JPH07109195A - Crystal growth apparatus and crystal growth method - Google Patents
Crystal growth apparatus and crystal growth methodInfo
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 坩堝13の上方に、引き上げ軸16に沿って
少なくとも3個以上の加熱手段21、22、24及び/
または冷却手段23が配設されていることを特徴とする
結晶成長装置。
【効果】 Si単結晶17を引き上げる際、加熱や冷却
に要するパワーP1、P2、P3、P4の付加パターン
をそれぞれ予め設定しておくことにより、4段階の温度
範囲においてそれぞれ所定の冷却速度でSi単結晶17
を冷却することができる。したがってSi単結晶17の
品質を改善することができ、得られたウエハに関してO
SF密度の減少、熱処理後のウエハ内部における析出酸
素量の増加及び酸化膜耐圧の向上を図ることができる。
(57) [Summary] [Structure] Above the crucible 13, at least three heating means 21, 22, 24 and /
Alternatively, a crystal growth apparatus is provided with a cooling means 23. [Effect] When pulling up the Si single crystal 17, the additional patterns of the powers P1, P2, P3, and P4 required for heating and cooling are set in advance, respectively, so that Si can be cooled at predetermined cooling rates in four temperature ranges. Single crystal 17
Can be cooled. Therefore, the quality of the Si single crystal 17 can be improved, and the O
It is possible to reduce the SF density, increase the amount of precipitated oxygen inside the wafer after the heat treatment, and improve the oxide film withstand voltage.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は結晶成長装置及び結晶成
長方法に関し、より詳細には例えば半導体材料として使
用される単結晶を成長させる際に用いられ、冷却速度を
制御しつつ単結晶を引き上げる結晶成長装置及び結晶成
長方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal growth apparatus and a crystal growth method, and more particularly, it is used for growing a single crystal used as a semiconductor material, for example, and pulls the single crystal while controlling a cooling rate. The present invention relates to a crystal growth apparatus and a crystal growth method.
【0002】[0002]
【従来の技術】結晶を引上げる方法には種々の方法があ
るが、その一つにチョクラルスキー法(以下、CZ法と
記す)がある。図3は従来のCZ法で使用される結晶成
長装置を模式的に示した断面図であり、図中11はチャ
ンバーを示している。チャンバー11は容器12により
形成され、図示しない真空ポンプにより低圧に保持され
ており、また上部チャンバー11aよりAr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の外周
にはこれと同心状にヒータ14が配設されており、坩堝
13内にはヒータ14により溶融させたシリコン(以
下、Siと記す)結晶用原料の溶融液15が充填されて
いる。坩堝13の中心軸上には引き上げ軸16が配設さ
れており、引き上げ軸16の先端に取り付けられた種結
晶16aを溶融液15の表面に接触させ、引き上げ軸1
6を引き上げていくことにより、溶融液15が凝固して
形成されるSi単結晶17を成長させつつ冷却してい
る。2. Description of the Related Art There are various methods for pulling a crystal, one of which is the Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method). FIG. 3 is a sectional view schematically showing a crystal growth apparatus used in the conventional CZ method, and 11 in the figure shows a chamber. The chamber 11 is formed by a container 12, is kept at a low pressure by a vacuum pump (not shown), and Ar gas is introduced from the upper chamber 11a. A crucible 13 having a cylindrical shape with a bottom is provided at a substantially central portion of the chamber 11, and a heater 14 is provided on the outer periphery of the crucible 13 concentrically with the crucible 13. The heater 14 melts the crucible 13 inside the crucible 13. A melt 15 of a silicon (hereinafter referred to as Si) crystal raw material is filled. A pulling shaft 16 is arranged on the central axis of the crucible 13. The seed crystal 16 a attached to the tip of the pulling shaft 16 is brought into contact with the surface of the melt 15 to pull up the pulling shaft 1.
By pulling 6 up, the Si single crystal 17 formed by solidifying the melt 15 is grown and cooled.
【0003】引き上げられたSi単結晶17の品質を評
価する項目の一つとして、積層欠陥がある(評価項目
(1))。積層欠陥はSi単結晶17中に析出したSi
酸化物中の化合酸素が酸素に戻り、これが原因で生じる
といわれている。この積層欠陥の発生を抑制するため、
Si単結晶17を引き上げる際、急速に冷却(以下、急
冷と記す)する方法が提案されている(特開平1−31
3384号公報)。A stacking fault is one of the items for evaluating the quality of the pulled Si single crystal 17 (evaluation item (1)). The stacking fault is caused by the Si deposited in the Si single crystal 17.
It is said that the compound oxygen in the oxide returns to oxygen and is caused by this. To suppress the occurrence of this stacking fault,
A method of rapidly cooling (hereinafter referred to as quenching) when pulling up the Si single crystal 17 has been proposed (JP-A-1-31).
3384).
