JPH0341437B2 - - Google Patents
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- JPH0341437B2 JPH0341437B2 JP55088878A JP8887880A JPH0341437B2 JP H0341437 B2 JPH0341437 B2 JP H0341437B2 JP 55088878 A JP55088878 A JP 55088878A JP 8887880 A JP8887880 A JP 8887880A JP H0341437 B2 JPH0341437 B2 JP H0341437B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- silicon single
- silicon
- nitrogen
- grown
- Prior art date
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
本発明はシリコン単結晶の製造方法に関するも
ので、特に単結晶を使用する半導体素子製造工程
に含まれる熱処理工程においてシリコンウエハに
生ずる熱応力に強いシリコン単結晶を得ることを
目的とするものである。 シリコン結晶を使用した半導体素子製造には、
酸化拡散工程として1000℃〜1250℃程度の高温下
での熱処理が必要であるが、その際シリコンウエ
ハ内に熱応力が発生し、熱応力が弾性限界を越え
た場合転位の発生と増殖が起り（スリツプ欠陥）
シリコンウエハは歪む。スリツプ欠陥が多く発生
し、かつ歪みの大きいシリコンウエハは半導体素
子製造工程のホトリソグラフイー工程を困難にす
るばかりでなく、スリツプ欠陥による素子特性の
劣化を招く原因となる。 この現象はシリコンウエハの大直径化につれて
ますます顕著となつてきている。 この問題の解決の一方法として、酸化、拡散工
程でのシリコンウエハに対する熱応力の緩和策
（低温酸化および拡散、拡散炉へのウエハ出し入
れ温度および速度の緩和等）が実施されている
が、これらの方法では生産性の低下を伴うという
欠点がある。 一方、シリコン単結晶の製造法としては、チヨ
クラルスキー法（CZ法）および浮遊帯融法（FZ
法）がよく知られているが、CZ法で育成された
シリコン単結晶は一般にFZ法により育成された
シリコン単結晶に比べ熱応力に強いことが知られ
ている（文献S.M.Hu et al.ジヤーナル オブ
アブライド フイジクス 46(5)P1869，1975）。 これはCZ法の単結晶製造工程において、酸素
が石英ルツボの溶解により４×1017〜２×
1018atoms／c.c.程シリコン単結晶中に添加されて
いるのに反し、FZ法で育成されたシリコン単結
晶中にはその製造法から酸素濃度は１×
1016atoms／c.c.以下であることのためと考えられ
ている。このためFZ法におけるシリコン単結晶
育成中に酸素を添加する試みが種々なされている
が、単結晶育成を阻害する等の問題から熱応力に
対する改善に必要な程充分な酸素をシリコン単結
晶中に添加することは困難である。 本発明者らはかかる熱応力による単結晶の劣化
に対する特にFZ法における改善について種々検
討の結果、窒素をシリコン結晶中に少量添加する
ことにより酸素添加と同等またはそれ以上の効果
が得られることを知見し本発明に到達したもので
ある。 すなわち、本発明はアルゴンガスに容量比が
0.05％から３％の範囲内の窒素ガスを混合したほ
ぼ常圧のふんい気ガス中で浮遊帯融法によりシリ
コン単結晶を育成し、該単結晶中に窒素原子を添
加し熱応力に強くすることを特徴とするシリコン
単結晶の製造方法を要旨とするものである。 本発明の方法においてアルゴンあるいはアルゴ
ン、水素の混合ガスに対する窒素ガスの添加量
は、容量比で0.05〜３％、好ましくは0.1〜1.5％
の範囲である。この範囲を越えると単結晶の育成
が困難となる。なお、窒素ガスの代りに、あるい
はこれとともにアンモニア、ヒドラジン、三フツ
化窒素のような窒素を含む化合物をガス代として
添加することもできる。 このようにして窒素ガスまたは窒素化合物を混
合したふんい気中でシリコン単結晶の育成を行う
ことにより、窒素原子が添加されたシリコン単結
晶が得られる。結晶中に窒素原子が添加されてい
ることは放射化分析によつて確認されている。 本発明による製造方法により育成されたシリコ
ン単結晶から切り出されたウエハは、CZ法で育
