JP2000319087A - 砒素ドーパントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

砒素ドーパントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン融液中においてＯとＡｓの反応を抑制
して、ＡｓＯを主成分とする気泡の発生の抑制が可能
で、かつ短時間で膜形成が容易で、被膜が均一な砒素ド
ーパントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法
を提供する。 【解決手段】砒素よりなるドーパント本体２と、このド
ーパント本体２に被覆された砒素化合物、シリコン、珪
素化合物のいずれかの物質よりなる被膜３とを有するド
ーパント。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン単結晶にド
ープされるドーパントおよびこれを用いたシリコン単結
晶の製造方法に係わり、特に砒素に被膜を施したドーパ
ントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基板は、主として高純度シ
リコン単結晶から製造されるが、このシリコン単結晶の
製造方法として、チョクラルスキー法（ＣＺ法）が一般
的に用いられている。ＣＺ法は石英ガラスルツボに多結
晶シリコン原料を収納し、シリコン原料が収納されたル
ツボの周囲からヒータで加熱して、シリコン原料を溶融
して、種結晶を浸漬させた後、種結晶を回転させながら
引上げることにより、シリコン単結晶を製造するもので
ある。
【０００３】製造されるシリコン単結晶は、その使用目
的に応じてシリコン単結晶の抵抗率を変えるために、シ
リコン単結晶の製造工程中に微量の硼素、リン、アンチ
モン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）などのドーパントがシリコ
ン融液に添加される。
【０００４】一般にドーパントのうち、融点の比較的高
い硼素とリンについては、原料の多結晶シリコンと共に
石英ガラスルツボに充填し、加熱、溶融して、融液中に
溶込ます。
【０００５】一方、ＡｓやＳｂは溶融中の蒸発係数が大
きく精密な制御は難しいが、融点における固融度が大き
いので、高濃度添付の場合にしばしば使用され、特にＡ
ｓは固溶度が最大で超低抵抗率結晶が得られる。
【０００６】比較的融点の低いＡｓやＳｂは、シリコン
融液に直接落下させて添加し、融液中に溶込ます。
【０００７】しかし、シリコン融液中にＡｓを落下させ
て添加すると、融液中の酸素と反応してＡｓＯを主成分
とするガスを発生する。このガスは直径数ｍｍ以下の気
泡となって融液表面から融液外に放出される。このＡｓ
Ｏを主成分とするガスが結晶成長界面に付着すると、こ
の付着箇所から転位が生じ、転位により結晶成長が阻害
されることがしばしばあり、シリコン単結晶製造時のＤ
Ｆ率（シリコン単結晶の標準直胴部長さに対する無転位
長さの割合）の低下を招いていた。
【０００８】シリコン単結晶製造時のＤＦ率の低下を防
止する方策として、特許２７６６１８９号公報には、砒
素ドーパントは金属砒素、または金属砒素およびシリコ
ン化合物を含み、例えば大気条件下、室温で１日〜２週
間放置して、ドーパント表面に酸化被膜を形成するドー
パントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法が
記載されている。
【０００９】しかし、この記載のドーパントの被膜形成
方法では、大気中の酸素とドーパント表面の砒素が自然
に酸化して、酸化膜を形成するので、膜形成に時間を要
して、大量のドーパント原料の在庫を必要とし、また均
一な酸化膜の形成が困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】そこで、シリコン融液
中においてＯとＡｓの反応を抑制して、ＡｓＯを主成分
とする気泡の発生の抑制が可能で、かつ短時間で膜形成
が容易にでき、被膜が均一な砒素ドーパントおよびこれ
を用いたシリコン単結晶の製造方法が要望されていた。
【００１１】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、シリコン融液中においてＯとＡｓの反応を抑制
して、ＡｓＯを主成分とする気泡の発生が抑制可能で、
かつ短時間で膜形成が容易にでき、被膜が均一な砒素ド
ーパントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法
を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、砒素よりなるドーパ
ント本体と、このドーパント本体に被覆された砒素化合
物、シリコン、珪素化合物のいずれかの物質よりなる被
膜とを有するドーパントであることを要旨としている。
【００１３】本願請求項２の発明では、上記被膜は酸窒
化砒素であることを特徴とする請求項１に記載のドーパ
ントであることを要旨としている。
【００１４】本願請求項３の発明では、上記被膜はポリ
シリコンまたは二酸化珪素であることを特徴とする請求
項１に記載のドーパントであることを要旨としている。
【００１５】本願請求項４の発明は、容器内に収容され
たシリコン原料融液に種結晶を接触させて種結晶からシ
リコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法に
おいて、容器にシリコン原料を供給して溶融する工程
と、このシリコン原料融液にドーパントを添加して融液
中に溶込ませる工程と、種結晶をシリコン原料融液に接
触させてシリコン単結晶を引上げる工程とを有し、前記
ドーパントとして、砒素よりなるドーパント本体に砒素
化合物、シリコン、珪素化合物のいずれかを被覆した砒
素ドーパントを用いることを特徴とするシリコン単結晶
の製造方法であることを要旨としている。
【００１６】本願請求項５の発明では、上記ドーパント
の被膜は酸窒化砒素であることを特徴とする請求項４に
記載のシリコン単結晶の製造方法であることを要旨とし
ている。
【００１７】本願請求項６の発明では、上記ドーパント
の被膜はポリシリコンまたは二酸化珪素であることを特
徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の製造方法で
あることを要旨としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる砒素ドーパ
ントおよびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法を図
面を参照して説明する。
【００１９】図１は本発明に係わる砒素ドーパント１
で、この砒素ドーパント１は平均粒径が１〜２ｍｍで砒
素よりなるドーパント本体２と、このドーパント本体２
の表面に被覆された被膜３で形成されている。この被膜
３は砒素化合物、シリコン、珪素化合物のいずれかの物
質より選ばれたものである。被膜３の形成は、常法の被
膜形成プロセスにより、例えば粒状砒素のドーパント本
体２中に酸素、シリコンなどの原料を吹込み、厚さ数μ
ｍｍの被膜３を形成するものである。
【００２０】次ぎに、本発明に係わる砒素ドーパント１
を用いたシリコン単結晶の製造方法について説明する。
【００２１】図２に示すような単結晶製造装置１１を用
いたＣＺ法によるシリコン単結晶の製造は、装置本体１
２内に設置された石英ルツボ１３に小塊形状の原料の多
結晶シリコンを充填し、石英ルツボ１３の外周に設けら
れたヒータ１４によって多結晶シリコンを完全に加熱溶
融した後、シードチャック１５に取り付けられた種結晶
（シード結晶）Ｓをシリコン融液Ｍに浸し、種結晶Ｓと
石英ルツボ１３を逆方向に回転させ種結晶Ｓを引上げて
シリコン単結晶Ｉｇを成長させるものである。
【００２２】上記単結晶の引上げ工程中に本発明に係わ
る砒素ドーパント１は、溶融されたシリコン融液Ｍ中に
ドーパント供給パイプから所定量供給される。
【００２３】高温のシリコン融液に供給された砒素ドー
パント１は、図１に示すように、表面が被膜３で被覆さ
れており、シリコン融液Ｍ中においてＯとＡｓとの反応
が抑制されて、ＡｓＯを主成分とする気泡の発生が抑制
されるので、特に、砒素が凝縮されやすいシリコンイン
ゴットＩｇの固液境界面付近での気泡の発生が抑制され
る。
【００２４】従って、固液境界面付近で気泡に起因する
転位が生じることがなく、転位により結晶成長が阻害さ
れることがない。このためシリコン単結晶製造時のＤＦ
率の低下を招くことがない。
【００２５】
【実施例】本発明に係わるシリコン単結晶の製造方法を
用い、次ぎに示す引上げ条件でシリコン単結晶を引上げ
た例を示す。
【００２６】（１）引上条件 結晶直径 １３０ｍｍ、 原料重量 ３５ｋｇ、 ドー
パント重量 ２００ｇ （２）被膜物質 ａ）酸窒化砒素（実施例１） ｂ）ポリシリコン（実施例２） ｃ）ＳｉＯ２（実施例３） ｄ）被膜なし（従来例） 結果
【表１】
【００２７】本発明のドーパントを用いて引き上げた実
施例１〜３では、気泡の発生個数が少なく、ＤＦ率は１
００％となった。
【００２８】各実施例の抵抗値はほぼ同一の値を示し、
抵抗値を容易、かつ正確に制御できることがわかった。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係わる砒素ドーパントおよびこ
れを用いたシリコン単結晶の製造方法によれば、砒素ド
ーパントの供給による気泡の発生を抑制して、転位によ
り結晶成長が阻害されるのを防止し、シリコン単結晶製
造時のＤＦ率を高位に維持できる。
【００３０】また、被膜を積極的にドーパント本体に被
覆するので、短時間に被膜の形成ができ、ドーパントの
前処理に時間を要せず、ドーパントの多くの在庫を持つ
必要もない。
【００３１】さらに、被膜がポリシリコンまたは二酸化
珪素である場合には、危険度も少なくなり、取扱いが容
易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる砒素ドーパントの説明図。
【図２】本発明に係わるシリコン単結晶製造装置の説明
図。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月１９日（１９９９．８．１
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】（１）引上条件 結晶直径 １３０ｍｍ、 原料重量 ３５ｋｇ、 ドー
パント重量 ２００ｇ （２）被膜物質 ａ）酸窒化砒素（実施例１） ｂ）ポリシリコン（実施例２） ｃ）ＳｉＯ２（実施例３） ｄ）被膜なし（従来例） 結果
【表１】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 砒素よりなるドーパント本体と、このド
    ーパント本体に被覆された砒素化合物、シリコン、珪素
    化合物のいずれかの物質よりなる被膜とを有するドーパ
    ント。
  2. 【請求項２】 上記被膜は酸窒化砒素であることを特徴
    とする請求項１に記載のドーパント。
  3. 【請求項３】 上記被膜はポリシリコンまたは二酸化珪
    素であることを特徴とする請求項１に記載のドーパン
    ト。
  4. 【請求項４】 容器内に収容されたシリコン原料融液に
    種結晶を接触させて種結晶からシリコン単結晶を成長さ
    せるシリコン単結晶の製造方法において、容器にシリコ
    ン原料を供給して溶融する工程と、このシリコン原料融
    液にドーパントを添加して融液中に溶込ませる工程と、
    種結晶をシリコン原料融液に接触させてシリコン単結晶
    を引上げる工程とを有し、前記ドーパントとして、砒素
    よりなるドーパント本体に砒素化合物、シリコン、珪素
    化合物のいずれかを被覆した砒素ドーパントを用いるこ
    とを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
  5. 【請求項５】 上記ドーパントの被膜は酸窒化砒素であ
    ることを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶の
    製造方法。
  6. 【請求項６】 上記ドーパントの被膜はポリシリコンま
    たは二酸化珪素であることを特徴とする請求項４に記載
    のシリコン単結晶の製造方法。
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