【0004】図4は引き上げ中におけるSi単結晶17
を急冷するように構成された従来の結晶成長装置を模式
的に示した断面図であり、図中13は坩堝を示してい
る。坩堝13の上方における所定箇所には略円筒形状に
形成された冷却筒31が配設・固定されており、冷却筒
31内には流通室31aが形成され、流通室31aには
冷却液の導入管及び排出管(ともに図示せず)が接続さ
れている。そして水等の冷却液を流通室31a内に循環
させることにより、引き上げられるシリコン単結晶17
が冷却されるようになっている。このように構成された
装置を用いて結晶を成長させる場合、1050℃から8
50℃に至る冷却時間が140分以下(冷却速度1.4
℃/min以上)になるように調整し、Si単結晶17
を急冷しつつ引き上げている。FIG. 4 shows a Si single crystal 17 during pulling.
It is sectional drawing which showed typically the conventional crystal growth apparatus comprised so that it may be rapidly cooled. In the figure, 13 has shown the crucible. A cooling cylinder 31 formed in a substantially cylindrical shape is disposed and fixed at a predetermined position above the crucible 13, a circulation chamber 31a is formed in the cooling cylinder 31, and a cooling liquid is introduced into the circulation chamber 31a. A pipe and a discharge pipe (both not shown) are connected. Then, a cooling liquid such as water is circulated in the flow chamber 31a to pull up the silicon single crystal 17
Is to be cooled. When a crystal is grown using the apparatus configured as described above, 1050 ° C. to 8 ° C.
Cooling time to reach 50 ° C is 140 minutes or less (cooling rate 1.4
℃ / min or more), the Si single crystal 17
Is being raised while being rapidly cooled.
【0005】また、Si単結晶17の品質を評価する別
の項目として熱処理後におけるウエハ内部の析出酸素量
があり(評価項目(2))、この析出酸素はゲッタリン
グ作用をもたらすため、析出量の多いものが優れている
といえる。この析出酸素量を増大させるには、Si単結
晶17を成長させる際、800℃から600℃に至る温
度範囲を1.7℃/min以下の冷却速度で徐々に冷却
(以下、徐冷と記す)して引き上げればよいことが知ら
れている。Another item for evaluating the quality of the Si single crystal 17 is the amount of precipitated oxygen inside the wafer after the heat treatment (evaluation item (2)). Since this precipitated oxygen causes a gettering action, the amount of precipitation is It can be said that the one with a lot of is excellent. In order to increase the amount of precipitated oxygen, when the Si single crystal 17 is grown, the temperature range from 800 ° C. to 600 ° C. is gradually cooled at a cooling rate of 1.7 ° C./min or less (hereinafter referred to as slow cooling). It is known that you can pull it up.
【0006】さらにSi単結晶17の品質を評価する別
の項目として、ウエハの酸化膜耐圧がある(評価項目
(3))が、Si単結晶17を成長させる際における前
記酸化膜耐圧を高めるための有用な技術は現在のところ
開発されていない。Further, another item for evaluating the quality of the Si single crystal 17 is the oxide film breakdown voltage of the wafer (evaluation item (3)), but in order to increase the oxide film breakdown voltage when the Si single crystal 17 is grown. No useful technology has been developed so far.
【0007】なお、近年においては制御技術と結晶成長
技術とが進歩し、設定された所定の速度で引き上げるこ
とが行われはじめている。In recent years, the control technology and the crystal growth technology have advanced, and the pulling has started to be carried out at a set predetermined speed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】図4に示した結晶成長
装置及び結晶成長方法においては、評価項目(1)に関
する積層欠陥の抑制は図られているが、上記した3つの
品質評価項目のすべてについて対応することはできない
という課題があった。In the crystal growth apparatus and the crystal growth method shown in FIG. 4, the stacking fault related to the evaluation item (1) is suppressed, but all of the above three quality evaluation items are required. There was a problem that we could not deal with.
【0009】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、酸化導入積層欠陥(Oxidation induced Stac
king Fault: 以下、OSFと記す)密度の減少、熱処理
後のウエハ内部における析出酸素量の増加及びウエハの
酸化膜耐圧の向上を図ることができる結晶成長装置及び
結晶成長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 is based on the problems of oxidation-induced stacking fault (Oxidation induced Stac).
king Fault: hereinafter referred to as OSF) An object of the present invention is to provide a crystal growth apparatus and a crystal growth method capable of reducing the density, increasing the amount of precipitated oxygen inside the wafer after heat treatment, and improving the breakdown voltage of the oxide film on the wafer. I am trying.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る結晶成長装置は、結晶用原料が充填され
る坩堝を備え、該坩堝の周囲にヒータが配設され、前記
坩堝の上方に引き上げ軸が配設された結晶成長装置にお
いて、前記坩堝の上方に、前記引き上げ軸に沿って少な
くとも3個以上の加熱手段及び/または冷却手段が配設
されていることを特徴としている(1)。In order to achieve the above object, a crystal growth apparatus according to the present invention comprises a crucible filled with a raw material for crystal, a heater is provided around the crucible, and the crucible of the crucible is provided. In a crystal growth apparatus in which a pulling shaft is arranged above, at least three heating means and / or cooling means are arranged above the crucible along the pulling shaft ( 1).
