JPH05270972A - 単結晶引上装置 - Google Patents

単結晶引上装置

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JPH05270972A
JPH05270972A JP9896192A JP9896192A JPH05270972A JP H05270972 A JPH05270972 A JP H05270972A JP 9896192 A JP9896192 A JP 9896192A JP 9896192 A JP9896192 A JP 9896192A JP H05270972 A JPH05270972 A JP H05270972A
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JP
Japan
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single crystal
crucible
silicon
pulling
oxygen
Prior art date
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Pending
Application number
JP9896192A
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English (en)
Inventor
Naoki Ikeda
直紀 池田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温で安定な酸素の析出物を単結晶に取り込
ませることなく、単結晶を溶融液から引き上げる。酸化
膜の耐圧特性に優れた単結晶シリコンを提供する。 【構成】 坩堝10の側面部に対向してヒータ4を設ける
と共に、坩堝10の底部に対向した位置にもヒータ5を設
け、両ヒータ4,5の加熱により、溶融液8から単結晶
9を引き上げる。坩堝10の温度むらが少なくなって、温
度が異常に高くなる部分がなくなり、高温で安定な酸素
の析出物の核となるSiOX クラスターが溶融液8中に
溶け出さないので、SiOX 量が少ない単結晶シリコン
を引き上げ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【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法という)に従って、シリコン単結晶等の単結
晶を引き上げる単結晶引上装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、LSI 等の回路素子の基板として使
用されている単結晶シリコン基板の大部分は、石英坩堝
内のシリコン溶融液からの回転引上げ法、即ちCZ法によ
り引き上げられた単結晶シリコンを用いている。CZ法を
用いた場合、石英坩堝自身がシリコン溶融液に溶解して
酸素を溶出するので、引き上げられた単結晶シリコンに
は1×1018 atoms/cm3 程度の酸素不純物が含まれてい
る。
【0003】一方、シリコン中の酸素の固溶度は、例え
ばLSI 製造時に行なわれる熱酸化の代表的温度である10
00℃のとき、3×1017 atoms/cm3 程度である。従っ
て、LSI 製造のための熱処理ではシリコン基板に含有さ
れる酸素は常に過飽和状態となっているので、シリコン
基板内に酸素が析出しやすい状態にある。
【0004】シリコン単結晶中の酸素の働きは複雑であ
り、かつ多岐にわたっている。酸素が結晶格子間に存在
するときは転位を固着する効果があり、熱処理によるシ
リコン基板の反りを抑制する。一方、酸素が析出してS
iO2 に変化すると、体積膨張によりシリコン原子が放
出されて積層欠陥を形成したり、さらに歪が大きい場合
にはパンチアウト転位等の微小欠陥を形成する。
【0005】シリコン基板においては、これらの微小欠
陥が表面から十分に離れた内部にのみ発生する場合に
は、LSI を製造する工程でシリコン基板の表面に付着し
た重金属等の汚染物質を吸着して素子の活性領域から除
去する作用、いわゆるゲッタリング作用が働き、高品質
のLSI を製造する際に有用となる。ところが、これらの
微小欠陥が素子の活性領域に存在すると、リーク電流を
増大させる原因となる等、LSI にとって有害となる。
【0006】従って、LSI 製造の前処理としてシリコン
基板の表面に無欠陥層(Denuded Zone)を形成し、シリ
コン基板の内部に欠陥層(Intrinsic Gettering)を形成
するために、単結晶シリコンのインゴットをスライスし
て得たシリコン基板を窒素雰囲気中で、例えば1100℃程
度の高温で加熱し、表面近傍の酸素を外方へ拡散させて
酸素濃度を低下させ、次いで、例えば700 ℃程度の低温
で熱処理を施してシリコン基板内に酸素の析出核を形成
