JPH11302099A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

シリコン単結晶の製造方法

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JPH11302099A
JPH11302099A JP12834498A JP12834498A JPH11302099A JP H11302099 A JPH11302099 A JP H11302099A JP 12834498 A JP12834498 A JP 12834498A JP 12834498 A JP12834498 A JP 12834498A JP H11302099 A JPH11302099 A JP H11302099A
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JP
Japan
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single crystal
carbon
gas
silicon single
doping
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JP12834498A
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English (en)
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Yutaka Hayakawa
裕 早川
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CZ法にてCドープによる酸素析出物の発生
を促進したシリコン単結晶の製造に際し、従来法ではイ
ンゴットのC濃度を成長軸方向で均一にすること困難で
あったことを解消し、インゴット中のC濃度を一定にし
て特性の良いシリコン単結晶を形成する。 【解決手段】 C及び/又はC化合物を含むガスを単独
又は複合したガスとAr等不活性ガスとを混合した雰囲
気中で引き上げを行うと、成長時の偏析係数の影響が大
幅に緩和され、かつ濃度分布は直径方向でもほぼ均一と
なり、Cドーピング用ガスを一定流量で導入して引上げ
育成後に測定した単結晶インゴットのC濃度勾配をもと
に、引上げ育成時に導入ガス量を変化させて該インゴッ
ト中のC濃度を一定にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、Cドープによる
酸素析出物の発生を促進したシリコン単結晶の製造方法
の改良に係り、チョクラルスキー法(CZ法)におい
て、C化合物を含むガスを導入した雰囲気を利用してシ
リコン単結晶を引上げ育成し、また導入ガス量を所要の
制御パターンで変化させて該インゴット中のC濃度を一
定にして特性の良いシリコン単結晶を形成するシリコン
単結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CZ法とは周知の如く、石英るつぼ内に
生成されたシリコン融液に種結晶を浸け、種結晶と石英
るつぼを相対的に逆方向に回転させながら引き上げるこ
とによってシリコン単結晶を育成させる方法である。
【0003】CZ法により引き上げられてウェーハ化さ
れたシリコン単結晶ウェーハには、酸素を核とした酸素
誘起積層欠陥(OSFという)が発生する。このOSF
は、引き上げた際から存在するSi格子間原子が微小な
酸素析出物(SiO2)等に集まり、<111>結晶面
に板状に析出する欠陥である。
【0004】このOSFがシリコンウェーハ上のデバイ
ス活性領域に存在すると、リーク電流増大などの不良原
因となっていた。このため、OSF密度が低減されたシ
リコン単結晶ウェーハが望まれている。
【0005】また、シリコンデバイス製造の際、表面部
分に付着する汚染物質を捕獲するIG(Intrins
ic Gettering)効果はシリコンウェーハに
とって重要なパラメータであり、これは半導体デバイス
の絶縁耐圧不良や、キャリアのライフタイム減少等を防
ぐことができるため、このIG効果の優れたウェーハが
望まれている。
【0006】これらの要求に対し、シリコン単結晶中に
Cをドープして、OSFを抑制することが知られてい
る。C結晶格子はSi結晶格子よりも小さく、発生した
ひずみが吸収され、ウェーハ中に酸素が存在した場合に
も格子間Siの析出が抑えられるためである。
【0007】また、Cドープによって、ウェーハ表面近
傍の活性領域より内部に微小欠陥を発生させ、IG効果
が向上させるという方法が知られている。このため、従
来はこのOSF低減の方法として溶融シリコンに直接C
粉末を添加したり、Cを固溶させたシリコン添加してシ
