JPH08259371A - Srの均一化に優れる単結晶成長方法 - Google Patents
Srの均一化に優れる単結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH08259371A JPH08259371A JP6724495A JP6724495A JPH08259371A JP H08259371 A JPH08259371 A JP H08259371A JP 6724495 A JP6724495 A JP 6724495A JP 6724495 A JP6724495 A JP 6724495A JP H08259371 A JPH08259371 A JP H08259371A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- crucible
- single crystal
- melt
- shielding plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】引上げ結晶中に取り込まれる不純物濃度が一定
で、微小な抵抗率分布(SR)を均一化させる方法の提
供。 【構成】坩堝1内の原料の上部を加熱溶融して溶融液層
5とし、下部は原料固体層6とし、種結晶3を溶融液層
の表面に接触させて引き上げることにより結晶を成長さ
せる単結晶成長方法において、引上げ軸8を中心として
前記溶融液層5の表面を含む上方および下方にわたって
単結晶を引上げる内側領域とその外側領域とを円筒状遮
蔽板9によって区分し、前記坩堝を1rpm以下(但し 0rp
m は除く) の回転速度で回転させつつ引上げを行うこと
を特徴とするSRの均一化に優れる単結晶成長方法。内
径dが 0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸
に配設するのが望ましい。ただし、Dは坩堝内径であ
る。 【効果】溶融液層に発生する対流の影響を抑制できて、
結晶凝固界面の温度変動を減少させ、結晶内の微視的な
特性であるSRの均一化を図ることがでる。
で、微小な抵抗率分布(SR)を均一化させる方法の提
供。 【構成】坩堝1内の原料の上部を加熱溶融して溶融液層
5とし、下部は原料固体層6とし、種結晶3を溶融液層
の表面に接触させて引き上げることにより結晶を成長さ
せる単結晶成長方法において、引上げ軸8を中心として
前記溶融液層5の表面を含む上方および下方にわたって
単結晶を引上げる内側領域とその外側領域とを円筒状遮
蔽板9によって区分し、前記坩堝を1rpm以下(但し 0rp
m は除く) の回転速度で回転させつつ引上げを行うこと
を特徴とするSRの均一化に優れる単結晶成長方法。内
径dが 0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸
に配設するのが望ましい。ただし、Dは坩堝内径であ
る。 【効果】溶融液層に発生する対流の影響を抑制できて、
結晶凝固界面の温度変動を減少させ、結晶内の微視的な
特性であるSRの均一化を図ることがでる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、単結晶成長方法に関
し、より詳しくは、結晶中の軸方向および径方向の不純
物濃度が均一で、したがってSRが均一な半導体材料、
例えばシリコン単結晶の結晶を成長させる方法に関す
る。
し、より詳しくは、結晶中の軸方向および径方向の不純
物濃度が均一で、したがってSRが均一な半導体材料、
例えばシリコン単結晶の結晶を成長させる方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】単結晶成長方法には種々の方法がある
が、量産が可能な方式で広く応用されているものとして
チョクラルスキー法(以下、CZ法という)がある。
が、量産が可能な方式で広く応用されているものとして
チョクラルスキー法(以下、CZ法という)がある。
【0003】図8は、CZ法の実施状態を説明する縦断
面図である。図に示すように、坩堝1の外側には加熱用
ヒーター2が配設されており、坩堝1内にはこのヒータ
ーによって溶融された結晶形成用材料、つまり原料の溶
融液5が収容されている。その溶融液5の表面に引上げ
棒又はワイヤの先に取り付けた種結晶3の下端を接触さ
せ、この種結晶3を上方へ引き上げることによって、そ
の下端に溶融液5が凝固した単結晶4を成長させてい
く。通常、種結晶3を10〜20rpm 程度の速度で回転させ
ると同時に、坩堝1も 3〜15rpm 程度の速度で種結晶と
反対の方向に回転させる。
面図である。図に示すように、坩堝1の外側には加熱用
ヒーター2が配設されており、坩堝1内にはこのヒータ
ーによって溶融された結晶形成用材料、つまり原料の溶
融液5が収容されている。その溶融液5の表面に引上げ
棒又はワイヤの先に取り付けた種結晶3の下端を接触さ
せ、この種結晶3を上方へ引き上げることによって、そ
の下端に溶融液5が凝固した単結晶4を成長させてい
く。通常、種結晶3を10〜20rpm 程度の速度で回転させ
ると同時に、坩堝1も 3〜15rpm 程度の速度で種結晶と
反対の方向に回転させる。
【0004】CZ法で単結晶を成長させる場合、単結晶
を所期の電気抵抗率をもつ電気伝導型とするため、引き
上げ前に溶融液中に不純物元素(ドーパント)を添加す
ることが多い。このとき、添加した不純物が単結晶の成
長方向に沿って偏析する現象が発生し、結晶成長方向に
均一な電気的特性を有する単結晶が得られないという問
題がある。
を所期の電気抵抗率をもつ電気伝導型とするため、引き
上げ前に溶融液中に不純物元素(ドーパント)を添加す
ることが多い。このとき、添加した不純物が単結晶の成
長方向に沿って偏析する現象が発生し、結晶成長方向に
均一な電気的特性を有する単結晶が得られないという問
題がある。
【0005】不純物の偏析が生じるのは、結晶成長の際
の溶融液と結晶との界面における結晶中不純物濃度Cs
と溶融液中不純物濃度CL の比 (Cs / CL ) 、すなわ
ち実効偏析係数Keが1でないため、結晶の成長に伴
い、溶融液中ひいては結晶中の不純物濃度が変化するか
らである。例えば、Ke<1の場合には、結晶の成長に
