JPS5932426B2 - 半導体単結晶育成方法および育成装置 - Google Patents
半導体単結晶育成方法および育成装置Info
- Publication number
- JPS5932426B2 JPS5932426B2 JP19031881A JP19031881A JPS5932426B2 JP S5932426 B2 JPS5932426 B2 JP S5932426B2 JP 19031881 A JP19031881 A JP 19031881A JP 19031881 A JP19031881 A JP 19031881A JP S5932426 B2 JPS5932426 B2 JP S5932426B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- single crystal
- silicon nitride
- wall
- raw material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
- C30B15/12—Double crucible methods
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体単結晶の引上げ育成方法および引上げ
育成装置に関するものである。
育成装置に関するものである。
シリコン、ゲルマニウム等の半導体結晶の育成において
は、石英製のるつぼを用い、この中に溶融した半導体原
料を入れ、種結晶を溶融原料液面に接すると同時に回転
させながら引上げて行くと接触部の凝固とともに結晶成
長が起ることを利用して、円柱状の単結晶を得る方法が
一般に行なわれている。
は、石英製のるつぼを用い、この中に溶融した半導体原
料を入れ、種結晶を溶融原料液面に接すると同時に回転
させながら引上げて行くと接触部の凝固とともに結晶成
長が起ることを利用して、円柱状の単結晶を得る方法が
一般に行なわれている。
この方法によると、るつぼ材である石英が溶融半導体と
化学反応するため、石英の一成分である酸素が半導体結
晶内に混入する。
化学反応するため、石英の一成分である酸素が半導体結
晶内に混入する。
従って、通常、育成結晶中には約１０１８個／ｍｌの酸
素が含まれており、このような酸素が半導体デバイスプ
ロセス途上で析出し、結晶欠陥をもたらすことから、従
来より、育成結晶中への酸素の混入を極力抑えようとす
る幾多の試みが為されており、低酸素濃度結晶の育成が
可能になりつつある。
素が含まれており、このような酸素が半導体デバイスプ
ロセス途上で析出し、結晶欠陥をもたらすことから、従
来より、育成結晶中への酸素の混入を極力抑えようとす
る幾多の試みが為されており、低酸素濃度結晶の育成が
可能になりつつある。
しかしながら、近年、半導体デバイス形成において重要
な意味を持つ半導体表面上の微小欠陥を半導体ウェーハ
内部に発生する結晶欠陥に捕獲しようとする所謂イント
リンシック・ゲッタリングの効果が明らかになるにつれ
て、内部欠陥の発生と密接な関係がある育成結晶内に混
入した酸素の存在が見直されつつある。
な意味を持つ半導体表面上の微小欠陥を半導体ウェーハ
内部に発生する結晶欠陥に捕獲しようとする所謂イント
リンシック・ゲッタリングの効果が明らかになるにつれ
て、内部欠陥の発生と密接な関係がある育成結晶内に混
入した酸素の存在が見直されつつある。
すなわち、一定濃度以上の酸素が混入した半導体ウェー
ハに適切な熱処理を施し、ウェーハ内部に酸素化合物の
析出に基づく結晶欠陥を発生させ、表面欠陥あるいはそ
の源を内部欠陥で捕獲し、無欠陥状態の半導体表面を得
ようとするものである。
ハに適切な熱処理を施し、ウェーハ内部に酸素化合物の
析出に基づく結晶欠陥を発生させ、表面欠陥あるいはそ
の源を内部欠陥で捕獲し、無欠陥状態の半導体表面を得
ようとするものである。
第１図は、従来の引上げ法による半導体単結晶育成の様
子を簡略化し、模式的に示すものである。
子を簡略化し、模式的に示すものである。
石英るつぼ１に保持された溶融原料２に種子結晶３を接
触させ、種結晶に回転を与えながら（必要に応じてるつ
ぼにも回転を与えることがある）円筒状の結晶４を育成
して行く。
触させ、種結晶に回転を与えながら（必要に応じてるつ
ぼにも回転を与えることがある）円筒状の結晶４を育成
して行く。
この時、育成結晶に取り込まれる酸素は主として、石英
るつぼ壁から溶出する酸素から成る。
るつぼ壁から溶出する酸素から成る。
石英るつぼ壁から供給される酸素の量は溶融原料と石英
るつぼとの接触面積に比例する。
るつぼとの接触面積に比例する。
つまり溶融原料内に混入した酸素は強制対流、自然対流
によりるつぼ壁に沿って上昇し、融液表面近傍に進み大
半が融液表面から蒸発するが一部が単結晶底部（固液界
