JP2754103B2 - 種結晶を用いたドープ剤の添加方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法に
よってシリコン単結晶を引き上げる際に、抵抗率を目的
値に合わせるために行なうドープ剤の添加方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】チョクラルスキー法によるシリコン単結
晶の製造は、石英ルツボに入れた原料多結晶シリコンを
加熱溶融し、このシリコン融液に種結晶を浸漬した後、
これを徐々に引き上げてシリコン単結晶を成長させる。
その際、単結晶の抵抗率はシリコン融液中に混入してい
るドープ剤の量によって決まる。

【０００３】通常、ドープ剤の投入は、石英ルツボに原
料多結晶を入れる際に、一緒に入れておく。初期の融液
からの１本引きの場合はこの方法でもよいが、初期の融
液から結晶を引き上げ、残りの融液からまた結晶を引き
上げる操業を行なう場合、また、操業時間が長時間に及
びドープ剤が揮発してしまった場合には、新たに、ドー
プ剤を追加投入し、抵抗率を合わせる必要がある。

【０００４】ドープ剤の投入方法としては、 炉の上部の製造装置にシール構造を施した投入管を
使用する方法（特開昭６１−１２７６９７号公報、特開
昭６１−１３２５８５号公報）、 炉内にあらかじめ高濃度の不純物を含むシリコン細
棒を装填し、これをシリコン融液内に溶融しドープする
方法（特開昭６１−１６３１８８号公報）、 ドープ剤をカプセル内に封入して、これを融液中に
投入する方法（特開昭４９−１０３５６８号公報、特公
昭５５−４７４５０号公報）、 種結晶に塊状のドープ剤を取り付け、この種結晶を
融液に浸すことによってドープする方法（特開昭６２−
１５３１８８号公報）、 種結晶に形成した穴にドープ剤を収容し、この種結
晶を融液に浸漬してドープする方法（特開平２−８０３
９１号公報、実開平２−１４６１６４号公報）等があ
る。

【０００５】また、最も簡単な方法としては、図６、図
７に示すように炉の上部にシールを施し、パージチュー
ブ２に挿入された出し入れと回転が可能なスプーン１に
ドープ剤１０を入れ、回転させシリコン融液５中に落下
させる方法がある。なお、図６において、３はルツボ、
４はヒーターである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
はいずれも満足の行く方法ではない。 の方法では、装置の大幅な改造が必要であり、そのた
めのコストがかかる。また、装置の大型化に伴い、結晶
の有転位化の原因となる融液のはねやドープ剤のはねを
完全に解決するには至らない。 の方法では、融液のはねやドープ剤のはねの問題解決
にはなるが、装置の大幅な改造が必要であり、高濃度の
不純物を含むシリコン細棒の製造が難しいという問題が
ある。 の方法では、カプセルの加工が難しいことと、融液の
はねやドープ剤のはねの問題がある。 の方法では、多様な抵抗率への適用が難しい。 の方法では、融液のはねやドープ剤のはねの問題解決
にはなるが、種結晶の加工が難しく、また、大量のドー
プ剤の投入が難しい。 ドープ剤を落下させる方法は簡単ではあるが、融液のは
ねやドープ剤のはねが問題である。ドープ剤を落下する
と、落下の衝撃で、融液やドープ剤が飛び散り、石英ル
ツボ壁や融液面上部のカーボン部品に付着する。付着し
た部分には、酸化物が付着し易く、この酸化物や、ドー
プ剤・湯飛びした融液自体が融液中に落下し、この落下
物が引上結晶表面へくっつき、有転位化してしまうもの
と考えられている。

【０００７】本発明は、上記の点を解決しようとするも
ので、その目的は、有転位化の原因となる融液のはねや
ドープ剤のはねを起こさず、装置の改造と、それに伴う
コスト増加をさせず、製作も容易で大量のドープ剤投入
にも対応できるドープ剤の添加方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るドープ剤の添加方法は、ドープ剤を収
容したシリコンの容器を種結晶の先端に取り付け、種結
晶を降下させて前記シリコンの容器をシリコン融液に浸
け、該容器をドープ剤とともに溶融させることにより、
ドープ剤を融液中に添加することを特徴とするものであ
る。

【０００９】種結晶へのシリコンの容器の取付け方法と
しては、シリコンの容器と種結晶にそれぞれ切り込みを
入れ、シリコンの容器の切り込みと種結晶の切り込みと
に嵌挿するようにシリコンの板を差し込み、種結晶にシ
リコンの容器を取り付ける方法と、シリコンの容器と種
結晶にそれぞれ貫通孔を開け、シリコンの容器の貫通孔
と種結晶の貫通孔とを貫挿するようにシリコンの棒を差
し込み、種結晶にシリコンの容器を取り付ける方法を適
用するのが好ましい。

