TW505710B - Production method for silicon single crystal and production device for single crystal ingot, and heat treating method for silicon single crystal wafer - Google Patents

Description

505710 五、發明說明（1) 發明所屬技術領域 本發明係有關於利用c 7 「 晶之方法，尤右」:LZ(Cz〇chralski)法製造矽單結 矽晶圓之矽單結晶製造方法。于j”、、成長缺陷之焉扣質之 本發明還有關於矽單社曰曰 有關於對於利用cz法斛制二日日日日口之熱處理方法，尤其係 處理方法 所製作完全結晶之石夕單結晶晶圓之熱 本發明另外還有關於特別適合製g Θ s γ 7g 結晶鑄塊製造裝置。 j k 口衣k兀全結晶之CZ法早 背景技術 CZ法單 利用CZ 結晶禱塊製 時，自原料 液界面附近 之單結晶鑄 8-239291 、 圖1 7係 縱向剖面圖 結晶鑄塊11 射熱之熱遮 稱為單結晶 早結晶拉起 結晶鑄塊製造裝置 法之單結晶之拉起方法 造裝置也廣為普及。在 '熔液拉起單結晶，但是 之早結晶之溫度斜率而 塊製造裝置（特開昭63-特許第2562245號），已 簡略表示習知之單結晶 。如圖17所示，習知之 而遮蔽來自原料熔液1 5 蔽件1 2和用以冷卻拉起 拉起鑄塊）之冷卻器13 鑄塊11之轴向之溫度斜 係周知之技術，CZ法單 利用CZ法得到單結晶 最近提議幾種增大在固 可更高速的拉起單結晶 256593、如特開平 實用化。 鑄塊製造裝置之一例之 製造裝置10具有包圍單 之液面與加熱器1 6之輕 中之單結晶鑄塊（以下 D冷卻器1 3係為了提高 率而設置的，為了提高

505710 五、發明說明（2) 鑄，11之，起速度以提高單結晶鑄塊之生產效率，現在被 很夕C Z法單結晶鑄塊製造裝置採用。 在這種單結晶鑄塊製造裝置，在鑄塊之製程都完了並 鑄塊後’在進入下一製程之前需要將爐内之所 :的解體、清掃。而且，為了作業員進入該解體作 業L而要充分冷卻熱區，但是為了該冷卻，在習知之裝置 一般需要約6小時：^ b本p弓 ^ * to ^ ^ ^ ^ . f之4間，廷有拖長皁結晶鑄塊之製造週 期而降低製造效率之問題。 氧氣析出物 在利用CZ法製作夕访xm 推雜夕5 I作之石夕早結晶溶解在培育結晶中自坩堝 /變成過# ί ° Γ:該結晶中之溶解之氧氣隨著結晶冷卻而 ;ί在元件製程之熱處理過程析出而在石夕晶 圓Τ 成氧i氣析出妨7。Vj- ^ 漏特性有不良影塑，作^，氣析出物在晶圓表層附近對洩 Cu等對元件之良‘有= 於塊的，具有作為捕捉以或 (gettering site)^良:a之重金屬之吸收處 望氧氣析出物在表層A =，在作為產品之矽晶圓，希 作為重金屬之吸收】^刀f存在，在塊中適度存在，具有 因此，現在藉著料力月b。 分之氧氣析出物消头夕晶圓進行氫退火處理，令表層部 在矽晶圓之品質上、開昭61-1 93456號公報）。可是， 氧氣析出物之密度或=是這樣不夠，要求在塊（bulk)中之 矽晶圓之重要特^:内分布之均勻性，以至於被認為係 元全結晶

五、發明說明（3) 陷對4利元用Γ之法 有不良影響。因而，需要儘之二靠性或PN接面汽漏特性等 法上，習知而要儘Ϊ減少這種結晶缺陷，在其方 2知彳木用儘可能將結晶成長中之結晶 ^ 52395號公報、特開件1 2493號 方法 Γ而報等)。可是，這種方法在減少缺陷= 限，而且也有招來缺陷巨大化之問題。 有 成長ΐ = ϊ ΐ Ϊ陷之別的方法上，寶來們提議將結晶之 之ιί鬥Γ〔，軸向之結晶内溫度斜率之關係調整成特殊 =?匕以消除缺陷之發4之方法，報告藉此可得到不 陷之完全結晶（無缺陷結晶）（1 993年（平成5年）， -人應用物理學會學術演講會預稿集Νο·丨，ρ3〇3， -7 ;特開平8 —3303 1 6號公報：日本結晶 V〇l· 25Ν〇· 5 ( 1 998)Ρ207)。 址I是’在寶來們提議之該方法’依據成長條件得到& 缺=早結晶在工業上極困難。即，在利用寶來們之方法製 造完全結晶（無缺陷結晶）之情況，需要將成長速度和拉S 軸向之結晶内溫度斜率之關係控制成範圍極窄之比，有生 產效率降低之問題。又，在將條件設定於寶來們所示之 圍内製造矽單結晶鑄塊之情況，實際上完全結晶（盔缺陷巳 結晶）部分之比例小，若由以工業製程穩定供給無&長缺 陷之矽晶圓之觀點，在確實性上有問題。 、、 在完全結晶之氧氣析出之不均勻 而，完全結晶一般係空孔或位錯群等結晶缺陷不存在

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之阳也稱為無缺陷結晶。在這種完全結晶中，空孔缺 =等在成長時引入之缺陷（Grow— i n缺陷）和上述之氧氣析 出物都不存在，但是因成為氧氣析出物（〇xide precipitate)之基本之氧氣析出核（〇xide precipitate nuc 1 e 1)存在，對自完全結晶鑄塊所切出之完全結晶矽晶 圓進行熱處理時，在晶圓中引入氧氣析出物。 〆^ 口熱處理而在完全結晶晶圓中引入氧氣析出物係由於 氧氣析f核隨著熱處理而成長，在晶圓中形成氧氣析出 - 物，但疋在完全結晶有強烈發生在晶圓面内之氧氣析出之 不均勻之分布之情況。 、即，在完全結晶存在比較易發生析出之「空孔優勢區4 域」和難發生析出之「格子間矽優勢區域」之2個區域， f晶圓面内這2個區域並存時，帶來氧氣析出之不均勻之 为1。因氧氣析出之不均勻之分布最後對元件之良率有不 良影響’需要用某種方法消除該不均勻，保持均勻之狀離 下去。 心 曰在=，為了消除這種不均勻，即使良好的調整完全結 晶之培育條件，也如上述所示，因完全結晶之培育條件之 範圍極窄，該調整幾乎不可能，要得到氧氣析出之均勻分 布之完全結晶在工業上極困難。

氧氣析出之不均勻之要因和相關之習知技術 ^如上述之氧氣析出之不均勻之分布之發生係由於和氧 氣析出物之形成強烈相關之點缺陷之濃度分布原本不均 勻。而，已知在有由點缺陷之分布引起之析出舉動之差

第8頁 505710 五、發明說明（5) 典型之現象上’以0 S F壤為境界’在其内側區域空孔佔優 勢而比較易發生氧氣析出，在外側區域格子間石夕佔優勢而 難發生氧氣析出。 在Kissinger們之報告，在晶圓面内存在〇SF環（因 此，空孔優勢區域與格子間矽優勢區域並存）之矽晶圓， 藉著以l°C/min自500 °C升溫至l〇〇(Tc為止後，在^⑽^進 行1小時之熱處理，在晶圓面内之氧氣析出物密度變成均 勻（Electrochemical Society Proceeding Volume 98-13 ， pl58)。 可是，該報告不是關於完全結晶的，在此情況，因 少在0SF環之内側因空孔凝聚而存在空孔缺陷，在該報止 所公開之方法無法原封不動的應用於完全結晶。即，σ

