JP2001199788A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法Info
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- JP2001199788A JP2001199788A JP2000004825A JP2000004825A JP2001199788A JP 2001199788 A JP2001199788 A JP 2001199788A JP 2000004825 A JP2000004825 A JP 2000004825A JP 2000004825 A JP2000004825 A JP 2000004825A JP 2001199788 A JP2001199788 A JP 2001199788A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン単結晶の落下を招くことなく、大口
径のシリコン単結晶でも無転位で長尺化し得るシリコン
単結晶の製造方法を提供する。 【解決手段】 チョクラルスキー法により１０18〜１０
20 atoms／ｃｍ3 のドーパントを結晶にドープしてシリ
コン単結晶を製造するに際し、固化率ｇ＝０に相当する
融液のドーパント濃度と同等濃度のドーパントを含むシ
リコン単結晶のシード１を使用し、シードと同程度の直
径のネック部２をパラレル成長させる。
径のシリコン単結晶でも無転位で長尺化し得るシリコン
単結晶の製造方法を提供する。 【解決手段】 チョクラルスキー法により１０18〜１０
20 atoms／ｃｍ3 のドーパントを結晶にドープしてシリ
コン単結晶を製造するに際し、固化率ｇ＝０に相当する
融液のドーパント濃度と同等濃度のドーパントを含むシ
リコン単結晶のシード１を使用し、シードと同程度の直
径のネック部２をパラレル成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶の
製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法により高濃
度のドーパントを結晶にドープしてシリコン単結晶を製
造するシリコン単結晶の製造方法に関する。
製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法により高濃
度のドーパントを結晶にドープしてシリコン単結晶を製
造するシリコン単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、チョクラルスキー法によりボロン
（Ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）又はヒ素（Ａｓ）をドーパ
ントとし高濃度（１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 ）に結
晶にドープしてシリコン単結晶を製造するには、ドーパ
ントを高濃度に含むシリコンの融液にドーパントを含ま
ない無転位のシリコン単結晶のシード２１（図２参照）
を接触させ、両者を相対的に回転させながらシード２１
を引き上げ、Ｄａｓｈネック法によりシード２１の直径
より小さく絞り込んでネック部２２を形成した後、徐々
に直径を大きくして円錐体状の肩部２３を形成し、所望
のボディ直径になったら、直径を一定にして直胴部２４
を形成することが行われている。このように、Ｄａｓｈ
ネック法によりネック部２２を形成するのは、無転位の
シード２１を使用しても、シード２１をシリコン融液に
接触させた際の熱衝撃によって転位が導入されるので、
ネック部２２を、通常、直径４ｍｍ以下に絞り込んで転
位を結晶外に抜け出させて除去する必要があるからであ
る。
（Ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）又はヒ素（Ａｓ）をドーパ
ントとし高濃度（１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 ）に結
晶にドープしてシリコン単結晶を製造するには、ドーパ
ントを高濃度に含むシリコンの融液にドーパントを含ま
ない無転位のシリコン単結晶のシード２１（図２参照）
を接触させ、両者を相対的に回転させながらシード２１
を引き上げ、Ｄａｓｈネック法によりシード２１の直径
より小さく絞り込んでネック部２２を形成した後、徐々
に直径を大きくして円錐体状の肩部２３を形成し、所望
のボディ直径になったら、直径を一定にして直胴部２４
を形成することが行われている。このように、Ｄａｓｈ
ネック法によりネック部２２を形成するのは、無転位の
シード２１を使用しても、シード２１をシリコン融液に
接触させた際の熱衝撃によって転位が導入されるので、
ネック部２２を、通常、直径４ｍｍ以下に絞り込んで転
位を結晶外に抜け出させて除去する必要があるからであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
