JPH07126094A - シリコン単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単結晶シリコン製造時における高速の引上げ
速度を維持しつつ、同時にゲート酸化膜の耐圧強度を確
保できるシリコン単結晶製造装置を提供する。 【構成】 石英るつぼ５の中のシリコン融液４に種結晶
１４を浸し、これを引き上げてシリコン単結晶１を成長
させる、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造
装置であって、キャリアガスとして水素ガス１０を使用
するものである。この装置によれば、シリコン単結晶１
の製造が水素ガス雰囲気中で行われるので、製造と同時
にゲート酸化膜の耐圧強度を確保するためのアニール処
理をすることができる。したがって、引上げ後において
の新たなプロセスを追加することなく、形成されたデバ
イスのゲート酸化膜の耐圧強度を確保することができ、
また、引上げ速度を低下させることがないので、生産効
率も悪化しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン多結晶を融解
して種結晶を浸し、これを引き上げてシリコン単結晶を
成長させるＣＺ法（チョクラルスキー法）によるシリコ
ン単結晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶の製造装置には、ＦＺ法
（フローティングゾーン法）やＣＺ法（チョクラルスキ
ー法）が用いられたものなどがあるが、半導体集積回路
装置に使用される電気比抵抗の低いシリコンウエハを製
造する場合には、ＣＺ法が用いられた装置が使用されて
いる。ここでＣＺ法とは、石英るつぼの中でシリコン多
結晶を融解して種結晶を浸し、この種結晶とるつぼとを
回転させながら引き上げて、シリコン単結晶を成長させ
る方法である。

【０００３】そして、単結晶シリコンの引き上げは、シ
リコン融液の表面から蒸発するＳｉＯを除去するため
に、アルゴンをキャリアガスとして減圧アルゴン雰囲気
中（１０００〜２０００Ｐａ）で行われている。また、
生産効率を上げるために、平均1.０mm／min という比較
的高速の引上げ速度で行われている。

【０００４】このようなもとに製造される単結晶シリコ
ンであるが、今日、デバイスの高集積化に伴ってゲート
酸化膜の薄膜化が進み、その結果、このゲート酸化膜に
かかる電界が相対的に増大することから、酸化膜耐圧強
度の向上が重要な課題になっている。酸化膜の耐圧特性
劣化の原因は、異物、表面の微視的な平滑度、アルカリ
イオンや重金属による汚染などのように主としてウエハ
の加工プロセスに起因するものと、シリコン単結晶の結
晶構造、すなわちバルク特性に起因するものとに分けら
れる。

【０００５】この中でバルク特性については、単結晶シ
リコン引上げ時における引上げ速度が密接に関連してお
り、引上げ速度が遅いほどゲート酸化膜の耐圧強度が向
上することが知られている。具体的には、バルク積層欠
陥との関係から、約0.４mm／min 以下の引上げ速度で引
き上げた場合に結晶について著しい改善がみられ、酸化
膜耐圧強度が向上する。

【０００６】しかし、前記したように、現状の量産プロ
セスにおいては、引上げ速度の低下は生産効率の悪化に
直結するものであるために、引上げ速度は約1.０mm／mi
n とし、引上げ後のシリコンインゴットあるいはスライ
スされた半導体ウエハを約１３００℃以上の高温で熱処
理する溶体化処理、あるいは水素ガス雰囲気中でのウエ
ハ熱処理などの事後的処理によってゲート酸化膜の耐圧
強度の改善が図られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなデ
バイスのゲート酸化膜の耐圧強度改善策は、いずれも一
連のウエハ製造プロセスに新たな工程を追加することを
意味し、製造コストがアップすることになる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、単結晶シリコン
製造時における高速の引上げ速度を維持しつつ、引上げ
後に事後的処理を施すことなくゲート酸化膜の耐圧強度
を確保できるシリコン単結晶の製造に関する技術を提供
することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。