Kissinger們之報告係可應用於空孔優勢區域和格 優勢區域被0SF環明確的分離之晶圓之方法，無法间石夕 動的應用於空孔優勢區域與格子間矽優勢區域在'面、封不 之完全結晶。 内並存 例如’對完全結晶進行Kissinger們所示之熱声 日守，在氧氣濃度比較高之情況，雖然氧氣析出分布< $ 化，但是連表層之元件活性層區域都發生析出物。=勻 降低氧氣濃度之情況，在面内之氧氣析出物密产2女在 成無法均句化。在此’★因提高氧氣濃度而連：展：” 活性層區域都發生氧氣析出物之情況，因最:凡件 率有不良影響’就大大的妨礙工業上之實施。而，:之良 DZ層（表層之無氧氣析出物層)存在之低氧氣濃度之情：令

505710 五、發明說明（6) 因氧氣析出物分布無法均勾化，要在工業上實施 Kissinger們所示之熱處理方法有問題。 又’在特開平8 - 2 5 3 3 9 2號公報，在控制矽單結晶中之 氧氣析出核產生中心之密度之方法上，提議在至少約3 5 〇 °C退火’在該退火製程之間將矽單結晶加熱（或冷卻）至約 350〜50 0 °C之第一溫度T1，其次令該溫度自n上升至約 500〜750 °C之第二溫度T2，自丁丨往以之升溫之平均速度係工 $鐘不滿約25 °C，利用在不超過約115〇它之溫度之矽之熱 n?可溶解氧氣析出核產生中心之時刻結…、 :勻方法，在氧氣濃度不同之試件，可引入密度 使得：Ξι位此數方之法範係圍在上氣濃度不同之試件’利用熱處理 差所引起之析出：育階段發生之由點缺陷分布之 結晶之徑向或在曰圓g h、。因此，在本方法，要達成在 法穩定的製造氧；氣氣析出舉動均句係固難，無 法因熱處理複雜句且具#DZ層的。此外，本方 顯著惡化之問題。、吩間與勞力大’有令產品之生產力 發明之揭露 本發明之第 更佳之成長條件7 = 2查明用以得到無缺陷單結晶 之矽晶圓。 于"穩定的供給無成長缺陷之高品

第10頁 5710 五、發明說明（7) 八本發明之第二目的在於提供一種熱處理方法，在矽完 全結晶用簡單之製程可達成矽晶圓中之氧氣析出物之均勻 化。 本發明之第三目的在於提供一種單結晶鑄塊製造襞置 與方法，在製造矽完全結晶時，可縮短其製程之時間，提 南石夕完全結晶之製造效率。 完全結晶之製造條件 為了達成本發明之第一目的，本發明者們詳細檢討實 之成長條件之結果，以至找出可得到無缺陷單結晶之最 之成長條件’以至於完成本發明。 特科1卩认午發明係得到無成長缺陷之高品質之矽晶圓，其 v^/ 在利用CZ法培育石夕單結晶時，設拉起速度為、 軸向二曰、由在自石夕熔點至1 350止之溫度範圍在拉起 2白之，D日日内溫度斜率之平均值為Grc/m 18二。广至結晶外周為止之位置 在拉起軸向f在自矽熔點至^⑼力為止之溫度範圍 和結晶中二= : = '斜率;广平均值G之在結晶外側面 值之比 G outer/G cent ιλ 此’可得到不含空孔狀缺陷或成羊二下。因 曰曰曰鑄塊，藉著按照-般方法:：;群；之石夕單結 高品質之矽晶圓。 之 了侍到無成長缺陷之 萨著ΐ ί ί發明’基本上係在利用cz法培育矽單姓晶時， 錯者調整矽單結晶鑄塊之 =早、、、口日日日守 且關於應貫現之而改變該各參數（v、g、v/g、g

第11頁 505710 五、發明說明（8) outerVG center)，藉著改變以法單結晶鑄塊製造裝置 具備之熱遮蔽體和石夕炫液之間之距離，可在可實施之範圍 實現。 更具體而言’本發明提供以下所示之 造方法與裝置及自利用那些方法與 以： 鑄塊得到之矽單結晶晶圓。 吓衣^ 7早、.、口日日 (A1)利用C Ζ法如下之（a)盘（h、夕/夂μ在丨丨& &抑 持夕古氺rr、「^卜之u)與（b)之條件製造矽單結晶鑄 ，之方法。【（a)、结曰曰曰中心位置和至結 置之間之V/G值」=「0.16〜〇.18_2/t： ·“ ^位

outer/G center」1〇 】。 」、；G 在此，「V(mm/niin)」係在以法之拉起速度， 咖）」係自石夕熔點至^”^:為止之溫度範圍在拉起 結晶内溫度斜率之平均值，「G 〇uter 曰° 之G值，「G center」係在結晶中心Μ值=;曰曰，外1面 熔點無固定看法，也存在記載係142〇艺之文 矽 熔點係幾C在本發明不是問題，不管成為固 矽 點係幾。C，若係「自石夕炼點至135() t為^之 二=石夕溶 就包含在本發明之範圍。 Λ X乾圍」， (Α2)如（Α1)記載之矽單結晶鑄塊之製造方 在於：藉著改變CZ法矽單結晶鑄塊製造裝置且，、特徵 蔽體和矽熔液之間之距離，調整該（&)與（1)) 之熱遮 (A3)如（Α1)記載之矽單結晶鑄塊之製造 =。 在於：在利用CZ法製造矽單結晶鑄塊時，萨=j其特徵 晶鑄塊之拉起速度，調整該（a)與（b)之條件。I：矽單結

第12頁 505710 、發明說明（9) μ (Α4)自如（Α1)記載之矽單結晶鑄塊可得到減少成長缺 陷之矽單結晶晶圓。 (Α5)自如（Α1)記載之矽單結晶鑄塊可得到不含成長缺 ^之石夕完全單結晶晶圓。 (^6) 一種矽單結晶鑄塊之製造方法，其特徵在於：在 检調整CZ法發單結晶鑄塊製造裝置所具備之熱遮蔽體和矽 、、、液之間之距離邊製造矽單結晶鑄塊。此外，若利用本方 f ’、如後述所示，因至少調整對於矽單結晶鑄塊之輻射熱 =或惰性氣體之風量，至少調整矽單結晶鑄塊之結晶 度斜率。

(A 7 ) —種石夕單結晶鑄塊製造裝置，係關於在密閉容含 内具備貯存矽熔液而且進行轉動與上下移動之坩堝本體、 在自該碎炼液邊轉動矽單結晶鑄塊邊拉起之拉起體、將言 坩堝本體加熱之發熱體以及用以遮蔽來自該發熱體之輻身 熱之熱遮蔽體之矽單結晶鑄塊製造裝置，其特徵在於：^ 備為了改备石夕單結晶鑄塊在拉起軸向之結晶内溫度斜率汗 驅動該熱遮蔽體之驅動機構。 0 (A8) —種矽單結晶鑄塊之製造方法，係藉著調整法 石夕單結晶鑄塊製造裝置所具備之熱遮蔽體和矽熔液之間之 距離得到和改變利用CZ法之矽單結晶鑄塊之拉起速度一樣 之效果之方法。 此外’熱遮蔽體和矽熔液之間之距離之調整和秒單結 晶鑄塊之拉起速度之變更可得到相同之效果，但是因不是-互斥的’也可調整該距離同時變更該拉起速度。

