JP2804456B2 - 半径方向に関する不純物濃度分布が均一なＳｉ単結晶の育成方法 - Google Patents
半径方向に関する不純物濃度分布が均一なＳｉ単結晶の育成方法Info
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- JP2804456B2 JP2804456B2 JP7091431A JP9143195A JP2804456B2 JP 2804456 B2 JP2804456 B2 JP 2804456B2 JP 7091431 A JP7091431 A JP 7091431A JP 9143195 A JP9143195 A JP 9143195A JP 2804456 B2 JP2804456 B2 JP 2804456B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半径方向に関する不純
物濃度分布が均一なＳｉ単結晶を融液から育成する方法
に関する。
物濃度分布が均一なＳｉ単結晶を融液から育成する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】融液からＳｉ単結晶を育成する代表的な
方法として、チョクラルスキー法がある。チョクラルス
キー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に配
置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で支
持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５が
同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒータ
４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、Ｓ
ｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種結
晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単結
晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回転
巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下げ
られ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き上
げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適宜
回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転速
度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６から
引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御され
る。
方法として、チョクラルスキー法がある。チョクラルス
キー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に配
置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で支
持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５が
同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒータ
４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、Ｓ
ｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種結
晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単結
晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回転
巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下げ
られ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き上
げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適宜
回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転速
度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６から
引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】融液６には、Ｓｉ単結
晶８に種々の要求特性を付与するため、各種の不純物が
添加される。しかし、添加された不純物の種類によって
は、成長界面における融液の挙動が異なってくるものも
ある。なかでも、Ｇａ，Ｓｂ等の不純物を添加したＳｉ
融液は、融液撹拌効果が減少し易く、それに伴って半径
方向に関する不純物分布が不均一になる。本発明者等
は、不純物濃度が不均一になる原因を次のように推察し
た。すなわち、Ｇａ又はＳｂを添加した融液は、熱膨張
係数が融点近傍で約６．０×１０-6／℃となり、熱膨張
係数に依存した乱流効果が低下する。そのため、添加不
純物が十分に撹拌されず、結果として成長界面直下で半
径方向に関する不純物濃度が不均一化する。不均一な不
純物濃度分布は、界面直下に形成される不純物境界層に
そのまま保存され、結晶中に取り込まれる。その結果、
引き上げられたＳｉ単結晶の不純物濃度が半径方向に関
して不安定化し、得られたＳｉ単結晶の品質安定性を低
下させる。本発明は、このような問題を解消すべく案出
されたものであり、熱膨張係数を大きくする元素をＳｉ
融液に追加添加することにより、成長界面直下で融液を
拡散する作用を向上させ、半径方向に関して不純物濃度
