JPH0543376A - 単結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
単結晶シリコンの製造方法Info
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- JPH0543376A JPH0543376A JP10912791A JP10912791A JPH0543376A JP H0543376 A JPH0543376 A JP H0543376A JP 10912791 A JP10912791 A JP 10912791A JP 10912791 A JP10912791 A JP 10912791A JP H0543376 A JPH0543376 A JP H0543376A
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- JP
- Japan
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- single crystal
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- crystal silicon
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Abstract
(57)【要約】
単結晶あるいは多結晶シリコンインゴットを中空に吊り
下げ、該インゴットの下端部から加熱溶融させて該加熱
溶融部を上方へ移動させる際、該加熱溶融部に酸素ガス
あるいは酸素プラズマを吹き付ける単結晶シリコンの製
造方法。酸素析出量のインゴットの軸方向におけるばら
つきを減少させることができ、酸素の量、密度及び大き
さ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコンを得るこ
とができる。このため、インゴットのどの部分から切り
出した単結晶シリコン基板を用いても、この上に形成さ
れるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性のばらつきが少
なくなり、高品質の素子を歩留まりよく作製することが
可能となる。
下げ、該インゴットの下端部から加熱溶融させて該加熱
溶融部を上方へ移動させる際、該加熱溶融部に酸素ガス
あるいは酸素プラズマを吹き付ける単結晶シリコンの製
造方法。酸素析出量のインゴットの軸方向におけるばら
つきを減少させることができ、酸素の量、密度及び大き
さ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコンを得るこ
とができる。このため、インゴットのどの部分から切り
出した単結晶シリコン基板を用いても、この上に形成さ
れるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性のばらつきが少
なくなり、高品質の素子を歩留まりよく作製することが
可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶シリコンの製造方
法、より詳細にはＬＳＩ等の回路素子の基板として用い
られる単結晶シリコンの製造方法に関する。
法、より詳細にはＬＳＩ等の回路素子の基板として用い
られる単結晶シリコンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ＬＳＩ等の回路素子の基板として
用いられている単結晶シリコン基板の大部分は、石英る
つぼ内のシリコン溶融液からの回転引き上げ法、すなわ
ちチョクラルスキー法（ＣＺ法）により作製された単結
晶シリコンを用いている。ＣＺ法を用いた場合、石英る
つぼ自身がシリコン溶融液に溶解して酸素を溶出するた
め、引き上げられた結晶には約１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 の酸素不純物が含有されている。
用いられている単結晶シリコン基板の大部分は、石英る
つぼ内のシリコン溶融液からの回転引き上げ法、すなわ
ちチョクラルスキー法（ＣＺ法）により作製された単結
晶シリコンを用いている。ＣＺ法を用いた場合、石英る
つぼ自身がシリコン溶融液に溶解して酸素を溶出するた
め、引き上げられた結晶には約１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 の酸素不純物が含有されている。
【０００３】一方、シリコン中の酸素の固溶度は、例え
ばＬＳＩ製造時に行なわれる熱酸化の代表的温度である
１０００℃のとき、約３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 で
ある。従って、ＬＳＩ製造のための熱処理ではシリコン
基板に含有される酸素は常に過飽和状態となっているた
め、シリコン基板内に酸素が析出しやすい状態にある。
ばＬＳＩ製造時に行なわれる熱酸化の代表的温度である
１０００℃のとき、約３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 で
ある。従って、ＬＳＩ製造のための熱処理ではシリコン
基板に含有される酸素は常に過飽和状態となっているた
め、シリコン基板内に酸素が析出しやすい状態にある。
【０００４】シリコン単結晶中の酸素の働きは複雑であ
り、かつ多岐にわたっている。酸素が結晶格子間に存在
するときは転位を固着する効果があり、熱処理によるシ
リコン基板の反りを抑制する。一方、酸素が析出してSi
O2に変化すると、体積膨張によりシリコン原子が放出さ
れて積層欠陥を形成したり、さらに歪が大きい場合には