伴い溶融液中の不純物濃度が漸次高くなる。したがっ
て、結晶成長の後半 (長さ方向で下方) では不純物濃度
が高くなってしまう。具体的な不純物として実効偏析係
数Keが0.35と小さい燐 (P) を添加したN型結晶で
は、Keが1に近い他の不純物元素を使用する場合に比
べ、成長進行中における溶融液中のP濃度の上昇度が大
きく、単結晶の成長方向におけるP濃度のバラツキが大
きくなる。
の溶融液と結晶との界面における結晶中不純物濃度Cs
と溶融液中不純物濃度CL の比 (Cs / CL ) 、すなわ
ち実効偏析係数Keが1でないため、結晶の成長に伴
い、溶融液中ひいては結晶中の不純物濃度が変化するか
らである。例えば、Ke<1の場合には、結晶の成長に
伴い溶融液中の不純物濃度が漸次高くなる。したがっ
て、結晶成長の後半 (長さ方向で下方) では不純物濃度
が高くなってしまう。具体的な不純物として実効偏析係
数Keが0.35と小さい燐 (P) を添加したN型結晶で
は、Keが1に近い他の不純物元素を使用する場合に比
べ、成長進行中における溶融液中のP濃度の上昇度が大
きく、単結晶の成長方向におけるP濃度のバラツキが大
きくなる。
【0006】上記の不純物の偏析を防止する単結晶成長
方法として溶融層法(Double LayerCZ、以下、DLC
Z法という)がある。
方法として溶融層法(Double LayerCZ、以下、DLC
Z法という)がある。
【0007】図7は、DLCZ法の実施状態を説明する
縦断面図であり、前述の図8に示したものと同様に構成
された坩堝1内の原料の上部を加熱用ヒーター2で溶融
させ、上層に溶融液層5を、また下層に固体層6を形成
させてのち、種結晶3を溶融液層5に接触させて凝固し
た単結晶4を引き上げて行く。
縦断面図であり、前述の図8に示したものと同様に構成
された坩堝1内の原料の上部を加熱用ヒーター2で溶融
させ、上層に溶融液層5を、また下層に固体層6を形成
させてのち、種結晶3を溶融液層5に接触させて凝固し
た単結晶4を引き上げて行く。
【0008】DLCZ法によって不純物の偏析を抑制す
る方法としては次の2方法がある。
る方法としては次の2方法がある。
【0009】一つの方法は、不純物の添加を初期の溶融
液層に対してのみ行い、引き上げ中は固体層6の溶融量
を調整して、溶融液層5の体積を変化させ、これによっ
て溶融液中の不純物濃度を一定に保つ溶融層厚変化法
(特開昭61-205691 号) である。
液層に対してのみ行い、引き上げ中は固体層6の溶融量
を調整して、溶融液層5の体積を変化させ、これによっ
て溶融液中の不純物濃度を一定に保つ溶融層厚変化法
(特開昭61-205691 号) である。
【0010】他の方法は、引き上げ中に固体層6を連続
的に溶融させ溶融液層5の体積を一定とし、更に、不純
物も連続的に添加して溶融液中の不純物濃度を一定に保
つ溶融液層一定法(特公昭34-8242 号, 特公昭62-880
号) である。いずれの方法であっても、実効偏析係数K
eの値にかかわらず、単結晶の成長に伴って発生する溶
融液中の不純物濃度の変化を抑え、結晶中の不純物偏析
を抑制できる。
的に溶融させ溶融液層5の体積を一定とし、更に、不純
物も連続的に添加して溶融液中の不純物濃度を一定に保
つ溶融液層一定法(特公昭34-8242 号, 特公昭62-880
号) である。いずれの方法であっても、実効偏析係数K
eの値にかかわらず、単結晶の成長に伴って発生する溶
融液中の不純物濃度の変化を抑え、結晶中の不純物偏析
を抑制できる。
【0011】近年、半導体産業のデバイス工程でのウエ
ハの高集積化、高密度化に伴い、要求される品質規格が
厳しくなり、品質仕様の一つとして微小な抵抗率分布
(Spread Registance 、以下SRと記す)の均一化が要
望されている。
ハの高集積化、高密度化に伴い、要求される品質規格が
厳しくなり、品質仕様の一つとして微小な抵抗率分布
(Spread Registance 、以下SRと記す)の均一化が要
望されている。
【0012】SRとは、溶融液から凝固成長させた結晶
の中の特定位置の電気抵抗値であり、この値は結晶の位
置にかかわらず一定であることが望ましい。このSRの
変動は、結晶の位置によって不純物濃度が異なること、
すなわち、不純物の微視的な偏析によって起きる。した
がって、SRの均一化には結晶成長の過程での不純物の
偏析を防止すればよいことになる。前記のDLCZ法で
は、溶融液層中の不純物濃度を一定に維持することが可
能で、成長させた結晶中の不純物偏析を防止できるが、
それだけではSRの均一化には未だ不十分である。
の中の特定位置の電気抵抗値であり、この値は結晶の位
置にかかわらず一定であることが望ましい。このSRの
変動は、結晶の位置によって不純物濃度が異なること、
すなわち、不純物の微視的な偏析によって起きる。した
がって、SRの均一化には結晶成長の過程での不純物の
偏析を防止すればよいことになる。前記のDLCZ法で
は、溶融液層中の不純物濃度を一定に維持することが可
能で、成長させた結晶中の不純物偏析を防止できるが、
それだけではSRの均一化には未だ不十分である。
【0013】本出願人は、SRの均一化の対策として、
DLCZ法において坩堝の回転数を調整して結晶凝固界
面の温度変動を小さくし、結晶中の軸方向および径方向
の不純物濃度を均一にする結晶成長方法を提案した(特
開平6−263583号公報参照)。この提案の方法によれ
ば、所期の目標である結晶凝固界面の温度変動を10℃以
下に制御することが可能であるが、ウエハの高集積化、
高密度化の一層の進展にともなって、更なるSRの均一
化が要請されるようになり、この方法にまさる新たな結
晶成長方法の開発が必要になった。
DLCZ法において坩堝の回転数を調整して結晶凝固界
面の温度変動を小さくし、結晶中の軸方向および径方向
の不純物濃度を均一にする結晶成長方法を提案した(特
開平6−263583号公報参照)。この提案の方法によれ
ば、所期の目標である結晶凝固界面の温度変動を10℃以
下に制御することが可能であるが、ウエハの高集積化、
高密度化の一層の進展にともなって、更なるSRの均一
化が要請されるようになり、この方法にまさる新たな結