する処理が行なわれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のCZ法
により引き上げた単結晶シリコンでは、結晶引上げ時に
既に高温で安定な酸素の析出物が形成されている。従っ
て、無欠陥層を形成するための例えば1100℃程度の熱処
理ではこの酸素の析出物が溶解されず、この析出物によ
る欠陥が素子の活性領域となるウェハ表面層に存在する
場合には、基板上に形成される酸化膜の耐圧特性が劣化
するという課題がある。
【0008】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、坩堝の底部側にもヒータを設けることにより、
素子の活性領域となる部分に高温で安定な酸素の析出物
が存在しない単結晶を引き上げることができ、酸化膜の
耐圧特性が優れた単結晶を得ることができる単結晶引上
装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る単結晶引上
装置は、チョクラルスキー法に従って、坩堝内の融液に
種結晶を浸漬させて単結晶を引き上げる単結晶引上装置
において、前記坩堝の側面部及び底部に対向してヒータ
を備え、前記坩堝の温度むらを防止すべく構成したこと
を特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の単結晶引上装置では、坩堝の側面部側
だけでなくその底部側にもヒータを設けて坩堝を加熱す
る。このようにすると、坩堝の温度むらが防止されて全
体の温度が均一化して、高温で安定な酸素の析出物の核
となるSiOx クラスターが融液中に溶け出さない。従
って、素子の活性領域となる部分に酸素の析出物が存在
していても、その析出物は高温で安定な酸素の析出物で
はないので、LSI製造の前処理において、900 ℃程度の
熱処理でも、その析出物は容易に溶解されて、酸化膜の
耐圧特性は劣化しない。
【0011】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
【0012】図1は、本発明に係る単結晶引上装置の構
成を示す模式図である。図中10は、チャンバ内等に配設
された坩堝を示している。坩堝10は、有底円筒状をなす
石英製の内坩堝1と黒鉛製の外坩堝2とを同心状に配し
て構成されており、回転並びに昇降可能な支持軸3の上
端部に固定されている。坩堝10の側面部に対向してヒー
タ4が同心状に配設されていると共に、坩堝10の底部に
対向してヒータ5が支持軸3を囲繞するように配設され
ている。坩堝10(石英製の内坩堝1)内には、溶融され
た結晶用原料、つまり原料の溶融液8が充填されてい
る。坩堝10の中心軸上には、支持軸3と同一軸心で所定
の速度で回転する引上げ軸7が配設されており、引上げ
軸7には種結晶6が吊り下げられている。
【0013】次に、単結晶の引上げ動作について説明す
る。まず、坩堝10(石英製の内坩堝1)内に結晶用原料
を投入し、坩堝10の周囲に配したヒータ4,5にて投入
した結晶用原料を溶融させて溶融液8とする。次に、種
結晶6の下端を溶融液8に浸漬させ、坩堝10及び引上げ
軸7を回転させながら上昇させて、例えば直径6インチ
の単結晶9を引き上げる。本発明の単結晶の引上装置で
は、坩堝10の側面部側だけでなく底部側にもヒータを設
けているので、坩堝10の温度むらがなく、坩堝10におい
て必要以上に高温となる部分はない。従って、高温で安
定な酸素析出物の核となるSiOx クラスターが溶融液
8中に溶け出さない。
【0014】以上のようにして引き上げたシリコン単結
晶中の格子間酸素濃度を、フーリエ変換型赤外分光装置
(以下、FTIRという)を用いて測定すると、1.5 ×1018
atoms/cm3 (換算係数=4.81×1017 atoms/cm2 :旧
ASTM)であった。
【0015】以下、本発明の単結晶引上装置にて引き上
げたシリコン単結晶(以下、本発明のシリコン単結晶と
いう)中のSiOx クラスター量と、従来の単結晶引上
装置(図1に示す構成から坩堝10の底部に対向して設け
たヒータ5のみを除去した単結晶引上装置)にて引き上
げたシリコン単結晶(以下、従来のシリコン単結晶とい
う)中のSiOx クラスター量との比較について説明す
る。なお、従来のシリコン単結晶中の格子間酸素濃度
は、本発明のシリコン単結晶と同一の1.5 ×1018atoms
/cm3 である。
【0016】本発明のシリコン単結晶,従来のシリコン
単結晶の夫々から、厚さ2mmのウェハを切出し、両面鏡
面研磨を施した。その後、この2種のウェハの赤外線吸
収スペクトルをFTIRにて測定し、その吸収スペクトルか
ら1107cm-1の格子間酸素の吸収を引き去り、SiOx
よる吸収の大小を比較した。その比較結果を図2に示
す。図2において、横軸,縦軸は夫々波数(cm-1),吸
光度を示し、また(a) ,(b)は夫々本発明のシリコン単結
晶から切り出されたウェハ, 従来のシリコン単結晶から
