JP2002087900A - Method of producing single crystal silicon - Google Patents

Method of producing single crystal silicon

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JP2002087900A
JP2002087900A JP2000273890A JP2000273890A JP2002087900A JP 2002087900 A JP2002087900 A JP 2002087900A JP 2000273890 A JP2000273890 A JP 2000273890A JP 2000273890 A JP2000273890 A JP 2000273890A JP 2002087900 A JP2002087900 A JP 2002087900A
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isotope
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single crystal
melt
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Kohei Ito
公平 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a single crystal silicon by which the high quality single crystal silicon, wherein the concentration of any one of silicon isotopes Si-28, Si-29 and Si-30 is higher than that in the natural silicon element, can be produced in large quantities. SOLUTION: The method of producing the single crystal silicon, wherein the concentration of the isotope Si-28 is higher than that of the isotope in the natural silicon element, comprises setting the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in a silicon melt 11 to be >=92.3% and setting the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in a seed crystal 13 to be >=92.3%. Further, when the single crystal is produced by a Czochralski method, quartz is used as a material for a crucible 12 for supporting the silicon melt 11 and the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in the quartz is also set to be >=92.3%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス用
の単結晶シリコンの製造方法に関し、更に詳しくは、シ
リコン元素の同位体Si-28 ,Si-29, Si-30のうちのい
ずれかの濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シ
リコンの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing single crystal silicon for semiconductor devices, and more particularly, to the concentration of any one of the isotopes Si-28, Si-29 and Si-30 of a silicon element. Is related to a method for producing single crystal silicon which is higher than a natural silicon element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、単結晶シリコンからなるウエハを
基板とし、或いはこのようなウエハ上にシリコン薄膜を
気相成長させたものを基板とした個別半導体デバイスや
半導体集積回路の半導体装置が広く利用されているが、
近年はシリコン集積回路素子における急速な高集積化、
高速動作化及び高電力化による素子自体の発熱が問題と
なっている。集積回路の発熱は素子の低速化を招き、或
いは誤動作や破壊の原因となるため、発熱に対する対策
は重要課題である。また、これはシリコン基板を用いた
様々なパワーデバイスにおいても同様である。
2. Description of the Related Art Conventionally, individual semiconductor devices and semiconductor devices for semiconductor integrated circuits using a wafer made of single crystal silicon as a substrate or a substrate obtained by vapor-growing a silicon thin film on such a wafer as a substrate have been widely used. Has been
In recent years, rapid integration of silicon integrated circuit devices,
Heat generation of the element itself due to high speed operation and high power consumption is a problem. Since the heat generated by the integrated circuit causes a low speed of the element or causes a malfunction or destruction, a countermeasure against the heat is an important issue. The same applies to various power devices using a silicon substrate.

【0003】シリコン集積回路やシリコンパワーデバイ
ス内に発生した熱の一部は、回路が作製されるシリコン
基板を通して外部に放熱されることが確認されており、
素子の作製段階でシリコン基板を薄くすることにより、
デバイス内に発生した熱を効率よく外部に逃がすことが
できる。また、半導体装置を形成するシリコン基板を温
度の低い他材料に密着させることにより、基板中の熱を
外界に逃がしやすくする工夫も行われている。具体的に
はシリコン基板を放熱板に物理的に密着させる方法、空
冷ファンを用いて外部から冷却する方法、ペルチェ素子
などの低温装置に物理的に密着させる方法、液体窒素な
どの冷媒により冷却する方法などがある。
It has been confirmed that a part of the heat generated in a silicon integrated circuit or a silicon power device is radiated to the outside through a silicon substrate on which a circuit is formed.
By thinning the silicon substrate during the device fabrication stage,
The heat generated in the device can be efficiently released to the outside. In addition, a method has been devised to make the heat in the substrate easier to escape to the outside world by bringing the silicon substrate forming the semiconductor device into close contact with another material having a low temperature. Specifically, a method of physically contacting a silicon substrate with a heat sink, a method of externally cooling using an air cooling fan, a method of physically contacting a low-temperature device such as a Peltier element, and cooling with a refrigerant such as liquid nitrogen. There are methods.

【0004】このように従来では、半導体装置を外側か
ら冷やすことに重点が置かれているが、シリコンにおけ
る同位体組成の制御を通して基板自体の熱伝導度を向上
させて放熱効率を高める方法が米国特許第5144409号及
び同第5442191号に開示されている。前述の通り、シリ
コン集積回路やシリコンパワーデバイス内に発生した熱
の一部は回路が形成されるシリコン基板を通して外部に
放出されるので、シリコン基板自体の熱伝導度を高める
ことで放熱を促進することが可能である。
As described above, conventionally, emphasis has been placed on cooling a semiconductor device from the outside. However, a method of improving the heat conductivity of the substrate itself by controlling the isotope composition of silicon to enhance the heat radiation efficiency has been described in the United States. It is disclosed in Japanese Patent Nos. 5144409 and 5442191. As described above, part of the heat generated in the silicon integrated circuit or the silicon power device is radiated to the outside through the silicon substrate on which the circuit is formed. Therefore, heat dissipation is promoted by increasing the thermal conductivity of the silicon substrate itself. It is possible.

【0005】ところで、このような半導体デバイスの基
板に用いられるシリコン元素はSi-28,Si-29,Si-30の
3種類の安定同位体から構成されており、これら同位体
の組成比は天然のシリコンにおいてはSi-28が92.23%、
Si-29が4.67%、Si-30が3.10%と常に一定である。天然
の同位体組成を有する単結晶シリコン基板の熱伝導度は
室温において150Wm-1K-1程度であるが、この熱伝導度の
値は3種類の安定同位体が上記の一定組成比で混在して
いることから制限されたものとなっている。Rufらは、
同位体Si-28の濃度を99.8588%にまで高めた単結晶シリ
コンを作製し、その熱伝導度が天然の同位体組成を有す
る単結晶シリコンの熱伝導度と比較して、27℃で60%、
100℃では40%以上も上昇することを示した(Solid Sta
te Communication,Vol.115,(2000),pp.243-247)。これ
は、単結晶シリコン中に含まれる同位体Si-28の濃度
を、天然のシリコンにおける同位体Si-28の濃度以上(9
2.3%以上)とすれば、単結晶シリコンの熱伝導度を上
昇させることができることを示唆している。なお、これ
は他の同位体Si-29,Si-30に関しても同様と考えられ
る。
The silicon element used for the substrate of such a semiconductor device is composed of three kinds of stable isotopes, Si-28, Si-29 and Si-30, and the composition ratio of these isotopes is natural. Of silicon, 92.23% of Si-28,
It is always constant at 4.67% for Si-29 and 3.10% for Si-30. The thermal conductivity of a single-crystal silicon substrate having a natural isotope composition is about 150 Wm -1 K -1 at room temperature, but the value of this thermal conductivity is such that three types of stable isotopes are mixed at the above constant composition ratio. It is restricted because of doing. Ruf et al.
Single-crystal silicon with a high isotope Si-28 concentration of 99.8588% was fabricated, and its thermal conductivity was 60% at 27 ° C compared to that of single-crystal silicon with natural isotope composition. ,
At 100 ° C it was shown to increase by more than 40% (Solid Sta
te Communication, Vol. 115, (2000), pp. 243-247). This means that the concentration of isotope Si-28 contained in single-crystal silicon is higher than the concentration of isotope Si-28 in natural silicon (9
(2.3% or more) suggests that the thermal conductivity of single crystal silicon can be increased. This is considered to be the same for the other isotopes Si-29 and Si-30.

【0006】また最近では、シリコン結晶中の核スピン
分布を制御する新しい量子計算の手法が提案されてお
り、シリコン結晶を構成する上記3種の同位体の中で唯
一核スピンを有するSi-29の濃度を正確に調整する技術
が重要となっている。ここでは、同位体Si-29を所望の
濃度(0〜100%)で含むシリコン結晶の作製が重要とな
る。
Recently, a new quantum calculation method for controlling the nuclear spin distribution in a silicon crystal has been proposed. Among the above three isotopes constituting a silicon crystal, Si-29 having only one nuclear spin has been proposed. The technology for accurately adjusting the concentration of methane is important. Here, it is important to produce a silicon crystal containing the isotope Si-29 at a desired concentration (0 to 100%).

【0007】また、サイリスタ等の大型シリコン高電力
素子の作製に当たっては、シリコン中にドーパント(リ
ン、ホウ素に代表されるシリコンの電気特性を調整する
ために意図的に添加される不純物)が均一に分布してい
ることが非常に重要である。ドーパントの分布が不均一
であると強電界又は大電流が局所的に集中し、素子が破
壊される虞があるため、この問題の対策として核変換を
利用した熱中性子ドーピング法が広く利用されている。
この熱中性子ドーピング法においては、高純度のシリコ
ン結晶を原子炉中に設置して熱中性子を照射するのであ
るが、照射された熱中性子の大部分はシリコン結晶内を
そのまま通過し、ごく一部の中性子のみがSi-30原子核
に捕獲されてSi-30がSi-31に変化する。このSi-31は核
的に不安定であるためP-31(リン)に核崩壊するが、こ
れによりシリコン結晶中にドーパントであるリンがラン
ダムに出現し、結果としてシリコン結晶中に均一に分布
するようになる。ここで、Si-28やSi-29が熱中性子を捕
獲した場合にはSi-29やSi-30という安定なシリコンに変
換されるのでドーピング効果は得られないが、母体であ
るシリコン結晶は維持されることとなる。
In producing a large silicon high power device such as a thyristor, a dopant (impurity intentionally added to adjust the electrical characteristics of silicon typified by phosphorus and boron) is uniformly contained in silicon. It is very important that they be distributed. If the distribution of the dopant is non-uniform, a strong electric field or a large current may be locally concentrated and the element may be destroyed. Therefore, a thermal neutron doping method using nuclear transmutation has been widely used as a measure against this problem. I have.
In this thermal neutron doping method, high-purity silicon crystals are placed in a nuclear reactor to irradiate thermal neutrons, but most of the irradiated thermal neutrons pass through the silicon crystal as they are and only a small part Only the neutrons are trapped by the Si-30 nucleus and the Si-30 is converted to Si-31. This Si-31 is nuclear-unstable and decays to P-31 (phosphorus), which causes the dopant phosphorus to appear randomly in the silicon crystal, resulting in a uniform distribution in the silicon crystal. I will be. Here, if Si-28 or Si-29 captures thermal neutrons, it is converted to stable silicon such as Si-29 or Si-30, so no doping effect can be obtained, but the parent silicon crystal is maintained. Will be done.