【0011】また本発明に係る結晶成長方法は、上記
(1)記載の結晶成長装置を使用して単結晶を所定速度
で引き上げ、該単結晶に少なくとも3段階の異なる冷却
工程を付与することを特徴としている(2)。In the crystal growth method according to the present invention, the single crystal is pulled at a predetermined rate by using the crystal growth apparatus described in (1) above, and the single crystal is subjected to at least three different cooling steps. It is characterized (2).
【0012】また本発明に係る結晶成長装置は、上記
(1)記載の結晶成長装置において、単結晶温度を測定
する測定手段と、加熱手段及び/または冷却手段の温度
を制御する制御手段とが配設されていることを特徴とし
ている(3)。The crystal growth apparatus according to the present invention is the crystal growth apparatus according to the above (1), further comprising a measuring means for measuring the temperature of the single crystal and a control means for controlling the temperature of the heating means and / or the cooling means. It is characterized by being provided (3).
【0013】また本発明に係る結晶成長方法は、上記
(3)記載の結晶成長装置を使用して単結晶を引き上
げ、前記測定手段を用いて測定した前記単結晶の温度に
基づいて前記制御手段を作動させ、前記単結晶に少なく
とも3段階の異なる冷却工程を付与することを特徴とし
ている(4)。In the crystal growth method according to the present invention, the crystal growth apparatus described in (3) above is used to pull up a single crystal, and the control means is based on the temperature of the single crystal measured by the measurement means. Is operated, and at least three different cooling steps are applied to the single crystal (4).
【0014】[0014]
【作用】本発明者等は上記評価項目(3)について研究
を行ない、結晶成長中に1420〜1300℃の温度範
囲を徐冷するとウエハの酸化膜耐圧が向上することを知
見した。The present inventors have conducted research on the evaluation item (3) and have found that gradual cooling of the temperature range of 1420 to 1300 ° C. during crystal growth improves the oxide film breakdown voltage of the wafer.
【0015】これらの結晶成長過程における各温度範囲
毎の冷却速度と結晶品質との関係をまとめると、表1に
示す通りであった。The relationship between the cooling rate and the crystal quality for each temperature range in the crystal growth process is summarized in Table 1.
【0016】[0016]
【表1】 [Table 1]
【0017】また、所定の速度で単結晶が安定的に引き
上げられる場合、加熱や冷却に要する電力や冷却液供給
量等を調整・設定することにより、前記単結晶を所定の
速度で冷却し得ることとなる。When the single crystal is stably pulled at a predetermined speed, the single crystal can be cooled at a predetermined speed by adjusting and setting the electric power required for heating and cooling, the supply amount of the cooling liquid, and the like. It will be.
【0018】上記(1)の結晶成長装置によれば、坩堝
の上方に、引き上げ軸に沿って少なくとも3個以上の加
熱手段及び/または冷却手段が配設されているので、単
結晶を引き上げる際、加熱や冷却に要するパワーの付加
パターンをそれぞれ予め設定しておくことにより、少な
くとも3段階の温度範囲においてそれぞれ所定の冷却速
度で前記単結晶を冷却し得ることとなる。したがって該
単結晶の品質が改善され、得られたウエハに関してOS
F密度の減少、熱処理後のウエハ内部における析出酸素
量の増加及び酸化膜耐圧の向上が図れることとなる。According to the crystal growth apparatus of the above (1), since at least three heating means and / or cooling means are arranged above the crucible along the pulling axis, when pulling a single crystal. By previously setting the power addition patterns required for heating and cooling, the single crystal can be cooled at a predetermined cooling rate in at least three temperature ranges. Therefore, the quality of the single crystal is improved and the OS of the obtained wafer is
The F density can be reduced, the amount of precipitated oxygen inside the wafer after the heat treatment can be increased, and the oxide film withstand voltage can be improved.
【0019】また上記(2)の結晶成長方法によれば、
上記(1)の結晶成長装置を使用して単結晶を所定速度
で引き上げ、該単結晶に少なくとも3段階の異なる冷却
工程を付与するので、少なくとも3段階の温度範囲にお
いてそれぞれ所定の冷却速度で前記単結晶を冷却し得る
こととなり、したがって該単結晶の品質が改善され、得
られたウエハに関して上記(1)の場合と同様の効果が
得られることとなる。According to the crystal growth method of the above (2),
Since the single crystal is pulled at a predetermined rate using the crystal growth apparatus of the above (1) and at least three different cooling steps are applied to the single crystal, the single crystal is cooled at a predetermined cooling rate in at least three temperature ranges. Since the single crystal can be cooled, therefore, the quality of the single crystal is improved, and the same effect as in the case (1) above can be obtained for the obtained wafer.