が均一化された高品質のＳｉ単結晶を得ることを目的と
する。
晶８に種々の要求特性を付与するため、各種の不純物が
添加される。しかし、添加された不純物の種類によって
は、成長界面における融液の挙動が異なってくるものも
ある。なかでも、Ｇａ，Ｓｂ等の不純物を添加したＳｉ
融液は、融液撹拌効果が減少し易く、それに伴って半径
方向に関する不純物分布が不均一になる。本発明者等
は、不純物濃度が不均一になる原因を次のように推察し
た。すなわち、Ｇａ又はＳｂを添加した融液は、熱膨張
係数が融点近傍で約６．０×１０-6／℃となり、熱膨張
係数に依存した乱流効果が低下する。そのため、添加不
純物が十分に撹拌されず、結果として成長界面直下で半
径方向に関する不純物濃度が不均一化する。不均一な不
純物濃度分布は、界面直下に形成される不純物境界層に
そのまま保存され、結晶中に取り込まれる。その結果、
引き上げられたＳｉ単結晶の不純物濃度が半径方向に関
して不安定化し、得られたＳｉ単結晶の品質安定性を低
下させる。本発明は、このような問題を解消すべく案出
されたものであり、熱膨張係数を大きくする元素をＳｉ
融液に追加添加することにより、成長界面直下で融液を
拡散する作用を向上させ、半径方向に関して不純物濃度
が均一化された高品質のＳｉ単結晶を得ることを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のＳｉ単結晶育成
方法は、その目的を達成するため、Ｇａ又はＳｂを添加
したＳｉ融液からチョクラルスキー法でＳｉ単結晶を引
き上げる際、周期律表でＧａ又はＳｂと同じグループに
属し、融点近傍における前記融液の熱膨張係数を大きく
する元素を前記融液に追加添加することを特徴とする。
熱膨張係数を大きくする元素としてはＢ又はＰがあり、
Ｇａ添加Ｓｉ融液に対してはＢが、Ｓｂ添加Ｓｉ融液に
対してはＰが追加添加される。これら追加添加される元
素は、添加元素（Ｇａ又はＳｂ）と周期律表上で属する
グループ（III又はIV族）が一致し、添加後の抵抗値が
０．００１〜１０Ω・ｃｍとなるものとして添加され、
結晶育成中に融液表面における蒸発を考慮すると１×１
０18〜５×１０20原子／ｃｍ3 の範囲に添加量が定めら
れる。
方法は、その目的を達成するため、Ｇａ又はＳｂを添加
したＳｉ融液からチョクラルスキー法でＳｉ単結晶を引
き上げる際、周期律表でＧａ又はＳｂと同じグループに
属し、融点近傍における前記融液の熱膨張係数を大きく
する元素を前記融液に追加添加することを特徴とする。
熱膨張係数を大きくする元素としてはＢ又はＰがあり、
Ｇａ添加Ｓｉ融液に対してはＢが、Ｓｂ添加Ｓｉ融液に
対してはＰが追加添加される。これら追加添加される元
素は、添加元素（Ｇａ又はＳｂ）と周期律表上で属する
グループ（III又はIV族）が一致し、添加後の抵抗値が
０．００１〜１０Ω・ｃｍとなるものとして添加され、
結晶育成中に融液表面における蒸発を考慮すると１×１
０18〜５×１０20原子／ｃｍ3 の範囲に添加量が定めら
れる。
【０００５】
【作用】Ｓｉ融液から引き上げられた単結晶の半径方向
に関する不純物濃度分布の不均一性は、成長界面直下に
おける融液の不純物濃度分布の均一性に依存している。
したがって、半径方向に関する不純物濃度分布を均一化
するためには、成長界面直下において融液の撹拌を活発
化させる必要がある。本発明者等の研究によるとき、融
液の熱膨張を増加させるＢ，Ｐ等の元素を添加すると、
成長界面直下で融液の撹拌が促進されることを見い出し
た。すなわち、Ｂ，Ｐ等の元素を添加した融液は、凝固
点近傍にある成長界面直下で熱膨張が局部的に大きくな
る。そのため、周囲にある融液との間で熱膨張差が大き
くなり、熱膨張差に起因して融液の循環流動が加速され
る。その結果、成長界面直下の融液が十分な撹拌作用を
受け、半径方向に関する不純物濃度分布が均一化され
る。したがって、この融液から引上げられたＳｉ単結晶
は、半径方向に関して不純物濃度分布が均一化された高
品質の結晶となる。
に関する不純物濃度分布の不均一性は、成長界面直下に
おける融液の不純物濃度分布の均一性に依存している。
したがって、半径方向に関する不純物濃度分布を均一化
するためには、成長界面直下において融液の撹拌を活発
化させる必要がある。本発明者等の研究によるとき、融
液の熱膨張を増加させるＢ，Ｐ等の元素を添加すると、
成長界面直下で融液の撹拌が促進されることを見い出し
た。すなわち、Ｂ，Ｐ等の元素を添加した融液は、凝固
点近傍にある成長界面直下で熱膨張が局部的に大きくな
る。そのため、周囲にある融液との間で熱膨張差が大き
くなり、熱膨張差に起因して融液の循環流動が加速され
る。その結果、成長界面直下の融液が十分な撹拌作用を
受け、半径方向に関する不純物濃度分布が均一化され
る。したがって、この融液から引上げられたＳｉ単結晶
は、半径方向に関して不純物濃度分布が均一化された高
品質の結晶となる。
【０００６】
【実施例】Ｇａ又はＳｂを０．１原子％添加したＳｉ原
料５ｋｇに、更にＢ又はＰを１０15原子／ｃｍ3 添加
し、ルツボで溶解した。そして、単結晶引上げ開始まで
の間、アルゴンガスを充満したチャンバー内にＳｉ融液
を保持した。Ｇａ又はＳｂを添加した融液は、図２に示
す密度の温度依存性から、融点〜１４３０℃の温度域に
おける熱膨張係数が約６．０×１０-6／℃と推定され
る。特に、融点〜１４３０℃の温度域では密度の急激な
変動が緩和され、十分な撹拌作用が得られず、融液中の
不純物分布が均質であることが伺われる。この融液に更
にＢ又はＰを添加したものでは、図２に示す０．１原子
％Ｂ又はＰを添加した密度の温度依存性から、融点〜１
４３０℃の温度域における熱膨張係数が約１．５×１０
-3／℃と推定される。すなわち、Ｇａ又はＳｂを添加し
たときに比べて、その熱膨張係数が増加することが予想
され、融液に循環流動が活発になる。
料５ｋｇに、更にＢ又はＰを１０15原子／ｃｍ3 添加
し、ルツボで溶解した。そして、単結晶引上げ開始まで
の間、アルゴンガスを充満したチャンバー内にＳｉ融液
を保持した。Ｇａ又はＳｂを添加した融液は、図２に示
す密度の温度依存性から、融点〜１４３０℃の温度域に
おける熱膨張係数が約６．０×１０-6／℃と推定され
る。特に、融点〜１４３０℃の温度域では密度の急激な