【0008】このような熱中性子ドーピング法を用いる
とリンが均一に分布されるようになるので高電力素子材
料として優れたシリコンが得られるが、長時間の中性子
照射により結晶構造の損傷(欠陥の発生)が問題となる
ことがある。既に述べた通り、天然のシリコン元素には
Si-30が3.10%しか含まれておらず、ドーピングの効率
を上げて照射時間を短縮するためには結晶中の Si-30の
濃度を天然の3.10%より大幅に上昇させることが必要と
なる。同位体Si-30の濃度を100%にするとドーピング効
率は33倍に向上すると考えられるが、この場合照射時
間は33分の1で済み、照射に伴う結晶欠陥の発生を抑
制することができる。このように熱中性子ドーピングの
効率を向上させるためには、単結晶シリコン中における
Si-30の濃度を少しでも増やすことが望ましい。
[0008] When such a thermal neutron doping method is used, phosphorus is uniformly distributed, so that excellent silicon can be obtained as a high power device material. However, damage to the crystal structure (defects of defects) due to prolonged neutron irradiation is obtained. Occurrence) can be a problem. As already mentioned, natural silicon elements include
Since it contains only 3.10% of Si-30, it is necessary to increase the concentration of Si-30 in the crystal significantly more than the natural 3.10% in order to increase the doping efficiency and shorten the irradiation time. . If the concentration of the isotope Si-30 is set to 100%, the doping efficiency is considered to be improved 33 times. In this case, however, the irradiation time is only 1/33, and the generation of crystal defects due to the irradiation can be suppressed. Thus, in order to improve the efficiency of thermal neutron doping, it is necessary to improve the efficiency of single crystal silicon.
It is desirable to increase the concentration of Si-30 even a little.

【0009】また、単結晶シリコンの製造法としてはチ
ョクラルスキー法(Cz法)とフローティングゾーン法
(Fz法)とが一般的である。Cz法は、高温に熱せられた
ルツボ内に単結晶シリコンの原料となる多結晶のシリコ
ン融液を保持し、その上方に吊り下げた単結晶シリコン
からなる種結晶をシリコン融液に接触させた後これを上
方にゆっくりと移動させると、種結晶にはシリコン融液
中のシリコン原子が規則的に付着(固化)して単結晶シ
リコンが形成される。一方、Fz法は棒状の固体シリコン
原料の一部をヒータで高温に熱して融解させ、その融解
部であるシリコン融液に種結晶をゆっくりと接触させて
から固体シリコン原料を引き離す。これによりシリコン
融液中のシリコン原子は種結晶を核に規則的に付着(固
化)し、単結晶シリコンが形成される。
[0009] As a method for producing single crystal silicon, a Czochralski method (Cz method) and a floating zone method (Fz method) are generally used. In the Cz method, a polycrystalline silicon melt as a raw material of single crystal silicon is held in a crucible heated to a high temperature, and a seed crystal made of single crystal silicon suspended above the melt is brought into contact with the silicon melt. Thereafter, when this is slowly moved upward, silicon atoms in the silicon melt are regularly attached (solidified) to the seed crystal to form single crystal silicon. On the other hand, in the Fz method, a part of a solid silicon raw material in a rod shape is heated to a high temperature by a heater to be melted, and a seed crystal is slowly brought into contact with a silicon melt, which is the melting portion, and then the solid silicon raw material is separated. As a result, the silicon atoms in the silicon melt regularly adhere (solidify) with the seed crystal as a nucleus, and single crystal silicon is formed.

【0010】これらCz法及びFz法においては、単結晶シ
リコン製造過程の第1段階において、種結晶がシリコン
融液に接触するときに、種結晶を構成するシリコン原子
の一部がシリコン融液中に溶け出すことが知られてい
る。天然の同位体組成比(Si-28:92.23%,Si-29:4.6
7%,Si-30:3.10%)を有する単結晶シリコンを製造す
る場合には、種結晶とシリコン融液とに天然の組成比を
有するシリコンが用いられるが、この種結晶とシリコン
融液の同位体組成比は一致しているため、種結晶からシ
リコン融液へのシリコン原子の一部融け出しによって、
完成した単結晶シリコンの同位体組成比がシリコン融液
の同位体組成比から変化することはない。
In the Cz method and the Fz method, in the first stage of the single crystal silicon production process, when the seed crystal comes into contact with the silicon melt, a part of the silicon atoms constituting the seed crystal is in the silicon melt. It is known to melt out. Natural isotope composition ratio (Si-28: 92.23%, Si-29: 4.6
(7%, Si-30: 3.10%), when producing single-crystal silicon, silicon having a natural composition ratio is used for the seed crystal and the silicon melt. Because the isotope composition ratios match, the partial melting of silicon atoms from the seed crystal into the silicon melt
The isotope composition ratio of the completed single crystal silicon does not change from the isotope composition ratio of the silicon melt.

【0011】また、Cz法においてはシリコン融液を保持
するためにルツボが用いられるが、このルツボの材料と
しては通常、石英(SiO2)が選ばれる。この石英ルツボ
中に含まれるシリコンも天然の同位体組成比を有するこ
とが常であるが、ルツボ中のシリコン融液はルツボの内
部表面と反応し、ルツボを構成するシリコン原子と酸素
原子がシリコン融液中に融け出してしまう。しかし、こ
の場合においてもルツボを構成するシリコンの同位体組
成比はシリコン融液の同位体組成比と一致するため、天
然の同位体組成比を有する単結晶シリコンを製造する場
合には、ルツボからシリコン融液へシリコン原子が一部
融け出しても、完成した単結晶シリコンの同位体組成比
がシリコン融液の同位体組成比から変化することはな
い。
In the Cz method, a crucible is used to hold a silicon melt. Quartz (SiO 2 ) is usually selected as the crucible material. The silicon contained in the quartz crucible usually also has a natural isotope composition ratio, but the silicon melt in the crucible reacts with the inner surface of the crucible, and silicon atoms and oxygen atoms constituting the crucible are converted into silicon. Melts out in the melt. However, even in this case, the isotope composition ratio of silicon constituting the crucible matches the isotope composition ratio of the silicon melt, so that when producing single-crystal silicon having a natural isotope composition ratio, the crucible is used. Even if silicon atoms partially melt into the silicon melt, the isotope composition ratio of the completed single crystal silicon does not change from the isotope composition ratio of the silicon melt.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記3
種のシリコン同位体Si-28,Si-29,Si-30のうちのいず
れかの濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリ
コンを製造しようとする場合には、シリコン融液中にお
けるその同位体の濃度を天然のシリコンにおける濃度よ
りも充分に高くしていても、種結晶及びルツボに天然の
シリコンを用いると、結晶成長により完成した単結晶シ
リコンにおけるその同位体の濃度はシリコン融液におけ
る濃度よりも低下する結果となっていた(Becker他、IE
EE Transaction on Instrumentation and Measurement,
Vol.44(1995)pp.525-525及びRuf他、Solid State Com
munications,Vol.115(2000)pp,243-247)。これは、或
る同位体の濃度が高いシリコン融液にその同位体の濃度
が低い種結晶やルツボが接触すると、シリコン融液中に
種結晶やルツボ中のシリコン原子が不純物として混入し
てしまい、シリコン融液中のその同位体の濃度を薄めて
しまうためと考えられる。
However, the above 3)
If one of the silicon isotopes Si-28, Si-29, or Si-30 has a higher concentration than the natural silicon element, the isotope in the silicon melt Even if the concentration of the body is sufficiently higher than that of natural silicon, using natural silicon for the seed crystal and the crucible, the concentration of its isotope in single crystal silicon completed by crystal growth will be higher in the silicon melt. Concentration was lower than the concentration (Becker et al., IE
EE Transaction on Instrumentation and Measurement,
Vol.44 (1995) pp.525-525 and Ruf et al., Solid State Com
munications, Vol. 115 (2000) pp. 243-247). This is because when a seed crystal or a crucible having a low isotope concentration comes into contact with a silicon melt having a high isotope concentration, a seed crystal or a silicon atom in the crucible is mixed as an impurity into the silicon melt. This is probably because the concentration of the isotope in the silicon melt is reduced.

【0013】また、ルツボを必要としないFz法を用いて
或るシリコン同位体の濃度が天然のものよりも高い単結
晶シリコンの成長を行った場合、種結晶を全く用いない
のであれば、結晶成長に用いた棒状原料における同位体
の組成比と、完成した単結晶シリコンにおける同位体の
組成比とは完全に一致する(Takyu、Japanese Journal
of Applied Physics,Vol.38(1999)pp.L1493-L1495)。
すなわち、種結晶とルツボとを用いなければ、結晶成長
において同位体の組成比は変化しないので、3種のシリ
コン同位体Si-28,Si-29,Si-30のうちのいずれかの濃
度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンを製
造しようとする場合にはこの方法を用いることが可能で
あるが、種結晶なしでは結晶方位を任意の方向に制御す
ることができないので高品質の単結晶を成長させること
は一般には困難である。また、このような方法による単
結晶シリコンの製造は実験室レベルでは可能なものの、
大量生産には適しないという不都合もある。
Further, when single crystal silicon having a certain silicon isotope concentration higher than that of a natural silicon is grown by using the Fz method which does not require a crucible, if no seed crystal is used, the crystal is grown. The composition ratio of the isotope in the rod-shaped raw material used for the growth is completely the same as the composition ratio of the isotope in the completed single crystal silicon (Takyu, Japanese Journal
of Applied Physics, Vol. 38 (1999) pp. L1493-L1495).
That is, unless a seed crystal and a crucible are used, the composition ratio of isotopes does not change during crystal growth, so that the concentration of any of the three silicon isotopes Si-28, Si-29, and Si-30 is reduced. This method can be used to produce single crystal silicon higher than the natural silicon element, but the crystal orientation cannot be controlled in any direction without a seed crystal, so that high quality single crystal silicon cannot be controlled. It is generally difficult to grow crystals. Although the production of single crystal silicon by such a method is possible at the laboratory level,
There is also a disadvantage that it is not suitable for mass production.

