JPH0834698A - Single crystal pulling method - Google Patents

Single crystal pulling method

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Publication number
JPH0834698A
JPH0834698A JP6173795A JP17379594A JPH0834698A JP H0834698 A JPH0834698 A JP H0834698A JP 6173795 A JP6173795 A JP 6173795A JP 17379594 A JP17379594 A JP 17379594A JP H0834698 A JPH0834698 A JP H0834698A
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JP
Japan
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single crystal
pulling
silicon
pulled
silicon substrate
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Application number
JP6173795A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Ikeda
直紀 池田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 通常速度の引き上げ工程Aと、通常速度の6
0%以下の速度での引き上げ工程Bとを交互に繰り返し
ながら単結晶シリコン20を引き上げる単結晶引き上げ
方法。 【効果】 通常速度の60%以下の速度で引き上げる単
結晶シリコン21b、22b、…近傍の温度をその都度
1300℃以上の所定温度範囲に所定時間保持すること
ができるため、これらの単結晶シリコン近傍部分の原子
空孔を所定量以下に減少させることができ、引き上げら
れた単結晶シリコン20内に酸素析出物の多い層21
a、22a、…と少ない層21b、22b、…とを交互
に形成することができ、分割箇所22c、23c、…で
スライスすると、酸素析出物が素子の活性領域となる表
層部には存在しないシリコン基板を形成することがで
き、酸化膜の耐圧特性に優れたシリコン基板を得ること
ができる。
(57) [Summary] [Structure] Step A of normal speed and 6 of normal speed
A single crystal pulling method of pulling the single crystal silicon 20 while alternately repeating the pulling step B at a speed of 0% or less. [Effect] Since the temperature of the single crystal silicon 21b, 22b, ... Near which the pulling speed is 60% or less of the normal speed can be maintained within a predetermined temperature range of 1300 ° C. or more for a predetermined time each time, the vicinity of these single crystal silicons can be maintained. It is possible to reduce the number of atomic vacancies in a portion to a predetermined amount or less, and the layer 21 containing a large amount of oxygen precipitates is pulled in the pulled single crystal silicon 20.
, and a small number of layers 21b, 22b, ... Can be formed alternately, and when sliced at the division points 22c, 23c, ..., Oxygen precipitates do not exist in the surface layer portion serving as the active region of the element. A silicon substrate can be formed, and a silicon substrate having excellent oxide film withstand voltage characteristics can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は単結晶引き上げ方法に関
し、より詳細には、例えば半導体基板を作製するための
単結晶シリコンをチョクラルスキー法(以下CZ法とい
う)等により引き上げる単結晶引き上げ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal pulling method, and more specifically, a single crystal pulling method for pulling single crystal silicon for manufacturing a semiconductor substrate by the Czochralski method (hereinafter referred to as CZ method) or the like. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、LSI等の回路素子を形成するた
めの半導体基板の製造には、大部分が回転引き上げ法、
すなわちCZ法により石英坩堝内のシリコン溶融液から
引き上げられた単結晶シリコンが用いられている。CZ
法による場合、シリコン溶融液中には石英(SiO2
坩堝の一部が溶解して生じた酸素が存在しており、この
シリコン溶融液から引き上げられた単結晶シリコンには
1×1018atoms/cm3 程度の酸素不純物が含ま
れている。
2. Description of the Related Art At present, most of the manufacturing of semiconductor substrates for forming circuit elements such as LSIs is carried out by a rotary pulling method,
That is, single crystal silicon pulled from the silicon melt in the quartz crucible by the CZ method is used. CZ
In the case of the method, quartz (SiO 2 ) is contained in the silicon melt.
Oxygen generated by melting a part of the crucible exists, and the single crystal silicon pulled up from the silicon melt contains oxygen impurities of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

【0003】一方、例えばLSI製造時に施される代表
的な熱酸化処理の温度としての1000℃では、シリコ
ン中における酸素の固溶度は約3×1017atoms/
cm3 程度である。したがってLSI製造のための熱処
理の際、シリコン基板に含有される酸素は常に過飽和状
態にあり、シリコン基板内に酸素が析出し易い状態にな
っている。
On the other hand, for example, at 1000 ° C. as a temperature of a typical thermal oxidation process performed in manufacturing an LSI, the solid solubility of oxygen in silicon is about 3 × 10 17 atoms /
It is about cm 3 . Therefore, during heat treatment for manufacturing LSI, oxygen contained in the silicon substrate is always in a supersaturated state, and oxygen is likely to precipitate in the silicon substrate.