面）に運ばれ育成結晶中に取り込まれることになる。
によりるつぼ壁に沿って上昇し、融液表面近傍に進み大
半が融液表面から蒸発するが一部が単結晶底部（固液界
面）に運ばれ育成結晶中に取り込まれることになる。
従って、育成結晶中に取込まれる酸素の量は物理定数で
ある偏析係数の他に、融液−るつぼ面積さ融液表面積（
蒸発面積）との比によって律せられることになる。
ある偏析係数の他に、融液−るつぼ面積さ融液表面積（
蒸発面積）との比によって律せられることになる。
つまり、定径の単結晶が育成される場合、引上げられる
に従って、蒸発面積は不変であるが、融液と石英るつぼ
内壁との接触面積は順次減少して行く。
に従って、蒸発面積は不変であるが、融液と石英るつぼ
内壁との接触面積は順次減少して行く。
第２図に引上げ育成が進んだ状態の模式図を示す。
第１図との比較によって明らかなように、引上げ育成が
進行するにつれて、融液蒸発面積が一定であるのに対し
、融液−石英るつぼ接触面積は減少して行く。
進行するにつれて、融液蒸発面積が一定であるのに対し
、融液−石英るつぼ接触面積は減少して行く。
従って、−４に、育成結晶の上部はど高酸素濃度となり
、結晶下部になるに従って低酸素濃度となる。
、結晶下部になるに従って低酸素濃度となる。
ここで、イントリンシックゲッタリングの為に、半導体
ウェーバに施す熱処理のことを考えると、最も効果的な
、すなわち、最適密度の内部欠陥を、最適深さの領域に
発生させる為の熱処理条件（温度、時間等）は、主とし
て半導体ウェーバ中に含まれる酸素濃度によって決定さ
れる。
ウェーバに施す熱処理のことを考えると、最も効果的な
、すなわち、最適密度の内部欠陥を、最適深さの領域に
発生させる為の熱処理条件（温度、時間等）は、主とし
て半導体ウェーバ中に含まれる酸素濃度によって決定さ
れる。
従って、一本の育成結晶（インゴット）から切り出され
た半導体ウェーバに含まれる酸素が上記のように変化し
ていたのでは、熱処理条件を各々のウェーバに対して変
えねばならず、処理効率が極めて悪い。
た半導体ウェーバに含まれる酸素が上記のように変化し
ていたのでは、熱処理条件を各々のウェーバに対して変
えねばならず、処理効率が極めて悪い。
つまり、育成結晶中の酸素濃度がインゴット上部から下
部まで所望の濃度で一定であれば、一度に多量のウェー
バにイントリンシックゲッタリングに有効な熱処理を極
めて効率よく行なうことができる。
部まで所望の濃度で一定であれば、一度に多量のウェー
バにイントリンシックゲッタリングに有効な熱処理を極
めて効率よく行なうことができる。
本発明はかかる状況を鑑みて成されたものであり、育成
結晶の上部から下部に至る各部に所望の、且つ一定濃度
の酸素を混入せしめることを可能にした半導体単結晶の
育成方法および育成装置を提供するものである。
結晶の上部から下部に至る各部に所望の、且つ一定濃度
の酸素を混入せしめることを可能にした半導体単結晶の
育成方法および育成装置を提供するものである。
本発明の特徴は、一つには、二重のるつぼを用いること
であり、該るつぼの一方の内壁が窒化珪素膜で被われ、
他の一方の内側のるつぼの外壁が同じく窒化珪素膜で被
われた石英るつぼであることで、二つには、内側の上記
るつぼを、結晶育成に従い下方に移動させ、実効的に、
石英るつぼ壁面と原料融液との接触面積を任意の値で一
定に保った状態で引上げ育成を行なうことである。
であり、該るつぼの一方の内壁が窒化珪素膜で被われ、
他の一方の内側のるつぼの外壁が同じく窒化珪素膜で被
われた石英るつぼであることで、二つには、内側の上記
るつぼを、結晶育成に従い下方に移動させ、実効的に、
石英るつぼ壁面と原料融液との接触面積を任意の値で一
定に保った状態で引上げ育成を行なうことである。
以下、図面を用いて本発明の詳細を具体的に示す。
第３図は本発明の半導体単結晶の育成方法の概要を示す
断面図であり、溶融原料２は、本発明の特徴である互い
に構成成分の異なる二重のるつぼに満たされる。
断面図であり、溶融原料２は、本発明の特徴である互い
に構成成分の異なる二重のるつぼに満たされる。
外側の原料るつぼ５は、窒化珪素で作られているか、る
つぼ内壁６が窒化珪素で被われている。
つぼ内壁６が窒化珪素で被われている。
内側の引上げるつぼ７は石英製であり、るつぼ外壁８は
窒化珪素膜で被われており、るつぼ底部に細孔９が施さ
れ、原料るつぼ５から、との細孔９を通して融液原料２
が引上げるつぼ７に供給される。
窒化珪素膜で被われており、るつぼ底部に細孔９が施さ
れ、原料るつぼ５から、との細孔９を通して融液原料２
が引上げるつぼ７に供給される。
前述のように、育成結晶中に取り込まれる酸素は主とし
て、引上げるつぼ７の内壁の石英（Ｓｉｎ２）から供給
される。
て、引上げるつぼ７の内壁の石英（Ｓｉｎ２）から供給
される。
引上げ育成に従って、前述のように原料融液面は順次下