リコン単結晶を引き上げる方法が用いられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】C等ドーパントを溶融
シリコン中に直接投入した場合、図1に黒四角印でプロ
ットするように偏析のために単結晶インゴットの上端と
下端とで濃度が異なる結果となっていた。
【0009】この単結晶インゴットのC濃度を成長軸方
向で均一にすることは、従来困難であった。これは抵抗
値等品質のばらつきにつながり、一本の結晶から一種類
の製品を作ることを困難にしており、C濃度の変化する
結晶後半部では別の製品用に変更したり、要求される抵
抗範囲を広いものとしなければならなかった。
【0010】この発明は、CZ法にてCドープによる酸
素析出物の発生を促進したシリコン単結晶の製造に際
し、従来法ではインゴットのC濃度を成長軸方向で均一
にすること困難であったことを解消し、インゴット中の
C濃度を一定にして特性の良いシリコン単結晶を形成す
ることが可能なシリコン単結晶の製造方法の提供を目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明者は、CZ法等単結
晶製造工程において、インゴットの引き上げ軸方向で均
一なドープ量を得る方法を目的に、Cドーピング方法を
種々検討した結果、C及び/又はC化合物を含むガスを
単独又は複合したガスとAr等不活性ガスとを混合した
雰囲気中で引き上げを行った結果、引き上げ軸方向のC
分布は従来の方法と比較して成長時の偏析係数の影響が
大幅に緩和され、かつ濃度分布は直径方向でもほぼ均一
となることを知見した。
【0012】さらに、発明者は、ガスによるドーピング
方法を検討した結果、Arガス雰囲気中にCドーピング
用ガスを一定流量で導入して引上げ育成後に測定した単
結晶インゴットのC濃度勾配をもとに、引上げ育成時に
導入ガス量を変化させて該インゴット中のC濃度を一定
にすることができ、さらにこの方法を使用することによ
って得られたシリコン単結晶ウェーハのIG効果、結晶
強度の向上、OSF密度減少等品質の改善効果が得られ
ることを知見し、この発明を完成した。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明による製造方法につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。単結晶引き上
げ装置の一例を示すと、図2に示すごとく、石英るつぼ
6を収納したメインチャンバー1上に蓋の機能を有する
トップチャンバー2、引き上げた単結晶インゴット7を
収納するプルチャンバー3がスイングアーム4を介して
支柱5に支持された構成からなり、メインチャンバー1
内に配置された石英るつぼ6の外側にカーボンヒーター
8が設けられている。
【0014】各チャンバー1,2,3内は真空に減圧さ
れ、メインチャンバー1内にArガス及びCドーピング
用ガスをそれぞれ導入ノズル9a,9bより導入する
が、Cドーピング用ガスはC及び/又はC化合物を含む
ガス、例えばCO、CO2、メタン、エタン等を単独又
は複合したガスで、導入量がマスフローコントローラに
より制御される。
【0015】このCドーピング用ガスは溶融シリコンと
接する際に取り込まれる。この際のドープ量はゲッタリ
ング能力の面から2×1016atoms/cm3以上が
好ましく、さらに5×1016atoms/cm3以上が
好ましい。しかしながら、有転移化の要因となるために
上限は5×1017atoms/cm3以下であることが
望ましい。
【0016】Cドーピング用ガスの流量と溶融シリコン
中に取り込まれるC量は、溶融シリコン流動も考慮しな
ければならないため、前バッチ引き上げ後の結果を参考
に流量設定を行い、偏析の影響を最小限に減らすように
する必要がある。
【0017】すなわち、Arガス雰囲気中にCドーピン
グ用ガスを一定流量で導入し引上げ育成した後に、単結
晶インゴットのC濃度勾配を測定し、C濃度勾配結果を
もとに、引上げ育成時に導入ガス量を順次変化させるこ
とにより、該インゴット中のC濃度を一定にすることが
できる。
【0018】なお、Cドーピング用ガスはArガスに容
量比で0.01〜5%の範囲でガス流量を変化させるこ
とが望ましい。すなわち、0.01%未満では、ウェー
ハ表面近傍の活性領域より内部に微小欠陥を発生させる
作用が少なく、十分なIG効果を得ることができず、ま
た5%を越えると、単結晶中に取り込まれずに炉外へ排
出されるC量がが多く、製造コストの上昇を招く問題が
ある。
【0019】この発明において、Cドーピング用ガスと
してはシリコン単結晶へCをドーピングできるガスであ
れば、特に限定しないが、容易に取り扱えることでC
O、CO2、メタン、エタン等が好ましい。また、メイ
ンチャンバー内に配置されたカーボンヒーターからもシ
リコン単結晶内にCが取り込まれるため、これを考慮す