【0020】また上記(1)の結晶成長装置において、
単結晶温度を測定する測定手段と、加熱手段及び/また
は冷却手段の温度を制御する制御手段とが配設されてい
る場合には、単結晶を引き上げる際、各ステージにおけ
る前記単結晶の温度に基づいて前記加熱手段及び/また
は前記冷却手段の温度を自動的に制御し得ることとな
り、少なくとも3段階のより正確な温度範囲において、
それぞれ所定の冷却速度で確実に前記単結晶を冷却し得
ることとなり、したがって単結晶の品質をより一層高め
得ることとなる。また冷却速度が自動的に制御されるた
め、前記単結晶の引き上げ速度を変化させた際において
も、容易に対応し得ることとなる。Further, in the crystal growth apparatus of the above (1),
When the measuring means for measuring the temperature of the single crystal and the control means for controlling the temperature of the heating means and / or the cooling means are provided, when pulling the single crystal, the temperature of the single crystal at each stage is adjusted to Based on this, the temperature of the heating means and / or the cooling means can be automatically controlled, and in at least three more accurate temperature ranges,
The single crystal can be surely cooled at each predetermined cooling rate, and therefore the quality of the single crystal can be further improved. Further, since the cooling rate is automatically controlled, it is possible to easily deal with the case where the pulling rate of the single crystal is changed.
【0021】また上記(4)の結晶成長方法によれば、
上記(3)の結晶成長装置を使用して単結晶を引き上
げ、前記測定手段を用いて測定した前記単結晶の温度に
基づいて前記制御手段を作動させ、前記単結晶に少なく
とも3段階の異なる冷却工程を付与するので、少なくと
も3段階のより正確な温度範囲において、それぞれ所定
の冷却速度で確実に前記単結晶を冷却し得ることとな
り、したがって前記単結晶の品質をより一層高め得るこ
ととなる。また冷却速度が自動的に制御されるため、前
記単結晶の引き上げ速度を変化させた際においても、対
応し得ることとなる。According to the crystal growth method of the above (4),
The single crystal is pulled up using the crystal growth apparatus of the above (3), the control means is operated based on the temperature of the single crystal measured by the measuring means, and the single crystal is cooled in at least three different stages. Since the process is added, the single crystal can be surely cooled at a predetermined cooling rate in at least three more accurate temperature ranges, and therefore the quality of the single crystal can be further enhanced. Further, since the cooling rate is automatically controlled, it is possible to cope with the case where the pulling rate of the single crystal is changed.
【0022】[0022]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る結晶成長装置
及び結晶成長方法の実施例を図面に基づいて説明する。
なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符
号を付すこととする。図1は実施例に係る結晶成長装置
の加熱・冷却手段を模式的に示した拡大断面図であり、
図中13は坩堝を示している。坩堝13は略有底円筒形
状に形成されており、坩堝13の外周にはこれと同心状
にヒータ14が配設され、坩堝13内にはヒータ14に
より溶融させたSi結晶用原料の溶融液15が充填され
ている。坩堝13の中心軸上には引き上げ軸16が配設
されており、引き上げ軸16に沿ってヒータ21a、2
2a、冷却筒23a及びヒータ24aが順に配設されて
いる。ヒータ21a、22a、24aには加熱パワーと
しての電源P1、P2、P4がそれぞれ接続され、冷却
筒23aの流通室23bには導入管・排出管(ともに図
示せず)を介して冷却液供給ポンプP3が接続されてお
り、ヒータ21a、22a、24aと電源P1、P2、
P4とで加熱手段21、22、24がそれぞれ構成さ
れ、冷却筒23aと冷却液供給ポンプP3とで冷却手段
23が構成されている。そして電源P1、P2、P4か
らの電力によりヒータ21a、22a、24aを所定温
度に加熱し、また冷却液供給ポンプP3により冷却液を
流通室23bに循環させて冷却筒23aを所定温度に冷
却する。また溶融液15の表面に種結晶16aを接触さ
せ、溶融液15が凝固して形成されるSi単結晶17を
所定速度で引き上げることにより、1420〜1300
℃の温度範囲では徐冷、1100〜800℃温度範囲で
は急冷、800〜600℃の温度範囲では徐冷と、それ
ぞれ異なる冷却速度でSi単結晶17が冷却されるよう
になっている。その他の構成は従来の装置と同様である
ため、ここではその詳細な説明は省略する。EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples of a crystal growth apparatus and a crystal growth method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
It should be noted that components having the same functions as those of the conventional example are designated by the same reference numerals. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view schematically showing heating / cooling means of a crystal growth apparatus according to an embodiment,
In the figure, 13 indicates a crucible. The crucible 13 is formed in a substantially cylindrical shape with a bottom. A heater 14 is concentrically arranged on the outer periphery of the crucible 13. The crucible 13 is melted by the heater 14 to melt a raw material for Si crystal. 15 are filled. A pull-up shaft 16 is arranged on the central axis of the crucible 13, and heaters 21 a, 2 are arranged along the pull-up shaft 16.
