JP2001199789A - 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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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抵抗値１〜５
０Ω・ｃｍのＮ型又はＰ型のシリコン単結晶を製造する
に際し、１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニウム
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抵抗値１〜５
０Ω・ｃｍのＮ型又はＰ型のシリコン単結晶を製造する
に際し、１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニウム
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シリ
コン単結晶を製造する方法に関する。
製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法によりシリ
コン単結晶を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、チョクラルスキー法によりシリコ
ン単結晶を製造するには、シリコン融液に無転位のシリ
コン単結晶のシード２１（図３参照）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、Ｄａ
ｓｈ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２１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。
ン単結晶を製造するには、シリコン融液に無転位のシリ
コン単結晶のシード２１（図３参照）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、Ｄａ
ｓｈ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２１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。
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。
【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、本発明の第１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抵抗値１〜５０Ω・ｃｍのＮ型又
はＰ型のシリコン単結晶を製造するに際し、１０18〜１
０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニウム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。一方、第２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
りゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶を製造するに
際し、混晶の組成比に合わせてゲルマニウムとシリコン
の比を調整した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。
め、本発明の第１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抵抗値１〜５０Ω・ｃｍのＮ型又
はＰ型のシリコン単結晶を製造するに際し、１０18〜１
０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニウム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。一方、第２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
りゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶を製造するに
際し、混晶の組成比に合わせてゲルマニウムとシリコン
の比を調整した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。
【０００７】１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニ
ウム（Ｇｅ）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、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はしても、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。
ウム（Ｇｅ）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、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はしても、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】一方、混晶の組成比に合わせてゲルマニウ
ムとシリコンの比を調整したシリコン単結晶のシードを
使用することにより、格子不整合による転位の発生が抑
えられ、かつまた、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。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。
ムとシリコンの比を調整したシリコン単結晶のシードを
使用することにより、格子不整合による転位の発生が抑
えられ、かつまた、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。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。
【０００９】シードのゲルマニウムが１０18 atoms／ｃ
ｍ3 より少ない場合にも、１０20 atoms／ｃｍ3 より多
い場合にも、シードと融液が接触した際に転位が発生し
易い。又、シードのゲルマニウムとシリコンの比が混晶
の組成比に適合しない場合には、シードと融液が接触し
た際に転位が発生し易い。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。
ｍ3 より少ない場合にも、１０20 atoms／ｃｍ3 より多
い場合にも、シードと融液が接触した際に転位が発生し
易い。又、シードのゲルマニウムとシリコンの比が混晶
の組成比に適合しない場合には、シードと融液が接触し
た際に転位が発生し易い。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。
【００１０】
【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が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、通常の１〜５０Ω・ｃｍの抵抗値を持つ
Ｎ型又はＰ型のものであり、このシリコン単結晶を製造
するには、先ず、Ｎ型又はＰ型のドーパントを所要量添
加したシリコンの原料融液を調製する一方、ゲルマニウ
ムを１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 の濃度で含む無転位
のシリコン単結晶のシード１を用意する。
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が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、通常の１〜５０Ω・ｃｍの抵抗値を持つ
Ｎ型又はＰ型のものであり、このシリコン単結晶を製造
するには、先ず、Ｎ型又はＰ型のドーパントを所要量添
加したシリコンの原料融液を調製する一方、ゲルマニウ
ムを１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 の濃度で含む無転位
のシリコン単結晶のシード１を用意する。