る必要があり、Cドーピング用ガスの導入流路やチャン
バー内のフロー等とともにドーピング量を適宜選定する
必要がある。
【0020】
【実施例】前述した図2、図3の単結晶引き上げ装置を
用い、石英るつぼに通常のシリコン多結晶原料を投入
し、その後P型ドーパントとしてボロン−シリコン合金
を添加した。このようにして原料の装填を行った後にチ
ャンバー内を減圧し、Cドーピング用ガスとしてエタン
ガスを流しつつ単結晶引き上げを行った。
【0021】比較のため、Cドープをすることなく引き
上げを実施し、また、るつぼ内に投入する従来の方法で
Cドープを行い引き上げを実施した。なお、従来法でド
ープを行った例は、シリコン単結晶中にC量が5.0×
1016atoms/cm3含まれるようドープ量を調節
した。
【0022】この発明によるCドーピング用ガスを用い
た例では、シリコン単結晶中には量が5.0×1016
toms/cm3含まれるよう一定流量で導入した場合
と、その引き上げを実施した後、単結晶インゴットのC
濃度勾配を測定して得られたC濃度勾配結果をもとに、
引上げ育成時に導入ガス量を順次変化させガス流量を調
節した場合を実施した。
【0023】これら4条件のシリコン単結晶からサンプ
ルウェーハを切り出し、評価を行った。Cドープを行わ
なかったシリコンウェーハでもカーボンヒーター等炭素
より作られた部品からの炭素混入があるため、炭素濃度
は0.2×1016atoms/cm3存在した。
【0024】図1はシリコン単結晶インゴットの成長軸
方向の炭素濃度分布を示すグラフで、従来法でドープを
行った例(黒四角印)、Cドーピング用ガスを一定流量
で導入した例(白丸印)、C濃度勾配結果をもとにガス
流量を調節した例(白四角印)を示す。
【0025】すなわち、従来法では成長軸方向でC量の
偏析が不可避でかつ大きいが、Cドーピング用ガスを用
いるこの発明では、上記偏析が大幅に緩和され、さらに
流量調整を行うと上記の偏折を実質的になくすことが可
能である。
【0026】
【発明の効果】この発明によるシリコン単結晶の製造方
法は、C化合物を含むガスを導入した雰囲気を利用して
シリコン単結晶を引上げ育成し、また導入ガス量を所要
の制御パターンで変化させて該インゴット中のC濃度を
一定にして特性の良いシリコン単結晶を形成することが
可能で、得られたシリコン単結晶インゴットは成長軸方
向でC量の偏析の影響を大幅に減少し、シリコンウェー
ハの直径方向に均一となる。また、この発明によるシリ
コンウェーハは、Cドープによって酸素析出物の発生
が、従来のCドープしない方法と比較して4〜7倍とな
り、IG効果の増大等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコン単結晶インゴットの成長軸方向の炭素
濃度分布を示すグラフである。
【図2】単結晶引き上げ装置の一例を示す外観斜視図で
ある。
【図3】単結晶引き上げ装置のメインチャンバー内の説
明図である。
【符号の説明】
1 メインチャンバー 2 トップチャンバー 3 プルチャンバー 4 スイングアーム 5 支柱 6 石英るつぼ 7 単結晶インゴット 8 カーボンヒーター 9a,9b 導入ノズル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法にて結晶引上げを行
    い単結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法におい
    て、C及び/又はC化合物を含むガスを単独又は複合し
    たCドーピング用ガスを導入した雰囲気中でシリコン単
    結晶を育成するシリコン単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、Arガス雰囲気中に
    Cドーピング用ガスを一定流量で導入し引上げ育成後に
    測定した単結晶インゴットのC濃度勾配をもとに、引上
    げ育成時に導入ガス量を変化させて該インゴット中のC
    濃度を一定にするシリコン単結晶の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、Cドーピング用ガス
    をArガスに容量比で0.01〜5%の範囲でガス流量
    を変化させるシリコン単結晶の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかにおい
    て、Cドーピング用ガスにCO、CO2、メタン、エタ
    ンを単独又は複合して用いるシリコン単結晶の製造方
    法。
JP12834498A 1998-04-21 1998-04-21 シリコン単結晶の製造方法 Pending JPH11302099A (ja)

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