JP2804455B2 - 温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法 - Google Patents
温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、成長方向に関して不純
物濃度を均一化したＳｉ単結晶を融液から育成する方法
に関する。
物濃度を均一化したＳｉ単結晶を融液から育成する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】融液からＳｉ単結晶を育成する代表的な
方法として、チョクラルスキー法がある。チョクラルス
キー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に配
置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で支
持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５が
同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒータ
４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、Ｓ
ｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種結
晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単結
晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回転
巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下げ
られ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き上
げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適宜
回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転速
度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６から
引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御され
る。
方法として、チョクラルスキー法がある。チョクラルス
キー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に配
置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で支
持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５が
同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒータ
４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、Ｓ
ｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種結
晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単結
晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回転
巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下げ
られ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き上
げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適宜
回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転速
度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６から
引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】融液６には、Ｓｉ単結
晶８に種々の要求特性を付与するため、各種の不純物が
添加される。しかし、添加された不純物の種類によって
は、成長界面における融液の挙動が異なってくるものも
ある。なかでも、Ｂ，Ｐ等の不純物を添加したＳｉ融液
は、成長界面で不安定凝固が生じ易く、それに伴って成
長方向に関する不純物分布が不均一になる。本発明者等
は、不純物濃度が不均一になる原因を次のように推察し
た。すなわち、Ｂ又はＰを添加した融液は、微視的な速
度変動によりＢ又はＰの実効偏析係数が変動し、熱膨張
係数が融点近傍で約１．５×１０-3／℃となる。熱膨張
係数が周囲に比較して局部的に大きくなるため、融液が
成長界面直下で乱流化する。その結果、成長界面直下で
は乱流現象によって温度変動が大きくなり、不均一な不
純物濃度分布の直接要因であるリメルト現象が発生す
る。リメルト現象は、引上げられたＳｉ単結晶の不純物
濃度を不安定化するばかりでなく、種々の結晶欠陥を導
入する原因にもなる。本発明は、このような問題を解消
すべく案出されたものであり、熱膨張係数を大きくする
元素をＳｉ融液に追加添加することにより、成長界面直
下で融液の熱膨張係数が局部的に大きくなることを防止
し、安定条件下での単結晶引上げを可能にし、引上げ方
向に関して不純物濃度が均一化された高品質のＳｉ単結
晶を得ることを目的とする。
晶８に種々の要求特性を付与するため、各種の不純物が
添加される。しかし、添加された不純物の種類によって
は、成長界面における融液の挙動が異なってくるものも
ある。なかでも、Ｂ，Ｐ等の不純物を添加したＳｉ融液
は、成長界面で不安定凝固が生じ易く、それに伴って成
長方向に関する不純物分布が不均一になる。本発明者等
は、不純物濃度が不均一になる原因を次のように推察し
た。すなわち、Ｂ又はＰを添加した融液は、微視的な速
度変動によりＢ又はＰの実効偏析係数が変動し、熱膨張
