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JPH05208892A - 単結晶シリコン棒の製造方法 - Google Patents

単結晶シリコン棒の製造方法

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Publication number
JPH05208892A
JPH05208892A JP3847492A JP3847492A JPH05208892A JP H05208892 A JPH05208892 A JP H05208892A JP 3847492 A JP3847492 A JP 3847492A JP 3847492 A JP3847492 A JP 3847492A JP H05208892 A JPH05208892 A JP H05208892A
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JP
Japan
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single crystal
rotation speed
growth
silicon rod
crucible
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JP3847492A
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Akihiko Tamura
明彦 田村
Atsushi Iwasaki
淳 岩崎
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 断面内の抵抗率分布を均一化した不純物ドー
プシリコン単結晶を得る。 【構成】 チョクラルスキー法により、不純物元素をド
ープしたシリコン単結晶を引上げる際、ルツボ回転速度
を周期的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶シリコン棒の製造
方法に関し、より詳しくは不純物元素をドープしたシリ
コン単結晶を得る場合に、断面内の抵抗率分布を改善さ
せることができる単結晶棒シリコン棒の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】チョクラルスキー法(CZ法)によりシ
リコン単結晶棒を引上げるには、シリコン融液を入れた
ルツボを回転させながら、種単結晶をシリコン融液中に
浸け、種単結晶にシリコンを折出させて、単結晶を成長
させ、徐々に単結晶を引上げてゆくことにより棒状に成
長した単結晶を得る。不純物をドープしたシリコン単結
晶のうち、アンチモンドープシリコン単結晶を得るに
は、アンチモンを混入させたシリコン融液を用いて、上
記と同様に引上げることが行なわれていた。
【0003】このアンチモンドープシリコン単結晶引上
げの際の操作条件としては、ルツボ回転が高速(8rp
m以上)の方が、結晶を安定して製造できる。しかし、
このようにすると断面内の抵抗率分布が不均一になって
しまう。これは、特に、軸方位〈111〉の単結晶で顕
著となる。従って、特に、軸方位〈111〉のアンチモ
ンドープシリコン単結晶の断面内の抵抗率分布を均一に
する技術の確立が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の操作条件で
軸方位〈111〉のアンチモンドープシリコンの単結晶
を製造した場合について詳しく検討してみたところ、図
3に示すように結晶の中央部がファセット成長してお
り、その部分のドーパント濃度が高くなっていることが
わかった。すなわち、従来のアンチモンを混入したシリ
コン融液からの軸方位〈111〉の単結晶成長を行なう
と8rpm以上の高速のルツボ回転速度における引上げ
においては結晶中央部の成長界面がフラットになり、し
かもその部分のドーパント密度が高くなっていたのであ
る。
【0005】一方、軸方位〈111〉とする以外は上記
と同条件でアンチモンドープシリコン単結晶を成長させ
ると断面内の抵抗率分布は比較的均一である。そこで、
この軸方位〈100〉の単結晶の成長状態を詳細に調べ
ると、図4に示すように結晶中央部の成長界面が下に凸
(融液側に凸)となる形で結晶が等温成長していること
がわかった。
【0006】上記軸方位〈111〉の単結晶についての
観察と軸方位〈100〉の単結晶についての観察を対比
させることにより、軸方位〈111〉の単結晶では結晶
周辺部からの等温成長と、結晶中央部でのファセット成
長が同時進行していることがわかる。
【0007】本発明は上記の点を解決し、不純物をドー
プしたシリコン単結晶成長を好ましい等温成長を行わ
せ、特に、軸方位〈111〉の単結晶成長の場合におけ
る結晶中央部のファセット成長をなくし、断面内の抵抗
率分布を均一にすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の単結晶シリコン棒の製造方法は、チョクラ
ルスキー法により、不純物をドープしたシリコン単結晶
を引上げる際、ルツボ回転速度を周期的に変化させるこ
とで結晶中の断面内の抵抗率分布を改善することを特徴
としている。すなわち、本発明は、結晶引上げ中にルツ
ボ回転速度を周期的に変化させ、特にルツボ回転が低速
となったとき、ルツボ底部から成長界面に直接到達する
高温の対流を誘導することで、成長界面を全体的に上に
凸とし、好ましい等温成長を行なわせ、特に軸方位〈1
11〉の単結晶成長の場合における結晶中央部でのファ
セット成長をなくし、断面内の抵抗率分布を均一にする
ものである。
【0009】ルツボ回転速度の周期的変化は、8rpm
以上から2rpm以下に周期的に変化させるのが好まし
い。回転速度2rpm以下の時に、上記ルツボ底部から
成長界面に直接到達する高温の対流が効果的に誘導さ
れ、回転速度8rpm以上の時に結晶が異常の形状とな
らず、断面略円形の棒状になるような結晶成長が行なわ
れる。
【0010】ルツボ回転速度を周期的に変化させる際の
周期Tは、30秒以上120秒以下とするのが好まし
く、高速あるいは低速回転にある時間tH 、tL は、そ
の周期の25〜75%とするのが好ましい。
【0011】図5に上記周期Tと高速回転にある時間t
H 、低速回転にある時間tL の関係の一例を示す。図5
においては、高速回転時のルツボ回転速度を8rpmと
し、低速回転時のルツボ回転速度を2rpmとし、周期
Tは60秒とし、高速回転にある時間tH を30秒と
し、低速回転にある時間tL を30秒とした場合が示さ
れている。
