JP5088338B2 - シリコン単結晶の引き上げ方法 - Google Patents
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Description
以上のように、本発明のシリコン単結晶の引き上げ方法であれば、酸素濃度もBMD密度も軸方向で均一な単結晶を生産性の低下を最小限に抑えて効率的に引き上げることができる。これにより、単結晶のどの部位からも適正なBMD密度のウェーハを得ることができるようになる為、デバイスに悪影響を及ぼすBMD密度の過多や不足の単結晶部位がなくなり、単結晶歩留まりと生産性を向上させることができる。
このような温度領域とすることで、より確実に所望のBMD密度を軸方向で均一に有する単結晶を得ることができる。
このような、2段階以上の引き上げ速度を設定して制御することで、酸素析出核形成温度領域での滞在時間を上記範囲内に、簡易な方法で、効率的に調節することができる。
このように、コンピューターに設定して自動で引き上げ速度を制御することにより、より確実かつ効率的に滞在時間の調節を行うことができる。
このような問題に対して本発明者らが鋭意検討を行った結果、以下のことを見出した。
図1は、本発明のシリコン単結晶の引き上げ方法と、従来のシリコン単結晶の引き上げ方法を説明するための説明図である。図3は、本発明のシリコン単結晶の引き上げ方法に用いることができる単結晶引き上げ装置の一例を示す概略図である。
図3に示すように、単結晶引き上げ装置18は、メインチャンバー11に、原料融液を収容するルツボ14と、原料融液を加熱するヒーター15が備えられている。さらに、プルチャンバー12とメインチャンバー11とを遮断するためのゲートバルブ17が備えられている。プルチャンバー12の上部には、引き上げワイヤー10により種結晶19と単結晶13を回転させながら引き上げるための引き上げ手段20が備えられている。
また、MCZ法(Magnetic field applied Czochralski method)により単結晶を引き上げる場合には、単結晶引き上げ装置18の外側に不図示の磁場印加装置を配置することもできる。
このときの育成する際の引き上げ速度やヒーターパワー等は、特に限定されず、適宜設定することができ、また、磁場を印加しながらMCZ法で引き上げることもできる。
本発明の方法であれば、単結晶育成の際に、BMD密度均一化のために酸素濃度を変える必要が無く、酸素濃度も軸方向で均一に育成することができる。但し、本発明においては、目的に応じて単結晶の軸方向で酸素濃度を意図的に変化させてもよいことは言うまでもない。
温度測定方法としては、例えば、結晶原料を加熱溶融し、単結晶の引き上げが可能な状態(具体的には、種結晶を溶融液に浸漬して種付温度を適正状態に合わせ、その時の温度を保持)で、引き上げ軸(種ホルダー)先端に熱電対をセットし、それを湯面直上まで降下させてから、一定速度で(例えば5mm/min)プルチャンバー内まで熱電対を引き上げながら、引き上げ装置の鉛直方向の温度分布を測定することができる。
このとき、熱電対は、引き上げ装置の空きポートに設置した真空端子を介して、引き上げ装置の外に設置した記録計に接続することにより炉内の温度を計測することができる。
また、シミュレーション方法としては、例えば、実際に単結晶引き上げを行う引き上げ装置及び炉内構成部品の図面を元に、総合伝熱解析プログラムを用いて単結晶直胴長さが100cmの単結晶成長時における引き上げ装置の縦断面の二次元メッシュを作成し、それぞれに熱伝導率などの物性値を与え、結晶の各直胴長さの位置での結晶温度のシミュレーションを実施することができる。
これにより、引き上げ装置の鉛直方向の温度分布を求めることができる。
このように、予め温度測定等を行うことで、図1に示すような炉内における温度分布を正確に測定でき、酸素析出核形成温度領域の正確な位置を求めることができる。
このように、引き上げる単結晶の上記求めた温度領域での滞在時間を上記範囲内になるようにアフターヒート工程での引き上げ速度を調節することで、引き上げられた単結晶のトップ側とボトム側の特に酸素析出核形成温度領域での熱履歴が近似するようになるため、単結晶の軸方向でBMD密度を均一化することができる。
なお、本発明の滞在時間の調節には、アフターヒート工程の際に所定領域で単結晶の引き上げを止めて、滞在時間を調節し、その後また引き上げを開始してもよい。
このような温度領域とすることで、より確実に所望のBMD密度を軸方向で均一に有する単結晶を得ることができる。
このような、2段階以上の引き上げ速度を設定して制御することで、酸素析出核形成温度領域での滞在時間を上記範囲内に、簡易な方法で、効率的に調節することができ、生産性の悪化も小さい。
このように、コンピューターに設定して自動で引き上げ速度を制御することにより、より確実かつ効率的に滞在時間の調節を行うことができる。
(実施例1)
本発明の引き上げ方法による効果を確認するため、予めシミュレーションにより炉内の酸素析出核形成領域を求めた、図3に示す引き上げ装置を用いて、シリコン単結晶の引き上げを行い、トップ側からボトム側までのBMD密度を確認した。