成されたシリコン単結晶から切り出されたウエハ
と同様な熱処理工程を持つ半導体素子工程中の熱
応力に充分強く何らそれ以上の熱応力に対する緩
和策は必要とせず、かつ半導体素子の電気的諸特
性にも何ら影響を与えないことが証明されてい
る。 本発明によるシリコン単結晶は、窒素を添加し
ない従来のFZ法で育成されたシリコン単結晶に
生ずる結晶欠陥、いわゆるエツチングデプレツシ
ヨン（文献 lnst.Phys.Conf.Ser.No.23
1974P.538）の発生を防止することができる。 ここで述べたエツチングデプレツシヨンとは、
アルゴン雰囲気のFZ法で育成された比較的大口
径の無転位シリコン単結晶棒の中心部に存在する
一種の結晶欠陥で、その成長軸に直角に切断され
たウエーハ面をエツチング（例えば弗硝酸）した
ときに、中央部が同心円状にかなり深く（肉眼で
識別可能）ほぼ一様にエツチングされることがあ
り、このエツチングされた凹みに因んで命名され
た結晶欠陥をいう。その成因は、液界面が結晶成
長の過程でその曲率が変化することにより、エツ
チングデプレツシヨンに該当する中央部に、スト
レスを解消すべく空孔が集合することによると推
定される。 本発明により窒素を添加したシリコン単結晶は
第１図ａに示すようにエツチングデプレツシヨン
が認められないが、従来の方法により育成された
ものは第１図ｂのようにエツチングデプレツシヨ
ンが顕著に認められる。 さらに、シリコン単結晶育成ふん気中に窒素ガ
スを混合することにより高周波加熱における放電
開始電圧をも高めることができ、より大直径の単
結晶育成が可能となつた。本発明は単に浮遊帯融
法（FZ法）にのみ限定されるものではなく他の
シリコン単結晶育成法にも適用されるものである
ことはもちろんである。 FZ法においては、高周波コイルがシリコン棒
を同心円的に近接囲繞し、かつコイル自身がその
近接給電端を有するので、特に大直径のFZ法を
実施する場合には、グローまたはアーク放電が発
生しやすい。例えば単にアルゴン雰囲気では、常
圧で約7kVでアーク放電を開始するが、これに窒
素を例えば２％入れると数kV放電開始電圧が上
昇する。もちろん高周波コイルの形状、周波数そ
の他の条件で放電開始電圧が変るが、放電が起こ
ると、コイルに高周波電流は当然流れなくなるの
で、浮遊帯域は固化し操業は続行できなくなる。
またこの放電により過電流が流れ装置を故障させ
る。 以下実施例をあげて説明する。 実施例 １〜３ 浮遊帯融法により、容量比で0.1％、１％、３
％の窒素を添加したアルゴンガスふんい気中で、
直径104mm、方位＜100＞のシリコン単結晶を育成
した。 この育成された単結晶から直径100mm、厚さ
600μm±10μmのシリコンウエハ（片面鏡面、片
面エツチング）を切り出し1075℃±１℃、10分間
熱処理し、炉への出し入れ速度は20cm／分でこれ
を５回くり返した。 つぎに、これをスリツプ欠陥検出液（CrO3：
HF（50％）：H2O＝１：２：１）で５分間エツチ
ングデし、スリツプの発生状況を調べた。 比較例 １〜３ 浮遊帯融法による、窒素無添加、窒素0.01％添
加のアルゴンガスふんい気中とチヨクラルスキ法
による窒素無添加のアルゴンガスふんい気中で前
記実施例と同じように直径104mm、方位＜100＞の
シリコン単結晶を育成し、これから直径100mm、
厚さ600μm±10μmのシリコンウエハを切り出し、
同一条件で熱処理し、スリツプ欠陥検出液でエツ
チングし、スリツプ発生状況を調べた。 前記各実施例、比較例のスリツプ発生状況は表
−１のとおりであつた。
ので、特に単結晶を使用する半導体素子製造工程
に含まれる熱処理工程においてシリコンウエハに
生ずる熱応力に強いシリコン単結晶を得ることを
目的とするものである。 シリコン結晶を使用した半導体素子製造には、
酸化拡散工程として1000℃〜1250℃程度の高温下
での熱処理が必要であるが、その際シリコンウエ
ハ内に熱応力が発生し、熱応力が弾性限界を越え
た場合転位の発生と増殖が起り（スリツプ欠陥）
シリコンウエハは歪む。スリツプ欠陥が多く発生
し、かつ歪みの大きいシリコンウエハは半導体素
子製造工程のホトリソグラフイー工程を困難にす
るばかりでなく、スリツプ欠陥による素子特性の
劣化を招く原因となる。 この現象はシリコンウエハの大直径化につれて
ますます顕著となつてきている。 この問題の解決の一方法として、酸化、拡散工
程でのシリコンウエハに対する熱応力の緩和策
（低温酸化および拡散、拡散炉へのウエハ出し入
れ温度および速度の緩和等）が実施されている