晶成長方法の開発が必要になった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、要求される
ウエハの品質規格の厳格化に対応できる、SRの均一化
に優れる単結晶成長方法を提供することを目的としてい
る。
ウエハの品質規格の厳格化に対応できる、SRの均一化
に優れる単結晶成長方法を提供することを目的としてい
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うな単結晶成長方法を要旨としている。
うな単結晶成長方法を要旨としている。
【0016】すなわち、坩堝1内の原料の上部を加熱溶
融して溶融液層5とし、下部は原料固体層6とし、種結
晶3を前記溶融液層の表面に接触させて引き上げること
により結晶を成長させる単結晶成長方法において、引上
げ軸8を中心として前記溶融液層5の表面を含む上方お
よび下方にわたって単結晶を引上げる内側領域とその外
側領域とを円筒状遮蔽板9によって区分し、前記坩堝を
1rpm以下(但し 0rpmは除く) の回転速度で回転させつ
つ引上げを行うことを特徴とするSRの均一化に優れる
単結晶成長方法である。
融して溶融液層5とし、下部は原料固体層6とし、種結
晶3を前記溶融液層の表面に接触させて引き上げること
により結晶を成長させる単結晶成長方法において、引上
げ軸8を中心として前記溶融液層5の表面を含む上方お
よび下方にわたって単結晶を引上げる内側領域とその外
側領域とを円筒状遮蔽板9によって区分し、前記坩堝を
1rpm以下(但し 0rpmは除く) の回転速度で回転させつ
つ引上げを行うことを特徴とするSRの均一化に優れる
単結晶成長方法である。
【0017】上記の単結晶成長方法において、内径dが
0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設
するのが望ましい。ただし、Dは坩堝内径である。
0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設
するのが望ましい。ただし、Dは坩堝内径である。
【0018】
【作用】SRを均一するには結晶凝固点における溶融液
の温度変動を小さくすることが重要であることは周知で
ある。
の温度変動を小さくすることが重要であることは周知で
ある。
【0019】本発明者は、溶融液の温度変動に関する種
々の検討の結果、結晶凝固点における温度変動には溶融
液内の対流現象が影響することを明らかにした。通常、
単結晶成長を行う坩堝内の溶融液には、熱対流と結晶回
転および坩堝回転による強制対流等が存在することが知
られている(例えば、半導体の結晶欠陥制御の科学と技
術シリコン編、サイエンスフォーラム、 131〜 133頁参
照)。
々の検討の結果、結晶凝固点における温度変動には溶融
液内の対流現象が影響することを明らかにした。通常、
単結晶成長を行う坩堝内の溶融液には、熱対流と結晶回
転および坩堝回転による強制対流等が存在することが知
られている(例えば、半導体の結晶欠陥制御の科学と技
術シリコン編、サイエンスフォーラム、 131〜 133頁参
照)。
【0020】図3は、CZ法によって単結晶成長を行う
坩堝内の溶融液に生じる代表的な対流を示す図である。
図中の矢印aは、溶融液内に温度分布がある場合に各部
分の浮力差として溶融液全体に駆動力が作用して流れる
熱対流を示す。矢印bは単結晶の回転による遠心力とし
て結晶界面に駆動力が作用して結晶凝固点付近を流れる
結晶回転による強制対流を示し、矢印cは坩堝の回転に
よる遠心力として坩堝と溶融液との界面に駆動力が作用
して流れる坩堝回転による強制対流を示している。さら
に矢印dは表面張力の不均一によって溶融液の表面に駆
動力が作用して流れるマランゴニ対流を示す。
坩堝内の溶融液に生じる代表的な対流を示す図である。
図中の矢印aは、溶融液内に温度分布がある場合に各部
分の浮力差として溶融液全体に駆動力が作用して流れる
熱対流を示す。矢印bは単結晶の回転による遠心力とし
て結晶界面に駆動力が作用して結晶凝固点付近を流れる
結晶回転による強制対流を示し、矢印cは坩堝の回転に
よる遠心力として坩堝と溶融液との界面に駆動力が作用
して流れる坩堝回転による強制対流を示している。さら
に矢印dは表面張力の不均一によって溶融液の表面に駆
動力が作用して流れるマランゴニ対流を示す。
【0021】単結晶成長時に発生する対流現象を、その
発生原因別にその強さ、流れの特徴を分析し、結晶凝固
点における溶融液の温度変動へ及ぼす影響を調査した。
発生原因別にその強さ、流れの特徴を分析し、結晶凝固
点における溶融液の温度変動へ及ぼす影響を調査した。
【0022】熱対流aを駆動する浮力FT は、溶融液内
の温度差に依存し、単位体積当たり下記(1)式によっ
て表される。
の温度差に依存し、単位体積当たり下記(1)式によっ
て表される。
【0023】 FT =−ρ0 β(T−T0 )g ・・・・ (1) ただし、T:溶融液各部分の温度、 T0 :平均温度、
ρ0 :平均密度 β:体積膨張率、 g :重力加速度 乱流状態の熱対流は結晶凝固点に温度変動をもたらす。
温度変動への影響を調べるため、通常のCZ法における
FT を想定すると、ρ0 =2.5g/cm3、β=1.41×10-4/
K、T−T0 =30℃を用いることによって、FT =10dy
n/cm3 と試算される。一方、DLCZ法におけるFT を
想定すると、ρ0 =2.5g/cm3、β=1.41×10-4/Kを用
いることができるが、溶融液層の上下方向には殆ど温度
差がなく、T−T0 =0℃と近似できるので、FT =0
dyn/cm3 と試算され、溶融液の温度変動へ及ぼす影響を
無視することができる。
ρ0 :平均密度 β:体積膨張率、 g :重力加速度 乱流状態の熱対流は結晶凝固点に温度変動をもたらす。
温度変動への影響を調べるため、通常のCZ法における
FT を想定すると、ρ0 =2.5g/cm3、β=1.41×10-4/
K、T−T0 =30℃を用いることによって、FT =10dy
n/cm3 と試算される。一方、DLCZ法におけるFT を
想定すると、ρ0 =2.5g/cm3、β=1.41×10-4/Kを用
いることができるが、溶融液層の上下方向には殆ど温度
差がなく、T−T0 =0℃と近似できるので、FT =0