パンチアウト転位等の微小欠陥を形成する。
り、かつ多岐にわたっている。酸素が結晶格子間に存在
するときは転位を固着する効果があり、熱処理によるシ
リコン基板の反りを抑制する。一方、酸素が析出してSi
O2に変化すると、体積膨張によりシリコン原子が放出さ
れて積層欠陥を形成したり、さらに歪が大きい場合には
パンチアウト転位等の微小欠陥を形成する。
【０００５】シリコン基板においては、これら微小欠陥
が表面から十分にはなれた内部にのみに発生すれば、Ｌ
ＳＩを製造する工程でシリコン基板の表面に付着した重
金属等の汚染物質を吸着して素子の活性領域から除去す
る作用、いわゆるゲッタリング作用が働き、高品質のＬ
ＳＩを製造する上で有用となる。しかし、上記した微小
欠陥が素子の活性領域に存在すると、リーク電流を増大
させる原因となる等、ＬＳＩにとって有害となる。
が表面から十分にはなれた内部にのみに発生すれば、Ｌ
ＳＩを製造する工程でシリコン基板の表面に付着した重
金属等の汚染物質を吸着して素子の活性領域から除去す
る作用、いわゆるゲッタリング作用が働き、高品質のＬ
ＳＩを製造する上で有用となる。しかし、上記した微小
欠陥が素子の活性領域に存在すると、リーク電流を増大
させる原因となる等、ＬＳＩにとって有害となる。
【０００６】そこで、ＬＳＩ製造の前処理としてシリコ
ン基板の表面に無欠陥層（DenudedZone、以下「ＤＺ
層」と記す）を形成し、シリコン基板の内部に欠陥層
（Intrinsic Gettering 、以下「ＩＧ層」と記す）を形
成するために、単結晶シリコンのインゴットをスライス
して得たシリコン基板を窒素雰囲気中で、例えば１１０
０℃程度の高温で加熱し、表面近傍の酸素を外方へ拡散
させて酸素濃度を低下させ、次いで、例えば７００℃程
度の低温で熱処理を施してシリコン基板内に酸素の析出
核を形成する処理が行なわれている。
ン基板の表面に無欠陥層（DenudedZone、以下「ＤＺ
層」と記す）を形成し、シリコン基板の内部に欠陥層
（Intrinsic Gettering 、以下「ＩＧ層」と記す）を形
成するために、単結晶シリコンのインゴットをスライス
して得たシリコン基板を窒素雰囲気中で、例えば１１０
０℃程度の高温で加熱し、表面近傍の酸素を外方へ拡散
させて酸素濃度を低下させ、次いで、例えば７００℃程
度の低温で熱処理を施してシリコン基板内に酸素の析出
核を形成する処理が行なわれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＣＺ法で作
製した単結晶シリコンは、結晶引き上げ時においてそれ
ぞれの部分が異なる条件で冷却されているため、インゴ
ットの軸方向及びシリコン基板の面内方向に関し、場所
により酸素析出物の量、大きさ、密度及び構造等、酸素
の析出状態に差が生じている。従って、ＬＳＩ製造の前
処理である熱処理を施しても、シリコン基板によって、
あるいは一枚のシリコン基板でも場所によって、ＤＺ層
及びＩＧ層の形成のされ方が異なり、シリコン基板上に
形成された素子の特性にばらつきが生じるという課題が
あった。
製した単結晶シリコンは、結晶引き上げ時においてそれ
ぞれの部分が異なる条件で冷却されているため、インゴ
ットの軸方向及びシリコン基板の面内方向に関し、場所
により酸素析出物の量、大きさ、密度及び構造等、酸素
の析出状態に差が生じている。従って、ＬＳＩ製造の前
処理である熱処理を施しても、シリコン基板によって、
あるいは一枚のシリコン基板でも場所によって、ＤＺ層
及びＩＧ層の形成のされ方が異なり、シリコン基板上に
形成された素子の特性にばらつきが生じるという課題が
あった。
【０００８】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、シリコン基板間及びシリコン基板の面内
で、酸素の析出状態が均一となる単結晶シリコンの製造
方法を提供することを目的としている。
ものであって、シリコン基板間及びシリコン基板の面内
で、酸素の析出状態が均一となる単結晶シリコンの製造
方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る単結晶シリコンの製造方法は、単結晶あ
るいは多結晶シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該
インゴットの下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を
上方へ移動させる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは
酸素プラズマを吹き付けることを特徴としている。
に本発明に係る単結晶シリコンの製造方法は、単結晶あ
るいは多結晶シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該
インゴットの下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を
上方へ移動させる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは
酸素プラズマを吹き付けることを特徴としている。
【００１０】
【作用】上記した方法によれば、単結晶あるいは多結晶
シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該インゴットの
下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を上方へ移動さ
せる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは酸素プラズマ
