JPH0333093A - 単結晶の育成方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野Ｊ 本発明はチョクラルスキー法によるシリコン等の単結晶
の育成方法およびその装置に関する。

〔従来の技術Ｊ 以下、シリコン単結晶の育成を例として説明する。

チョクラルスキー法による単結晶の育成は大径の単結晶
か得やすい等の利点があるため、半導体集積回路用シリ
コン単結晶等の製造に実用されその結晶性は極めて完全
に近い、しかし、集積回路の素子製造工程において繰り
返される熱処理によって、シリコン中に含まれる酸素が
析出し結晶欠陥が発生することがある。

上記の欠点を解決するため、例えば特開昭５７−１８３
３９３号公報では第２図に示すように成長室１５内に第
２の熱源１１を設け、引上げ中の単結晶２を１２００±
１５０℃に保つことで単結晶の種子側とボトム側の温度
差を小さくシフ、両者の間の熱覆歴の差を小さくするこ
とによって高品質で均質な蛍結晶な得る装置が捏宏ａｈ
τいる、しかし、この装置では単結晶を冷却する際の温
度制御ができず冷却過程で熱履歴の差が生じ、素子製造
工程における熱処理によって結晶欠陥が発生しやすい部
位が存在する問題があった。

一方、特開昭６０−１９１０９５号公報では第３図に示
すように、単結晶２の引上げを行いながら冷却筒１７を
通し、急冷することによって酸化析出物が核発生を起こ
すと考えられている温度領域を早く通過させて、素子製
造工程での熱処理による結晶欠陥の発生を軽減する方法
が提案されている。しかし、この方法では単結晶内に大
きな温度勾配が存在するため、熱応力により転位が発生
し引上げ中に単結晶の性質を失って多結晶化が起きる問
題があった。

［発明が解決しようとする課題］ （Ｌ）第２図に示した装置を用いる方法においては、冷
却過程における温度制御が行われていないため単結晶の
各部位における熱履歴に差が生じ、素子製造工程におけ
る熱処理によって欠陥が発生しやすい部位が存在すると
いう問題点。

（２）第３図に示した装置を用いる方法においては、単
結晶引き上げ中に急速な冷却が行われて引上げ中の単結
晶に熱応力が生じ、転位が発生し引上げ中に単結晶の性
質を失って多結晶化が起きるという問題点。

を解決し、単結晶の冷却過程における熱履歴の差及び熱
応力の発生を防止しようとするものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明は上記課題を解決するために、単結晶をその原料
の融液より引上げて育成する方法において、引上げ中の
単結晶の種子側部分を加熱し種子側部分の温度分布を均
一にし、単結晶引上げ終了後に単結晶を全体の温度分布
を均一にしつつ冷却することを特徴とする単結晶の育成
方法、及びこの方法を実施するのに好適な、単結晶の原
料を第１の熱源で溶融して融液とする炉室と融液より弓
上げられた単結晶を収納する成長室とを有し、成長室内
に第１の熱源とは別個の第２の熱源を単結晶の円柱部を
囲繞する位置に備えた単結晶の育成装置において、炉室
と成長室との境界の開口に設けられ開口を開閉する輻射
熱遮蔽板と、第２の熱源の外周を囲繞する冷却筒とを設
けたことを特徴とする単結晶の育成装置を提供するもの
である。

［作用］ 本発明を図面を用いて説明する。

第１図に本発明による単結晶育成装置の、シリコン単結
晶の育成における一実施例の概略構成を示す縦断面図を
示す。

炉室８内の坩堝２０を用い、シリコン単結晶原料を溶融
して収納する。溶融は第１の熱源６を用いて行う。７は
第１の熱源６の外側に配設された熱遮断板である。坩堝
２０はグラファイトなどの支持部材１８によって支持さ
れており、これ等は回転軸１９によって図中矢印の方向
に回転される。

成長室１５内を図中矢印方向に回転しながら上下動可能
な引上装置９の下端に種子結晶１を取付け、炉室８と成
長室１５との境界の間口に設けられ、図中矢印方向に開
閉自在とする輻射熱遮断板１６を開き、引上装置９を降
下して種子結晶ｌを融液３に接触させた後、引上装置９
を図中矢印方向に回転させながら、徐々に引上げて単結
晶２を成長させる。