dyn/cm3 と試算され、溶融液の温度変動へ及ぼす影響を
無視することができる。
【0024】図3の矢印bで示す結晶回転による強制対
流bは、溶融液の中心部分から結晶凝固点に向かう上向
きの流れを発生させて、そののち半径方向で外に向かう
流れとなるが、一般に乱れのない層流である。このた
め、結晶回転による強制対流bは、結晶凝固の界面へ向
かう乱れた熱対流や他の対流の侵入を防いで、結晶成長
を安定化する作用がある。
流bは、溶融液の中心部分から結晶凝固点に向かう上向
きの流れを発生させて、そののち半径方向で外に向かう
流れとなるが、一般に乱れのない層流である。このた
め、結晶回転による強制対流bは、結晶凝固の界面へ向
かう乱れた熱対流や他の対流の侵入を防いで、結晶成長
を安定化する作用がある。
【0025】坩堝回転による強制対流cは、坩堝の壁面
側では坩堝の回転速度と同じ速度が与えられるが、溶融
液の表面近傍で壁面から離れるにしたがって拘束が不完
全となり、溶融液内を循環する熱対流を助長するような
流れとなって、結晶凝固点における溶融液の温度変動に
影響を及ぼすこととなる。この影響を抑えるために、坩
堝の回転を低速に制御する必要がある。
側では坩堝の回転速度と同じ速度が与えられるが、溶融
液の表面近傍で壁面から離れるにしたがって拘束が不完
全となり、溶融液内を循環する熱対流を助長するような
流れとなって、結晶凝固点における溶融液の温度変動に
影響を及ぼすこととなる。この影響を抑えるために、坩
堝の回転を低速に制御する必要がある。
【0026】マランゴニ対流dは溶融液表面の温度不均
一によって発生する流れであり、坩堝の壁面では温度が
高く、結晶に近づくほど温度が低くなることから、坩堝
の壁面から中心に向かう流れとなる。その駆動力Fγ
は、溶融液表面の接線力として下記(2)式によって表
される。
一によって発生する流れであり、坩堝の壁面では温度が
高く、結晶に近づくほど温度が低くなることから、坩堝
の壁面から中心に向かう流れとなる。その駆動力Fγ
は、溶融液表面の接線力として下記(2)式によって表
される。
【0027】 Fγ=〔(dγ/dT)▽T〕/L ・・・・ (2) ただし、(dγ/dT):表面張力の温度係数 ▽T :溶融液表面の温度温度勾配 L :溶融液の深さ マランゴニ対流の駆動力Fγは、溶融液表面のみの現象
であるため、熱対流や坩堝回転による強制対流の駆動力
に比較して非常に小さいものである。そのため、CZ法
によって結晶成長させる場合には溶融液全体に及ぼす影
響は少なく、結晶凝固点における温度変動に与える影響
を無視することができる。しかし、マランゴニ対流が溶
融液全体に及ぼす影響は溶融液の深さで評価されるの
で、DLCZ法によって結晶成長させる場合にはその深
さが限定されるため、CZ法と同等に取り扱うことがで
きず、マランゴニ対流の影響を無視することができな
い。
であるため、熱対流や坩堝回転による強制対流の駆動力
に比較して非常に小さいものである。そのため、CZ法
によって結晶成長させる場合には溶融液全体に及ぼす影
響は少なく、結晶凝固点における温度変動に与える影響
を無視することができる。しかし、マランゴニ対流が溶
融液全体に及ぼす影響は溶融液の深さで評価されるの
で、DLCZ法によって結晶成長させる場合にはその深
さが限定されるため、CZ法と同等に取り扱うことがで
きず、マランゴニ対流の影響を無視することができな
い。
【0028】例えば、CZ法における溶融液の深さを30
cmとし、DLCZ法における溶融液の深さを10cmと想定
して 駆動力Fγを試算すると、CZ法では0.011dyn/c
m3となるのに対し、DLCZ法では0.086dyne/cm3 とな
る。ただし、(dγ/dT)=−0.43dyn/cm℃、CZ法
における▽T=1℃/cm 、DLCZ法における▽T=2
℃/cm とした。したがって、溶融液の温度変動へ及ぼす
マランゴニ対流の影響を無視することができない。
cmとし、DLCZ法における溶融液の深さを10cmと想定
して 駆動力Fγを試算すると、CZ法では0.011dyn/c
m3となるのに対し、DLCZ法では0.086dyne/cm3 とな
る。ただし、(dγ/dT)=−0.43dyn/cm℃、CZ法
における▽T=1℃/cm 、DLCZ法における▽T=2
℃/cm とした。したがって、溶融液の温度変動へ及ぼす
マランゴニ対流の影響を無視することができない。
【0029】DLCZ法によって単結晶を成長させる場
合、結晶凝固点における溶融液の温度変動を微小に制御
するには、坩堝回転による強制対流とマランゴニ対流の
影響を除かなければならない。前述の通り、これらの流
れは半径方向を外側から中心に向かう溶融液表面のみの
流れであるから、図1に示すように溶融液層5の表面を
含む上方および下方にわたって単結晶を引上げる内側領
域とその外側領域とに区分する円筒状遮蔽板9を設け
て、結晶凝固点に流れ込む対流を遮蔽すれば温度変動を
微小に制御することができる。このとき、坩堝回転によ
る強制対流の影響を低減するため、坩堝の回転を低速に
制御することが前提となる。
合、結晶凝固点における溶融液の温度変動を微小に制御
するには、坩堝回転による強制対流とマランゴニ対流の
影響を除かなければならない。前述の通り、これらの流
れは半径方向を外側から中心に向かう溶融液表面のみの
流れであるから、図1に示すように溶融液層5の表面を
含む上方および下方にわたって単結晶を引上げる内側領
域とその外側領域とに区分する円筒状遮蔽板9を設け
て、結晶凝固点に流れ込む対流を遮蔽すれば温度変動を
微小に制御することができる。このとき、坩堝回転によ
る強制対流の影響を低減するため、坩堝の回転を低速に
制御することが前提となる。
【0030】図4は、DLCZ法とCZ法における坩堝
回転数と結晶凝固界面の温度変動との関係を示す図であ
り、DLCZ法では円筒状遮蔽板を設ける場合と設けな
い場合に区分している。DLCZ法で円筒状遮蔽板を設
ける場合には、坩堝内径をDとしたときに内径dが 0.6
Dとなる円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設した。また、
温度変動は熱電対によって、溶融液の中心部、表面から
10mmの深さで測定した。
回転数と結晶凝固界面の温度変動との関係を示す図であ