係数が融点近傍で約１．５×１０-3／℃となる。熱膨張
係数が周囲に比較して局部的に大きくなるため、融液が
成長界面直下で乱流化する。その結果、成長界面直下で
は乱流現象によって温度変動が大きくなり、不均一な不
純物濃度分布の直接要因であるリメルト現象が発生す
る。リメルト現象は、引上げられたＳｉ単結晶の不純物
濃度を不安定化するばかりでなく、種々の結晶欠陥を導
入する原因にもなる。本発明は、このような問題を解消
すべく案出されたものであり、熱膨張係数を大きくする
元素をＳｉ融液に追加添加することにより、成長界面直
下で融液の熱膨張係数が局部的に大きくなることを防止
し、安定条件下での単結晶引上げを可能にし、引上げ方
向に関して不純物濃度が均一化された高品質のＳｉ単結
晶を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のＳｉ単結晶育成
方法は、その目的を達成するため、Ｂ又はＰを添加した
Ｓｉ融液からチョクラルスキー法でＳｉ単結晶を引き上
げる際、周期律表でＢ又はＰと同じグループに属し、融
点近傍における前記融液の熱膨張係数を小さくする元素
を前記融液に追加添加することを特徴とする熱膨張係数
を小さくする元素としてはＧａ，Ｓｂ，Ｉｎがあり、Ｂ
添加Ｓｉ融液に対してはＧａ及び／又はＩｎが、Ｐ添加
Ｓｉ融液に対してはＳｂが追加添加される。これら追加
添加される元素は、添加元素（Ｂ又はＰ）と周期律表上
で属するグループ（III 又はIV族）が一致し、添加後の
抵抗値が０．００１〜１０Ω・ｃｍとなるものとして添
加され、結晶育成中に融液表面における蒸発を考慮する
と１×１０18〜５×１０20原子／ｃｍ3 の範囲に添加量
が定められる。
方法は、その目的を達成するため、Ｂ又はＰを添加した
Ｓｉ融液からチョクラルスキー法でＳｉ単結晶を引き上
げる際、周期律表でＢ又はＰと同じグループに属し、融
点近傍における前記融液の熱膨張係数を小さくする元素
を前記融液に追加添加することを特徴とする熱膨張係数
を小さくする元素としてはＧａ，Ｓｂ，Ｉｎがあり、Ｂ
添加Ｓｉ融液に対してはＧａ及び／又はＩｎが、Ｐ添加
Ｓｉ融液に対してはＳｂが追加添加される。これら追加
添加される元素は、添加元素（Ｂ又はＰ）と周期律表上
で属するグループ（III 又はIV族）が一致し、添加後の
抵抗値が０．００１〜１０Ω・ｃｍとなるものとして添
加され、結晶育成中に融液表面における蒸発を考慮する
と１×１０18〜５×１０20原子／ｃｍ3 の範囲に添加量
が定められる。
【０００５】
【作用】Ｓｉ融液から引き上げられた単結晶の引上げ方
向、すなわち成長方向に関する不純物濃度分布の不均一
性は、成長界面直下における温度変動の大きさに依存し
ている。したがって、成長方向に関する不純物濃度分布
を均一化するためには、成長界面直下における温度変動
を抑制する必要がある。本発明者等の研究によるとき、
成長界面直下における温度変動は、凝固点近傍にある融
液の局部的な熱膨張によって引き起こされる乱流現象に
起因することが判った。そして、熱膨張係数を減少させ
る元素を添加するとき、局部的な熱膨張が抑制され、成
長界面直下においても融液の定常的な流れが確保され
る。その結果、リメルト現象が抑制され、安定した温度
条件下で単結晶が育成されることを解明した。このよう
にして得られたＳｉ単結晶は、成長方向に関して不純物
濃度分布が均一化された高品質の結晶となる。
向、すなわち成長方向に関する不純物濃度分布の不均一
性は、成長界面直下における温度変動の大きさに依存し
ている。したがって、成長方向に関する不純物濃度分布
を均一化するためには、成長界面直下における温度変動
を抑制する必要がある。本発明者等の研究によるとき、
成長界面直下における温度変動は、凝固点近傍にある融
液の局部的な熱膨張によって引き起こされる乱流現象に
起因することが判った。そして、熱膨張係数を減少させ
る元素を添加するとき、局部的な熱膨張が抑制され、成
長界面直下においても融液の定常的な流れが確保され
る。その結果、リメルト現象が抑制され、安定した温度
条件下で単結晶が育成されることを解明した。このよう
にして得られたＳｉ単結晶は、成長方向に関して不純物
濃度分布が均一化された高品質の結晶となる。
【０００６】
【実施例】Ｂ又はＰを１×１０15原子／ｃｍ3 添加した
Ｓｉ原料５ｋｇに、更にＧａ又はＳｂを１．０原子％添
加し、ルツボで溶解した。そして、単結晶引上げ開始ま
での間、アルゴンガスを充満したチャンバー内にＳｉ融
液を保持した。Ｂ又はＰを添加した融液は、図２に示す
密度の温度依存性から、融点〜１４３０℃の温度域にお
ける熱膨張係数が約１．５×１０-3／℃と推定される。
特に、融点〜１４３０℃の温度域では密度が急激に変動
し、融液が不安定な状態にあることが伺われる。この融
液に更にＧａ又はＳｂを添加したものでは、図２に示す
１原子％Ｇａ又はＳｂを添加した密度の温度依存性か
ら、融点〜１４３０℃の温度域における熱膨張係数が約
６．０×１０-6／℃と推定される。すなわち、Ｂ又はＰ
を添加したときに比べて、その熱膨張係数が減少するこ
とが予想され、密度の急激な変動が緩和されることにな
る。
Ｓｉ原料５ｋｇに、更にＧａ又はＳｂを１．０原子％添
加し、ルツボで溶解した。そして、単結晶引上げ開始ま
での間、アルゴンガスを充満したチャンバー内にＳｉ融
液を保持した。Ｂ又はＰを添加した融液は、図２に示す
密度の温度依存性から、融点〜１４３０℃の温度域にお
ける熱膨張係数が約１．５×１０-3／℃と推定される。
特に、融点〜１４３０℃の温度域では密度が急激に変動
し、融液が不安定な状態にあることが伺われる。この融
液に更にＧａ又はＳｂを添加したものでは、図２に示す
１原子％Ｇａ又はＳｂを添加した密度の温度依存性か
ら、融点〜１４３０℃の温度域における熱膨張係数が約
６．０×１０-6／℃と推定される。すなわち、Ｂ又はＰ
を添加したときに比べて、その熱膨張係数が減少するこ
とが予想され、密度の急激な変動が緩和されることにな
る。
【０００７】実際にＢドープＳｉ融液及びＢ，Ｇａドー
プＳｉ融液それぞれから直径３インチ及び長さ２００ｍ
ｍのＳｉ単結晶を引き上げ、成長方向に関する不純物濃
度を測定した。測定結果を示す図３にみられるように、
ＢドープＳｉ融液にＧａを添加しない場合は、成長方向
に関する抵抗率の変動が±１５％であった。これに対
