JPH10167891A - 単結晶シリコンの製造装置および製造方法 - Google Patents

単結晶シリコンの製造装置および製造方法

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JPH10167891A
JPH10167891A JP34050796A JP34050796A JPH10167891A JP H10167891 A JPH10167891 A JP H10167891A JP 34050796 A JP34050796 A JP 34050796A JP 34050796 A JP34050796 A JP 34050796A JP H10167891 A JPH10167891 A JP H10167891A
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JP
Japan
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crystal silicon
single crystal
melt
magnetic field
production
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JP34050796A
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English (en)
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Junsuke Tomioka
純輔 冨岡
Hiroshi Inagaki
宏 稲垣
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Sumco Techxiv Corp
Original Assignee
Sumco Techxiv Corp
Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CZ法による単結晶シリコンの製造におい
て、酸素濃度が10×1017atoms/cm3 以下で、かつ、
軸方向酸素濃度の均一な単結晶シリコンを安定して製造
することができる単結晶シリコンの製造装置および製造
方法を提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン製造装置に、磁場を印加
するコイル10、10と、育成中の単結晶シリコン12
を取り巻く中空の逆円錐台形状または円筒状のガス整流
筒9とを設ける。この製造装置を用い、融液5に横磁場
を印加して融液対流を抑制する。また、融液5から蒸発
するSiOx は、ガス整流筒9と融液5との隙間を通過
するAr等の不活性ガスにより排出を促進する。これら
の相乗効果により、単結晶シリコン12に取り込まれる
酸素濃度が減少し、軸方向酸素濃度の均一な極低酸素結
晶が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶シリコンの
製造装置および製造方法に係り、特に詳しくは極低酸素
濃度の単結晶シリコンを得るに好適な製造装置および製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】単結晶シリコンは一般にCZ法を用いて
製造されている。CZ法は、単結晶製造装置内に設置し
た石英るつぼに多結晶シリコンを充填し、石英るつぼの
周囲に設けたヒータによって原料を加熱溶解した上、シ
ードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シー
ドチャックおよび石英るつぼを互いに同方向または逆方
向に回転しつつシードチャックを引き上げて単結晶シリ
コンを所定の直径および長さに成長させる方法である。
【0003】石英るつぼの表面は融液と接触して溶解す
るため、石英るつぼの表面に含まれている酸素は融液に
溶け出し、融液と反応してSiOx となる。前記SiO
x の大部分は融液表面から蒸発し、単結晶製造装置内に
導入されたアルゴン等の不活性ガスとともに単結晶製造
装置から排出されるが、一部は育成中の単結晶シリコン
に取り込まれる。単結晶シリコン中の酸素濃度は単結晶
の育成初期に高く、固化率の上昇に伴って低下する傾向
がある。また、単結晶シリコンに取り込まれた酸素は、
半導体デバイス製造過程で極微量の重金属汚染を浄化す
るイントリンシックゲッタリング効果を発揮するが、ウ
ェーハ表面の活性層に存在する場合は酸素誘起積層欠陥
の形成核となり、半導体デバイスの電気的特性に悪影響
を与える。
【0004】単結晶シリコン中に所望の濃度の酸素を軸
方向に均一に分布させるため、たとえば、特開平6−5
6571号公報に開示された単結晶の酸素濃度制御方法
によれば、融液の上方に逆円錐台形状または円筒状の熱
遮蔽治具を配置し、融液面と前記熱遮蔽治具の下端との
