層中のシリコンの含有量が同位置でのFe及びC
u含有量より多い領域の表面からの深さが10μm以上
で、そして、シリコン濃化層中のFe含有量が5ppm
以下と限定したものである。
【0043】金属板表層にシリコン濃化層を形成するに
は、金属板へのシリコンの蒸着、シリコンあるいはSi
Oを含むガス中での金属板の熱処理などの方法がある。
は、金属板へのシリコンの蒸着、シリコンあるいはSi
Oを含むガス中での金属板の熱処理などの方法がある。
【0044】また、金属板表層の重金属不純物含有量を
低減させる方法として、金属板を減圧下で加熱する方法
があるが、あえて低減させること無く、そのまま金属板
を用いて、本発明の条件を満たす限り、OSF低減効果
については、シリコン濃化層形成方法および表層重金属
不純物低減方法によらなくてもよい。
低減させる方法として、金属板を減圧下で加熱する方法
があるが、あえて低減させること無く、そのまま金属板
を用いて、本発明の条件を満たす限り、OSF低減効果
については、シリコン濃化層形成方法および表層重金属
不純物低減方法によらなくてもよい。
【0045】
【実施例】本発明による実施例を添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。
がら詳細に説明する。
【0046】図1は、本発明の実施例において用いたシ
リコン単結晶製造装置の模式的に示した縦断面図である
。
リコン単結晶製造装置の模式的に示した縦断面図である
。
【0047】図1において、1は直径20インチの石英
製のるつぼで、黒鉛るつぼ2により支持されており、黒
鉛るつぼ2はペデスタル4上に回転可能な機構で支持さ
れている。
製のるつぼで、黒鉛るつぼ2により支持されており、黒
鉛るつぼ2はペデスタル4上に回転可能な機構で支持さ
れている。
【0048】3は黒鉛るつぼを取り囲む電気抵抗加熱体
、5はシリコン単結晶で、6は石英抵抗加熱体3を取り
囲む断熱材であり、これらはすべてチャンバー11内に
収容されている。7は石英るつぼ1内に入れられたシリ
コン溶融液(溶融液量25kg)で、これからシリコン
単結晶5が引き上げられる。
、5はシリコン単結晶で、6は石英抵抗加熱体3を取り
囲む断熱材であり、これらはすべてチャンバー11内に
収容されている。7は石英るつぼ1内に入れられたシリ
コン溶融液(溶融液量25kg)で、これからシリコン
単結晶5が引き上げられる。
【0049】この実施例では、シリコン単結晶はPドー
プ(N型)で、抵抗値10オームcm、直径は6インチ
、引き上げ速度は平均1.2mm/min である。
プ(N型)で、抵抗値10オームcm、直径は6インチ
、引き上げ速度は平均1.2mm/min である。
【0050】雰囲気ガス(アルゴンガス)は、引き上げ
チャンバー13上方に設けられたガス流入口(図示せず
)から炉内に導入され、炉底部にある排出口12から減
圧装置16により排出される。炉内の圧力は0.02気
圧である。
チャンバー13上方に設けられたガス流入口(図示せず
)から炉内に導入され、炉底部にある排出口12から減
圧装置16により排出される。炉内の圧力は0.02気
圧である。
【0051】以上は通常のチョクラルスキー法によるシ
リコン単結晶の製造装置と何ら変わるものではない。
リコン単結晶の製造装置と何ら変わるものではない。
【0052】8は高純度石英からなり、るつぼ1内にる
つぼ1と軸心をあわせて設置された直径16インチの仕
切り部材である。この仕切り部材8には直径3mmの小
孔9があけられており、原料溶解部A(仕切り部材8よ
り外側)のシリコン溶融液はこの小孔9を通って単結晶
育成部B(仕切り部材8より内側)に流入する。
つぼ1と軸心をあわせて設置された直径16インチの仕
切り部材である。この仕切り部材8には直径3mmの小
孔9があけられており、原料溶解部A(仕切り部材8よ
り外側)のシリコン溶融液はこの小孔9を通って単結晶
育成部B(仕切り部材8より内側)に流入する。
【0053】この仕切り部材8の上縁部は、シリコン溶
融液液面よりも上に露出しており、下縁部は石英るつぼ
1と予め融着されているか、もしく初期に原料を溶解し
てシリコン溶融液を作る際の熱によって融着している。