し、Ｇａを更に追加した場合には、抵抗率の変動が±５
％の範囲に抑えられている。この対比から明らかなよう
に、熱膨張係数を小さくする元素を添加することによっ
て、成長界面直下で熱膨張係数が局部的に大きくなるこ
とが抑えられ、安定した温度条件下で単結晶が育成さ
れ、成長方向に関して不純物濃度分布が均一化されたＳ
ｉ単結晶が得られることが確認された。
プＳｉ融液それぞれから直径３インチ及び長さ２００ｍ
ｍのＳｉ単結晶を引き上げ、成長方向に関する不純物濃
度を測定した。測定結果を示す図３にみられるように、
ＢドープＳｉ融液にＧａを添加しない場合は、成長方向
に関する抵抗率の変動が±１５％であった。これに対
し、Ｇａを更に追加した場合には、抵抗率の変動が±５
％の範囲に抑えられている。この対比から明らかなよう
に、熱膨張係数を小さくする元素を添加することによっ
て、成長界面直下で熱膨張係数が局部的に大きくなるこ
とが抑えられ、安定した温度条件下で単結晶が育成さ
れ、成長方向に関して不純物濃度分布が均一化されたＳ
ｉ単結晶が得られることが確認された。
【０００８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、熱膨張係数を小さくする元素を添加したＢ又はＰド
ープＳｉ融液から、チョクラルスキー法によってＳｉ単
結晶を育成している。熱膨張係数を小さくする元素は、
成長界面直下で乱流状態が発生することを防止し、安定
した温度条件下で結晶が育成されることを可能にする。
そのため、得られたＳｉ単結晶は、リメルトに起因した
濃度変動や欠陥導入がなく、成長方向に関して不純物濃
度分布が均一化した高品質の単結晶となる。
は、熱膨張係数を小さくする元素を添加したＢ又はＰド
ープＳｉ融液から、チョクラルスキー法によってＳｉ単
結晶を育成している。熱膨張係数を小さくする元素は、
成長界面直下で乱流状態が発生することを防止し、安定
した温度条件下で結晶が育成されることを可能にする。
そのため、得られたＳｉ単結晶は、リメルトに起因した
濃度変動や欠陥導入がなく、成長方向に関して不純物濃
度分布が均一化した高品質の単結晶となる。
【図１】 融液からＳｉ単結晶を引き上げるチョクラル
スキー法
スキー法
【図２】 各種不純物を添加したＳｉ融液の密度と温度
との関係を示すグラフ
との関係を示すグラフ
【図３】 引き上げられたＳｉ単結晶の成長方向に関す
る不純物濃度分布を抵抗値で表したグラフ
る不純物濃度分布を抵抗値で表したグラフ
１：密閉容器 ２：ルツボ ３：サポート ４：
ヒータ ５：保温材 ６：融液 ７：種結晶 ８：Ｓｉ単結晶 ９：ワ
イヤ １０：回転巻取り機構
ヒータ ５：保温材 ６：融液 ７：種結晶 ８：Ｓｉ単結晶 ９：ワ
イヤ １０：回転巻取り機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000006264 三菱マテリアル株式会社 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 (73)特許権者 000205351 住友シチックス株式会社 兵庫県尼崎市東浜町１番地 (72)発明者 川西 荘六 茨城県つくば市東光台１−16−２ (72)発明者 泉妻 宏治 茨城県稲敷郡阿見町荒川沖1770−１− 502 (72)発明者 十河 慎二 茨城県つくば市今鹿島4182−３ (72)発明者 佐々木 斉 埼玉県大宮市大成町１−545 (72)発明者 木村 茂行 茨城県つくば市竹園３−712 (72)発明者 碇 敦 茨城県つくば市東光台２−12−15 (56)参考文献 特開 昭57−118089（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226890（ＪＰ，Ａ) ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ Ａ Ｌ．，”ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＩＭＰＵ ＲＩＴＹ ＤＯＰＩＮＧ ＯＮ ＤＥＮ ＳＩＴＹ ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ ＩＮＭ ＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ”，ＪＰ Ｎ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ ２，ＪＡＰＡＮ，15 ＮＯＶ．1995, ＶＯＬ．34，ＮＯ．11Ｂ，ＰＰ．Ｌ1509 −1512 ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ Ａ Ｌ．，”ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＧＡＬＬ ＩＵＭ ＡＤＤＩＴＩＯＮ ＯＮ ＤＥ ＮＳＩＴＹ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ”，Ｊ ＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲ Ｔ １，ＪＡＰＡＮ，ＦＥＢ．1995，Ｖ ＯＬ．34，ＮＯ．２Ａ，ＰＰ．482−483 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 29/06 C30B 15/04 H01L 21/208
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｂを添加したＳｉ融液からチョクラルス
キー法でＳｉ単結晶を引き上げる際、融点近傍における
前記融液の熱膨張係数を小さくするＧａ及び／又はＩｎ
を前記融液に追加添加することを特徴とする温度変動を
抑制したＳｉ単結晶の育成方法。 - 【請求項２】 Ｐを添加したＳｉ融液からチョクラルス
キー法でＳｉ単結晶を引き上げる際、融点近傍における
前記融液の熱膨張係数を小さくするＳｂを前記融液に追
加添加することを特徴とする温度変動を抑制したＳｉ単
結晶の育成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091430A JP2804455B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法 |
