JP2003321297A - シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハInfo
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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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
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- C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空孔リッチのV領域、OSF領域、そして格
子間シリコンリッチのI領域のいずれにも属さず、かつ
確実に酸化膜耐圧等の電気特性を向上させることができ
るシリコン単結晶を高速かつ安定して製造し、高耐圧で
優れた電気特性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウェーハ
を低コストで提供する。 【解決手段】 ルツボ32内に収容したシリコン融液2
に種結晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引
き上げてシリコン単結晶1を育成するチョクラルスキー
法によるシリコン単結晶の製造方法において、前記ルツ
ボを回転させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向
に回転させるとともに、熱酸化処理をした際にリング状
に発生するOSFの外側のN領域であって、Cuデポジ
ションにより検出される欠陥領域が存在しない無欠陥領
域内で結晶を育成する。好ましくは、シリコン融液に水
平磁場を印加し、ルツボの回転速度を0〜2rpmの範
囲内とする。
子間シリコンリッチのI領域のいずれにも属さず、かつ
確実に酸化膜耐圧等の電気特性を向上させることができ
るシリコン単結晶を高速かつ安定して製造し、高耐圧で
優れた電気特性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウェーハ
を低コストで提供する。 【解決手段】 ルツボ32内に収容したシリコン融液2
に種結晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引
き上げてシリコン単結晶1を育成するチョクラルスキー
法によるシリコン単結晶の製造方法において、前記ルツ
ボを回転させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向
に回転させるとともに、熱酸化処理をした際にリング状
に発生するOSFの外側のN領域であって、Cuデポジ
ションにより検出される欠陥領域が存在しない無欠陥領
域内で結晶を育成する。好ましくは、シリコン融液に水
平磁場を印加し、ルツボの回転速度を0〜2rpmの範
囲内とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、後述するようなV
領域、I領域、及びOSF領域のいずれの欠陥も無く、
かつCuデポジッションにより検出される欠陥も存在し
ない無欠陥領域のシリコン単結晶を高速かつ安定して製
造する方法に関する。
領域、I領域、及びOSF領域のいずれの欠陥も無く、
かつCuデポジッションにより検出される欠陥も存在し
ない無欠陥領域のシリコン単結晶を高速かつ安定して製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年は、半導体回路の高集積化に伴う素
子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法
(CZ法)で作製されたシリコン単結晶に対する品質要
求が高まってきている。特に、FPD、LSTD、CO
P等のグローンイン(Grown−in)欠陥と呼ばれ
る酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結
晶成長起因の欠陥が存在しその密度とサイズの低減が重
要視されている。
子の微細化に伴い、その基板となるチョクラルスキー法
(CZ法)で作製されたシリコン単結晶に対する品質要
求が高まってきている。特に、FPD、LSTD、CO
P等のグローンイン(Grown−in)欠陥と呼ばれ
る酸化膜耐圧特性やデバイスの特性を悪化させる、単結
晶成長起因の欠陥が存在しその密度とサイズの低減が重
要視されている。
【0003】これらの欠陥を説明するに当たって、先
ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ(Va
cancy、以下「V」と略記することがある)と呼ば
れる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコ
ン(Interstitial−Si、以下「I」と略
記することがある)と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥
のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子につい
て、一般的に知られていることを説明する。
ず、シリコン単結晶に取り込まれるベイカンシイ(Va
cancy、以下「V」と略記することがある)と呼ば
れる空孔型の点欠陥と、インタースティシアル−シリコ
ン(Interstitial−Si、以下「I」と略
記することがある)と呼ばれる格子間型シリコン点欠陥
のそれぞれの取り込まれる濃度を決定する因子につい
て、一般的に知られていることを説明する。
【0004】シリコン単結晶において、V領域とは、V
acancy、つまりシリコン原子の不足から発生する
凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、
シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位
や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。ま
た、V領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い
(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略
記することがある)領域が存在していることになる。そ
して、前記グローンイン欠陥(FPD、LSTD、CO
P等)というのは、あくまでもVやIが過飽和な状態の
時に点欠陥が凝集した結果として発生するものであり、
多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、点欠
陥は凝集せず、前記グローンイン欠陥としては存在しな
いことが判ってきた。
acancy、つまりシリコン原子の不足から発生する
凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、
シリコン原子が余分に存在することにより発生する転位
や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。ま
た、V領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い
(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略
記することがある)領域が存在していることになる。そ
して、前記グローンイン欠陥(FPD、LSTD、CO
P等)というのは、あくまでもVやIが過飽和な状態の
時に点欠陥が凝集した結果として発生するものであり、
多少の原子の偏りがあっても、飽和以下であれば、点欠
陥は凝集せず、前記グローンイン欠陥としては存在しな
いことが判ってきた。
【0005】この両点欠陥の濃度は、CZ法における結
晶の引上げ速度(成長速度)と結晶中の固液界面近傍の
温度勾配Gとの関係から決まり、V領域とI領域との境
界近辺にはOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidati
on Induced Stacking Faul
t)と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の
断面で見た時に、リング状に分布(以下、OSFリング
ということがある)していることが確認されている。
晶の引上げ速度(成長速度)と結晶中の固液界面近傍の
温度勾配Gとの関係から決まり、V領域とI領域との境
界近辺にはOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidati
on Induced Stacking Faul
t)と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の
断面で見た時に、リング状に分布(以下、OSFリング
ということがある)していることが確認されている。
【0006】これら結晶成長起因の欠陥は、通常の結晶
中固液界面近傍の温度勾配Gが大きい炉内構造(ホット
ゾーン:HZ)を使用したCZ引上げ機で結晶軸方向に
成長速度を高速から低速に変化させた場合、図6に示し
たような欠陥分布図として得られる。
中固液界面近傍の温度勾配Gが大きい炉内構造(ホット
ゾーン:HZ)を使用したCZ引上げ機で結晶軸方向に
成長速度を高速から低速に変化させた場合、図6に示し
たような欠陥分布図として得られる。
【0007】そしてこれら結晶成長起因の欠陥を分類す
ると、例えば成長速度が0.6mm/min前後以上と
比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイ
ド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグロ
ーンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これ
ら欠陥が存在する領域はV領域と呼ばれている(図6の
ライン(A))。また、成長速度が0.6mm/min