を吹き付けるので、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきが減少し、酸素の量、密度及び大きさ
等、酸素の析出状態が均一となった単結晶シリコンイン
ゴットが得られる。
シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該インゴットの
下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を上方へ移動さ
せる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは酸素プラズマ
を吹き付けるので、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきが減少し、酸素の量、密度及び大きさ
等、酸素の析出状態が均一となった単結晶シリコンイン
ゴットが得られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明に係る単結晶シリコンの製造方
法の実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２中
１１は材料となる高純度の多結晶シリコンインゴットを
模式的に示している。この多結晶シリコンインゴット１
１の周囲には多結晶シリコンインゴット１１を加熱する
ための高周波コイル１２が設置されている。なお、多結
晶シリコンインゴット１１の加熱方法としては、上記し
た高周波コイル１２のほかに、赤外線ランプ、カーボン
ヒータを用いる方法、レーザ、電子線等のビームを用い
る方法等がある。
法の実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２中
１１は材料となる高純度の多結晶シリコンインゴットを
模式的に示している。この多結晶シリコンインゴット１
１の周囲には多結晶シリコンインゴット１１を加熱する
ための高周波コイル１２が設置されている。なお、多結
晶シリコンインゴット１１の加熱方法としては、上記し
た高周波コイル１２のほかに、赤外線ランプ、カーボン
ヒータを用いる方法、レーザ、電子線等のビームを用い
る方法等がある。
【００１２】以下単結晶シリコンの製造方法を説明す
る。まず、高純度の多結晶シリコンインゴット１１を結
晶支持治具１３に取り付ける。次に多結晶シリコンイン
ゴット１１周辺を真空排気した後、アルゴンガスを導入
して５Ｔｏｒｒとする。この後、高周波発振器（図示せ
ず）から高周波コイル１２に高周波電力を供給すること
により、多結晶シリコンインゴット１１の下端を加熱し
て溶帯を形成し、種結晶１４に溶着する。その後いわゆ
るしぼり（直径約３ｍｍ、長さ約３０ｍｍ）を行ない転
位を表面に抜き、晶癖線により無転位になったことを確
認する。
る。まず、高純度の多結晶シリコンインゴット１１を結
晶支持治具１３に取り付ける。次に多結晶シリコンイン
ゴット１１周辺を真空排気した後、アルゴンガスを導入
して５Ｔｏｒｒとする。この後、高周波発振器（図示せ
ず）から高周波コイル１２に高周波電力を供給すること
により、多結晶シリコンインゴット１１の下端を加熱し
て溶帯を形成し、種結晶１４に溶着する。その後いわゆ
るしぼり（直径約３ｍｍ、長さ約３０ｍｍ）を行ない転
位を表面に抜き、晶癖線により無転位になったことを確
認する。
【００１３】そして図１に示したように、ガス噴出用の
ノズル１５より１０リットル／分で、９９．９９９９％
の酸素ガスを多結晶シリコンインゴット１１の溶融部１
１ｂに吹き付け、ガス圧を約１５Ｔｏｒｒに維持する。
そして多結晶シリコンインゴット１１の下方への移動速
度及び高周波電力を調節しながら再結晶化させ、直径が
５インチ、インゴット長１１００ｍｍの単結晶シリコン
インゴット１１ａを形成する。なお、酸素ガスを吹き付
けるガス噴出用のノズルとして、図２及び図３に示した
ような、円環状の管によって形成されたノズル本体１６
の内側に、複数個の孔１６ａが形成されたものを用いる
ことにより、酸素ガスがより一層均一に溶融部１１ｂに
吹き付けられる。また、あらかじめ９９．９９９９％の
酸素ガスを炉内に導入してガス圧を約１５Ｔｏｒｒと
し、酸素プラズマを溶融部付近で発生させても良い。
ノズル１５より１０リットル／分で、９９．９９９９％
の酸素ガスを多結晶シリコンインゴット１１の溶融部１
１ｂに吹き付け、ガス圧を約１５Ｔｏｒｒに維持する。
そして多結晶シリコンインゴット１１の下方への移動速
度及び高周波電力を調節しながら再結晶化させ、直径が
５インチ、インゴット長１１００ｍｍの単結晶シリコン
インゴット１１ａを形成する。なお、酸素ガスを吹き付
けるガス噴出用のノズルとして、図２及び図３に示した
ような、円環状の管によって形成されたノズル本体１６
の内側に、複数個の孔１６ａが形成されたものを用いる
ことにより、酸素ガスがより一層均一に溶融部１１ｂに
吹き付けられる。また、あらかじめ９９．９９９９％の
酸素ガスを炉内に導入してガス圧を約１５Ｔｏｒｒと
し、酸素プラズマを溶融部付近で発生させても良い。
【００１４】このようにして得られた単結晶シリコンイ
ンゴット１１ａの軸方向における格子間酸素濃度の分布
を測定するために、単結晶シリコンインゴット１１ａを
所望の厚さにスライスして単結晶シリコン基板を作製し
た。この単結晶シリコン基板におけるインゴットの軸方
向について格子間酸素濃度の分布を図４中〇によって示
した。また図４には、上記した単結晶シリコン基板にさ
らに酸素ガス雰囲気中、８００℃で５時間、１０００℃
で１５時間の熱処理を施し、この熱処理後における格子
間酸素濃度のインゴット軸方向について分布をあわせて