【0014】このように、シリコン同位体Si-28,Si-2
9,Si-30のうちのいずれかの濃度が天然のシリコン元素
よりも高い単結晶シリコンを製造するにおいては、種結
晶を用いない方法では品質のよい単結晶シリコンを効率
よく得ることは難しい。特に、同位体Si-28が天然のシ
リコンよりも高い濃度である単結晶シリコンは、これを
半導体デバイスの基板等に用いる場合には熱伝導率の向
上をもたらすため大量生産が望まれるところであるが、
これには従来通りの種結晶を用いて単結晶シリコンを成
長させる方法が適しており、このような従来方法に基づ
いた単結晶シリコンの製造方法が求められている。
Thus, the silicon isotopes Si-28, Si-2
In the production of single-crystal silicon having a higher concentration of any of 9, Si-30 than natural silicon elements, it is difficult to efficiently obtain high-quality single-crystal silicon by a method without using a seed crystal. In particular, when single crystal silicon in which the isotope Si-28 is higher in concentration than natural silicon is used for a substrate of a semiconductor device or the like, the thermal conductivity is improved. ,
For this purpose, a method of growing single-crystal silicon using a conventional seed crystal is suitable, and a method of manufacturing single-crystal silicon based on such a conventional method is required.

【0015】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、シリコン同位体Si-28,Si-29,Si-30のう
ちのいずれかの濃度が天然のシリコン元素よりも高い単
結晶シリコンを、品質良く、且つ大量生産が可能なよう
に製造することができる単結晶シリコンの製造方法を提
供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such problems, and a single crystal in which the concentration of any of the silicon isotopes Si-28, Si-29, and Si-30 is higher than that of a natural silicon element. It is an object of the present invention to provide a method for producing single crystal silicon, which can produce silicon with good quality and mass production.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
目的を達成すべく鋭意研究を続けた結果、以下の本発明
に係る方法を完成させた。すなわち第1の本発明は、シ
リコン融液に接触させた種結晶の表面に単結晶シリコン
を付着成長させる単結晶シリコンの製造方法において、
シリコン融液及び種結晶におけるシリコン元素の同位体
Si-28の濃度をともに92.3%以上とする方法である。こ
の方法では、シリコン融液のみならず種結晶についても
同位体Si-28の濃度が92.3%以上となっているので、単
結晶シリコンの成長時に種結晶からシリコン原子が融け
出しても、完成した単結晶シリコンにおける同位体Si-2
8の濃度は92.3%以上となり、同位体Si-28の濃度が天然
のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンが確実に得ら
れるようになる。ここで、種結晶におけるシリコン元素
の同位体Si-28の濃度はシリコン融液におけるシリコン
元素の同位体Si-28の濃度とほぼ等しいことが好まし
い。このようにすれば、単結晶シリコンにおける同位体
Si-28の濃度はそのシリコン融液及び種結晶における同
位体Si-28の濃度とほぼ一致するようになるので、得ら
れる単結晶シリコンの同位体Si-28濃度を正確にコント
ロールできるようになる。
Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has made intensive studies to achieve such an object, and as a result, has completed the following method according to the present invention. That is, the first present invention relates to a method for producing single crystal silicon in which single crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal contacted with a silicon melt,
Silicon isotopes in silicon melts and seed crystals.
In this method, the concentration of both Si-28 is 92.3% or more. In this method, since the concentration of the isotope Si-28 is not less than 92.3% not only in the silicon melt but also in the seed crystal, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of the single crystal silicon, the seed crystal is completed. Isotope Si-2 in single crystal silicon
The concentration of 8 is 92.3% or more, so that single crystal silicon having a higher concentration of the isotope Si-28 than the natural silicon element can be reliably obtained. Here, the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the seed crystal is preferably substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the silicon melt. In this way, the isotope in single crystal silicon
Since the concentration of Si-28 becomes almost the same as the concentration of isotope Si-28 in the silicon melt and the seed crystal, it is possible to precisely control the concentration of isotope Si-28 in the obtained single crystal silicon .

【0017】また、この方法にはチョクラルスキー法及
びフローティングゾーン法を適用することが可能である
が、チョクラルスキー法を適用する場合には、シリコン
融液を保持するルツボの材料を石英とし、且つその石英
におけるシリコン元素の同位体Si-28の濃度を92.3%以
上とすることが好ましい。また、その石英におけるシリ
コン元素の同位体Si-28の濃度をシリコン融液における
シリコン元素の同位体Si-28の濃度とほぼ等しくすると
更に好ましい。
The Czochralski method and the floating zone method can be applied to this method. However, when the Czochralski method is applied, the material of the crucible holding the silicon melt is quartz. In addition, the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the quartz is preferably 92.3% or more. More preferably, the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the quartz is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the silicon melt.

【0018】また、第2の本発明は、シリコン融液に接
触させた種結晶の表面に単結晶シリコンを付着成長させ
る単結晶シリコンの製造方法において、シリコン融液及
び種結晶におけるシリコン元素の同位体Si-29の濃度を
ともに4.7%以上とする方法である。この方法では、シ
リコン融液のみならず種結晶についても同位体Si-29の
濃度が4.7%以上となっているので、単結晶シリコンの
成長時に種結晶からシリコン原子が融け出しても、完成
した単結晶シリコンにおける同位体Si-29の濃度は4.7%
以上となり、同位体Si-29の濃度が天然のシリコン元素
よりも高い単結晶シリコンが確実に得られるようにな
る。ここで、種結晶におけるシリコン元素の同位体Si-2
9の濃度はシリコン融液におけるシリコン元素の同位体S
i-29の濃度とほぼ等しいことが好ましい。このようにす
れば、単結晶シリコンにおける同位体Si-29の濃度はそ
のシリコン融液及び種結晶における同位体Si-28の濃度
とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリコ
ンの同位体Si-29濃度を正確にコントロールできるよう
になる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing single crystal silicon, wherein single crystal silicon is adhered and grown on a surface of a seed crystal contacted with the silicon melt. In this method, the concentration of Si-29 is set to 4.7% or more. In this method, since the concentration of the isotope Si-29 is not less than 4.7% not only in the silicon melt but also in the seed crystal, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of the single crystal silicon, the seed crystal is completed. The concentration of isotope Si-29 in single crystal silicon is 4.7%
As described above, single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-29 is higher than that of a natural silicon element can be surely obtained. Here, the isotope Si-2 of the silicon element in the seed crystal
The concentration of 9 isotope S of silicon element in silicon melt
Preferably, it is approximately equal to the concentration of i-29. In this way, the concentration of the isotope Si-29 in the single crystal silicon becomes almost equal to the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt and the seed crystal, and thus the obtained single crystal silicon isotope is obtained. It will be possible to control the Si-29 concentration accurately.

【0019】また、この方法にはチョクラルスキー法及
びフローティングゾーン法を適用することが可能である
が、チョクラルスキー法を適用する場合には、シリコン
融液を保持するルツボの材料を石英とし、且つその石英
におけるシリコン元素の同位体Si-29の濃度を4.7%以上
とすることが好ましい。また、その石英におけるシリコ
ン元素の同位体Si-29の濃度をシリコン融液におけるシ
リコン元素の同位体Si-29の濃度とほぼ等しくすると更
に好ましい。
Further, the Czochralski method and the floating zone method can be applied to this method. In the case of applying the Czochralski method, the material of the crucible holding the silicon melt is quartz. Preferably, the concentration of the silicon isotope Si-29 in the quartz is not less than 4.7%. More preferably, the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the quartz is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon melt.

【0020】また、第3の本発明は、シリコン融液に接
触させた種結晶の表面に単結晶シリコンを付着成長させ
る単結晶シリコンの製造方法において、シリコン融液及
び種結晶におけるシリコン元素の同位体Si-30の濃度を
ともに3.2%以上とする方法である。この方法では、シ
リコン融液のみならず種結晶についても同位体Si-30の
濃度が3.2%以上となっているので、単結晶シリコンの
成長時に種結晶からシリコン原子が融け出しても、完成
した単結晶シリコンにおける同位体Si-30の濃度は3.2%
以上となり、同位体Si-30の濃度が天然のシリコン元素
よりも高い単結晶シリコンが確実に得られるようにな
る。ここで、種結晶におけるシリコン元素の同位体Si-3
0の濃度はシリコン融液におけるシリコン元素の同位体S
i-30の濃度とほぼ等しいことが好ましい。このようにす
れば、単結晶シリコンにおける同位体Si-30の濃度はそ
のシリコン融液及び種結晶における同位体Si-28の濃度
とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリコ
ンの同位体Si-30濃度を正確にコントロールできるよう
になる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing single crystal silicon, wherein single crystal silicon is adhered and grown on a surface of a seed crystal contacted with the silicon melt. In this method, the concentration of Si-30 is set to 3.2% or more. In this method, since the concentration of the isotope Si-30 is not less than 3.2% not only in the silicon melt but also in the seed crystal, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of single crystal silicon, the silicon crystal is completed. The concentration of isotope Si-30 in single crystal silicon is 3.2%
As described above, single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-30 is higher than that of a natural silicon element can be surely obtained. Here, the isotope Si-3 of the silicon element in the seed crystal
The concentration of 0 is the isotope S of the silicon element in the silicon melt
Preferably, it is approximately equal to the concentration of i-30. In this way, the concentration of the isotope Si-30 in the single crystal silicon becomes almost the same as the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt and the seed crystal. It will be possible to accurately control the Si-30 concentration.