| EP96104454A EP0733726A3 (en) | 1995-03-24 | 1996-03-20 | Growing silicon single crystal with a uniform distribution of doping in the longitudinal or radial direction |
| US08/620,391 US5700320A (en) | 1995-03-24 | 1996-03-22 | Growth of silicon single crystal having uniform impurity distribution along lengthwise or radial direction |
| KR1019960008023A KR100264399B1 (ko) | 1995-03-24 | 1996-03-23 | 길이방향을 따라 균일한 불순물 분포를 갖는 실리콘 단결정의 육성 |
| KR1020000009606A KR100269088B1 (ko) | 1995-03-24 | 2000-02-26 | 반경방향을 따라 균일한 불순물 분포를 갖는 실리콘단결정의 육성 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091430A JP2804455B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08259373A JPH08259373A (ja) | 1996-10-08 |
| JP2804455B2 true JP2804455B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=14026161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7091430A Expired - Fee Related JP2804455B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 温度変動を制御したＳｉ単結晶の育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804455B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4607304B2 (ja) * | 2000-09-26 | 2011-01-05 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池用シリコン単結晶及び太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ並びにその製造方法 |
| JP4607307B2 (ja) * | 2000-09-28 | 2011-01-05 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池用シリコン単結晶及び太陽電池用シリコン単結晶ウエーハ並びにその製造方法 |
| DE102004004555A1 (de) | 2004-01-29 | 2005-08-18 | Siltronic Ag | Verfahren zur Herstellung von hoch dotierten Halbleiterscheiben und versetzungsfreie, hoch dotierte Halbleiterscheiben |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3049376A1 (de) * | 1980-12-29 | 1982-07-29 | Heliotronic Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen | Verfahren zur herstellung vertikaler pn-uebergaenge beim ziehen von siliciumscheiben aus einer siliciumschmelze |
| JPH06204150A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Sumitomo Sitix Corp | 半導体用シリコン単結晶基板の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP7091430A patent/JP2804455B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ ＡＬ．，"ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＧＡＬＬＩＵＭ ＡＤＤＩＴＩＯＮ ＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ"，ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ １，ＪＡＰＡＮ，ＦＥＢ．１９９５，ＶＯＬ．３４，ＮＯ．２Ａ，ＰＰ．４８２−４８３ |
| ＫＡＷＡＮＩＳＨＩ Ｓ．ＥＴ ＡＬ．，"ＥＦＦＥＣＴ ＯＦ ＩＭＰＵＲＩＴＹ ＤＯＰＩＮＧ ＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ ＩＮＭＯＬＴＥＮ ＳＩＬＩＣＯＮ"，ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ ２，ＪＡＰＡＮ，１５ ＮＯＶ．１９９５，ＶＯＬ．３４，ＮＯ．１１Ｂ，ＰＰ．Ｌ１５０９−１５１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08259373A (ja) | 1996-10-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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