JPH07257991A - シリコン単結晶の引上げ方法 - Google Patents

シリコン単結晶の引上げ方法

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JPH07257991A JP6329839A JP32983994A JPH07257991A JP H07257991 A JPH07257991 A JP H07257991A JP 6329839 A JP6329839 A JP 6329839A JP 32983994 A JP32983994 A JP 32983994A JP H07257991 A JPH07257991 A JP H07257991A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 その速度を越えると積層欠陥リングが現れる
引上げ速度Ｖｃｒｉｔの下限を上昇させることができる
方法で、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引
上げる方法を提供する。 【構成】 るつぼ中に収容されたシリコン溶融体をその
垂直方向にある特定の速度で引上げるシリコン単結晶の
引上げ方法であって、成長する単結晶の固相／液相の境
界領域の温度勾配にほぼ比例する最大引上げ速度を越え
ない速度で引き上げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、るつぼ中に収容された
シリコン溶融体に関して垂直方向にある特定の速度で引
上げるシリコン単結晶の引上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】その発明者チョクラルスキーの名前を付
けられたこの方法は、標準的に使用される石英るつぼか
ら生じる高含量の酸素でドーピングされている単結晶を
提供する。高酸素ドーピングは、単結晶中に酸化により
誘発される積層欠陥（ＯＳＦ）を生じる。単結晶から切
り取ったシリコンウエハ中に生じるＯＳＦの空間的な分
布が、単結晶の引上げの間の引上げ速度に実質的に依存
することは既に立証されてきた。「半導体の欠陥制御」
（Ｄｅｆｅｃｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒｓ）（Ｍ．Ｈａｓｅｂｅ等、Ｅｌａｓｅ
ｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ
Ｂ．Ｖ．，１５７頁（１９９０））中の報文によれば、
それらの半導体を下張りする単結晶が０．５〜１．０ｍ
ｍ／分の引上げ速度で引上げられるならば、ＯＳＦはシ
リコンウエハのアニュラ領域の内側に高密度で生じる。
以後積層欠陥リングと称せられるアニュラ領域は、ＯＳ
Ｆは概してその中に電子構成部品が集積されるシリコン
ウエハにおいて特に問題であり、望ましいものではな
い。
【０００３】積層欠陥リングは、シリコンウエハの円周
に関して同心状に存在する。その半径は、単結晶が引上
げられる速度の函数としてより小さく又はより大きくな
る。引上げ速度が０．５ｍｍ／分の指定された下限値で
あれば、積層欠陥リングはウエハの中心に密集して存在
する。単結晶が１．０ｍｍ／分の指定された上限値で引
上げられるならば、積層欠陥リングはシリコンウエハの
円周縁に沿って存在する。
【０００４】ヨーロッパ特許出願番号ＥＰ−５０３８１
６Ａ１は、単結晶を引上げる速度が高ければ高いほど、
追加の結晶欠陥がそれだけ余計に多くなり、しばしば積
層欠陥リングの内側に生じることを開示している。高密
度の前記の結晶欠陥は、特に大規模集積回路を作製する
ためにシリコンウエハの側面上に形成される誘電体酸化
物膜の破断強度を減じる。
【０００５】しばしばゲート酸化物の完全性（ＧＯＩ）
として参照される、酸化物膜の破断強度は、それが積層
欠陥リングの内側または外側のどちらの領域で測定され
たかに依存して、積層欠陥リングを有するシリコンウエ
ハにおいて著しく変化することが証明できる（Ｍ．Ｂｏ
ｕｒａｉ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ＳｅｍｉｃｏｎＥｕｒｏｐ