2a, a cooling cylinder 23a, and a heater 24a are sequentially arranged. Power supplies P1, P2, P4 as heating power are connected to the heaters 21a, 22a, 24a, respectively, and a cooling liquid supply pump is connected to the flow chamber 23b of the cooling cylinder 23a via an introduction pipe / discharge pipe (both not shown). P3 is connected, heaters 21a, 22a, 24a and power supplies P1, P2,
The heating means 21, 22, and 24 are configured by P4, respectively, and the cooling means 23 is configured by the cooling cylinder 23a and the cooling liquid supply pump P3. Then, the heaters 21a, 22a, 24a are heated to a predetermined temperature by the electric power from the power sources P1, P2, P4, and the cooling liquid supply pump P3 circulates the cooling liquid in the circulation chamber 23b to cool the cooling cylinder 23a to the predetermined temperature. . Further, by contacting the seed crystal 16a with the surface of the melt 15 and pulling up the Si single crystal 17 formed by solidification of the melt 15 at a predetermined speed, 1420 to 1300
The Si single crystal 17 is cooled at different cooling rates, such as slow cooling in the temperature range of 0 ° C., rapid cooling in the temperature range of 1100 to 800 ° C., and slow cooling in the temperature range of 800 to 600 ° C. Since other configurations are similar to those of the conventional device, detailed description thereof will be omitted here.
【0023】上記説明から明らかなように、実施例に係
る結晶成長装置では、坩堝13の上方に、引き上げ軸1
6に沿って加熱手段21、22、冷却手段23及び加熱
手段24が配設されているので、Si単結晶17を引き
上げる際、加熱や冷却に要するパワーP1、P2、P
3、P4の付加パターンをそれぞれ予め設定しておくこ
とにより、4段階の温度範囲においてそれぞれ所定の冷
却速度でSi単結晶17を冷却することができる。した
がってSi単結晶17の品質を改善することができ、得
られたウエハに関してOSF密度の減少、熱処理後のウ
エハ内部における析出酸素量の増加及び酸化膜耐圧の向
上を図ることができる。As is clear from the above description, in the crystal growth apparatus according to the embodiment, the pulling shaft 1 is provided above the crucible 13.
Since the heating means 21 and 22, the cooling means 23, and the heating means 24 are arranged along the line 6, the power P1, P2, P required for heating and cooling when pulling up the Si single crystal 17 is provided.
By previously setting the additional patterns of 3 and P4 respectively, the Si single crystal 17 can be cooled at a predetermined cooling rate in each of the four temperature ranges. Therefore, the quality of the Si single crystal 17 can be improved, the OSF density of the obtained wafer can be reduced, the amount of precipitated oxygen in the wafer after the heat treatment can be increased, and the oxide film withstand voltage can be improved.
【0024】また実施例に係る結晶成長方法では、実施
例の結晶成長装置を使用してSi単結晶17を所定速度
で引き上げ、Si単結晶17に4段階の異なる冷却工程
を付与するので、4段階の温度範囲においてそれぞれ所
定の冷却速度でSi単結晶17を冷却することができ、
したがってSi単結晶17の品質を改善することができ
る。Further, in the crystal growth method according to the embodiment, the Si single crystal 17 is pulled at a predetermined speed by using the crystal growth apparatus of the embodiment, and the Si single crystal 17 is provided with four different cooling steps. It is possible to cool the Si single crystal 17 at a predetermined cooling rate in each of the step temperature ranges,
Therefore, the quality of the Si single crystal 17 can be improved.
【0025】また、図2は別の実施例に係る結晶成長装
置の加熱・冷却手段を模式的に示した拡大断面図であ
り、図中21、22、24は加熱手段、図中23は冷却
手段を示している。加熱手段21、22、冷却手段2
3、加熱手段24は図1に示した実施例のものと同様に
構成・配設されており、これらにはそれぞれPID(Pr
oportional Integral Derivation) コントローラ等によ
り構成された制御手段C1、C2、C3、C4が接続さ
れている。また溶融液15の表面からの高さがL1、L2
、L3 、L4 の箇所には、Si単結晶17の温度を測
定する放射計等の温度測定手段B1、B2、B3、B4
が配設されており、これらは制御手段C1、C2、C
3、C4にそれぞれ接続されている。そして温度測定手
段B1、B2、B3、B4を用いて計測された温度デー
タ信号に基づき、制御手段C1、C2、C3、C4によ
り加熱手段21、22、冷却手段23、加熱手段24の
温度を調整・制御する。また溶融液15の表面に種結晶
16aを接触させ、溶融液15が凝固して形成されるS
i単結晶17を所定速度で引き上げることにより、14
20〜1300℃では徐冷、1100〜800℃では急
冷、800〜600℃では徐冷と、それぞれ異なる冷却
速度でSi単結晶17が冷却されるようになっている。
その他の構成は図1に示した実施例の装置と同様である
ため、ここではその詳細な説明は省略する。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the heating / cooling means of the crystal growth apparatus according to another embodiment. In the figure, 21, 22 and 24 are heating means, and 23 is cooling. It shows the means. Heating means 21 and 22, cooling means 2
3. The heating means 24 is constructed and arranged similarly to that of the embodiment shown in FIG. 1, and each of them has a PID (Pr
The control means C1, C2, C3, C4 composed of an operational integral derivation) controller or the like are connected. Further, the height from the surface of the melt 15 is L 1 , L 2
, L 3, and the point of L 4, the temperature measuring means radiometer or the like for measuring the temperature of the Si single crystal 17 B1, B2, B3, B4
Are provided, which are control means C1, C2, C
3 and C4, respectively. Then, the temperatures of the heating means 21, 22, the cooling means 23, and the heating means 24 are adjusted by the control means C1, C2, C3, C4 based on the temperature data signals measured using the temperature measuring means B1, B2, B3, B4. ·Control. Further, the seed crystal 16a is brought into contact with the surface of the melt 15 to solidify the melt 15 to form S.