り、DLCZ法では円筒状遮蔽板を設ける場合と設けな
い場合に区分している。DLCZ法で円筒状遮蔽板を設
ける場合には、坩堝内径をDとしたときに内径dが 0.6
Dとなる円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設した。また、
温度変動は熱電対によって、溶融液の中心部、表面から
10mmの深さで測定した。
【0031】図4から明らかなように、いずれの場合も
坩堝回転数が1rpm 以下の低速にすることによって、結
晶凝固界面の温度変動が少なくなる。これは坩堝回転に
よる強制対流の影響を低減したからであり、特にDLC
Z法において温度変動は10℃以下となる。さらにDLC
Z法で円筒状遮蔽板を設ける場合には、マランゴニ対流
等の影響も除去することができて、温度変動は5℃以下
と一層小さく制御できる。したがって、DLCZ法にお
いて、坩堝低速回転を採用するとともに坩堝回転による
強制対流とマランゴニ対流を遮蔽する円筒状遮蔽板を設
けることによって、結晶凝固界面の温度分布が均一とな
る。これによって、結晶内に取り込まれる不純物濃度が
一定となり、SRが均一化された単結晶が得られる。
坩堝回転数が1rpm 以下の低速にすることによって、結
晶凝固界面の温度変動が少なくなる。これは坩堝回転に
よる強制対流の影響を低減したからであり、特にDLC
Z法において温度変動は10℃以下となる。さらにDLC
Z法で円筒状遮蔽板を設ける場合には、マランゴニ対流
等の影響も除去することができて、温度変動は5℃以下
と一層小さく制御できる。したがって、DLCZ法にお
いて、坩堝低速回転を採用するとともに坩堝回転による
強制対流とマランゴニ対流を遮蔽する円筒状遮蔽板を設
けることによって、結晶凝固界面の温度分布が均一とな
る。これによって、結晶内に取り込まれる不純物濃度が
一定となり、SRが均一化された単結晶が得られる。
【0032】坩堝回転数が 0 rpm、すなわち坩堝を静止
させた状態では、結晶凝固界面の温度変動は小さくなる
が、坩堝の外周に囲んで配設されているヒーターから供
給される熱量は全円周方向で均一でないため、ヒーター
から受ける熱バランスの不均一から、成長する単結晶の
結晶性が崩れ、引上げ作業の続行が難しくなる。したが
って、坩堝回転速度の下限は0.1rpm程度である。
させた状態では、結晶凝固界面の温度変動は小さくなる
が、坩堝の外周に囲んで配設されているヒーターから供
給される熱量は全円周方向で均一でないため、ヒーター
から受ける熱バランスの不均一から、成長する単結晶の
結晶性が崩れ、引上げ作業の続行が難しくなる。したが
って、坩堝回転速度の下限は0.1rpm程度である。
【0033】坩堝内径をDとしたときに、内径dが 0.5
D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設する
のが望ましい。円筒状遮蔽板の内径dが 0.5D未満であ
ると、成長する単結晶と円筒状遮蔽板との間隔が相対的
に小さくなり、単結晶と円筒状遮蔽板とが接触を起こし
易くなる。また、円筒状遮蔽板がヒーターから離れるに
従い受熱量が減少するのでその内周壁に結晶が析出し易
くなり、引上げられる単結晶に転移が発生するという問
題もある。一方、内径dが 0.8Dを超えると、単結晶と
円筒状遮蔽板との間の溶融液層の表面に新たなマランゴ
ニ対流が発生するという問題が発生する。
D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝と同軸に配設する
のが望ましい。円筒状遮蔽板の内径dが 0.5D未満であ
ると、成長する単結晶と円筒状遮蔽板との間隔が相対的
に小さくなり、単結晶と円筒状遮蔽板とが接触を起こし
易くなる。また、円筒状遮蔽板がヒーターから離れるに
従い受熱量が減少するのでその内周壁に結晶が析出し易
くなり、引上げられる単結晶に転移が発生するという問
題もある。一方、内径dが 0.8Dを超えると、単結晶と
円筒状遮蔽板との間の溶融液層の表面に新たなマランゴ
ニ対流が発生するという問題が発生する。
【0034】円筒状遮蔽板の形状は、溶融液層の表面を
含む上方および下方にわたって単結晶を引上げる内側領
域とその外側領域とに区分できるものであれば、その形
状は後述する実施例のものに限定されない。円筒状遮蔽
板の材質は、例えば、石英等を用いるのが望ましい。
含む上方および下方にわたって単結晶を引上げる内側領
域とその外側領域とに区分できるものであれば、その形
状は後述する実施例のものに限定されない。円筒状遮蔽
板の材質は、例えば、石英等を用いるのが望ましい。
【0035】なお、電気伝導型としては、P型とN型と
があるが、これらは単に添加する不純物の相違のみであ
る。したがって、本発明方法はP型結晶の成長にも、N
型結晶の成長にも同じように適用することができる。
があるが、これらは単に添加する不純物の相違のみであ
る。したがって、本発明方法はP型結晶の成長にも、N
型結晶の成長にも同じように適用することができる。
【0036】
【実施例】以下、本発明方法の効果を実施例に基づいて
説明する。
説明する。
【0037】図1は、本発明方法を実施するための装置
の一例を示す縦断面図である。坩堝1は二重構造であ
り、内側を石英製の容器1aとし、外側を黒鉛製の容器1b
としてある。この坩堝1は坩堝支持軸7上に設置され
る。この坩堝支持軸7は坩堝の回転のみでなく、坩堝の
昇降も行うことができるようになっている。装置を覆う
チャンバ11は単結晶の引上げ軸8を中心とした円筒状の
真空容器であり、その中央位置に坩堝1が配設されてい
る。坩堝1の外周にはこれを囲んで誘導加熱コイル等で
構成されたヒーター2、その外側には保温筒10が配設さ
れている。ヒーター2には、図示していないが昇降装置
が設けてあり、坩堝1とヒーター2との相対的な上下位
置の調整によって、坩堝1内の溶融液層5の深さおよび
固体層6の厚さを調整し得るようになっている。
の一例を示す縦断面図である。坩堝1は二重構造であ
り、内側を石英製の容器1aとし、外側を黒鉛製の容器1b
としてある。この坩堝1は坩堝支持軸7上に設置され
る。この坩堝支持軸7は坩堝の回転のみでなく、坩堝の
昇降も行うことができるようになっている。装置を覆う
