JP3536087B2 - 無転位シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
無転位シリコン単結晶の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大規模集積回路
（ＬＳＩ）製造に用いられる半導体シリコン（Ｓｉ）単
結晶の製造工程で使用する種子結晶、およびこの種子結
晶を用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。
（ＬＳＩ）製造に用いられる半導体シリコン（Ｓｉ）単
結晶の製造工程で使用する種子結晶、およびこの種子結
晶を用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ＬＳＩ製造に用いられるＳｉ単結
晶は、引き上げ（Czochralski : CZ）法、または浮遊帯
（Floating Zone : FZ）法によって製造されており、特
にＣＺ法によってＳｉ単結晶の大部分が製造されてい
る。ＣＺ法は、Ｓｉ種子結晶をＳｉ融液へ接触（種子付
け）させたのち引き上げてＳｉ単結晶を成長させる方法
である。ＦＺ法は、多結晶Ｓｉの原料棒の一端を加熱し
て融解して、融解部分にＳｉ種子結晶を接触させた後、
原料棒の長さに沿って溶融帯を移動させてＳｉ単結晶を
成長させる方法である。
晶は、引き上げ（Czochralski : CZ）法、または浮遊帯
（Floating Zone : FZ）法によって製造されており、特
にＣＺ法によってＳｉ単結晶の大部分が製造されてい
る。ＣＺ法は、Ｓｉ種子結晶をＳｉ融液へ接触（種子付
け）させたのち引き上げてＳｉ単結晶を成長させる方法
である。ＦＺ法は、多結晶Ｓｉの原料棒の一端を加熱し
て融解して、融解部分にＳｉ種子結晶を接触させた後、
原料棒の長さに沿って溶融帯を移動させてＳｉ単結晶を
成長させる方法である。
【０００３】両方の単結晶製造方法において、無転位単
結晶を育成するために、１９５９年にW.C.Dashにより提
案されたネッキング法が用いられている。ネッキング工
程は、種子付け後に直径３−５ｍｍの細くて長いネック
部を形成するものである。この工程によって、種子付け
時の熱ショックによって種子結晶中に発生した転位が成
長結晶へと引き継がれることが防止される。この方法は
無転位単結晶を育成するための有効な方法であるが、無
転位成長の確率が１００％ではなく、製造工程に常に不
安が残っていた。また、最近、数１００ｋｇ以上の大形
単結晶の育成が必要になり、細いネック部で成長結晶を
支えることが出来なくなるという大きな問題点も明らか
になってきている。
結晶を育成するために、１９５９年にW.C.Dashにより提
案されたネッキング法が用いられている。ネッキング工
程は、種子付け後に直径３−５ｍｍの細くて長いネック
部を形成するものである。この工程によって、種子付け
時の熱ショックによって種子結晶中に発生した転位が成
長結晶へと引き継がれることが防止される。この方法は
無転位単結晶を育成するための有効な方法であるが、無
転位成長の確率が１００％ではなく、製造工程に常に不
安が残っていた。また、最近、数１００ｋｇ以上の大形
単結晶の育成が必要になり、細いネック部で成長結晶を
支えることが出来なくなるという大きな問題点も明らか
になってきている。
【０００４】この問題を解決する方法として、Ｓｉ種子
結晶に不純物ボロン（Ｂ）を添加して熱ショック転位の
発生を抑制することが提案されている（Jpn.J.Appl.Phy
s. Vol.39(2000) pp.L191-L194, Part2, No.3A/B, 15 M
arch 2000）。これは、（１）不純物Ｂを１０18（atoms
/cm3）以上添加した結晶を種子結晶に用いることで、Ｓ
ｉ融液への種子付け時に、この種子結晶中に熱ショック
転位が発生しないこと、さらに（２）種子結晶とＳｉ融
液との間の不純物Ｂの濃度差を７×１０18（atoms/c
m3）以下に制限することで、種子結晶と成長結晶との間
の不純物Ｂの濃度差によるミスフィット転位も成長結晶
中に発生しないことの２つの事実が見出されたことに基
づく。これら２つの事実を組み合わせることで、種子結
晶中に熱ショックで発生した転位を除くために必須の工
程であった、細くて長いネック部の形成（ネッキング）
を不必要とすることができる。この方法は、現在適用さ
れているＳｉ単結晶製造の大部分に適用でき、ＬＳＩ用
無転位Ｓｉ単結晶製造の高歩留まり化、製造工程の簡略
化（低価格化）などに多大な効果をもたらすものであ
る。特に、種子結晶中の不純物Ｂ濃度を７×１０18（at
oms/cm3）以下にすれば、Ｓｉ融液がノンドープ（無添