以下の場合は、成長速度の低下に伴い、OSFリングが
結晶の周辺から発生し、このリングの外側に格子間シリ
コンが集合した転位ループ起因と考えられているL/D
(LargeDislocation:格子間転位ルー
プの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥(巨大転位
クラスタ)が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する
領域はI領域(L/D領域ということがある)と呼ばれ
ている。さらに、成長速度を0.4mm/min前後以
下と低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に収
縮して消滅し、全面がI領域となる(図6のライン
(C))。
ると、例えば成長速度が0.6mm/min前後以上と
比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイ
ド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグロ
ーンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これ
ら欠陥が存在する領域はV領域と呼ばれている(図6の
ライン(A))。また、成長速度が0.6mm/min
以下の場合は、成長速度の低下に伴い、OSFリングが
結晶の周辺から発生し、このリングの外側に格子間シリ
コンが集合した転位ループ起因と考えられているL/D
(LargeDislocation:格子間転位ルー
プの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥(巨大転位
クラスタ)が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する
領域はI領域(L/D領域ということがある)と呼ばれ
ている。さらに、成長速度を0.4mm/min前後以
下と低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に収
縮して消滅し、全面がI領域となる(図6のライン
(C))。
【0008】また、近年V領域とI領域の中間でOSF
リングの外側に、N領域と呼ばれる、空孔起因のFP
D、LSTD、COPも、格子間シリコン起因のLSE
PD、LFPDも存在しない領域の存在が発見されてい
る。この領域はOSFリングの外側にあり、そして、酸
素析出熱処理を施し、X−ray観察等で析出のコント
ラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、か
つ、LSEPD、LFPDが形成されるほどリッチでは
ないI領域側であると報告されている(図6のライン
(B))。
リングの外側に、N領域と呼ばれる、空孔起因のFP
D、LSTD、COPも、格子間シリコン起因のLSE
PD、LFPDも存在しない領域の存在が発見されてい
る。この領域はOSFリングの外側にあり、そして、酸
素析出熱処理を施し、X−ray観察等で析出のコント
ラストを確認した場合に、酸素析出がほとんどなく、か
つ、LSEPD、LFPDが形成されるほどリッチでは
ないI領域側であると報告されている(図6のライン
(B))。
【0009】これらのN領域は、通常の方法では、成長
速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するた
め、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった(例
えば、図6のライン(B)であれば、OSFリングの外
側であるウェーハ周辺部のみ)。このN領域について、
ボロンコフ理論(V.V.Voronkov;Jour
nal of Crystal Growth,59
(1982)625〜643)では、引上げ速度(V)
と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)の比であるV/G
というパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定する
と唱えている。このことから考えると、面内で引上げ速
度(成長速度)はほぼ一定のはずであるから、面内でG
が分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心
がV領域でN領域を挟んで周辺でI領域となるような結
晶しか得られなかった。
速度を下げた時に成長軸方向に対して斜めに存在するた
め、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかった(例
えば、図6のライン(B)であれば、OSFリングの外
側であるウェーハ周辺部のみ)。このN領域について、
ボロンコフ理論(V.V.Voronkov;Jour
nal of Crystal Growth,59
(1982)625〜643)では、引上げ速度(V)
と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)の比であるV/G
というパラメータが点欠陥のトータルな濃度を決定する
と唱えている。このことから考えると、面内で引上げ速
度(成長速度)はほぼ一定のはずであるから、面内でG
が分布を持つために、例えば、ある引上げ速度では中心
がV領域でN領域を挟んで周辺でI領域となるような結
晶しか得られなかった。
【0010】そこで最近、面内のGの分布を改良して、
この斜めでしか存在しなかったN−領域を、例えば、引
上げ速度(成長速度)を徐々に下げながら引上げた時
に、ある引上げ速度でN領域が横全面(ウェーハ全面)
に広がった結晶が製造できるようになった。また、この
全面N領域の結晶を長さ方向へ拡大するには、このN領
域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げれば
ある程度達成できる。また、結晶が成長するに従ってG
が変化することを考慮し、それを補正して、あくまでも
V/Gが一定になるように、引上げ速度を調節すれば、
それなりに成長方向にも、全面N領域となる結晶が拡大
できるようになった。
この斜めでしか存在しなかったN−領域を、例えば、引
上げ速度(成長速度)を徐々に下げながら引上げた時
に、ある引上げ速度でN領域が横全面(ウェーハ全面)
に広がった結晶が製造できるようになった。また、この
全面N領域の結晶を長さ方向へ拡大するには、このN領
域が横に広がった時の引上げ速度を維持して引上げれば
ある程度達成できる。また、結晶が成長するに従ってG
が変化することを考慮し、それを補正して、あくまでも
V/Gが一定になるように、引上げ速度を調節すれば、
それなりに成長方向にも、全面N領域となる結晶が拡大
できるようになった。
【0011】ところが、上記のように全面N領域であ
り、熱酸化処理した際にOSFリングを発生せず、かつ
全面にFPD、L/Dが存在しない単結晶であるにもか
かわらず酸化膜欠陥が著しく発生する場合があることが
わかった。そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気
特性を劣化させる原因となっており、従来の全面がN領
域であるというだけでは不十分であり、品質のさらなる
改善が望まれていた。
り、熱酸化処理した際にOSFリングを発生せず、かつ
全面にFPD、L/Dが存在しない単結晶であるにもか
かわらず酸化膜欠陥が著しく発生する場合があることが
わかった。そして、これが酸化膜耐圧特性のような電気
特性を劣化させる原因となっており、従来の全面がN領
域であるというだけでは不十分であり、品質のさらなる
改善が望まれていた。
【0012】さらに、上記のようなN領域の結晶を引き
上げるには、どうしても従来の結晶であるV領域の結晶
より引き上げ速度を低下させる必要があるとともに、そ
の制御範囲も狭いために著しく結晶の生産性が低下する
という問題がある。近年における半導体の需要の増大と
低コスト化に対応するためには、高品質のシリコン単結
晶を高速かつ安定して製造する必要もある。
上げるには、どうしても従来の結晶であるV領域の結晶
より引き上げ速度を低下させる必要があるとともに、そ
の制御範囲も狭いために著しく結晶の生産性が低下する
という問題がある。近年における半導体の需要の増大と
低コスト化に対応するためには、高品質のシリコン単結
晶を高速かつ安定して製造する必要もある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、チョ
クラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際、空
孔リッチのV領域、OSF領域、そして格子間シリコン
リッチのI領域のいずれにも属さず、かつ確実に酸化膜
耐圧等の電気特性を向上させることができるシリコン単
結晶を高速かつ安定して製造し、高耐圧で優れた電気特
性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウェーハを低コストで
提供することを目的とする。
クラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際、空
孔リッチのV領域、OSF領域、そして格子間シリコン
リッチのI領域のいずれにも属さず、かつ確実に酸化膜
耐圧等の電気特性を向上させることができるシリコン単
結晶を高速かつ安定して製造し、高耐圧で優れた電気特
性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウェーハを低コストで
提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ルツボ内に収容したシリコン融液
に種結晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引
き上げてシリコン単結晶を育成するチョクラルスキー法
によるシリコン単結晶の製造方法において、前記ルツボ
を回転させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向に
回転させるとともに、熱酸化処理をした際にリング状に
