JPH07277891A - Method for growing crystal - Google Patents

Method for growing crystal

Info

Publication number
JPH07277891A
JPH07277891A JP6512394A JP6512394A JPH07277891A JP H07277891 A JPH07277891 A JP H07277891A JP 6512394 A JP6512394 A JP 6512394A JP 6512394 A JP6512394 A JP 6512394A JP H07277891 A JPH07277891 A JP H07277891A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal
melt
crucible
layer
crystal growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6512394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Kubo
高行 久保
Yoshihiro Akashi
義弘 明石
Setsuo Okamoto
節男 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Sitix Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Sitix Corp filed Critical Sumitomo Sitix Corp
Priority to JP6512394A priority Critical patent/JPH07277891A/en
Publication of JPH07277891A publication Critical patent/JPH07277891A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide a method for growing a crystal which makes the impurity concn. in the radial direction particularly within the wafer surface uniform even of the crystal pulled up in any crystal growth bearing. CONSTITUTION:This method for growing the crystal comprises adding an impurity to a molten layer by blowing gas contg. the gaseous impurity to the surface of a melt or the molten layer 4 in a Czochralski method of growing the crystal 6 by bringing a seed crystal 3 into contact with the surface of the melt of the raw material in a crucible 1 and pulling up the seed crystal or a molten layer method of growing the crystal 6 by heating and melting the upper part of the raw material in the crucible 1 to form the molten layer 4, keeping the lower part as a solid layer 5 of the raw material, bringing the seed crystal 3 into contact with the surface of the molten layer 4 and pulling up the seed crystal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、回転引上げ法による結
晶成長方法に関し、より詳しくは半導体材料として使用
されるシリコン単結晶の結晶特性(特に電気的特性)の
面内半径方向の分布を均一にする結晶成長方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal growth method by a rotary pulling method, and more specifically, a uniform distribution of crystal characteristics (especially electrical characteristics) of a silicon single crystal used as a semiconductor material in an in-plane radial direction. The present invention relates to a crystal growth method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体用単結晶、特に高純度シリコン単
結晶の製造に関しては種々の方法が知られている。なか
でも、回転引上げ法としてチョクラルスキー法によって
製造された単結晶は、石英製坩堝内のシリコン溶融液か
ら引上げて育成されるため、成長した結晶内には坩堝の
石英(SiO2)から供給された多くの酸素を含んでいる。こ
のため、他の方法で製造した単結晶に比べ、ICやLS
Iの製造プロセスにおいて繰り返し熱処理を受けても、
スリップや反りを発生しにくい。更に、内部の酸素析出
物には、1000℃近傍の熱処理で高密度欠陥層を形成し、
ウェーハの表面領域に存在する不純物を低減する作用
(いわゆるイントリンシックゲッタリング)もある。こ
れらの製造プロセス上の利点から、シリコン単結晶の工
業的製造においては、チョクラルスキー法が広く利用さ
れている。
2. Description of the Related Art Various methods are known for the production of semiconductor single crystals, especially high-purity silicon single crystals. Among them, the single crystal produced by the Czochralski method as the rotary pulling method is grown by pulling it from the silicon melt in the quartz crucible, so the grown crystal is supplied from the crucible quartz (SiO 2 ). Contains a lot of oxygen that has been made. Therefore, compared to single crystals produced by other methods, IC and LS
Even if it is repeatedly heat-treated in the manufacturing process of I,
Less likely to cause slips or warpage. Furthermore, a high-density defect layer is formed on the internal oxygen precipitates by heat treatment at around 1000 ° C.,
It also has a function of reducing impurities existing in the surface area of the wafer (so-called intrinsic gettering). Due to these advantages in the manufacturing process, the Czochralski method is widely used in the industrial manufacturing of silicon single crystals.

【0003】図5は、このチョクラルスキー法の実施状
態を示す概略縦断面図であり、同図中1は坩堝である。
坩堝1は二重構造であり、内側は石英製の坩堝1aで、外
側は黒鉛製の坩堝1bで構成される。坩堝1の外側には加
熱用のヒータ2が配設されており、坩堝1内にはこの加
熱ヒータにより溶融された結晶形成用材料、つまり原料
の溶融液7が収容されている。その溶融液7の表面に引
上げワイヤ13の先に取り付けた種結晶3の下端を接触さ
せ、この種結晶3を上方へ引き上げることによって、そ
の下端に溶融液7が凝固した結晶6を成長させていく。
また、坩堝1は、引き上げワイヤ13と同一軸心で、所定
の速度で回転する坩堝支持軸12によって支持されるとと
もに、坩堝1の保温性を確保するために、保温筒11によ
って囲撓されている。これらの部品、部材は水冷式のチ
ャンバ14内に収納され、全体として単結晶製造装置を構
成している。
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view showing an implementation state of the Czochralski method, in which 1 is a crucible.
The crucible 1 has a double structure. The inner side is a crucible 1a made of quartz and the outer side is a crucible 1b made of graphite. A heater 2 for heating is arranged outside the crucible 1, and a crystal forming material melted by the heater, that is, a raw material melt 7 is accommodated in the crucible 1. The lower end of the seed crystal 3 attached to the tip of the pulling wire 13 is brought into contact with the surface of the melt 7 and the seed crystal 3 is pulled upward to grow a crystal 6 in which the melt 7 solidifies. Go.
In addition, the crucible 1 is supported by a crucible support shaft 12 which is coaxial with the pulling wire 13 and which rotates at a predetermined speed, and is surrounded by a heat insulation cylinder 11 to ensure heat retention of the crucible 1. There is. These parts and members are housed in a water-cooled chamber 14 and constitute a single crystal manufacturing apparatus as a whole.