シリコン単結晶の製造方法では、ネック部の直径が小さ
いので、大重量のシリコン単結晶を引き上げる際には、
ネック部の強度が十分ではなくなり、引き上げ途中で結
晶重量を支えきれずにネック部が破断し、シリコン単結
晶の落下という重大な事故につながるおそれがある。近
年、シリコン単結晶の大口径化が急速に進展し、主流が
直径１５０ｍｍから２００ｍｍに移行しつつある中で、
既に直径３００ｍｍの実用化が急務となっている。
シリコン単結晶の製造方法では、ネック部の直径が小さ
いので、大重量のシリコン単結晶を引き上げる際には、
ネック部の強度が十分ではなくなり、引き上げ途中で結
晶重量を支えきれずにネック部が破断し、シリコン単結
晶の落下という重大な事故につながるおそれがある。近
年、シリコン単結晶の大口径化が急速に進展し、主流が
直径１５０ｍｍから２００ｍｍに移行しつつある中で、
既に直径３００ｍｍの実用化が急務となっている。
【０００４】かかる点に対処するため、シリコン単結晶
の成長過程で、単結晶を保持するための結晶保持装置の
係合部をシリコン単結晶に形成した係合部に係合して保
持し、シリコン単結晶を引き上げる方法が知られている
（特開昭６２−２８８１９１号公報参照）が、シリコン
単結晶を保持するための結晶保持装置を新たに設けた
り、シリコン単結晶を特殊な形状で引き上げたりしなけ
ればならず、特殊形状に起因する結晶乱れが生じるおそ
れがある。又、高濃度のボロンをドープしたシリコン単
結晶の引き上げに際し、太いネックのまま無転位化を実
現する方法も知られている（S. Chandrasekhar and K.
M.Kim ：in Semiconductor Silicon 1998, Vol.1,411，
1999秋応物４ａ−ｓ−１４）が結晶成長界面の形状やホ
ットゾーンの熱特性に工夫が必要であり、又、必ずしも
ネッキングによって転位は抜けきれない。
の成長過程で、単結晶を保持するための結晶保持装置の
係合部をシリコン単結晶に形成した係合部に係合して保
持し、シリコン単結晶を引き上げる方法が知られている
（特開昭６２−２８８１９１号公報参照）が、シリコン
単結晶を保持するための結晶保持装置を新たに設けた
り、シリコン単結晶を特殊な形状で引き上げたりしなけ
ればならず、特殊形状に起因する結晶乱れが生じるおそ
れがある。又、高濃度のボロンをドープしたシリコン単
結晶の引き上げに際し、太いネックのまま無転位化を実
現する方法も知られている（S. Chandrasekhar and K.
M.Kim ：in Semiconductor Silicon 1998, Vol.1,411，
1999秋応物４ａ−ｓ−１４）が結晶成長界面の形状やホ
ットゾーンの熱特性に工夫が必要であり、又、必ずしも
ネッキングによって転位は抜けきれない。
【０００５】そこで、本発明は、シリコン単結晶の落下
を招くことなく、大口径のシリコン単結晶でも無転位で
長尺化し得る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。
を招くことなく、大口径のシリコン単結晶でも無転位で
長尺化し得る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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラル
スキー法により１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のドーパ
ントを結晶にドープしてシリコン単結晶を製造するに際
し、固化率ｇ＝０に相当する融液のドーパント濃度と同
等濃度のドーパントを含むシリコン単結晶のシードを使
用し、シードと同程度の直径のネック部をパラレル成長
させることを特徴とする。前記ドーパントは、ボロン、
アンチモン又はヒ素であることが好ましい。又、前記シ
ードにおける融液との接触側のドーパント濃度ＮｇＯ
は、固化率ｇ＝０に相当する融液のドーパント濃度ＮＯ
とおよそＮｇＯ＝０．８×ＮＯの関係になるように調製
されていることが好ましい。
め、本発明のシリコン単結晶の製造方法は、チョクラル
スキー法により１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のドーパ
ントを結晶にドープしてシリコン単結晶を製造するに際
し、固化率ｇ＝０に相当する融液のドーパント濃度と同
等濃度のドーパントを含むシリコン単結晶のシードを使
用し、シードと同程度の直径のネック部をパラレル成長
させることを特徴とする。前記ドーパントは、ボロン、
アンチモン又はヒ素であることが好ましい。又、前記シ
ードにおける融液との接触側のドーパント濃度ＮｇＯ
は、固化率ｇ＝０に相当する融液のドーパント濃度ＮＯ
とおよそＮｇＯ＝０．８×ＮＯの関係になるように調製
されていることが好ましい。
【０００７】固化率ｇ＝０に相当する融液のドーパント
濃度と同等濃度のドーパントを含むシリコン単結晶のシ
