JPS58115088A - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）　　発明の技術分野 本発明は酸素含有量を抑制した７リコン単結晶の育成方
法に関する。

（２）技術の背景 ／リコン単結晶の製法としてはチョクラルスキー法（以
下Ｃ２法）と７０−ティング・ゾーン法（以下ＦＺ法）
が利用されているが集積回路の基板材料としては殆んど
ＣＺ法により得られた単結晶が用いられている。

その王な理由は大直径結晶の成長が比較的容易であるこ
と、結晶横断面の中径方向の抵抗率変動が少いこと、Ｌ
ＳＩなどの製造プロセスにおいて級化、拡散などの熱処
理工程での加熱、冷却時に線状欠陥の発生が少いことな
どによる。

纂１図は抵抗加熱形Ｃ２炉の引上げ機構を示す断面図で
あって、坩堝は円筒形の黒鉛製発熱体１によって加熱さ
れる。こ＼で坩堝はＦＥＪ＠が石英坩堝２で外側か黒鉛
坩堝３を組合せたものからなり、この中に高純度の多結
晶シリコンを入れ黒鉛製発熱体ｌに電流を通じて坩堝４
を加熱することにより多結晶シリコン溶融して融液５と
する。こ５で加熱はアルゴン雰囲気中で行い、温度は輻
射高温針を用いて±０．２℃以下に制御されている。

さて単結晶の育成は結晶成長させようとする結晶方位を
もつ種結晶６の先端を融液５につけるが、この際のｌ＆
ｉｉｌ＆の温度は種結晶の先端が僅かに融解しつ＼釣り
合いが保たれる温度に設定してあり。

平衡に達した後、毎分３〜５１ｍの速い引上げ速度で結
晶を細く紋って種結晶にある転位をｊｔ、ｔｔ）山に沿
って外周に追い出すと共に転位の発生を抑えて無転位化
する。また融液５のかきませと温度を均一にするため種
結晶６を保持している引上軸と坩堝４を回転せしめ、そ
の後引上げ速度を下げ。

温度も徐々に下降させることにより希望する直径にまで
太らせると共に長さ方向に単結晶を成長せしめる。この
ようなＣ２法によって得られる単結晶（以下Ｃ２結晶）
は坩堝として石英製のものを用いているために石英から
の酸素原子が融液の中に溶は込み、単結晶成長中に過剰
な酸素原子が結晶中に混入することが避けられない。

こ＼で結晶成長時に混入した酸素原子はデバイスプロセ
ス−こ詔いて熱処理を受けると過飽和に同浴しているた
め析出を起こし、この析出によって二綾化硅素（Ｓｔｏ
ｐ）析出物、転位、積層欠陥などの微小欠陥を発生する
。こ＼で、これらの微少欠陥はデバイスの電気的特性を
劣化させるので結晶中の酸素含有量は適正値に抑えるこ
とが必要である。

本発明はこの含有＃！素の抑制方法に関するものである
。

（３（従来技術と問題点 Ｃ２結晶は大直径のものが育成できる点に％像があり、
現在は径４インチのものが多く用いられている。こ＼で
単結晶中に含有されている酸素線度は成長装置、ｈｉ、
長条性によって左右されるが通常１．０〜１３　Ｘ　ｌ
　ＯＣ１ｋ　　の範囲にあり、酸素原子は結晶中では殆
んど格子間位置に配置している。

それでか＼る単結晶からなるインゴットをスライスして
ウェハとし、これを基板としてＬＳＩを製造する場合、
この製造プロセスにおける熱処理ＩＮ度は約１０００℃
であり、この温度にお′ける酸素原子の固溶限は３Ｘ１
０　ｃＩＩＬ　　であることから過飽和の酸素はウェハ
内に析出する。

次にこのようにして析出した１１ｇ原子はンリコン原子
と結合して酸化硅素ｔｓ＋ｏ２）となり、これか核とな
って転位ルーフ′、積層欠陥などの結晶欠陥が発生して
”ウェハ上に形成される半尋捧テバイスの特性を劣化さ
せる以外にＳｉｇｈの析出飯と熱ブイクルの際に生ずる
ウェハの反りとは相互関係かあるためデバイスの微細パ
ターン形成の際の転与精度に影畳を与える。

一方ＦＺ法は坩堝を使用しないため、これによる汚染は
無く酸素装置がｉ　Ｘ　１０　”ｃｒ＋・−３以下の高
純度１抵抗率をもつ単結晶を得ることができるか！ｌｌ
素濃度が小いために加熱冷却の際の熱ンヨックに弱いと
云う欠点がある。以上の理由から酸素含有量は適正濃度
に抑える必要があり、この１ｍ１Ｎは約ｌＸｌ０ＣＩ１
１．！：さｔ’Ｌｒいる。