変動が緩和され、十分な撹拌作用が得られず、融液中の
不純物分布が均質であることが伺われる。この融液に更
にＢ又はＰを添加したものでは、図２に示す０．１原子
％Ｂ又はＰを添加した密度の温度依存性から、融点〜１
４３０℃の温度域における熱膨張係数が約１．５×１０
-3／℃と推定される。すなわち、Ｇａ又はＳｂを添加し
たときに比べて、その熱膨張係数が増加することが予想
され、融液に循環流動が活発になる。
【０００７】実際にＧａドープＳｉ融液及びＧａ，Ｂド
ープＳｉ融液それぞれから直径３インチ及び長さ２００
ｍｍのＳｉ単結晶を引き上げ、成長方向に関する不純物
濃度を測定した。測定結果を示す図３にみられるよう
に、ＧａドープＳｉ融液にＢを添加しない場合は、半径
方向の抵抗率の変動が±２０％であった。これに対し
て、Ｂを更に添加した場合は、抵抗率の変動が±５％の
範囲に抑えられている。この対比から明らかなように、
熱膨張係数を大きくする元素を添加することによって、
成長界面直下で十分な融液の撹拌が確保され、半径方向
に関して不純物濃度分布が均一化されたＳｉ単結晶が得
られることが確認された。
ープＳｉ融液それぞれから直径３インチ及び長さ２００
ｍｍのＳｉ単結晶を引き上げ、成長方向に関する不純物
濃度を測定した。測定結果を示す図３にみられるよう
に、ＧａドープＳｉ融液にＢを添加しない場合は、半径
方向の抵抗率の変動が±２０％であった。これに対し
て、Ｂを更に添加した場合は、抵抗率の変動が±５％の
範囲に抑えられている。この対比から明らかなように、
熱膨張係数を大きくする元素を添加することによって、
成長界面直下で十分な融液の撹拌が確保され、半径方向
に関して不純物濃度分布が均一化されたＳｉ単結晶が得
られることが確認された。
【０００８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、熱膨張係数を大きくする元素を添加したＧａ又はＳ
ｂドープＳｉ融液から、チョクラルスキー法によってＳ
ｉ単結晶を育成している。熱膨張係数を大きくする元素
は、成長界面直下で融液を十分に撹拌する作用を呈し、
不純物濃度分布が均一化された融液から単結晶が育成さ
れることを可能にする。そのため、得られたＳｉ単結晶
は、半径方向に関して不純物濃度分布が均一化した高品
質の単結晶となる。
は、熱膨張係数を大きくする元素を添加したＧａ又はＳ
ｂドープＳｉ融液から、チョクラルスキー法によってＳ
ｉ単結晶を育成している。熱膨張係数を大きくする元素
は、成長界面直下で融液を十分に撹拌する作用を呈し、
不純物濃度分布が均一化された融液から単結晶が育成さ
れることを可能にする。そのため、得られたＳｉ単結晶
は、半径方向に関して不純物濃度分布が均一化した高品
質の単結晶となる。
【図１】 融液からＳｉ単結晶を引き上げるチョクラル
スキー法
スキー法
【図２】 各種不純物を添加したＳｉ融液の密度と温度
との関係を示すグラフ
との関係を示すグラフ
【図３】 引き上げられたＳｉ単結晶の成長方向に関す
る不純物濃度分布を抵抗値で表したグラフ
る不純物濃度分布を抵抗値で表したグラフ
１：密閉容器 ２：ルツボ ３：サポート ４：
ヒータ ５：保温材 ６：融液 ７：種結晶 ８：Ｓｉ単結晶 ９：ワ
イヤ １０：回転巻取り機構
ヒータ ５：保温材 ６：融液 ７：種結晶 ８：Ｓｉ単結晶 ９：ワ
イヤ １０：回転巻取り機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000006264 三菱マテリアル株式会社 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 (73)特許権者 000205351 住友シチックス株式会社 兵庫県尼崎市東浜町１番地 (72)発明者 川西 荘六 茨城県つくば市東光台１−16−２ (72)発明者 泉妻 宏治 茨城県稲敷郡阿見町荒川沖1770−１− 502 (72)発明者 十河 慎二 茨城県つくば市今鹿島4182−３ (72)発明者 佐々木 斉 埼玉県大宮市大成町１−545 (72)発明者 木村 茂行 茨城県つくば市竹園３−712 (72)発明者 碇 敦 茨城県つくば市東光台２−12−15 (56)参考文献 特開 昭57−118089（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226890（ＪＰ，Ａ) ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ Ａ Ｌ．，”ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＩＭＰＵ ＲＩＴＹ ＤＯＰＩＮＧ ＯＮ ＤＥＮ ＳＩＴＹ ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ ＩＮＭ ＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ”，ＪＰ Ｎ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ ２，ＪＡＰＡＮ，15 ＮＯＶ．1995, ＶＯＬ．34，ＮＯ．11Ｂ，ＰＰ．Ｌ1509 −1512 ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ Ａ Ｌ．，”ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＧＡＬＬ ＩＵＭ ＡＤＤＩＴＩＯＮ ＯＮ ＤＥ ＮＳＩＴＹ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ”，Ｊ ＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲ Ｔ １，ＪＡＰＡＮ，ＦＥＢ．1995，Ｖ ＯＬ．34，ＮＯ．２Ａ，ＰＰ．482−483 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 29/06 C30B 15/04 H01L 21/208
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｇａを添加したＳｉ融液からチョクラル