が、これらの方法では生産性の低下を伴うという
欠点がある。 一方、シリコン単結晶の製造法としては、チヨ
クラルスキー法（CZ法）および浮遊帯融法（FZ
法）がよく知られているが、CZ法で育成された
シリコン単結晶は一般にFZ法により育成された
シリコン単結晶に比べ熱応力に強いことが知られ
ている（文献S.M.Hu et al.ジヤーナル オブ
アブライド フイジクス 46(5)P1869，1975）。 これはCZ法の単結晶製造工程において、酸素
が石英ルツボの溶解により４×1017〜２×
1018atoms／c.c.程シリコン単結晶中に添加されて
いるのに反し、FZ法で育成されたシリコン単結
晶中にはその製造法から酸素濃度は１×
1016atoms／c.c.以下であることのためと考えられ
ている。このためFZ法におけるシリコン単結晶
育成中に酸素を添加する試みが種々なされている
が、単結晶育成を阻害する等の問題から熱応力に
対する改善に必要な程充分な酸素をシリコン単結
晶中に添加することは困難である。 本発明者らはかかる熱応力による単結晶の劣化
に対する特にFZ法における改善について種々検
討の結果、窒素をシリコン結晶中に少量添加する
ことにより酸素添加と同等またはそれ以上の効果
が得られることを知見し本発明に到達したもので
ある。 すなわち、本発明はアルゴンガスに容量比が
0.05％から３％の範囲内の窒素ガスを混合したほ
ぼ常圧のふんい気ガス中で浮遊帯融法によりシリ
コン単結晶を育成し、該単結晶中に窒素原子を添
加し熱応力に強くすることを特徴とするシリコン
単結晶の製造方法を要旨とするものである。 本発明の方法においてアルゴンあるいはアルゴ
ン、水素の混合ガスに対する窒素ガスの添加量
は、容量比で0.05〜３％、好ましくは0.1〜1.5％
の範囲である。この範囲を越えると単結晶の育成
が困難となる。なお、窒素ガスの代りに、あるい
はこれとともにアンモニア、ヒドラジン、三フツ
化窒素のような窒素を含む化合物をガス代として
添加することもできる。 このようにして窒素ガスまたは窒素化合物を混
合したふんい気中でシリコン単結晶の育成を行う
ことにより、窒素原子が添加されたシリコン単結
晶が得られる。結晶中に窒素原子が添加されてい
ることは放射化分析によつて確認されている。 本発明による製造方法により育成されたシリコ
ン単結晶から切り出されたウエハは、CZ法で育
成されたシリコン単結晶から切り出されたウエハ
と同様な熱処理工程を持つ半導体素子工程中の熱
応力に充分強く何らそれ以上の熱応力に対する緩
和策は必要とせず、かつ半導体素子の電気的諸特
性にも何ら影響を与えないことが証明されてい
る。 本発明によるシリコン単結晶は、窒素を添加し
ない従来のFZ法で育成されたシリコン単結晶に
生ずる結晶欠陥、いわゆるエツチングデプレツシ
ヨン（文献 lnst.Phys.Conf.Ser.No.23
1974P.538）の発生を防止することができる。 ここで述べたエツチングデプレツシヨンとは、
アルゴン雰囲気のFZ法で育成された比較的大口
径の無転位シリコン単結晶棒の中心部に存在する
一種の結晶欠陥で、その成長軸に直角に切断され
たウエーハ面をエツチング（例えば弗硝酸）した
ときに、中央部が同心円状にかなり深く（肉眼で
識別可能）ほぼ一様にエツチングされることがあ
り、このエツチングされた凹みに因んで命名され
た結晶欠陥をいう。その成因は、液界面が結晶成
長の過程でその曲率が変化することにより、エツ
チングデプレツシヨンに該当する中央部に、スト
レスを解消すべく空孔が集合することによると推
定される。 本発明により窒素を添加したシリコン単結晶は
第１図ａに示すようにエツチングデプレツシヨン
が認められないが、従来の方法により育成された
ものは第１図ｂのようにエツチングデプレツシヨ
ンが顕著に認められる。 さらに、シリコン単結晶育成ふん気中に窒素ガ
スを混合することにより高周波加熱における放電
開始電圧をも高めることができ、より大直径の単
結晶育成が可能となつた。本発明は単に浮遊帯融
法（FZ法）にのみ限定されるものではなく他の
シリコン単結晶育成法にも適用されるものである
ことはもちろんである。 FZ法においては、高周波コイルがシリコン棒
を同心円的に近接囲繞し、かつコイル自身がその
近接給電端を有するので、特に大直径のFZ法を
実施する場合には、グローまたはアーク放電が発
生しやすい。例えば単にアルゴン雰囲気では、常
圧で約7kVでアーク放電を開始するが、これに窒
素を例えば２％入れると数kV放電開始電圧が上