加）であっても上記２つの条件を満たすため、現在最も
需要の多いノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで
成長させることができる。
結晶に不純物ボロン（Ｂ）を添加して熱ショック転位の
発生を抑制することが提案されている（Jpn.J.Appl.Phy
s. Vol.39(2000) pp.L191-L194, Part2, No.3A/B, 15 M
arch 2000）。これは、（１）不純物Ｂを１０18（atoms
/cm3）以上添加した結晶を種子結晶に用いることで、Ｓ
ｉ融液への種子付け時に、この種子結晶中に熱ショック
転位が発生しないこと、さらに（２）種子結晶とＳｉ融
液との間の不純物Ｂの濃度差を７×１０18（atoms/c
m3）以下に制限することで、種子結晶と成長結晶との間
の不純物Ｂの濃度差によるミスフィット転位も成長結晶
中に発生しないことの２つの事実が見出されたことに基
づく。これら２つの事実を組み合わせることで、種子結
晶中に熱ショックで発生した転位を除くために必須の工
程であった、細くて長いネック部の形成（ネッキング）
を不必要とすることができる。この方法は、現在適用さ
れているＳｉ単結晶製造の大部分に適用でき、ＬＳＩ用
無転位Ｓｉ単結晶製造の高歩留まり化、製造工程の簡略
化（低価格化）などに多大な効果をもたらすものであ
る。特に、種子結晶中の不純物Ｂ濃度を７×１０18（at
oms/cm3）以下にすれば、Ｓｉ融液がノンドープ（無添
加）であっても上記２つの条件を満たすため、現在最も
需要の多いノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで
成長させることができる。
【０００５】しかし、上述の熱ショック転位を抑制する
ために必要な種子結晶中の不純物Ｂ濃度（１０18atoms/
cm3以上）は、現在多用されている５０〜１００ｍｍ2程
度のサイズ（断面積）の種子結晶に対してのみ有効であ
る。つまり、将来、さらに大型のＳｉ単結晶製造に適用
する大きなサイズの種子結晶（例えば２００ｍｍ2以
上）に対しては、より多くのＢを添加する必要がある。
これは、種子結晶サイズが大きくなるにつれて、種子結
晶中に熱ショック転位が発生しやすくなるという事実に
基づく。このように種子結晶に添加すべきＢ濃度が増加
すると、成長結晶に添加できるＢ濃度の下限値も増加す
る。それは、ミスフィット転位の発生を抑えるために、
種子結晶とＳｉ融液との間のＢ濃度差を上記（２）で示
した値以下に制限する必要があるからである。このよう
に成長結晶中に許されるＢ濃度の下限値が増加する結
果、特にノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで製
造できなくなるという問題が生じる。
ために必要な種子結晶中の不純物Ｂ濃度（１０18atoms/
cm3以上）は、現在多用されている５０〜１００ｍｍ2程
度のサイズ（断面積）の種子結晶に対してのみ有効であ
る。つまり、将来、さらに大型のＳｉ単結晶製造に適用
する大きなサイズの種子結晶（例えば２００ｍｍ2以
上）に対しては、より多くのＢを添加する必要がある。
これは、種子結晶サイズが大きくなるにつれて、種子結
晶中に熱ショック転位が発生しやすくなるという事実に
基づく。このように種子結晶に添加すべきＢ濃度が増加
すると、成長結晶に添加できるＢ濃度の下限値も増加す
る。それは、ミスフィット転位の発生を抑えるために、
種子結晶とＳｉ融液との間のＢ濃度差を上記（２）で示
した値以下に制限する必要があるからである。このよう
に成長結晶中に許されるＢ濃度の下限値が増加する結
果、特にノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで製
造できなくなるという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】広い不純物濃度範囲の
無転位シリコン単結晶をネッキング工程を用いずに製造
することを可能にするシリコン種子結晶および無転位シ
リコン単結晶の製造方法を提供する。
無転位シリコン単結晶をネッキング工程を用いずに製造
することを可能にするシリコン種子結晶および無転位シ
リコン単結晶の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、無転位
シリコン単結晶の成長に用いるシリコン種子結晶であっ
て、少なくとも１種の、シリコンよりも結合半径が小さ
い不純物元素と、少なくとも１種の、シリコンよりも結
合半径が大きい不純物元素とを含むことを特徴とするシ
リコン種子結晶が提供される。
シリコン単結晶の成長に用いるシリコン種子結晶であっ