発生するOSFの外側のN領域であって、Cuデポジシ
ョンにより検出される欠陥領域が存在しない無欠陥領域
内で結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法が提供される(請求項1)。
め、本発明によれば、ルツボ内に収容したシリコン融液
に種結晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引
き上げてシリコン単結晶を育成するチョクラルスキー法
によるシリコン単結晶の製造方法において、前記ルツボ
を回転させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向に
回転させるとともに、熱酸化処理をした際にリング状に
発生するOSFの外側のN領域であって、Cuデポジシ
ョンにより検出される欠陥領域が存在しない無欠陥領域
内で結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法が提供される(請求項1)。
【0015】このような製造方法によれば、育成結晶を
ウェーハとしたときに全面にわたって、V領域のFPD
等の欠陥、I領域の巨大転位クラスタ(LSEPD、L
FPD)、及びOSF欠陥が形成されないN領域であっ
て、しかもCuデポジションにより検出される欠陥(C
uデポジッション欠陥)も存在しない無欠陥のシリコン
単結晶を従来より高速かつ安定して製造することができ
る。
ウェーハとしたときに全面にわたって、V領域のFPD
等の欠陥、I領域の巨大転位クラスタ(LSEPD、L
FPD)、及びOSF欠陥が形成されないN領域であっ
て、しかもCuデポジションにより検出される欠陥(C
uデポジッション欠陥)も存在しない無欠陥のシリコン
単結晶を従来より高速かつ安定して製造することができ
る。
【0016】また、本発明によれば、ルツボ内に収容し
たシリコン融液に種結晶を接触させた後、該種結晶を回
転させながら引き上げてシリコン単結晶を育成するチョ
クラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法におい
て、前記ルツボを回転させずに又は前記種結晶の回転方
向と同じ方向に回転させるとともに、育成中のシリコン
単結晶の成長速度を漸減した場合、OSFリング消滅後
に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域
が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減し
た場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度と
の間の成長速度に制御して結晶を育成することを特徴と
するシリコン単結晶の製造方法も提供される(請求項
2)。
たシリコン融液に種結晶を接触させた後、該種結晶を回
転させながら引き上げてシリコン単結晶を育成するチョ
クラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法におい
て、前記ルツボを回転させずに又は前記種結晶の回転方
向と同じ方向に回転させるとともに、育成中のシリコン
単結晶の成長速度を漸減した場合、OSFリング消滅後
に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域
が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減し
た場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度と
の間の成長速度に制御して結晶を育成することを特徴と
するシリコン単結晶の製造方法も提供される(請求項
2)。
【0017】このような方法によっても、FPD等のV
領域欠陥、巨大転位クラスタ等のI領域欠陥、及びOS
F欠陥が形成されず、Cuデポジッション欠陥も存在し
ない無欠陥のシリコン単結晶を従来より確実に高速かつ
安定して製造することができる。
領域欠陥、巨大転位クラスタ等のI領域欠陥、及びOS
F欠陥が形成されず、Cuデポジッション欠陥も存在し
ない無欠陥のシリコン単結晶を従来より確実に高速かつ
安定して製造することができる。
【0018】これらの方法によりシリコン単結晶の製造
を行う場合、シリコン融液に水平磁場を印加しながらシ
リコン単結晶を育成することが好ましい(請求項3)。
このようにシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリ
コン単結晶の育成を行えば、融液の対流を抑制し、無欠
陥のシリコン単結晶をより安定して成長させることがで
きる。
を行う場合、シリコン融液に水平磁場を印加しながらシ
リコン単結晶を育成することが好ましい(請求項3)。
このようにシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリ
コン単結晶の育成を行えば、融液の対流を抑制し、無欠
陥のシリコン単結晶をより安定して成長させることがで
きる。
【0019】また、ルツボの回転速度を0〜2rpmの
範囲内とすることが好ましい(請求項4)。このように
ルツボを回転させずに(回転速度:0rpm)、あるい
は2rpm以下の回転速度で種結晶の回転方向と同じ方
向に回転させてシリコン単結晶を育成すれば、無欠陥の
シリコン単結晶をより高速で育成することができる。
範囲内とすることが好ましい(請求項4)。このように
ルツボを回転させずに(回転速度:0rpm)、あるい
は2rpm以下の回転速度で種結晶の回転方向と同じ方
向に回転させてシリコン単結晶を育成すれば、無欠陥の
シリコン単結晶をより高速で育成することができる。
【0020】前記方法により育成したシリコン単結晶か
らスライス加工したものであることを特徴とする無欠陥
のシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項5)。
このようなシリコンウェーハであれば、FPD等のV領
域欠陥、巨大転位クラスタ等のI領域欠陥、及びOSF
欠陥を含まず、Cuデポジッション欠陥も無い、高耐圧
で優れた電気特性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウエー
ハとなるとともに、高速で成長させているので安価なも
のとなる。
らスライス加工したものであることを特徴とする無欠陥
のシリコン単結晶ウェーハが提供される(請求項5)。
このようなシリコンウェーハであれば、FPD等のV領
域欠陥、巨大転位クラスタ等のI領域欠陥、及びOSF
欠陥を含まず、Cuデポジッション欠陥も無い、高耐圧
で優れた電気特性を持つ無欠陥のシリコン単結晶ウエー
ハとなるとともに、高速で成長させているので安価なも
のとなる。
【0021】以下、本発明につき詳細に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち
前出の各用語につき予め解説しておく。 1)FPD(Flow Pattern Defec
t)とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切
り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチン
グして取り除いた後、K2 Cr2 O7 と弗酸と水の混合
液で表面をエッチング(Seccoエッチング)するこ
とによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波
模様をFPDと称し、ウエーハ面内のFPD密度が高い
ほど酸化膜耐圧の不良が増える(特開平4−19234
5号公報参照)。
発明はこれらに限定されるものではない。説明に先立ち
前出の各用語につき予め解説しておく。 1)FPD(Flow Pattern Defec
t)とは、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切
り出し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチン
グして取り除いた後、K2 Cr2 O7 と弗酸と水の混合
液で表面をエッチング(Seccoエッチング)するこ
とによりピットおよびさざ波模様が生じる。このさざ波
模様をFPDと称し、ウエーハ面内のFPD密度が高い
ほど酸化膜耐圧の不良が増える(特開平4−19234
5号公報参照)。
【0022】2)SEPD(Secco Etch P
it Defect)とは、FPDと同一のSecco
エッチングを施した時に、流れ模様(flow pat
tern)を伴うものをFPDと呼び、流れ模様を伴わ
ないものをSEPDと呼ぶ。この中で10μm以上の大
きいSEPD(LSEPD)は転位クラスターに起因す
ると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場
合、この転位を通じて電流がリークし、P−Nジャンク
ションとしての機能を果たさなくなる。
it Defect)とは、FPDと同一のSecco
エッチングを施した時に、流れ模様(flow pat
tern)を伴うものをFPDと呼び、流れ模様を伴わ
ないものをSEPDと呼ぶ。この中で10μm以上の大
きいSEPD(LSEPD)は転位クラスターに起因す
ると考えられ、デバイスに転位クラスターが存在する場
合、この転位を通じて電流がリークし、P−Nジャンク
ションとしての機能を果たさなくなる。
【0023】3)LSTD(Laser Scatte
ring Tomography Defect)と
は、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出
し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングし
て取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より
赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出するこ
とでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出する
ことができる。ここで観察される散乱体については学会
