JP2688137B2 - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶の引上
げ方法に関するもので、詳しくは、チョクラルスキー法
によるシリコン単結晶の引上げ方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造に用いられるシリコン
単結晶は主にチョクラルスキー法（ＣＺ法）によって製
造されているが、この中に、磁場印加チョクラルスキー
法（ＭＣＺ法）と呼ばれる方法がある。

【０００３】このＭＣＺ法は、石英るつぼと結晶とを相
対回転させるとともに、磁場を印加することにより、シ
リコン単結晶を引き上げる方法であるが、通常、石英る
つぼの回転速度は０．１〜１０ｒｐｍ、結晶回転速度は
１０〜３０ｒｐｍに維持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、通常のＣ
Ｚ法に比較して、結晶中の酸素濃度の制御性が良く、超
低酸素濃度のシリコン単結晶を製造できるという利点が
あるが、その利点があるのは５インチ未満のシリコン単
結晶の引上げに限られていた。酸素濃度に関し具体的な
数値をあげれば、５インチ未満のシリコン単結晶の場合
には、下限で１×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）程度の酸素濃
度のシリコン単結晶を実現できるのに対し、５インチ以
上のものでは下限で５×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）程度の
酸素濃度のものしか実現できなかった。また、下限で５
×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）程度の酸素濃度のものが得ら
れるとは言っても、均一性をもった状態で得られた訳で
はなかった。したがって、近年のシリコンウェーハの大
口径化（６インチウェーハ、８インチウェーハ）に適応
できないこととなってきた。

【０００５】この原因としては結晶引上げ機の大型化が
考えられる。具体的には、溶融シリコンの容器である石
英るつぼのサイズ（ちなみに従来は直径１６インチ）が
大型化し、溶融シリコンと石英るつぼとの接触面積が増
加したとともに、引上げ炉内の大型化に伴い結晶引上げ
中に加熱ヒータに供給される電力が増大し石英るつぼ壁
面の温度が上昇したことにより、石英の溶解量が増し、
溶融シリコン中の酸素濃度が増加したことが原因と考え
られる。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたも
ので、１６インチを超える石英るつぼを用いて引き上げ
られるシリコン単結晶にあっても十分に酸素濃度の低減
が図れる方法を提供することを目的としている。本願発
明は、酸素低減と同時に結晶成長方向の酸素濃度の均一
をも目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン単結晶
の引上げ方法は、シリコン単結晶をチョクラルスキー法
によって引き上げるにあたり、結晶回転速度を０．２〜
１．０５ｒｐｍ、石英るつぼ回転速度を０．１〜０．６
ｒｐｍに維持するとともに、直流磁場を水平方向に印加
しつつ、酸素濃度が２〜約６×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）
のシリコン単結晶を引き上げるようにしたものである。

【０００８】

【作用】前記方法によれば、石英るつぼと結晶との相対
回転速度を低くしているので、石英るつぼからの融液シ
リコンへの酸素の溶け込みが少なくなる上、結晶回転速
度自体を遅くしているので、結晶近くの比較的低酸素濃
度の融液シリコンのみで結晶を成長させることが可能と
なる。また、直流磁場を水平方向に印加したことによ
り、熱対流が抑制される。その結果、酸素濃度の低いつ
まり２〜約６×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）のシリコン単結
晶ひいてはシリコンウェーハの実現が図れる。

【０００９】なお、前記方法において、結晶回転速度を
０．２ｒｐｍ以上としたのは、０．２ｒｐｍ未満である
と、シリコン単結晶が丸く成長しないためであり、ま
た、石英るつぼ回転速度を０．１ｒｐｍ以上としたの
は、０．１ｒｐｍ未満であると、融液シリコンの撹拌が
全くなされずに、比較的低温となっている液面近傍で融
液シリコンが固化してしまう危険性があるからである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１１】シリコン原料を直径４５０ｍｍ（約１８イ
ンチ）の石英るつぼで溶融し、結晶方位＜１１１＞の種
結晶を用いて直径１３０ｍｍ（約５インチ）のシリコン
単結晶を成長させた。

【００１２】その際、石英るつぼ中央での磁束密度が４
０００Ｇ（ガウス）となるような直流水平磁場を印加
し、結晶回転速度を０．５ｒｐｍ、石英るつぼの回転速
度を０．３ｒｐｍ（前記結晶回転方向とは反対の方向）
にして結晶引上げを行った。また、その際、Ａｒガスを
２００リットル／ｍｉｎの流量で流した。