【0004】結晶成長中は、チャンバ14の上方に設けら
れたプルチャンバ15の中央部から常時高純度のアルゴン
ガスを流して、ガス流れ20、21を形成させる。このガス
流れ20、21は、シリコン溶融液7の表面から蒸発する一
酸化珪素(SiO) を伴って、図示しない排出口からチャン
バ14の系外へ排出される。ガス流れによって蒸発する一
酸化珪素を排出するのは、一酸化珪素の析出物がチャン
バ14の上部内壁に層状または塊状に付着して、この析出
した一酸化珪素の微粉または塊が溶融液7の表面上に落
下し、これが結晶成長界面に取り込まれ、無転位結晶が
有転位化し、製品単結晶が不良になる場合があるからで
ある。
During crystal growth, high-purity argon gas is constantly flowed from the center of the pull chamber 15 provided above the chamber 14 to form gas streams 20 and 21. The gas streams 20 and 21 are discharged from the system of the chamber 14 through a discharge port (not shown) together with silicon monoxide (SiO) evaporated from the surface of the silicon melt 7. The silicon monoxide vaporized by the gas flow is discharged by depositing silicon monoxide deposits on the inner wall of the upper portion of the chamber 14 in a layered or lump form, and the deposited fine particles or lumps of silicon monoxide form the melt 7. This is because it may fall onto the surface and be taken into the crystal growth interface, causing dislocation-free crystals to have dislocations, resulting in a defective product single crystal.

【0005】半導体単結晶をこのチョクラルスキー法で
結晶成長させる場合、単結晶を所期の電気抵抗率、電気
伝導型とするため、引き上げ前に溶融液中に不純物元素
(ドーパント)を添加することが多い。この場合、添加
した不純物が結晶の成長方向に沿って偏析する現象が発
生し、結晶成長方向に均一な電気的特性を有する単結晶
が得られ難いという問題があった。
When a semiconductor single crystal is grown by the Czochralski method, an impurity element (dopant) is added to the melt before pulling in order to make the single crystal have a desired electric resistivity and electric conductivity type. Often. In this case, a phenomenon occurs in which the added impurities segregate along the crystal growth direction, which makes it difficult to obtain a single crystal having uniform electrical characteristics in the crystal growth direction.

【0006】上記のように結晶中に不純物の偏析が生
じ、結晶成長方向に不均一な特性になるのは、成長結晶
のある点での凝固開始時の不純物濃度と凝固終了時の不
純物濃度との比で表される実効偏析係数Keが1でない
ことに起因している。また、実効偏析係数Keは、結晶
成長の際の溶融液と結晶との界面における結晶中不純物
濃度Cs と溶融液中不純物濃度CL の比 (Cs / CL )
としても表されるが、このKeが1でないため、結晶の
成長に伴い、溶融液中ひいては結晶中の不純物濃度が変
化するのである。例えば、Ke<1の場合には、結晶の
成長に伴い溶融液中の不純物濃度が漸次高くなる。従っ
て、結晶成長の後半 (長さ方向で下方) では不純物濃度
が高くなってしまう。
As described above, the segregation of impurities in the crystal causes non-uniform characteristics in the crystal growth direction due to the impurity concentration at the start of solidification and the impurity concentration at the end of solidification at a certain point of the grown crystal. This is because the effective segregation coefficient Ke represented by the ratio is not 1. The effective segregation coefficient Ke is the ratio (C s / C L ) of the impurity concentration C s in the crystal and the impurity concentration C L in the melt at the interface between the melt and the crystal during crystal growth.
Also, since this Ke is not 1, the impurity concentration in the melt and thus in the crystal changes as the crystal grows. For example, when Ke <1, the impurity concentration in the melt gradually increases as the crystal grows. Therefore, the impurity concentration becomes high in the latter half of crystal growth (downward in the length direction).

【0007】一般に、引き上げられた単結晶の成長方向
の不純物濃度Cs は、初期の溶融液中不純物濃度CL0
単結晶の固化率Gとの関係において、 Cs =KeCL0(1−G)Ke-1 で表される。例えば、実効偏析係数Keが0.35と小さい
リン (P) を添加したn型結晶では、Keが1に近い他
の不純物元素を使用する場合に比べ、成長進行中におけ
る溶融液中のリン濃度の上昇度が大きく、単結晶の成長
方向における不純物濃度の変化が大きくなり、所期の不
純物濃度を有する単結晶の歩留が著しく低下する。
Generally, the impurity concentration C s in the growth direction of the pulled single crystal is the initial impurity concentration C L0 in the melt,
In relation to the solidification rate G of the single crystal, it is represented by C s = KeCL 0 (1-G) Ke -1 . For example, in an n-type crystal to which phosphorus (P) having a small effective segregation coefficient Ke of 0.35 is added, the phosphorus concentration in the melt increases during the growth, as compared with the case of using other impurity elements having a Ke close to 1. The degree of change is large, the change in the impurity concentration in the growth direction of the single crystal is large, and the yield of the single crystal having the desired impurity concentration is significantly reduced.

【0008】このような結晶成長方向に沿って発生する
不純物偏析を抑制しながら結晶を成長させる回転引上げ
法として、溶融層法が行われている。
A melt layer method is used as a rotary pulling method for growing crystals while suppressing the segregation of impurities generated along the crystal growth direction.