チャンバ11は単結晶の引上げ軸8を中心とした円筒状の
真空容器であり、その中央位置に坩堝1が配設されてい
る。坩堝1の外周にはこれを囲んで誘導加熱コイル等で
構成されたヒーター2、その外側には保温筒10が配設さ
れている。ヒーター2には、図示していないが昇降装置
が設けてあり、坩堝1とヒーター2との相対的な上下位
置の調整によって、坩堝1内の溶融液層5の深さおよび
固体層6の厚さを調整し得るようになっている。
【0038】一方、坩堝1の上方にはチャンバ11の上部
に設けた小形円筒状のプルチャンバ12を通して、引上げ
軸8が回転および昇降可能に垂設されており、その下端
には種結晶3が装着されている。種結晶3は引上げ軸8
の回転につれて回転しつつ上昇し、溶融液層5との接触
面である下端部に単結晶4が成長して行くようになって
いる。また、小形円筒状のプルチャンバ12の内壁には、
単結晶4を引上げる内側領域とその外側領域とに区分で
きるように円筒状遮蔽板9を上下方向に高さ調整可能に
支持する支持手段13が設けられている。
に設けた小形円筒状のプルチャンバ12を通して、引上げ
軸8が回転および昇降可能に垂設されており、その下端
には種結晶3が装着されている。種結晶3は引上げ軸8
の回転につれて回転しつつ上昇し、溶融液層5との接触
面である下端部に単結晶4が成長して行くようになって
いる。また、小形円筒状のプルチャンバ12の内壁には、
単結晶4を引上げる内側領域とその外側領域とに区分で
きるように円筒状遮蔽板9を上下方向に高さ調整可能に
支持する支持手段13が設けられている。
【0039】図2は、円筒状遮蔽板9の斜視図であり、
円筒状遮蔽板は石英製の肉厚5mmであって、円筒状の遮
蔽板本体9aと遮蔽板本体の上端部の複数箇所から周方向
に設けられた支持片9bから構成される。遮蔽板本体9aの
内径寸法は、引上げ条件に応じて準備されており、単結
晶の引上げ径、使用される坩堝の内径、円筒状遮蔽板の
取付け位置等によって選択される。
円筒状遮蔽板は石英製の肉厚5mmであって、円筒状の遮
蔽板本体9aと遮蔽板本体の上端部の複数箇所から周方向
に設けられた支持片9bから構成される。遮蔽板本体9aの
内径寸法は、引上げ条件に応じて準備されており、単結
晶の引上げ径、使用される坩堝の内径、円筒状遮蔽板の
取付け位置等によって選択される。
【0040】上述の装置を用いて、種々の検討を行っ
た。引き上げられる単結晶は直径6インチのシリコン単
結晶とし、使用する坩堝1は内径16インチ、高さ14イン
チとした。結晶成長の前処理として坩堝1内に結晶形成
用の固体原料である塊状、チップ状若しくは顆粒状の多
結晶シリコンを充填した。充填した量は直径6インチの
単結晶を所定長さ引き上げるために65kgとした。
た。引き上げられる単結晶は直径6インチのシリコン単
結晶とし、使用する坩堝1は内径16インチ、高さ14イン
チとした。結晶成長の前処理として坩堝1内に結晶形成
用の固体原料である塊状、チップ状若しくは顆粒状の多
結晶シリコンを充填した。充填した量は直径6インチの
単結晶を所定長さ引き上げるために65kgとした。
【0041】チャンバ11内にアルゴン (Ar) を吹き込
み、チャンバ11内を10TorrのAr雰囲気とし、ヒーター
2を上昇させて誘導加熱により多結晶シリコンを全て坩
堝1内で溶融した。その後、坩堝下部を冷却し、溶融液
下部に固体層6を形成させた。ヒーター2の温度制御及
び位置制御により坩堝1内の溶融液層5および固体層6
のそれぞれの深さおよび厚さを調整することができる。
み、チャンバ11内を10TorrのAr雰囲気とし、ヒーター
2を上昇させて誘導加熱により多結晶シリコンを全て坩
堝1内で溶融した。その後、坩堝下部を冷却し、溶融液
下部に固体層6を形成させた。ヒーター2の温度制御及
び位置制御により坩堝1内の溶融液層5および固体層6
のそれぞれの深さおよび厚さを調整することができる。
【0042】所定の溶融液層5と固体層6を形成させた
後、円筒状遮蔽板の内径寸法を選択して浸漬深さ10mmで
所定の位置に取り付けるとともに、不純物としてPを投
入して充分に拡散させる。このときの坩堝支持軸7の初
期回転数は3rpm とした。溶融液面の安定とともに、輻
射温度計(図示せず)で溶融液面近くの温度変動を確認
しながら回転数を減少させ、最終的には1rpm とした。
後、円筒状遮蔽板の内径寸法を選択して浸漬深さ10mmで
所定の位置に取り付けるとともに、不純物としてPを投
入して充分に拡散させる。このときの坩堝支持軸7の初
期回転数は3rpm とした。溶融液面の安定とともに、輻
射温度計(図示せず)で溶融液面近くの温度変動を確認
しながら回転数を減少させ、最終的には1rpm とした。
【0043】図5は、円筒状遮蔽板の内径を変化させた
場合の単結晶の成長を行わせる前の溶融液層の温度変動
を測定した結果(熱電対測定)を示す図である。いずれ
も温度測定点は坩堝中心から80mmで、溶融液面から深さ
10mmの箇所であり、結晶成長時に結晶凝固界面近傍とな
る位置である。内径dを 0.4D〜 0.9Dの範囲で変化さ
せた円筒状遮蔽板を、坩堝と同軸に配設した。図5か
ら、円筒状遮蔽板を設けることによって、溶融液の温度
変動を10℃以下に抑えることができて、特にその内径d
を坩堝内径の 0.8D以下に限定することによって温度変
動を5℃以下に制御できることが分かる。しかし、後述
するように、内径dが 0.4Dである円筒状遮蔽板を配設
して引上げられた単結晶には、軽微であるが転移の発生
が見られた。したがって、安定して単結晶を成長するに
は、内径dが 0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝
と同軸に配設するのが望ましい。
場合の単結晶の成長を行わせる前の溶融液層の温度変動
を測定した結果(熱電対測定)を示す図である。いずれ
も温度測定点は坩堝中心から80mmで、溶融液面から深さ
10mmの箇所であり、結晶成長時に結晶凝固界面近傍とな
る位置である。内径dを 0.4D〜 0.9Dの範囲で変化さ
せた円筒状遮蔽板を、坩堝と同軸に配設した。図5か
ら、円筒状遮蔽板を設けることによって、溶融液の温度
変動を10℃以下に抑えることができて、特にその内径d
を坩堝内径の 0.8D以下に限定することによって温度変