●で示した。なお、格子間酸素濃度の測定はフーリエ変
換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）を用いて行なった。
ンゴット１１ａの軸方向における格子間酸素濃度の分布
を測定するために、単結晶シリコンインゴット１１ａを
所望の厚さにスライスして単結晶シリコン基板を作製し
た。この単結晶シリコン基板におけるインゴットの軸方
向について格子間酸素濃度の分布を図４中〇によって示
した。また図４には、上記した単結晶シリコン基板にさ
らに酸素ガス雰囲気中、８００℃で５時間、１０００℃
で１５時間の熱処理を施し、この熱処理後における格子
間酸素濃度のインゴット軸方向について分布をあわせて
●で示した。なお、格子間酸素濃度の測定はフーリエ変
換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）を用いて行なった。
【００１５】図４より明らかなように、酸素析出量（単
結晶シリコンインゴットの格子間酸素濃度−熱処理後の
単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度）のインゴットの
軸方向におけるばらつきは±２５％以内となっており、
酸素の量、密度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一で
ある単結晶シリコンが得られていることが分かった。
結晶シリコンインゴットの格子間酸素濃度−熱処理後の
単結晶シリコン基板の格子間酸素濃度）のインゴットの
軸方向におけるばらつきは±２５％以内となっており、
酸素の量、密度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一で
ある単結晶シリコンが得られていることが分かった。
【００１６】また比較例として、ＣＺ法によって成長さ
せた単結晶シリコンインゴットを用いて単結晶シリコン
基板を作製し、この単結晶シリコン基板における格子間
酸素濃度のインゴットの軸方向について分布を図５に示
した。図５中〇はＣＺ法による単結晶シリコンインゴッ
トの格子間酸素濃度の分布を示しており、●は上記した
実施例の場合と同様の条件で熱処理を行なった後の単結
晶シリコン基板について、インゴットの軸方向に関する
格子間酸素濃度の分布を示している。
せた単結晶シリコンインゴットを用いて単結晶シリコン
基板を作製し、この単結晶シリコン基板における格子間
酸素濃度のインゴットの軸方向について分布を図５に示
した。図５中〇はＣＺ法による単結晶シリコンインゴッ
トの格子間酸素濃度の分布を示しており、●は上記した
実施例の場合と同様の条件で熱処理を行なった後の単結
晶シリコン基板について、インゴットの軸方向に関する
格子間酸素濃度の分布を示している。
【００１７】図５から明らかなように、ＣＺ法によって
成長させた単結晶シリコンインゴットを用いて作製した
単結晶シリコン基板と、熱処理後の単結晶シリコン基板
との間における酸素析出量のばらつきは、インゴットの
軸方向について±５５％と大きかった。
成長させた単結晶シリコンインゴットを用いて作製した
単結晶シリコン基板と、熱処理後の単結晶シリコン基板
との間における酸素析出量のばらつきは、インゴットの
軸方向について±５５％と大きかった。
【００１８】このように、酸素原子を添加しながら単結
晶シリコンインゴットを加熱溶融させ、この後再結晶化
させることにより、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきを減少させることができ、酸素の量、密
度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコ
ンインゴット１１ａが得られる。従って、単結晶シリコ
ンインゴット１１ａのどの部分から切り出した単結晶シ
リコン基板を用いても、この上に形成されるＬＳＩ等の
回路素子間に生じる特性のばらつきが少なくなり、高品
質の素子を歩留まりよく作製することが可能となる。
晶シリコンインゴットを加熱溶融させ、この後再結晶化
させることにより、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきを減少させることができ、酸素の量、密
度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコ
ンインゴット１１ａが得られる。従って、単結晶シリコ
ンインゴット１１ａのどの部分から切り出した単結晶シ
リコン基板を用いても、この上に形成されるＬＳＩ等の
回路素子間に生じる特性のばらつきが少なくなり、高品
質の素子を歩留まりよく作製することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶
シリコンの製造方法にあっては、単結晶あるいは多結晶
シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該インゴットの
下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を上方へ移動さ
せる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは酸素プラズマ
を吹き付けるので、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきを減少させることができ、酸素の量、密
度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコ
ンを得ることができる。このため、単結晶シリコンのど
の部分から切り出した単結晶シリコン基板を用いても、