降するが、その融液面の下降に応じて、引上げるつぼ７
を下降させるのが、本発明の大きな特徴となっている。
降するが、その融液面の下降に応じて、引上げるつぼ７
を下降させるのが、本発明の大きな特徴となっている。
つまり、第４図に示すように、引上げ育成が進行すると
、原料融液２と外側の原料るつぼ５との接触面積比は順
次減少して行くが、内側の引上げるつぼ７と原料融液２
との相対的位置関係は変化ない。
、原料融液２と外側の原料るつぼ５との接触面積比は順
次減少して行くが、内側の引上げるつぼ７と原料融液２
との相対的位置関係は変化ない。
外側の原料るつぼ５の内壁６および引上げるつぼ７の外
壁８は窒化珪素で被われているので、酸素の供給に関知
せず酸素の供給量は専ら、引上げるつぼ７の内壁（石英
）と原料融液２との接触面積によって律せられることに
なり、この面積、つまり、引上げるつぼ７に対する原料
融液２面の位置を一定に保つように、引上げ育成に応じ
て引上げるつぼ７を下降させれば、引上げるつぼγ内の
原料融液２′への酸素の供給量は一定となる。
壁８は窒化珪素で被われているので、酸素の供給に関知
せず酸素の供給量は専ら、引上げるつぼ７の内壁（石英
）と原料融液２との接触面積によって律せられることに
なり、この面積、つまり、引上げるつぼ７に対する原料
融液２面の位置を一定に保つように、引上げ育成に応じ
て引上げるつぼ７を下降させれば、引上げるつぼγ内の
原料融液２′への酸素の供給量は一定となる。
また、原料融液面の引上げるつぼ７に対する相対的位置
を任意に加減することによ頃所望の酸素濃度を設定する
ことも可能であり、更に、引上げるつぼ７の移動速度を
任意に設定することにより、育成インゴット内の酸素濃
度分布を任意に実現することも可能である。
を任意に加減することによ頃所望の酸素濃度を設定する
ことも可能であり、更に、引上げるつぼ７の移動速度を
任意に設定することにより、育成インゴット内の酸素濃
度分布を任意に実現することも可能である。
第５図は、本発明の半導体単結晶育成装置の主要部を示
す断面図で、内壁６が窒化珪素から成るるつぼ５、外壁
８が窒化珪素で被われた底部に細孔９を有する石英るつ
ぼ７が回転軸１０を同じくする位置に設置せられ、石英
るつぼ７は、回転軸１０を中心に回転し、且つ、るつぼ
Ｔの位置を上下に任意の速度で移動し得る手段（図示せ
ず）を具備することを、従来の単結晶育成装置にはない
特徴としている。
す断面図で、内壁６が窒化珪素から成るるつぼ５、外壁
８が窒化珪素で被われた底部に細孔９を有する石英るつ
ぼ７が回転軸１０を同じくする位置に設置せられ、石英
るつぼ７は、回転軸１０を中心に回転し、且つ、るつぼ
Ｔの位置を上下に任意の速度で移動し得る手段（図示せ
ず）を具備することを、従来の単結晶育成装置にはない
特徴としている。
更に本発明の特徴はるつぼ５の周囲に複数個の発熱体１
２から成り、該発熱体を任意に発熱させ得る手段（図示
せず）を有するるつぼ加熱装置（図示せず）を有するこ
とである。
２から成り、該発熱体を任意に発熱させ得る手段（図示
せず）を有するるつぼ加熱装置（図示せず）を有するこ
とである。
本発明の育成装置に、るつぼ回転機構１３、種結晶支持
回転機構１４、等の従来装置が具備されていることは言
を待たない。
回転機構１４、等の従来装置が具備されていることは言
を待たない。
本発明の半導体単結晶育成装置の使用方法は、前記の如
くであるが、発熱体１２の使用について追記すれば、第
４図に示すように、単結晶引上げ育成に従い、原料融液
面が下降するが、その下降に応じて、上部発熱体の発熱
量を調節することが、徒らに、装置内温度を上昇させな
い、等の為に必要な操作となる。
くであるが、発熱体１２の使用について追記すれば、第
４図に示すように、単結晶引上げ育成に従い、原料融液
面が下降するが、その下降に応じて、上部発熱体の発熱
量を調節することが、徒らに、装置内温度を上昇させな
い、等の為に必要な操作となる。
以上述べたように、本発明の半導体単結晶育成方法およ
び育成装置により、育成結晶内の酸素濃度を任意に設定
し、且つ、インゴット上部から下部に至る均一な酸素濃
度分布を実現し、極めて高品質な単結晶が得られるばか
りでなく、半導体素子製造歩留り向上が実現せられるこ
とは、本発明の半導体工業への貢献が極めて大きい。
び育成装置により、育成結晶内の酸素濃度を任意に設定
し、且つ、インゴット上部から下部に至る均一な酸素濃
度分布を実現し、極めて高品質な単結晶が得られるばか
りでなく、半導体素子製造歩留り向上が実現せられるこ
とは、本発明の半導体工業への貢献が極めて大きい。
第１図、第２図は従来の引上げ法による単結晶育成の様
子を模式的に示す図、第３図、第４図は本発明の半導体
単結晶育成方法を説明する図で、図において、２，２′
・・・・・・原料融液、３・・・・・・種結晶、４・・
・・・・育成結晶、５・・・・・・原料るつぼ、６・・