By pulling the i single crystal 17 at a predetermined speed,
The Si single crystal 17 is cooled at different cooling rates, such as slow cooling at 20 to 1300 ° C., rapid cooling at 1100 to 800 ° C., and slow cooling at 800 to 600 ° C.
The other structure is the same as that of the apparatus of the embodiment shown in FIG. 1, and therefore its detailed description is omitted here.
【0026】このように構成された装置を用い、直径が
略6インチのSi単結晶を引き上げ、結晶品質を測定し
た結果に付いて説明する。測定及び引上げ条件を表2及
び表3に、また結晶品質の測定結果を表4に示した。な
お、比較例として図3に示した従来の装置を使用し、冷
却速度を制御せずに成長させた単結晶を用いて同様の測
定を行なった。The results of measuring the crystal quality by pulling up a Si single crystal having a diameter of about 6 inches using the apparatus thus constructed will be described. The measurement and pulling conditions are shown in Tables 2 and 3, and the crystal quality measurement results are shown in Table 4. As a comparative example, the conventional apparatus shown in FIG. 3 was used, and the same measurement was performed using a single crystal grown without controlling the cooling rate.
【0027】[0027]
【表2】 [Table 2]
【0028】[0028]
【表3】 [Table 3]
【0029】[0029]
【表4】 [Table 4]
【0030】上記表4から明らかなように、比較例の場
合に比べて実施例の場合、評価項目1、2、3ともに結
晶品質を高めることができた。As is clear from Table 4 above, in the case of the example, the crystal quality could be improved in all of the evaluation items 1, 2 and 3 as compared with the case of the comparative example.
【0031】さらに、従来の図4に示した装置では、ヒ
ータ14を用いて坩堝13内に充填された結晶原料を溶
融させる際、坩堝13や結晶原料が冷却筒31の放射等
により冷却されるため、溶融時間が掛かるという問題が
あった。本実施例に係る結晶成長装置では冷却手段23
と坩堝13との間に加熱手段21、22が配設されてい
るので、坩堝13や結晶原料が冷却手段23により冷却
されるのを防止することができ、溶融時間を早めること
ができた。Further, in the conventional apparatus shown in FIG. 4, when the crystal raw material filled in the crucible 13 is melted by using the heater 14, the crucible 13 and the crystal raw material are cooled by radiation of the cooling cylinder 31 or the like. Therefore, there is a problem that it takes a long time for melting. In the crystal growth apparatus according to the present embodiment, the cooling means 23
Since the heating means 21 and 22 are provided between the crucible 13 and the crucible 13, the crucible 13 and the crystal raw material can be prevented from being cooled by the cooling means 23, and the melting time can be shortened.
【0032】この結果から明らかなように、本実施例に
係る結晶成長装置においては、単結晶温度を測定する測
定手段B1、B2、B3、B4と、加熱手段21、2
2、冷却手段23、加熱手段24の温度を制御する制御
手段C1、C2、C3、C4とが配設されており、Si
単結晶17を引き上げる際、各ステージにおけるSi単
結晶17の温度に基づいて加熱手段21、22、冷却手
段23、加熱手段24の温度を自動的に制御することが
でき、4段階のより正確な温度範囲において、それぞれ
所定の冷却速度で確実にSi単結晶17を冷却すること
ができ、したがってSi単結晶17の品質をより一層高
めることができる。また冷却速度を自動的に制御できる
ため、Si単結晶17の引き上げ速度を変化させた際に
おいても、対応することができる。As is clear from these results, in the crystal growth apparatus according to this example, measuring means B1, B2, B3, B4 for measuring the single crystal temperature and heating means 21, 2 were used.
2, control means C1, C2, C3, C4 for controlling the temperatures of the cooling means 23 and the heating means 24 are provided, and Si
When pulling the single crystal 17, the temperatures of the heating means 21 and 22, the cooling means 23, and the heating means 24 can be automatically controlled based on the temperature of the Si single crystal 17 at each stage, and the four-stage more accurate In the temperature range, the Si single crystal 17 can be surely cooled at a predetermined cooling rate, so that the quality of the Si single crystal 17 can be further improved. Further, since the cooling rate can be automatically controlled, it is possible to cope with the case where the pulling rate of the Si single crystal 17 is changed.