この上に形成されるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性
のばらつきが少なくなり、高品質の素子を歩留まりよく
作製することが可能となる。
シリコンの製造方法にあっては、単結晶あるいは多結晶
シリコンインゴットを中空に吊り下げ、該インゴットの
下端部から加熱溶融させて該加熱溶融部を上方へ移動さ
せる際、該加熱溶融部に酸素ガスあるいは酸素プラズマ
を吹き付けるので、酸素析出量のインゴットの軸方向に
おけるばらつきを減少させることができ、酸素の量、密
度及び大きさ等、酸素の析出状態が均一な単結晶シリコ
ンを得ることができる。このため、単結晶シリコンのど
の部分から切り出した単結晶シリコン基板を用いても、
この上に形成されるＬＳＩ等の回路素子間に生じる特性
のばらつきが少なくなり、高品質の素子を歩留まりよく
作製することが可能となる。
【図１】本発明に係る単結晶シリコン基板の製造工程を
示す模式的部分断面図である。
示す模式的部分断面図である。
【図２】本発明に係る単結晶シリコン基板の製造工程を
示す模式的部分断面図である。
示す模式的部分断面図である。
【図３】ノズルの別の実施例を示した平面図である。
【図４】単結晶シリコンインゴット及び熱処理後の単結
晶シリコン基板の軸方向について格子間酸素濃度の分布
を示すグラフである。
晶シリコン基板の軸方向について格子間酸素濃度の分布
を示すグラフである。
【図５】比較例に係る単結晶シリコンインゴット及び熱
処理後の単結晶シリコン基板の軸方向について格子間酸
素濃度の分布を示すグラフである。
処理後の単結晶シリコン基板の軸方向について格子間酸
素濃度の分布を示すグラフである。
１１ 他結晶シリコンインゴット １１ａ 単結晶シリコンインゴット １１ｂ 溶融部
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶あるいは多結晶シリコンインゴッ
トを中空に吊り下げ、該インゴットの下端部から加熱溶
融させて該加熱溶融部を上方へ移動させる際、該加熱溶
融部に酸素ガスあるいは酸素プラズマを吹き付けること
を特徴とする単結晶シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10912791A JPH0543376A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10912791A JPH0543376A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543376A true JPH0543376A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=14502259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10912791A Pending JPH0543376A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 単結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0543376A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005100644A1 (en) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Faculdade De Ciências Da Universidade De Lisboa | Method for the growth of semiconductor ribbons |
| JP2025013912A (ja) * | 2019-09-13 | 2025-01-28 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | 連続チョクラルスキー法を用いる窒素ドープ単結晶シリコンインゴットの成長方法およびこの方法により成長させた単結晶シリコンインゴット |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP10912791A patent/JPH0543376A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005100644A1 (en) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Faculdade De Ciências Da Universidade De Lisboa | Method for the growth of semiconductor ribbons |
| US7799131B2 (en) | 2004-04-15 | 2010-09-21 | Faculdade De Ciencias Da Universidade De Lisboa | Method for the growth of semiconductor ribbons |
| JP2025013912A (ja) * | 2019-09-13 | 2025-01-28 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | 連続チョクラルスキー法を用いる窒素ドープ単結晶シリコンインゴットの成長方法およびこの方法により成長させた単結晶シリコンインゴット |
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