昇する。もちろん高周波コイルの形状、周波数そ
の他の条件で放電開始電圧が変るが、放電が起こ
ると、コイルに高周波電流は当然流れなくなるの
で、浮遊帯域は固化し操業は続行できなくなる。
またこの放電により過電流が流れ装置を故障させ
る。 以下実施例をあげて説明する。 実施例 １〜３ 浮遊帯融法により、容量比で0.1％、１％、３
％の窒素を添加したアルゴンガスふんい気中で、
直径104mm、方位＜100＞のシリコン単結晶を育成
した。 この育成された単結晶から直径100mm、厚さ
600μm±10μmのシリコンウエハ（片面鏡面、片
面エツチング）を切り出し1075℃±１℃、10分間
熱処理し、炉への出し入れ速度は20cm／分でこれ
を５回くり返した。 つぎに、これをスリツプ欠陥検出液（CrO3：
HF（50％）：H2O＝１：２：１）で５分間エツチ
ングデし、スリツプの発生状況を調べた。 比較例 １〜３ 浮遊帯融法による、窒素無添加、窒素0.01％添
加のアルゴンガスふんい気中とチヨクラルスキ法
による窒素無添加のアルゴンガスふんい気中で前
記実施例と同じように直径104mm、方位＜100＞の
シリコン単結晶を育成し、これから直径100mm、
厚さ600μm±10μmのシリコンウエハを切り出し、
同一条件で熱処理し、スリツプ欠陥検出液でエツ
チングし、スリツプ発生状況を調べた。 前記各実施例、比較例のスリツプ発生状況は表
−１のとおりであつた。
【表】
上表から明らかなように本発明によれば耐スリ
ツプ性が改善されている。 参考例 シリコンウエハの熱処理回数とスリツプ発生状
況との関係を、窒素ガス無添加のアルゴンガスふ
んい気を用いるFZ法とCZ法および本発明のFZ法
（窒素ガス0.5％添加）について比較すると、第３
図のような概略曲線図と表−２のようになる。 第３図の縦軸（スリツプ相対強度）は、ウエー
ハ上に検出されたスリツプの面積を比較的に示し
たもので、数字が大きい程、ウエーハ上のスリツ
プの発生した面積が大きいことを意味する。具体
的には、約1/2に縮尺した写真の上に、透明な方
眼紙（最小単位１mm角）をあて、スリツプを含む
方眼紙の目を計数し、CZの熱処理４回のときの
面積を１として各データーのスリツプ発生度合を
比較表現したものである。
ツプ性が改善されている。 参考例 シリコンウエハの熱処理回数とスリツプ発生状
況との関係を、窒素ガス無添加のアルゴンガスふ
んい気を用いるFZ法とCZ法および本発明のFZ法
（窒素ガス0.5％添加）について比較すると、第３
図のような概略曲線図と表−２のようになる。 第３図の縦軸（スリツプ相対強度）は、ウエー
ハ上に検出されたスリツプの面積を比較的に示し
たもので、数字が大きい程、ウエーハ上のスリツ
プの発生した面積が大きいことを意味する。具体
的には、約1/2に縮尺した写真の上に、透明な方
眼紙（最小単位１mm角）をあて、スリツプを含む
方眼紙の目を計数し、CZの熱処理４回のときの
面積を１として各データーのスリツプ発生度合を
比較表現したものである。
第１図はシリコンウエハの断面写真でａは本発
明方法、ｂは従来法のものである。第２図ａ〜ｆ
はシリコンウエハのスリツプ発生状況を示す断面
図、第３図はシリコンウエハの熱処理回数とスリ
ツプ発生状況を示す概略曲線図、第４図はシリコ
ンウエハのスリツプ発生状況を示す断面写真であ
る。
明方法、ｂは従来法のものである。第２図ａ〜ｆ
はシリコンウエハのスリツプ発生状況を示す断面
図、第３図はシリコンウエハの熱処理回数とスリ
ツプ発生状況を示す概略曲線図、第４図はシリコ
ンウエハのスリツプ発生状況を示す断面写真であ
る。
Claims (1)
- １ アルゴンガスに容量比が0.05％から３％の範
囲内の窒素ガスを混合したほぼ常圧のふんい気ガ
ス中で浮遊帯融法によりシリコン単結晶を育成
し、該単結晶中に窒素原子を添加し熱応力に強く
することを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8887880A JPS5717497A (en) | 1980-06-30 | 1980-06-30 | Manufacture of silicon single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8887880A JPS5717497A (en) | 1980-06-30 | 1980-06-30 | Manufacture of silicon single crystal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5717497A JPS5717497A (en) | 1982-01-29 |