隙間を変更することによって単結晶の酸素濃度を制御し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では酸素濃度が10×1017atoms/cm3 以下の極低酸
素結晶を安定して得ることは困難である。特に近年で
は、単結晶シリコンの長大化に伴って石英るつぼのサイ
ズが大型化しているため、融液に接触する石英るつぼの
表面積が増大している。また、ヒータへの投入電力が増
大しているため、石英るつぼに加えられる熱量も増大し
ている。これらの点から融液に溶け込む酸素量が増加
し、前記極低酸素結晶の製造はますます困難になってい
る。
【0006】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、酸素濃度が10×1017atoms/cm3 以下
で、かつ、軸方向酸素濃度の均一な単結晶シリコンを安
定して製造することができる単結晶シリコンの製造装置
および製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る単結晶シリコンの製造装置は、CZ法
による単結晶シリコンの製造装置において、磁場印加手
段と、育成中の単結晶シリコンを取り巻く中空の逆円錐
台形状または円筒状の不活性ガス整流筒とを備えている
ことを特徴とする。
【0008】また、本発明に係る単結晶シリコンの製造
方法は、上記製造装置を用い、磁場印加による融液対流
の抑制と、不活性ガス整流筒による融液表面からのガス
排出能力向上との相乗効果により、育成する単結晶シリ
コンの酸素濃度を10×1017atoms/cm3 以下に制御す
ることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態および実施例】上記構成によれば、
単結晶シリコンの製造装置に磁場印加手段と、単結晶シ
リコンを取り巻く不活性ガス整流筒とを設けたので、融
液の対流抑制と、融液から蒸発する酸素の不活性ガスに
よる排出とを平行して行うことができる。
【0010】融液に磁場を印加すると、磁力線に直交す
る導電体融液の有効動粘性係数が増大し、融液の対流が
抑制される。横磁場を印加した場合は石英るつぼの壁面
に沿う垂直方向の融液対流が抑制され、石英るつぼから
融液に溶け出す酸素量を抑制する。これにより、単結晶
シリコンに取り込まれる酸素量を減らすことができる。
また、不活性ガス整流筒の下端と融液面との隙間を適切
な値に保ち、この隙間を流れる不活性ガスによってSi
Ox の排出を促進させれば、単結晶シリコンに取り込ま
れる酸素量が低減する。これらの相乗効果により、軸方
向酸素濃度が均一な極低酸素結晶が得られる。
【0011】次に、本発明に係る単結晶シリコンの製造
装置および製造方法の実施例について図面を参照して説
明する。図1は、単結晶シリコン製造装置の概略構成を
模式的に示した部分縦断面図である。メインチャンバ1
の中心部には、回転および昇降可能なるつぼ軸2の上端
に黒鉛るつぼ3が載置され、黒鉛るつぼ3に収容された
石英るつぼ4に多結晶シリコンの融液5が貯留されてい
る。黒鉛るつぼ3の周囲には円筒状のヒータ6と円筒状
の保温筒7とが設置され、保温筒7の上端には支持部材
8を介してガス整流筒9が装着されている。このガス整
流筒9は下端開口部より上端開口部が大きい中空の逆円
錐台形状の筒で、黒鉛またはSiCからなる。メインチ
ャンバ1の上端は図示しないプルチャンバに接続され、
メインチャンバ1の底面には図示しない真空ポンプに接
続された排気孔1aが設けられている。 また、メイン
チャンバ1の外側には環状のコイル10、10がそれぞ
れ垂直に立てた状態で設置されている。
【0012】石英るつぼ4に塊状の多結晶シリコンを充
填し、これをヒータ6によって加熱溶解して融液5とす
る。そして、シードチャック11に取り付けた種結晶を
融液5に浸漬してなじませた後、シードチャック11お
よび黒鉛るつぼ3を互いに同方向または逆方向に回転し
つつシードチャック11を引き上げて単結晶シリコン1
2を成長させる。コイル10、10に通電した場合、融
液5を水平方向に横断する磁界が印加され、磁力線と直
交する上下方向の融液対流が抑制されるため、石英るつ
ぼ4の内壁から融液5に溶出する酸素量が抑制される。
【0013】一方、プルチャンバから導入されたAr等
の不活性ガスは育成中の単結晶シリコン12とガス整流
筒9との隙間を流下し、更に融液5の表面とガス整流筒
9の下端との隙間を通過した後、石英るつぼ4の内壁と
ガス整流筒9との間を上昇する。そして、黒鉛るつぼ3
とヒータ6との隙間、あるいはヒータ6と保温筒7との
隙間を流下して排気孔1aから排出される。不活性ガス
は、融液5の表面とガス整流筒9の下端との隙間を通過
する際に流速を速め、融液5から蒸発するSiOx の排
出を促進する。ただし、融液5の表面とガス整流筒9の
下端との隙間が小さすぎると、石英るつぼ4の放射熱が
ガス整流筒9によって著しく遮断され、融液5の表面温