【００１０】次に、図面を用いて本発明を説明する。図
１は本発明のドープ剤の添加方法を示す概略説明図であ
る。図１において、３はルツボ、４はヒーター、５はシ
リコン融液、６はワイヤー、７はシードチャック、８は
種結晶、９はドープ剤を収容したシリコンの容器であ
る。

【００１１】ドープ剤１０を収容したシリコンの容器
（シリコンからなる容器）９（図２を参照）を種結晶８
の先端に取り付け、ヒーター４により加熱され溶融した
シリコン融液５の中へ、容器９をゆっくりと降下させ
る。ここで、シリコンの容器９及びその中に収容された
ドープ剤１０はシリコン融液５中に溶融してしまう。こ
れにより、シリコン融液５中のドープ剤濃度は所定濃度
になる。その後は、通常のチョクラルスキー法に従って
種結晶８より単結晶を成長させつつ引上げるのである。

【００１２】図２に種結晶８へのシリコンの容器９の取
り付け例を示す。図２においては、シリコンの容器９に
設けられた切り込み１３と、種結晶８に設けられた切り
込み１２とに嵌挿するようにシリコンの板１１を差し込
むことにより、シリコンの容器９が種結晶８に固定され
ている。

【００１３】図３は、図２に示された各部材を示し、３
−１（ａ）は種結晶８の側面図、３−１（ｂ）は同正面
図、３−１（ｃ）は切り込みの部分のＩ−Ｉ断面図、３
−１（ｄ）は３−１（ａ）のＢ矢視図である。また、３
−２（ａ）はドープ剤が収容されたシリコンの容器９を
示し、３−２（ｂ）は３−２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ
断面図である。３−３（ａ）は切り込み１２，１３に差
し込まれるシリコンの板１１の平面図、３−３（ｂ）は
同正面図である。図２、３−２（ａ），３−２（ｂ）に
おいて１７はドープ剤収容部である。

【００１４】次に、図４に種結晶８へのシリコンの容器
９の他の取付例を示す。図４においては、シリコンの容
器９に設けられた貫通孔１４と、種結晶８に設けられた
貫通孔１５とを貫挿するようにシリコンの棒１６を差し
込むことにより種結晶８にシリコンの容器９が取り付け
られている。図５は図４中に示された各部材を示し、５
−１（ａ）は種結晶８の側面図、５−１（ｂ）は同正面
図、５−１（ｃ）は同底面図である。５−２（ａ）はド
ープ剤が収容されるシリコンの容器９の平面図、５−２
（ｂ）は同正面図である。５−３（ａ）は貫通孔１４，
１５に貫挿されるシリコンの棒１６を示し、５−３
（ａ）は側面図、５−３（ｂ）は同正面図である。

【００１５】なお、ここに例示したシリコンの容器９
は、いずれも直方体の外壁中に円筒形のドープ剤収容部
１７を設けた、いわゆる箱状の形状となっているが、容
器９の形状はこれらに限定されるものではなく、容器外
壁は円筒状、多角形筒状、円錐台状、角錐台状等種々の
形状とすることができ、収容部１７の形状についても同
様である。

【００１６】

【作用】ドープ剤やドープ剤を封入した容器を落下させ
るのではなく、種結晶をゆっくりと降下させることによ
り、種結晶の先端に取り付けられたドープ剤を収容した
シリコンの容器をドープ剤とともに静かに溶融させるこ
とができるため、融液やドープ剤のとびがなく、この融
液のとびやドープ剤のとびが原因となる引き上げ結晶の
有転位化が防止されることにより、単結晶の生産性・歩
留まりを向上させることができる。また、種結晶とシリ
コンの容器とを別体とした（種結晶とドープ剤収容部と
を分割した）ため、これらを一体物とした場合（たとえ
ば、種結晶にドープ剤収容部を形成した場合：前出の実
開平２−１４６１６４号公報を参照）よりも、ドープ剤
収容に必要な容積を大きく取ることができる。このた
め、大量のドープ剤を能率良く添加することができる。
さらに、種結晶の先端に、ドープ剤を収容したシリコン
の容器を取り付けることとしたため、ドープ剤添加のた
めの新たな装置を取り付ける必要がない。

【００１７】

【実施例】

実施例 種結晶の先端に６ｇのドープ剤を収容したシリコンの容
器を取り付け、融液に先端を浸け、ドープ剤を収容した
シリコンの容器を溶かすことによってドープ剤を融液中
に添加した（図１）。種結晶へのドープ剤を収容した容
器の取り付け方法としては、シリコンの容器と種結晶に
それぞれ切り込みを入れ、シリコンの容器の切り込みと
種結晶の切り込みとに嵌挿するようにシリコンの板を差
し込む方法を採用した（図２）。ドープ剤添加後、ドー
プ剤添加による融液のはねやドープ剤のはねがないた
め、従来法と比較し、ドープ剤添加後の結晶の有転位化
の頻度が非常に少なくなり、製品歩留まり・生産性が向
上した。結果を〔表１〕に示す。