て、少なくとも１種の、シリコンよりも結合半径が小さ
い不純物元素と、少なくとも１種の、シリコンよりも結
合半径が大きい不純物元素とを含むことを特徴とするシ
リコン種子結晶が提供される。
【０００８】また本発明によれば、シリコンよりも結合
半径が小さい不純物元素と、シリコンよりも結合半径が
大きい不純物元素とを含む無転位単結晶のシリコン種子
結晶を用意する工程と、前記種子結晶をシリコン融液に
接触させて、シリコン単結晶を成長させる工程とを含む
ことを特徴とする無転位シリコン単結晶の製造方法が提
供される。
半径が小さい不純物元素と、シリコンよりも結合半径が
大きい不純物元素とを含む無転位単結晶のシリコン種子
結晶を用意する工程と、前記種子結晶をシリコン融液に
接触させて、シリコン単結晶を成長させる工程とを含む
ことを特徴とする無転位シリコン単結晶の製造方法が提
供される。
【０００９】本発明においては、シリコンよりも結合半
径が小さい不純物元素はボロンであり、シリコンよりも
結合半径が大きい不純物元素はゲルマニウムであること
が好ましい。
径が小さい不純物元素はボロンであり、シリコンよりも
結合半径が大きい不純物元素はゲルマニウムであること
が好ましい。
【００１０】また本発明においては、ボロンおよびゲル
マニウムの濃度範囲（ＮB、ＮGe）が、atoms／cm3を単
位とするボロンおよびゲルマニウムの濃度分布図におい
て、（ａ）ＮGe＝１．１２７８８×１０24×[５．４３
１３／｛５．４３１１×（１−５．４５６×１０-24×
ＮB）｝−１]で表される曲線と、（ｂ）ＮGe＝１．１２
７８８×１０24×[５．４３０９／｛５．４３１１×
（１−５．４５６×１０- 24×ＮB）｝−１] で表される
曲線とによって挟まれ、かつ（ｃ）３つの濃度点（Ｂ、
Ｇｅ）＝（１×１０18、４×１０19）、（２×１０18、
１×１０19）、（４×１０18、０）を結ぶ曲線よりも高
濃度側の領域であることが好ましい。
マニウムの濃度範囲（ＮB、ＮGe）が、atoms／cm3を単
位とするボロンおよびゲルマニウムの濃度分布図におい
て、（ａ）ＮGe＝１．１２７８８×１０24×[５．４３
１３／｛５．４３１１×（１−５．４５６×１０-24×
ＮB）｝−１]で表される曲線と、（ｂ）ＮGe＝１．１２
７８８×１０24×[５．４３０９／｛５．４３１１×
（１−５．４５６×１０- 24×ＮB）｝−１] で表される
曲線とによって挟まれ、かつ（ｃ）３つの濃度点（Ｂ、
Ｇｅ）＝（１×１０18、４×１０19）、（２×１０18、
１×１０19）、（４×１０18、０）を結ぶ曲線よりも高
濃度側の領域であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のＳｉ種子結晶に添加され
る、Ｓｉよりも結合半径が小さい不純物元素は、Ｓｉ種
子結晶の平均の格子定数を減少させる不純物として働
き、結晶硬化効果を示す。この結晶硬化効果によって、
種子付け時に種子結晶中に熱ショック転位が発生するこ
とが抑えられる。一方、Ｓｉよりも結合半径が大きい不
純物元素は、Ｓｉ種子結晶の平均の格子定数を増大させ
る不純物として働くため、やはり結晶硬化効果を示す。
また、結合半径が小さい不純物元素と大きい不純物元素
とを同時に添加することによって、これらの元素による
種子結晶の格子定数の減少と増大とが相殺される。従っ
て、添加する両元素の濃度を調整することで、種子結晶
の格子定数を成長結晶の格子定数に合わせて、両結晶間
のミスフィット転位の発生を抑えることができる。
る、Ｓｉよりも結合半径が小さい不純物元素は、Ｓｉ種
子結晶の平均の格子定数を減少させる不純物として働
き、結晶硬化効果を示す。この結晶硬化効果によって、
種子付け時に種子結晶中に熱ショック転位が発生するこ
とが抑えられる。一方、Ｓｉよりも結合半径が大きい不
純物元素は、Ｓｉ種子結晶の平均の格子定数を増大させ
る不純物として働くため、やはり結晶硬化効果を示す。
また、結合半径が小さい不純物元素と大きい不純物元素
とを同時に添加することによって、これらの元素による
種子結晶の格子定数の減少と増大とが相殺される。従っ
て、添加する両元素の濃度を調整することで、種子結晶
の格子定数を成長結晶の格子定数に合わせて、両結晶間
のミスフィット転位の発生を抑えることができる。
【００１２】このように、結合半径が小さい不純物元素
と大きい不純物元素とを種子結晶に同時に添加すること
によって、種子結晶中の熱ショック転位の発生を抑える
だけでなく、種子結晶と成長結晶との間のミスフィット
転位の発生を抑えることもできる。その結果、ミスフィ
ット転位を抑えるために種子結晶とＳｉ融液との間の不
純物濃度差を制限するという必要がなくなるため、種子
結晶中の不純物濃度がたとえ大きくても、ノンドープを