ｅ １９９３，Ｓｅｍｉｃｏｎ Ｅｕｒｏｐｅ，Ｂｅｌ
ｇｉｕｍ（１９９３））。それによれば、積層欠陥リン
グの外側の領域におけるＧＯＩは、構成電子部品の製造
における誘電体酸化物膜の破断強度に課される高い必要
条件に適合する。他方、積層欠陥リング内の内側のＧＯ
Ｉは完全に不適当である。ＥＰ−５０３８１６Ａ１の教
示によれば、積層欠陥がもはや観察できないほど迅速に
引上げられた単結晶のシリコンウエハ中のＧＯＩは、構
成電子部品の集積に適用されるシリコンウエハの全領域
において不適当である。
【０００６】０．８ｍｍ／分以上の経済的速度で引上げ
られた単結晶から得られるシリコンウエハのＧＯＩを改
善するために、上述のヨーロッパ特許明細書は１１５０
℃〜１２８０℃の範囲内の温度処理にシリコンウエハを
処すことを提案している。同じ目的のために、引上げ操
作の間の単結晶のある特定の熱処理をヨーロッパ特許出
願ＥＰ−５０４８３７Ａ２において推奨されている。従
って、引上げ条件は、その温度が１１５０℃以上で、成
長する単結晶の少なくとも一部がその溶融体表面上２８
０ｍｍよりも離間させた位置となるように調節および維
持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記の両提案は、ＧＯ
Ｉ品質の向上の目的を追い求める。しかし、高い引上げ
速度での積層欠陥の発生は論じていない。
【０００８】本発明の目的は、チョクラルスキー法によ
りシリコン単結晶を引上げる方法の改善にあり、積層欠
陥リングが出現を開始する引上げ速度Ｖｃｒｉｔの下限
を引き上げることができるような方法を提供することで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】その目的は、単結晶がる
つぼ中に収容されたシリコン溶融体に関して垂直方向に
ある特定の速度で引上げられるシリコン単結晶を引上げ
る方法であって、成長する単結晶の固相／液相の境界領
域の温度勾配にほぼ比例する最大引上げ速度を越えない
速度で引き上げることを特徴とするシリコン単結晶の引
上げ方法により達成される。
【００１０】引上げ装置が、成長する単結晶の軸方向の
温度勾配を増大させるいかなる構造的な特徴を持たない
ならば、本発明者等の研究によれば、非常に良好なＧＯ
Ｉ品質を有しかつ積層欠陥リングを持たないウエハを提
供するシリコン単結晶は最低引上げ速度Ｖｃｒｉｔでの
み引上げることができる。他方、そのような構造的な特
徴が存在するならば、引上げ方法の最大引上げ速度Ｖｃ
ｒｉｔおよびしたがってコスト効率は、これまで知られ
ている範囲を超えて増大できる。
【００１１】引上げ装置が最高引上げ速度Ｖｃｒｉｔで
運転できるように、特に、軸方向の温度勾配、特に成長
する単結晶の固相／液相の境界領域の軸方向の温度勾配
ができるだけ高いことが重要である。シリコンの結晶化
の間に生じた熱が結晶化部分の前面から効率的に除去で
きることを助成する構造的な特徴を持つ引上げ装置が提
供されることが必然的である。その上、そのような構造
的な特徴は、成長する単結晶の冷却が、るつぼの側壁か
らまたは溶融体表面から生じる熱放射により遅延させら
れることを防止しなければならない。この効果を有する
構造的な特徴の例は、先行技術によってすでに知られて
いる。これらは、熱的に覆うシールドとして成長する単
結晶の周りに配置される装置部品である。
【００１２】西ドイツ特許ＤＥ−２８ ２１ ４８１号
明細書は、熱放射を反射するポット形カバーを記載して
おり、そして溶融体、るつぼおよびるつぼ側の空間は結
晶の引上げの間じゅう覆われ、その結果溶融体から発生
するガスが溶融体上に還流して戻ることを効率的に防止
できる。このカバーは成長する単結晶の軸方向の温度勾
配を増大させるから、本発明によれば、前記カバーを有
する引上げ装置を用い、成長する単結晶が溶融体表面か
らもるつぼの側壁からも覆われない引上げ装置を使用し
た場合に可能となる引き上げ速度よりも高い最大引上げ
速度Ｖｃｒｉｔでシリコン単結晶を引上げることができ
る。
【００１３】単結晶を熱的に覆うシールドが積極的に冷
却されるならば、成長する単結晶の軸方向の温度勾配は
更に増大する。したがって、最大引上げ速度Ｖｃｒｉｔ