【0021】また、この方法にはチョクラルスキー法及
びフローティングゾーン法を適用することが可能である
が、チョクラルスキー法を適用する場合には、シリコン
融液を保持するルツボの材料を石英とし、且つその石英
におけるシリコン元素の同位体Si-30の濃度を3.2%以上
とすることが好ましい。また、その石英におけるシリコ
ン元素の同位体Si-30の濃度をシリコン融液におけるシ
リコン元素の同位体Si-30の濃度とほぼ等しくすること
と更に好ましい。
The Czochralski method and the floating zone method can be applied to this method. In the case of applying the Czochralski method, the material of the crucible holding the silicon melt is quartz. Preferably, the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the quartz is 3.2% or more. It is further preferable that the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the quartz be substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図1は本発明の一実
施形態に係る単結晶シリコンの製造方法を用いて単結晶
シリコンを製造する装置の一例を示したものである。こ
の装置は従来知られたチョクラルスキー法により単結晶
シリコンを製造するものであり、引き上げ炉10の内部
にシリコン融液11を入れたルツボ12を設置し、引き
上げ炉10の上方から垂下させた種結晶13をシリコン
融液11に接触させた後、回転させながら徐々に上方に
引き上げて単結晶シリコンを成長させるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of an apparatus for manufacturing single crystal silicon using the method for manufacturing single crystal silicon according to one embodiment of the present invention. This apparatus is for producing single-crystal silicon by the conventionally known Czochralski method. A crucible 12 containing a silicon melt 11 is installed inside a pulling furnace 10 and is dropped from above the pulling furnace 10. After the seed crystal 13 is brought into contact with the silicon melt 11, it is gradually pulled upward while rotating to grow single crystal silicon.

【0023】引き上げ炉10の内壁のルツボ12を囲む
部分は断熱材14で覆われており、ルツボ12と断熱材
14との間にはルツボ12を高温に熱するためのヒータ
15が備えられている。ルツボ12は引き上げ炉10の
下部から延びた回転軸16の上端部に取り付けられてお
り、図示しないモータで回転軸16を駆動することによ
りルツボ12を水平回転させることが可能である。種結
晶13は引き上げ炉10の上方空間内を上下に延びたピ
アノ線17の下端部に取り付けられており、このピアノ
線17を引き上げ炉10の上部に設けられた図示しない
ピアノ線操作器により操作して種結晶13を上下に移動
させ、或いは軸まわりに回転させることが可能である。
また、この引き上げ炉10の内部の空気はアルゴンガス
で置換されている。
A portion of the inner wall of the pulling furnace 10 surrounding the crucible 12 is covered with a heat insulating material 14, and a heater 15 for heating the crucible 12 to a high temperature is provided between the crucible 12 and the heat insulating material 14. I have. The crucible 12 is attached to the upper end of a rotating shaft 16 extending from the lower part of the lifting furnace 10, and the crucible 12 can be rotated horizontally by driving the rotating shaft 16 by a motor (not shown). The seed crystal 13 is attached to the lower end of a piano wire 17 extending vertically in the space above the pulling furnace 10, and the piano wire 17 is operated by a piano wire operating device (not shown) provided on the upper part of the pulling furnace 10. Then, the seed crystal 13 can be moved up and down or rotated around an axis.
The air inside the lifting furnace 10 is replaced with argon gas.

【0024】この装置を用いて単結晶シリコンを製造す
るには、先ず単結晶シリコンの原料である超高純度の多
結晶シリコンを粗く砕いて洗浄したものをルツボ12に
投入し、ヒータ15により高温に加熱してシリコン融液
11を生成する。このシリコン融液11の生成過程にお
いては、一般には微量の導電型の不純物(ドープ剤)が
添加される。シリコン融液11が生成したらルツボ12
を水平回転させ、ピアノ線17を降下させて種結晶13
をシリコン融液11に接触させる(図2(A)参照)。
In order to produce single-crystal silicon using this apparatus, first, ultra-high-purity polycrystalline silicon, which is a raw material for single-crystal silicon, is roughly crushed and washed and put into a crucible 12. To produce a silicon melt 11. In the process of producing the silicon melt 11, a trace amount of impurities (doping agent) of a conductivity type is generally added. When the silicon melt 11 is formed, the crucible 12
Is rotated horizontally, the piano wire 17 is lowered, and the seed crystal 13
Is brought into contact with the silicon melt 11 (see FIG. 2A).

【0025】種結晶13がシリコン融液11に接触した
ら、種結晶13をルツボ12と反対方向に回転させなが
ら徐々に上方に引き上げる。これによりシリコン融液1
1中のシリコン原子が種結晶13の表面に規則的に付着
(固化)し、目的の単結晶シリコン18が製造される
(図2(B)参照)。なお、この種結晶13の引き上げ
時におけるシリコン融液11の温度や、種結晶13の引
き上げ速度を調節することで、得られる単結晶シリコン
18の直径等を所望の値にすることができる。
When the seed crystal 13 comes into contact with the silicon melt 11, the seed crystal 13 is gradually pulled upward while rotating in the direction opposite to the crucible 12. Thereby, silicon melt 1
The silicon atoms in 1 regularly adhere (solidify) to the surface of the seed crystal 13 to produce a target single crystal silicon 18 (see FIG. 2B). By adjusting the temperature of the silicon melt 11 at the time of pulling the seed crystal 13 and the pulling speed of the seed crystal 13, the diameter of the obtained single crystal silicon 18 can be set to desired values.

【0026】このように本装置によれば単結晶シリコン
を製造することができるのであるが、ここで、同位体Si
-28の濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリ
コンを製造しようとする場合には、シリコン融液11に
おけるシリコン元素の同位体Si-28の濃度を92.3%以上
とするとともに、種結晶13におけるシリコン元素の同
位体Si-28の濃度も92.3%以上とする。このようにすれ
ば、単結晶シリコン18の成長時に種結晶13からシリ
コン原子が融け出しても、完成した単結晶シリコン18
における同位体Si-28の濃度は92.3%以上となり、同位
体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶
シリコン18を確実に得ることができる。ここで、種結
晶13におけるシリコン元素の同位体Si-28の濃度がシ
リコン融液11におけるシリコン元素の同位体Si-28の
濃度とほぼ等しいのであれば、単結晶シリコン18にお
ける同位体Si-28の濃度はそのシリコン融液11及び種
結晶13における同位体Si-28の濃度とほぼ一致するよ
うになるので、得られる単結晶シリコン18における同
位体Si-28濃度を正確にコントロールすることが可能と
なる。
As described above, according to the present apparatus, single crystal silicon can be produced.
In order to produce single crystal silicon having a higher concentration of -28 than that of a natural silicon element, the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in the silicon melt 11 should be 92.3% or more, and the seed crystal 13 Is also 92.3% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of seed crystal 13 during growth of single crystal silicon 18, completed single crystal silicon 18
In this case, the concentration of the isotope Si-28 becomes 92.3% or more, and the single crystal silicon 18 in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element can be surely obtained. Here, if the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the seed crystal 13 is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the silicon melt 11, the isotope Si-28 in the single crystal silicon 18 is used. The concentration of Si is approximately equal to the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt 11 and the seed crystal 13, so that the concentration of the isotope Si-28 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled. Becomes

【0027】また、この装置のようにチョクラルスキー
法によるものであれば、シリコン融液11を保持するル
ツボ12の材料を石英とするとともに、その石英におけ
るシリコン元素の同位体Si-28の濃度も92.3%以上とす
ることが好ましい。このようにすれば、単結晶シリコン
18の成長時にルツボ12からシリコン原子が融け出し
ても、完成した単結晶シリコン18における同位体Si-2
8の濃度は92.3%以上となり、同位体Si-28の濃度が天然
のシリコン元素よりも高い単結晶シリコン18を確実に
得ることができる。ここで、種結晶13における同位体
Si-28の濃度がシリコン融液11における同位体Si-28の
濃度とほぼ等しく、且つこの石英における同位体Si-28
の濃度もシリコン融液11における同位体Si-28の濃度
とほぼ等しくなっているのであれば、単結晶シリコン1
8における同位体Si-28の濃度はそのシリコン融液1
1、種結晶13及びルツボ12における同位体Si-28の
濃度とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シ
リコン18における同位体Si-28濃度を正確にコントロ
ールすることができる。
In the case of the Czochralski method as in this apparatus, the material of the crucible 12 holding the silicon melt 11 is quartz, and the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the quartz. Is preferably 92.3% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of crucible 12 during the growth of single crystal silicon 18, isotope Si-2 in completed single crystal silicon 18
The concentration of 8 is 92.3% or more, so that the single crystal silicon 18 in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than that of the natural silicon element can be surely obtained. Here, the isotope in the seed crystal 13
The concentration of Si-28 is almost equal to the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt 11, and the isotope Si-28 in the quartz
Is approximately equal to the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt 11, the single crystal silicon 1
8 is the concentration of the isotope Si-28
1. Since the concentration of the isotope Si-28 in the seed crystal 13 and the crucible 12 is almost the same, the concentration of the isotope Si-28 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled.