等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている
(Jpn.J.Appl.Phys. Vol.32,
P3679,1993参照)。また、最近の研究では、
八面体のボイド(穴)であるという結果も報告されてい
る。
ring Tomography Defect)と
は、成長後のシリコン単結晶棒からウエーハを切り出
し、表面の歪み層を弗酸と硝酸の混合液でエッチングし
て取り除いた後、ウエーハを劈開する。この劈開面より
赤外光を入射し、ウエーハ表面から出た光を検出するこ
とでウエーハ内に存在する欠陥による散乱光を検出する
ことができる。ここで観察される散乱体については学会
等ですでに報告があり、酸素析出物とみなされている
(Jpn.J.Appl.Phys. Vol.32,
P3679,1993参照)。また、最近の研究では、
八面体のボイド(穴)であるという結果も報告されてい
る。
【0024】4)COP(Crystal Origi
nated Particle)とは、ウエーハの中心
部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Sec
coエッチではFPDになる欠陥が、SC−1洗浄(N
H4 OH:H2 O2 :H2 O=1:1:10の混合液に
よる洗浄)では選択エッチング液として働き、COPに
なる。このピットの直径は1μm以下で光散乱法で調べ
る。
nated Particle)とは、ウエーハの中心
部の酸化膜耐圧を劣化させる原因となる欠陥で、Sec
coエッチではFPDになる欠陥が、SC−1洗浄(N
H4 OH:H2 O2 :H2 O=1:1:10の混合液に
よる洗浄)では選択エッチング液として働き、COPに
なる。このピットの直径は1μm以下で光散乱法で調べ
る。
【0025】5)L/D(Large Disloca
tion:格子間転位ループの略号)には、LSEP
D、LFPD等があり、格子間シリコンが凝集した転位
ループ起因と考えられている欠陥である。LSEPD
は、上記したようにSEPDの中でも10μm以上の大
きいものをいう。また、LFPDは、上記したFPDの
中でも先端ピットの大きさが10μm以上の大きいもの
をいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
tion:格子間転位ループの略号)には、LSEP
D、LFPD等があり、格子間シリコンが凝集した転位
ループ起因と考えられている欠陥である。LSEPD
は、上記したようにSEPDの中でも10μm以上の大
きいものをいう。また、LFPDは、上記したFPDの
中でも先端ピットの大きさが10μm以上の大きいもの
をいい、こちらも転位ループ起因と考えられている。
【0026】6)Cuデポジション法は、半導体ウエー
ハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウエーハの欠陥
に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対して
も正確に測定し、分析できるウエーハの評価法である。
ハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウエーハの欠陥
に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対して
も正確に測定し、分析できるウエーハの評価法である。
【0027】具体的なウエーハの評価方法は、ウエーハ
表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウエーハ
の表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して
欠陥部位にCu等の電解物質を析出(デポジション)す
るものである。つまり、Cuデポジション法は、Cuイ
オンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸
化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に
電流が流れ、CuイオンがCuとなって析出することを
利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはC
OP等の欠陥が存在していることが知られている。
表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウエーハ
の表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して
欠陥部位にCu等の電解物質を析出(デポジション)す
るものである。つまり、Cuデポジション法は、Cuイ
オンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸
化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に
電流が流れ、CuイオンがCuとなって析出することを
利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはC
OP等の欠陥が存在していることが知られている。
【0028】Cuデポジションされたウエーハの欠陥部
位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密
度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子
顕微鏡(TEM)または走査電子顕微鏡(SEM)等で
も確認することができる。
位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密
度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子
顕微鏡(TEM)または走査電子顕微鏡(SEM)等で
も確認することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明者らは、CZ法によるシリ
コン単結晶成長に関し、V領域とI領域の境界近辺につ
いて詳細に調査したところ、V領域とI領域の中間でO
SFリングの外側に、FPD、LSTD、COPの数が
著しく少なく、L/Dも存在しないニュートラルなN領
域を見出した。
コン単結晶成長に関し、V領域とI領域の境界近辺につ
いて詳細に調査したところ、V領域とI領域の中間でO
SFリングの外側に、FPD、LSTD、COPの数が
著しく少なく、L/Dも存在しないニュートラルなN領
域を見出した。
【0030】ところが、上記グローンイン欠陥の無いN
領域で結晶を育成しても、酸化膜耐圧特性が悪いものが
あり、その原因がよく判っていなかった。そこで本発明
者等は、Cuデポジション法によりN領域についてさら
に詳細に調査したところ、OSF領域の外側のN領域で
あって、析出熱処理後酸素析出が発生し易い領域の一部
にCuデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生
する領域があることを発見した。そして、これが酸化膜
耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となってい
ることをつきとめた。
領域で結晶を育成しても、酸化膜耐圧特性が悪いものが
あり、その原因がよく判っていなかった。そこで本発明
者等は、Cuデポジション法によりN領域についてさら
に詳細に調査したところ、OSF領域の外側のN領域で
あって、析出熱処理後酸素析出が発生し易い領域の一部
にCuデポジション処理で検出される欠陥が著しく発生
する領域があることを発見した。そして、これが酸化膜
耐圧特性のような電気特性を劣化させる原因となってい
ることをつきとめた。
【0031】そこで、このOSFの外側のN領域であっ
て、Cuデポジションにより検出される欠陥領域のない
領域をウエーハ全面に広げることができれば、前記種々
のグローンイン欠陥がないとともに、確実に酸化膜耐圧
特性等を向上することができるウエーハが得られること
になる。
て、Cuデポジションにより検出される欠陥領域のない
領域をウエーハ全面に広げることができれば、前記種々
のグローンイン欠陥がないとともに、確実に酸化膜耐圧
特性等を向上することができるウエーハが得られること
になる。
【0032】そして、OSFの外側のN領域であって、
Cuデポジッション欠陥領域が消滅する成長速度と、巨
大転位クラスタが出現するI領域の成長速度との間の速
度(以下、無欠陥領域成長速度という場合がある。)で
単結晶を育成することで、前記種々のグローンイン欠陥
がないとともに、確実に酸化膜耐圧特性等を向上するこ
とができる無欠陥のシリコン単結晶ウエーハが得られる
ことが分かった。
Cuデポジッション欠陥領域が消滅する成長速度と、巨
大転位クラスタが出現するI領域の成長速度との間の速
度(以下、無欠陥領域成長速度という場合がある。)で
単結晶を育成することで、前記種々のグローンイン欠陥
がないとともに、確実に酸化膜耐圧特性等を向上するこ
とができる無欠陥のシリコン単結晶ウエーハが得られる
ことが分かった。
【0033】しかし、このような無欠陥領域成長速度
は、従来の単結晶の引き上げ速度より低下させる必要が
あり、制御範囲が狭いこともあって、著しく単結晶製造
コストを上昇させてしまう。そこで、上記無欠陥領域成
長速度を向上させることが必要である。
は、従来の単結晶の引き上げ速度より低下させる必要が
あり、制御範囲が狭いこともあって、著しく単結晶製造
コストを上昇させてしまう。そこで、上記無欠陥領域成
長速度を向上させることが必要である。
【0034】そこで、本発明者等はさらに調査したとこ
ろ、ルツボ回転数と無欠陥領域成長速度とに相関があ
り、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向と同じ
方向に回転させることで無欠陥領域成長速度を上昇させ
ることができることを見出した。
ろ、ルツボ回転数と無欠陥領域成長速度とに相関があ
り、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向と同じ