【0004】シリコン単結晶中における酸素の働きは複
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、熱処理の
際に発生するシリコン基板の反りを抑制する。他方、酸
素が析出してSiO2 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
歪み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。
The function of oxygen in a silicon single crystal is complicated and diverse. When oxygen exists between crystal lattices, it has the effect of fixing dislocations and suppresses the warpage of the silicon substrate that occurs during heat treatment. On the other hand, when oxygen precipitates and changes to SiO 2 , silicon atoms are released due to volume expansion to form stacking faults, or when the strain is large, minute defects such as punch-out dislocations are formed.

【0005】これらの微小欠陥がシリコン基板の表面か
ら十分に離れた内部にのみ発生する場合には、LSIの
製造工程中において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(シリコン基
板表面近傍)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LSIを製造するのに有用とな
る。ところが、これらの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になり、LSIに
とって有害となる。
When these minute defects are generated only in the interior sufficiently distant from the surface of the silicon substrate, contaminants such as heavy metals adhering to the surface of the silicon substrate are adsorbed on the surface of the silicon substrate during the LSI manufacturing process. The action of removing from the active region (near the surface of the silicon substrate), that is, the so-called gettering action works, and is useful for manufacturing a high-quality LSI. However, if these minute defects exist in the active region of the device, they cause an increase in leak current, which is harmful to the LSI.

【0006】このため、LSI製造の前処理として、シ
リコン基板の表面に無欠陥層(Denuded Zone) を形成
し、シリコン基板の内部に欠陥層( Intrinsic Getterin
g)を形成する処理が行われている。すなわち、引き上げ
た単結晶のインゴットをスライスしてシリコン基板を作
製した後、このシリコン基板を窒素雰囲気中で例えば1
100℃程度に加熱し、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
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
る処理を行っている。
Therefore, as a pretreatment for LSI manufacturing, a defect-free layer (Denuded Zone) is formed on the surface of the silicon substrate, and a defect layer (Intrinsic Getterin) is formed inside the silicon substrate.
g) is being formed. That is, after the pulled single crystal ingot is sliced to manufacture a silicon substrate, the silicon substrate is sliced in a nitrogen atmosphere to, for example, 1
The temperature is heated to about 100 ° C., oxygen near the surface is diffused outward to reduce the oxygen concentration, and then heat treatment is performed at, for example, about 700 ° C. to form a precipitation nucleus of oxygen in the silicon substrate. .

【0007】また、坩堝上方に配設したヒータ内に単結
晶を通過させ、900〜1100℃で3時間以上加熱し
つつ引き上げる方法が提案されている(特開昭61−2
01692号公報)。
Further, a method has been proposed in which a single crystal is passed through a heater disposed above the crucible and is pulled up while being heated at 900 to 1100 ° C. for 3 hours or more (JP-A-61-2).
No. 01692).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来のCZ法により引
き上げられた単結晶シリコン中には、単結晶引き上げの
際に形成された高温で安定な酸素析出物がすでに存在し
ており、上記した無欠陥層を形成するための例えば11
00℃程度の熱処理では、前記酸素析出物を単結晶中に
固溶させることは困難である。この結果、該析出物によ
る欠陥が素子の活性領域となるシリコン基板の表面近傍
に存在し易く、基板上に形成される酸化膜の耐圧特性に
劣るという課題があった。
In the single crystal silicon pulled by the conventional CZ method, oxygen precipitates stable at high temperature formed during the pulling of the single crystal already exist, and the above-mentioned For example, 11 for forming a defect layer
It is difficult to form a solid solution of the oxygen precipitate in the single crystal by heat treatment at about 00 ° C. As a result, there is a problem in that defects due to the precipitates are likely to exist near the surface of the silicon substrate that becomes the active region of the device, and the withstand voltage characteristic of the oxide film formed on the substrate is poor.

【0009】また上記した単結晶引き上げ中に単結晶全
体を加熱する方法においても、加熱温度が900〜11
00℃と低く、前記酸素析出物を十分に固溶させること
は難しいという課題があった。
Also in the method of heating the entire single crystal during the above-mentioned single crystal pulling, the heating temperature is 900 to 11
It was as low as 00 ° C., and there was a problem that it was difficult to form a solid solution of the oxygen precipitate.