度が下がってSiOx の蒸発が抑制される。その結果、
単結晶シリコン12に取り込まれる酸素濃度が増加する
ので、前記隙間は50mm程度とすることが望ましい。
【0014】また、不活性ガスの流量は、融液5から蒸
発するSiOx の排出能力を維持するとともに、融液5
の表面とガス整流筒9の下端との隙間を通過した不活性
ガスの乱流発生を抑制するため、メインチャンバ容量9
00〜2000lに対して35〜65l/min とするこ
とが望ましい。不活性ガスの流量が35l/min 未満の
場合は、SiOx の排出能力が不足して極低酸素結晶が
得られず、65l/min を超えると、乱流が発生してガ
ス整流筒9の外側面にアモルファスSiOx が付着す
る。
【0015】図2は、本発明の製造方法により得られた
単結晶シリコンと、従来技術によって得られた単結晶シ
リコンとについて、軸方向酸素濃度の測定結果を比較し
たグラフである。この実験では24インチの石英るつぼ
に120kgの多結晶シリコンを充填し、直径8インチ
の単結晶シリコンを育成した。図中、Aは本発明による
実施例で、磁場強度4000ガウス、チャンバ内圧20
Torr、Ar流量60l/min 、ガス整流筒と融液と
の隙間50mmとした場合の軸方向酸素濃度の変動を示
す。BおよびCは従来技術によるもので、BはAと同一
条件の横磁場を印加する方法でガス整流筒のないもの、
Cは磁場印加手段がなく、ガス整流筒を有する装置を用
いた場合を示す。BおよびCのチャンバ内圧は20To
rr、Ar流量は60l/min とした。また、Cの場合
のガス整流筒と融液表面との隙間は50mmとした。
【0016】図2に示すように、本発明の製造方法によ
って得られた単結晶シリコンの酸素濃度は、軸方向の全
長にわたって10×1017atoms /cm3 以下となり、か
つ、軸方向の濃度変動が小さい。これに対し、従来技術
による単結晶シリコンの酸素濃度は、特に直胴部前半に
おいて10×1017atoms /cm3 をはるかに超え、更に
軸方向の濃度の変動が大きい。
【0017】上記実験結果から、24インチ以上の大型
るつぼを用いて極低酸素濃度の単結晶シリコンを製造す
る場合、磁場印加による融液対流抑制と、融液からの蒸
発酸素のガス整流筒による排出促進との相乗効果によっ
てのみ達成が可能であることが分かった。
【0018】本実施例ではホットゾーンに横磁場を印加
したが、これに限るものではなく、カスプ磁場を印加し
ても極低酸素濃度の単結晶シリコンを製造することがで
きる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、石
英るつぼから融液に溶出する酸素を磁場印加により抑制
する効果と、不活性ガスの流れを制御する整流筒により
融液から蒸発する酸素の排出を促進する効果との相乗効
果を利用して単結晶シリコンを育成することにしたの
で、融液中に含まれる酸素量が減少し、軸方向の全長に
わたって極低酸素濃度の単結晶シリコンが得られる。本
発明による製造装置ならびに製造方法は、特に直径8イ
ンチ以上の大径の単結晶シリコンを製造する場合に効果
を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】単結晶シリコン製造装置の概略構成を模式的に
示した部分縦断面図である。
【図2】単結晶シリコンの軸方向酸素濃度を比較したグ
ラフである。
【符号の説明】
1 メインチャンバ 1a 排気孔 4 石英るつぼ 5 融液 9 ガス整流筒 10 コイル 12 単結晶シリコン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CZ法による単結晶シリコンの製造装置
    において、磁場印加手段と、育成中の単結晶シリコンを
    取り巻く中空の逆円錐台形状または円筒状の不活性ガス
    整流筒とを備えていることを特徴とする単結晶シリコン
    の製造装置。
  2. 【請求項2】 上記製造装置を用い、磁場印加による融
    液対流の抑制と、不活性ガス整流筒による融液表面から
    のガス排出能力向上との相乗効果により、育成する単結
    晶シリコンの酸素濃度を10×1017atoms/cm3 以下に
    制御することを特徴とする単結晶シリコンの製造方法。
JP34050796A 1996-12-04 1996-12-04 単結晶シリコンの製造装置および製造方法 Pending JPH10167891A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017075082A (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 上海新昇半導體科技有限公司 単結晶シリコンインゴットおよびウェーハの形成方法

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