含む広い不純物濃度範囲の無転位Ｓｉ単結晶をネッキン
グ工程を用いずに製造することができる。
と大きい不純物元素とを種子結晶に同時に添加すること
によって、種子結晶中の熱ショック転位の発生を抑える
だけでなく、種子結晶と成長結晶との間のミスフィット
転位の発生を抑えることもできる。その結果、ミスフィ
ット転位を抑えるために種子結晶とＳｉ融液との間の不
純物濃度差を制限するという必要がなくなるため、種子
結晶中の不純物濃度がたとえ大きくても、ノンドープを
含む広い不純物濃度範囲の無転位Ｓｉ単結晶をネッキン
グ工程を用いずに製造することができる。
【００１３】Ｓｉの共有結合半径（０．１１７ｎｍ）よ
りも結合半径が小さい不純物元素としては、具体的に
は、ボロン（Ｂ）（０．０８２ｎｍ：結合半径、以下同
じ）、リン（Ｐ）（０．１０６ｎｍ）などが挙げられ
る。また、Ｓｉの共有結合半径よりも結合半径が大きい
不純物元素としては、具体的には、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）（０．１２２ｎｍ）、ヒ素（Ａｓ）（０．１１９ｎ
ｍ）、アンチモン（Ｓｂ）（０．１３８ｎｍ）、スズ
（Ｓｎ）（０．１４１ｎｍ）などが挙げられる。（結合
半径の出典：Table of Periodic Properties of the El
ements, Sargent,E.H. Sargent & Co., Toronto, Canad
a） 上述したように、本発明においては、例えばＢ添加によ
る格子定数の減少がＧｅ添加による格子定数の増大によ
って相殺される。こうして、大きなサイズのＳｉ種子結
晶に熱ショック転位を抑えるために多量のＢを添加して
も、同時にＧｅを添加することで、種子結晶の格子定数
をノンドープの成長結晶の値に合わせることができる。
こうして、大きなサイズのＳｉ種子結晶を用いても、ノ
ンドープのＳｉ融液から、熱ショック転位およびミスフ
ィット転位を抑えた大型のノンドープ無転位Ｓｉ単結晶
を、無ネッキングで成長させることができる。
りも結合半径が小さい不純物元素としては、具体的に
は、ボロン（Ｂ）（０．０８２ｎｍ：結合半径、以下同
じ）、リン（Ｐ）（０．１０６ｎｍ）などが挙げられ
る。また、Ｓｉの共有結合半径よりも結合半径が大きい
不純物元素としては、具体的には、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）（０．１２２ｎｍ）、ヒ素（Ａｓ）（０．１１９ｎ
ｍ）、アンチモン（Ｓｂ）（０．１３８ｎｍ）、スズ
（Ｓｎ）（０．１４１ｎｍ）などが挙げられる。（結合
半径の出典：Table of Periodic Properties of the El
ements, Sargent,E.H. Sargent & Co., Toronto, Canad
a） 上述したように、本発明においては、例えばＢ添加によ
る格子定数の減少がＧｅ添加による格子定数の増大によ
って相殺される。こうして、大きなサイズのＳｉ種子結
晶に熱ショック転位を抑えるために多量のＢを添加して
も、同時にＧｅを添加することで、種子結晶の格子定数
をノンドープの成長結晶の値に合わせることができる。
こうして、大きなサイズのＳｉ種子結晶を用いても、ノ
ンドープのＳｉ融液から、熱ショック転位およびミスフ
ィット転位を抑えた大型のノンドープ無転位Ｓｉ単結晶
を、無ネッキングで成長させることができる。
【００１４】なお、本発明においては、ノンドープのＳ
ｉ融液には、不純物元素が一般的なドーパント濃度たと
えば１×１０15atoms/cm3以上、好ましくは１〜９×１
０15atoms/cm3、より好ましくは１〜３×１０15atoms/c
m3で添加されたＳｉ融液も含まれる。また、ノンドープ
のＳｉ融液は、Ｂ以外の他のドーパントたとえばＰ、Ａ
ｓ、Ｓｂを上記濃度で含んでいても良い。
ｉ融液には、不純物元素が一般的なドーパント濃度たと
えば１×１０15atoms/cm3以上、好ましくは１〜９×１
０15atoms/cm3、より好ましくは１〜３×１０15atoms/c
m3で添加されたＳｉ融液も含まれる。また、ノンドープ
のＳｉ融液は、Ｂ以外の他のドーパントたとえばＰ、Ａ
ｓ、Ｓｂを上記濃度で含んでいても良い。
【００１５】また、Ｓｉ融液に不純物元素が高濃度にド
ープされている場合でも、前述と同様に、種子結晶に添
加する２種類以上の不純物元素の濃度を調整して、種子
結晶の格子定数を成長結晶の値に合わせれば、無転位Ｓ
ｉ単結晶を無ネッキングで製造できることは言うまでも
ない。当然ながら、高濃度にドープする不純物元素に
は、Ｓｉ結晶の格子定数を減少させるＢなどの他、格子
定数を増大させるＡｓなども含まれる。
ープされている場合でも、前述と同様に、種子結晶に添