動を5℃以下に制御できることが分かる。しかし、後述
するように、内径dが 0.4Dである円筒状遮蔽板を配設
して引上げられた単結晶には、軽微であるが転移の発生
が見られた。したがって、安定して単結晶を成長するに
は、内径dが 0.5D〜 0.8Dである円筒状遮蔽板を坩堝
と同軸に配設するのが望ましい。
【0044】その後、引上げ軸8に種結晶3を付けて、
引上げ軸8を10rpm で坩堝と反対方向に回転させつつ上
方に引き上げて単結晶4を所定長さに成長させた。その
うち内径dが 0.4Dである円筒状遮蔽板を配設して成長
させる場合に、円筒状遮蔽板の内周壁に結晶の析出があ
り、そのため一部の単結晶中に転移の発生があったが、
その他の場合には、引上げ中断等のトラブルは全く無
く、安定した引上げ状況であった。
引上げ軸8を10rpm で坩堝と反対方向に回転させつつ上
方に引き上げて単結晶4を所定長さに成長させた。その
うち内径dが 0.4Dである円筒状遮蔽板を配設して成長
させる場合に、円筒状遮蔽板の内周壁に結晶の析出があ
り、そのため一部の単結晶中に転移の発生があったが、
その他の場合には、引上げ中断等のトラブルは全く無
く、安定した引上げ状況であった。
【0045】図6は、結晶成長方向におけるSRのバラ
ツキ状況と円筒状遮蔽板の内径d寸法との関係を示す図
である。
ツキ状況と円筒状遮蔽板の内径d寸法との関係を示す図
である。
【0046】図5および図6から明らかなように、結晶
成長においてDLCZ法を採用し、坩堝の回転数を1rpm
以下(但し 0rpm は除く)に調整し、さらに円筒状遮蔽
板を設けることによって、単結晶中のSRのバラツキが
減少しウェハの高集積化、高密度化に対応できるととも
に、一定の品質仕様を満たすウェハの歩留を向上させる
ことができる。特に円筒状遮蔽板の内径dを 0.5D〜
0.8Dの範囲に限定することによって、安定し単結晶成
長を望むことができる。
成長においてDLCZ法を採用し、坩堝の回転数を1rpm
以下(但し 0rpm は除く)に調整し、さらに円筒状遮蔽
板を設けることによって、単結晶中のSRのバラツキが
減少しウェハの高集積化、高密度化に対応できるととも
に、一定の品質仕様を満たすウェハの歩留を向上させる
ことができる。特に円筒状遮蔽板の内径dを 0.5D〜
0.8Dの範囲に限定することによって、安定し単結晶成
長を望むことができる。
【0047】なお、この実施例ではシリコン単結晶を成
長させる場合について述べたが、シリコン以外の半導体
単結晶の結晶成長にも本発明方法は適用可能である。
長させる場合について述べたが、シリコン以外の半導体
単結晶の結晶成長にも本発明方法は適用可能である。
【0048】
【発明の効果】本発明方法によれば、溶融液中に発生す
る対流の影響を抑制できて、結晶凝固界面の温度変動を
減少させることができる。これによって溶融液中の不純
物分布を均質にし、結晶内の微視的な特性であるSRの
均一化を図ることができ、均一な特性の単結晶を歩留良
く製造することができる。
る対流の影響を抑制できて、結晶凝固界面の温度変動を
減少させることができる。これによって溶融液中の不純
物分布を均質にし、結晶内の微視的な特性であるSRの
均一化を図ることができ、均一な特性の単結晶を歩留良
く製造することができる。
【図1】本発明方法を実施するための装置の一例を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図2】円筒状遮蔽板の斜視図である。
【図3】CZ法によって単結晶成長を行う坩堝内の溶融
液に生じる代表的な対流を示す図である。
液に生じる代表的な対流を示す図である。
【図4】DLCZ法(円筒状遮蔽板を設ける場合と設け
ない場合)とCZ法における坩堝回転数と結晶凝固界面
の温度変動との関係を示す図である。
ない場合)とCZ法における坩堝回転数と結晶凝固界面
の温度変動との関係を示す図である。
【図5】円筒状遮蔽板の内径を変化させた場合の溶融液
層の温度変動を測定した結果を示す図である。
層の温度変動を測定した結果を示す図である。
【図6】SRのバラツキ状況と円筒状遮蔽板の内径との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図7】DLCZ法の実施状態を説明する縦断面図であ
る。
る。
【図8】CZ法の実施状態を説明する縦断面図である。
1…坩堝、 1a…石英製容器、 1b…黒鉛製容器、 2
…加熱用ヒーター 3…種結晶、4…単結晶、 5…溶融液層、 6…固体
層、 7…支持軸 8…引上げ軸、 9…円筒状遮蔽板、 9a…遮蔽板本
体、 9b…支持片 10…保温筒、 11…チャンバ、 12…プルチャンバ、
13…支持手段 D…坩堝の内径
…加熱用ヒーター 3…種結晶、4…単結晶、 5…溶融液層、 6…固体
層、 7…支持軸 8…引上げ軸、 9…円筒状遮蔽板、 9a…遮蔽板本
体、 9b…支持片 10…保温筒、 11…チャンバ、 12…プルチャンバ、
13…支持手段 D…坩堝の内径
Claims (2)
- 【請求項1】坩堝内の原料の上部を加熱溶融して溶融液
層とし、下部は原料固体層とし、種結晶を前記溶融液層
の表面に接触させて引き上げることにより結晶を成長さ
せる単結晶成長方法において、引上げ軸を中心として前
記溶融液層の表面を含む上方および下方にわたって単結
晶を引上げる内側領域とその外側領域とを円筒状遮蔽板
によって区分し、前記坩堝を1rpm以下(但し 0rpm は除
く) の回転速度で回転させつつ引上げを行うことを特徴
とするSRの均一化に優れる単結晶成長方法。 - 【請求項2】内径dが 0.5D〜 0.8Dである前記円筒状
遮蔽板を坩堝と同軸に配設することを特徴とする請求項
1に記載の結晶成長方法。ただし、Dは坩堝内径であ
