JPH06107492A - 結晶引き上げ法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チョクラルスキー結晶引き上げ装置における
一酸化シリコンの発生を抑制し、酸素と不純物分布を制
御するための方法と装置を得る。 【構成】 チョクラルスキー結晶引き上げ装置におい
て、シリコン−石英界面両端間にバイアス電圧が印加さ
れ、連続的に監視、および調節される。印加されたバイ
アス電圧は一酸化シリコンの生成を低減する反応を励起
する。印加された電圧はシリコン溶融の攪拌効果を変化
させるように変えられる。一酸化シリコンの抑制はシリ
コン結晶中の酸素の可能なレンジを増大させ、更に炭素
源である一酸化炭素の発生をも抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体材料に関するもの
であり、更に詳細にはチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒ
ａｌｓｋｉ）シリコン結晶成長装置においてＳｉＯの発
生を抑制し、酸素と不純物分布を制御することに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】チョクラルスキーシリコン結晶引き上げ
装置において、シリコン（Ｓｉ）と石英ライナ（ｌｉｎ
ｅｒ）（ＳｉＯ₂ ）との反応による一酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ）の発生は約１１５０℃から始まる。この温度で、
不活性気体以外ではＳｉＯが揮発性成分の主体を構成し
ている。１１５０℃におけるＳｉＯの蒸気圧は０．０５
ミリメートル水銀柱である。ＳｉＯの蒸気は結晶引き上
げ装置のより冷たい部分上に凝結し、それらはまた熱せ
られたグラファイト（ヒータ）と反応して一酸化炭素
（ＣＯ）の発生をもたらす。一酸化炭素は引き上げ装置
中への炭素の寄与の主たる前駆物質である。

【０００３】ＳｉＯの発生を抑制することはシリコン結
晶中の酸素と炭素の両方を低減するために重要である。

【０００４】ＳｉとＳｉＯ₂ との間の反応は電気化学的
なものである：

【化１】アノード過程：Ｓｉ−−→Ｓｉ⁺⁴＋４Ｅ カソード過程：Ｓｉ⁺⁴＋ＳｉＯ₂ ＋４Ｅ−−→２ＳｉＯ
₂

【０００５】硅酸塩（例えばＭＳｉＯ₃ ）の形で石英ラ
イナ中に一般に存在する金属不純物がシリコン−石英界
面において電解物質を形成する：

【化２】ＭＳｉＯ₃ −−→Ｍ⁺⁺＋ＳｉＯ₃ ＳｉＯ₃ ^--−−→Ｓｉ⁺⁴＋３Ｏ^--

【０００６】多結晶シリコン中に普通に存在する不純物
である塩素（Ｃｌ）は、クロロシランから取り出され、
これもＳｉ−ＳｉＯ₂ 界面に溶融金属塩化物を形成し、
それが電解伝導度を増大した電解物質として働く。

【０００７】一酸化シリコンの抑制は結晶成長中に磁界
を加えることによって達成できる。

【０００８】

【発明の概要】本発明はチョクラルスキー結晶引き上げ
装置における一酸化シリコンの発生を抑制するための方
法と装置に関するものである。シリコン−石英界面両端
間にバイアス電圧が印加される。一酸化シリコンの抑制
はシリコン結晶中の酸素の可能なレンジ（ｐｏｓｓｉｂ
ｌｅ ｒａｎｇｅ）を増大させる。

【０００９】一酸化シリコンを抑制する本方法は、結晶
成長中にシリコン−石英界面両端間に印加されたバイア
ス電圧を監視し、連続的に調節することを含んでいる。
メルトイン（ｍｅｌｔ−ｉｎ）の間に最初の結晶シード
が粒状シリコン中に降ろされ、シリコンが加熱され、導
電性を示すようになると共に高電圧が印加される。印加
された電圧は一酸化シリコンの生成を低減化する反応を
励起する。印加された電圧はシリコン溶融の攪拌効果を
変化させるように変えられる。

【００１０】本装置はグラファイトのるつぼの中の石英
ライナを含んでいる。るつぼは回転できる軸に取り付け
られたグラファイトの台上に保持されている。シリコン
シードはステンレス鋼のケーブル上に保持されている。
回転できる軸とステンレス鋼のシード保持用ケーブルと
の間に高電圧が印加される。本発明によって得られる技
術的な進歩は、本発明の目的と共に、以下の図面を参照
した本発明の好適実施例についての詳細な説明と、上に
掲げた本発明の特許請求の範囲から明らかとなるであろ
う。

【００１１】

【実施例】図１は、チョクラルスキー結晶引き上げ装置
において、ＳｉＯの発生を抑制し、酸素と不純物分布を
制御するために用いられるプロセスのフロー図である。
シリコン結晶がそこから成長する源となるシリコンが加
熱され、シリコンは溶融する（１２）。溶融シリコンの
温度は約１４１５℃の温度に安定化される。この時点
で、るつぼ、溶融シリコンとシード結晶との間に（図２
に示され、以下で述べるように）電圧が印加され、その
電圧は約４００から６００ミリボルトの範囲で調節され
る。

