JPS5932428B2 - 単結晶シリコン引上げ用窒化珪素製治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は円柱状もしくは板状の単結晶シリコンを引上げ
る際に用いられる窒化珪素製の治具に関する。

半導体ウェハを切出すために用いられる円柱状単結晶シ
リコンの製造方法としてはチョクラルスキー法（ＣＺ法
）が知られている。

この方法はシリコン原料をルツボ内で溶融し、この溶融
シリコンに種結晶を浸し、この種結晶を引上げることに
より円柱状単結晶シリコンを製造するものである。

上述したＣＺ法においては、従来、ルツボとして石英ガ
ラス製のものが用いられている。

しかしながら、石英ガラス製のルツボは溶融シリコンと
反応するため、反応生成物が酸素不純物としてシリコン
結晶インゴットに取り込まれる。

シリコン結晶中の酸素不純物は結晶欠陥の原因となるた
め、製造される集積回路の特性を悪化させるという欠点
がある。

また、板状単結晶シリコンの製造方法としてはＥＦＧ法
（ｅｄｇｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｆｉｌｍ ｆｅｅｄ ｇ
ｒｏｗｔｈ法）が知られている。

この方法はルツボ内でシリコン原料を溶融し、この溶融
シリコンに中空枠状のダイの一端側を浸し、ダイの中空
部を毛管現象により上昇してきた溶融シリコンに板状種
結晶を浸し、この種結晶を引上げることにより板状単結
晶シリコンを製造するものである。

上述したＥＦＧ法においては、従来、ルツボとして石英
ガラス製のもの、ダイとしてカーボン製のものが夫々用
いられている。

しかしながら、石英ガラス製のルツボはＣＺ法の場合と
同様な欠点を有するうえ、カーボン製のダイについては
、カーボンが溶融シリコンと反応して炭化珪素を生じ易
いため、こうした炭化珪素がダイの中空部周辺ｌこ形成
されるとシリコン結晶の引上げが困難となるたけでなく
、シリコン結晶が多結晶化するという欠点がある。

そこで、本発明者らはルツボ、グイ等の治具として溶融
シリコンと反応しにくい窒化珪素製のものを用いること
を考え、先に特願昭５６−７０４７４において単結晶シ
リコン引上げ用窒化珪素製治具について開示した。

このような窒化珪素製治具を用いれば、多くの場合、酸
素濃度が低く、良質な単結晶シリコンを引上げることが
できる。

しかし、窒化珪素製治具を用いた場合でも治具の性状に
よってはシリコン結晶が単結晶とならず多結晶化するこ
とが判明した。

本発明者らはシリコン結晶が多結晶化する原因について
種々検討した結果、以下のことを究明した。

すなわち、窒化珪素製治具の鉄含有量が多い場合、この
治具を用いてシリコン結晶を引上げると、溶融シリコン
に治具の窒化珪素が溶解するとともに鉄が溶解し、結晶
シリコンインゴットに取り込まれてシリコン結晶を多結
晶化する。

したがって、窒化珪素製治具の鉄含有量を減少させれば
よいと考えられるが、鉄含有量をかなり低くしてもシリ
コン結晶が多結晶化する場合がある。

これは、治具の窒化珪素が溶融シリコンに溶解するのを
助長するような不純物があり、窒化珪素製治具の鉄含有
量が少なくてもこれらの不純物が多いと、治具の窒化珪
素の溶融シリコンへの溶解量、つまり治具中に含まれる
鉄の溶解量が多くなるため鉄含有量が多いのと同様な結
晶を生じると考えられる。

そこで、本発明者らは更に研究を重ねた結果、上述した
治具の窒化珪素が溶融シリコンに溶解するのを助長する
作用を有する不純物が硼素あるいはアルミニウムである
ことを究明し、鉄の含有量のみならずこれらの不純物の
含有量を限定することにより、単結晶シリコンを引上げ
得る窒化珪素製治具を見出した。

すなわち、本発明の単結晶シリコン引上げ用窒化珪素製
治具は、硼素含有量が３ ｐｐｍ以下、アルミニウム含
有量が５９Ｉ）ｍ以下、鉄含有量が１０ｐ ｐ ｍ 、
ＩＪ下である結晶質窒化珪素からなることを特徴とする
ものである。