【0010】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、素子の活性領域となる表層部に高温で安定な
酸素析出物が存在しないシリコン基板を製造することが
でき、酸化膜の耐圧特性に優れたシリコン基板を得るこ
とができる単結晶引き上げ方法を提供することを目的と
している。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to manufacture a silicon substrate in which a stable oxygen precipitate does not exist at a high temperature in the surface layer portion which is the active region of the device, and the withstand voltage of the oxide film can be manufactured. An object of the present invention is to provide a single crystal pulling method capable of obtaining a silicon substrate having excellent characteristics.

【0011】[0011]

【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引き上げ方法は、坩堝内の溶融液
から単結晶を引き上げる単結晶引き上げ方法において、
通常速度の引き上げ工程と、該通常速度の60%以下の
速度での引き上げ工程とを交互に繰り返しながら単結晶
を引き上げることを特徴としている(1)。
In order to achieve the above object, a single crystal pulling method according to the present invention is a single crystal pulling method for pulling a single crystal from a melt in a crucible,
The single crystal is pulled while alternately repeating the pulling process at the normal speed and the pulling process at a speed of 60% or less of the normal speed (1).

【0012】また本発明に係る単結晶引き上げ方法は、
坩堝内の溶融液から単結晶を引き上げる単結晶引き上げ
方法において、引き上げ工程と引き上げ停止の工程とを
交互に繰り返しながら結晶を引上げることを特徴として
いる(2)。
The method for pulling a single crystal according to the present invention is
A single crystal pulling method for pulling a single crystal from a melt in a crucible is characterized by pulling a crystal by alternately repeating a pulling step and a pulling stopping step (2).

【0013】[0013]

【作用】本発明に係る単結晶引き上げ方法(1)によれ
ば、通常速度の引き上げ工程と、該通常速度の60%以
下の速度での引き上げ工程とを交互に繰り返しながら単
結晶を引き上げるので、前記通常速度の60%以下の速
度での引き上げ工程において、高温の溶融液等からの加
熱により単結晶近傍をその都度1300℃以上の所定温
度範囲に所定時間保持し得る。このため、この工程では
結晶固化時に過飽和に含まれる原子空孔が固液界面、結
晶表面への拡散、格子間シリコンとの再結合により減少
し、熱平衡濃度に近くなる。一方、前記通常速度で引き
上げられた単結晶の部分には原子空孔が過飽和に含まれ
る。したがって引上げられた単結晶インゴット内には、
引き上げ軸方向に沿って前記原子空孔が比較的多い層
と、比較的少ない層とが所定ピッチで交互に形成される
こととなる。すると前記原子空孔は酸素析出物の形成及
び成長を促進するため、本発明の方法により作製した単
結晶インゴットを前記引き上げ軸方向に関して所定間隔
でスライスしてゆくと、内部には比較的サイズが大き
く、高温で安定な酸素析出物が存在する一方、素子の活
性領域となる表面層には存在しないシリコン基板が得ら
れることとなり、酸化膜の耐圧特性に優れたシリコン基
板が得られることとなる。
According to the single crystal pulling method (1) of the present invention, the single crystal is pulled by alternately repeating the pulling step at the normal speed and the pulling step at a speed of 60% or less of the normal speed. In the pulling step at a speed of 60% or less of the normal speed, the vicinity of the single crystal can be kept in a predetermined temperature range of 1300 ° C. or higher for a predetermined time each time by heating from a high temperature melt or the like. Therefore, in this step, atomic vacancies contained in supersaturation during solidification of the crystal decrease due to the solid-liquid interface, diffusion to the crystal surface, and recombination with interstitial silicon, and become close to the thermal equilibrium concentration. On the other hand, atomic vacancies are included in supersaturation in the portion of the single crystal pulled at the normal speed. Therefore, in the pulled single crystal ingot,
A layer having a relatively large number of atomic vacancies and a layer having a relatively small number of atomic vacancies are alternately formed at a predetermined pitch along the pull-up axis direction. Then, since the atomic vacancies promote the formation and growth of oxygen precipitates, when the single crystal ingot produced by the method of the present invention is sliced at a predetermined interval in the pulling axial direction, the inside has a relatively small size. While large and stable oxygen precipitates exist at high temperature, a silicon substrate that does not exist in the surface layer that will be the active region of the device will be obtained, and a silicon substrate with excellent oxide film withstand voltage characteristics will be obtained. .