【００１１】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。
【００１２】次いで、パラレル成長させたネック部の長
さＬ1 が、所望ボディ直径Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× cot 5
4.74°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４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やネック部と肩部３の引上げ速度にもよるが、直
径２００ｍｍの結晶引上げで２００ｍｍ、直径３００ｍ
ｍの結晶引上げで３００ｍｍに設定すれば十分である。
さＬ1 が、所望ボディ直径Ｄに対し、Ｌ1 ＞Ｄ× cot 5
4.74°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４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やネック部と肩部３の引上げ速度にもよるが、直
径２００ｍｍの結晶引上げで２００ｍｍ、直径３００ｍ
ｍの結晶引上げで３００ｍｍに設定すれば十分である。
【００１３】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、図２に示すように、シードのゲルマニウム濃度が１
０18 atoms／ｃｍ3 より低い場合も、１０20 atoms／ｃ
ｍ3 より大きい場合にも、シードと融液が接触する際の
熱衝撃で転位が接触界面に発生し易かった。ゲルマニウ
ム濃度は、１０18〜１０20 atoms／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、図２に示すように、シードのゲルマニウム濃度が１
０18 atoms／ｃｍ3 より低い場合も、１０20 atoms／ｃ
ｍ3 より大きい場合にも、シードと融液が接触する際の
熱衝撃で転位が接触界面に発生し易かった。ゲルマニウ
ム濃度は、１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 が実用的であ
った。
【００１４】なお、上述した実施の形態においては、Ｎ
型又はＰ型のシリコン単結晶を製造する場合について述
べたが、ゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶の製造
にも適用可能であった。すなわち、チョクラルスキー法
によりゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶を製造す
るに際し、混晶の組成比に合わせてゲルマニウムとシリ
コンの比を調整したシリコン単結晶の無転位のシードを
使用し、シードと同程度の直径のネック部をパラレル成
長させた後、前述した実施の形態の場合と同様にして肩
部及び直胴部を形成してシリコン単結晶を製造しても無
転位のものが得られた。
型又はＰ型のシリコン単結晶を製造する場合について述
べたが、ゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶の製造
にも適用可能であった。すなわち、チョクラルスキー法
によりゲルマニウムとの混晶のシリコン単結晶を製造す
るに際し、混晶の組成比に合わせてゲルマニウムとシリ
コンの比を調整したシリコン単結晶の無転位のシードを
使用し、シードと同程度の直径のネック部をパラレル成
長させた後、前述した実施の形態の場合と同様にして肩
部及び直胴部を形成してシリコン単結晶を製造しても無
転位のものが得られた。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１、第
２のシリコン単結晶の製造方法によれば、格子不整合に
よる転位の発生が抑えられ、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。
２のシリコン単結晶の製造方法によれば、格子不整合に
よる転位の発生が抑えられ、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】シードのゲルマニウム濃度と単結晶の無転位化
率との関係を示す説明図である。
率との関係を示す説明図である。
【図３】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正面図である。
シリコン単結晶の一部を省略した正面図である。
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 (2)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法により抵抗値１〜５
０Ω・ｃｍのＮ型又はＰ型のシリコン単結晶を製造する
に際し、１０18〜１０20 atoms／ｃｍ3 のゲルマニウム
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】 チョクラルスキー法によりゲルマニウム
との混晶のシリコン単結晶を製造するに際し、混晶の組
成比に合わせてゲルマニウムとシリコンの比を調整した
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000004826A JP2001199789A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2000004826A JP2001199789A (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 |
|---|---|
| JP2001199789A true JP2001199789A (ja) | 2001-07-24 |
Family
ID=18533565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000004826A Pending JP2001199789A (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) | JP2001199789A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7083677B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-08-01 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Silicon seed crystal and method for manufacturing silicon single crystal |
| WO2009104534A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶 |
| JP2010024129A (ja) * | 2008-06-16 | 2010-02-04 | Sumco Corp | シリコン単結晶の育成方法 |
-
2000
- 2000-01-13 JP JP2000004826A patent/JP2001199789A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7083677B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-08-01 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Silicon seed crystal and method for manufacturing silicon single crystal |
| WO2009104534A1 (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 株式会社Sumco | シリコン単結晶 |
| JP2010024129A (ja) * | 2008-06-16 | 2010-02-04 | Sumco Corp | シリコン単結晶の育成方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Effective date: 20041026 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 |