【0009】図3は、溶融層法の基本的な構成を説明す
る概略縦断面図である。図示のように、溶融層法では、
チョクラルスキー法で説明したのと同様に構成された坩
堝1内に充填した原料の上部を、ヒーター2で溶融させ
ることによって、上層に溶融層4を、また下層に固体層
5を形成させている。そして、種結晶3を溶融層4に接
触させて、原料の溶融液が凝固した結晶6を引き上げワ
イヤー13によって回転させながら引上げて行く。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view for explaining the basic constitution of the melt layer method. As shown, in the melt layer method,
By melting the upper part of the raw material filled in the crucible 1 having the same structure as described in the Czochralski method with the heater 2, the molten layer 4 is formed in the upper layer and the solid layer 5 is formed in the lower layer. There is. Then, the seed crystal 3 is brought into contact with the molten layer 4, and the crystal 6 in which the melt of the raw material is solidified is pulled up while being rotated by the pulling wire 13.

【0010】溶融層法においては、結晶中の不純物偏析
を抑制するために、次の二つの方法が採られている。
In the melt layer method, the following two methods are adopted to suppress the segregation of impurities in crystals.

【0011】その一つは、不純物の添加を初期の溶融層
に対してのみ行い、引き上げ中は固体層5の溶融量を調
整して、溶融層4の体積を変化させ、これによって溶融
液中の不純物濃度を一定に保つ溶融層厚変化法(特開昭
61−250691号、特開昭61−250692号および特開昭61−21
5285号の各公報参照) である。もう一つは、引き上げ中
に固体層5を連続的に溶融させ溶融層4の体積を一定と
し、更に、不純物も連続的に添加して溶融液中の不純物
濃度を一定に保つ溶融層一定法(特公昭34−8242号、特
公昭62−880 号および実開昭60−32474 号の各公報参
照) である。いずれにしても、実効偏析係数Keの値に
かかわらず、単結晶の成長に伴って発生する溶融液中の
不純物濃度の変化を抑え、結晶中の不純物偏析を抑制す
るものである。
One of the methods is to add impurities only to the initial molten layer, adjust the melting amount of the solid layer 5 during pulling, and change the volume of the molten layer 4, whereby the molten layer 4 is melted. Method for changing the thickness of molten layer to keep the impurity concentration in the melt
61-250691, JP-A-61-250692 and JP-A-61-21
5285). The other method is a constant melt layer method in which the solid layer 5 is continuously melted during pulling to make the volume of the melt layer 4 constant, and further impurities are continuously added to keep the impurity concentration in the melt constant. (See Japanese Patent Publication Nos. 34-8242, 62-880 and 60-32474). In any case, regardless of the value of the effective segregation coefficient Ke, the change in the impurity concentration in the melt that occurs with the growth of the single crystal is suppressed, and the impurity segregation in the crystal is suppressed.

【0012】これらの溶融層法における溶融層の厚みの
制御は、加熱するヒータの発熱長さ、すなわち投入発熱
量や坩堝寸法(特に深さ)、さらにはヒータの外側に周
設され坩堝下部の熱移動を促進する保温筒の形状または
保温筒の材質を予め適切に選択することによって行われ
る。
Control of the thickness of the molten layer in these molten layer methods is performed by the heating length of the heater to be heated, that is, the heating value of the heater, the crucible size (particularly the depth), and further the circumference of the heater and the lower portion of the crucible. This is performed by appropriately selecting in advance the shape of the heat retaining tube or the material of the heat retaining tube that promotes heat transfer.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記の方法を採用する
ことによって、結晶成長方向の不純物偏析の問題はほぼ
解決することができた。しかし、 近年、半導体産業の
デバイス工程でのウエハの高集積化、高密度化に伴い、
要求される品質規格が厳しくなり、品質仕様の一つとし
て結晶成長方向以上に半径方向の特性の均一化が要望さ
れるようになった。これは、ウエハの大口径化にともな
うデバイス工程でのウエハ面内の特性バラツキ排除の要
請に基づくものであるが、チョクラルスキー法のみなら
ず溶融層法においても半径方向の不純物濃度のバラツキ
抑制が重要な課題となった。以下、その要因の一例を説
明する。
By adopting the above method, the problem of impurity segregation in the crystal growth direction can be almost solved. However, in recent years, with the high integration and high density of wafers in the device process of the semiconductor industry,
The required quality standards have become stricter, and as one of the quality specifications, there has been a demand for uniform characteristics in the radial direction rather than in the crystal growth direction. This is due to the requirement of eliminating the characteristic variation in the wafer surface in the device process due to the increase in the diameter of the wafer, but suppressing the variation in the impurity concentration in the radial direction not only in the Czochralski method but also in the molten layer method. Became an important issue. Hereinafter, an example of the factor will be described.