成長室１５内には、引上げられる単結晶２の円柱部を囲
繞して、第１の熱源６とは別個の第２の熱源１１が設け
られており、第２の熱源の外周を囲繞して冷却筒１７が
設けられている。

なお１本実施例においては、第２の熱源１１による単結
晶２の加熱の均一化の向上、および第２の熱源１１より
の不純物の付着を防止するために石英管１３が、冷却筒
１７の第２の熱源１１による過熱を防止するために熱遮
断板１２が、それぞれ設けられている。

第２の熱源１１には抵抗加熱あるいは高周波加熱が用い
られ、冷却筒１７はらせん状に巻いたパイプの中を水、
急速な冷却を要する場合には液体窒素を流す、第２の熱
源ｔｉの内側に等間隔で熱雷対を取付けて温度を測定し
、加熱または冷却を行うことによって、単結晶を室温か
ら１５００℃までの任意の温度に制御することが可能で
ある。

加熱は電力量、冷却は水または液体窒素の流電を加減す
ることによって調整する。

輻ｒＪ４熱遮蔽板１６は炉室８と成長室１５ヒの境界で
、図中矢印の方向に移動して境界の開口を開または閉と
する。

単結晶２の引上げ中は、単結晶２の種子側とボトム側と
の熱履歴の差を小さくするため、第２の熱源ＩＩにより
単結晶２の種子側部分を加熱し、炉室８より遠い種子側
部分が冷えるのを抑制する。

なお、シリコンは高温前熱処理を加えるとその後の熱処
理によって発生する欠陥密度が小さくなる性質を有して
いるため、成長室１５内の温度は素子製造工程で施され
る熱処理の温度（ｌｉｏ０℃程度）より高く保ち得るこ
とが望ましい。

所定の長さの単結晶２の引りげ終了後は、単結晶全体を
成長室１５へ引上げた後、炉室８と成長室１５とを輻射
熱遮蔽板１６で隔絶して成長室ｔ５内の単結晶２が融液
３の表面から輻射熱を受けないようにするこヒにより単
結晶２の温度の均一性を向−Ｅさせる。

次に、冷却筒１７に例えば水を流し、水の流量と第２の
熱源１１の電力量とを調節することにより、単結晶２全
体を一様に冷却する。

本装置は、不活性ガスが不活性ガス流入口４より流入さ
れ、不活性ガス流出口５より流出される。

以上説明したように、本発明により冷却時での単結晶２
の各部位における熱履歴の違い及び熱応力の発生を小さ
くすることができ、上記したシリコン単結晶のみでな（
、例えば、ガリウム−砒素化合物半導体等、他の単結晶
の育成にも実施し得る。

［実施例］ 第１図に示した単結晶育成装置により直径１５ｃｍ長さ
ｕｒｎのシリコン単結晶を育成した。単結晶２七げ中は
成長室内に設けた第２の熱源によって成長室内の単結晶
外周温度を１２００℃に保つた。引上げ終了後は単結晶
全体を成長室内に収納し、輻射熱遮蔽板で炉室と成長室
ヒを遮断した後、冷却筒に水を流入させて単結晶を均一
に冷却した。

得られた単結晶の長平方向にｌ　０ｃｒｒｕ間隔で熱電
対を埋込み、これを第１図の装置の成長室へ入れ、炉室
へ降ろしてボトムの先端を融７夜表面に接触させて測定
した温度分布を本発明方法として第４図に示す、この単
結晶を第２の熱源を有しない従来の装置に同様に装入し
た場合の温度分布を５従来方法として併記した。従来の
方法よりも種子側とボトム側との温度差が小さくなって
いることがわかる。

熱電対を埋込んだ上記単結晶を第ｔ７に示した装置の成
長室に装入し、単結晶を１２００℃に均熱し炉室と成長
室とを輻射熱遮蔽板Ｉ板で遮断したのち冷却筒に水を流
入して冷却し、単結晶の神子側とボトム側の温度の経時
変化を第５図に示した。

なお、上記単結晶を、第２図に示した装置の成長室に装
入し、単結晶を１２００℃に均熱したのち第２の熱源に
よる加熱を停しヒしｔ：場合の単結晶の温度変化を、従
来方法として第５図に併記した。