【0014】また本発明に係る単結晶引き上げ方法
(2)によれば、引き上げ工程と引き上げ停止の工程と
を交互に繰り返しながら結晶を引上げるので、前記引き
上げ停止の工程において、高温の溶融液等からの加熱に
より単結晶近傍をその都度1300℃以上の所定温度範
囲に所定時間保持し得る。したがって単結晶引き上げ方
法(1)の場合と略同様の作用が得られることとなる。
Further, according to the single crystal pulling method (2) of the present invention, the crystal is pulled up while alternately repeating the pulling step and the pulling stop step. It is possible to keep the vicinity of the single crystal in a predetermined temperature range of 1300 ° C. or higher for a predetermined time by heating from 1. Therefore, the same effect as in the case of the single crystal pulling method (1) can be obtained.

【0015】[0015]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る単結晶引き上
げ方法の実施例を図面に基づいて説明する。図1は実施
例に係る単結晶引き上げ方法に用いられる装置及び引き
上げられる単結晶を示した摸式的断面図であり、図中1
1はチャンバーを示している。チャンバー11は容器1
2により形成され、真空ポンプ(図示せず)を用いて低
圧に保持されており、また上部チャンバー11aからA
rガスが導入されるようになっている。チャンバー11
の略中央部には有底円筒形状の坩堝13が配設され、坩
堝13は回転可能に支持されている。坩堝13の外周に
はこれと同心状にヒータ14が配設され、ヒータ14の
外周には保温筒14aが配設されている。坩堝13内に
はシリコン結晶用原料をヒータ14により溶融させた溶
融液15が充填されており、坩堝13の中心軸上には引
き上げ軸16が配設されている。引き上げ軸16は回転
しつつ上方に引き上げられるようになっており、この回
転速度及び引き上げ速度は制御し得るようになってい
る。引き上げ軸16の先端部には種結晶16aが取り付
けられており、これらチャンバー11、坩堝13、ヒー
タ14、引き上げ軸16等を含んで単結晶引き上げ装置
10が構成されている。
EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples of the single crystal pulling method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an apparatus used in a method for pulling a single crystal according to an example and a single crystal to be pulled.
Reference numeral 1 indicates a chamber. Chamber 11 is container 1
2 and is kept at a low pressure by using a vacuum pump (not shown).
r gas is introduced. Chamber 11
A cylindrical crucible 13 having a bottom is provided at a substantially central portion of the crucible, and the crucible 13 is rotatably supported. A heater 14 is arranged on the outer periphery of the crucible 13 concentrically with the outer periphery of the crucible 13, and a heat retaining cylinder 14 a is arranged on the outer periphery of the heater 14. The crucible 13 is filled with a molten liquid 15 obtained by melting a silicon crystal raw material with a heater 14, and a pulling shaft 16 is arranged on the central axis of the crucible 13. The pulling shaft 16 is adapted to be pulled upward while rotating, and the rotational speed and the pulling speed can be controlled. A seed crystal 16a is attached to the tip of the pulling shaft 16, and the single crystal pulling apparatus 10 is configured including the chamber 11, the crucible 13, the heater 14, the pulling shaft 16 and the like.

【0016】このように構成された装置10を用いてシ
リコン単結晶を引き上げる場合、まず坩堝13内にシリ
コン原料を装入し、ヒータ14によりシリコン原料を溶
融させて溶融液15を形成する。次に種結晶16aを溶
融液15に浸漬させた後、坩堝13及び引き上げ軸16
を回転させつつ、引き上げ軸16を通常の所定速度で所
定距離Mほど引き上げ、単結晶シリコン21aを成長さ
せる。次に坩堝13及び引き上げ軸16を回転させた状
態で、引き上げ軸16を通常速度の60%以下の所定速
度で所定距離Nほど引き上げ、単結晶シリコン21bを
成長させるか、あるいはこの引き上げを停止する。次に
また引き上げ軸16を通常の所定速度で所定距離Mほど
引き上げ、単結晶シリコン22aを成長させる。この
後、引き上げ軸16を通常速度の60%以下の所定速度
で所定距離Nほど引き上げ、単結晶シリコン22bを成
長させるか、あるいはこの引き上げを停止する。以下、
同様にして単結晶シリコン23a、23b、24a、…
を連続的、あるいは間欠的に引き上げて行き、単結晶シ
リコン20を形成する。
In the case of pulling a silicon single crystal using the apparatus 10 thus constructed, first, a silicon raw material is charged into the crucible 13 and the heater 14 melts the silicon raw material to form a molten liquid 15. Next, after the seed crystal 16a is immersed in the melt 15, the crucible 13 and the pulling shaft 16
While rotating, the pulling shaft 16 is pulled up by a predetermined distance M for a predetermined distance M to grow the single crystal silicon 21a. Next, while the crucible 13 and the pulling shaft 16 are being rotated, the pulling shaft 16 is pulled up by a predetermined distance N at a predetermined speed of 60% or less of the normal speed to grow the single crystal silicon 21b, or the pulling is stopped. . Then, the pull-up shaft 16 is pulled up again at a normal predetermined speed for a predetermined distance M to grow the single crystal silicon 22a. Thereafter, the pulling shaft 16 is pulled up by a predetermined distance N at a predetermined speed of 60% or less of the normal speed to grow the single crystal silicon 22b, or the pulling is stopped. Less than,
Similarly, single crystal silicon 23a, 23b, 24a, ...
Are continuously or intermittently pulled to form the single crystal silicon 20.