融液液面よりも上に露出しており、下縁部は石英るつぼ
1と予め融着されているか、もしく初期に原料を溶解し
てシリコン溶融液を作る際の熱によって融着している。
【0054】原料溶解部Aには、粒状シリコンが原料供
給チャンバー14内の貯蔵ホッパー(図示せず)から切
り出し装置(図示せず)を経由して、原料供給管15に
導かれて連続的に供給される。供給量は、単結晶育成部
Bからの単結晶引き上げ量と等しい約55g/min
一定である。
給チャンバー14内の貯蔵ホッパー(図示せず)から切
り出し装置(図示せず)を経由して、原料供給管15に
導かれて連続的に供給される。供給量は、単結晶育成部
Bからの単結晶引き上げ量と等しい約55g/min
一定である。
【0055】なお、本発明においては、図示しないが原
料溶解部A及び単結晶育成部Bの温度を確実に制御する
制御手段、単結晶引上げ及び回転手段、るつぼ回転手段
、雰囲気ガスの供給手段を備えることは勿論である。
料溶解部A及び単結晶育成部Bの温度を確実に制御する
制御手段、単結晶引上げ及び回転手段、るつぼ回転手段
、雰囲気ガスの供給手段を備えることは勿論である。
【0056】また、シリコン溶融液の濃度を一定に保つ
ために、粒状シリコンと同時に、ドープ剤も適宜、同じ
原料供給管15により供給される。
ために、粒状シリコンと同時に、ドープ剤も適宜、同じ
原料供給管15により供給される。
【0057】10は保温カバーであり、板厚0.2mm
の高純度タンタル板で構成されている。表層近傍でのシ
リコン含有量は50ppm 、Fe含有量は1ppm
で、表面から20μmまでの範囲ではシリコン含有量が
Fe含有量およびCu含有量を上回っている。
の高純度タンタル板で構成されている。表層近傍でのシ
リコン含有量は50ppm 、Fe含有量は1ppm
で、表面から20μmまでの範囲ではシリコン含有量が
Fe含有量およびCu含有量を上回っている。
【0058】次に、図2は保温金属板カバ−表層部のシ
リコン及び重金属不純物元素(Fe)の濃度分布プロフ
ィ−ルを縦軸に濃度と横軸に表面からの距離で模式的に
示したグラフであり、曲線aは金属板の重金属不純物の
濃度分布を、曲線bは金属板表層のシリコン濃化層中の
濃度分布を、曲線cは表層の重金属不純物を低減させる
処理をした場合の重金属不純物分布を示したものである
。
リコン及び重金属不純物元素(Fe)の濃度分布プロフ
ィ−ルを縦軸に濃度と横軸に表面からの距離で模式的に
示したグラフであり、曲線aは金属板の重金属不純物の
濃度分布を、曲線bは金属板表層のシリコン濃化層中の
濃度分布を、曲線cは表層の重金属不純物を低減させる
処理をした場合の重金属不純物分布を示したものである
。
【0059】即ち、保温カバ−の表層部で、重金属不純
物(Fe)が図2中の曲線aで示すような濃度分布をも
つタンタル金属板で、シリコン濃化層を、表面から第2
図中の曲線bで示すような濃度分布で形成する。
物(Fe)が図2中の曲線aで示すような濃度分布をも
つタンタル金属板で、シリコン濃化層を、表面から第2
図中の曲線bで示すような濃度分布で形成する。
【0060】図2中の表層からの深さtの点Xよりも右
側(内層側)では、重金属不純物含有量はシリコン含有
量よりも多いが、点Xよりも左側(表層側)では、シリ
コン含有量のほうが重金属不純物含有量より多くなって
いる。
側(内層側)では、重金属不純物含有量はシリコン含有
量よりも多いが、点Xよりも左側(表層側)では、シリ
コン含有量のほうが重金属不純物含有量より多くなって
いる。
【0061】この点Xの、金属板表面からの深さをtと
すれば、tを10μm以上とすることによって、この金
属板からの金属不純物の蒸発を抑えられることを示して
いる。
すれば、tを10μm以上とすることによって、この金
属板からの金属不純物の蒸発を抑えられることを示して
いる。
【0062】図2中の曲線cに示したタンタル金属板を
使用し、図1に示したようなシリコン単結晶製造装置で
、連続引き上げ法でシリコン単結晶を製造した。
使用し、図1に示したようなシリコン単結晶製造装置で
、連続引き上げ法でシリコン単結晶を製造した。
【0063】このシリコン単結晶から、シリコンウエハ