方向に回転させることで無欠陥領域成長速度を上昇させ
ることができることを見出した。
【0035】本発明はこれらの知見に基づいて完成され
たものであり、すなわち、ルツボを回転させずに又は種
結晶の回転方向と同じ方向に回転させるとともに、熱酸
化処理をした際にリング状に発生するOSFの外側のN
領域であって、Cuデポジションにより検出される欠陥
領域が存在しない無欠陥領域内で結晶を育成することを
特徴とするものである。以下、図面を参照しながらさら
に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
たものであり、すなわち、ルツボを回転させずに又は種
結晶の回転方向と同じ方向に回転させるとともに、熱酸
化処理をした際にリング状に発生するOSFの外側のN
領域であって、Cuデポジションにより検出される欠陥
領域が存在しない無欠陥領域内で結晶を育成することを
特徴とするものである。以下、図面を参照しながらさら
に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【0036】図1(a)は、本発明で使用することがで
きる単結晶引上げ装置の一例を示している。この単結晶
引上げ装置30は、引上げ室31と、引上げ室31中に
設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置され
たヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸
33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結
晶を保持するシードチャック6と、シードチャック6を
引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取
機構(図示せず)を備えている。また、ヒータ34の外
側周囲には断熱材35が配置されている。
きる単結晶引上げ装置の一例を示している。この単結晶
引上げ装置30は、引上げ室31と、引上げ室31中に
設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置され
たヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸
33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結
晶を保持するシードチャック6と、シードチャック6を
引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取
機構(図示せず)を備えている。また、ヒータ34の外
側周囲には断熱材35が配置されている。
【0037】ルツボ32は、その内側のシリコン融液
(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その
外側には黒鉛ルツボが設けられている。そして、ルツボ
保持軸33を回転機構によって左右いずれの方向にも回
転できるように正負回転切り替えスイッチが設けられて
おり、図1(b)に示すように、ルツボ32を種結晶の
回転方向(上軸回転方向)と同じ方向にも逆の方向にも
回転させることができるようになっている。
(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その
外側には黒鉛ルツボが設けられている。そして、ルツボ
保持軸33を回転機構によって左右いずれの方向にも回
転できるように正負回転切り替えスイッチが設けられて
おり、図1(b)に示すように、ルツボ32を種結晶の
回転方向(上軸回転方向)と同じ方向にも逆の方向にも
回転させることができるようになっている。
【0038】また、本発明の製造方法に関わる製造条件
を設定するために、環状の黒鉛筒(遮熱板)9が設けら
れており、さらに結晶の固液界面4近傍の外周に環状の
外側断熱材10が設けられている。この外側断熱材10
は、その下端とシリコン融液2の湯面3との間に2〜2
0cmの間隔を設けて設置されている。さらに、冷却ガ
スを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒
状の冷却装置を設けてもよい。こうすれば、結晶中心部
分の温度勾配Gc[℃/cm]と結晶周辺部分の温度勾
配Geとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配
の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御する
こともできる。
を設定するために、環状の黒鉛筒(遮熱板)9が設けら
れており、さらに結晶の固液界面4近傍の外周に環状の
外側断熱材10が設けられている。この外側断熱材10
は、その下端とシリコン融液2の湯面3との間に2〜2
0cmの間隔を設けて設置されている。さらに、冷却ガ
スを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒
状の冷却装置を設けてもよい。こうすれば、結晶中心部
分の温度勾配Gc[℃/cm]と結晶周辺部分の温度勾
配Geとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配
の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御する
こともできる。
【0039】さらに、引上げ室31の水平方向の外側に
は、ルツボ32内のシリコン融液2に水平磁場(横磁
場)を印加するための超電導方式の磁石36が設けられ
ている。これにより、融液2の対流を抑制し、単結晶の
安定成長をはかる、いわゆるH−MCZ法によりシリコ
ン単結晶の引き上げを行うことができる。なお、磁石3
6は、常電導方式としてもよい。
は、ルツボ32内のシリコン融液2に水平磁場(横磁
場)を印加するための超電導方式の磁石36が設けられ
ている。これにより、融液2の対流を抑制し、単結晶の
安定成長をはかる、いわゆるH−MCZ法によりシリコ
ン単結晶の引き上げを行うことができる。なお、磁石3
6は、常電導方式としてもよい。
【0040】このような単結晶引上げ装置30を用いて
シリコン単結晶を製造するには、まず、ルツボ32内で
シリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420°C)
以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ7を巻き出すこ
とにより融液2の表面略中心部に種結晶の先端を接触又
は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を回転させる
とともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取る。これに
より種結晶も回転しながら引上げられ、単結晶の育成が
開始され、以後、引上げ速度と温度を適切に調節するこ
とにより略円柱形状の単結晶棒1を得ることができる。
シリコン単結晶を製造するには、まず、ルツボ32内で
シリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420°C)
以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ7を巻き出すこ
とにより融液2の表面略中心部に種結晶の先端を接触又
は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を回転させる
とともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取る。これに
より種結晶も回転しながら引上げられ、単結晶の育成が
開始され、以後、引上げ速度と温度を適切に調節するこ
とにより略円柱形状の単結晶棒1を得ることができる。
【0041】このとき、従来、種結晶、すなわち育成単
結晶棒の回転方向とルツボの回転方向は逆方向とされる
が、本発明では、上記のようにシリコン単結晶の育成を
行う際、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向と
同じ方向に回転させるとともに、熱酸化処理をした際に
リング状に発生するOSFの外側のN領域であって、C
uデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない
無欠陥領域内で結晶を育成するようにする。
結晶棒の回転方向とルツボの回転方向は逆方向とされる
が、本発明では、上記のようにシリコン単結晶の育成を
行う際、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向と
同じ方向に回転させるとともに、熱酸化処理をした際に
リング状に発生するOSFの外側のN領域であって、C
uデポジションにより検出される欠陥領域が存在しない
無欠陥領域内で結晶を育成するようにする。
【0042】(実験1):無欠陥領域の結晶成長速度の
確認 上記のような単結晶製造装置30を用いて、無欠陥のシ
リコン単結晶を成長させる条件を確認するため、以下の
ように結晶成長速度の漸減実験を行い、得られた単結晶
についてFPD、LFPD、LSEPD、及びOSFの
確認、並びに酸化膜耐圧特性の評価を行った。
確認 上記のような単結晶製造装置30を用いて、無欠陥のシ
リコン単結晶を成長させる条件を確認するため、以下の
ように結晶成長速度の漸減実験を行い、得られた単結晶
についてFPD、LFPD、LSEPD、及びOSFの
確認、並びに酸化膜耐圧特性の評価を行った。
【0043】まず、24インチ(600mm)径の石英
ルツボに原料となる多結晶シリコンを150kgチャー
ジし、直径8インチ(200mm)、方位<100>の
シリコン単結晶を育成した。ここでは、単結晶を育成す
る際、成長速度を直胴部10cmから尾部にかけて0.
8mm/minから0.4mm/minまで漸減させる
ように制御した。
ルツボに原料となる多結晶シリコンを150kgチャー
ジし、直径8インチ(200mm)、方位<100>の
シリコン単結晶を育成した。ここでは、単結晶を育成す
る際、成長速度を直胴部10cmから尾部にかけて0.