【0033】また本実施例に係る結晶成長方法では、図
2に示した結晶成長装置を使用してSi単結晶17を引
き上げ、測定手段B1、B2、B3、B4を用いて測定
したSi単結晶17の温度に基づいて制御手段C1、C
2、C3、C4を作動させ、Si単結晶17に4段階の
異なる冷却工程を付与するので、4段階のより正確な温
度範囲において、それぞれ所定の冷却速度で確実にSi
単結晶17を冷却することができ、したがってSi単結
晶17の品質をより一層高めることができる。また冷却
速度を自動的に制御できるため、Si単結晶17の引き
上げ速度を変化させた際においても、容易に対応するこ
とができる。In the crystal growth method according to this embodiment, the Si single crystal 17 is pulled up using the crystal growth apparatus shown in FIG. 2, and the Si single crystal measured by the measuring means B1, B2, B3 and B4. Control means C1, C based on the temperature of 17
2, C3, C4 are activated to give the Si single crystal 17 four different cooling steps, so that the Si single crystal 17 is reliably cooled at a predetermined cooling rate in each of the four more accurate temperature ranges.
The single crystal 17 can be cooled, and thus the quality of the Si single crystal 17 can be further improved. Further, since the cooling rate can be automatically controlled, it is possible to easily cope with the case where the pulling rate of the Si single crystal 17 is changed.
【0034】また、実施例ではCZ法に適用した場合に
ついて説明したが、別の実施例では溶融層法等にも適用
することができる。Further, in the embodiment, the case of applying to the CZ method has been described, but in another embodiment, it can be applied to the melt layer method and the like.
【0035】また、実施例ではSi単結晶を成長させる
場合について説明したが、別の実施例ではゲルマニウム
等の引き上げにも適用することができる。Further, although the case of growing a Si single crystal has been described in the embodiment, it can be applied to the pulling of germanium or the like in another embodiment.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る結晶成
長装置(1)にあっては、坩堝の上方に、引き上げ軸に
沿って少なくとも3個以上の加熱手段及び/または冷却
手段が配設されているので、単結晶を引き上げる際、加
熱や冷却に要するパワーの付加パターンをそれぞれ予め
設定しておくことにより、少なくとも3段階の温度範囲
においてそれぞれ所定の冷却速度で前記単結晶を冷却す
ることができる。したがって該単結晶の品質を改善する
ことができ、得られたウエハに関してOSF密度の減
少、熱処理後のウエハ内部における析出酸素量の増加及
び酸化膜耐圧の向上を図ることができる。As described in detail above, in the crystal growth apparatus (1) according to the present invention, at least three heating means and / or cooling means are arranged above the crucible along the pulling axis. When the single crystal is pulled up, the additional patterns of power required for heating and cooling are set in advance so that the single crystal is cooled at a predetermined cooling rate in at least three temperature ranges. be able to. Therefore, the quality of the single crystal can be improved, the OSF density of the obtained wafer can be reduced, the amount of oxygen precipitated in the wafer after the heat treatment can be increased, and the withstand voltage of the oxide film can be improved.
【0037】また、本発明に係る結晶成長方法(2)に
あっては、上記(1)記載の結晶成長装置を使用して単
結晶を所定速度で引き上げ、該単結晶に少なくとも3段
階の異なる冷却工程を付与するので、少なくとも3段階
の温度範囲においてそれぞれ所定の冷却速度で前記単結
晶を冷却することができ、したがって該単結晶の品質を
改善することができ、得られたウエハに関して上記
(1)の場合と同様の効果を得ることができる。In the crystal growth method (2) according to the present invention, the single crystal is pulled at a predetermined speed by using the crystal growth apparatus described in (1) above, and the single crystal has at least three different stages. Since the cooling step is provided, the single crystal can be cooled at a predetermined cooling rate in each of the temperature ranges of at least three stages, and thus the quality of the single crystal can be improved. The same effect as in the case of 1) can be obtained.
【0038】また、上記(1)の結晶成長装置におい
て、単結晶温度を測定する測定手段と、加熱手段及び/
または冷却手段の温度を制御する制御手段とが配設され
ている場合には、単結晶を引き上げる際、各ステージに
おける前記単結晶の温度に基づいて前記加熱手段及び/
または前記冷却手段の温度を自動的に制御することがで
き、少なくとも3段階のより正確な温度範囲において、
それぞれ所定の冷却速度で確実に前記単結晶を冷却する
ことができ、したがって単結晶の品質をより一層高める
ことができる。また冷却速度が自動的に制御できるた
め、前記単結晶の引き上げ速度を変化させた際において
も、容易に対応することができる。Further, in the crystal growth apparatus of the above (1), measuring means for measuring the single crystal temperature, heating means and / or
Alternatively, when a control means for controlling the temperature of the cooling means is provided, when pulling the single crystal, the heating means and / or the heating means based on the temperature of the single crystal in each stage are used.
Alternatively, the temperature of the cooling means can be automatically controlled, and in at least three more accurate temperature ranges,
The single crystal can be surely cooled at each predetermined cooling rate, and therefore the quality of the single crystal can be further improved. Further, since the cooling rate can be automatically controlled, it is possible to easily cope with the case where the pulling rate of the single crystal is changed.