【0017】このようにして引き上げられた単結晶シリ
コン20からシリコン基板を形成する場合、まず単結晶
シリコン20上部近傍を切り取り、引き上げ軸16方向
に沿って中心軸を含むように厚さが約2mm程度の略三
角形状を有する試料を切り出し、この試料の両面を鏡面
状に研磨する。次にこの試料に洗浄処理を施した後、約
1000℃の酸素雰囲気中で約16時間の熱処理を施
す。次にX線トポグラフで観察し、例えば酸素含有量が
少ない単結晶シリコン22bの上下端面の位置を確認し
た後、この略中間箇所を起点22cとし、所定距離(M
+N)ごとの分割箇所23c、24c、…で単結晶シリ
コン20をスライスする。すると、例えば通常速度で引
き上げられた単結晶シリコンを挟み、通常速度の60%
以下の速度で引き上げられた単結晶シリコンが対向した
シリコン基板が形成される。
In the case of forming a silicon substrate from the single crystal silicon 20 thus pulled up, first, the vicinity of the upper portion of the single crystal silicon 20 is cut off, and the thickness is about 2 mm so as to include the central axis along the pulling axis 16 direction. A sample having a substantially triangular shape is cut out, and both surfaces of this sample are mirror-polished. Next, this sample is subjected to a cleaning treatment and then subjected to a heat treatment in an oxygen atmosphere at about 1000 ° C. for about 16 hours. Next, by observing with an X-ray topography, for example, after confirming the positions of the upper and lower end surfaces of the single crystal silicon 22b having a low oxygen content, the substantially middle point is set as a starting point 22c, and a predetermined distance (M
The single crystal silicon 20 is sliced at the divided portions 23c, 24c, ... For each + N). Then, for example, sandwiching single crystal silicon pulled at a normal speed, 60% of the normal speed
A silicon substrate is formed opposite to the single crystal silicon pulled at the following speed.

【0018】以下に、実施例に係る単結晶の引き上げ方
法により成長させた直径が約6インチ、長さが約1mの
単結晶シリコン20を用い、厚さが約0.625mmの
シリコン基板を形成し、このシリコン基板上に形成した
酸化膜の耐圧特性を調査した結果について説明する。実
施例に係る通常速度の引き上げ工程Aと、通常速度の6
0%以下の速度での引き上げ工程Bとにおける引き上げ
条件は、通常速度を約1.0mm/min一定とし、実
施例1では工程Aにおける引き上げ距離Mを約1.09
0mm、工程Bにおける引き上げ速度をゼロ(引き上げ
停止時間は約26秒間)にそれぞれ設定した。また実施
例2では工程Aにおける引き上げ距離Mを約0.990
mm、工程Bにおける引き上げ速度を約0.3mm/m
in(引き上げ距離Nは約0.1mm)にそれぞれ設定
した。また実施例3では工程Aにおける引き上げ距離M
を約0.990mm、工程Bにおける引き上げ速度を約
0.5mm/min(引き上げ距離Nは約0.1mm)
にそれぞれ設定した。また実施例4では工程Aにおける
引き上げ距離Mを約0.990mm、工程Bにおける引
き上げ速度を約0.6mm/min(引き上げ距離Nは
約0.1mm)にそれぞれ設定した。
A single silicon substrate 20 having a diameter of about 6 inches and a length of about 1 m grown by the single crystal pulling method according to the embodiment is used to form a silicon substrate having a thickness of about 0.625 mm. Then, the results of investigating the withstand voltage characteristics of the oxide film formed on the silicon substrate will be described. The normal speed raising step A according to the embodiment and the normal speed 6
The pulling condition in the pulling step B at a speed of 0% or less is usually a constant speed of about 1.0 mm / min, and in Example 1, the pulling distance M in the step A is about 1.09.
The pulling rate in step B was set to 0 mm and the pulling rate in step B was set to zero (the pulling stop time was about 26 seconds). In Example 2, the pulling distance M in the process A is about 0.990.
mm, pulling speed in step B is about 0.3 mm / m
in (the pulling distance N is about 0.1 mm). Further, in Example 3, the pulling distance M in the process A
Is about 0.990 mm, and the pulling rate in step B is about 0.5 mm / min (pulling distance N is about 0.1 mm).
Set to each. In Example 4, the pulling distance M in the step A was set to about 0.990 mm, and the pulling rate in the step B was set to about 0.6 mm / min (the pulling distance N was about 0.1 mm).