【００１２】シードが溶融シリコン中へ浸されて（ディ
ップされて）（１５）、結晶ステム部が成長する（１
６）。この時点で、バイアス電圧が点検され、必要があ
れば調節される（１７）。

【００１３】結晶の頭部が成長する（１８）。再びバイ
アス電圧の点検が行われて（１９）、調節が必要である
か調べられる。結晶が更に成長する（２０）。成長中
に、バイアス電圧が監視され、もし必要なら調節される
（２１）。

【００１４】結晶成長サイクルの終わりに結晶はテーパ
ーを付けられ（２２）、このテーパー化操作中にバイア
ス電圧の点検が行われる。完成した結晶が引き上げ装置
から取り出される（２４）。

【００１５】Ｓｉ−ＳｉＯ₂ の電気化学的な電位は １４２３キロオーム ５９０ミリボルト １７００キロオーム ４１０ミリボルト である。

【００１６】シリコンと石英との間に印加された上述の
大きさのバイアス電圧はＳｉＯの生成を抑制することが
できる。必要とされる電圧は中程度のものであるが、か
なり電圧降下が発生するために高電圧の電源を用いるこ
とが必要となっている。

【００１７】最初、シリコンが加熱されると、それは導
電性を示すようになる。シード結晶が溶融した粒状シリ
コン中へ降ろされる時は、この電位が化学反応を

【化３】２ＳｉＯ−−→Ｓｉ＋ＳｉＯ₂ の方向へ駆動し、ＳｉＯの生成を抑制する。結晶成長中
に電圧を印加する場合、電位は溶融物の攪拌効果を変化
させるために印加することができ、酸素濃度と不純物分
布に対する磁界の効果と同じ効果を有する。本発明のシ
ステムと方法は、外部に磁石を備えたシステムよりも、
操作が容易で、初期的にはより経済的である。また、ず
っと正確に酸素のレンジと抵抗率分布を調節することが
容易である。

【００１８】

【化４】Ｓｉ＋ＳｉＯ₂ −−→２ＳｉＯ の反応によって発生するＳｉＯはバイアス電圧を印加す
ることによって抑制される。ＳｉＯはシリコン結晶中の
酸素の供給源であることの他に、シリコン結晶中の炭素
を供給する反応：

【化５】ＳｉＯ＋２Ｃ−−→ＳｉＣ＋ＣＯ に関する前駆物質でもある。このように発生した一酸化
炭素（ＣＯ）はシリコン溶融へ逆拡散して、既に多結晶
シリコン中に存在する以上の炭素を導入する。

【００１９】図２は本発明の装置を示す。るつぼ３０が
グラファイトの台４０とるつぼ回転軸４１の上に取り付
けられている。るつぼ３０の内部には石英ライナ３２が
ある。石英ライナ３２には粒状シリコン３５が充たされ
ている。るつぼ３０はグラファイトヒータ３１で加熱さ
れてシリコン３５が溶かされる。

【００２０】シード結晶３４がグラファイトシードホル
ダ３３に取り付けられる。シード結晶３４は持ち上げら
れ、ステンレス鋼のケーブル３６上へ降ろされる。ケー
ブル３６は絶縁された滑車システム３７上にある。

【００２１】高電圧電源３９が電気ケーブル４２を介し
てるつぼ回転軸４１へ取り付けられ、電気ケーブル４３
を介してシステム３７へ電力供給するようになってい
る。電源３９と電気ケーブル４３との間にオプションの
制御装置３８がつながれている。制御装置３８はシード
結晶とるつぼとの間の電圧を一定の電圧値に保持するた
めに使用することができる。あるいは、結晶成長期間中
に電圧を望みのレベルに保つために使用することができ
る。印加された電圧は、結晶成長の間、溶融物の攪拌効
果を変化させるように制御装置３８によって変えてもよ
い。

【００２２】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）粒状シリコンが石英容器中で溶融するようになっ
たチョクラルスキーシリコン結晶引き上げ装置において
一酸化シリコンを低減するための方法であって、溶融し
たシリコンを安定な温度に到達させること、溶融シリコ
ン中へシード結晶を降ろし、シリコン結晶を成長させる
こと、石英−溶融シリコン界面両端間へ結晶成長中にバ
イアス電圧を印加すること、の工程を含む方法。

【００２３】（２）第１項記載の方法であって、前記結
晶がステム部、頭部、結晶本体を有し、ステム部、頭
部、結晶本体のそれぞれの成長工程中にそれぞれバイア
ス電圧を調節する工程を含む方法。