【0028】このようにして得られた同位体Si-28の濃
度が天然のシリコン元素よりも高い(92.3%以上)単結
晶シリコンは、これが半導体デバイスのウエハとして用
いられる場合には従来品よりも高い熱伝導度を示す。こ
こで、単結晶シリコンの熱伝導度は同位体の質量数の平
方に逆比例するのでSi-28の濃度の高い単結晶シリコン
はSi-29又はSi-30の濃度が高い単結晶シリコンよりも高
い熱伝導度を有し、半導体デバイスの放熱効果を上げる
には同位体Si-28の濃度を天然のシリコンよりも高くし
たものが有利といえる。このように、同位体Si-28の濃
度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンを容
易且つ大量に製造できる技術は、従来の課題である半導
体デバイス内に生ずる熱を逃がす(放熱)技術に資する
こととなる。
The thus obtained single crystal silicon having a higher concentration of the isotope Si-28 (more than 92.3%) than the natural silicon element has a higher concentration than the conventional product when it is used as a semiconductor device wafer. Shows high thermal conductivity. Here, since the thermal conductivity of single crystal silicon is inversely proportional to the square of the mass number of the isotope, single crystal silicon having a high concentration of Si-28 is higher than single crystal silicon having a high concentration of Si-29 or Si-30. It is advantageous to have high thermal conductivity and to increase the concentration of the isotope Si-28 compared to natural silicon in order to enhance the heat dissipation effect of the semiconductor device. As described above, the technology that can easily and mass-produce single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than that of the natural silicon element is a technology for dissipating (radiating) heat generated in a semiconductor device, which is a conventional problem. Will contribute.

【0029】また、同位体Si-29の濃度が天然のシリコ
ン元素よりも高い単結晶シリコンを製造しようとする場
合には、シリコン融液11におけるシリコン元素の同位
体Si-29の濃度を4.7%以上とするとともに、種結晶13
におけるシリコン元素の同位体Si-29の濃度も4.7%以上
とする。このようにすれば、単結晶シリコン18の成長
時に種結晶13からシリコン原子が融け出しても、完成
した単結晶シリコン18における同位体Si-29の濃度は
4.7%以上となり、同位体Si-29の濃度が天然のシリコン
元素よりも高い単結晶シリコン18を確実に得ることが
できる。ここで、種結晶13におけるシリコン元素の同
位体Si-29の濃度がシリコン融液11におけるシリコン
元素の同位体Si-29の濃度とほぼ等しいのであれば、単
結晶シリコン18における同位体Si-28の濃度はそのシ
リコン融液11及び種結晶13における同位体Si-29濃
度とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリ
コン18における同位体Si-29濃度を正確にコントロー
ルすることが可能となる。
In order to produce single-crystal silicon having a higher concentration of the isotope Si-29 than that of the natural silicon element, the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon melt 11 is set to 4.7%. In addition to the above, the seed crystal 13
The concentration of the silicon element isotope Si-29 is also set to 4.7% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of seed crystal 13 during growth of single crystal silicon 18, the concentration of isotope Si-29 in completed single crystal silicon 18 is
As a result, the concentration of the isotope Si-29 becomes 4.7% or more, so that the single crystal silicon 18 having a higher concentration than the natural silicon element can be reliably obtained. Here, if the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the seed crystal 13 is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon melt 11, the isotope Si-28 in the single crystal silicon 18 is used. Becomes approximately equal to the concentration of the isotope Si-29 in the silicon melt 11 and the seed crystal 13, so that the concentration of the isotope Si-29 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled. Become.

【0030】また、この装置のようにチョクラルスキー
法によるものであれば、シリコン融液11を保持するル
ツボ12の材料を石英とするとともに、その石英におけ
るシリコン元素の同位体Si-29の濃度も4.7%以上とする
ことが好ましい。このようにすれば、単結晶シリコン1
8の成長時にルツボ12からシリコン原子が融け出して
も、完成した単結晶シリコン18における同位体Si-29
の濃度は4.7%以上となり、同位体Si-29の濃度が天然の
シリコン元素よりも高い単結晶シリコン18を確実に得
ることができる。ここで、種結晶13における同位体Si
-29の濃度がシリコン融液11における同位体Si-29の濃
度とほぼ等しく、且つこの石英における同位体Si-29の
濃度もシリコン融液11における同位体Si-29の濃度と
ほぼ等しくなっているのであれば、単結晶シリコン18
における同位体Si-29の濃度はそのシリコン融液11、
種結晶13及びルツボ12における同位体Si-29の濃度
とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリコ
ン18における同位体Si-29濃度を正確にコントロール
することができる。
If the apparatus is of the Czochralski method as in this apparatus, the material of the crucible 12 holding the silicon melt 11 is quartz, and the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the quartz. Is also preferably set to 4.7% or more. By doing so, the single crystal silicon 1
Even if silicon atoms melt out of crucible 12 during growth of crystal 8, isotope Si-29 in completed single crystal silicon 18
Is not less than 4.7%, and the single crystal silicon 18 in which the concentration of the isotope Si-29 is higher than the natural silicon element can be surely obtained. Here, the isotope Si in the seed crystal 13
The concentration of -29 is approximately equal to the concentration of the isotope Si-29 in the silicon melt 11, and the concentration of the isotope Si-29 in the quartz is also approximately equal to the concentration of the isotope Si-29 in the silicon melt 11. If it is, single crystal silicon 18
The concentration of the isotope Si-29 in the silicon melt 11,
Since the concentration of the isotope Si-29 in the seed crystal 13 and the crucible 12 is almost the same, the concentration of the isotope Si-29 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled.

【0031】このようにして得られた同位体Si-29の濃
度が天然のシリコン元素よりも高い(4.7%以上)単結
晶シリコンは、同位体Si-29の濃度とシリコン結晶中の
核スピン分布との関係を研究する技術分野においては特
に重要であり、このような同位体Si-29濃度を有する単
結晶シリコンを容易且つ大量に製造できる技術はこのよ
うな技術分野において大きな意義を有する。
The thus obtained single-crystal silicon having a higher isotope Si-29 concentration (more than 4.7%) than the natural silicon element has a higher isotope Si-29 concentration and nuclear spin distribution in the silicon crystal. This is particularly important in the technical field of studying the relationship with, and a technique that enables easy and large-scale production of single crystal silicon having such an isotope Si-29 concentration has great significance in such a technical field.

【0032】また、同位体Si-30の濃度が天然のシリコ
ン元素よりも高い単結晶シリコンを製造しようとする場
合には、シリコン融液11におけるシリコン元素の同位
体Si-30の濃度を3.2%以上とするとともに、種結晶13
におけるシリコン元素の同位体Si-30の濃度も3.2%以上
とする。このようにすれば、単結晶シリコン18の成長
時に種結晶13からシリコン原子が融け出しても、完成
した単結晶シリコン18における同位体Si-30の濃度は
3.2%以上となり、同位体Si-30の濃度が天然のシリコン
元素よりも高い単結晶シリコン18を確実に得ることが
できる。ここで、種結晶13におけるシリコン元素の同
位体Si-30の濃度がシリコン融液11におけるシリコン
元素の同位体Si-30の濃度とほぼ等しいのであれば、単
結晶シリコン18における同位体Si-30の濃度はそのシ
リコン融液11及び種結晶13における同位体Si-30濃
度とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリ
コン18における同位体Si-30濃度を正確にコントロー
ルすることが可能となる。
When it is desired to produce single-crystal silicon having a higher concentration of the isotope Si-30 than that of the natural silicon element, the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt 11 should be 3.2%. In addition to the above, the seed crystal 13
The concentration of the silicon element isotope Si-30 is also 3.2% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of seed crystal 13 during the growth of single crystal silicon 18, the concentration of isotope Si-30 in completed single crystal silicon 18 is reduced.
It is 3.2% or more, so that the single crystal silicon 18 in which the concentration of the isotope Si-30 is higher than the natural silicon element can be surely obtained. Here, if the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the seed crystal 13 is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt 11, the isotope Si-30 in the single crystal silicon 18 is used. Becomes approximately equal to the concentration of the isotope Si-30 in the silicon melt 11 and the seed crystal 13, so that the concentration of the isotope Si-30 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled. Become.

【0033】また、この装置のようにチョクラルスキー
法によるものであれば、シリコン融液11を保持するル
ツボ12の材料を石英とするとともに、その石英におけ
るシリコン元素の同位体Si-30の濃度も3.2%以上とする
ことが好ましい。このようにすれば、単結晶シリコン1
8の成長時にルツボ12からシリコン原子が融け出して
も、完成した単結晶シリコン18における同位体Si-30
の濃度は3.2%以上となり、同位体Si-30の濃度が天然の
シリコン元素よりも高い単結晶シリコン18を確実に得
ることができる。ここで、種結晶13における同位体Si
-30の濃度がシリコン融液11における同位体Si-30の濃
度とほぼ等しく、且つこの石英における同位体Si-30の
濃度もシリコン融液11における同位体Si-30の濃度と
ほぼ等しくなっているのであれば、単結晶シリコン18
における同位体Si-30の濃度はそのシリコン融液11、
種結晶13及びルツボ12における同位体Si-30の濃度
とほぼ一致するようになるので、得られる単結晶シリコ
ン18における同位体Si-30濃度を正確にコントロール
することができる。
If the apparatus is of the Czochralski method as in this apparatus, the material of the crucible 12 holding the silicon melt 11 is quartz, and the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the quartz. Is preferably not less than 3.2%. By doing so, the single crystal silicon 1
Even if silicon atoms melt out of crucible 12 during growth of crystal 8, isotope Si-30 in completed single crystal silicon 18
Is 3.2% or more, so that the single crystal silicon 18 in which the concentration of the isotope Si-30 is higher than the natural silicon element can be surely obtained. Here, the isotope Si in the seed crystal 13
The concentration of -30 is approximately equal to the concentration of the isotope Si-30 in the silicon melt 11, and the concentration of the isotope Si-30 in the quartz is also approximately equal to the concentration of the isotope Si-30 in the silicon melt 11. If it is, single crystal silicon 18
The concentration of the isotope Si-30 in the silicon melt 11,
Since the concentration of the isotope Si-30 in the seed crystal 13 and the crucible 12 substantially coincides with each other, the concentration of the isotope Si-30 in the obtained single crystal silicon 18 can be accurately controlled.