【００１３】そして、この引き上げられたシリコン単結
晶の酸素濃度の測定を行ったところ、図１に示す結果が
得られた。

【００１４】この図１からは、シリコン単結晶の肩の部
分を除けば、酸素濃度が２〜３×１０¹⁷（原子／ｃ
ｍ³）程度で均一になっているのが判る。

【００１５】このような結果が得られた理由を考える
に、従来のＭＣＺ法では、石英るつぼの回転速度が０．
１〜１０ｒｐｍ程度、結晶回転速度が１０〜３０ｒｐｍ
程度となっていることから、石英るつぼと結晶との相対
回転速度が比較的速く、その結果、石英るつぼからの酸
素の溶け込みが比較的多かったのに対して、前記実施例
の方法では、石英るつぼと結晶との相対回転速度が遅く
なっているため、石英るつぼからの酸素の溶け込みが抑
制されていることが先ず一つの理由と考えられる。

【００１６】また、実施例の方法では、結晶の引上げ速
度を０．５ｒｐｍにし、結晶近くの融液シリコンのみで
結晶を成長させている。その結果、結晶近くの比較的低
酸素濃度の融液シリコンのみで結晶を成長させることが
可能となり、シリコン単結晶の酸素濃度がより低減され
たものと考えられる。

【００１７】さらに、直流磁場を水平方向に印加したこ
とにより、主に石英るつぼ周辺部で起こる熱対流の鉛直
方向成分と、および主にるつぼ中心部で起こる回転に伴
う強制対流とが効果的に防止されて、シリコン単結晶の
酸素濃度がより低減されかつ均一化したものと考えられ
る。なお、他の条件を同じにして磁場強度を３５００Ｇ
（ガウス）にして同様の試験を行ったところ、図２に示
すような結果が得られた。この結果から、３５００Ｇの
場合は４〜６×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）の酸素濃度のシ
リコン単結晶が略均一的な状態で得られているのが判
る。

【００１８】（他の試験）その後、４０００Ｇの磁場強
度にした条件で、石英るつぼ回転速度および結晶回転速
度条件を変えて試験を行ったところ、酸素濃度が２〜３
×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）程度のシリコン単結晶が得ら
れる範囲を調べたところ、図３に示す斜線領域であるこ
とが判った。この斜線領域の結晶回転速度は、るつぼ回
転速度０．１ｒｐｍにおいて、１．０５ｒｐｍである。
また、るつぼ回転速度の最大値は０．６ｒｐｍである。

【００１９】なお、この試験結果から、石英るつぼ回転
速度を０．１ｒｐｍに向けて下げるに従って幅広い範囲
で良好な結果が得られていることが判る。つまり、石英
るつぼ回転速度よりも結晶回転速度の影響が強く現われ
ることが判る。

【００２０】以上の実験は実施例と同様に、直径５イン
チの単結晶引上げについて行われたが、さらに６〜８イ
ンチ等においても同様な結果が得られ、結晶回転速度お
よびるつぼ回転速度の関係は、ほぼ同一といえる。

【００２１】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、かかる実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が
可能であることはいうまでもない。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、シリコン単結晶をチョ
クラルスキー法によって引き上げるにあたり、結晶回転
速度を０．２〜１．０５ｒｐｍ、石英るつぼ回転速度を
０．１〜０．６ｒｐｍに維持するとともに、直流磁場を
水平方向に印加しつつシリコン単結晶を引き上げるよう
にしたので、１６インチを超える石英るつぼを用いて引
き上げられるシリコン単結晶にあっても十分に酸素濃度
の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験結果の酸素濃度分布を表す図である。

【図２】磁場強度を変えた場合の酸素濃度分布を表す図
である。

【図３】回転速度の最適範囲を示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶をチョクラルスキー法に
   よって引き上げるにあたり、結晶回転速度を０．２〜
   １．０５ｒｐｍ、石英るつぼ回転速度を０．１〜０．６
   ｒｐｍに維持するとともに、直流磁場を水平方向に印加
   しつつ、酸素濃度が２〜約６×１０¹⁷（原子／ｃｍ³）
   のシリコン単結晶を引き上げるようにしたことを特徴と
   するシリコン単結晶の引上げ方法。