もまた更に上げることができる。この目的のために、引
上げ装置は、例えば、ある特定の温度範囲で成長する単
結晶の停滞時間を制御するため、西ドイツ特許出願ＤＥ
−Ａ３９ ０５ ６２６号明細書に開示された冷却皿の
原型によって製造される熱的シールドを備えつけること
ができる。
【００１４】単結晶を囲み、熱的に遮蔽する作用を有す
るシールドが使用されるならば、シールドの下端がそれ
に触れることなくできるだけ密接に成長する単結晶の固
相／液相の境界に接近することが有利である。１〜２０
０ｍｍ、好ましくは２０〜２００ｍｍの下端／相境界空
間を越えないならば、固相／液相境界の領域における温
度勾配の増大は特に効果的である。
【００１５】本発明によれば、所定の構成の引上げ装置
について、シリコン単結晶は成長する単結晶の軸方向の
温度勾配に依存する速度で引上げられる。好ましくは、
固相／液相の境界領域における軸方向の温度勾配は実験
的に測定されまたは概算される。最大引上げ速度Ｖｃｒ
ｉｔは実験式： Ｖｃｒｉｔ＝ｆ×Ｇ によって算出できる。値１３×１０-4ｃｍ2 ／Ｋ（温
度：単位℃）・分が、比例係数ｆとして用いられる。最
大引上げ速度Ｖｃｒｉｔの単位を〔ｃｍ／分〕で表すた
めには、軸方向の温度勾配Ｇは単位〔Ｋ（温度：単位
℃）／ｃｍ〕としなければならない。
【００１６】式は、最大引上げ速度が成長する単結晶の
軸方向の温度勾配におおよそ比例することを示す。上記
の式によって定められる最大引上げ速度は、今まで詳細
に述べられてきた引上げ速度以上１００％までである。
本発明によって決定された最大引上げ速度で引上げられ
た単結晶から得られるシリコンウエハは、積層欠陥リン
グが無く、優れたＧＯＩを有する：そのようなウエハの
側面に形成された酸化物膜の誘電破壊強度は１００％で
ある。従って、酸化物層上の殆ど全ての試験点は、少な
くとも８ＭＶ／ｃｍの必要とされる破壊強度を有する。
【００１７】
【実施例】次の実施例は、引上げ装置において、成長す
る単結晶内の軸方向の温度勾配が増大する結果として、
積層欠陥リングの無い、概ね１００％のＧＯＩを有する
シリコンウエハが、今まで限界とみなされてきた０．５
ｍｍ／分以上の引上げ速度で引上げできることを証明す
る。
【００１８】実施例１ ＜１００＞軸を有する直径４インチのシリコン単結晶
を、標準的な引上げ装置を用いてチョクラルスキー引上
げ法により引上げた。最大引上げ速度Ｖｃｒｉｔを測定
するために、引上げ速度を結晶の引上げ中に１．８〜
０．６ｍｍ／分に線状に低下させた。固相／液相の境界
領域における軸方向の温度勾配に対する構造的特徴とし
て、モリブデンシートのポット状カバーを成長する単結
晶を熱的に覆うシールドとして使用した。冷却後、帯板
形の試験片を円筒状結晶の軸方向に切り取った。試験片
を、先ず熱処理（７８０℃で３時間および１０００℃で
１６時間）に付し、次いで結晶欠陥を明らかにするため
に標準エッチング剤（Ｓｅｉｔｅｒ ｅｔｃｈａｎｔ）
に晒した。引上げ速度と観察した結晶欠陥との相関関係
は、積層欠陥リングが０．６ｍｍ／分の最大速度で依然
として生じないことを示した。
【００１９】実施例２ 実施例１に従って単結晶を引上げるために、単結晶を熱
的に遮蔽し、そして積極的な水冷を行うシールドを軸方
向の温度勾配を増大するために使用した。この実験の評
価は、積層欠陥リングが依然として現れない最大引上げ
速度は１．０ｍｍ／分まで上昇したことを示した。
【００２０】実施例３ 別の単結晶を実施例２に従って構成された引上げ装置で
引上げたが、先に測定された１．０ｍｍ／分の最大引上
げ速度が結晶の引上げの間中一定に維持された。引き続
き、冷却した単結晶を更に処理し、研磨シリコンウエハ
を作製した。該ウエハについて行った標準ＧＯＩ試験
は、ウエハ表面上に形成された酸化物膜が殆ど全ての試
験点において、必要とされる誘電破壊強度を有すること
を示した。
【００２１】実施例４ 実施例２に記載した条件下に直径６インチの単結晶を引
上げ後、引続いて最大引上げ速度を測定し、０．８ｍｍ
／分の値を得た。
【００２２】実施例５ 単結晶を熱的に覆うシールドの単結晶に対向する側面を
更に黒染処理し、それに伴う熱放射の反射を減少させた
結果、実施例４に従った方法で引上げるシリコン結晶に