こ＼でＣ２結晶における酸素含有は８８１図の矢印７で
示すように石英ルツボ２から溶けだした酸素原子が融液
の対流によって結晶の固液界面に輸送されて析出するこ
とによる。

それでＣ２法において酸素含有量を少くする方法として
、磁界を加えることにより融液の対流を押える方法、２
重坩堝を使用することにより石英坩堝よりの酸素原子の
対流を阻止するなどの方法４などがとられているが倒れ
も充分ではない。

（４）発明の目的 本発明は比較的簡単な方法によりンリコン単結晶中に含
有される酸素量を調節する方法の提供を目的とする。

（５１発明の構成 本発明は／リコン溶融に使用する石英坩堝の内張りとし
て７リコンと反応しない高融点金属例えば白金（ｐｔ）
、イリジウムＣＩｒ）などを用いることを本旨とするも
のである。　・ 第２図は本発明を実施した坩堝を用いたＣＺ炉の引上げ
機構を示す断面図で石英坩堝２はこの実施例の場合Ｐ」
によって内張り８されている。こ＼でｐｔＰ３張り８は
石英坩堝と融液との接触を連断するのが目的でありその
厚さは任意でよい。

さ°Ｃ第２図の実施例は石英坩堝２をｐｔにより完全に
内張すした場合であるが上記のように単結晶中の酸素含
有量は約Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｒｔｒ−”の目標値に調髪
する必要がある。

この方法としては内張に使用する高融点ｉｍにの実施例
の場合はｐｔ）に穴をあけたものを用いて石英坩堝と融
液との接触面積を調節する。

第３図はこの発明の実施例で石英坩堝に内張すされてい
るｐｔ坩堝の斜視図であり、ｐｔ坩堝８には穴９が明け
られていて石英坩堝の露出面積を調整するようになって
いる。

こ＼で御２図に示すように石英坩堝２を完全に内張すし
た場合は含有酸素撮直として約１０”Ｃ１ｍ−”の値が
また石英坩堝２だけの場合は１．０〜２．３ＸＩＯ”Ｃ
１１１の値が得られている。

それ故に目標とする１０％−”オーダーの含有量を得る
ためには酸素含有量が融液と石英坩堝との接触面積に比
例していることから目標値に合わせてｐｔ内彊り８の穴
９の面積を調節すればよい。

（６）　　発明の実施例 径４インチで含有酸ｌＬ＃匿か３　Ｘ　１０　”ＣＩ＋
−”のシリコン単結晶を得ることを目標とし径６インチ
の石英坩堝でこの内張りとして厚さ５００μｍ　ＯＪ　
ｐ　ｔを用いたものを使用し通常のＣ２法により単結晶
を育成した。

こ＼でｐｔの内張り率は４５％であり径６インチの石英
坩堝の内側には第３図と類似の角形の穴９をもつ内張り
８が施されて４５チのｐｔ被ａ率が確保されている。か
＼る坩堝を用い従来の方法で製造したシリコン単結晶の
酸素含有量の分析値はＩｔ、’−ｓ ３．５Ｘｌ（ｉｃＩＩＬ　であり、目標値に近い値を得
ることができた。

（〕）　発明の効果 ソリコンウェハを用いて形成される半導体デバイスは製
造工程中に加熱、冷却などの熱処理工程を伴っており、
製造歩貿りを高める見地から７リコンウエハは製造工程
中に受ける熱７，１アクに充分耐えることが必要で、そ
のためにはウェハ中のｌ！木金含有量デバイスで必要と
する値にｉ４ｕすることが必要である。

本発明はこの方法としてなされたもので、７リコン融液
と反応しない高融点金属を石英坩堝の内張りとして使用
して石英坩堝の融液との接触面積を調節する本発明の実
施によって熱７ヨツクに強く才た欠陥の少いウェハの製
造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

Ｍ１図は従来のテ、クラルスキー炉の引上げ機構を説明
する断面図、第２図は本発明に係る坩堝を用いた引上げ
機構の説明図談た第３図は石英坩堝の内張りに用いる高
融点金属坩堝のｆ＋視図である。 図において２は石英坩堝、３は黒鉛坩堝、４は坩堝、５
は融液、６は種結晶、８は内張り、９は穴。 第１図 肴 第　２　図 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チョクラルスキー法により溶融しているンリコン融液よ
   り７リコン単結晶を成長せしめる単結晶育成法において
   、融液と反応しない高融点金属を該７リコン融液を保持
   する石英坩堝の内張りとして用いることによりンリコン
   単結晶の酸素含有量を抑制することを特徴とする／リコ
   ン単結晶の育成方法。