JPS6027678A - 単結晶育成方法 - Google Patents
単結晶育成方法Info
- Publication number
- JPS6027678A JPS6027678A JP13161283A JP13161283A JPS6027678A JP S6027678 A JPS6027678 A JP S6027678A JP 13161283 A JP13161283 A JP 13161283A JP 13161283 A JP13161283 A JP 13161283A JP S6027678 A JPS6027678 A JP S6027678A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- oxygen
- crucible
- oxygen concentration
- molten liquid
- 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
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
- C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（８１発明の技術分野
本発明はチョクラルスキー法による単結晶育成に係り、
と（に引き上げ方向における酸素濃度が均一な単結晶の
育成方法に関する。
と（に引き上げ方向における酸素濃度が均一な単結晶の
育成方法に関する。
（１＋１技術の背景
半導体集積回路の製造においては、半導体基板自身の性
質を有効に利用したＩｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒ
−；ｎｇ （ＩＧ＞と称される技術によって、半導体回
路が形成される該基板表面に無欠陥層を与えることが行
われる。
質を有効に利用したＩｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒ
−；ｎｇ （ＩＧ＞と称される技術によって、半導体回
路が形成される該基板表面に無欠陥層を与えることが行
われる。
すなわち、通常の製造工程においては、例えば銅（Ｃｕ
）あるいはニッケル（Ｎｉ）等の不純物が不可避的に混
入する。その結果、基板の表面付近に該不純物が析出し
たり、あるいは拡散じプロファイルが変化したりして、
形成される半導体回路の特性に好ましくない影響を与え
る。このために、これらの不純物を該基板内で半導体回
路に影響を与えない位置に局在させてしまう手段として
、前記のＩＧあるいはＥｘｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅ
ｒｉｎｇと呼ばれる効果が用いられる。
）あるいはニッケル（Ｎｉ）等の不純物が不可避的に混
入する。その結果、基板の表面付近に該不純物が析出し
たり、あるいは拡散じプロファイルが変化したりして、
形成される半導体回路の特性に好ましくない影響を与え
る。このために、これらの不純物を該基板内で半導体回
路に影響を与えない位置に局在させてしまう手段として
、前記のＩＧあるいはＥｘｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅ
ｒｉｎｇと呼ばれる効果が用いられる。
このＩＧ効果を発揮させるためには、基板内部に適当な
濃度の酸素が含有されていることが必要である。上記の
不純物原子はシリコン等の基板内で比較的移動しやすく
、かつ酸素析出物などの周囲の歪領域に集りやすいこと
を利用するからである。
濃度の酸素が含有されていることが必要である。上記の
不純物原子はシリコン等の基板内で比較的移動しやすく
、かつ酸素析出物などの周囲の歪領域に集りやすいこと
を利用するからである。
すなわち、適当な酸素を含有するシリコン等の基板を、
あらかじめ所定の熱処理を施して表面層の酸素を成田さ
せて無欠陥領域を形成し、その内部にのみ酸素析出物を
形成させることにより、前記不純物は基板内部に閉じ込
められる。このようにして無欠陥となった基板表面層に
半導体回路の形成を行うのである。
あらかじめ所定の熱処理を施して表面層の酸素を成田さ
せて無欠陥領域を形成し、その内部にのみ酸素析出物を
形成させることにより、前記不純物は基板内部に閉じ込
められる。このようにして無欠陥となった基板表面層に
半導体回路の形成を行うのである。
ｔｃ＋従来技術と問題点
丁導体素子用のシリコン単結晶の工業的育成には、通常
、チョクラルスキー法が用いられている。
、チョクラルスキー法が用いられている。
この際に原料シリコンを溶融するための坩堝として、酸
化物、例えば石英（Ｓｉ０２）製のものを用いると、該
石英（Ｓｉ０２）がシリコン融液に微量熔解する。その
大部分は一酸化珪素（ＳｉＯ）等の低級シリコン酸化物
として雰囲気ガス中に逸出するが、残りの一部の酸素が
シリコン単結晶中に取り込まれる。
化物、例えば石英（Ｓｉ０２）製のものを用いると、該
石英（Ｓｉ０２）がシリコン融液に微量熔解する。その