加する２種類以上の不純物元素の濃度を調整して、種子
結晶の格子定数を成長結晶の値に合わせれば、無転位Ｓ
ｉ単結晶を無ネッキングで製造できることは言うまでも
ない。当然ながら、高濃度にドープする不純物元素に
は、Ｓｉ結晶の格子定数を減少させるＢなどの他、格子
定数を増大させるＡｓなども含まれる。
【００１６】本発明の種子結晶を用いた無転位Ｓｉ単結
晶の成長は、以下のようにして行う。例えばＣＺ法にお
いては、前述したように不純物濃度が調整された本発明
の種子結晶を、所望の不純物濃度のＳｉ融液に接触させ
た後、種子結晶を引き上げて結晶成長させる。ＦＺ法に
おいては、所望の不純物濃度の多結晶Ｓｉ原料棒の一端
を加熱して融解して、融解部分に不純物濃度が調整され
た本発明の種子結晶を接触させた後、原料棒の長さに沿
って溶融帯を移動させて結晶成長させる。両方法におい
てネッキング工程は行わない。
晶の成長は、以下のようにして行う。例えばＣＺ法にお
いては、前述したように不純物濃度が調整された本発明
の種子結晶を、所望の不純物濃度のＳｉ融液に接触させ
た後、種子結晶を引き上げて結晶成長させる。ＦＺ法に
おいては、所望の不純物濃度の多結晶Ｓｉ原料棒の一端
を加熱して融解して、融解部分に不純物濃度が調整され
た本発明の種子結晶を接触させた後、原料棒の長さに沿
って溶融帯を移動させて結晶成長させる。両方法におい
てネッキング工程は行わない。
【００１７】
【実施例】以下、本発明に係る種子結晶を用いて、ＣＺ
法に従ってノンドープのＳｉ無転位単結晶を成長させた
実施例について述べる。しかしＦＺ法についても本発明
は同様に適用できることは言うまでもない。
法に従ってノンドープのＳｉ無転位単結晶を成長させた
実施例について述べる。しかしＦＺ法についても本発明
は同様に適用できることは言うまでもない。
【００１８】まず、通常の方法に従って、本発明に係る
ＢおよびＧｅが添加されたＳｉ種子結晶を作製した。種
子結晶は、断面形状が１５×１５（ｍｍ×ｍｍ）＝２２
５（ｍｍ2）の大型サイズとした。
ＢおよびＧｅが添加されたＳｉ種子結晶を作製した。種
子結晶は、断面形状が１５×１５（ｍｍ×ｍｍ）＝２２
５（ｍｍ2）の大型サイズとした。
【００１９】次に、この種子結晶を用いて、ＣＺ法に従
って、ノンドープ（初期Ｂ濃度＝４×１０15atoms/c
m3）のＳｉ融液から単結晶を成長させた。ネッキング工
程は行わなかった。なおＳｉ融液の重量は２０００ｇ、
成長結晶の直径は７０ｍｍ、長さは５０〜１００ｍｍ、
石英るつぼの直径は１５０ｍｍであった。そして、種子
結晶に添加するＢ濃度とＧｅ濃度とを変化させて、種子
結晶および成長結晶中での転位の発生状況を調べた。各
結晶製造条件と結果を下表１に示す。
って、ノンドープ（初期Ｂ濃度＝４×１０15atoms/c
m3）のＳｉ融液から単結晶を成長させた。ネッキング工
程は行わなかった。なおＳｉ融液の重量は２０００ｇ、
成長結晶の直径は７０ｍｍ、長さは５０〜１００ｍｍ、
石英るつぼの直径は１５０ｍｍであった。そして、種子
結晶に添加するＢ濃度とＧｅ濃度とを変化させて、種子
結晶および成長結晶中での転位の発生状況を調べた。各
結晶製造条件と結果を下表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】上表１に示したように、各実施例において
種子結晶中に熱ショック転位が発生せず、また成長結晶
中にミスフィット転位が発生しなかった。このように大
型サイズの本発明に係る種子結晶を用いて、ネッキング
法を行わずにノンドープの無転位単結晶を成長できるこ
とが確認できた。一方、比較例では、両結晶のいずれか
一方に転位が発生して、無転位結晶成長はできなかっ
た。
種子結晶中に熱ショック転位が発生せず、また成長結晶
中にミスフィット転位が発生しなかった。このように大
型サイズの本発明に係る種子結晶を用いて、ネッキング
法を行わずにノンドープの無転位単結晶を成長できるこ
とが確認できた。一方、比較例では、両結晶のいずれか
一方に転位が発生して、無転位結晶成長はできなかっ
た。
【００２２】図１は、表１の実施例１〜８と比較例１〜
８との結果をまとめたＢおよびＧｅの濃度分布図であ
る。縦軸は種子結晶中のＧｅ濃度（ＮGe）を示し、横軸
は種子結晶中のＢ濃度（ＮB）を示す（対数目盛り、単
位はatoms／cm3）。なお図中、縦軸はＮB＝１×１０
0（atoms／cm3）の直線で表し、横軸はＮGe＝１×１０0
（atoms／cm3）の直線で表している。
８との結果をまとめたＢおよびＧｅの濃度分布図であ
る。縦軸は種子結晶中のＧｅ濃度（ＮGe）を示し、横軸
は種子結晶中のＢ濃度（ＮB）を示す（対数目盛り、単
位はatoms／cm3）。なお図中、縦軸はＮB＝１×１０