【0034】このようにして得られた同位体Si-30の濃
度が天然のシリコン元素よりも高い(3.2%以上)単結
晶シリコンは、同位体Si-30の濃度を天然のものよりも
大きくしてドーピングの効率を上げようとする熱中性子
ドーピング法の研究分野において特に重要であり、この
ような同位体Si-30濃度を有する単結晶シリコンを容易
且つ大量に製造できる技術はこの研究分野において大変
重要なものとなる。
The thus obtained single crystal silicon having a higher isotope Si-30 concentration (3.2% or more) than the natural silicon element has a higher isotope Si-30 concentration than the natural silicon element. This is particularly important in the field of thermal neutron doping research, which aims to increase the efficiency of doping, and the technology that enables easy and large-scale production of single-crystal silicon with such isotope Si-30 concentration is very important in this field. It becomes important.

【0035】ここで、同位体Si-28の濃度が天然のシリ
コン元素よりも高い単結晶シリコンを製造する場合、種
結晶13における同位体Si-28の濃度はシリコン融液1
1における同位体Si-28の濃度と同じ若しくはそれ以上
とすることが好ましいが、少なくとも天然のシリコンに
おける同位体Si-28の濃度よりも高くしておけば、天然
の種結晶を利用する従来の方法よりも遙かに高い確率で
目的の単結晶シリコン(同位体Si-28の濃度が天然のシ
リコン元素よりも高い単結晶シリコン)が得られる。ま
た、ルツボ12についても同位体Si-28の濃度はシリコ
ン融液11における同位体Si-28の濃度と同じ若しくは
それ以上とすることが好ましいが、少なくとも天然のシ
リコンにおける同位体Si-28の濃度よりも高くしておけ
ば、天然の種結晶を利用する従来の方法を用いるよりも
高い確率で目的の単結晶シリコンが得られる(Si-29及
びSi-30についても同様)。
Here, when producing single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than that of the natural silicon element, the concentration of the isotope Si-28 in the seed crystal 13 is equal to the concentration of the silicon melt 1
It is preferable that the concentration of the isotope Si-28 in Example 1 is equal to or higher than the concentration of the isotope Si-28. The target single crystal silicon (single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element) can be obtained with a much higher probability than the method. Further, the concentration of the isotope Si-28 in the crucible 12 is preferably equal to or higher than the concentration of the isotope Si-28 in the silicon melt 11, but at least the concentration of the isotope Si-28 in natural silicon is preferable. If it is higher, the target single crystal silicon can be obtained with a higher probability than the conventional method using a natural seed crystal (the same applies to Si-29 and Si-30).

【0036】続いて図3は、本発明の別の実施形態に係
る単結晶シリコンの製造方法を示すものであり、従来行
われているフローティングゾーン法によるものである。
この方法では、棒状の固体シリコン原料20の一部をヒ
ータ25により高温に熱して融解させ、その融解部すな
わちシリコン融液21に種結晶23をゆっくりと接触さ
せる(図3(A)参照)。その後、ヒーター25ととも
に固体シリコン原料20を上方に移動させて種結晶23
からゆっくりと引き離すとシリコン融液21も上方へ移
動し、その移動過程においてシリコン融液21中のシリ
コン原子が種結晶23の表面に規則的に付着(固化)し
て目的の単結晶シリコン28が形成される(図3(B)
参照)。なお、この工程は上述のチョクラルスキー法に
よる場合と同様、アルゴン雰囲気下で行われる。
FIG. 3 shows a method of manufacturing single crystal silicon according to another embodiment of the present invention, which is based on a floating zone method which has been conventionally performed.
In this method, a part of the bar-shaped solid silicon raw material 20 is heated to a high temperature by a heater 25 to be melted, and the seed crystal 23 is slowly brought into contact with the melting portion, that is, the silicon melt 21 (see FIG. 3A). Thereafter, the solid silicon raw material 20 is moved upward together with the heater 25 so that the seed crystal 23 is
When the silicon melt 21 is slowly pulled away from the silicon melt 21, the silicon melt 21 also moves upward, and in the process of movement, the silicon atoms in the silicon melt 21 regularly adhere (solidify) to the surface of the seed crystal 23, so that the target single crystal silicon 28 is formed. Formed (FIG. 3B)
reference). This step is performed in an argon atmosphere, as in the case of the Czochralski method described above.

【0037】ここでも上記チョクラルスキー法による場
合と同様、同位体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よ
りも高い単結晶シリコンを製造しようとする場合には、
シリコン融液21におけるシリコン元素の同位体Si-28
の濃度(すなわち固体シリコン原料20におけるシリコ
ン元素の同位体Si-28の濃度)を92.3%以上とするとと
もに、種結晶23におけるシリコン元素の同位体Si-28
の濃度も92.3%以上とする。このようにすれば、単結晶
シリコン28の成長時に種結晶23からシリコン原子が
融け出しても、完成した単結晶シリコン28における同
位体Si-28の濃度は92.3%以上となり、同位体Si-28の濃
度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコン18
を確実に得ることができる。ここで、種結晶23におけ
るシリコン元素の同位体Si-28の濃度がシリコン融液2
1におけるシリコン元素の同位体Si-28の濃度とほぼ等
しいのであれば、単結晶シリコン28における同位体Si
-28の濃度はそのシリコン融液21及び種結晶23にお
ける同位体Si-28の濃度とほぼ一致するようになるの
で、得られる単結晶シリコン28における同位体Si-28
濃度を正確にコントロールすることが可能でとなる。
Here, as in the case of the above-mentioned Czochralski method, when it is intended to produce single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element,
Si-isotope Si-28 in silicon melt 21
(That is, the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the solid silicon raw material 20) is 92.3% or more, and the silicon element isotope Si-28 in the seed crystal 23.
Concentration should be 92.3% or more. In this way, even if silicon atoms melt from seed crystal 23 during growth of single crystal silicon 28, the concentration of isotope Si-28 in completed single crystal silicon 28 becomes 92.3% or more, and isotope Si-28 -Crystalline silicon 18 with a higher concentration of silicon than natural silicon elements
Can be reliably obtained. Here, the concentration of the silicon isotope Si-28 in the seed crystal 23 is
1 is approximately equal to the concentration of the silicon element isotope Si-28,
Since the concentration of -28 becomes approximately equal to the concentration of isotope Si-28 in the silicon melt 21 and the seed crystal 23, the isotope Si-28 in the obtained single crystal silicon 28 is obtained.
The concentration can be accurately controlled.

【0038】また、同位体Si-29の濃度が天然のシリコ
ン元素よりも高い単結晶シリコンを製造しようとする場
合には、シリコン融液21におけるシリコン元素の同位
体Si-29の濃度(すなわち固体シリコン原料20におけ
るシリコン元素の同位体Si-29の濃度)を4.7%以上とす
るとともに、種結晶23におけるシリコン元素の同位体
Si-29の濃度も4.7%以上とする。このようにすれば、単
結晶シリコン28の成長時に種結晶23からシリコン原
子が融け出しても、完成した単結晶シリコン28におけ
る同位体Si-29の濃度は4.7%以上となり、同位体Si-29
の濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコン
28を確実に得ることができる。ここで、種結晶23に
おけるシリコン元素の同位体Si-29の濃度がシリコン融
液21におけるシリコン元素の同位体Si-29の濃度とほ
ぼ等しいのであれば、単結晶シリコン28における同位
体Si-29の濃度はそのシリコン融液21及び種結晶23
における同位体Si-29の濃度とほぼ一致するようになる
ので、得られる単結晶シリコン28における同位体Si-2
9濃度を正確にコントロールすることが可能となる。
When it is desired to produce single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-29 is higher than that of the natural silicon element, the concentration of the isotope Si-29 of the silicon element in the silicon melt 21 (ie, the solid The concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon raw material 20) is set to 4.7% or more, and the silicon element isotope in the seed crystal 23 is set.
The concentration of Si-29 is also set to 4.7% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of seed crystal 23 during the growth of single crystal silicon 28, the concentration of isotope Si-29 in completed single crystal silicon 28 becomes 4.7% or more, and isotope Si-29
Of silicon is higher than that of natural silicon element. Here, if the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the seed crystal 23 is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon melt 21, the isotope Si-29 in the single crystal silicon 28 Of the silicon melt 21 and the seed crystal 23
And the concentration of the isotope Si-29 in the single crystal silicon 28 is obtained.
9 It is possible to control the concentration accurately.

【0039】また、同位体Si-30の濃度が天然のシリコ
ン元素よりも高い単結晶シリコンを製造しようとする場
合には、シリコン融液21におけるシリコン元素の同位
体Si-30の濃度(すなわち固体シリコン原料20におけ
るシリコン元素の同位体Si-30の濃度)を3.2%以上とす
るとともに、種結晶23におけるシリコン元素の同位体
Si-30の濃度も3.2%以上とする。このようにすれば、単
結晶シリコン28の成長時に種結晶23からシリコン原
子が融け出しても、完成した単結晶シリコン28におけ
る同位体Si-30の濃度は3.2%以上となり、同位体Si-30
の濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコン
28を確実に得ることができる。ここで、種結晶23に
おけるシリコン元素の同位体Si-30の濃度がシリコン融
液21におけるシリコン元素の同位体Si-30の濃度とほ
ぼ等しいのであれば、単結晶シリコン28における同位
体Si-30の濃度はそのシリコン融液21及び種結晶23
における同位体Si-30の濃度とほぼ一致するようになる
ので、得られる単結晶シリコン28における同位体Si-3
0濃度を正確にコントロールすることが可能となる。
In order to produce single-crystal silicon having a higher concentration of the isotope Si-30 than that of the natural silicon element, the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt 21 (ie, the solid The concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon raw material 20) is set to 3.2% or more, and the silicon element isotope in the seed crystal 23 is set.
The concentration of Si-30 is also set to 3.2% or more. In this way, even if silicon atoms melt out of seed crystal 23 during growth of single crystal silicon 28, the concentration of isotope Si-30 in completed single crystal silicon 28 becomes 3.2% or more, and isotope Si-30
Of silicon is higher than that of natural silicon element. Here, if the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the seed crystal 23 is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt 21, the isotope Si-30 in the single crystal silicon 28 is used. Of the silicon melt 21 and the seed crystal 23
Is approximately equal to the concentration of the isotope Si-30 in the single crystal silicon 28 obtained.
It is possible to accurately control 0 concentration.