【0019】また比較例1として全工程を通常速度の約
1.0mm/minで連続的に引き上げたもの、比較例
2として工程Aにおける引き上げ距離Mを約0.990
mm、工程Bにおける引き上げ速度を約0.8mm/m
in(引き上げ距離Nは約0.10mm)に設定したも
のを用いた。
As Comparative Example 1, all steps were continuously pulled up at a normal speed of about 1.0 mm / min, and as Comparative Example 2, the pulling distance M in Step A was about 0.990.
mm, pulling speed in step B is about 0.8 mm / m
The one set to in (the pulling distance N is about 0.10 mm) was used.

【0020】このようにして引き上げた単結晶シリコン
中の格子間酸素濃度をフーリエ変換型赤外分光装置を用
いて測定すると、結晶の全長にわたって約1.5×10
18atoms/cm3 (換算係数=4.81×1017
toms/cm2 :旧ASTM)であった。
When the interstitial oxygen concentration in the single crystal silicon thus pulled up was measured by using a Fourier transform infrared spectroscope, it was about 1.5 × 10 5 over the entire length of the crystal.
18 atoms / cm 3 (conversion factor = 4.81 × 10 17 a
toms / cm 2 : old ASTM).

【0021】次に実施例1〜4及び比較例1〜2に係る
方法によりそれぞれ引き上げられた単結晶シリコンイン
ゴットからシリコン基板を切り出し、各基板の片面に鏡
面研磨を施し、厚さを約0.625mmとした。次に前
記各シリコン基板を洗浄した後、拡散炉に装入して酸素
雰囲気中950℃の熱処理を施し、前記各シリコン基板
表面に厚さが250Åの酸化膜を形成した。次にLPC
VD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 装置
を用い、約630℃において20%HeベースのSiH
4 ガスを流し、前記各シリコン基板上に膜厚が約400
0Åの電極としての多結晶シリコン層を形成した。次に
POCl3 、O2 、N2 ガスを流しながら900℃の熱
処理を施し、前記多結晶シリコン層にリンを拡散させた
後、HF(50%):H2 O=1:10のエッチング液
を用い、前記各シリコン基板裏面に形成された酸化膜を
エッチング除去した。その後、フォトリソグラフィ技術
により前記各シリコン基板上に多結晶シリコン層からな
る254個の電極素子を形成した。
Next, silicon substrates were cut out from the single crystal silicon ingots pulled by the methods according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and one surface of each substrate was mirror-polished to have a thickness of about 0. It was 625 mm. Next, after cleaning each of the silicon substrates, it was placed in a diffusion furnace and subjected to a heat treatment at 950 ° C. in an oxygen atmosphere to form an oxide film having a thickness of 250 Å on the surface of each of the silicon substrates. Next LPC
Using a VD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) device, 20% He-based SiH at about 630 ° C
4 gas is flowed, and the film thickness is about 400 on each silicon substrate.
A polycrystalline silicon layer as a 0Å electrode was formed. Next, heat treatment was performed at 900 ° C. while flowing POCl 3 , O 2 , and N 2 gas to diffuse phosphorus into the polycrystalline silicon layer, and then an etching solution of HF (50%): H 2 O = 1: 10. The oxide film formed on the back surface of each silicon substrate was removed by etching. After that, 254 electrode elements made of a polycrystalline silicon layer were formed on each of the silicon substrates by the photolithography technique.