第13頁 505710 五、發明說明（10) 成為本發明之基礎之基本原理·現象】 圖1係表示在將在CZ法之矽單結晶之成長速度設為固 定之情況在所得到矽單結晶鑄塊中發生之缺陷之分布之圖 t之概必圖（此外，在本說明書「成長缺、 =狀，”錯群等一般在以法之石夕單結晶常 發生之結晶中之缺陷。）。 如，1、所示，在將在CZ法之矽單結晶之成長速度設為 、，疋之h況，在矽單結晶鑄塊拉起之初期階段發生位錯 〇 Ϊ夺η:後，生0SF壞與空孔狀缺陷。在此情況，位於位錯 :F環之間之偶發性條件齊全之部分就形成無缺陷區 株。因此：在原理上，查明形成該無缺陷區域之最佳之條 陷區Ϊ使得在該條件下拉起石夕單結晶禱塊’就可擴張無缺 【本發明和習知技術之對比】 桐广&在此，在「形成無缺陷區域之最佳之條件」上，寶來 止、w開平3303 1 6號公報）提示「在自矽熔點至1 300 °C為 度範圍，在比結晶塊外周開始30cm更内側，值 择力、〜〇.22mm2/°C lin或以上（但，令向結晶塊外周逐漸 、加）」之條件。 』、所 (n _而_ ’在本發明提示在上述「用以解決課題之手段」之 之關係不如%條件’說明寶來們之發明（習知技術）和本發明 晶鎮I，社圖2係表示距離石夕㉟液之液面之距離和石夕單結 免之結晶内溫度之關係之模式圖。圖2中，h表示距離

IH

第14頁 505710 發明說明（11) 矽熔液之液面之距離（mm )，τ表示矽單結晶鑄塊之結晶内 度（C )。如圖2所示，自矽溶液將矽單結晶鑄塊拉起來 時’石夕單結晶鑄塊之結晶内溫度隨著遠離蝕刻液之液面而 降低下去。而且，在圖2，在距離矽熔液液面只有…高度 處之結晶内溫度為1 3 5 〇 °C，想藉著監視自該矽熔液液面至 h 1兩度為止之結晶内溫度斜率得到完全結晶的係本發明。 而，想藉著監視自位於比該部*hl上方因而溫度&hl =分低以至於變成1 30 0<h2高度為止之結晶内温度斜率 付到元全結晶的係寶來們之發明。

曰即’本發明具有在矽單結晶鑄塊之製程提示在寶來們 所提不之辱佳條件之範圍中更最佳的之側面。這由表示G outer/G center和結晶内溫度（t)之關係之圖3也明白， 如圖3所不’本發明之範圍（圖3中之左下之斜線部分）之某 ^ ^寶來們所提示之範圍（圖3中之右下之斜線部分）之 ;。卩分重複。由此’對於該部分，本發明可定位為係自先 則之發明之範圍中選出了最佳之條件之有益之選擇發明。 圖3所示，不是左下之斜線 分，本發明也具有在寶來們 結晶之側面。由此得知，本 來們之發明，不是其完全之

可是，另一方面，一樣如 部分全部包含於右下之斜線部 所提示之範圍外得到矽之完全 發明不是全部包含於先前之寶 選擇發明或利用發明。 贫這自以V/G值（錢2/ t 和結晶内溫度（。〇表示與

=Λ們之發明之關係之圖4 (圖中，A之部分係本發明之範 ’之部分係寶來們之發明之範圍），及以g outer/G

苐15頁 5C5710 五、發明說明（12) center和V/G值（mm2 / °C · mi n)表示與寶來們之發明之關係 之圖4 (圖中’ A之部分係本發明之範圍，b之部分係寶來們 之發明之範圍）’在這些參數所示區域進行對比之情況， 也明白兩發明之範圍完全移位。 【石夕單結晶鑄塊製造裝置】 八圖6係表示本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置之主要部 刀=方塊圖。本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置和一般之 法單結晶鑄塊製造裝置一樣，在密閉容器之室丨丨内且備用 ^造:貯藏石夕溶液丨2之掛堝丨3 (該掛堝丨3和—般之c z法 早=晶鑄塊製造裝置一樣，由在石墨坩堝1 3a之内側配設 石央坩堝13b的構成）和用以將該坩堝13加熱之加埶哭 供給該加熱叫電力之電極15、支撐驟13之㈣;州 G 轉動之踏板17。在室U内適當的具備隔熱材 、 熔化物儲存器23、内筒24。又，在本裝置，且借用 :遮：1::器14往矽矽塊27之熱輻射之熱遮蔽體25。此 備在之矽單結晶鑄塊製造裝置雖未特別圖示，具 單結晶鑄塊製造裝置一般配傷之惰性氣體

# i π & 2糸統。而且，在這種系統下，熱遮1A 兼具調整惰性氣體之通路之作用。 U體25也 動AS之：單結晶鑄塊製造裝置，其特徵在於：驅 石夕炫液12之液面#者調整該熱遮敗體25之前端部分和距離 面之距離h’调整成為本發明完成 V/G 值（^/°C lin)或G 0Uter/G center之^點之 整距離h，自加熱器14或石夕溶液12之液面往、際^，因調 /巩27之熱之

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因在矽塊27表面流動 因而在本發明，可調 晶内溫度斜率，進而 之結晶内溫度斜率。 之惰性氣體之量或 整在碎塊27表面之 調整和在其中心部 遮蔽量變化，同時 速度微妙的變化， 結晶拉起軸向之結 分之結晶拉起軸向 此外’在本貫施形態，該熱遮蔽體2 5之前端部分和距 離H夜12之液面之距離^系利用調整熱遮蔽體25之高度 之升降器25a和調整熱遮蔽體25之角度之角度器⑽之連動 調整。可是’距離h之調整未限定為此機構。#，既然本 發明係利用CZ。法單結晶鑄塊製造裝置所配備之熱遮蔽體調 正 V/G 值（_2/c ·πι1η)或 G 〇uter/(i center 之創始之發

明’應解釋為只要可調整距離h的任何實施形態都包含在 本發明之範圍。 八又本發明’距離h係依據如綜合電熱分析之模擬 刀析之计异結果調整或是利用依照實測值之回授控制等調 整都可。 【矽單結晶晶圓】 f用本發明之方法或裝置所製造之矽單結晶鑄塊和利 人蝻之寶來們之發明所得到之矽單結晶鑄塊相比，得到 成長缺陷之區域之確實性更高，而且其量之比例也 二者因，’自本發明之矽單結晶鑄塊，可比習知更大量且 貝的侍到不含成長缺陷之矽完全單結晶晶圓，最後有助 於1C之，率之飛躍似的提高。 y疋’利用本發明之方法或裝置所製造之矽單結晶鑄· 不疋全部都無成長缺陷，包含結晶缺陷之部分也存在。

第17頁 五、發明說明（14) ::卫至乂在整體上，因結晶缺陷之存在率 低，自成長缺陷存在之部分切出而得到之晶圓ί降至很 是不變的，既然這樣，因該部分在該意義上可ί係高品質 圓，就構成專利請求之本發明之一部分。 呪是新的晶 此外，這些s β 晶鑄塊以既定樣，藉 製作。 要之加工可 【完全結晶之熱處理和其條件】 為了達成本發明之第二 勻化之條件====:：在確保充分之的層下可均 即，本發明係提供一種埶 點缺陷之濃度分布I ρ |処方法在元全結晶，和 之石夕晶圓，其；到面内均勾之氧氣析出物密度 (Β1)—稀下所示之熱處理方法與矽晶圓。 完全結晶之石夕Ϊ ’係關於對於利㈣法所製作之 成為熱處理對：：：::； =處理方法，其特徵在於：將 為5 0 〇 t以下，脾早…日日日日圓之起始投入熱處理溫度設 °c〜900 t： f 在自該起始投入熱處理溫度至設於「700 為1 °C/mi η以下'之到達溫度為止之溫度範圍之升溫速度設 完全曰:之理方法’係關於對於利用cz法所製作之 理對象之石夕^早晶晶圓之熱處理方法，藉著將成為熱處 早結晶晶圓之起始投入熱處理溫度設為5 〇 〇 t 505710 五、發明說明（15) 以下，而且將在自該起始投入埶 @ 〜90 0 °C」之間之到達溫度為止之溫声=度至設於「7〇〇 lt：/min以下M吏得熱處理後之；又：曰圍之升溫速度設為 物密度之分布均勻。 〇 M日日圓之氧氣析出 二)：，；？方法，係關於對於利用㈣所製作 兀王釔日日之矽早結晶晶圓之熱處理方法， =衣作之 處理對象之矽單結晶晶圓之起始投入稭者调產成為熱 起始投入熱處理溫度至設於「7〇() ^理溫度與在自鸪 = 範圍之升溫速度，調整熱處二之二達 日日日日圓之巩乳析出物密度之分布。 夕枣結 (Β4)如（Β1)記載之方法，其特徵在於曰 氣濃度係13x l(Fat〇ms/cm3以下。 、、口日日之氣 (B5)利用如（B4)記載之方法所製曰 關於氧氣濃度13 X 1〇17atoms/cm3以下之夕f全°:曰曰曰圓。 了空::優勢！域和格子間矽優勢區域之間氧氣析；;除 化以外，不會連晶圓表面氧氣析出物 ， 句句 好之DZ層，係優秀之矽晶圓。 U圯成良 【用以提高完全結晶之製造效率之單結晶鑄塊製 置】 夂袭 為了達成本發明之第三目的，本發明者們銳意檢 處理條件之細節之結果，藉著按照單結晶鑄塊之製種二二 結晶鑄塊製造裝置所具備之冷卻器適當的移至適當處]^ 要可降低耗電量與縮短製造時間即可，發現尤其這在〜只 製造費時之完全結晶之製造有效，以至於完成本發明^趣 第19頁