8mm/minから0.4mm/minまで漸減させる
ように制御した。
【0044】このような結晶成長速度の漸減実験を、ル
ツボを様々な回転数に設定して行った。具体的には、ル
ツボを、停止したままで(0rpm)、または種結晶の
回転方向(上軸回転方向)と同じ方向に0.1rpm、
0.3rpm、0.5rpm、1.0rpm、2.0r
pm、3.0rpmの各回転数、さらに、種結晶と逆の
方向に0.1rpm、1.0rpm、2.0rpmの各
回転数に設定した。なお、いずれの場合においても、単
結晶の育成中、単結晶中心部における磁場強度が400
0Gとなるように超電導方式により水平磁場を印加し
た。なお、この磁場強度については特に限定されない
が、例えば中心の磁場強度が500〜5000G程度の
水平磁場を印加するのが適当である。上記のように育成
した各シリコン単結晶に対し、以下のような評価を行っ
た。
ツボを様々な回転数に設定して行った。具体的には、ル
ツボを、停止したままで(0rpm)、または種結晶の
回転方向(上軸回転方向)と同じ方向に0.1rpm、
0.3rpm、0.5rpm、1.0rpm、2.0r
pm、3.0rpmの各回転数、さらに、種結晶と逆の
方向に0.1rpm、1.0rpm、2.0rpmの各
回転数に設定した。なお、いずれの場合においても、単
結晶の育成中、単結晶中心部における磁場強度が400
0Gとなるように超電導方式により水平磁場を印加し
た。なお、この磁場強度については特に限定されない
が、例えば中心の磁場強度が500〜5000G程度の
水平磁場を印加するのが適当である。上記のように育成
した各シリコン単結晶に対し、以下のような評価を行っ
た。
【0045】評価方法
(1)育成した各単結晶棒の直胴部を結晶軸方向に10
cm毎の長さでブロックに切断した後、各ブロックをさ
らに結晶軸方向に縦割り切断し、約2mm厚のサンプル
を作製した。 (2)上記サンプルについてFPD、LFPD、LSE
PD、及びOSFの確認を行った。具体的には、各サン
プルを平面研削した後、ミラーエッチング、セコエッチ
ング(30分間)を施し、無攪拌のまま放置し、所定の
処理後、各欠陥の密度測定を行った。なお、OSFの評
価に関しては、1150℃、100分間(ウエット酸素
雰囲気下)の熱処理後冷却し(800℃で出し入れ)、
薬液で酸化膜を除去した後、OSFリングパターンの確
認と密度測定を行った。 (3)さらにCuデポジッションによる欠陥評価も行っ
た。処理方法は結晶軸方向に縦割り切断したサンプルの
うち1枚は6インチ径のウェーハ形状にくりぬき加工
し、ポリッシュにより鏡面状態に仕上げ、酸化膜形成後
Cuデポジッション処理を行い、酸化膜欠陥の分布状況
を確認した。その際、評価条件は以下の通りである。 酸化膜:25nm 電界強度:6MV/cm 電圧印加時間:5分間
cm毎の長さでブロックに切断した後、各ブロックをさ
らに結晶軸方向に縦割り切断し、約2mm厚のサンプル
を作製した。 (2)上記サンプルについてFPD、LFPD、LSE
PD、及びOSFの確認を行った。具体的には、各サン
プルを平面研削した後、ミラーエッチング、セコエッチ
ング(30分間)を施し、無攪拌のまま放置し、所定の
処理後、各欠陥の密度測定を行った。なお、OSFの評
価に関しては、1150℃、100分間(ウエット酸素
雰囲気下)の熱処理後冷却し(800℃で出し入れ)、
薬液で酸化膜を除去した後、OSFリングパターンの確
認と密度測定を行った。 (3)さらにCuデポジッションによる欠陥評価も行っ
た。処理方法は結晶軸方向に縦割り切断したサンプルの
うち1枚は6インチ径のウェーハ形状にくりぬき加工
し、ポリッシュにより鏡面状態に仕上げ、酸化膜形成後
Cuデポジッション処理を行い、酸化膜欠陥の分布状況
を確認した。その際、評価条件は以下の通りである。 酸化膜:25nm 電界強度:6MV/cm 電圧印加時間:5分間
【0046】評価結果
上記のような評価により、各シリコン単結晶において、
熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSFの外側
のN領域に、Cuデポジションにより検出される欠陥領
域も存在しない無欠陥領域が確認できた。図2は、この
ような無欠陥領域とその成長速度の関係を示したもので
ある。この図から、育成中のシリコン単結晶の成長速度
を漸減した場合、OSFリング消滅後に残存するCuデ
ポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の
成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転
位ループ(巨大転位クラスタ:I領域)が発生する境界
の成長速度との間が、OSF外側のN領域であり、Cu
デポジションにより検出される欠陥領域が存在しない無
欠陥領域となる成長速度(無欠陥領域成長速度)として
特定することができる。
熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSFの外側
のN領域に、Cuデポジションにより検出される欠陥領
域も存在しない無欠陥領域が確認できた。図2は、この
ような無欠陥領域とその成長速度の関係を示したもので
ある。この図から、育成中のシリコン単結晶の成長速度
を漸減した場合、OSFリング消滅後に残存するCuデ
ポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の
成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転
位ループ(巨大転位クラスタ:I領域)が発生する境界
の成長速度との間が、OSF外側のN領域であり、Cu
デポジションにより検出される欠陥領域が存在しない無
欠陥領域となる成長速度(無欠陥領域成長速度)として
特定することができる。
【0047】各シリコン単結晶について上記のようにし
て無欠陥領域成長速度を割り出し、表1に示した。さら
に、図3でルツボの回転数と無欠陥領域成長速度との関
係をグラフ化した。尚、表1及び図3に示した無欠陥領
域成長速度は、Cuデポジッション欠陥消滅速度と巨大
転位クラスタ(LSEPD、LFPD)発生速度との中
間値である。
て無欠陥領域成長速度を割り出し、表1に示した。さら
に、図3でルツボの回転数と無欠陥領域成長速度との関
係をグラフ化した。尚、表1及び図3に示した無欠陥領
域成長速度は、Cuデポジッション欠陥消滅速度と巨大
転位クラスタ(LSEPD、LFPD)発生速度との中
間値である。
【0048】
【表1】
【0049】表1及び図3から明らかなように、ルツボ
を種結晶と逆方向に回転させた場合、回転数が小さいほ
ど無欠陥領域成長速度が大きくなるが、いずれも0.5
7mm/min未満となる。一方、ルツボを停止した状
態、あるいはルツボを種結晶と同じ方向に回転させて結
晶の成長を行った場合、いずれも0.57mm/min
以上の無欠陥領域成長速度が達成されている。従って、
例えば、ルツボを回転させずに、又は種結晶の回転方向
と同じ方向に0〜2rpmの範囲内の回転速度で回転さ
せることで、少なくとも0.58mm/minに近い無
欠陥領域成長速度を達成することができ、特に、0〜1
rpmであれば、0.585mm/min以上となるさ
らに高速の無欠陥領域成長速度を達成することができ
る。
を種結晶と逆方向に回転させた場合、回転数が小さいほ
ど無欠陥領域成長速度が大きくなるが、いずれも0.5
7mm/min未満となる。一方、ルツボを停止した状
態、あるいはルツボを種結晶と同じ方向に回転させて結
晶の成長を行った場合、いずれも0.57mm/min
以上の無欠陥領域成長速度が達成されている。従って、
例えば、ルツボを回転させずに、又は種結晶の回転方向
と同じ方向に0〜2rpmの範囲内の回転速度で回転さ
せることで、少なくとも0.58mm/minに近い無
欠陥領域成長速度を達成することができ、特に、0〜1
rpmであれば、0.585mm/min以上となるさ
らに高速の無欠陥領域成長速度を達成することができ
る。
【0050】このような実験から、図1のような装置を
用いてチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造
を行う場合、ルツボを回転させずに又は前記種結晶の回
転方向と同じ方向に回転させるとともに、熱酸化処理を
した際にリング状に発生するOSFの外側のN領域であ
って、Cuデポジションにより検出される欠陥領域が存
在しない無欠陥領域内、換言すれば、育成中のシリコン
単結晶の成長速度を漸減した場合、OSFリング消滅後
に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域
が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減し
た場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度と
の間の成長速度に制御して結晶を育成することで、結晶
全体が無欠陥領域となるシリコン単結晶を高速で育成す
ることができる。特に、ルツボは、種結晶と同方向に、
好ましくは0〜2rpm、より好ましくは、0〜1rp
mの範囲の回転速度で回転させれば、無欠陥のシリコン
単結晶をより高速で育成することができる。
用いてチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造
を行う場合、ルツボを回転させずに又は前記種結晶の回
転方向と同じ方向に回転させるとともに、熱酸化処理を
した際にリング状に発生するOSFの外側のN領域であ
って、Cuデポジションにより検出される欠陥領域が存