【0039】また上記(4)の結晶成長方法によれば、
上記(3)の結晶成長装置を使用して単結晶を引き上
げ、前記測定手段を用いて測定した前記単結晶の温度に
基づいて前記制御手段を作動させ、前記単結晶に少なく
とも3段階の異なる冷却工程を付与するので、少なくと
も3段階のより正確な温度範囲において、それぞれ所定
の冷却速度で確実に前記単結晶を冷却することができ、
したがって前記単結晶の品質をより一層高めることがで
きる。また冷却速度が自動的に制御できるため、前記単
結晶の引き上げ速度を変化させた際においても、対応す
ることができる。According to the crystal growth method of the above (4),
The single crystal is pulled up using the crystal growth apparatus of the above (3), the control means is operated based on the temperature of the single crystal measured by the measuring means, and the single crystal is cooled in at least three different stages. Since the process is added, the single crystal can be reliably cooled at a predetermined cooling rate in at least three more accurate temperature ranges,
Therefore, the quality of the single crystal can be further improved. Further, since the cooling rate can be automatically controlled, it is possible to cope with the case where the pulling rate of the single crystal is changed.
【図1】本発明の実施例に係る結晶成長装置の加熱・冷
却手段を模式的に示した拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view schematically showing heating / cooling means of a crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】別の実施例に係る結晶成長装置の加熱・冷却手
段を模式的に示した拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing heating / cooling means of a crystal growth apparatus according to another embodiment.
【図3】従来のCZ法で使用される結晶成長装置を模式
的に示した断面図である。FIG. 3 is a sectional view schematically showing a crystal growth apparatus used in a conventional CZ method.
【図4】従来の引き上げ中におけるSi単結晶を急冷す
るように構成された結晶成長装置を模式的に示した断面
図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional crystal growth apparatus configured to rapidly cool a Si single crystal during pulling.
13 坩堝 14 ヒータ 16 引き上げ軸 21、22、24 加熱手段 23 冷却手段 B1、B2、B3、B4 温度測定手段 C1、C2、C3、C4 制御手段 13 Crucible 14 Heater 16 Lifting Shaft 21, 22, 24 Heating Means 23 Cooling Means B1, B2, B3, B4 Temperature Measuring Means C1, C2, C3, C4 Control Means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏原 義之 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiyuki Kashihara 4-53-3 Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Claims (4)
坩堝の周囲にヒータが配設され、前記坩堝の上方に引き
上げ軸が配設された結晶成長装置において、前記坩堝の
上方に、前記引き上げ軸に沿って少なくとも3個以上の
加熱手段及び/または冷却手段が配設されていることを
特徴とする結晶成長装置。1. A crystal growth apparatus comprising a crucible filled with a raw material for crystallization, wherein a heater is arranged around the crucible, and a pulling shaft is arranged above the crucible, above the crucible. A crystal growth apparatus comprising at least three heating means and / or cooling means arranged along the pulling axis.
単結晶を所定速度で引き上げ、該単結晶に少なくとも3
段階の異なる冷却工程を付与することを特徴とする結晶
成長方法。2. A single crystal is pulled at a predetermined speed by using the crystal growth apparatus according to claim 1, and at least 3 is added to the single crystal.
A crystal growth method characterized by applying cooling steps in different stages.
手段及び/または冷却手段の温度を制御する制御手段と
が配設されていることを特徴とする請求項1記載の結晶
成長装置。3. The crystal growth apparatus according to claim 1, further comprising a measuring means for measuring the temperature of the single crystal and a control means for controlling the temperature of the heating means and / or the cooling means.
単結晶を引き上げ、前記測定手段を用いて測定した前記
単結晶の温度に基づいて前記制御手段を作動させ、前記
単結晶に少なくとも3段階の異なる冷却工程を付与する
ことを特徴とする結晶成長方法。4. A single crystal is pulled up by using the crystal growth apparatus according to claim 3, and the control means is operated based on the temperature of the single crystal measured by the measuring means, so that at least the single crystal is processed. A crystal growth method characterized by applying three different cooling steps.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25796293A JPH07109195A (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Crystal growth apparatus and crystal growth method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25796293A JPH07109195A (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Crystal growth apparatus and crystal growth method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07109195A true JPH07109195A (en) | 1995-04-25 |
Family
ID=17313635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25796293A Pending JPH07109195A (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Crystal growth apparatus and crystal growth method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07109195A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000086384A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-28 | Mitsubishi Materials Silicon Corp | Pulling method of silicon single crystal |
JP2006315950A (en) * | 1996-09-12 | 2006-11-24 | Siltronic Ag | Method for manufacturing silicon semiconductor wafer having low defect density |
JP2019530632A (en) * | 2016-10-10 | 2019-10-24 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフトSiltronic AG | Method of pulling a single crystal made of a semiconductor material from a melt contained in a crucible |
-
1993
- 1993-10-15 JP JP25796293A patent/JPH07109195A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006315950A (en) * | 1996-09-12 | 2006-11-24 | Siltronic Ag | Method for manufacturing silicon semiconductor wafer having low defect density |
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JP2019530632A (en) * | 2016-10-10 | 2019-10-24 | ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフトSiltronic AG | Method of pulling a single crystal made of a semiconductor material from a melt contained in a crucible |
US11060202B2 (en) | 2016-10-10 | 2021-07-13 | Siltronic Ag | Method for pulling a single crystal composed of semiconductor material from a melt contained in a crucible |
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