505710 五、發明說明（16) 更具體而言，本發明提供如下之裝置與方法。 (C1 ) 一 ^控制方法，係控制在爐内具備冷卻自原料熔 液拉起，中之單結晶鑄塊（以下稱為單結晶拉起鑄塊）之固定 ，之冷部态之CZ法單結晶鑄塊製造裝置之方法，在形成該 單釔曰曰拉起鑄塊之尾部時，藉著該冷卻器遠離該單結晶鑄 =口？原料熔液之固液界面，降低單結 耗電量。 之A 2 5 :樣做’在尾部形成時，因不必進行超過冷卻器 冷卩之坩堝加熱，就實現耗電力之降低。 【關於單結晶鑄塊之尾部】 可是，在利用CZ法之單結晶鑄 成長至所要長度後，—般需令。塊，在令早結晶 之縮小部>。那是由於一下早：成一般稱為尾部之倒錐形 時，在鑄塊内發生稱為滑動位2结晶拉起鑄塊 back)，該部分無法用作產品。之、、、口日日位錯（slip 此外，回滑（slip back)係因自 而齡 直徑量回到鑄塊内而發生， 目=液面斷掉處之只有 作為產品晶圓，在到拉起完了 、鱗塊取得儘量多之適合 直徑縮小而形成尾部，以免在=過程需要小心的將鑄塊之 為直胴部）產生回滑（Slip backj ,成晶圓之部分（以下稱 關於尾部之形成，一般尾部 長度。其理由係太短時氧氣之里丄成為約直胴部之直徑之 該部分無法產品化，另一方面^吊，出部分落在直胴部， 之部分，太長時不經濟。 尾部係無成產品化成晶圓

505710 五、發明說明（17) 為了形成該尾部只要降低單結晶鑄塊之軸向之、、㈤ 二後拉起單結晶鑄塊即1，這是該業者都知道的。；ς ’ J習知，-般藉著在形成尾部時將坩堝額外的加埶 熔液溫，，降低單結晶拉起鑄塊之溫度斜率。 门 士可疋，尤其在使用冷卻器故意的設定高的單纟士曰把 每塊之溫度斜率之情況，就必須賦與_高之；；； 土’為了該加熱’耗電量增加，不僅不經濟，而且㊁： 熱而對石英掛禍異常的加熱，位於掛堝中之氣泡變大而磨 破，其破片附著於結晶，有發生令發生位錯或令处曰 之問題之情況。 义、、、口日日化 又，為了進行超過冷卻器之冷卻之坩堝加熱，因實際 上必須投入很多電力，也有電源裝置大型化之問題或置^ 過度熱之爐内零件加速劣化之問題。 可是，若利用本發明之單結晶鑄塊製造裝置，就 解決這些問題。 =2) —種方法，係控制係自加熱之坩堝内之原料熔液 拉起單結晶鑄塊之CZ法單結晶鑄塊製造裝置並在爐内具備 冷卻拉起中之單結晶鑄塊之固定處之冷卻器之cz法單結晶 鑄塊製造裝置之方法，在自該原料熔液拉起該單結晶鑄塊 後，藉著該冷卻器和加熱完之坩堝接近，縮短單結晶鑄塊 之製造時間。 ° 在此，「冷卻器和加熱完之坩堝接近」意指，接近並 冷卻係CZ法單結晶鑄塊製造裝置之熱源之加熱器。又， 「冷卻器和加熱70之掛禍接近」可藉著令掛禍向冷卻器上

第21頁 505710 五、發明說明（18) 升，或令冷卻器向坩堝下降，或者組合這兩種動作實施。 (C3) —種CZ法單結晶鑄塊製造裝置，係在爐内具備冷 卻自加熱之坩堝内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊（以下 稱為單結晶拉起鑄塊）之固定處之冷卻器之CZ法單結晶鑄 塊製造裝置，其特徵在於··在形成該單結晶拉起鑄塊之尾 部時，為了該冷卻器遠離該單結晶鑄塊和該原料溶液之固 液界面》該冷卻|§上升。 (C4) 一種CZ法單結晶鑄塊製造裝置，係在爐内具備冷 -卻自加熱之坩堝内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊之固定 處之冷卻器之CZ法單結晶鑄塊製造裝置，其特徵在於：在 自該原料熔液拉起該單結晶鑄塊後，為了冷卻加熱完了之Φ 坩堝，冷卻器下降。 (C5)如（C4)記載之CZ法單結晶鑄塊製造裝置，其特徵 在於··冷卻器下降至該坩堝内為止。 (C6) —種CZ法單結晶鑄塊製造裝置，係在爐内具備冷 卻自加熱之掛竭内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊之固定 處之冷卻裔之CZ法單結晶缚塊製造裝置，其特徵在於：在 自該原料溶液拉起該單結晶鑄塊後，因該冷卻器接近加熱 完之甜禍’為了冷卻該掛場，令該掛竭上升。 (C7) —種CZ法單結晶鑄塊製造裝置，係在爐内具備冷 卻自加熱之坩堝内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊以下 稱為單結晶拉起鑄塊）之固定處之冷卻器之cz法單镇 塊製造裝置，其特徵在於：在形成該單結晶拉起早鑄;；广尾 部時，為了該冷卻器遠離該單結晶鑄塊和該原料熔液之固 505710 五、發明說明（19) 液界面，該冷卻器上升，而且在自該原料熔液拉起該單結 晶鑄塊後，為了冷卻加熱完了之掛竭，冷卻器下降。 (C8 ) —種單結晶鑄塊之製造方法，係關於使用在爐内 具備冷卻自加熱之坩堝内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊 (以下稱為單結晶拉起鑄塊）之固定處之冷卻器之cz法單結 晶鑄塊製造裝置製造單結晶鑄塊之方法，藉著改變自該單 結晶鑄塊和該原料熔液之固液界面至該冷卻器之間之距離 調整該單結晶拉起鑄塊之直徑之大小。 - 即，冷卻器不僅對於單結晶拉起鑄塊之既定處之在拉 起方向之溫度斜率之調整貢獻大，而且對於在該固液界面 之單結晶拉起鑄塊之狀態影響大。在此，在上述方法，若〇 縮小該冷卻器和該固液界面之間隔，在該固液界面之狀態 ，向固化侧，拉起之鑄塊之直徑變大。而，若增大該冷卻 器和該固液界面之間隔，在該固液界面之狀態偏向液化 側，拉起之鑄塊之直徑變小。 【對完全結晶之應用】 上述（C1)〜（C8)之裳置與方法適合於製造完全結晶。 為1製造完全結晶，因必須將單結晶鑄塊之拉起速度 ？必須嚴格的監視溫度’單結晶鑄塊之拉起時間變 ’製程易變長。▼是，若利用本發明之裝置與方法 (述(C)〜（C8)之裝置與方法），因在單結晶铸塊之 以外之部分可縮短時間，在製程整體上防止製造時間 長期化，完全結晶之製造可高效率化。 【單結晶鑄塊製造裝置之動作】 505710 五、發明說明（20) 在本發明之單結晶禱塊 在形成單結晶鑄塊之尾部二衣置、，f其一種形態上， 直徑是否按照所要之比例減小错者”早結晶拉起鑄塊之 液之表面之距離，動作& 1二，並改變該冷卻器和原料熔 所需之控制一般利用所神& ^^ ^/工斯馮 可構築成量測實際之直徑。的回授控制。更具體而言， 測值比較後，若不同，冑 &將所&定之直徑大小和量 到所要之設定直徑。因&，jn:自動控制成可得 授系ί隹并兮p从π… 在$成尾4日守，也藉著採用回 形成具有所要長度和角度之尾部。 自&=$ & ί^為，在該單結晶拉起鑄塊拉起完了後， ί:既定位置或更下方後冷卻熱區於 :精者令在尾部形成中令上升之冷卻器在拉起完了後降； 爐之下部，可強迫冷卻熱區。 【術語之定義等】 在本說明書，「完全結晶」意指不含在成長時引入 陷（0SF環、空孔狀缺陷、位錯群等一般在以法之矽單姓曰、 成長時通常發生之結晶中之缺陷。Gr〇w-in陷 =曰曰曰 鑄塊。 r〜平'、、口日日 在本說明書，「鑄塊」意指自矽熔液所成長之單結 晶，「塊」意指自鑄塊所切出之晶圓之内部之部分，& 以和形成it件之表面層區別。即，「塊」—般常指距離表 面數十_以上之内部，但是在本說明書，意指DZ層等表 層以外之内部部分。 「DZ層」意指藉著對利用CZ法所製作之矽晶圓施加適