【００２４】（３）第１項記載の方法であって、結晶成
長の間、連続的にバイアス電圧を監視し、調節する工程
を含む方法。

【００２５】（４）第１項記載の方法であって、前記溶
融シリコンが約１４１５℃で安定化する方法。

【００２６】（５）第２項記載の方法であって、前記結
晶本体が成長中にテーパーを持たせられ、このテーパー
化成長中にバイアス電圧が監視されるようになった方
法。

【００２７】（６）第１項記載の方法であって、前記シ
リコン−石英界面両端間に印加されるバイアス電圧が約
４１０ミリボルトと５９０ミリボルトとの間にある方
法。

【００２８】（７）第１項記載の方法であって、前記印
加されたバイアス電圧が溶融シリコン中での化学反応
を：

【化６】２ＳｉＯ−−→Ｓｉ＋ＳｉＯ₂ の方向へ駆動する方法。

【００２９】（８）第１項記載の方法であって、前記印
加されたバイアス電圧が溶融シリコンの攪拌効果を変化
させるようになった方法。

【００３０】（９）シリコンが石英容器中で溶融するよ
うになったチョクラルスキーシリコン結晶引き上げ装置
において一酸化シリコンを低減する方法てあって、溶融
シリコンを安定な温度に到達させること、溶融シリコン
からシリコン結晶を成長させること、結晶成長の間、石
英−溶融シリコン界面両端間にバイアス電圧を印加する
こと、の工程を含む方法。

【００３１】（１０）第９項記載の方法であって、前記
結晶がステム部、頭部、結晶本体を含み、ステム部、頭
部、結晶本体のそれぞれの成長中にバイアス電圧をそれ
ぞれ調節する工程を含む方法。

【００３２】（１１）第９項記載の方法であって、結晶
成長中にバイアス電圧を連続的に監視し、調節する工程
を含む方法。

【００３３】（１２）第９項記載の方法であって、前記
溶融シリコンが約１４１５℃で安定するようになった方
法。

【００３４】（１３）第１０項記載の方法であって、前
記結晶本体が成長中にテーパー化され、そのテーパー化
工程中にバイアス電圧の監視を行うようになった方法。

【００３５】（１４）第９項記載の方法であって、シリ
コン−石英界面両端間に印加される前記バイアス電圧が
約４１０ミリボルトと５９０ミリボルトとの間にある方
法。

【００３６】（１５）第９項記載の方法であって、前記
印加されたバイアス電圧が溶融シリコン中の化学反応
を：

【化７】２ＳｉＯ−−→Ｓｉ＋ＳｉＯ₂ の方向へ駆動するようになった方法。

【００３７】（１６）第９項記載の方法であって、前記
印加されるバイアス電圧が溶融シリコンの攪拌効果を変
化させるようになった方法。

【００３８】（１７）シリコンが石英容器中で溶融する
ようになったチョクラルスキーシリコン結晶引き上げ装
置において、一酸化シリコンの生成を低減化するための
装置であって、加熱されたるつぼ、前記るつぼ中の石英
ライナシード結晶を溶融シリコン中へ降ろすための電気
的に絶縁されたケーブル、前記るつぼを保持し、前記る
つぼを回転させるための回転軸、前記回転軸と絶縁され
たケーブルとの間につながれて、前記溶融シリコンと石
英ライナとの間にバイアスを印加するための高電圧電
源、を含む装置。

【００３９】（１８）第１７項記載の装置であって、結
晶成長中に前記バイアス電圧を自動的に調節するための
制御回路を含む装置。

【００４０】（１９）第１８項記載の装置であって、前
記制御回路が結晶成長中に前記バイアス電圧を監視し、
バイアス電圧に対して必要とされる調節を行うようにな
った装置。

【００４１】（２０）第１項の装置であって、前記絶縁
されたケーブルがステンレス鋼でできている装置。

【００４２】（２１）チョクラルスキー結晶引き上げ装
置において、シリコン−石英界面にバイアス電圧を印加
することによって、一酸化シリコンを生成するシリコン
の腐食が回避され、それによってシリコン結晶中の酸素
のレンジが増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法のフロー図。

【図２】本発明の装置の図。

【符号の説明】

３０ るつぼ ３２ 石英ライナ ３３ シードホルダ ３４ シード結晶 ３５ 粒状シリコン ３６ ステンレス鋼ケーブル ３７ 滑車システム ３８ 制御装置 ３９ 高電圧電源 ４０ グラファイト台 ４１ 回転軸 ４２ 電気ケーブル ４３ 電気ケーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒状シリコンが石英容器中で溶融するよ
   うになったチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋ
   ｉ）シリコン結晶引き上げ装置において一酸化シリコン
   を低減するための方法であって、 溶融したシリコンを安定な温度に到達させること、 溶融シリコン中へシード（種）結晶を降ろし、シリコン
   結晶を成長させること、 石英−溶融シリコン界面両端間へ結晶成長中にバイアス
   電圧を印加すること、の工程を含む方法。
2. 【請求項２】 シリコンが石英容器中で溶融するように
   なったチョクラルスキーシリコン結晶引き上げ装置にお
   いて、一酸化シリコンの生成を低減化するための装置で
   あって、 加熱されたるつぼ、 前記るつぼ中の石英ライナシード結晶を溶融シリコン中
   へ降ろすための電気的に絶縁されたケーブル、 前記るつぼを保持し、前記るつぼを回転させるための回
   転軸、 前記回転軸と絶縁されたケーブルとの間につながれて、
   前記溶融シリコンと石英ライナとの間にバイアスを印加
   するための高電圧電源、を含む装置。