【００１１】すなわち、本発明のシリコン単結晶製造装
置はＣＺ法によるシリコン単結晶製造装置、つまり、石
英るつぼの中のシリコン融液に種結晶を浸し、種結晶と
石英るつぼとを回転させながら種結晶を引き上げてシリ
コン単結晶を成長させるシリコン単結晶製造装置であっ
て、このシリコン単結晶の成長段階において用いられる
キャリアガスとして水素ガスが使用されているものであ
る。

【００１２】

【作用】上記のようなシリコン単結晶製造装置によれ
ば、シリコン単結晶の製造が水素ガス雰囲気中で行われ
るので、シリコン単結晶の成長段階において、同時にゲ
ート酸化膜の耐圧強度を確保するためのアニール処理が
なされることになる。したがって、引上げ後においての
新たなプロセスを追加することなく、形成されたデバイ
スのゲート酸化膜の耐圧強度を確保することが可能にな
る。

【００１３】また、単結晶シリコンの製造時における引
上げ速度を低下させることなく上記アニール処理が可能
なので、生産効率を悪化させることもない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいてさ
らに詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施例であるシリコン単
結晶製造装置を示す断面図である。

【００１６】本シリコン単結晶製造装置はＣＺ法により
シリコン単結晶１を製造するもので、下方に位置する引
上げ炉２内の中央部には、高温での変形を支える黒鉛る
つぼ３に包囲され、内部に多結晶のシリコン融液４が収
容された石英るつぼ５が位置している。黒鉛るつぼ３の
底面には回転機構に加えて上昇機構をも有するロッド６
が接続され、シリコン単結晶１の成長段階においてシリ
コン融液４の液面を一定位置に保ち液面付近の温度分布
を変化させないようになっている。

【００１７】黒鉛るつぼ３の外周には、シリコン融液４
を加熱して一定温度に保つための黒鉛ヒータ７、およ
び、この黒鉛ヒータ７の熱が外部へ発散することを防止
するための遮蔽板８が配置されている。

【００１８】引上げ炉２の上部には、シリコン融液４の
表面から蒸発するＳｉＯを排気口９から有効に排出する
ためのキャリアガスとして、水素ガス１０を供給するガ
ス供給口１１が開設され、また、シリコン単結晶１が液
面をつり上げてつくるメニスカス部からの光の位置移動
を直径の増減として光学的に検出し、成長するシリコン
単結晶１の直径を一定に制御する光センサ１２が設けら
れている。

【００１９】引上げ炉２の上方には、この引上げ炉２に
開口して結晶取出し部１３が、さらにその上方には、種
結晶１４を回転させながら引き上げるワイヤ巻取り装置
１５が設けられている。

【００２０】結晶取出し部１３には、引き上げられたシ
リコン単結晶１を側方から取り出すための開閉扉１６が
設けられ、また、前記引上げ炉２と同様に、シリコン単
結晶１からのＳｉＯを有効に排気口１７から排出するた
めの水素ガス１０を供給するガス供給口１８が開設され
ている。したがって、本実施例においては、シリコン単
結晶１の製造は水素ガス雰囲気中において行われるよう
になっている。

【００２１】ワイヤ巻取り装置１５は、ワイヤ１９によ
ってシリコン融液４に対して垂直に設けられた種結晶ホ
ルダ２０に保持された種結晶１４を多結晶のシリコン融
液４の中に浸し、これを回転させながら、たとえば約1.
０mm／min の速度で引き上げるもので、これによって種
結晶１４に続いてシリコン単結晶１が成長するものであ
る。

【００２２】このように、本実施例のシリコン単結晶製
造装置においては、前記のように、ＳｉＯを排出するた
めのキャリアガスとして水素ガス１０が用いられ、シリ
コン単結晶１の製造が水素ガス雰囲気中で行われるの
で、シリコン単結晶１の成長段階において、同時にゲー
ト酸化膜の耐圧強度を確保するためのアニール処理がな
されることになる。