対する最大引上げ速度を１．０ｍｍ／分まで上昇させる
ことができた。
【００２３】本発明に係るシリコン単結晶の引上げ方法
の好ましい実施態様を、以下に列記する。 （１）単結晶が、実験式： Ｖｃｒｉｔ＝ｆ×Ｇ （式中、ｆは値１３×１０-4ｃｍ2 ／Ｋ（温度：単位
℃）・分を有する比例係数、Ｇは単位〔Ｋ（温度：単位
℃）／ｃｍ〕であり、成長する単結晶の固相／液相の境
界領域の軸方向の温度勾配、最大速度Ｖｃｒｉｔは単位
〔ｃｍ×分〕）により算出される最大引上げ速度（Ｖｃ
ｒｉｔ）で引上げられることを特徴とする、請求項１記
載の方法。 （２）最大引上げ速度を増大させるために、成長する単
結晶の温度勾配を単結晶を熱的に覆うシールドにより増
大させることを特徴とする、請求項１または前項（１）
のいずれかに記載の方法。 （３）単結晶を熱的に覆うシールドが積極的に冷却され
ることを特徴とする、前項（２）記載の方法。 （４）単結晶を熱的に覆うシールドの単結晶を対向する
側面上を黒染処理したことを特徴とする、前項（２）記
載の方法。 （５）単結晶を熱的に覆うシールドの下端が、成長する
単結晶の固相／液相の境界にできるだけ密接に接近する
ことを特徴とする、前項（２）〜（４）のいずれかに記
載の方法。 （６）単結晶の熱履歴が、シールドの熱的遮蔽作用およ
び冷却作用並びに最大引上げ速度を変化することにより
変化させることを特徴とする、前項（２）〜（５）のい
ずれかに記載の方法。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシリ
コン単結晶の引上げ法によれば、積層欠陥リングが出現
を開始する引上げ速度Ｖｃｒｉｔの下限を引き上げるこ
とができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルフレッド・フォン・アモン ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン、ハー ゾクバットシュトラーセ ３ (72)発明者 エリッヒ・ドーンベルガー ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン、ベー トーヴェンシュトラーセ 13 (72)発明者 ハンス・エルクラグ ドイツ連邦共和国 ハイミング、ブルクハ ウザーシュトラーセ ４ (72)発明者 ペーター・ゲーラッハ ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン、ショ ペンハウアーヴェーク ３ (72)発明者 フランツ・ゼギエト ドイツ連邦共和国 キルハーム、オベレ・ バッハシュトラーセ 14アー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 るつぼ中に収容されたシリコン溶融体を
    その垂直方向にある特定の速度で引上げるシリコン単結
    晶の引上げ方法であって、成長する単結晶の固相／液相
    の境界領域の温度勾配にほぼ比例する最大引上げ速度を
    越えない速度で引き上げることを特徴とするシリコン単
    結晶の引上げ方法。
JP6329839A 1993-12-16 1994-12-06 シリコン単結晶の引上げ方法 Expired - Lifetime JP2700773B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4343051 1993-12-16
DE43-43-051-1 1994-04-28
DE4414947A DE4414947C2 (de) 1993-12-16 1994-04-28 Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls aus Silicium
DE44-14-947-6 1994-04-28

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JPH07257991A true JPH07257991A (ja) 1995-10-09
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