大部分は一酸化珪素（ＳｉＯ）等の低級シリコン酸化物
として雰囲気ガス中に逸出するが、残りの一部の酸素が
シリコン単結晶中に取り込まれる。
酸化物層の坩堝を用いて育成されたシリコン単結晶中に
は、上記の機構によって酸素が含有されるのであるが、
従来の育成方法で得られた単結晶においては、引き上げ
方向におＩＩる酸素濃度は均一でなく、一般に第１図に
示すような分布をしていた。同図の固化率（％）は坩堝
中の原料シリコン融液の初期量のうちの結晶とし”ζ固
化した量の割合を百分率で表した値である。
は、上記の機構によって酸素が含有されるのであるが、
従来の育成方法で得られた単結晶においては、引き上げ
方向におＩＩる酸素濃度は均一でなく、一般に第１図に
示すような分布をしていた。同図の固化率（％）は坩堝
中の原料シリコン融液の初期量のうちの結晶とし”ζ固
化した量の割合を百分率で表した値である。
同図に示されるように、単結晶中の酸素濃度は坩堝内の
シリコン融液が少なくなるにしたがって減少するのであ
るが、半導体集積回路の製造で要求されるある酸素濃度
範囲（図で）＼・ノチを付した範囲）から見ると、育成
された単結晶の数１０％程度しかこの要求に適合しない
ことになる。言い替えれば、このような酸素濃度分布を
有する単結晶から得たウェファを用いる場合には、その
酸素濃度によって半導体回路形成プロセスの条件を変え
なければならず、製造コストの増大を招くことを意味す
る。したがって、大量処理に通したウェファを高歩留り
で得ることが半導体集積回路の低コスト化にとって必須
要件となり、このために、酸素濃度ができるだけ均一な
単結晶を育成可能な方法の開発が要望されていた。
シリコン融液が少なくなるにしたがって減少するのであ
るが、半導体集積回路の製造で要求されるある酸素濃度
範囲（図で）＼・ノチを付した範囲）から見ると、育成
された単結晶の数１０％程度しかこの要求に適合しない
ことになる。言い替えれば、このような酸素濃度分布を
有する単結晶から得たウェファを用いる場合には、その
酸素濃度によって半導体回路形成プロセスの条件を変え
なければならず、製造コストの増大を招くことを意味す
る。したがって、大量処理に通したウェファを高歩留り
で得ることが半導体集積回路の低コスト化にとって必須
要件となり、このために、酸素濃度ができるだけ均一な
単結晶を育成可能な方法の開発が要望されていた。
（ｄ１発明の目的
本発明は、実質的に任意の要求濃度範囲において均一な
酸素濃度を有する単結晶を育成可能とすることを目的と
する。
酸素濃度を有する単結晶を育成可能とすることを目的と
する。
（ｅ）発明の構成
本発明は、チョクラルスキー法による単結晶育成におい
て、引き上げ中に単結晶の直径を順次大きくして融液の
表面積を減少することにより該単結晶中の酸素濃度を均
一にすることを特徴とする。
て、引き上げ中に単結晶の直径を順次大きくして融液の
表面積を減少することにより該単結晶中の酸素濃度を均
一にすることを特徴とする。
ｆｆ）発明の実施例
以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
前記のように、酸化物層の坩堝を用いた場合、該坩堝材
のｒｆＪ、素が単結晶に対する酸素の供給源となるもの
と考えられている。第２図はこの機構を説明する模式図
であって、石英（Ｓｉ０２）製の坩堝１からシリコン（
Ｓｉ）の副：液２に溶解したＳｉ０２成分３は、例えば
９０％程度以上が一酸化シリコン（ＳｉＯ）等の低級シ
リコン酸化物（ＳｉＯｘ）として融１１〉２の自由表面
から逸出し、残りの酸素が単結晶・１に取り込まれる。
のｒｆＪ、素が単結晶に対する酸素の供給源となるもの
と考えられている。第２図はこの機構を説明する模式図
であって、石英（Ｓｉ０２）製の坩堝１からシリコン（
Ｓｉ）の副：液２に溶解したＳｉ０２成分３は、例えば
９０％程度以上が一酸化シリコン（ＳｉＯ）等の低級シ
リコン酸化物（ＳｉＯｘ）として融１１〉２の自由表面
から逸出し、残りの酸素が単結晶・１に取り込まれる。
この場合に、単結晶中におりろ酸素濃度が第１図に示し
たような右下がりの曲Ｘｊｌ＋となる理由は、固化率が
高くなって坩堝中の融液が減少すると、融液の対流によ
る攪拌作用が低くなり、その結果、坩堝材からの酸素供
給量が城るためと説明される。
たような右下がりの曲Ｘｊｌ＋となる理由は、固化率が
高くなって坩堝中の融液が減少すると、融液の対流によ
る攪拌作用が低くなり、その結果、坩堝材からの酸素供
給量が城るためと説明される。
この考察によれば、供給酸素量の減少を補償するように
融液表面からの逸出酸素量（前記低級シリコン酸化物と
気体酸素を含む）を抑制すれば、単結晶中の酸素濃度を
均一に維持できることになる。そこで、本発明において
は、固化率が大きくなるにしたかっ”で引き上げ中の単
結晶の直径を大きくすることにより、融液の自由表面積
を低減し、。
融液表面からの逸出酸素量（前記低級シリコン酸化物と
気体酸素を含む）を抑制すれば、単結晶中の酸素濃度を
均一に維持できることになる。そこで、本発明において
は、固化率が大きくなるにしたかっ”で引き上げ中の単