| JPH0341437B2 true JPH0341437B2 (ja) | 1991-06-24 |
Family
ID=13955252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8887880A Granted JPS5717497A (en) | 1980-06-30 | 1980-06-30 | Manufacture of silicon single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5717497A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4591409A (en) * | 1984-05-03 | 1986-05-27 | Texas Instruments Incorporated | Control of nitrogen and/or oxygen in silicon via nitride oxide pressure during crystal growth |
| JPS60251190A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-11 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶の製造方法 |
| JPH033244A (ja) * | 1989-05-30 | 1991-01-09 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体シリコン基板の熱処理方法 |
| JP2785585B2 (ja) * | 1992-04-21 | 1998-08-13 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP2742247B2 (ja) * | 1995-04-27 | 1998-04-22 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶基板の製造方法および品質管理方法 |
| DE19983188T1 (de) | 1998-05-01 | 2001-05-10 | Nippon Steel Corp | Siliziumhalbleitersubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2000082679A (ja) | 1998-07-08 | 2000-03-21 | Canon Inc | 半導体基板とその作製方法 |
| DE10014650A1 (de) | 2000-03-24 | 2001-10-04 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Halbleiterscheibe aus Silicium und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe |
| CN103436951A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-11 | 天津市环欧半导体材料技术有限公司 | 一种区熔硅单晶的拉制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE788026A (fr) * | 1971-08-26 | 1973-02-26 | Siemens Ag | Procede et dispositif d'introduction dirigee de matieres de dopage dansdes cristaux semiconducteurs lors d'une fusion par zones sans creuset |
-
1980
- 1980-06-30 JP JP8887880A patent/JPS5717497A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5717497A (en) | 1982-01-29 |
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