【００１８】結晶育成工程は、直径を増大させ、所定の
直径に到達するまでのコーン工程から、所定の直径を維
持する直胴工程を経て、直径を減じてゆき融液から切り
放す丸め工程で終了する。前述の工程中に結晶が有転位
化してしまって無転位結晶部分が少ない場合やそこに至
るまでの引き上げ時間が短い場合には、結晶を再溶融
し、再度結晶引き上げを行なう。無転位部分が多い場合
や有転位化が生じた時に引き上げがすでに長時間経過し
ている場合には、引き上げを終了する。上記の結晶が有
転位化してしまった回数を全結晶育成回数で除したもの
を結晶有転位発生頻度とする。時間ロスや以後の単結晶
化に悪影響の出る場合があるので、結晶有転位発生頻度
は少ない方が良い。

【００１９】比較例 図６に示すように、炉の上部にシールを施し、出し入れ
と回転が可能なスプーン（図７）に６ｇのドープ剤を入
れ、融液面の１１０ｍｍ上方から落下させることによ
り、ドープ剤を融液中に添加した。ドープ剤投入後、ド
ープ剤投入による融液のはねやドープ剤のはねが多いた
め、ドープ剤投入後の結晶の有転位化の頻度が非常に多
く、製品歩留まり・生産性も低い。結果を〔表１〕に示
す。

【００２０】

【表１】 比較例の結晶有転位発生頻度を１とした場合、実施例の
結晶有転位発生頻度は０．３である。 ｎ：測定回数

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明は
種結晶の先端にドープ剤を収容したシリコンの容器を取
り付け、これをゆっくりと降下させ融液中に沈め溶融す
ることにより融液中にドープ剤を添加する方法であり、
これにより有転位化の原因となる融液のはねやドープ剤
のはねを起こさないため、引き上げ結晶の有転位化を防
止できることから、製品歩留まり・生産性の向上に寄与
することができる。また、ドープ剤を収容する容器は、
種結晶と分離した個々の単純な形状に分けることができ
るため、製作も容易で、大量のドープ剤投入が可能であ
る。そして、装置的な改造も不要であることから、改造
に伴うコスト増加も防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドープ剤の添加方法を示す概略説明図
である。

【図２】本発明における種結晶へのシリコンの容器の取
り付け例を示す説明図である。

【図３】 ３−１（ａ）は種結晶の側面図、３−１（ｂ）は同正面
図、 ３−１（ｃ）は３−１（ｂ）におけるＩ−Ｉ断面図、 ３−１（ｄ）は３−１（ａ）のＢ矢視図、 ３−２（ａ）はドープ剤が収容されるシリコンの容器の
正面図、 ３−２（ｂ）は３−２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面
図、 ３−３（ａ）は切り込みに差し込まれるシリコンの板の
平面図、 ３−３（ｂ）は同正面図である。

【図４】本発明における種結晶へのシリコンの容器の、
他の取り付け例を示す説明図である。

【図５】 ５−１（ａ）は種結晶の側面図、５−１（ｂ）は同正面
図、 ５−１（ｃ）は同底面図、 ５−２（ａ）はドープ剤が収容されるシリコンの容器の
平面図、 ５−２（ｂ）は同正面図、 ５−３（ａ）は貫通孔を貫挿するシリコンの棒の側面
図、 ５−３（ｂ）は同正面図である。

【図６】 従来のドープ剤の添加方法を示す概略説明図で
ある。

【図７】 図６の方法で使用されるドープ剤入りスプーン
を示す斜視図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドープ剤を収容したシリコンの容器を種
   結晶の先端に取り付け、種結晶を降下させて前記シリコ
   ンの容器をシリコン融液に浸け、該容器をドープ剤とと
   もに溶融させることにより、ドープ剤を融液中に添加す
   ることを特徴とするドープ剤の添加方法。
2. 【請求項２】 シリコンの容器と種結晶にそれぞれ外側
   部より切り込みを入れ、シリコンの容器の切り込みと種
   結晶の切り込みとに嵌挿するようにシリコンの板を差し
   込み、種結晶にシリコンの容器を取り付けたことを特徴
   とする請求項１記載のドープ剤の添加方法。
3. 【請求項３】 シリコンの容器と種結晶にそれぞれ貫通
   孔を開け、シリコンの容器の貫通孔と種結晶の貫通孔と
   を貫挿するようにシリコンの棒を差し込み、種結晶にシ
   リコンの容器を取り付けたことを特徴とする請求項１記
   載のドープ剤の添加方法。