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當之熱處理（例如在氮氣環境下在丨050 〇c數十小時），在晶 圓之，面附近形成之低氧氣、完全無氧氣析出等之區域。 DZ層」有的也稱為無缺陷區域，但是因和完全纟士晶 之石夕鑄塊之無缺陷區域混淆，在本說明書，原則上對於Μ 層不使用「無缺陷區域」。利用氫退火處理（特開昭 6 1 - 1 93456號公報）也可得到!)2層。 ^ 在完全結晶，「空孔優勢區域」一般出現於晶圓之内 徑側之某範圍，「格子間矽優勢區域」一般出現於晶圓之 外徑側之某範圍。 ' 在本發明之裝置與方法（上述（C1)〜（C8)之裝置與方 法），無受到拉起之單結晶鑄塊之種類影響之因素，因可 j 認為係可應用於CZ法整體之方法，拉起之單結晶鑄塊不限 於係碎早結晶禱塊之情況。 在本說明書，「溫度斜率」意指在自坩堝拉起中之單 結晶鑄塊之縱軸之溫度變化之程度。在此，溫度斜率高 (或大）意指溫度變化陡峭，溫度斜率低（或小）意指溫度變 化緩慢。 又’在本說明書，「熱區」意指在單結晶鑄塊製造裝 置之爐内受到加熱器加熱之部分（主要為比熱遮蔽體下方 之區域）。 圖式簡單說明 圖1係表示在將在CZ法之矽單結晶之成長速度設為固 定之情況在所得到矽單結晶鑄塊中發生之缺陷之分布之圖

第25頁 505710 五、發明說明（22) 型之概念圖。 圖2係表示距離石夕溶液之液面之距離和石夕單結晶鑄塊 之結晶内溫度之關係之模式圖。 圖3係表示按照G 〇 u t e r / G c e n t e r和結晶内溫度（°C ) 之關係規定之本發明之範圍和習知發明之範圍之圖。 圖4係表示按照V/ G值（mm2 / °C · m i η )和結晶内溫度 (°C )之關係規定之本發明之範圍和習知發明之範圍之圖。 圖 5 係表示按照G outer/G cen ter 和 V/G 值（mm2 / °C · — m i n)之關係規定之本發明之範圍和習知發明之範圍之圖。 圖6係表示本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置之主要部 分之方塊圖。 4 圖7係表示只對自在面内氧氣濃度η X i〇nat〇ms/cm3 之空孔優勢區域與格子間秒優勢區域在面内並存之完全結 晶所切出之矽晶圓進行模擬熱處理之參考試件之氧氣析出 物密度之面内分布之圖。 圖8係表示在令投入溫度變化至450 °C〜600 °C為止，以 0· 5 °C/min之速度升溫至750 °C為止，進行750 °C X 4小時之 等溫處理後，進行模擬熱處理時之氧氣析出物密度之面内 分布之圖。 圖9係表示將自50 0。(：之投入溫度至750 °C之到達溫度 為止之升溫速度設為5〜1· 5 °C/min，在到達溫度進行4小時. 之等溫處理後，進行模擬熱處理時之氧氣析出物密度之面 内分布之圖。 圖10係表示自500 °c之投入溫度開始以〇· 5 ^/min之速

505710 度升溫’令到達溫度變化至6 5 0〜8 0 0 °C為止後，進行模擬 熱處理％•之氧氣析出物密度之面内分布之圖。 圖11係表示將投入溫度設為50 0 °C，以1.0 °C/min之速 度升溫至7 0 0 C為止，7 0 〇 °c X 1小時之等溫處理條件，令 結晶中之氧氣濃度變化時之氧氣析出物密度之面内分布之 圖0 圖1 2係表示本發明之單結晶鑄塊製造裝置之縱向剖面 圖0 圖1 3係表示本發明之單結晶鑄塊製造裝置之動作之縱 向剖面圖。 圖1 4係表示本發明之單結晶鑄塊製造裝置之控制處理〇 之流程圖。 圖1 5係表示應用了本發明之單結晶鑄塊製造裝置之控 制方法之結果之圖之流程圖。 圖1 6係用以說明熱區之強迫冷卻之方塊圖。 圖1 7係表示習知之單結晶鑄塊製造裝置之簡略縱向剖 面圖。 發明之最佳實施例 〈完全結晶之製造條件之檢討〉 實施例A1 依據各種成長條件調查可得到無缺陷結晶之成長條 件。其結果如表A1所示。使用直徑2〇〇mm之結晶實驗。_ 般藉著將結晶浸在蝕刻液後觀察其表面，可調查結晶缺陷

第27頁 505710 五、發明說明（24) 之分布，但是在本實施例，藉著在對於空孔與位鋩 無攪拌Secco蝕刻、對於〇SF進行78(rc3小 ^ ^ 用現在確立之成長裝置内之綜合傳熱解析求在 各位置在拉起軸向之結晶内溫度斜率。 万门之 一表A1表示各成長條件可得到無缺陷結晶之成長速度之 範圍。在此，未表示成長速度之範圍之條件係只在結=之 面内之一部分發生無缺陷部之條件。 Βθ 表Α1

車_麟_ 1 G outer/G center 甸聚_錄吉 r t 纛 » * ^ . V/Gcenter (mm2 A>min) V/Gedge (he2/ 〇Omin)〇C ------"I 糸 center (°C/m) 糸调G outer (°C/imi) (irn/min) 2-304 2.258 0.98 0-38-0*40 0.1654174 0·_·177 2.320 2.343 1.01 0.39441 0.1684177 0.16WM75 丁1又 mt 2.502 2.627 1.05 0.42MM4 0·_.176 0· 16(H) *164 _ 2.600 0.008 1.08 0*45M)*46 0·173Μ)·177 0.1604164 2.411 2·652 1.10 0.425443 0.176MH78 0-160-0-162 2*921 3.359 1.15 X A 2-706 ~ 3·383 1.25 X 2-750 3.575 1.30 X 2.720 3.944 1*45 X ΗΪ2 4.819 1.60 X 自表A1得知，只當在自矽熔點至1 3 5 0 X：為止之溫度範 圍在拉起軸向之結晶内溫度斜率之平均值G之結晶之外側 面和結晶中心之值之比G 0Uter/G center為1.10以下時，