ードを用いることにより、格子不整合による転位の発生
が抑えられると共に、シードと融液が接触する際の熱衝
撃による転位が発生しないか、転位がシードに発生して
も、ネック部のパラレル成長によって抜け出るほどに軽
微なものになる。又、シードと同程度の直径のネック部
をパラレル成長させることによって、ネック部の強度が
十分となる。
濃度と同等濃度のドーパントを含むシリコン単結晶のシ
ードを用いることにより、格子不整合による転位の発生
が抑えられると共に、シードと融液が接触する際の熱衝
撃による転位が発生しないか、転位がシードに発生して
も、ネック部のパラレル成長によって抜け出るほどに軽
微なものになる。又、シードと同程度の直径のネック部
をパラレル成長させることによって、ネック部の強度が
十分となる。
【０００８】ネック部の長さＬ1 は、所望のボディ直径
Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× cot 54.74°の関係を満たすよう
にすることが望ましい。
Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× cot 54.74°の関係を満たすよう
にすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係るシリコ
ン単結晶の製造方法の実施の形態の一例によって得たシ
リコン単結晶の一部を省略した正面図である。このシリ
コン単結晶は、ドーパントであるボロンを１０18〜１０
20 atoms／ｃｍ3 と高濃度でドープされたものであり、
このシリコン単結晶を製造するには、先ず、ボロンを１
０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 の高濃度に添加したシリコ
ンの原料融液を調製する一方、ボロンを原料融液（固化
率ｇ＝０）と同等濃度に含む無転位のシリコン単結晶の
シード１を用意する。シード１における融液との接触側
のドーパント濃度ＮｇＯは、固化率ｇ＝０に相当する融
液のドーパント濃度ＮＯとおよそＮｇＯ＝０．８×ＮＯ
の関係になるように調製しておくことが好ましい。な
お、「およそ」とは、０．８が±２０％の範囲で変動し
てもよいことを意味する。上記関係を満たしていないと
転位が生じ易くなる。
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係るシリコ
ン単結晶の製造方法の実施の形態の一例によって得たシ
リコン単結晶の一部を省略した正面図である。このシリ
コン単結晶は、ドーパントであるボロンを１０18〜１０
20 atoms／ｃｍ3 と高濃度でドープされたものであり、
このシリコン単結晶を製造するには、先ず、ボロンを１
０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 の高濃度に添加したシリコ
ンの原料融液を調製する一方、ボロンを原料融液（固化
率ｇ＝０）と同等濃度に含む無転位のシリコン単結晶の
シード１を用意する。シード１における融液との接触側
のドーパント濃度ＮｇＯは、固化率ｇ＝０に相当する融
液のドーパント濃度ＮＯとおよそＮｇＯ＝０．８×ＮＯ
の関係になるように調製しておくことが好ましい。な
お、「およそ」とは、０．８が±２０％の範囲で変動し
てもよいことを意味する。上記関係を満たしていないと
転位が生じ易くなる。
【００１０】次に、シード１を原料融液に接触させて十
分になじませてから、両者を相対的に回転させながらシ
ード１を徐々に引き上げてシード１と同程度の直径のネ
ック部２を形成する。ネック部２の形成は、最初はシー
ド１の直径と同程度の直径で、結晶を引上速度と温度下
げを調整してパラレル成長させる。
分になじませてから、両者を相対的に回転させながらシ
ード１を徐々に引き上げてシード１と同程度の直径のネ
ック部２を形成する。ネック部２の形成は、最初はシー
ド１の直径と同程度の直径で、結晶を引上速度と温度下
げを調整してパラレル成長させる。
【００１１】次いで、パラレル成長させたネック部２の
長さＬ1 が、所望のボディ直径Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× c
ot 54.74°になったら徐々に結晶径を広げて円錐体状の
肩部３を形成し、肩部３の直径が所望ボディ直径Ｄにな
ったら直胴部４を形成する。シード１の付け面５から直
胴部４の開始面６までの距離Ｌ2 は、直胴部４成長時に
小径のネック部２及び肩部３の上半部の温度が十分に低
下しているように設定する。上記距離Ｌ2 は、所望のボ
ディ直径Ｄやネック部２と肩部３の引き上げ速度にもよ
るが、直径２００ｍｍの結晶引上げで２００ｍｍ、直径
３００ｍｍの結晶引上げで３００ｍｍに設定すれば十分
である。
長さＬ1 が、所望のボディ直径Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× c