0（atoms／cm3）の直線で表し、横軸はＮGe＝１×１０0
（atoms／cm3）の直線で表している。
【００２３】図１の中央に位置するハッチ線が施された
ＢおよびＧｅの濃度範囲において、熱ショック転位およ
びミスフィット転位が発生せず、従ってネッキング無し
で無転位Ｓｉ単結晶を製造できることが分かる。なお図
１の比較例３のＧｅ無添加の結果は、（ＮB、ＮGe）＝
（４×１０18、１×１０0）の濃度点で示している。
ＢおよびＧｅの濃度範囲において、熱ショック転位およ
びミスフィット転位が発生せず、従ってネッキング無し
で無転位Ｓｉ単結晶を製造できることが分かる。なお図
１の比較例３のＧｅ無添加の結果は、（ＮB、ＮGe）＝
（４×１０18、１×１０0）の濃度点で示している。
【００２４】図１のミスフィット転位が発生しない濃度
範囲の上限を示す曲線（ａ）および下限を示す曲線
（ｂ）は、以下のような考察から理論的に求めることが
できる。
範囲の上限を示す曲線（ａ）および下限を示す曲線
（ｂ）は、以下のような考察から理論的に求めることが
できる。
【００２５】最初に、Ｓｉ結晶に不純物原子をドープし
た場合の、Ｓｉ結晶の平均格子定数の増加量Δａは、一
般に下式（１）によって表される。
た場合の、Ｓｉ結晶の平均格子定数の増加量Δａは、一
般に下式（１）によって表される。
【００２６】
Δａ＝ａ0｛（ｒdoping−ｒSi）／ｒSi｝（Ｎdoping／ＮSi） ………（１）
ここで、
ａ0：ドープされていない純粋Ｓｉの格子定数（０．５
４３１１ｎｍ）、 ｒdoping：ドープした不純物原子の共有結合半径（ｎ
ｍ）、 ｒSi：Ｓｉ原子の共有結合半径（０．１１７ｎｍ） Ｎdoping：ドープした不純物原子の濃度（atoms／cm3） ＮSi：Ｓｉ原子密度（５×１０22 atoms／cm3） 種子結晶（ドープされたＳｉ結晶）と成長結晶（ドープ
されていない純粋Ｓｉ結晶）との間でミスフィット転位
が発生しないのは、種子結晶と成長結晶との間の格子定
数の差Δａが±２×１０-5ｎｍの間の範囲であるときと
仮定する。この仮定と、ＢおよびＧｅのそれぞれに対し
て求めた上式（１）とから、種子結晶にＢおよびＧｅを
同時にドープした場合の図１に示す上下限の曲線（ａ）
および（ｂ）を、下式（２）のように求めることができ
る。なお計算の際に、ＢおよびＧｅの共有結合半径ｒB
およびｒGeを、ｒB：０．０８２ｎｍ、ｒGe：０．１２
２ｎｍとした。
４３１１ｎｍ）、 ｒdoping：ドープした不純物原子の共有結合半径（ｎ
ｍ）、 ｒSi：Ｓｉ原子の共有結合半径（０．１１７ｎｍ） Ｎdoping：ドープした不純物原子の濃度（atoms／cm3） ＮSi：Ｓｉ原子密度（５×１０22 atoms／cm3） 種子結晶（ドープされたＳｉ結晶）と成長結晶（ドープ
されていない純粋Ｓｉ結晶）との間でミスフィット転位
が発生しないのは、種子結晶と成長結晶との間の格子定
数の差Δａが±２×１０-5ｎｍの間の範囲であるときと
仮定する。この仮定と、ＢおよびＧｅのそれぞれに対し
て求めた上式（１）とから、種子結晶にＢおよびＧｅを
同時にドープした場合の図１に示す上下限の曲線（ａ）
および（ｂ）を、下式（２）のように求めることができ
る。なお計算の際に、ＢおよびＧｅの共有結合半径ｒB
およびｒGeを、ｒB：０．０８２ｎｍ、ｒGe：０．１２
２ｎｍとした。
【００２７】
ＮGe＝１．１２７８８×１０24×[（０．５４３１１±０．００００２）／｛
０．５４３１１×（１−５．４５６×１０-24×ＮB）｝−１] …………（２）
上式（２）の＋記号側の式で表される曲線が、図１のミ
スフィット転位が発生しない上限の曲線（ａ）であり、
−記号側の曲線が下限の曲線（ｂ）である。
スフィット転位が発生しない上限の曲線（ａ）であり、
−記号側の曲線が下限の曲線（ｂ）である。
【００２８】一方、図１において、熱ショック転位の発
生しない濃度範囲の下限を示す曲線（ｃ）は、概略的
に、atoms／cm3を単位とする３つの濃度点（ＮB、
ＮGe）＝（１×１０18、４×１０19）、（２×１０18、
１×１０19）、（４×１０18、０）を滑らかに繋ぐ曲線
として表される。
生しない濃度範囲の下限を示す曲線（ｃ）は、概略的
に、atoms／cm3を単位とする３つの濃度点（ＮB、
ＮGe）＝（１×１０18、４×１０19）、（２×１０18、
１×１０19）、（４×１０18、０）を滑らかに繋ぐ曲線
として表される。
【００２９】こうして、これら３つの曲線（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に囲まれた領域の濃度範囲のＢおよびＧ
ｅを種子結晶に添加すれば、ネッキング無しでも熱ショ
ック転位およびミスフィット転位の両方を発生させず