【0014】半導体材料としてシリコンを結晶成長させ
る場合、代表的な成長方位として〔100〕と〔11
1〕とがあるが、引上げ結晶の成長速度は成長方位によ
って異なる。これは、各成長方位での面内原子密度が異
なるからあるが、特に結晶の成長方位が〔111〕の場
合には、〔100〕方位や他の方位に比べ、結晶の成長
速度は著しく遅くなり、結晶の凝固界面にファセットを
形成する。このようにファセットを形成すると、ファセ
ット部では他の部分と比べて特性に変化が生じる。例え
ば不純物の実効偏析係数は、他の部分に比較して大きく
なる。そのため、回転引上げ法で結晶成長させた場合、
同時に結晶中に取り込まれる不純物量にはファセット部
と他の部分とでは差が生じるので、結晶の成長位置、す
なわち、結晶の半径方向によって電気的特性が異なって
くる。
When crystal-growing silicon as a semiconductor material, typical growth directions are [100] and [11].
1], the growth rate of the pulled crystal depends on the growth direction. This is because the in-plane atom density in each growth direction is different, but especially when the crystal growth direction is [111], the crystal growth rate is significantly slower than the [100] direction and other directions. And form facets at the solidification interface of the crystal. When the facets are formed in this way, the facet portion changes in characteristics as compared with other portions. For example, the effective segregation coefficient of impurities becomes large as compared with other parts. Therefore, when the crystal is grown by the rotary pulling method,
At the same time, there is a difference in the amount of impurities taken into the crystal between the facet portion and the other portion, so that the electrical characteristics differ depending on the crystal growth position, that is, the crystal radial direction.

【0015】図4は、リンを不純物として含有させて、
結晶成長方位が〔111〕で成長させた4″直径のシリ
コン結晶を半導体ウエハに加工した場合の半径方向の抵
抗率の変化状況を示した図である。同図から明らかなよ
うに、結晶中心部のファセット部では抵抗率が低くなる
が、他の周辺部では高くなるので、そのままウエハの半
径方向のバラツキとなる。このようなシリコン単結晶は
電気的特性に差が生じることになるので、半導体用とし
ては使用できない。
In FIG. 4, phosphorus is contained as an impurity,
It is the figure which shows the change situation of the resistivity in the radial direction when the 4 ″ diameter silicon crystal grown in the crystal growth direction is [111] is processed into a semiconductor wafer. The resistivity is low in the facet part of the part, but it is high in other peripheral parts, so that it becomes the variation in the radial direction of the wafer as it is.Since such a silicon single crystal causes a difference in electrical characteristics, It cannot be used for semiconductors.

【0016】本発明は、上記した従来方法の問題を克服
して、何れの結晶成長方位で引上げた結晶であっても、
特にウエハ面内の半径方向の不純物濃度が均一となる結
晶成長方法を確立することを課題としてなされたもので
ある。
The present invention overcomes the problems of the above-mentioned conventional methods and can be applied to any crystal grown in any crystal orientation.
In particular, it is an object to establish a crystal growth method in which the impurity concentration in the radial direction of the wafer is uniform.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、次の(1) 、
(2) の結晶成長方法を発明の要旨としている。
The present invention provides the following (1),
The crystal growth method (2) is the gist of the invention.

【0018】(1) 坩堝1内の原料の溶融液7の表面に種
結晶3を接触させて引上げることにより結晶6を成長さ
せるチョクラルスキー法において、前記溶融液7の表面
に不純物ガスを含有する気体を吹きつけて、溶融液に不
純物を添加することを特徴とする結晶成長方法(図1参
照)。
(1) In the Czochralski method of growing a crystal 6 by bringing a seed crystal 3 into contact with the surface of a melt 7 of a raw material in a crucible 1 and pulling it up, an impurity gas is added to the surface of the melt 7. A crystal growth method characterized in that an impurity is added to a molten liquid by blowing a contained gas (see FIG. 1).

【0019】(2) 坩堝1内の原料の上部を加熱溶融して
溶融層4とし、下部は原料の固体層5とし、種結晶3を
前記溶融層4の表面に接触させて引き上げることにより
結晶6を成長させる溶融層法において、前記溶融層4の
表面に不純物ガスを含有する気体を吹きつけて、溶融層
に不純物を添加することを特徴とする結晶成長方法(図
2参照)。
(2) The upper part of the raw material in the crucible 1 is heated and melted to form a molten layer 4, the lower part is a solid layer 5 of the raw material, and the seed crystal 3 is brought into contact with the surface of the molten layer 4 to pull up the crystal. In the melt layer method of growing No. 6, a crystal growth method characterized in that a gas containing an impurity gas is blown onto the surface of the melt layer 4 to add impurities to the melt layer (see FIG. 2).

【0020】[0020]

【作用】本発明者らは、チョクラルスキー法ならびに溶
融層法における不純物の濃度分布および引上げ結晶への
不純物の溶け込み挙動を詳細に検討した結果、次の知見
を得ることができた。
The present inventors have made detailed investigations on the concentration distribution of impurities in the Czochralski method and the melt layer method and the behavior of the impurities melting into the pulled crystal, and as a result, the following findings have been obtained.

【0021】 結晶成長方位が〔111〕のシリコン
単結晶を回転引上げ法で結晶成長させる場合でも、結晶
成長界面の近傍の溶融液または溶融液の表面全体の不純
物の濃度分布を調整することによって、引上げ結晶中の
半径方向の不純物濃度を制御することができる。例え
ば、不純物としてリンを使用した場合、前述の通り、結
晶中心部のファセット部では不純物濃度が高くなるが、
他の周辺部では低くなる。そこで、結晶の周辺部に該当
する溶融液の表面に、リンを含有するガスを吹きつけ
て、不純物であるリンを溶融液に添加する。この操作に
よって結晶の周辺部に該当する溶融液の不純物濃度が高
くなるように調整することができ、成長結晶の半径方向
の不純物濃度を均一にすることができる。
Even when a silicon single crystal having a crystal growth orientation of [111] is grown by the rotary pulling method, by adjusting the concentration distribution of impurities in the melt near the crystal growth interface or the entire surface of the melt, The impurity concentration in the radial direction in the pulled crystal can be controlled. For example, when phosphorus is used as the impurity, the impurity concentration becomes high in the facet portion of the crystal center, as described above,
It becomes lower in other peripheral areas. Therefore, a gas containing phosphorus is blown onto the surface of the melt corresponding to the peripheral portion of the crystal to add phosphorus as an impurity to the melt. By this operation, the impurity concentration of the melt corresponding to the peripheral portion of the crystal can be adjusted to be high, and the impurity concentration in the radial direction of the grown crystal can be made uniform.