ot 54.74°になったら徐々に結晶径を広げて円錐体状の
肩部３を形成し、肩部３の直径が所望ボディ直径Ｄにな
ったら直胴部４を形成する。シード１の付け面５から直
胴部４の開始面６までの距離Ｌ2 は、直胴部４成長時に
小径のネック部２及び肩部３の上半部の温度が十分に低
下しているように設定する。上記距離Ｌ2 は、所望のボ
ディ直径Ｄやネック部２と肩部３の引き上げ速度にもよ
るが、直径２００ｍｍの結晶引上げで２００ｍｍ、直径
３００ｍｍの結晶引上げで３００ｍｍに設定すれば十分
である。
【００１２】ここで、上述したシリコン単結晶の製造方
法により、直径５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍのシード
を用い、直胴部の直径２００ｍｍ、重量１５０ｋｇのシ
リコン単結晶を製造したところ、いずれも無転位のシリ
コン単結晶が得られた。しかし、シード直径が大きくな
るほどシード直下のパラレル成長が難しくなる傾向があ
る（結果的にシード直径が絞られても無転位成長には影
響がない）が、１５ｍｍ程度の直径のシードを用いるこ
とにより、直径４００ｍｍ、重量４５０ｋｇ程度の大口
径、大重量のシリコン単結晶を無転位で製造できた。
又、シードのボロン濃度が低い場合には、シードと融液
が接触する際の熱衝撃で転位がシードの内側まで発生し
てパラレル成長では抜けきらなかった。一方、ボロン濃
度が高すぎる場合には、結晶成長後半で単結晶が崩れて
ポリ化し易くなった。ボロン濃度は、１０18〜１０20 a
toms／ｃｍ3 が実用的であった。
法により、直径５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍのシード
を用い、直胴部の直径２００ｍｍ、重量１５０ｋｇのシ
リコン単結晶を製造したところ、いずれも無転位のシリ
コン単結晶が得られた。しかし、シード直径が大きくな
るほどシード直下のパラレル成長が難しくなる傾向があ
る（結果的にシード直径が絞られても無転位成長には影
響がない）が、１５ｍｍ程度の直径のシードを用いるこ
とにより、直径４００ｍｍ、重量４５０ｋｇ程度の大口
径、大重量のシリコン単結晶を無転位で製造できた。
又、シードのボロン濃度が低い場合には、シードと融液
が接触する際の熱衝撃で転位がシードの内側まで発生し
てパラレル成長では抜けきらなかった。一方、ボロン濃
度が高すぎる場合には、結晶成長後半で単結晶が崩れて
ポリ化し易くなった。ボロン濃度は、１０18〜１０20 a
toms／ｃｍ3 が実用的であった。
【００１３】なお、上述した実施の形態においては、ド
ーパントとしてボロンを用いる場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、ドーパントとして
アンチモン又はヒ素を用いる場合にも同様の作用効果が
得られた。
ーパントとしてボロンを用いる場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、ドーパントとして
アンチモン又はヒ素を用いる場合にも同様の作用効果が
得られた。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のシリコン
単結晶の製造方法によれば、格子不整合の発生が抑えら
れ、かつ、シードと融液が接触する際の熱衝撃でも転位
が発生しないか、転位がシードに発生しても、ネック部
のパラレル成長によって抜け出るほどに軽微なものにな
ると共に、ネック部の強度が十分となるので、従来のよ
うにシリコン単結晶の落下を招くことなく、大口径のシ
リコン単結晶でも無転位で長尺化することができる。
又、特別な結晶保持装置を必要としないので、引上げ装
置のコストアップを避けることができると共に、特殊形
状のシリコン単結晶を引き上げる必要もないので、引上
げ操作も簡単で、かつ、特殊形状に起因する結晶乱れが
生じることもない。
単結晶の製造方法によれば、格子不整合の発生が抑えら
れ、かつ、シードと融液が接触する際の熱衝撃でも転位
が発生しないか、転位がシードに発生しても、ネック部
のパラレル成長によって抜け出るほどに軽微なものにな
ると共に、ネック部の強度が十分となるので、従来のよ
うにシリコン単結晶の落下を招くことなく、大口径のシ
リコン単結晶でも無転位で長尺化することができる。
又、特別な結晶保持装置を必要としないので、引上げ装
置のコストアップを避けることができると共に、特殊形
状のシリコン単結晶を引き上げる必要もないので、引上
げ操作も簡単で、かつ、特殊形状に起因する結晶乱れが
生じることもない。
【図１】本発明に係るシリコン単結晶の製造方法の実施
の形態の一例によって得たシリコン単結晶の一部を省略
した正面図である。
の形態の一例によって得たシリコン単結晶の一部を省略
した正面図である。
【図２】従来のシリコン単結晶の製造方法によって得た
シリコン単結晶の一部を省略した断面図である。
シリコン単結晶の一部を省略した断面図である。