【0022】図2〜図7はシリコン基板における酸化膜
耐圧特性の面内分布を示した図であり、図2〜図5はそ
れぞれ実施例1〜4に係る方法で引き上げた単結晶シリ
コンからシリコン基板を形成した場合、図6〜図7はそ
れぞれ比較例1〜2に係る方法の場合を示している。な
お酸化膜の耐圧特性は1mAの電流が電極素子間に流れ
たときをブレークダウンと見做し、そのときの電界強度
(Ebd)が0〜2MV/cmのときを黒塗りの□印、2
〜5MV/cmのときを×印、5〜8MV/cmのとき
を/印、8MV/cm以上のときを□印で表わすことに
より評価を行なった。
2 to 7 are views showing the in-plane distribution of the oxide film withstand voltage characteristics on the silicon substrate, and FIGS. 2 to 5 are silicon from single crystal silicon pulled by the methods according to Examples 1 to 4, respectively. When a substrate is formed, FIGS. 6 to 7 show cases of the methods according to Comparative Examples 1 and 2, respectively. Note that the breakdown voltage characteristics of the oxide film are considered to be breakdown when a current of 1 mA flows between the electrode elements, and the electric field strength (E bd ) at that time is 0 to 2 MV / cm, with a black square mark, Two
The evaluation was carried out by expressing x when ˜5 MV / cm, / when 5-8 MV / cm, and □ when 8 MV / cm or more.

【0023】図2〜図7から明らかなように、8MV/
cmの電界強度でブレークダウンしない素子数は、実施
例1〜4に係る方法の場合、254素子中それぞれ20
4素子(良品率80%)、174素子(良品率69
%)、160素子(良品率63%)、124素子(良品
率49%)であった。一方、比較例1〜2に係る方法の
場合、254素子中それぞれ98素子(良品率39
%)、106素子(良品率42%)であった。
As is clear from FIGS. 2 to 7, 8 MV /
In the case of the methods according to Examples 1 to 4, the number of elements that does not break down with an electric field strength of cm is 20 out of 254 elements.
4 elements (80% yield rate), 174 elements (69% yield rate)
%), 160 elements (non-defective rate 63%), and 124 elements (non-defective rate 49%). On the other hand, in the case of the methods according to Comparative Examples 1 and 2, 98 out of 254 elements (non-defective rate 39
%) And 106 elements (non-defective rate 42%).

【0024】上記結果から明らかなように、実施例に係
る単結晶の引き上げ方法では、高温の溶融液15等から
の加熱により、通常速度の60%以下の速度で引き上げ
る単結晶シリコン21b、22b、23b、…近傍の温
度をその都度1300℃以上の所定温度範囲に所定時間
保持することができ、固液界面や結晶表面への拡散、格
子間シリコンとの再結合により、結晶固化時に過飽和に
含まれる原子空孔を減少させ、熱平衡濃度に近付けるこ
とができる。したがって引き上げられた単結晶シリコン
20内において、引き上げ軸16方向に沿って原子空孔
の比較的多い層と比較的少ない層とを所定ピッチで交互
に形成することができる。この原子空孔は酸素析出物の
形成、成長を促進するため、単結晶シリコン20を引き
上げ軸16方向の22c、23c、24c、…でスライ
スすると、結晶成長中に形成された比較的サイズが大き
く、高温で安定な酸素析出物が内部には存在し、素子の
活性領域となる表層部には存在しないシリコン基板を形
成することができ、酸化膜の耐圧特性に優れたシリコン
基板を得ることができる。
As is clear from the above results, in the single crystal pulling method according to the embodiment, the single crystal silicon 21b, 22b, which is pulled at a rate of 60% or less of the normal rate, by heating from the high temperature melt 15 or the like, 23b, ... The temperature in the vicinity can be kept in a predetermined temperature range of 1300 ° C. or more for a predetermined time each time, and it is included in supersaturation at the time of crystal solidification due to diffusion to a solid-liquid interface or crystal surface and recombination with interstitial silicon. It is possible to reduce the number of atomic vacancies that are generated and to approach the thermal equilibrium concentration. Therefore, in the pulled single crystal silicon 20, it is possible to alternately form a layer having a relatively large number of atomic vacancies and a layer having a relatively small number of atomic vacancies along the pulling axis 16 direction at a predetermined pitch. Since the atomic vacancies promote the formation and growth of oxygen precipitates, when the single crystal silicon 20 is sliced along the pulling axis 16 direction by 22c, 23c, 24c, ..., The size formed during crystal growth is relatively large. It is possible to form a silicon substrate that has stable oxygen precipitates inside at high temperature and does not exist in the surface layer portion that is the active region of the device, and obtain a silicon substrate with excellent withstand voltage characteristics of the oxide film. it can.