【0022】 特に溶融層法においては、チョクラル
スキー法に比べ溶融層の深さが浅く溶融層上部と下部と
の温度差が小さくなるので、溶融液の温度差に起因する
溶融層内の対流が抑制されることになる。従って、ガス
の吹きつけによって不純物濃度が高められた結晶成長界
面近傍の溶融液は、対流によって伝達されることなく、
そのままの濃度分布を有した状態で結晶成長界面に到達
することになる。そのため、この方法を実施するには、
溶融層法が特に有効な結晶成長方法となる。
In particular, in the melt layer method, the depth of the melt layer is shallower and the temperature difference between the upper part and the lower part of the melt layer is smaller than that in the Czochralski method, so that convection in the melt layer due to the temperature difference in the melt is caused. Will be suppressed. Therefore, the melt in the vicinity of the crystal growth interface where the impurity concentration is increased by blowing gas is not transferred by convection,
It reaches the crystal growth interface in the state of having the same concentration distribution. So to implement this method,
The melt layer method is a particularly effective crystal growth method.

【0023】本発明は上記の知見に基づいて完成された
結晶成長方法を要旨とするものであるが、溶融液への不
純物ガスの添加方法は、特定の方式に限定されず、例え
ば、不純物ガスを含有するガスを注入管で導いて、結晶
成長界面近傍の溶融液の表面に吹きつけて溶融液に添加
してもよく、また、炉内の雰囲気ガス中に不純物ガスを
含有させて、融液表面に添加してもよい。
The present invention is based on a crystal growth method completed on the basis of the above findings, but the method of adding an impurity gas to a melt is not limited to a particular method, and for example, an impurity gas may be used. May be added to the melt by spraying on the surface of the melt near the crystal growth interface by introducing a gas containing the gas into the melt, or by adding an impurity gas to the atmosphere gas in the furnace to melt the melt. It may be added to the liquid surface.

【0024】[0024]

【実施例】以下に本発明の結晶成長方法の効果を、チョ
クラルスキー法(実施例1)および溶融層法(実施例
2、実施例3)に基づいて詳細に説明する。
The effects of the crystal growth method of the present invention will be described in detail below based on the Czochralski method (Example 1) and the melt layer method (Examples 2 and 3).

【0025】(実施例1)図1は、チョクラルスキー法
による本発明の結晶成長方法を実施するための装置の一
例を示す概略縦断面図である。装置の基本構成は、前述
した図5に示す従来の装置構成と同様であるが、本発明
方法を実施するために、結晶成長界面近傍の溶融液に不
純物ガスを添加するためのガス注入管17が配設されてい
る。
Example 1 FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the crystal growth method of the present invention by the Czochralski method. The basic structure of the apparatus is the same as that of the conventional apparatus shown in FIG. 5 described above, but in order to carry out the method of the present invention, a gas injection pipe 17 for adding an impurity gas to the melt near the crystal growth interface. Is provided.

【0026】チョクラルスキー法による結晶成長とし
て、図1に示す装置を使用して、n型ドーパントとして
リンを用い、次の条件でシリコンの単結晶を成長させ
た。
As the crystal growth by the Czochralski method, using the apparatus shown in FIG. 1, phosphorus was used as an n-type dopant and a silicon single crystal was grown under the following conditions.

【0027】1.シリコン原料の充填 黒鉛製の外側坩堝に石英製の内側坩堝 (内径400mm ×深
さ350mm )を嵌合して坩堝を構成し、この坩堝内に結晶
用原料としてシリコン多結晶60kgを充填した。
1. Filling of Silicon Raw Material A quartz outer crucible was fitted with a quartz inner crucible (inner diameter 400 mm × depth 350 mm) to form a crucible, and 60 kg of silicon polycrystal as a raw material for crystals was filled in the crucible.

【0028】さらに不純物としてリン−シリコン合金を
0.6g添加した。
Further, phosphorus-silicon alloy is used as an impurity.
0.6 g was added.

【0029】2.事前処理 チャンバ内を10Torrのアルゴン雰囲気にした後、ヒータ
の入熱量を60kwにして原料を全て溶融した。
2. Pretreatment After the inside of the chamber was made to have an argon atmosphere of 10 Torr, the heat input amount of the heater was set to 60 kw to melt all the raw materials.

【0030】3.結晶成長の初期段階 坩堝内の溶融液を安定させた後、結晶の引上げを開始す
るために、坩堝の回転数を10rpm とし、引き上げワイヤ
ーの回転数10rpm で逆方向に回転させながら、種結晶
(結晶方位〔111〕)の下端を溶融層に浸漬した。
3. Initial stage of crystal growth After stabilizing the melt in the crucible, in order to start pulling the crystal, the rotation speed of the crucible was set to 10 rpm, while rotating the pulling wire in the reverse direction at 10 rpm, the seed crystal ( The lower end of the crystal orientation [111]) was immersed in the molten layer.