結晶の直径を大きくすることにより、融液の自由表面積
を低減し、。
逸出酸素量を抑制する。
ずなわら、第３図に示すように引き上げ初期から固化率
が２０％程度になるまでの間、直径が３インヂとなるよ
うに引き上げ速度あるいは融液２の加熱用ヒータ５の電
力を制御する。そののち固化率が６０％程度になるまで
の間、直１ｙｒ：が４インチとなるよ・うに、さらにそ
ののち固化率がほぼ１００％となるまでの間、直径が５
インチとなるように、それぞれ引き上げ速度あるいはヒ
ータ５の電力制御を行う。
が２０％程度になるまでの間、直径が３インヂとなるよ
うに引き上げ速度あるいは融液２の加熱用ヒータ５の電
力を制御する。そののち固化率が６０％程度になるまで
の間、直１ｙｒ：が４インチとなるよ・うに、さらにそ
ののち固化率がほぼ１００％となるまでの間、直径が５
インチとなるように、それぞれ引き上げ速度あるいはヒ
ータ５の電力制御を行う。
この効果を第４図に示す。同図において曲線■、■、■
はそれぞれ単結晶の直径が３インチ、４インチ、５イン
チの場合の固化率と酸素濃度の関係・分示ず曲線である
。すなわち、同一径の坩堝を使用した場合には、単結晶
の直径が大きいほど融液の自由表面稍が小さくなり、逸
出酸素量が減るたン、うに、該単結晶中の酸素濃度が高
くなることが示さ１′１．ている。
はそれぞれ単結晶の直径が３インチ、４インチ、５イン
チの場合の固化率と酸素濃度の関係・分示ず曲線である
。すなわち、同一径の坩堝を使用した場合には、単結晶
の直径が大きいほど融液の自由表面稍が小さくなり、逸
出酸素量が減るたン、うに、該単結晶中の酸素濃度が高
くなることが示さ１′１．ている。
上記のように、引き上げ初期から固化率がおよそ２５％
に達するまでは直径３インチで引き上げたために、この
部分の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って
分布しており、固化率がおよそ２５％からおよそ６０％
までの間は直径４インチで引き上げたために、この部分
の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って分布
しており、固化イ４がおよそ６０％からおよそ１００％
までの間は直径３インチで引き上げたために、この部分
の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って分布
している。
に達するまでは直径３インチで引き上げたために、この
部分の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って
分布しており、固化率がおよそ２５％からおよそ６０％
までの間は直径４インチで引き上げたために、この部分
の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って分布
しており、固化イ４がおよそ６０％からおよそ１００％
までの間は直径３インチで引き上げたために、この部分
の単結晶中の酸素濃度は曲線■の実線部分に沿って分布
している。
上記のようにして、固化率がほぼ１００％までに（！７
られた単結晶中の酸素濃度を、半導体集積回路の製造プ
ロセスから要求される濃度範囲（第４図でハツチを付し
た範囲）に収めることができた。
られた単結晶中の酸素濃度を、半導体集積回路の製造プ
ロセスから要求される濃度範囲（第４図でハツチを付し
た範囲）に収めることができた。
図示と異なる濃度範囲に酸素濃度を制御する必要がある
場合には、第４図の曲線を利用して、直径を変える固化
率範囲を変えることによっても可能であり、さらに大き
く濃度範囲を変える場合には、図示以外の直径について
同様の曲線をめるか、あるいはＬｌ堝の径を変えた場合
に同様の曲線群をめておき、上記と同様にして引き上げ
中に直径を変えることにより、異なる濃度範囲の酸素を
含有する単結晶をｉ＃ることが可能である。
場合には、第４図の曲線を利用して、直径を変える固化
率範囲を変えることによっても可能であり、さらに大き
く濃度範囲を変える場合には、図示以外の直径について
同様の曲線をめるか、あるいはＬｌ堝の径を変えた場合
に同様の曲線群をめておき、上記と同様にして引き上げ
中に直径を変えることにより、異なる濃度範囲の酸素を
含有する単結晶をｉ＃ることが可能である。
なお、本発明の原理によれば、直径を連続的に大きくす
ることにより、酸素濃度分布を完全に一定に制御可能で
あることは明らかである。
ることにより、酸素濃度分布を完全に一定に制御可能で
あることは明らかである。
また、本発明におい°ζは、１回の引き上げにより異な
った直径の単結晶を製造でき、多目的用途に対応できる
という別の利点がｆＷられる。
った直径の単結晶を製造でき、多目的用途に対応できる
という別の利点がｆＷられる。
（ｇ）発明の効果
本発明によれば、引き上げ軸方向における酸素濃度が、
半導体集積回路の製造プロセスから要求される濃度範囲
で均一な単結晶を育成可能であり、大量処理に逍したウ
エツブを経済的に供給できるシＪ果がある。
半導体集積回路の製造プロセスから要求される濃度範囲