・・・・窒化珪素から成る原料るつぼ内壁、７・・・・
・・石英製引上げるつぼ、８・・・・・・窒化珪素で被
われた石英るつぼ外壁、９・・・・・・細孔、である。 第５図は本発明の半導体単結晶育成装置の主要部を示す
断面図で、図において、１０・・・・・・回転軸、１１
・・・・・・引上げるつは支持軸、１２・・・・・・発
熱体、１３・・・・・・るつぼ回転機構、１４・・・・
・・種結晶支持回転軸。
子を模式的に示す図、第３図、第４図は本発明の半導体
単結晶育成方法を説明する図で、図において、２，２′
・・・・・・原料融液、３・・・・・・種結晶、４・・
・・・・育成結晶、５・・・・・・原料るつぼ、６・・
・・・・窒化珪素から成る原料るつぼ内壁、７・・・・
・・石英製引上げるつぼ、８・・・・・・窒化珪素で被
われた石英るつぼ外壁、９・・・・・・細孔、である。 第５図は本発明の半導体単結晶育成装置の主要部を示す
断面図で、図において、１０・・・・・・回転軸、１１
・・・・・・引上げるつは支持軸、１２・・・・・・発
熱体、１３・・・・・・るつぼ回転機構、１４・・・・
・・種結晶支持回転軸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 引上法による半導体単結晶において、内壁が窒化珪
素膜で被われたるつぼあるいは窒化珪素から成る第一の
るつぼの内側に、外壁が窒化珪素膜で被われた石英から
成る、底部に孔を有する第二のるつぼを設置し、該第−
のるつぼに単結晶原料融液を満たし、第一のるつぼから
上記底面に施された孔を通し原料融液を第二のるつぼに
供給し、７該第二のるつぼに対する該原料融液面の位置
が一定に保たれるように単結晶引上げ育成に従って、該
第二のるつぼの位置を降下させながら単結晶育成を行な
うことを特徴とする半導体単結晶の育成方法。 ２ 内壁が窒化珪素膜で被われたるつぼあるいは窒化珪
素から成る第一のるつぼの内側に該第−のるつぼと中心
を−にする外壁が窒化珪素膜で被われ底部に孔を有する
石英から成る第二のるつぼを具備し、前記第一および第
二の各るつぼをそれぞれ独立に回転する手段と、前記第
二のるつぼを上下に任意の速度で移動し得る手段と、前
記第一のるつぼの周囲に配置された複数個の発熱体およ
び該発熱体を任意に発熱させる手段とを有することを特
徴とする半導体単結晶の育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19031881A JPS5932426B2 (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体単結晶育成方法および育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19031881A JPS5932426B2 (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体単結晶育成方法および育成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891098A JPS5891098A (ja) | 1983-05-30 |
| JPS5932426B2 true JPS5932426B2 (ja) | 1984-08-08 |
Family
ID=16256171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19031881A Expired JPS5932426B2 (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | 半導体単結晶育成方法および育成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932426B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6158883A (ja) * | 1984-08-31 | 1986-03-26 | Gakei Denki Seisakusho:Kk | 隔板の移動装置 |
| KR100487395B1 (ko) * | 2002-07-22 | 2005-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 레이저 매질 성장 장치 및 방법 |
-
1981
- 1981-11-27 JP JP19031881A patent/JPS5932426B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5891098A (ja) | 1983-05-30 |
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