【0031】4.結晶成長およびガス吹きつけ 単結晶の成長初期段階(ネック工程終了〜ショルダ
(肩)形成〜ショルダ(肩)変え)ののち、単結晶の引
上げ段階(ボディプロセス)に移行した。
4. Crystal Growth and Gas Spraying After the initial stage of single crystal growth (end of neck process-formation of shoulder (shoulder) -changing shoulder (shoulder)), the stage was changed to pulling up of single crystal (body process).

【0032】引上げ段階(ボディプロセス)移行後、ガ
ス注入管から溶融液の表面にガスを吹きつけた。ガス注
入管に供給したガスは、PH3 (ホスフィン)を1%含
有するアルゴンガスとし、その流量は1リットル/minと
した。ガスを添加しながら結晶直径が6″の単結晶を、
無欠陥で引上げ長さ1000mmに成長させた。
After the transition to the pulling stage (body process), gas was blown from the gas injection pipe onto the surface of the melt. The gas supplied to the gas injection tube was an argon gas containing 1% of PH 3 (phosphine), and its flow rate was 1 liter / min. While adding gas, a single crystal with a crystal diameter of 6 "
It was grown to a pulling length of 1000 mm without defects.

【0033】比較のため、ガス吹きつけを行わない条件
でも、結晶成長を実施した。
For comparison, crystal growth was carried out even under the condition that gas was not blown.

【0034】(実施例2)図2は、溶融層法による本発
明の結晶成長方法を実施するための装置の1例を示す概
略縦断面図である。その装置の基本構成は、図1で説明
したチョクラルスキー法を実施する装置構成と同様であ
るが、坩堝1の外周には、短い発熱長さ、例えば、90mm
程度の発熱長さを有する抵抗加熱式ヒータ2が引上げ軸
を中心として同軸に配設されている。そして、結晶成長
中においては、このヒータと坩堝との相対的な上下方向
への位置調節、または入熱量の調節によって、坩堝内の
溶融層4、固体層5の各々の量が調節されるようになっ
ている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic vertical sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the crystal growth method of the present invention by the melt layer method. The basic structure of the device is the same as that of the device for carrying out the Czochralski method described with reference to FIG. 1, but on the outer periphery of the crucible 1, a short heat generation length, for example, 90 mm.
A resistance heating type heater 2 having a heat generation length of the order of magnitude is arranged coaxially with the pulling shaft as a center. Then, during the crystal growth, by adjusting the relative positions of the heater and the crucible in the vertical direction or adjusting the heat input amount, the amounts of the molten layer 4 and the solid layer 5 in the crucible can be adjusted. It has become.

【0035】その他に本発明の結晶成長方法を実施する
ために、結晶成長界面となる溶融層4に不純物ガスを含
有するガスを吹きつけるためのガス注入管17が配設され
ていることは、チョクラルスキー法の場合と同様であ
る。
In addition, in order to carry out the crystal growth method of the present invention, the gas injection pipe 17 for blowing the gas containing the impurity gas to the molten layer 4 which becomes the crystal growth interface is arranged. The same as in the Czochralski method.

【0036】溶融層法による結晶成長として、n型ドー
パントとしてリンを使用して、次の条件でシリコンの単
結晶を成長させた。
As crystal growth by the melt layer method, phosphorus was used as an n-type dopant to grow a single crystal of silicon under the following conditions.

【0037】1.シリコン原料の充填 黒鉛製の外側坩堝に石英製の内側坩堝 (内径400mm ×深
さ350mm )を嵌合して坩堝を構成し、この坩堝内に結晶
用原料として高純度のシリコン多結晶を重量65kgを充填
した。
1. Filling of silicon raw material A quartz outer crucible is fitted with a quartz inner crucible (inner diameter 400 mm x depth 350 mm) to form a crucible, and a high-purity silicon polycrystal with a weight of 65 kg is used as a raw material for the crystal in this crucible. Was filled.

【0038】n型ドーパントとして、リン−シリコン合
金 0.4gを、上記の原料に添加した。
As an n-type dopant, 0.4 g of phosphorus-silicon alloy was added to the above raw material.

【0039】2.事前処理 チャンバ内を10Torrのアルゴン雰囲気にした後、ヒータ
を75kwの入熱量として、全ての原料を溶融した後、ヒー
タの入熱量を60kwに減少させ、溶融層下部に固体層を成
長させた。
2. Pretreatment After the inside of the chamber was made to have an argon atmosphere of 10 Torr and the heater was set to 75 kw of heat input to melt all the raw materials, the heat input of the heater was reduced to 60 kw, and a solid layer was grown under the molten layer.

【0040】3.結晶成長の初期段階 固体層を充分に成長させ溶融層を安定させた後、結晶の
引上げを開始するために、坩堝の回転数を1rpm とし、
引き上げワイヤーの回転数は10rpm 一定で逆方向に回転
させながら、種結晶(結晶方位〔111〕)の下端を溶
融層に浸漬した。
3. Initial stage of crystal growth After the solid layer is sufficiently grown to stabilize the molten layer, the rotation speed of the crucible is set to 1 rpm in order to start pulling the crystal,
The lower end of the seed crystal (crystal orientation [111]) was immersed in the molten layer while rotating the pulling wire at a constant rotation speed of 10 rpm in the opposite direction.

【0041】4.結晶成長およびガス添加 実施例1と同様に、引上げ段階(ボディプロセス)移行
後、ガス注入管からガスの吹きつけを実施した。供給し
たガスはPH3 (ホスフィン)を1%含有するアルゴン
ガスで、その流量は1リットル/minとした。
4. Crystal Growth and Gas Addition Similar to Example 1, after shifting to the pulling stage (body process), gas was blown from the gas injection pipe. The supplied gas was an argon gas containing 1% of PH 3 (phosphine), and the flow rate was 1 liter / min.