【0012】上記tH あるいはtL が周期Tの25〜7
5%となるようにすることにより、低速回転時におけ
る、結晶中央部での等温成長を可能とし、特に、軸方位
〈111〉の単結晶の成長の場合におけるファセット成
長を防止する対流と高速回転時における結晶の安定は成
長をバランスよく確保でき、断面的の抵抗率分布を均一
にするとともに、良好な形状にすることが可能となる。
【0013】本発明においては、軸方位〈111〉の単
結晶成長において特に著しい効果を発現する。すなわ
ち、ルツボ回転速度を例えば8rpmで一定にして引上
げた場合に生じていた図3に示すような、結晶中央部で
のファセット成長によりもたらされたフラットな成長界
面が、ルツボ回転速度を8rpmと2rpmで図5に示
すように周期的に変化させることにより、図1に示すよ
うに、成長界面を全体に上に凸な形状とし、軸方位〈1
11〉の単結晶成長において特に著しく生じていたファ
セット成長をなくし、等温成長を可能にし、断面内の抵
抗率分布を均一にすることができる。
【0014】上記においては、ドーパントとしてアンチ
モンを使用した場合を例にとって説明したが、本発明は
成長界面形状を変えることにより断面内の抵抗率分布を
均一化するものであるため、他のドーパント、例えば砒
素、リン、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウ
ム等に対しても適用可能なことは自明である。
【0015】
【作用】単結晶引上げ中にルツボ回転速度を周期的に変
化させ、特にルツボ回転が低速となったとき、ルツボ底
部から成長界面に直接到達する高温の対流を誘導するこ
とで成長界面を上に凸にし、より好ましい等温成長を可
能にし、ドーパントが成長結晶中に均一に取り込まれる
ようになる。本発明の方法により軸方位〈111〉の単
結晶を成長させると、成長界面は全体に上に凸の形状に
なるとともにファセット成長が防止される。また、本発
明の方法により軸方位〈100〉の単結晶を成長させる
と、ルツボ回転速度一定の場合にみられる中央部にあっ
た下に凸の界面部はなくなり、全体が上に凸の界面とす
ることができる。これにより、不純物元素をドーパント
したシリコン単結晶棒を引上げる際に、断面内の抵抗率
分布を均一化することが可能となる。
【0016】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例1 ドーパントとしてアンチモンを使用し、直径4インチの
アンチモンドープシリコン単結晶棒をチョクラルスキー
法にて引上げた。引上げの際にルツボ回転速度を図5に
示すように周期的変化させた。高速回転時のルツボ回転
速度を8rpmとし、低速回転時のルツボ回転速度を2
rpmとし、周期Tは60秒とし、高速回転にある時間
H を30秒とし、低速回転にある時間tL を30秒と
した。得られた単結晶棒を成長軸に垂直な断面が出るよ
うに多数個に切断し、この断面内の抵抗率分布を測定
し、図6に示すような、軸方向の長さにおける半径方向
の抵抗率分布を求めた。図6から明らかなように、軸方
向に垂直な断面及び軸方向に平行な断面の両断面内の抵
抗率分布は10%以下である。
【0017】比較例1 ルツボ回転速度を8rpmで一定とする以外は実施例1
と同様にして、抵抗率分布を求めた。その結果を図6に
併記する。図6から明らかなように断面内の抵抗率分布
は最大20%のバラツキを示した。
【0018】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、チョクラルスキー法により、不純物元素をドー
プしたシリコン単結晶を引上げる際、ルツボ回転速度を
周期的に変化させることで、成長界面を上に凸にし、好
ましい等温成長を可能にして、ドーパントが成長結晶中
に均一に取り込まれるようにし、成長結晶断面内の抵抗
率分布を均一化することができる。特に、本発明の方法
により軸方位〈111〉の単結晶を成長させると、ファ
セット成長が防止され、抵抗率分布の均一化の効果が顕
著に表われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により軸方位〈111〉の単結晶
成長を行なった場合における成長界面の断面形状を示す
説明図である。
【図2】本発明の方法により軸方位〈100〉の単結晶
成長を行なった場合における成長界面の断面形状を示す
説明図である。
【図3】ルツボ回転速度を一定にして軸方位〈111〉
の単結晶成長を行なった場合における成長界面の断面形
状を示す説明図である。
【図4】ルツボ回転速度を一定にして軸方位〈100〉
の単結晶成長を行なった場合における成長界面の断面形
状を説明図である。
【図5】本発明の方法におけるルツボ回転速度を周期的
に変化させる場合の一例を示すグラフである。
【図6】実施例及び比較例で得られるアンチモンドープ
シリコン単結晶棒の断面の抵抗率分布を示すグラフであ
る。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法により、不純物元素
    をドープしたシリコン単結晶を引上げる際、ルツボ回転
    速度を周期的に変化させることで結晶中の断面内の抵抗
    率分布を改善することを特徴とする単結晶シリコン棒の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 ルツボ回転速度の周期的変化が8rpm
    以上の回転速度と2rpm以下の回転速度との周期的な
    増減により行なわれる請求項1記載の単結晶シリコン棒
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 ルツボ回転速度を周期的に変化させる際
    の周期が30秒以上120秒以下であり、高速あるいは
    低速回転にある時間は、その周期の25〜75%である
    請求項1記載の単結晶シリコン棒の製造方法。
  4. 【請求項4】 単結晶が軸方位〈111〉の単結晶であ
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載の単結晶シリコン
    棒の製造方法。
  5. 【請求項5】 不純物元素がアンチモンである請求項1
    〜5のいずれか1項に記載の単結晶シリコン棒の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 不純物元素が砒素、リン、アルミニウ
    ム、ボロン、ガリウム、またはインジウムである請求項
    1〜5のいずれか1項に記載の単結晶シリコン棒の製造
    方法。
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