に、無転位Ｓｉ単結晶を製造することができる。なお、
この濃度範囲の中で選択するＢおよびＧｅ濃度は、上記
各曲線の近傍ではなく、曲線に囲まれた領域の中程に分
布するものが好ましい。このように選択することで転位
の発生を確実に抑制することができる。また種子結晶へ
の負担を小さくするために、種子結晶へ添加するＢおよ
びＧｅ濃度はそれぞれ低い方が好ましい。
（ｂ）、（ｃ）に囲まれた領域の濃度範囲のＢおよびＧ
ｅを種子結晶に添加すれば、ネッキング無しでも熱ショ
ック転位およびミスフィット転位の両方を発生させず
に、無転位Ｓｉ単結晶を製造することができる。なお、
この濃度範囲の中で選択するＢおよびＧｅ濃度は、上記
各曲線の近傍ではなく、曲線に囲まれた領域の中程に分
布するものが好ましい。このように選択することで転位
の発生を確実に抑制することができる。また種子結晶へ
の負担を小さくするために、種子結晶へ添加するＢおよ
びＧｅ濃度はそれぞれ低い方が好ましい。
【００３０】図２は、実施例７で製造したＳｉ成長結晶
および種子結晶のＸ線トポグラフ写真の一例である。種
子結晶中にも成長結晶中にも転位は観察されず、無ネッ
キングで無転位Ｓｉ単結晶が成長していることが分か
る。
および種子結晶のＸ線トポグラフ写真の一例である。種
子結晶中にも成長結晶中にも転位は観察されず、無ネッ
キングで無転位Ｓｉ単結晶が成長していることが分か
る。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のＳｉ種子
結晶を使用すれば、広い不純物濃度範囲の無転位Ｓｉ単
結晶をネッキング工程を用いずに製造することが可能に
なる。このように、従来、種子結晶中に発生した熱ショ
ック転位が成長結晶に引き継がれるのを防ぐために行っ
ていた、種子付け後の細くて長いネック部形成（ネッキ
ング）工程が不必要になることで、以下の効果が得られ
る。（１）ネック部の機械的強度が増大し、大直径、大
重量の結晶製造が可能になる。（２）細くて長いネック
部を成長させる時間が不必要になるため結晶製造の効率
が上がり、またネック部が無くなった分を有効利用でき
るため、結晶部分の長い結晶製造が可能になる。（３）
ネッキング操作において、無転位化が達成されたか否か
の判定を必要としないため（従来、特定の専門家のみに
よって判断されていた）、無転位結晶製造を専門家でな
くても簡単に行えるようになる。
結晶を使用すれば、広い不純物濃度範囲の無転位Ｓｉ単
結晶をネッキング工程を用いずに製造することが可能に
なる。このように、従来、種子結晶中に発生した熱ショ
ック転位が成長結晶に引き継がれるのを防ぐために行っ
ていた、種子付け後の細くて長いネック部形成（ネッキ
ング）工程が不必要になることで、以下の効果が得られ
る。（１）ネック部の機械的強度が増大し、大直径、大
重量の結晶製造が可能になる。（２）細くて長いネック
部を成長させる時間が不必要になるため結晶製造の効率
が上がり、またネック部が無くなった分を有効利用でき
るため、結晶部分の長い結晶製造が可能になる。（３）
ネッキング操作において、無転位化が達成されたか否か
の判定を必要としないため（従来、特定の専門家のみに
よって判断されていた）、無転位結晶製造を専門家でな
くても簡単に行えるようになる。
【００３２】また本発明においては、ノンドープ無転位
Ｓｉ単結晶を成長させることができるため、ＬＳＩ製造
プロセスでの用途が非常に広い。
Ｓｉ単結晶を成長させることができるため、ＬＳＩ製造
プロセスでの用途が非常に広い。
【図１】本発明の実施例および比較例の結果を示すＢお
よびＧｅの濃度分布図。
よびＧｅの濃度分布図。
【図２】本発明の実施例で成長させたＳｉ結晶および種
子結晶のＸ線トポグラフ写真。
子結晶のＸ線トポグラフ写真。
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
Claims (2)
- 【請求項１】シリコンよりも結合半径が小さい不純物元
素としてＢおよびシリコンよりも結合半径が大きい不純
物元素としてＧｅを、 atoms ／ cm3 を単位とするＢおよび
Ｇｅの濃度（Ｎ B 、Ｎ Ge ）の分布図において、（ａ）Ｎ
Ge ＝１．１２７８８×１０ 24 × [ ５．４３１３／｛５．
４３１１×（１−５．４５６×１０ -24 ×Ｎ B ）｝−１ ]
で表される曲線と、（ｂ）Ｎ Ge ＝１．１２７８８×１０
24 × [ ５．４３０９／｛５．４３１１×（１−５．４５
６×１０ -24 ×Ｎ B ）｝−１ ] で表される曲線とによって
挟まれ、かつ（ｃ）３つの濃度点（Ｎ B 、Ｎ Ge ）＝（１
×１０ 18 、４×１０ 19 ）、（２×１０ 18 、１×１