【0040】ここでも、同位体Si-28の濃度が天然のシ
リコン元素よりも高い単結晶シリコンを製造する場合、
種結晶23における同位体Si-28の濃度はシリコン融液
21(すなわち固体シリコン原料20)における同位体
Si-28の濃度と同じ若しくはそれ以上とすることが好ま
しいが、少なくとも天然のシリコンにおける同位体Si-2
8の濃度よりも高くしておけば、天然の種結晶を利用す
る従来の方法よりも遙かに高い確率で目的の単結晶シリ
コン(同位体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よりも
高い単結晶シリコン)が得られる(Si-29及びSi-30につ
いても同様)。
Again, when producing single-crystal silicon where the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element,
The concentration of the isotope Si-28 in the seed crystal 23 is the same as that of the isotope in the silicon melt 21 (that is, the solid silicon raw material 20).
The concentration of Si-28 is preferably the same or higher, but at least the isotope Si-2 in natural silicon
If the concentration is higher than 8, the target single crystal silicon (the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element) with a much higher probability than the conventional method using natural seed crystals (Single-crystal silicon) is obtained (the same applies to Si-29 and Si-30).

【0041】なお、本発明に係る製造方法により単結晶
シリコンの製造を行う場合には、上記のようにチョクラ
ルスキー法又はフローティングゾーン法を用いることが
好ましい。これらの方法によれば従来技術をそのまま用
いることができるとともに、一旦目的とする同位体Si-2
8濃度を有する種結晶が得られれば、後は目的とする単
結晶シリコンを容易に大量生産することが可能となる。
When monocrystalline silicon is produced by the production method according to the present invention, it is preferable to use the Czochralski method or the floating zone method as described above. According to these methods, the prior art can be used as it is, and once the desired isotope Si-2
If a seed crystal having eight concentrations can be obtained, the desired single crystal silicon can be easily mass-produced thereafter.

【0042】ここで、多結晶シリコンからなるシリコン
融液11(21)については、同位体Si-28、Si-29、Si
-30の濃度を所望に調節することは容易であるが(これ
ら3種の同位体の中ではSi-28が最も天然に豊富に存在
しており、同位体Si-28の濃度を高めることは比較的容
易)、同位体の濃度を所望に調節した種結晶13(2
3)を得るのは必ずしも容易ではない。このような種結
晶は、種結晶を用いない所定の方法(本方法ではない)
により得られた単結晶シリコンを切り出して得ることが
できるが、本方法により得る方法もある。例えば、同位
体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よりも高い種結晶
を得たい場合には、先ず天然のシリコンを種結晶として
上記本方法により単結晶シリコンを成長させ、得られた
単結晶シリコン(この単結晶シリコンは既に同位体Si-2
8の濃度が天然のシリコンよりも高くなっている)から
切り出したものを新たな種結晶として本方法を繰り返せ
ばよい。これにより種結晶における同位体Si-28の濃度
は次第に上昇していき、最終的には目的とする同位体Si
-28濃度を有する種結晶が得られる(Si-29及びSi-30に
ついても同様)。
Here, for the silicon melt 11 (21) made of polycrystalline silicon, isotopes Si-28, Si-29, Si
It is easy to adjust the concentration of -30 as desired. (Of these three isotopes, Si-28 is the most naturally abundant, and increasing the concentration of isotope Si-28 is difficult. Comparatively easy), the seed crystal 13 (2
Obtaining 3) is not always easy. Such a seed crystal can be obtained by a predetermined method without using a seed crystal (not the present method).
Can be obtained by cutting out the single crystal silicon obtained by the method described above, but there is also a method of obtaining by this method. For example, when it is desired to obtain a seed crystal in which the concentration of the isotope Si-28 is higher than the natural silicon element, first, single-crystal silicon is grown by the above method using natural silicon as a seed crystal, and the obtained single crystal is obtained. Silicon (this single crystal silicon is already the isotope Si-2
8 is higher than that of natural silicon), and the method may be repeated as a new seed crystal. As a result, the concentration of the isotope Si-28 in the seed crystal gradually increases, and finally the target isotope Si-28
A seed crystal having a -28 concentration is obtained (the same applies to Si-29 and Si-30).

【0043】[0043]

【実施例】以下、本発明の単結晶シリコン製造方法を用
いて同位体Si-28の濃度が天然のシリコンよりも高い単
結晶シリコンを製造した具体な例を示すが、本発明はこ
の実施例に限定されるものではない。ここに述べる実施
例は図3において示したフローティングゾーン法を使用
し、前述の工程で単結晶シリコンを成長させたものであ
る。結晶成長に用いた棒状の固体シリコン原料20と種
結晶23はともに同位体Si-28の濃度を天然のシリコン
よりも高くしたものであり、その同位体組成を結晶成長
前に2次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて測定した
結果、種結晶23と固体シリコン原料20とは同位体組
成が完全に一致しており、Si-28が99.924%、Si-29が0.
073%、Si-30が0.003%であった。
Hereinafter, a specific example of producing single crystal silicon having a higher concentration of isotope Si-28 than natural silicon using the method for producing single crystal silicon of the present invention will be described. It is not limited to. The embodiment described here uses the floating zone method shown in FIG. 3 to grow single-crystal silicon in the above-described steps. Both the rod-shaped solid silicon raw material 20 and the seed crystal 23 used for crystal growth have a higher concentration of isotope Si-28 than natural silicon, and the isotope composition is determined by secondary ion mass spectrometry before crystal growth. As a result of measurement using a device (SIMS), the isotope compositions of the seed crystal 23 and the solid silicon raw material 20 completely match, and 99.924% of Si-28 and 0.2% of Si-29 were used.
073% and Si-30 were 0.003%.

【0044】結晶成長後、再度単結晶シリコン28の同
位体組成をSIMSにより測定した。測定点として、完成し
た単結晶シリコン28の長さ方向に等間隔な5点を選択
した。また、単結晶シリコン28の形状は長さ50mm、直
径5mm程度の円柱であった。その結果、全ての測定点
(5点)においてSi-28が99.924%、Si-29が0.073%、S
i-30が0.003%と完全に一致し、また、結晶成長前にお
ける固体シリコン原料20及び種結晶23の同位体組成
測定結果とも完全に一致した。これにより、シリコン原
料20(すなわちシリコン融液21)のみならず、種結
晶23におけるシリコン同位体Si-28の濃度を天然のシ
リコンにおける同位体Si-28の濃度よりも高くしておけ
ば、同位体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よりも高
い単結晶シリコンが得られることが証明された。また、
種結晶23における同位体の組成比をシリコン原料20
(すなわちシリコン融液21)における同位体の組成比
と同じにしておけば、得られる単結晶シリコンにおける
同位体の組成比はシリコン原料20(及び種結晶23)
における同位体の組成比と同じになることが証明され
た。
After the crystal growth, the isotopic composition of the single crystal silicon 28 was measured again by SIMS. As measurement points, five points at equal intervals in the length direction of the completed single crystal silicon 28 were selected. The shape of the single crystal silicon 28 was a column having a length of 50 mm and a diameter of about 5 mm. As a result, at all the measurement points (5 points), Si-28 was 99.924%, Si-29 was 0.073%, S
The value of i-30 was completely equal to 0.003%, and was completely consistent with the measurement results of the isotope compositions of the solid silicon raw material 20 and the seed crystal 23 before the crystal growth. Thus, if the concentration of the silicon isotope Si-28 in the seed crystal 23 as well as the silicon raw material 20 (that is, the silicon melt 21) is higher than the concentration of the isotope Si-28 in natural silicon, It has been proved that single crystal silicon having a higher body Si-28 concentration than natural silicon elements can be obtained. Also,
The composition ratio of the isotopes in the seed crystal 23
If the composition ratio of the isotopes in (ie, the silicon melt 21) is the same, the composition ratio of the isotopes in the obtained single-crystal silicon is the silicon raw material 20 (and the seed crystal 23).
It was proved that the composition ratio became the same as that of the isotope in Example 1.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、第1の本発明に係
る単結晶シリコンの製造方法では、シリコン融液に接触
させた種結晶の表面に単結晶シリコンを付着成長させる
単結晶シリコンの製造方法において、シリコン融液及び
種結晶におけるシリコン元素の同位体Si-28の濃度をと
もに92.3%以上とする。この方法では、シリコン融液の
みならず種結晶についても同位体Si-28の濃度が92.3%
以上となっているので、単結晶シリコンの成長時に種結
晶からシリコン原子が融け出しても、完成した単結晶シ
リコンにおける同位体Si-28の濃度は92.3%以上とな
り、同位体Si-28の濃度が天然のシリコン元素よりも高
い単結晶シリコンが確実に得られるようになる。
As described above, in the first method for producing single-crystal silicon according to the present invention, single-crystal silicon is produced by adhering and growing single-crystal silicon on the surface of a seed crystal brought into contact with a silicon melt. In the method, the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in the silicon melt and the seed crystal is set to 92.3% or more. According to this method, the concentration of the isotope Si-28 is 92.3% not only in the silicon melt but also in the seed crystal.
Therefore, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of single crystal silicon, the concentration of the isotope Si-28 in the completed single crystal silicon is 92.3% or more, and the concentration of the isotope Si-28 Can reliably obtain single crystal silicon higher than natural silicon elements.