【0042】その後、ガスを添加しながら結晶直径が
6″の単結晶を、無欠陥で引上げ長さ1000mmに成長させ
た。
Thereafter, a single crystal having a crystal diameter of 6 ″ was grown without defects with a pulling length of 1000 mm while adding gas.

【0043】比較のため、ガス吹きつけを行わない条件
でも、結晶成長を実施した。
For comparison, crystal growth was carried out even under the condition that gas was not blown.

【0044】(実施例3)溶融層法による結晶成長の他
の方法として、不純物ガスをチャンバ内の雰囲気用アル
ゴンガスに含有させて、図2中のガス流れ21を溶融層4
の表面に常時接触させる方法でシリコン単結晶を成長さ
せた。この方法に使用した装置は、図2に示した装置と
同一構成であるが、不純物ガスを含有するガスを供給す
るガス注入管17は使用しなかった。
(Embodiment 3) As another method of crystal growth by the melt layer method, an impurity gas is contained in the argon gas for the atmosphere in the chamber, and the gas flow 21 in FIG.
A silicon single crystal was grown by a method of constantly contacting the surface of. The apparatus used in this method has the same structure as the apparatus shown in FIG. 2, but the gas injection pipe 17 for supplying the gas containing the impurity gas was not used.

【0045】結晶成長の条件は、雰囲気用アルゴンガス
(流量1リットル/min)にPH3 (ホスフィン)を1%
含有させることとしたが、それ以外のシリコン原料の充
填〜事前処理〜結晶成長における条件は、実施例2の場
合と同様とした。
The conditions for crystal growth are 1% of PH 3 (phosphine) in argon gas for atmosphere (flow rate of 1 liter / min).
The conditions for filling the silicon raw material, pretreatment, and crystal growth other than the above were the same as those in the second embodiment.

【0046】比較のため、雰囲気用アルゴンガスに不純
物ガスを含有させない条件でも、結晶成長を実施した。
For comparison, crystal growth was carried out even under the condition that the atmosphere argon gas did not contain the impurity gas.

【0047】(実施例1)〜(実施例3)で成長させた
単結晶を、半導体用ウエハとして加工後、ウエハ面内の
半径方向の抵抗率分布を四探針法によって測定した。こ
こで、抵抗率分布は(最大抵抗率−最小抵抗率)/(最
大抵抗率+最小抵抗率)で表される。単結晶の結晶成長
方向における測定部分は、上部(上端から 100mm部)、
中央部および下部(下端から 100mm部)の3部分とし、
その結果を表1にまとめて示した。
After processing the single crystal grown in (Example 1) to (Example 3) as a semiconductor wafer, the radial resistivity distribution in the wafer surface was measured by the four-point probe method. Here, the resistivity distribution is represented by (maximum resistivity-minimum resistivity) / (maximum resistivity + minimum resistivity). The measurement part in the crystal growth direction of the single crystal is the upper part (100 mm from the top),
The central part and the lower part (100mm from the bottom)
The results are summarized in Table 1.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】表1から明らかなように、本発明方法によ
って製造されたウエハは、結晶成長時の上部、中部およ
び下部の何れの部分においても、結晶成長中に不純物ガ
スを含有するガスを吹きつけない場合に比べ、ウエハ面
内の半径方向の抵抗率分布は、均一になっている。
As is clear from Table 1, the wafer manufactured by the method of the present invention is sprayed with a gas containing an impurity gas during crystal growth at any of the upper, middle and lower parts during crystal growth. The radial resistivity distribution in the plane of the wafer is more uniform than in the case of no wafer.

【0050】実施例では、添加する不純物としてリンを
使用する場合についてのみ説明したが、その他の不純物
元素、例えばボロン(B)等についても適用できること
を確認している。
In the examples, only the case of using phosphorus as an impurity to be added has been described, but it has been confirmed that the present invention can be applied to other impurity elements such as boron (B).

【0051】さらに、本発明方法は、半導体用としてシ
リコン単結晶の製造のみに適用されるのではなく、シリ
コン以外の単結晶の製造にも適用される。
Furthermore, the method of the present invention is applied not only to the production of silicon single crystals for semiconductors, but also to the production of single crystals other than silicon.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、チョクラルスキー法ま
たは溶融層法の回転引上げ法によって半導体用単結晶を
成長させる場合に、何れの結晶成長方位で引上げた結晶
であっても、半径方向の不純物濃度が均一な結晶を成長
させることができる。これによって、加工後のウエハ面
内の電気的特性が優れた半導体用ウエハを得ることがで
きる。
According to the present invention, when a single crystal for a semiconductor is grown by the Czochralski method or the melted layer rotation pulling method, even if the crystal is pulled in any crystal growth direction, It is possible to grow a crystal having a uniform impurity concentration. As a result, it is possible to obtain a semiconductor wafer having excellent electrical characteristics in the processed wafer surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】チョクラルスキー法による本発明の結晶成長方
法を実施するための装置の一例を示す概略縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the crystal growth method of the present invention by the Czochralski method.

【図2】溶融層法による本発明の結晶成長方法を実施す
るための装置の1例を示す概略縦断面図である。
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view showing an example of an apparatus for carrying out the crystal growth method of the present invention by the melt layer method.