で均一な単結晶を育成可能であり、大量処理に逍したウ
エツブを経済的に供給できるシＪ果がある。
第１図はチョクラルスキー法による単結晶育成における
融液の固化率と単結晶中の酸素濃度の一般的関係を示す
図、第２図はチョクラルスキー法により育成される単結
晶に対する酸素供給機構を説明するための模式図、第３
図は均一酸素濃度の単結晶を育成するための本発明に係
る本発明の詳細な説明するだめの模式図、第４図は第１
図に示す固化率−酸素濃度の関係を利用して単結晶中に
おける酸素濃度を均一化する本発明の単結晶育成方法の
原理を説明するだめの図である。 図において、１は坩堝、２は融液、３は５ｉ０２成分、
４は単結晶、５はヒータである。 ％ １ 図 第４ｍ
融液の固化率と単結晶中の酸素濃度の一般的関係を示す
図、第２図はチョクラルスキー法により育成される単結
晶に対する酸素供給機構を説明するための模式図、第３
図は均一酸素濃度の単結晶を育成するための本発明に係
る本発明の詳細な説明するだめの模式図、第４図は第１
図に示す固化率−酸素濃度の関係を利用して単結晶中に
おける酸素濃度を均一化する本発明の単結晶育成方法の
原理を説明するだめの図である。 図において、１は坩堝、２は融液、３は５ｉ０２成分、
４は単結晶、５はヒータである。 ％ １ 図 第４ｍ
Claims (1)
- チョクラルスキー法による単結晶育成において、引き上
げ中に単結晶の直径を順次太き（して融液の表面積を減
少することにより該単結晶中の酸素濃度を均一にするこ
とを特徴とする単結晶育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13161283A JPS6027678A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13161283A JPS6027678A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶育成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6027678A true JPS6027678A (ja) | 1985-02-12 |
Family
ID=15062132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13161283A Pending JPS6027678A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 単結晶育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6027678A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445796A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Toshiba Corp | Apparatus for pulling up si single crystal and method therefor |
| US5611855A (en) * | 1995-01-31 | 1997-03-18 | Seh America, Inc. | Method for manufacturing a calibration wafer having a microdefect-free layer of a precisely predetermined depth |
-
1983
- 1983-07-19 JP JP13161283A patent/JPS6027678A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445796A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Toshiba Corp | Apparatus for pulling up si single crystal and method therefor |
| US5611855A (en) * | 1995-01-31 | 1997-03-18 | Seh America, Inc. | Method for manufacturing a calibration wafer having a microdefect-free layer of a precisely predetermined depth |
| US5961713A (en) * | 1995-01-31 | 1999-10-05 | Seh America, Inc. | Method for manufacturing a wafer having a microdefect-free layer of a precisely predetermined depth |
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