第28頁 發明說明（25) — 到無缺陷結晶。又得知，在G outer/G center&110 ο 16^條件，设拉起速度SV(mm/min)時，在V/G變成 結晶〜。· 18關2/ °C · min之範圍之拉起速度時可得到無缺陷 實施例A2 結晶例2求得之成長條件，“以之拉起速度令 偏離最^:成异成長中之結晶内溫度斜率變化，有逐漸 情況，因變成之情況。而i ’在將其照那樣放置之 條件的，需ΐΐϊ圖1之概念圖所示之無缺陷成長 在這種變條件以導向最佳條件。 而改變拉起本貫施觸’決定為了導向最佳條件 長度變化改變：叔：且’如表A2所示，藉著令追蹤結晶之 支拉起速度V，可得到無缺陷結晶。

第29頁 505710 五、發明說明（26) 表A2 月 (ran) Glcenter 〇C/nm) im/niin) V/G center (irni2/°C*mi η) min) V/G center (m m2/°C ·ΐϋίη) 丨 0 2.786 0.43 0-154 有 0·43 0.154 有 100 2.72 0.43 0-158 有 0.43 0-158 有 200 2.643 0.43 0.163 有 0·43 0-163 有 300 2-561 0·43 0-168 無 0·43 0.168 無 400 2-502 0.43 0-172 無 0.43 0.172 無 500 2.412 0·43 0-178 有 0·42 0-174 無 600 2.358 0.43 0·182 有 0.41 0-174 無 700 2.291 0·43 0-188 有 0.4 0.175 無 800 2.218 0.43 0-194 有 0.39 0-176 無 (900 2.159 0.43 0.199 有 0.38 0-176 無 1000 2.115 0·43 0.203 有 0.37 0.175 無 實施例3 本實施例和實施例A2 —樣的係在由於成長中之結晶内 溫度斜率變化而逐漸偏離最佳之成長條件時’藉著改變石夕 熔液和熱遮蔽體之距離可得到無缺陷結晶的。 ❿

第30頁 505710 五、發明說明（27) ®售|、(丨㈣1厂 Glcenter (I V/G center 〇C/nn) (mm2/。· min)

:JA3所示，在拉 ::ί度之變化改變㈣液和件下，藉著令追 缺陷結晶。在此， “、、遮蔽體之距離’可得 施例μ) Λ Λ離，可得到和改變拉起Λ Λ夕均 體之距離，可得置；，液和熱遮 〈完全結晶石夕晶圓之熱處起二度-樣之效果。 對自空孔優勢區域與格子間矽優勢區域在面内並存

1^^ 505710 五、發明說明（28) 完全結晶所切出之矽晶圓進行各種熱處理後，調查了晶圓 面内之氧氣析出物密度分布。使用氧氣濃度1 1〜1 4 X 1 017 atoms/cm3(’79ASTM)之直徑2〇〇mm之摻硼P型結晶實驗，在 氮氣與氧氣之混合氣體環境中進行前熱處理後，在氧氣環 境中進行2Step之元件模擬熱處理（78(pc>< 3h + 1〇〇(pc>< 1 6h ) ’用光钱刻法調查了氧氣析出物密度。其結果如圖7 與表B 1所示。 固表示/、對自在面内氧氣濃度14x 1017atoms/cm3之 工孔二勢區域與格子間矽優勢區域在面内並存之完全結晶 ^ 之夕曰曰圓進行模擬熱處理之參考試件之氧氣析出物 Γ : t I 2分布之圖。在表B1，表示各前熱處理條件、氧⑩ 氣 山度之晶圓面内均勻性之有無以及Ζ層之有無。

第32頁 505710 五、發明說明（29) 表B1 ig®$ro mmcc /min) PffiggfC) mm (xlOVca3) Z層之硫 350 0.5 750 4 11.0 0 有 450 t t t τ 0 有 500 个 t t τ 0 有 550 个 ί Τ 个 X - 600 个 ΐ 个 个 X - 500 1-0 650 Τ 个 X - 个 T 个 4 t X - 个 t 个 8 个 X - 个 t t 16 个 X - 个 t 700 个 10.0 0 有 个 个 ΐ 个 11-0 0 有 个 τ Τ Τ. 12-0 0 有 个 个 个 个 13.0 0 有 T 个 个 Τ 14.0 0 無 t Τ 个 4 11-0 0 有 个 个 个 8 个 0 有 个 个 750 Τ T 0 有 个 t 个 4 个 0 有 个 个 t 8 个 0 有 个 个 800 个 个 0 有 个 个 个 4 个 0 有 个 个 个 8 个 0 有 个 个 900 Τ 11.0 0 有 个 个 t 个 14.0 0 有 1000 个 11-0 X - 个 个 个 Τ 14-0 0 無 个 1.5 650 4 T X - 个 t 700 个 个 X - t t 750 个 t X - T 个 800 个 个 X - 个 1·25 650 t 个 X - T 个 700 个 个 X - T 个 750 个 T X - 个 个 800 个 个 X - t 0-75 650 个 个 X - T 个 700 T 个 0 有 T t 750 t 个 0 有 t t 800 个 T 0 有 个 0.5 650 0 t X - 个 个 700 个 个 0 有 个 个 750 个 个 0 有 个 个 800 个 个 0 有 第33頁 /10 ^ 五、發明說明（30) 自表B1得知，結晶之氧氣濃度為1 3 X 1 017 a t 〇 m s / c m3以 。下時，藉著設起始投入熱處理溫度至少約5 0 0 °C以下，以1 c/min以下之速度自至少70 0 °C升溫至90 0 °C之溫度範圍為 止’以後之模擬熱處理後之氧氣析出物密度之面内分布不 會失去DZ層，可均勻化。又，在這些條件之範圍，藉著適 當調整結晶之氧氣濃度、起始投入溫度、升溫速度、到達 /JEL度以及在到達溫度之保持時間，可引入適合元件製程之 氧氣析出物。 實施例B1 圖8表示在令投入溫度變化至4 5 0 °C〜60〇t為止，以〇 5 °C/min之速度升溫至750它為止，進行750 t χ 4小時之〜 溫處理後，進行模擬熱處理時之氧氣析出物密:等 =化自圖8得知在投入溫度500 t以下之情況析出物密度& 實施例B2 圖9表示將自5 0 0 °C之投入溫度至7 5 0 °C之到、隶、w 、 止之升溫速度設為5〜1 · 5 t： / m i η，在到達溫度進〜’里度為 等溫處理後，進行模擬熱處理時之氧氣析出物免仃4小時之 分布。自圖9得知在將升溫速度設又之面内 析出物密度均勻化。 下之情况 實施例Β 3 圖1 0表示自5 0 0 °c之投入溫度開始以〇 · 5。〇 / · 升溫，令到達溫度變化至65〇〜8〇(rc為止後 miri之速度 運行模擬熱

