JP2014051430A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＦＺ法を提供する。
【解決手段】本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関し、この方法は、シリコンプレートを誘導加熱するステップと、シリコンプレート上の粒状シリコンを溶融させるステップと、溶融させたシリコンを、プレートの中央部のフロー導管を通して、シリコン単結晶が結晶化する場所である相境界に供給するステップと、プレートを誘導加熱するステップの前に、プレートの上にありプレートよりも抵抗率が低いシリコンリングを誘導加熱するステップと、リングを溶融させるステップとを含む。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関し、この方法は、シリコンプレートを誘導加熱するステップと、シリコンプレート上の粒状シリコンを溶融させるステップと、溶融させたシリコンを、プレートの中央部のフロー導管を通して、シリコン単結晶が結晶化する場所である相境界に供給するステップとを含む。

以下ＧＦＺと略す、このような方法は、たとえばＤＥ１０２００９０５１０１０Ａ１に記載されている。この方法は、ゾーン精製法（フローティングゾーン法、ＦＺ法）の変形であるが、これらの間には具体的な相違点がある。ＧＦＺ法の場合、溶融させて結晶化させることによりシリコン単結晶を作る材料は、いわゆる粒状体である粒状多結晶シリコンであるが、ＦＺ法の場合、多結晶シリコンの原料棒が使用される。粒状シリコンの溶融に使用される誘導加熱コイルと、単結晶の結晶化の調節に使用される誘導加熱コイルは、別々の誘導加熱コイルである。ＦＺ法の場合は、これらの作業両方に対して共通の誘導加熱コイルが設けられる。通常プレートを用いその上で粒状体を溶融させ、溶融した状態のものを、プレートの中央部のフロー導管を通して、シリコン単結晶が結晶化する場所である相境界に供給するのは、ＧＦＺ法のみである。

ＧＦＺ法の最初の工程では、まだ閉じられたままであるフロー導管を、下から部分的に溶融させることにより、少量の溶融シリコン、すなわち溶融滴が形成される。閉じられているフロー導管を溶かすのに必要なエネルギは、プレートの下方に配置された誘導加熱コイル、すなわち引張コイルから、誘導によって伝達される。種結晶を、下から上記溶融滴に載せ、さらに下降させる。種結晶と溶融滴が接触する場所に形成される相境界において、転位を除去する工程後に、シリコン単結晶が結晶化する。この単結晶の成長に必要なシリコンは、最初はフロー導管の閉じた部分を溶融させることのみによって供給され、その後は、実質的に、プレート上の粒状体を溶融させその結果得られた溶融物を、この段階では開いているフロー導管を通して、相境界に送ることによって、供給される。粒状体の溶融に必要なエネルギは、プレートの上方に配置された誘導加熱コイル、すなわち溶融コイルから、誘導によって、プレートおよびプレート上の粒状体に伝達される。

シリコンは、室温では電流をほとんど通さない半導体である。そのため、シリコンの誘導加熱は、比較的高い温度でのみ有効である。ＦＺ法との関連で、ＤＥ４４１６５４３Ａ１は、サセプタを用いて、シリコンを、その電気伝導度が室温での電気伝導度よりも大幅に高くなる温度まで、予備加熱することにより、誘導加熱コイルを用いたシリコンの誘導結合を容易にすることを、提案している。

このようなサセプタの使用は、ＧＦＺ法には適さない。なぜなら、サセプタがあることによって単結晶の結晶化が妨げられるであろうからである。

室温でのシリコンの電気伝導度は、ｐ型またはｎ型で電気的に活性のドーパントでシリコンをドープすることによって、高めることができる。適切なドーパントの例として、特に、ホウ素（ｐ型）およびリン（ｎ型）が挙げられる。

したがって、プレートは、相応の高いドーパント濃度を有しているのであれば、室温で予め誘導加熱することができる。

これには、プレートに含まれるドーパントが、単結晶の成長中に、規制されずにプレートから単結晶の中に移動する可能性があるという短所がある。しかしながら、従来は、単結晶および単結晶から製造された半導体ウエハのドーパント濃度が、予め定められた規格を満たし、規制されていない影響を受けて変わることがないことが、望ましい。

ＤＥ１０２００９０５１０１０Ａ１ ＤＥ４４１６５４３Ａ１

したがって、本発明の目的は、このような短所を防止したＧＦＺ法を提供することである。

本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関し、この方法は、シリコンプレートを誘導加熱するステップと、シリコンプレート上の粒状シリコンを溶融させるステップと、溶融させたシリコンを、プレートの中央部のフロー導管を通して、シリコン単結晶が結晶化する場所である相境界に供給するステップとを含み、プレートを誘導加熱するステップの前に、プレートの上にありプレートよりも抵抗率が低いシリコンリングを誘導加熱するステップと、リングを溶融させるステップとを特徴とする。