硼素アルミニウム及び鉄の含有量を上記数値以下ｔこ限
定したのは以下の理由ｌこよる。

すなわち、鉄含有量が１０ｐｐｍを超えると、シリコン
結晶を引上げる際にインゴットに含まれる鉄が多くなり
、シリコン結晶が多結晶化する。

また、硼素含有量が３ｐｐｍを超えるか、あるいはアル
ミニウム含有量が！５ｐｐｍを超えると、治具の窒化珪
素の溶融シリコンへの溶解量が増加するため、鉄含有量
が１０ｐｐｍ以下であってもシリコン結晶を引上ける際
にインゴットに含まれる鉄が多くなり、シリコン結晶が
多結晶化する。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、純化処理を施した５種類のルツボ形状のシリコン
基材をＣＶＤ反応炉内に設置し、ＣＶＤ反応炉外周に配
置されたヒータによりＣＶＤ反応炉内を所定温度まで上
昇させた、次に、Ｓ＋Ｃ１４ガス及びＮＨ３ガスをＨ２
ガスをキャリアガスとしてＣＶＤ反応炉内に供給した。

ＣれらのガスはＣＶＤ反応炉内で反応し、各シリコン基
材の内表面に夫々結晶質窒化珪素が被着した（シリコン
基材の外表面はコーティングしているので窒化珪素は被
着しない。

）所定時間経過後、ガスの供給を停止した。

つづいて、ＨＣｌガス雰囲気に曝し、各シリコン基材を
除去して下記に示す如く硼素、アルミニウム及び鉄の含
有量の異なる５種の窒化珪素製ルツボを製造した。

得られた窒化珪素製ルツボを用いてＣＺ法により引上げ
られたシリコン結晶の結晶状態を下記表に併記する。

なお、上記表中比較例１〜５は不純物含有量の多いシリ
コン基材を用いた以外、上記実施例と同様な方法で得ら
れた窒化珪素製ルツボである。

上記表から明らかなように、実施例１〜５の窒化珪素製
ルツボはいずれも硼素含有量が３ ｐｐｍ以下、アルミ
ニウム含有量が５ ｐＩ）ｍ以下、鉄含有量が１０ｐｐ
ｍ以下であり、これらのツノツボを用いてＣＺ法により
引上げられたシリコン結晶はいずれも単結晶であった。

これに対して比較例１の窒化珪素ルツボは鉄含有量が１
０ｐｐｍを超えているため、シリコン結晶が多結晶化し
た。

また、比較例２及び３は硼素含有量が３ ｐｐｍを超え
ているため、鉄含有量がＬ Ｏｐｐｍ以下であったにも
かかわらず、シリコン結晶が多結晶化した。

同様に、比較例４及び５はアルミニウム含有量が５ｐｐ
ｍヲ超えているため、鉄含有量が１０ｐｐｍであったに
もか＼わらず、シリコン結晶が多結晶化した。

なお、上記実施例１〜５の窒化珪素製ルツボを用いて製
造された単結晶シリコンは鉄含有量が低いので少数キャ
リアのライフタイムを大幅に向上することができた。

また、ルツボから単結晶シリコンに混入する硼素及びア
ルミニウムの量が少ないので単結晶シリコンの抵抗値を
良好に制御することができた。

また、硼素含有量を３ ｐｐｍ以下、アルミニウム含有
量を５ ｐｐｍ以下、鉄含有量をｌＯｐｐｍ以■に規制
し、これらを指標として基材、原料等の精製を行えばよ
いので、著しいコスト高となる超高純度化処理を行わな
くとも上記効果を得ることができた。

以上詳述した如く本発明によれば、単結晶状態で少数キ
ャリアのライフタイムが長く、抵抗値が良好に制御され
たシリコン結晶を引上げ得る単結晶シリコン引上げ用窒
化珪素製治具を提供できるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融シリコンから円柱状もしくは板状の単結晶シリ
   コンを引上げる際に用いられる治具において、硼素含有
   量が３ ｐｐｍ以下、アルミニウム含有量が５ ｐｐｍ
   以下、鉄含有量が１０ｐｐｍ以下の結晶質窒化珪素から
   なることを特徴とする単結晶シリコン引上げ用窒化珪素
   製治具。