【００２３】したがって、引上げ後において、シリコン
インゴットあるいはスライスされた半導体ウエハを溶体
化処理をしたり、あるいは水素ガス雰囲気中で熱処理を
するといった新たなプロセスを追加することなく、形成
されたデバイスのゲート酸化膜の耐圧強度を確保するこ
とが可能になる。

【００２４】これについて詳述すると、本実施例のシリ
コン単結晶製造装置で製造されたシリコン単結晶１によ
る半導体チップに形成されたデバイスの酸化膜耐圧良品
取得率、すなわち、半導体チップベースでの耐圧破壊強
度が８MV／cm以上の発生率が８０％以上である半導体ウ
エハが取得される割合は、本発明者等の実験によれば５
０〜７０％であった。一方、従来のシリコン単結晶製造
装置で製造されたシリコン単結晶（溶体化処理などの事
後的処理を施す前の状態のもの）における酸化膜耐圧良
品取得率は１０〜２０％である。

【００２５】したがって、形成されたデバイスにおける
ゲート酸化膜の耐圧強度の確保について顕著な効果があ
ることが確認される。

【００２６】さらに、本実施例のシリコン単結晶製造装
置によれば、単結晶シリコン１の製造時における引上げ
速度を低下させることなく、たとえば約1.０mm／min と
いう高速で引き上げつつ上記アニール処理が可能なの
で、生産効率を悪化させることもない。

【００２７】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００２８】たとえば、本実施例のシリコン単結晶製造
装置においては、効率よくアニール処理をするために、
水素ガス１０を供給するガス供給口１１，１８を引上げ
炉２の上部と結晶取出し部１３の計２カ所に設けている
が、たとえば一方のみに設けることや、３カ所以上に設
けることも可能である。したがって、シリコン単結晶１
の製造が水素ガス雰囲気中において行われるようにされ
ている限り、水素ガス１０は種々の方法で供給すること
ができる。

【００２９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下
記の通りである。

【００３０】(1).すなわち、本発明のシリコン単結晶製
造装置によれば、シリコン単結晶の製造が水素ガス雰囲
気中で行われるので、シリコン単結晶の成長段階におい
て、これと並行してゲート酸化膜の耐圧強度を確保する
ためのアニール処理がなされることになる。

【００３１】(2).したがって、引上げ後においての新た
なプロセスを追加することなく、形成されたデバイスの
ゲート酸化膜の耐圧強度を確保することが可能になるの
で、製造コストがアップすることなく、より量産プロセ
スに適した製造装置とすることができる。

【００３２】(3).また、上記のアニール処理は、単結晶
シリコンの製造時における引上げ速度を高速に維持した
ままで行えるので、引上げ速度の低下による生産効率の
悪化を来すこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるシリコン単結晶製造装
置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン単結晶 ２ 引上げ炉 ３ 黒鉛るつぼ ４ シリコン融液 ５ 石英るつぼ ６ ロッド ７ 黒鉛ヒータ ８ 遮蔽板 ９ 排気口 １０ 水素ガス １１ ガス供給口 １２ 光センサ １３ 結晶取出し部 １４ 種結晶 １５ ワイヤ巻取り装置 １６ 開閉扉 １７ 排気口 １８ ガス供給口 １９ ワイヤ ２０ 種結晶ホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 正人 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 安吉 啓一 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英るつぼの中のシリコン融液に種結晶
   を浸し、前記種結晶と前記石英るつぼとを回転させなが
   ら前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させる
   チョクラルスキー法によるシリコン単結晶製造装置であ
   って、前記シリコン単結晶の成長段階において用いられ
   るキャリアガスとして水素ガスが使用されることを特徴
   とするシリコン単結晶製造装置。
2. 【請求項２】 前記水素ガスを供給するガス供給口は、
   引上げ炉と結晶取出し部とに設けられていることを特徴
   とする請求項１記載のシリコン単結晶製造装置。