在しない無欠陥領域内、換言すれば、育成中のシリコン
単結晶の成長速度を漸減した場合、OSFリング消滅後
に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域
が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減し
た場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度と
の間の成長速度に制御して結晶を育成することで、結晶
全体が無欠陥領域となるシリコン単結晶を高速で育成す
ることができる。特に、ルツボは、種結晶と同方向に、
好ましくは0〜2rpm、より好ましくは、0〜1rp
mの範囲の回転速度で回転させれば、無欠陥のシリコン
単結晶をより高速で育成することができる。
【0051】従って、このような方法により育成したシ
リコン単結晶棒をスライス加工することで、全面が無欠
陥、すなわち、FPD等のV領域欠陥、巨大転位クラス
タ等のI領域欠陥、OSF欠陥を含まず、Cuデポジッ
ションにより検出される欠陥もない、高耐圧で優れた電
気特性を持つ高品質のシリコンウェーハが効率的に得ら
れることになる。
リコン単結晶棒をスライス加工することで、全面が無欠
陥、すなわち、FPD等のV領域欠陥、巨大転位クラス
タ等のI領域欠陥、OSF欠陥を含まず、Cuデポジッ
ションにより検出される欠陥もない、高耐圧で優れた電
気特性を持つ高品質のシリコンウェーハが効率的に得ら
れることになる。
【0052】(実験2):ルツボの回転と結晶固液界面
温度勾配との関係 成長方向に全面N領域となる結晶を育成するには、前記
したように、あくまでもV/Gが一定になるように引上
げ速度を調節すれば良い。従って、Gを大きくすること
ができれば、引上げ速度Vも上昇し(V/Gは一定)、
全面N領域となる結晶を育成できることになる。そこ
で、実験1で得られた結果を検証すべく、ルツボの回転
と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)との関係を、総合
伝熱解析ソフト「IHTCM」(詳しくは、T.A.Kinne
y, D.E.Bornside, R.A.Brown and K.M.Kim, Journal of
Crystal Growth,vol.126,pp413,(1993)及びT.A.Kinney
and R.A.Brown, Journal of Crystal Growth,vol.132,
pp551,(1993)を参照)を用いて対流シミュレーション計
算を行い、結晶固液界面における軸方向の温度勾配
(G)を調べた。その結果を図4に示した。
温度勾配との関係 成長方向に全面N領域となる結晶を育成するには、前記
したように、あくまでもV/Gが一定になるように引上
げ速度を調節すれば良い。従って、Gを大きくすること
ができれば、引上げ速度Vも上昇し(V/Gは一定)、
全面N領域となる結晶を育成できることになる。そこ
で、実験1で得られた結果を検証すべく、ルツボの回転
と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)との関係を、総合
伝熱解析ソフト「IHTCM」(詳しくは、T.A.Kinne
y, D.E.Bornside, R.A.Brown and K.M.Kim, Journal of
Crystal Growth,vol.126,pp413,(1993)及びT.A.Kinney
and R.A.Brown, Journal of Crystal Growth,vol.132,
pp551,(1993)を参照)を用いて対流シミュレーション計
算を行い、結晶固液界面における軸方向の温度勾配
(G)を調べた。その結果を図4に示した。
【0053】図4から明らかなように、ルツボを種結晶
の回転方向とは逆の方向(反上軸回転方向)に回転させ
た場合より、ルツボを回転させないか、同じ方向(上軸
回転方向)に回転させた方が結晶固液界面軸方向温度勾
配Gが高くなることが分かる。上記シミュレーションの
結果から、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向
と同じ方向に回転させることでGを大きくすることがで
き、無欠陥のシリコン単結晶を育成する際の無欠陥領域
成長速度Vも高速化することができるものと考えられ
る。すなわち、実験1で得られた結果を裏付けるもので
あった。
の回転方向とは逆の方向(反上軸回転方向)に回転させ
た場合より、ルツボを回転させないか、同じ方向(上軸
回転方向)に回転させた方が結晶固液界面軸方向温度勾
配Gが高くなることが分かる。上記シミュレーションの
結果から、ルツボを回転させずに又は種結晶の回転方向
と同じ方向に回転させることでGを大きくすることがで
き、無欠陥のシリコン単結晶を育成する際の無欠陥領域
成長速度Vも高速化することができるものと考えられ
る。すなわち、実験1で得られた結果を裏付けるもので
あった。
【0054】(実験3):結晶中の酸素濃度の制御
ルツボの回転速度を一定にして結晶を引き上げると、直
胴後半に向って単結晶中の酸素濃度が低下する。そこ
で、ルツボを種結晶と同じ方向に回転させ、ルツボ回転
数を漸増させながら結晶直胴部の育成を行い、得られた
シリコン単結晶の直胴部における初期酸素濃度を20c
mごとに測定を行った。その結果を図5に示した。この
グラフから明らかなように、ルツボをほとんど回転させ
ずに育成した直胴部の最初の部分での酸素濃度を下げ、
直胴後半の酸素濃度を上げることができ、単結晶棒全体
の酸素濃度をほぼ一定に保つことができていることが分
かる。また、例えば、目標酸素濃度がより低い場合は、
ルツボを停止したまま(0rpm)に近い条件で育成す
れば、無欠陥かつ低酸素濃度のシリコン単結晶を育成す
ることができる。
胴後半に向って単結晶中の酸素濃度が低下する。そこ
で、ルツボを種結晶と同じ方向に回転させ、ルツボ回転
数を漸増させながら結晶直胴部の育成を行い、得られた
シリコン単結晶の直胴部における初期酸素濃度を20c
mごとに測定を行った。その結果を図5に示した。この
グラフから明らかなように、ルツボをほとんど回転させ
ずに育成した直胴部の最初の部分での酸素濃度を下げ、
直胴後半の酸素濃度を上げることができ、単結晶棒全体
の酸素濃度をほぼ一定に保つことができていることが分
かる。また、例えば、目標酸素濃度がより低い場合は、
ルツボを停止したまま(0rpm)に近い条件で育成す
れば、無欠陥かつ低酸素濃度のシリコン単結晶を育成す
ることができる。
【0055】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0056】例えば、本発明によりシリコン単結晶の製
造を行う際に使用する装置は、図1のような装置に限定
されず、種結晶と同じ方向にルツボを回転させることが
でき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSF
の外側のN領域であって、Cuデポジションにより検出
される欠陥領域が存在しない無欠陥領域内でシリコン単
結晶を製造することができる装置であれば、限定無く使
用することができる。例えば、水平磁場を印加せずに結
晶成長を行ってもよい。
造を行う際に使用する装置は、図1のような装置に限定
されず、種結晶と同じ方向にルツボを回転させることが
でき、熱酸化処理をした際にリング状に発生するOSF
の外側のN領域であって、Cuデポジションにより検出
される欠陥領域が存在しない無欠陥領域内でシリコン単
結晶を製造することができる装置であれば、限定無く使
用することができる。例えば、水平磁場を印加せずに結
晶成長を行ってもよい。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
V領域、OSF領域、I領域、及びCuデポジッション
欠陥領域を含まない無欠陥領域のシリコン単結晶を高速
で引き上げることができる。従って、酸化膜耐圧等の電
気特性を向上させることができるシリコン単結晶を高速
かつ安定して製造し、高耐圧で優れた電気特性を持つ無
欠陥のシリコン単結晶ウェーハを低コストで提供するこ
とができる。
V領域、OSF領域、I領域、及びCuデポジッション
欠陥領域を含まない無欠陥領域のシリコン単結晶を高速
で引き上げることができる。従って、酸化膜耐圧等の電
気特性を向上させることができるシリコン単結晶を高速
かつ安定して製造し、高耐圧で優れた電気特性を持つ無
欠陥のシリコン単結晶ウェーハを低コストで提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用することができるシリコン単結晶
製造装置の一例である。 (a)概略図 (b)結晶とルツボの回転方向
製造装置の一例である。 (a)概略図 (b)結晶とルツボの回転方向
【図2】無欠陥領域成長速度を示すグラフである。
【図3】ルツボの回転数と無欠陥領域成長速度との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図4】ルツボの回転と結晶界面軸方向の温度勾配との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図5】ルツボの回転数と初期酸素濃度との関係を示す
グラフである。 (a)結晶直胴長さに対するルツボ回転数 (b)結晶直胴長さに対する初期酸素濃度
グラフである。 (a)結晶直胴長さに対するルツボ回転数 (b)結晶直胴長さに対する初期酸素濃度
【図6】従来の技術による成長速度と結晶の欠陥分布を
示す説明図である。
示す説明図である。
1…成長単結晶棒、 2…シリコン融液、 3…湯面、