導電性リングは、室温で既に誘導加熱コイルと結合していてもよい。リング内で発生した熱の一部は、熱伝達によってプレートに伝えられるので、プレートは直ちに誘導加熱コイルと有効に結合する温度に達する。リングは、最終的に完全に溶融し、ドーパントを含み溶融した状態で、フロー導管を通して、成長しつつある単結晶に送られ、最後に、単結晶のうちの比較的少ない成分として結晶化する。したがって、リングに含まれるドーパントは、結合され、単結晶の中心部に入ることはできない。この単結晶は、その後粒状体を溶融させ溶融させた粒状体を相境界で結晶化させることによって形成されるものである。

プレートは、電気的に活性のドーパントを含まないか、または、比較的低濃度でドープされる。リングの抵抗率は、プレートの抵抗率と比較して９０％以上低いことが好ましい。リングの抵抗率が８０ｍΩｃｍ以下でプレートの抵抗率が１Ωｃｍ以上であることが、特に好ましい。

リングの寸法はプレートの寸法よりも小さくされる。リングの外径の長さは、プレートの外径の長さと比較して４０％以上小さいことが好ましい。リングの内径の長さは、プレートのフロー導管の内径の長さに相当することが好ましい。リングの厚みは、プレートの厚みと比較して８０％以上小さいことが好ましい。

リングは、ＧＦＺ法またはＦＺ法によって製造された単結晶から切り出されることが好ましい。プレートも同様に、ＧＦＺ法またはＦＺ法によって製造された単結晶から切り出されることが好ましい。

以下、本発明を、図面を参照しながら説明する。

本発明に従う方法を実行するのに適した装置の特徴の構成を示す。 プレート１およびリング５の拡大図である。

たとえば、ＤＥ１０２００９０５１０１０Ａ１からわかっていることに加えて、リング５が示されており、このリングは、プレート１の上に置かれ、プレート１の上方に配置された上側の誘導加熱コイル２を用いて誘導加熱される。図に示されているのは、下側の誘導加熱コイル３を用いてプレート１のフロー導管４の下端において溶融滴を生成する前の段階である。

実施例および比較例
本発明に従い、図１に示される特徴を有する装置を用いて、シリコン単結晶を製造した。

シリコンリングを、外形１５０ｍｍ、厚み７ｍｍのシリコンプレート上に置いた。リングの外径は７５ｍｍ、内径は３５ｍｍ、厚みは０．７ｍｍであった。このリングは、電気的に活性なドーパントでドープされ、このリングの抵抗率は２０ｍΩｃｍであった。プレートの抵抗率は６０Ωｃｍであった。

最初に、高濃度でドープされたリングを、上側の誘導コイルを用いて加熱した。熱は、加熱されたリングから、その下にあるプレートに伝達された。プレートの温度がほぼ６００℃に達すると、その後、プレートを直接、数分以内でシリコンの溶融温度の範囲内の温度まで誘導加熱しＧＦＺ法を実行することができた。

比較のために、リングは用いないが、抵抗率が３０ｍΩｃｍの、高濃度でドープされたプレートを用いて、ＧＦＺ法を実行した。

製造された単結晶の抵抗率の軸方向のプロファイルを検討したところ、本発明に従って製造された単結晶が、特定の抵抗により近い、より均質なプロファイルを示すことが明らかになった。

１ プレート、２，３ 誘導加熱コイル、４ フロー導管、５ リング。

Claims (6)

1. シリコン単結晶の製造方法であって、
   シリコンプレートを誘導加熱するステップと、
   前記シリコンプレート上の粒状シリコンを溶融させるステップと、
   溶融させたシリコンを、前記プレートの中央部のフロー導管を通して、シリコン単結晶が結晶化する場所である相境界に供給するステップとを含み、
   前記プレートを誘導加熱するステップの前に、前記プレートの上にあり前記プレートよりも抵抗率が低いシリコンリングを誘導加熱し、
   前記リングを溶融させることを特徴とする、方法。
2. 前記リングの抵抗率は８０ｍΩｃｍ以下である、請求項１に記載の方法。
3. 前記プレートの抵抗率は１Ωｃｍ以上である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記リングの外径は前記プレートの外径よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記リングの内径は前記フロー導管の内径と同一である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記リングの厚みは前記プレートの厚みよりも小さい、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。