を製造し、品質評価のために800℃にて3時間続いて
1000℃にて15時間の加熱を乾燥O2 の雰囲気内
で熱処理を施した後、OSF密度を測定したところ、2
〜9個/cm2 であった。
を製造し、品質評価のために800℃にて3時間続いて
1000℃にて15時間の加熱を乾燥O2 の雰囲気内
で熱処理を施した後、OSF密度を測定したところ、2
〜9個/cm2 であった。
【0064】また、保温カバー10のタンタル板で、S
i濃度が金属不純物濃度以上である領域の、タンタル板
表面から測った厚さtが異なるものを使用して、上記と
同様にシリコン単結晶を育成し、品質評価のために、上
記と同様な熱処理を行い、OSF密度を測定した。その
結果を図3に示す。
i濃度が金属不純物濃度以上である領域の、タンタル板
表面から測った厚さtが異なるものを使用して、上記と
同様にシリコン単結晶を育成し、品質評価のために、上
記と同様な熱処理を行い、OSF密度を測定した。その
結果を図3に示す。
【0065】図3は、保温カバーの金属(タンタル)板
表層部のシリコン濃化層の厚さtとシリコン単結晶のO
SF密度(シリコンウエハ面内平均値)との関係を示す
グラフ図である。
表層部のシリコン濃化層の厚さtとシリコン単結晶のO
SF密度(シリコンウエハ面内平均値)との関係を示す
グラフ図である。
【0066】図3に示すように、金属板表面のシリコン
濃化層の厚さtが10μm未満の場合には、101 〜
103 個/cm2のOSFが存在した。これに対し、
金属板表層のシリコン濃化層の厚さtが10μm以上あ
る場合には、OSF密度は、10個/cm2 以下であ
った。
濃化層の厚さtが10μm未満の場合には、101 〜
103 個/cm2のOSFが存在した。これに対し、
金属板表層のシリコン濃化層の厚さtが10μm以上あ
る場合には、OSF密度は、10個/cm2 以下であ
った。
【0067】なお、シリコン濃化層の存在による、保温
カバーとしての特性、すなわち、仕切り部材8からのシ
リコン溶融液の凝固の発生・原料溶解部Dでの粒状シリ
コンの溶け残り・凝固の発生の防止のための、仕切り部
材近傍および原料溶解部の保温効果には問題はなかった
。
カバーとしての特性、すなわち、仕切り部材8からのシ
リコン溶融液の凝固の発生・原料溶解部Dでの粒状シリ
コンの溶け残り・凝固の発生の防止のための、仕切り部
材近傍および原料溶解部の保温効果には問題はなかった
。
【0068】
【発明の効果】以上のような構成の本発明のシリコン単
結晶製造装置により、シリコン溶融液面上の仕切り部材
からの凝固や、供給する原料シリコン溶け残りを発生さ
せることなく、単結晶引き上げ量に見合う量の原料シリ
コンを供給しながら、直径6〜10インチ、OSF発生
密度が10個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン
単結晶を安定して製造できるようになった。
結晶製造装置により、シリコン溶融液面上の仕切り部材
からの凝固や、供給する原料シリコン溶け残りを発生さ
せることなく、単結晶引き上げ量に見合う量の原料シリ
コンを供給しながら、直径6〜10インチ、OSF発生
密度が10個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン
単結晶を安定して製造できるようになった。
【0069】また、通常のCZ法でのシリコン単結晶製
造においても、本発明のシリコン単結晶製造装置により
、引き上げ速度の高速化を実現しつつ、OSF発生密度
が10個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン単結
晶を安定して製造できる。
造においても、本発明のシリコン単結晶製造装置により
、引き上げ速度の高速化を実現しつつ、OSF発生密度
が10個/cm2 以下の高品質・大径のシリコン単結
晶を安定して製造できる。
【図1】本発明によるシリコン単結晶製造装置の一実施
例を模式的に示した縦断面図。
例を模式的に示した縦断面図。
【図2】保温カバー金属板表層部のシリコン及び重金属
不純物元素(Fe)の濃度分布プロフィールを模式的に
示したグラフ。
不純物元素(Fe)の濃度分布プロフィールを模式的に