０ 19 ）、（４×１０ 18 、０）を結ぶ曲線よりも高濃度側
の領域によって規定される範囲で含む無転位単結晶のシ
リコン種子結晶を用意する工程と、 前記種子結晶をシリコン融液に接触させ、ネッキングを
行うことなく、シリコン単結晶を成長させる工程とを含
むことを特徴とする無転位シリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項２】前記シリコン融液が、ノンドープのシリコ
ン融液であることを特徴とする請求項１に記載の無転位
シリコン単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339280A JP3536087B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 無転位シリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339280A JP3536087B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 無転位シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002145694A JP2002145694A (ja) | 2002-05-22 |
| JP3536087B2 true JP3536087B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=18814374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000339280A Expired - Lifetime JP3536087B2 (ja) | 2000-11-07 | 2000-11-07 | 無転位シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3536087B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4817078B2 (ja) * | 2002-11-11 | 2011-11-16 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコンウェーハ |
| JP4590876B2 (ja) * | 2004-02-04 | 2010-12-01 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法及びその方法で製造されたシリコンウェーハ |
| JP5070737B2 (ja) * | 2006-05-26 | 2012-11-14 | 信越半導体株式会社 | Ｃｚ法により製造したシリコン結晶棒を原料としたｆｚ単結晶シリコンの製造方法 |
| JP4359320B2 (ja) | 2007-05-31 | 2009-11-04 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | ドーピング装置、及びシリコン単結晶の製造方法 |
| JP4516096B2 (ja) | 2007-05-31 | 2010-08-04 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| US7816765B2 (en) * | 2008-06-05 | 2010-10-19 | Sumco Corporation | Silicon epitaxial wafer and the production method thereof |
| KR101008426B1 (ko) * | 2008-12-29 | 2011-01-14 | 주식회사 엘지실트론 | 잉곳 성장용 시드 및 이를 이용한 잉곳 성장 방법 |
| KR101173764B1 (ko) | 2010-07-19 | 2012-08-13 | 주식회사 넥솔론 | 무전위 실리콘 단결정의 제조 방법 |
| JP5688654B2 (ja) * | 2011-03-25 | 2015-03-25 | 国立大学法人東北大学 | シリコン結晶、シリコン結晶の製造方法およびシリコン多結晶インゴットの製造方法 |
-
2000
- 2000-11-07 JP JP2000339280A patent/JP3536087B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2002145694A (ja) | 2002-05-22 |
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