１ シード ２ ネック部 ３ 肩部 ４ 直胴部 ５ 付け面 ６ 開始面 Ｌ1 長さ Ｌ2 距離 Ｄ 直径
Claims (3)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法により１０18〜１０
20 atoms／ｃｍ3 のドーパントを結晶にドープしてシリ
コン単結晶を製造するに際し、固化率ｇ＝０に相当する
融液のドーパント濃度と同等濃度のドーパントを含むシ
リコン単結晶のシードを使用し、シードと同程度の直径
のネック部をパラレル成長させることを特徴とするシリ
コン単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記ドーパントが、ボロン、アンチモン
又はヒ素であることを特徴とする請求項１記載のシリコ
ン単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記シードにおける融液との接触側のド
ーパント濃度ＮｇＯが、固化率ｇ＝０に相当する融液の
ドーパント濃度ＮＯとおよそＮｇＯ＝０．８×ＮＯの関
係になるように調製されていることを特徴とする請求項
１又は２記載のシリコン単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000004825A JP2001199788A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | シリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000004825A JP2001199788A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001199788A true JP2001199788A (ja) | 2001-07-24 |
Family
ID=18533564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000004825A Pending JP2001199788A (ja) | 2000-01-13 | 2000-01-13 | シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001199788A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1317429C (zh) * | 2002-10-31 | 2007-05-23 | 硅电子股份公司 | 制造掺杂高挥发性异物的硅单晶的方法 |
| JP2008254958A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Sumco Corp | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP2008290901A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶の引上げ方法 |
-
2000
- 2000-01-13 JP JP2000004825A patent/JP2001199788A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1317429C (zh) * | 2002-10-31 | 2007-05-23 | 硅电子股份公司 | 制造掺杂高挥发性异物的硅单晶的方法 |
| JP2008254958A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Sumco Corp | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP2008290901A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶の引上げ方法 |
| WO2008146439A1 (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | シリコン単結晶の引上げ方法 |
| US8652254B2 (en) | 2007-05-23 | 2014-02-18 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for pulling silicon single crystal |
| KR101473787B1 (ko) | 2007-05-23 | 2014-12-17 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 실리콘 단결정의 인상 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040722 |
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