【0046】また、第2の本発明に係る単結晶シリコン
の製造方法では、シリコン融液に接触させた種結晶の表
面に単結晶シリコンを付着成長させる単結晶シリコンの
製造方法において、シリコン融液及び種結晶におけるシ
リコン元素の同位体Si-29の濃度をともに4.7%以上とす
る。この方法では、シリコン融液のみならず種結晶につ
いても同位体Si-29の濃度が4.7%以上となっているの
で、単結晶シリコンの成長時に種結晶からシリコン原子
が融け出しても、完成した単結晶シリコンにおける同位
体Si-29の濃度は4.7%以上となり、同位体Si-29の濃度
が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンが確実
に得られるようになる。
Further, in the second method for producing single crystal silicon according to the present invention, the method for producing single crystal silicon in which single crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal brought into contact with the silicon melt is provided. And the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the seed crystal is set to 4.7% or more. In this method, since the concentration of the isotope Si-29 is not less than 4.7% not only in the silicon melt but also in the seed crystal, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of single crystal silicon, the silicon crystal is completed. The concentration of the isotope Si-29 in single crystal silicon is 4.7% or more, so that single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-29 is higher than that of a natural silicon element can be reliably obtained.

【0047】また、第3の本発明に係る単結晶シリコン
の製造方法では、シリコン融液に接触させた種結晶の表
面に単結晶シリコンを付着成長させる単結晶シリコンの
製造方法において、シリコン融液及び種結晶におけるシ
リコン元素の同位体Si-30の濃度をともに3.2%以上とす
る。この方法では、シリコン融液のみならず種結晶につ
いても同位体Si-30の濃度が3.2%以上となっているの
で、単結晶シリコンの成長時に種結晶からシリコン原子
が融け出しても、完成した単結晶シリコンにおける同位
体Si-30の濃度は3.2%以上となり、同位体Si-30の濃度
が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンが確実
に得られるようになる。
Further, in the third method for producing single crystal silicon according to the present invention, the method for producing single crystal silicon in which single crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal contacted with the silicon melt is provided. In addition, the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the seed crystal is set to 3.2% or more. In this method, since the concentration of the isotope Si-30 is not less than 3.2% not only in the silicon melt but also in the seed crystal, even if silicon atoms melt from the seed crystal during the growth of single crystal silicon, the silicon crystal is completed. The concentration of the isotope Si-30 in single crystal silicon is 3.2% or more, so that single crystal silicon in which the concentration of the isotope Si-30 is higher than that of a natural silicon element can be reliably obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る単結晶シリコン製造方法の一実施
形態に対応する、チョクラルスキー法を用いた単結晶シ
リコン製造装置の模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single-crystal silicon manufacturing apparatus using a Czochralski method, corresponding to one embodiment of a single-crystal silicon manufacturing method according to the present invention.

【図2】チョクラルスキー法の手順を示す図であり、
(A)は種結晶をシリコン融液に接触させようとしてい
る状態、(B)はシリコン融液に接触させた種結晶を引
き上げて単結晶シリコンを成長させている状態をそれぞ
れ示している。
FIG. 2 is a diagram showing a procedure of the Czochralski method,
(A) shows a state in which the seed crystal is about to be brought into contact with the silicon melt, and (B) shows a state in which the seed crystal brought into contact with the silicon melt is pulled to grow single crystal silicon.

【図3】本発明に係る単結晶シリコン製造方法の別の実
施形態に対応する、フローティングゾーン法の手順を示
す図であり、(A)は種結晶をシリコン融液に接触させ
ようとしている状態、(B)はシリコン融液に種結晶を
接触させた後、固体シリコン原料を引き上げて単結晶シ
リコンを成長させている状態をそれぞれ示している。
FIG. 3 is a view showing a procedure of a floating zone method corresponding to another embodiment of the method for producing single crystal silicon according to the present invention, wherein (A) shows a state where a seed crystal is about to be brought into contact with a silicon melt. (B) shows a state in which, after the seed crystal is brought into contact with the silicon melt, the solid silicon raw material is pulled up to grow single crystal silicon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 引き上げ炉 11 シリコン融液 12 ルツボ 13 種結晶 14 断熱材 15 ヒーター 16 回転軸 17 ピアノ線 18 単結晶シリコン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pulling furnace 11 Silicon melt 12 Crucible 13 Seed crystal 14 Insulation material 15 Heater 16 Rotation axis 17 Piano wire 18 Single crystal silicon

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン融液に接触させた種結晶の表面
に単結晶シリコンを付着成長させる単結晶シリコンの製
造方法において、 前記シリコン融液及び前記種結晶におけるシリコン元素
の同位体Si-28の濃度がともに92.3%以上であることを
特徴とする単結晶シリコンの製造方法。
1. A method for producing single crystal silicon, in which single crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal that has been brought into contact with a silicon melt, comprising the steps of: isolating Si-28 of a silicon element in the silicon melt and the seed crystal; A method for producing single crystal silicon, wherein the concentrations are both 92.3% or more.
【請求項2】 前記種結晶におけるシリコン元素の同位
体Si-28の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン元
素の同位体Si-28の濃度とほぼ等しいことを特徴とする
請求項1記載の単結晶シリコンの製造方法。
2. The single crystal according to claim 1, wherein the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the seed crystal is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-28 in the silicon melt. Silicon manufacturing method.
【請求項3】 前記単結晶シリコンの成長をチョクラル
スキー法により行うにおいて、前記シリコン融液を保持
するルツボの材料が石英であり、且つその石英における
シリコン元素の同位体Si-28の濃度が92.3%以上である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の単結晶シリコン
の製造方法。
3. The method of growing a single crystal silicon according to the Czochralski method, wherein a material of a crucible holding the silicon melt is quartz, and a concentration of a silicon element isotope Si-28 in the quartz is reduced. 3. The method for producing single crystal silicon according to claim 1, wherein the content is 92.3% or more.
【請求項4】 前記石英におけるシリコン元素の同位体
Si-28の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン元素
の同位体Si-28の濃度とほぼ等しいことを特徴とする請
求項3記載の単結晶シリコンの製造方法。
4. An isotope of a silicon element in the quartz.
4. The method according to claim 3, wherein the concentration of Si-28 is substantially equal to the concentration of the isotope Si-28 of the silicon element in the silicon melt.
【請求項5】 シリコン融液に接触させた種結晶の表面
に単結晶シリコンを付着成長させる単結晶シリコンの製
造方法において、 前記シリコン融液及び前記種結晶におけるシリコン元素
の同位体Si-29の濃度がともに4.7%以上であることを特
徴とする単結晶シリコンの製造方法。
5. A method for producing single-crystal silicon, in which single-crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal that has been brought into contact with a silicon melt, the method comprising the steps of: A method for producing single-crystal silicon, wherein both the concentrations are not less than 4.7%.
【請求項6】 前記種結晶におけるシリコン元素の同位
体Si-29の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン元
素の同位体Si-29の濃度とほぼ等しいことを特徴とする
請求項5記載の単結晶シリコンの製造方法。
6. The single crystal according to claim 5, wherein the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the seed crystal is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the silicon melt. Silicon manufacturing method.
【請求項7】 前記単結晶シリコンの成長をチョクラル
スキー法により行うにおいて、前記シリコン融液を保持
するルツボの材料が石英であり、且つその石英における
シリコン元素の同位体Si-29の濃度が4.7%以上であるこ
とを特徴とする請求項5又は6記載の単結晶シリコンの
製造方法。
7. The method of growing a single crystal silicon according to the Czochralski method, wherein the material of the crucible holding the silicon melt is quartz, and the concentration of the silicon element isotope Si-29 in the quartz is reduced. 7. The method for producing single crystal silicon according to claim 5, wherein the content is not less than 4.7%.
【請求項8】 前記石英におけるシリコン元素の同位体
Si-29の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン元素
の同位体Si-29の濃度とほぼ等しいことを特徴とする請
求項7記載の単結晶シリコンの製造方法。
8. An isotope of a silicon element in the quartz
The method for producing single crystal silicon according to claim 7, wherein the concentration of Si-29 is substantially equal to the concentration of the isotope Si-29 of the silicon element in the silicon melt.
【請求項9】 シリコン融液に接触させた種結晶の表面
に単結晶シリコンを付着成長させる単結晶シリコンの製
造方法において、 前記シリコン融液及び前記種結晶におけるシリコン元素
の同位体Si-30の濃度がともに3.2%以上であることを特
徴とする単結晶シリコンの製造方法。
9. A method for producing single-crystal silicon, in which single-crystal silicon is adhered and grown on the surface of a seed crystal that has been brought into contact with a silicon melt, the method comprising the steps of: A method for producing single crystal silicon, wherein the concentrations are both 3.2% or more.
【請求項10】 前記種結晶におけるシリコン元素の同
位体Si-30の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン
元素の同位体Si-30の濃度とほぼ等しいことを特徴とす
る請求項9記載の単結晶シリコンの製造方法。
10. The single crystal according to claim 9, wherein the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the seed crystal is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt. Silicon manufacturing method.
【請求項11】 前記単結晶シリコンの成長をチョクラ
ルスキー法により行うにおいて、前記シリコン融液を保
持するルツボの材料が石英であり、且つその石英におけ
るシリコン元素の同位体Si-30の濃度が3.2%以上である
ことを特徴とする請求項9又は10記載の単結晶シリコ
ンの製造方法。
11. The method of growing the single crystal silicon according to the Czochralski method, wherein the material of the crucible holding the silicon melt is quartz, and the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the quartz is The method for producing single crystal silicon according to claim 9 or 10, wherein the content is 3.2% or more.
【請求項12】 前記石英におけるシリコン元素の同位
体Si-30の濃度が前記シリコン融液におけるシリコン元
素の同位体Si-30の濃度とほぼ等しいことを特徴とする
請求項11記載の単結晶シリコンの製造方法。
12. The single crystal silicon according to claim 11, wherein the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the quartz is substantially equal to the concentration of the silicon element isotope Si-30 in the silicon melt. Manufacturing method.
【請求項13】 前記単結晶シリコンの成長をフローテ
ィングゾーン法により行うことを特徴とする請求項1,
2,5,6,9及び10のいずれかに記載の単結晶シリ
コンの製造方法。
13. The method according to claim 1, wherein the single crystal silicon is grown by a floating zone method.
The method for producing single-crystal silicon according to any one of 2, 5, 6, 9, and 10.
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JP2005019463A (en) * 2003-06-23 2005-01-20 Toshiba Corp Semiconductor device
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