従来の方法ではボトム側と種子側で温度差が存在するが
、本発明では両者の温度差は無視できる稈改善されてい
る。また酸化析出物のＩｓ影形成起こると予測されてい
る６００〜９００℃の温度領域を３０分以内で通過させ
ることが可能となっている。

第６図は、第１図に示した装置の炉室と成長室とを輻射
熱遮蔽板で遮断し、成長室内に熱電対を埋込んだ前記単
結晶を装入し１次いで冷却筒に水を流人した冷却時の単
結晶の温度分布を示す。

１、Ｉｌ、ｒｌｌは冷却開始後それぞれ１５分、３０分
、４５分経過した時の温度分布である。このように柱状
の単結晶に沿って均一な温度分布を得ることができ、種
子側とボトム例での熱履歴に殆んど違いがなくなってい
ることがわかる。

本発明により得られた前記単結晶から切出したウェーハ
から結晶欠陥観察用の試料を単結晶の長さ方向でｌｏｃ
ｍおきに抜出し、熱処理を施してライトエツチングを行
い出現した欠陥の密度を調査した。なお、第２図に示し
た装置による従来方法によった単結晶についても同様に
調査した。

その結果、第７図に示すように単結晶の各部位における
欠陥密度が従来の方法で育成したものと比較して部位間
の差が小さく、しかも欠陥密度の絶対数が少なくなって
いることがわかる。

第８図は、本発明により育成した単結晶と第３図に示し
た装置を用いた従来の方法により育成した単結晶の、種
子結晶からの距離と転位発生確率との関係を示すもので
、該確率は単結晶の外形変化により転位発生を確認し、
その部位と回数を求め、発生回数を総数で割った値であ
る。単結晶の冷却を引上げ終了後に行うことによって、
引−Ｌげ中に多結晶化が起こる確率が従来の方法と比較
して約３分のｌに改善された。

［発明の効果］ 本発明により、チョクラルスキー法による単結晶の育成
中の冷却過程を改善した結果、単結晶中での熱応力の発
生を減少できたことにより多結晶化が軽減されると共に
、熱履歴の差を減少できたことにより、例えば半導体製
造工程における加熱に起因する結晶欠陥の発生が軽減さ
れるだけでなく単結晶の部位による差も軽減された単結
晶を育成することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶育成装置の実施例の概略構成を
示す縦断面図、第２図は従来の単結晶育成装置の概略構
成を示す縦断面図、第３図は他の従来の単結晶育成装置
の概略構成を示す縦断面図、第４図は単結晶の長平方向
の温度分布を示す図、第５図は単結晶の冷却時の温度の
経時変化を示す図、第６図は単結晶の冷却時間と単結晶
の長手方向の温度分布を示す図、第７図は欠陥密度の単
結晶長手方向の分布を示す図、第８図は単結晶の転位発
生確率の単結晶長手方向の分布を示す図である。 ｌ・・・種子結晶　　　　２・・・単結晶３・・・融液
　　　　　　４・・・不活性ガス流入口５・・・不活性
ガス流出口６・・・第１の熱源・・・熱遮断板 ・・・引上装置 ｌ・・・第２の熱源 ３・・・石英管 ５・・・成長室 ７・・−冷却筒 ９・・−回転軸 ・・・炉室 ０・・−覗窓 ２・・・熱遮断板 ４・・・仕切板 ６・・・輻射熱遮蔽板 ８・・−保持部材 Ｏ・・−坩堝 出 代 願 理 人 人 川崎製鉄株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　単結晶をその原料の融液より引上げて育成する方法
   において、引上げ中の単結晶の種子側部分を加熱し種子
   側部分の温度分布を均一にし、単結晶引上げ終了後に単
   結晶を全体の温度分布を均一にしつつ冷却することを特
   徴とする単結晶の育成方法。 ２　単結晶の原料を第１の熱源で溶融して融液とする炉
   室と融液より引上げられた単結晶を収納する成長室とを
   有し、成長室内に第１の熱源とは別個の第２の熱源を単
   結晶の円柱部を囲繞する位置に備えた単結晶の育成装置
   において、炉室と成長室との境界の開口に設けられ開口
   を開閉する輻射熱遮蔽板と、第２の熱源の外周を囲繞す
   る冷却筒とを設けたことを特徴とする単結晶の育成装置
   。