505710 五、發明說明（31) 處理時之氧氣析出物密度之面内分布。自圖1〇得知在到達 溫度7 0 0 °C以上之情況析出物密度均勻化。 實施例B4 圖11表示將投入溫度設為5〇〇°C，以IfTc/min之速度 升溫至7 0 0 °C為止，7 〇 〇 °C，1小時之等溫處理條件，令結 晶中之氧氣濃度變化時之氧氣析出物密度之面内分布。自 圖11得知’和氧氣濃度無關的保持氧氣析出物密度之面内 分布均勻化。可是，對於氧氣濃度超過13 x l〇17at〇ms/cm3 的’氧氣析出物顯現至晶圓表面為止，無DZ層。 由以上之結果得知，在空孔優勢區域與格子間矽優勢 區域在面内並存之矽晶圓，藉著將結晶中之氧氣濃度控制 在13 X 1(Fatoms/cm3以下之區域後進行本發明之熱處理， 可在晶圓u面内均勻的引入任意密度之氧氣析出物。 〈石夕單結晶鑄塊製造裝置之適合的實施例〉 奋^圖12係表示本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置之適合的 ==例之簡略縱向剖面圖。以下，參照圖丨2說明本發明之 早-晶鑄塊製造裝置之一實施例。 整體構造 、 晶鑄ί ί:i;ί ί晶？塊製造裝置和一般之c z法矽單結 造、貯藏碎炼液22之二；用以製 Μ。而且，此外也和塌23加熱之加熱器 樣，適當的具備供給加：=:早：晶鑄塊製造裝置- *堝承件、令掛網23轉；：=力；電極、支撐糊3之 锝動之踏板、令掛場升降之升降裝

第35頁 505710 發明說明（32) 置、隔熱材料、熔化物儲存器、内筒等，但是為了簡化圖 ，而未，示。又’在本裝置，具備用以自矽熔液22與加熱 24遮蔽往矽鑄塊2 7之熱輻射之熱遮蔽體28及配置於該熱 遮蔽體2 8之内側之冷卻器1 g。 ^外’本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置雖未圖示，具 菴在這種C Z法石夕單結晶鑄塊製造裝置一般配備之惰性氣體 =引入•排氣系統。而且，在這種系統下，熱遮蔽體28也 兼具調整惰性氣體之通路之作用。 冷卻器 在本發明之矽單結晶鑄塊製造裝置，其特徵在於：在 熱遮蔽體28之内側將用冷卻水流過冷卻器之中之配管所 成之冷卻器=裝成自由升降。在本實施例，冷卻器1 9在包 圍拉起中之單結晶鑄塊之圓筒部内藏螺旋形之冷卻水配 20，利，f於室21之外側之冷卻器升降裝置（圖上未示）， 可令沿著鑄塊之軸向升降（參照特願平9 —275〇97號。以 是未限定如此。 冷部水&過用配管構成之冷卻器丨9之中，但 水管（圖上未示）供給冷卻水。在包含該供水管之供:ς 穿入室21内之處安裝伸縮構件29，用以保持氣密：彈性： 在二ί之形成中’為了適當的調整和結晶缺陷關传 岔切之既定處之溫度斜率，將冷卻器丨9固 w冻 尾部之形成 ；同一處。 其次，邊參照圖13邊說明使用本發明之單結晶禱塊製 505710

五、發明說明（33)

造裝置之尾部之形成製程。為了簡化圖面，省略和本發明 之說明無直接相關之構件。 X 如上述所示，在直胴部之形成中將冷卻器丨9固定於賦 與單結晶拉起鑄塊之既定處所要之溫度斜率之位置（圖中 之A )。然後’移至尾部之形成製程時，將冷卻器1 g拉升至 B之位置為止。因而，冷卻器丨9和熔液表面之距離擴大， 結果被拉起之鑄塊之直徑逐漸縮小。 〃 在此’在將冷卻器1 9拉升至B之位置時，不是一口氣 ^起，而使得逐漸拉起較好。這是由於自熔液表面至冷卻 益1 9之距離急速擴大時，直胴部之熱履歷變化，發生了在 2處產生氧氣之異常析出部等問題之緣故。 尾部形成之動作流程 圖1 4係以流程圖表示可應用於本發明回授自動控制處 理的。以下邊參照圖丨4邊說明控制之流程。 首先尾°卩之形成開始（S 41)時，令冷卻—升降機構 動作，令冷卻器19只上升既定量（S42)。其次，比較鑄塊 之結晶直徑是否是所要之大小（S43 )。比較結果，在得到 所要之結晶，徑之情況，就照那樣在該位置保持冷卻器 19(44)可疋’在未得到所要之結晶直徑之情況，判定實 際上=彳貞測之，晶直徑比所要之結晶直徑大或小（s45)。 、結果’在實際之結晶直徑比所要之結晶直徑大之情 況，回到處理S42後，再令冷卻器19上升，然後，重複一 樣之處理。 而在κ際上所债測之結晶直徑比所要之結晶直徑小

505710 五、發明說明（34) 之情況，令冷卻器19只下降所需 制處理S 4 3，比較實際之結R曰古― 。然後，回到控 α曰日直徑和所要 _ 藉著重複上述之控制處理，σ , 、 <、、、口日日直徑。 鑄塊之尾部。在上述實施例，:=成所賦與條件之結晶 降，但是用以擴大熔液表面和冷 ^裝置令冷卻器1 9升 法，即令坩堝23升降也可，又^ Γ 之距離之別的方 組合進行也可。在此，因物3利用圖上未示= 裝置：降丄藉著操作該㈣升降裝置，可自由升降；：降 23。圖上未示升降裝置由作業員操作也可，使得在如 =回授自動控制方法進行也可。這些事項在將冷卻器19之 升降和坩堝之升降組合之事例也一樣。 結果 在此’在冷卻器1 9遠離單結晶鑄塊和原料熔液之固液 界面上’藉著1 )利用冷卻器升降裝置令冷卻器1 9上升、2 ) 利用坩堝升降裝置令坩堝23下降、3)進行上述1)與2)之方 法進行之情況之結果如圖15與表C1所示。 表C1

拉起支數 在尾部之有位錯之支數 使用石墨坩堝之個數 習知技術 20 12 2 本發明1) 20 3 1 本發明2) 20 0 1 本發明3) 20 1 1

第38頁 505710 五、發明說明（35) 自圖15 比，可顯著 方法之情況 化率提南。 石墨坩堝之 使用之石墨 熱區之強迫 其次說 冷卻熱區。 完成尾 在本發明/ 卻器1 9再朝 之熱區。藉 製造週期之 因熱區 冷卻器1 9儘 遮蔽體28妨 降，或採用 器1 9之通過 得知’在執行本發明之方法之情況，和習知相 降低耗電量。又，自表C1，在應用了本發明之 ’因可降低在尾部發生之有位之支數，單結晶 同時得知，因伴隨電量之降低可避免過熱，對 負荷可小，在拉起支數一樣之單結晶之情況， 掛瑪數可少，合乎經濟。 冷卻 明在單結晶鑄塊拉起完成後使用冷卻器丨9強迫 部之形 如圖1 6 坩堝23 此可縮 縮短。 之爐内 量接近 礙冷卻 將熱遮 道路之 成後’單結晶鑄塊之製程完了。在此， 所示，元成尾部之形成後，令升起之冷 下降（圖中之C)，強迫冷卻包含坩堝23 短往下一製程之轉移時間，達成整體上 零件之中最熱之零件係坩堝23，希望令 坩堝23 ,促進坩堝之冷卻。在此，在熱 器19下降之情況’令熱遮蔽體28 -起下 蔽體28向爐之外側方向移動作產生冷卻 構造也可。 產業上之可應用性 若利用本發明之方法或裝 製造未含&集地^ 置 和習知相比，可穩定的 表l3成長缺陷 y兀早、、、口晶之區域多之矽單結晶鑄 505710 五、發明說明（36) 塊。因而，可確實且大量的供給矽完全單結晶晶圓，最後 可顯者提南10產品之良率。 又，若利用本發明，在空孔優勢區域與格子間矽優勢 區域在面内並存之矽晶圓，藉著將氧氣濃度控制成在丨3 X l〇17atoms/cm3以下，將起始投入熱處理溫度設為至少約