切り出されたウェハにおける結果を表している。本発明
のシリコン単結晶から切り出されたウェハでは、従来の
シリコン単結晶から切り出されたウェハに比べて、Si
x による1050〜1200cm-1の吸収が小さく、単結晶引上
げ中に取り込まれるSiOx クラスター量は減少してい
ることがわかる。
【0017】以下、本発明のシリコン単結晶,従来のシ
リコン単結晶から夫々に切り出されたウェハに形成した
酸化膜の耐圧特性の比較について説明する。
【0018】本発明のシリコン単結晶,従来のシリコン
単結晶の夫々から、厚さ0.8 mmのウェハを切出し、片面
鏡面研磨を施した。各ウェハを洗浄した後、拡散炉で酸
素雰囲気中950 ℃の熱処理にて厚さ250 Åの酸化膜を形
成した。次に、LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor D
eposition)装置を用いて、20%HeベースのSiH4
スを流しながら630 ℃にて、電極となる膜厚4000Åの多
結晶シリコン層を各ウェハに形成した。次に、POCl
3 ,O2 , N2 ガスを流しながら、900 ℃の熱処理を施
して、電極となる多結晶シリコン層にリンを拡散させ
た。次いで、HF(50%):H2 O=1:10であるエッ
チング液を用いて、8秒間、各ウェハ裏面の多結晶シリ
コン層上に形成されたリンを含む酸化膜をエッチングし
た。その後、フォトリソグラフィ技術により、多結晶シ
リコン層からなる254 個の電極を各ウェハ全面に形成し
た。
【0019】以上のようにして作製した各ウェハにおけ
る酸化膜耐圧特性の面内分布を図3,図4に示す。図3
は、本発明のシリコン単結晶から切り出されたウェハの
場合を示し、図4は、従来のシリコン単結晶から切り出
されたウェハの場合を示している。なお、酸化膜の耐圧
特性は、1mAの電流が電極間に流れた時をブレークダウ
ンとしてその時の電界強度により表現する。図3,図4
において、その時の電界強度が0〜2MV/cmである場合
は(a) の印を、2〜5MV/cmである場合は(b)の印を、
5〜8MV/cmである場合は(c) の印を、8MV/cm以上で
ある場合は(d)の印を各評価素子に付与している。
【0020】図3の分布図からわかるように、本発明の
シリコン単結晶から切り出されたウェハの場合には、8
MV/cmの電界強度でもブレークダウンしない素子は全25
4 素子の中で198 素子に達し、良品率は約78%である。
一方、図4の分布図からわかるように、従来のシリコン
単結晶から切り出されたウェハの場合には、8MV/cmの
電界強度でもブレークダウンしない素子は全254 素子の
中で108 素子しかなく、良品率は約43%である。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明の単結晶引上装置
では、坩堝の温度むらをなくし、異常に高温となる部分
が坩堝に存在しないように、坩堝の底部側にもヒータを
設けているので、引上げ中に石英性の坩堝からSiOx
クラスターが溶融液中に溶け出すことを防止でき、引き
上げられる単結晶中に取り込まれるSiOx 量を低減で
き、半導体基板として使用した場合に酸化膜の耐圧特性
に優れる単結晶シリコンを提供できる等、本発明は優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る単結晶引上装置の構成を示す模式
図である。
【図2】本発明の単結晶引上装置と従来の単結晶引上装
置とにより引き上げた各単結晶シリコンの赤外吸収スペ
クトルを示す図である。
【図3】本発明の単結晶引上装置により引き上げた単結
晶シリコンにおける酸化膜の耐圧特性のウェハの面内分
布を示す図である。
【図4】従来の単結晶引上装置により引き上げた単結晶
シリコンにおける酸化膜の耐圧特性のウェハの面内分布
を示す図である。
【符号の説明】
1 石英製の内坩堝 2 黒鉛製の内坩堝 4 ヒータ 5 ヒータ 6 種結晶 7 引上げ軸 8 溶融液 9 単結晶 10 坩堝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法に従って、坩堝内の
    融液に種結晶を浸漬させて単結晶を引き上げる単結晶引
    上装置において、前記坩堝の側面部及び底部に対向して
    ヒータを備え、前記坩堝の温度むらを防止すべく構成し
    たことを特徴とする単結晶引上装置。
JP9896192A 1992-03-24 1992-03-24 単結晶引上装置 Pending JPH05270972A (ja)

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JP9896192A JPH05270972A (ja) 1992-03-24 1992-03-24 単結晶引上装置

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