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6724495A JPH08259371A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Srの均一化に優れる単結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6724495A JPH08259371A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Srの均一化に優れる単結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08259371A true JPH08259371A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13339321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6724495A Pending JPH08259371A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Srの均一化に優れる単結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08259371A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5942032A (en) * | 1997-08-01 | 1999-08-24 | Memc Electronic Materials, Inc. | Heat shield assembly and method of growing vacancy rich single crystal silicon |
| CN106757307A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 江西德义半导体科技有限公司 | 一种14吋砷化镓单晶炉及其拉1‑13根单晶生长方法 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP6724495A patent/JPH08259371A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5942032A (en) * | 1997-08-01 | 1999-08-24 | Memc Electronic Materials, Inc. | Heat shield assembly and method of growing vacancy rich single crystal silicon |
| CN106757307A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 江西德义半导体科技有限公司 | 一种14吋砷化镓单晶炉及其拉1‑13根单晶生长方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8123855B2 (en) | Device and process for growing Ga-doped single silicon crystals suitable for making solar cells | |
| CA1261715A (en) | Apparatus and process for growing monocrystals of semiconductor materials from shallow crucibles by czochralski technique | |
| US6197111B1 (en) | Heat shield assembly for crystal puller | |
| JP2008526666A (ja) | 成長するシリコン結晶のメルト−固体界面形状の可変磁界を用いる制御 | |
| US7179330B2 (en) | Method of manufacturing silicon single crystal, silicon single crystal and silicon wafer | |
| KR20180101586A (ko) | 실리콘 단결정의 제조 방법 | |
| JPH1029894A (ja) | 単結晶シリコンの比抵抗調整方法および単結晶シリコン製造装置 | |
| TWI796517B (zh) | 單晶矽鑄碇及其製造方法 | |
| US5392729A (en) | Method of producing silicon single crystal | |
| JP5249498B2 (ja) | シリコン単結晶の成長方法,成長装置及びそれから製造されたシリコンウエハ | |
| KR100533502B1 (ko) | 실리콘 단결정의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된실리콘 단결정 | |
| KR101218664B1 (ko) | 탄소가 도핑된 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법 | |
| JP2020114802A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JPH08259371A (ja) | Srの均一化に優れる単結晶成長方法 | |
| KR102492237B1 (ko) | 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 및 장치 | |
| KR101540567B1 (ko) | 단결정 잉곳, 이를 제조하는 방법 및 장치 | |
| JPH06263583A (ja) | 結晶成長方法 | |
| JPH06345585A (ja) | 単結晶引き上げ装置 | |
| KR20100071507A (ko) | 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법 | |
| JP2813150B2 (ja) | 単結晶製造方法 | |
| JP3470480B2 (ja) | 単結晶引上方法 | |
| JPH08333189A (ja) | 結晶引き上げ装置 | |
| TW202342832A (zh) | 矽單結晶的製造方法 | |
| JP3467942B2 (ja) | 単結晶引上方法 | |
| JPH07300386A (ja) | 半導体結晶の成長方法 |