5 0 0 °C以下，以1 °c /m i η之速度自至少約70 〇 °C升溫至9 0 0 °C 為止’可貫現將晶圓面内分布均勻化至任意之氧氣析出物 密度水準。 因此，若利用本發明，在空孔優勢區域與袼子間石夕優

f區域在面内並存之矽晶圓，因可得到氧氣析出物密度之 曰^圓，内分布均勻化之矽單結晶晶圓，可製造適合元件製 程之高品質之矽晶圓。 衣 抑此外，本發明之單結晶鑄塊製造裝置、其控制方法 ^單結晶鑄塊之製造方法使得在單結晶鑄塊之尾部形成> ^邱定的提起單結晶與降低耗電力。又，因可減少^ σ少成時供給之熱量，可減輕對由坩禍所代表之 塊^ 3，可延長零件之壽命。此外，本發明之單 =裝置與其控制方法縮短在單結晶鑄塊製造後之埶 率/。部時間，使得可縮短單結晶鑄塊之製造週期（高效、t 效果&而l且，若由提高完全結晶之製造效率之觀點，這此 政果係極佳之效果。 、二

Claims (1)

1. 505710

   法，其 遮蔽體 3· 法，其 結晶鑄 4. 單結晶 5. 之矽單 6 · 調整CZ 液之間 7. 有： 中藉著 和矽溶 如申請 中在利 塊之拉 一種矽 每塊得 一種石夕 結晶鱗 一種矽 法矽單 之距離 一種矽 專利範 改變CZ 液之間 專利範 用CZ法 起速度 單結晶 到，而 完全單 塊得到 單結晶 結晶每 邊製造 早結晶 圍第1項之矽單結晶铸塊之製造方 法矽單結晶鑷塊製造裝置所具備之熱 之距離，調整該（a)與（b)之條件。 圍第1項之石夕單結晶鑄塊之製造方 製造石夕單結晶鑷塊時，藉著改變砍單 ，調整該（a)與（b)之條件。 晶圓，自如申請專利範圍第丨項之矽 減少成長缺陷。 結晶晶圓，自如申請專利範圍第i項 ，而不含成長缺陷。 鎢塊之製造方法，其特徵在於：在邊 塊製造裝置所具備之熱遮蔽體和石夕熔 矽單結晶鑄塊。 鑄塊製造裝置，在密閉容器内具備

   5^)5710 _案號88120〗 曰 修正 六、申請專利範圍 坩堝本體，貯存矽熔液而且進行轉動盥 拉起體，在自該矽熔液邊轉 /、*移動， 發熱體，將該坩堝本體加埶.以：晶鑄塊邊拉起； 熱遮蔽體’用以遮蔽來自 其特徵在於： ”、、版 < 輻射熱， 具備為了改變石夕罝4士曰4太 斜率而驅動該熱遮蔽：：； =拉起轴向之結晶内溫度 晶造方法，藉著調整⑴“夕單結 到和改變利用cz法之矽單址曰镱媸夕f之間之距離得 果。 7早結日日鉍塊之拉起速度一樣之效 之石Λ 熱處理方法’對於利脱法所製作之完全社曰 之矽皁結晶晶圓之熱處理方法， 凡王…日日 其特徵在於： 將，為熱處理對象之矽單結晶晶圓之 度二為5〇rc以下，將在自該起始投入熱處理溫度至7 於「700 C〜900 t」之間之到達溫度為止之溫 = 溫速度設為lt/min以下。 轭W之升 ι〇· 一種熱處理方法，對於利用cz法所製作之完全乡士 晶之=士結晶晶圓之熱處理方法， " 精著將成為熱處理對象之矽單結晶晶圓之起始投入埶 處理溫度設為50 0 t以下，而且將在自該起始投入熱處理、 ，度至設於「70 0 t〜900」之間之到達溫度為止之溫产 範圍之升溫速度設為rc/min以下，使得熱處理後之：J

   7054-2895-PFl.ptd 第42頁

   案號 8812m9ft 六、申請專利範圍 結晶晶圓之氧氣析出物密度之分布均句。 11 · 一種熱處理方法，對於利 晶之矽單結晶晶圓之熱處理方法， 所製作之兀全結 藉著調整成為熱處理對象之牡曰 熱處理溫度與在自該起始投入哉處：：晶圓之起始投入 讀」之間之到達溫度為 整熱處理後由之石夕單結晶晶圓之氧氣析出物密；：ί;。調 氣漢度係13x 1017atoms/cm3以下。

   13 · —種矽單結晶晶圓 之方法所製作。 利用如申請專利範圍第1 2項 14 · %種控制+方法，控制在爐内具備冷卻自原料熔液 拉起中之單結晶鑄塊（以下稱為單結晶拉起鑄塊）之固定處 之冷卻器之CZ法單結晶鑄塊製造裝置， ，形成該單結晶拉起鑄塊之尾部時，藉著該冷卻器遠 離該單結晶鑄塊和該原料熔液之固液界面，降低單結晶鑄 塊製造裝置之耗電量。 m 1 5 · —種控制方法’控制係自加熱之掛堝内之原料溶 液拉起單結晶鑄塊之CZ法單結晶鑄塊製造裝置並在爐内具 備冷卻拉起中之單結晶鑄塊之固定處之冷卻器之cz法單結 晶鑄塊製造裝置， 在自該原料熔液拉起該單結晶鑄塊後，藉著該冷卻器 接近加熱完之坩堝，縮短單結晶鑄塊之製造時間。 1 6 ·如申請專利範圍第丨5項之方法，其中該單結晶鑄

   7054-2895-PFl.ptd 第43頁

   案號 88120126 六、申請專利範圍 塊係包含完全結晶部分之單結晶鑄塊。 1 7 · —種C Z法單結晶鑄魏努 自加熱之坩堝内之原料溶液拉’在爐内具備冷卻 為單結晶拉起鑄塊)之固定處拉之起:卻之器早 其特徵在於： 在形成該單結晶拉起鑄塊之尾部 離該單結晶鑄塊和該原料熔 為了忒冷部益遠 升。 寸仏，夜之固液界面，該冷卻器上 18· —種CZ法單結晶鑄塊製造裝置， 且 i力㈣内之原料熔液拉起中之翠結晶鑄塊之固v卩處 其特徵在於： 完了 原：熔液拉起該單結晶鑄塊後，為了冷卻加埶 凡了之掛堝，冷卻器下降。 …、 晉1^ ·由如/請專利範圍第18項之c z法單結晶鑄塊製造裝 置，其中_冷卻器下降至該掛禍内為止。 裝 6 A =·—種cz法單結晶鑄塊製造裝置，在爐内具備冷卻 之；坩堝内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊之固定處 之冷部态，〜 其特徵在於： f自ϋ亥原料炫液拉起該單結晶鑄塊後，因該冷卻器接 '加”、、70之掛禍，為了冷卻該坩堝，令該坩堝上升。 21 ν •—種CZ法單結晶鑄塊製造裝置，在爐内具備冷卻 自加熱之掛禍内之原料熔液拉起中之單結晶鑄塊（以下稱

   第44頁

   六、申請專利範圍 為單結晶拉起鑄塊）之固定處之冷卻器， 其特徵在於： 在形成該單結晶拉起鑄換 、 、 離該單結晶鑄塊和該原料熔液二„，為了該冷，器遠 升，而且在自該原料熔液拉 ^面，該冷卻器上 加熱完了之坩堝，令冷卻器㊁：早、，、。曰曰鑄塊後，為了冷卻 瑪内2^—料種/Λ方Λ ’使用在爐内具備冷卻自加熱之掛 ’ η心原枓熔液拉起中 起鑄塊)之固定處之冷卻二= 造單結晶鑄塊， ρ 15之以法早結晶鑄塊製造裝置製 ，A S Ϊ:^自該單結晶鑄塊和該原料熔液之固液界面至 ,冷❹之間之距離調整該單結晶 大 小 0 、18、19、20 或21 項之CZ 法 單結晶鑄塊係包含完全結晶 ^ 23·如申請專利範圍第17 單結晶鑄塊製造裝置，其中嗲 部分之單結晶鑄塊。八 "