【0025】また引き上げの工程と引き上げ停止の工程
とを交互に繰り返しながら引き上げるので、引き上げ停
止中、単結晶シリコン21b、22b、…近傍をその都
度1300℃以上の所定温度範囲に所定時間保持するこ
とができ、したがって通常速度と通常の60%以下の速
度とにより交互に引き上げる場合と略同様の効果を得る
ことができる。
Further, since the pulling step and the pulling stopping step are alternately repeated, the pulling step is performed. Therefore, while pulling is stopped, the single crystal silicon 21b, 22b, ... Therefore, it is possible to obtain substantially the same effect as in the case where the speed is raised alternately by the normal speed and the normal speed of 60% or less.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶
引き上げ方法(1)にあっては、引き上げ軸方向に沿っ
て比較的サイズが大きく、高温で安定な酸素析出物の比
較的多い層と比較的少ない層とを所定ピッチで交互に形
成することができ、この単結晶を引き上げ軸方向に関し
て所定間隔でスライスしてゆくと、酸素析出物が内部に
は存在し、素子の活性領域となる表層部には存在しない
シリコン基板を形成することができ、酸化膜の耐圧特性
に優れたシリコン基板を得ることができる。
As described above in detail, in the single crystal pulling method (1) according to the present invention, the size is relatively large along the pulling axis direction, and the number of oxygen precipitates stable at high temperature is relatively large. Layers and relatively few layers can be alternately formed at a predetermined pitch, and when this single crystal is sliced at predetermined intervals in the pulling axial direction, oxygen precipitates are present inside, and the active region of the device is formed. It is possible to form a silicon substrate that does not exist in the surface layer portion to be formed, and it is possible to obtain a silicon substrate having excellent withstand voltage characteristics of the oxide film.

【0027】また本発明に係る単結晶引き上げ方法
(2)にあっては、単結晶引き上げ方法(1)の場合と
略同様の効果を得ることができる。
Further, in the single crystal pulling method (2) according to the present invention, substantially the same effect as in the single crystal pulling method (1) can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る単結晶引き上げ方法に用いられる
装置及び引き上げられる単結晶シリコンを示した摸式的
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an apparatus used for a single crystal pulling method according to the present invention and a single crystal silicon to be pulled.

【図2】実施例1に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled up by the method according to Example 1.

【図3】実施例2に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled up by the method according to Example 2;

【図4】実施例3に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled up by the method according to Example 3;

【図5】実施例4に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled up by the method according to Example 4;

【図6】比較例1に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled by the method according to Comparative Example 1.

【図7】比較例2に係る方法で引き上げた単結晶シリコ
ンを用いたシリコン基板における酸化膜耐圧特性の面内
分布を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an in-plane distribution of oxide film withstand voltage characteristics in a silicon substrate using single crystal silicon pulled by the method according to Comparative Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 坩堝 15 溶融液 20 単結晶シリコン 13 Crucible 15 Melt Liquid 20 Single Crystal Silicon

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 坩堝内の溶融液から単結晶を引き上げる
単結晶引き上げ方法において、通常速度の引き上げ工程
と、該通常速度の60%以下の速度での引き上げ工程と
を交互に繰り返しながら結晶を引き上げることを特徴と
する単結晶引き上げ方法。
1. In a single crystal pulling method for pulling a single crystal from a melt in a crucible, a crystal is pulled by alternately repeating a pulling step at a normal speed and a pulling step at a speed of 60% or less of the normal speed. A method for pulling a single crystal characterized by the above.
【請求項2】 坩堝内の溶融液から単結晶を引き上げる
単結晶引き上げ方法において、引き上げ工程と引き上げ
停止の工程とを交互に繰り返しながら結晶を引上げるこ
とを特徴とする単結晶引き上げ方法。
2. A single crystal pulling method for pulling a single crystal from a melt in a crucible, wherein the pulling step and pulling stopping step are repeated alternately to pull the crystal.
JP6173795A 1994-07-26 1994-07-26 Single crystal pulling method Pending JPH0834698A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005097049A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Toshiba Corp Method for producing silicon single crystal

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