次に、実施例1と同様に図3に示す引き上げ装置を用いて、内径450mmの石英ルツボにシリコン原料70kgを充填し、溶融液を形成した後に、直径150mm、直胴長さ90cmの単結晶を引き上げた。酸素濃度は、トップ側からボトム側まで1.36×1018atoms/cc(Old ASTM)一定狙いとした。また、テール絞り終了後、単結晶ボトム側の酸素析出核形成温度領域(450℃〜650℃)での滞在時間を、トップ側の滞在時間の1/8倍となるように、初期の引き上げ速度を3.0mm/min.で120分間、その後5.0mm/min.で20分間のアフターヒートを実施した。そして、アフターヒート終了後、引き上げ速度600mm/min.で単結晶をプルチャンバー内へ引き上げた。なお、このアフターヒート工程中の引き上げ速度制御は、予めコンピューターに入力したレシピによる自動制御で行った。
次に、実施例1と同様に図3に示す引き上げ装置を用いて、内径450mmの石英ルツボにシリコン原料70kgを充填し、溶融液を形成した後に、直径150mm、直胴長さ90cmの単結晶を引き上げた。酸素濃度は、トップ側からボトム側まで1.36×1018atoms/cc(Old ASTM)一定狙いとした。また、テール絞り終了後、単結晶ボトム側の酸素析出核形成温度領域(450℃〜650℃)での滞在時間を、トップ側の滞在時間の1/5倍となるように、初期の引き上げ速度を5.0mm/min.で20分間、その後3.0mm/min.で120分間のアフターヒートを実施した。そして、アフターヒート終了後、引き上げ速度600mm/min.で単結晶をプルチャンバー内へ引き上げた。なお、このアフターヒート工程中の引き上げ速度制御は、予めコンピューターに入力したレシピによる自動制御で行った。
実施例1と同様に図3に示す引き上げ装置を用いて、内径450mmの石英ルツボにシリコン原料70kgを充填し、溶融液を形成した後に、直径150mm、直胴長さ90cmの単結晶を引き上げた。酸素濃度は、トップ側からボトム側まで1.36×1018atoms/cc(Old ASTM)一定狙いとし、テール絞り終了後、従来行われていた引き上げ速度2.0mm/min.で30分間のアフターヒートを実施した。そして、アフターヒート終了後、引き上げ速度600mm/min.で単結晶をプルチャンバー内へ引き上げた。この時の結晶ボトム側の酸素析出核形成温度領域(450℃〜650℃)での滞在時間は、トップ側の滞在時間の1/500倍以下であった。
実施例1と同様に図3に示す引き上げ装置を用いて、内径450mmの石英ルツボにシリコン原料70kgを充填し、溶融液を形成した後に、直径150mm、直胴長さ90cmの単結晶を引き上げた。酸素濃度は、トップ側からボトム側まで1.36×1018atoms/cc(Old ASTM)一定狙いとし、テール絞り終了後、結晶ボトム側の酸素析出核形成温度領域(450℃〜650℃)での滞在時間をトップ側の1/2倍となるように、引き上げ速度2.0mm/min.で360分間のアフターヒートを実施した。そして、アフターヒート終了後、引き上げ速度600mm/min.で単結晶をプルチャンバー内へ引き上げた。なお、このアフターヒート工程中の引き上げ速度制御は、予めコンピューターに入力したレシピによる自動制御で行った。
12…プルチャンバー、 13…単結晶、 14…ルツボ、
15…ヒーター、 16…コンピューター、 17…ゲートバルブ、
18…単結晶引き上げ装置、 19…種結晶、 20…引き上げ手段。
Claims (4)
- 少なくとも、チョクラルスキー法により、ルツボ内の溶融液から単結晶を引き上げる工程と、該引き上げた単結晶にアフターヒートを行う工程と、該アフターヒートを行った単結晶をプルチャンバー内に引き上げる工程とを有する単結晶の引き上げ方法であって、
予め、引き上げ炉内の温度測定、又は、シミュレーションにより400〜800℃の範囲の温度領域である酸素析出核形成温度領域を求め、前記アフターヒート工程において、前記単結晶のボトム側の前記酸素析出核形成温度領域での滞在時間を、前記単結晶のトップ側の前記酸素析出核形成温度領域での滞在時間の1/8〜1/4倍の範囲内になるように、前記単結晶の引き上げ速度を調節してアフターヒートを行うことを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ方法。 - 前記酸素析出核形成温度領域を、450〜650℃の範囲の温度領域とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶の引き上げ方法。
- 前記アフターヒート工程において、前記単結晶の引き上げ速度を2段階以上設定して制御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引き上げ方法。
- 前記アフターヒート工程において、前記単結晶の引き上げ速度を、予め設定してコンピューターにより制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の引き上げ方法。
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