電流磁場印加(EMCZ法)によるシリコン単結晶中の酸素濃度制御

摘要

近年のLSI亘は集積度および微細化がよりいっそう進み，4GbDRAM も開発,試作されている。 このようをLS互の高集積化の進行に伴い，シリコンウエハも大口径化が要求されている。 次世代300mm直径以上の大口径シリコン単結晶育成では，従来よりも高品質化,特にドーバントおよび酸素不純物の結晶内での均一分布化と濃度制御，およびgrown－in欠陥の低減化が重要な課題となっている。 大口径シリコン単結晶は，シリコン融液から結晶を引き上げて育成するCzochralski法（CZ法）で製造されるため，結晶育成中のシリコン融液の流れをコントロールすることが結晶品質を左右する。 上記したgrown-in欠陥低減に対しては，シリコン融液の流れのコントロールがどのような効果をもたらすかは現在のところ不明であるが，ドーバントや酸素不純物は，融液の流れにより輸送されるためシリコン融液の流れのコントロールにより制御が可能である。 大口径シリコン結晶育成では,大口径のるつぼを使用し大量のシリコン融液から結晶を育成するため,融液の流れは乱流状態に近づいており，これを外部より磁場を印加して抑制して結晶を育成する方法（Magnetic Field Applied Czochralski，MCZ）が検討されている。 しかし，MCZ法では酸素濃度の均一化と濃度値の制御が困難である。 良く知られている様に，シリコン結晶中の酸素は結晶の強度を増すとともに声結晶内で析出物を形成し，金属不純物を捕獲するゲッタリング効果があり，適量の濃度で混入していることが望ましい。MCZ法では，比較的低酸素になりやすいため，析出物を形成するまでの酸素濃度にすることが困難である。 これは,磁場によりシリコン融液の流動を抑止してしまうため,石英るつぼから溶解した酸素が結晶に到達しにくくなるためである。 このため，我々は，流れを抑止するのではなく流れを電磁力によりコントロールすることが有効であると考え，電磁力による強制回転によりシリコン融液の流れを制御して結晶を育成する「電流磁場印加結晶引き上げ法（Electromagnetic Czochralski，EMCZ）」を開発した。 このEMCZ法について，小型の炉を用いた実験により結晶中の酸素濃度の均一化と濃度値の制御が可能であることを確認した。 さらに大型の炉を使用した実験により，EMCZ法により8インチシリコン単結晶を無転位で育成することができることも確認した。 電磁力によりシリコン融液に強制回転を与える方法ほ過去にも報告例があるが，大口径シリコン単結晶育成に適した方法とはいえず，今回開発した方法がより適したものと考えられる。 以下,本レポートでは小型炉を用いた実験結果を中心に，EMCZ法について紹介していく。