スキー法でＳｉ単結晶を引き上げる際、融点近傍におけ
る前記融液の熱膨張係数を大きくするＢを前記融液に追
加添加することを特徴とする温度変動を抑制したＳｉ単
結晶の育成方法。 - 【請求項２】 Ｓｂを添加したＳｉ融液からチョクラル
スキー法でＳｉ単結晶を引き上げる際、融点近傍におけ
る前記融液の熱膨張係数を大きくするＰを前記融液に追
加添加することを特徴とする温度変動を抑制したＳｉ単
結晶の育成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091431A JP2804456B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 半径方向に関する不純物濃度分布が均一なＳｉ単結晶の育成方法 |
| EP96104454A EP0733726A3 (en) | 1995-03-24 | 1996-03-20 | Growing silicon single crystal with a uniform distribution of doping in the longitudinal or radial direction |
| US08/620,391 US5700320A (en) | 1995-03-24 | 1996-03-22 | Growth of silicon single crystal having uniform impurity distribution along lengthwise or radial direction |
| KR1019960008023A KR100264399B1 (ko) | 1995-03-24 | 1996-03-23 | 길이방향을 따라 균일한 불순물 분포를 갖는 실리콘 단결정의 육성 |
| KR1020000009606A KR100269088B1 (ko) | 1995-03-24 | 2000-02-26 | 반경방향을 따라 균일한 불순물 분포를 갖는 실리콘단결정의 육성 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091431A JP2804456B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 半径方向に関する不純物濃度分布が均一なＳｉ単結晶の育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08259374A JPH08259374A (ja) | 1996-10-08 |
| JP2804456B2 true JP2804456B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=14026189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7091431A Expired - Fee Related JP2804456B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 半径方向に関する不純物濃度分布が均一なＳｉ単結晶の育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804456B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3049376A1 (de) * | 1980-12-29 | 1982-07-29 | Heliotronic Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen | Verfahren zur herstellung vertikaler pn-uebergaenge beim ziehen von siliciumscheiben aus einer siliciumschmelze |
| JPH06204150A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Sumitomo Sitix Corp | 半導体用シリコン単結晶基板の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP7091431A patent/JP2804456B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ ＡＬ．，"ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＧＡＬＬＩＵＭ ＡＤＤＩＴＩＯＮ ＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ"，ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ １，ＪＡＰＡＮ，ＦＥＢ．１９９５，ＶＯＬ．３４，ＮＯ．２Ａ，ＰＰ．４８２−４８３ |
| ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ ＡＬ．，"ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＩＭＰＵＲＩＴＹ ＤＯＰＩＮＧ ＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ ＩＮＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ"，ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ ２，ＪＡＰＡＮ，１５ ＮＯＶ．１９９５，ＶＯＬ．３４，ＮＯ．１１Ｂ，ＰＰ．Ｌ１５０９−１５１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08259374A (ja) | 1996-10-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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