4…固液界面、6…シードチャック、 7…ワイヤ、
9…黒鉛筒、 10…外側断熱材、30…単結晶引上
げ装置、 31…引上げ室、 32…ルツボ、33…ル
ツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材、 36
…磁石。V…V領域、N…N領域、OSF…OSFリン
グ及びOSF領域、I…I領域。
4…固液界面、6…シードチャック、 7…ワイヤ、
9…黒鉛筒、 10…外側断熱材、30…単結晶引上
げ装置、 31…引上げ室、 32…ルツボ、33…ル
ツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材、 36
…磁石。V…V領域、N…N領域、OSF…OSFリン
グ及びOSF領域、I…I領域。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森 達生
福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平
150番地 信越半導体株式会社半導体白河
研究所内
(72)発明者 布施川 泉
福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平
150番地 信越半導体株式会社半導体白河
研究所内
(72)発明者 太田 友彦
福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平
150番地 信越半導体株式会社半導体白河
研究所内
Fターム(参考) 4G077 AA02 BA04 CF10 EH06 EH08
PF17 PF51
Claims (5)
- 【請求項1】 ルツボ内に収容したシリコン融液に種結
晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引き上げ
てシリコン単結晶を育成するチョクラルスキー法による
シリコン単結晶の製造方法において、前記ルツボを回転
させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向に回転さ
せるとともに、熱酸化処理をした際にリング状に発生す
るOSFの外側のN領域であって、Cuデポジションに
より検出される欠陥領域が存在しない無欠陥領域内で結
晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。 - 【請求項2】 ルツボ内に収容したシリコン融液に種結
晶を接触させた後、該種結晶を回転させながら引き上げ
てシリコン単結晶を育成するチョクラルスキー法による
シリコン単結晶の製造方法において、前記ルツボを回転
させずに又は前記種結晶の回転方向と同じ方向に回転さ
せるとともに、育成中のシリコン単結晶の成長速度を漸
減した場合、OSFリング消滅後に残存するCuデポジ
ションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長
速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転位ル
ープが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御
して結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の
製造方法。 - 【請求項3】 前記シリコン融液に水平磁場を印加しな
がら前記シリコン単結晶を育成することを特徴とする請
求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶の製造方
法。 - 【請求項4】 前記ルツボの回転速度を0〜2rpmの
範囲内とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3
のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項5】 前記請求項1ないし請求項4のいずれか
一項に記載の方法により育成したシリコン単結晶からス
ライス加工したものであることを特徴とする無欠陥のシ
リコン単結晶ウェーハ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002124900A JP2003321297A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ |
PCT/JP2003/005243 WO2003091484A1 (fr) | 2002-04-25 | 2003-04-24 | Procede de production d'un cristal unique de silicium et plaquette de cristal unique de silicium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002124900A JP2003321297A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=29267542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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WO (1) | WO2003091484A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101105475B1 (ko) | 2009-02-04 | 2012-01-13 | 주식회사 엘지실트론 | 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법 |
JP2018510839A (ja) * | 2015-04-14 | 2018-04-19 | エスケイ・シルトロン・カンパニー・リミテッド | シリコン単結晶インゴットの成長装置及び方法 |
CN110129890A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010202414A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Sumco Corp | シリコン単結晶の育成方法及びシリコンウェーハの製造方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3085146B2 (ja) * | 1995-05-31 | 2000-09-04 | 住友金属工業株式会社 | シリコン単結晶ウェーハおよびその製造方法 |
JP3449729B2 (ja) * | 1997-04-09 | 2003-09-22 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | 単結晶シリコンウエハを製造する方法 |
JP3747123B2 (ja) * | 1997-11-21 | 2006-02-22 | 信越半導体株式会社 | 結晶欠陥の少ないシリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶ウエーハ |
JP3943717B2 (ja) * | 1998-06-11 | 2007-07-11 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶ウエーハ及びその製造方法 |
JP4808832B2 (ja) * | 2000-03-23 | 2011-11-02 | Sumco Techxiv株式会社 | 無欠陥結晶の製造方法 |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002124900A patent/JP2003321297A/ja active Pending
-
2003
- 2003-04-24 WO PCT/JP2003/005243 patent/WO2003091484A1/ja active Application Filing
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101105475B1 (ko) | 2009-02-04 | 2012-01-13 | 주식회사 엘지실트론 | 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법 |
JP2018510839A (ja) * | 2015-04-14 | 2018-04-19 | エスケイ・シルトロン・カンパニー・リミテッド | シリコン単結晶インゴットの成長装置及び方法 |
US10344395B2 (en) | 2015-04-14 | 2019-07-09 | Sk Siltron Co., Ltd. | Apparatus and method for growing silicon single crystal ingot |
CN110129890A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
CN110129890B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-02-02 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003091484A1 (fr) | 2003-11-06 |
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