【図3】溶融層法の基本的な構成を説明する概略縦断面
図である。
FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating the basic configuration of the melt layer method.

【図4】リンを不純物として含有させて、結晶成長方位
が〔111〕で成長させた4″直径のシリコン結晶の半
径方向の抵抗率の変化状況を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing changes in the radial resistivity of a 4 ″ diameter silicon crystal grown with [111] crystal growth direction containing phosphorus as an impurity.

【図5】従来の回転引き上げ法(チョクラルスキー法)
の実施状態を示す概略縦断面図である。
FIG. 5: Conventional rotation pulling method (Czochralski method)
It is a schematic longitudinal cross-sectional view showing an implementation state of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…坩堝、1a…石英坩堝、1b…黒鉛坩堝、2…ヒータ、
3…種結晶 4…溶融層、5…固体層、6…結晶、7…溶融液 11…保温筒、12…坩堝支持軸、13…引上げワイヤー、14
…チャンバ 15…プルチャンバ、17…ガス注入管、20、21…ガス流れ
1 ... crucible, 1a ... quartz crucible, 1b ... graphite crucible, 2 ... heater,
3 ... Seed crystal 4 ... Molten layer, 5 ... Solid layer, 6 ... Crystal, 7 ... Molten liquid 11 ... Insulating cylinder, 12 ... Crucible supporting shaft, 13 ... Pulling wire, 14
… Chamber 15… Pull chamber, 17… Gas injection pipe, 20, 21… Gas flow

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】坩堝内の原料の溶融液の表面に種結晶を接
触させて引上げることにより結晶を成長させるチョクラ
ルスキー法において、前記溶融液の表面に不純物ガスを
含有する気体を吹きつけて、溶融液に不純物を添加する
ことを特徴とする結晶成長方法。
1. A Czochralski method for growing a crystal by bringing a seed crystal into contact with the surface of a melt of a raw material in a crucible to pull it up, and blowing a gas containing an impurity gas onto the surface of the melt. And then adding impurities to the melt.
【請求項2】坩堝内の原料の上部を加熱溶融して溶融層
とし、下部は原料の固体層とし、種結晶を前記溶融層の
表面に接触させて引き上げることにより結晶を成長させ
る溶融層法において、前記溶融層の表面に不純物ガスを
含有する気体を吹きつけて、溶融層に不純物を添加する
ことを特徴とする結晶成長方法。
2. A melt layer method in which an upper part of a raw material in a crucible is heated and melted to form a molten layer and a lower part thereof is a solid layer of the raw material, and a seed crystal is brought into contact with the surface of the molten layer to pull up a crystal to grow a crystal. 2. The crystal growth method according to, wherein the surface of the molten layer is blown with a gas containing an impurity gas to add impurities to the molten layer.
JP6512394A 1994-04-01 1994-04-01 Method for growing crystal Pending JPH07277891A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6512394A JPH07277891A (en) 1994-04-01 1994-04-01 Method for growing crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6512394A JPH07277891A (en) 1994-04-01 1994-04-01 Method for growing crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07277891A true JPH07277891A (en) 1995-10-24

Family

ID=13277791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6512394A Pending JPH07277891A (en) 1994-04-01 1994-04-01 Method for growing crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07277891A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105317A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 信越半導体株式会社 Silicon single crystal production method, and silicon single crystal wafer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105317A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 信越半導体株式会社 Silicon single crystal production method, and silicon single crystal wafer
JP2018095489A (en) * 2016-12-09 2018-06-21 信越半導体株式会社 Method for manufacturing silicon single crystal, and silicon single crystal wafer
US11053606B2 (en) 2016-12-09 2021-07-06 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of producing silicon single crystal, and silicon single crystal wafer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4147599B2 (en) Silicon single crystal and manufacturing method thereof
CN114606567A (en) Method for producing n-type single-crystal silicon, ingot of n-type single-crystal silicon, silicon wafer, and epitaxial silicon wafer
JP2005306653A (en) Method for manufacturing silicon single crystal
KR20180101586A (en) Manufacturing method of silicon single crystal
KR100758162B1 (en) Method for manufacturing nitrogen-doped silicon single crystal
JPH076972A (en) Growth method and device of silicon single crystal
JP2686223B2 (en) Single crystal manufacturing equipment
JP5399212B2 (en) Method for producing silicon single crystal
US5840116A (en) Method of growing crystals
JPH03115188A (en) Production of single crystal
WO2023051693A1 (en) Nitrogen dopant feeding apparatus and method, and system for manufacturing nitrogen-doped monocrystalline silicon rod
US20090293802A1 (en) Method of growing silicon single crystals
US5089082A (en) Process and apparatus for producing silicon ingots having high oxygen content by crucible-free zone pulling, silicon ingots obtainable thereby and silicon wafers produced therefrom
WO2021095324A1 (en) Method for producing silicon single crystal
JPH07277875A (en) Method for growing crystal
JPH07277891A (en) Method for growing crystal
JP4080657B2 (en) Method for producing silicon single crystal ingot
KR20030069822A (en) Process for producing a highly doped silicon single crystal
KR100221087B1 (en) Silicon single crystal and its growing method
JP7439723B2 (en) How to grow silicon single crystals
JP3564740B2 (en) Crystal growth equipment
JPH07277870A (en) Method and device for growing single crystal
JP2004269335A (en) Production method for single crystal
JP2002293691A (en) Method of manufacturing silicon single crystal and silicon single crystal as well as silicon wafer
JPH08259373A (en) Method for growing si single crystal controlling temperature fluctuation