示したグラフ。
【図3】保温カバー金属(タンタル)板表層部のシリコ
ン濃化層の厚さtとシリコン単結晶のOSF密度(面内
平均値)との関係を示すグラフ図。
ン濃化層の厚さtとシリコン単結晶のOSF密度(面内
平均値)との関係を示すグラフ図。
1 石英るつぼ、
2 黒鉛るつぼ、
3 電気抵抗加熱体、
4 ペデスタル、
5 シリコン単結晶、
6 断熱材、
7 シリコン溶融液、
8 仕切り部材、
9 小孔、
10 保温カバー、
11 炉チャンバー
12 雰囲気ガス排出口、
13 引き上げチャンバー、
14 原料供給チャンバー、
15 原料供給管、
16 減圧装置、
A 原料溶解部、
B 単結晶育成部。
Claims (1)
- 【請求項1】 シリコン溶融液を収容する石英るつぼ
と、石英るつぼを側面から加熱する電気抵抗加熱体と、
石英るつぼ内でシリコン溶融液を単結晶育成部と原料溶
解部とに分割しかつシリコン溶融液が流通できる小孔を
有する石英製仕切り部材と、該仕切り部材と原料溶解部
を覆う保温カバーと、前記各構成物を収容する炉内部を
減圧するための減圧装置と、前記原料溶解部に原料シリ
コンを連続供給する原料供給装置とを有するシリコン単
結晶製造装置において、前記保温カバーがFeで50p
pm 以下、Cuで10ppm 以下のタンタル,モリ
ブデン又はタングステンから選ばれた1種の金属板から
成り、該金属板の表層がシリコン濃化層からなり、該シ
リコン濃化層中のシリコンの含有量が同位置でのFe及
びCu含有量より多い領域の表面からの深さが10μm
以上で、前記シリコン濃化層中のFe含有量が5ppm
以下であることを特徴とするシリコン単結晶の製造装
置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3082109A JPH04317493A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | シリコン単結晶の製造装置 |
US07/862,337 US5270020A (en) | 1991-04-15 | 1992-04-02 | Apparatus for manufacturing silicon single crystals |
DE4212580A DE4212580A1 (de) | 1991-04-15 | 1992-04-15 | Vorrichtung zur herstellung von silizium-einkristallen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3082109A JPH04317493A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | シリコン単結晶の製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04317493A true JPH04317493A (ja) | 1992-11-09 |
Family
ID=13765239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3082109A Pending JPH04317493A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | シリコン単結晶の製造装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5270020A (ja) |
JP (1) | JPH04317493A (ja) |
DE (1) | DE4212580A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2888079B2 (ja) * | 1993-02-04 | 1999-05-10 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶引上げ用ルツボ |
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