JP5222162B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンの融液に着液させた種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の成長方法に関し、更に詳しくは、シリコン単結晶の直胴部の成長中にドーパントをシリコンの融液に添加する工程を有するシリコン単結晶の製造方法に関する。

シリコンの融液に種結晶を着液させ、当該種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させるチョクラルスキー法（ＣＺ法）において、必要とされる電気的特性をシリコン単結晶に付与するために、単結晶の引き上げ中にドーパントを融液に添加する操作が行われている。

単結晶の引き上げ中にドーパントを融液に添加する方法の一つとして、ドーパントを供給する供給管の開口端を融液より所定位置上方に位置させ、アルゴンガス等の不活性ガスを輸送用のキャリアガスとして使用して、供給管から融液に向けてキャリアガスを吹き付けることで、ドーパントを融液に添加する方法が知られている。

また、特許文献１には、引き上げ機構と干渉しない位置に試料管（ドープ管）を配置して、試料管を坩堝の上面よりも上方の位置まで下降させて、その位置で融液から輻射される輻射熱によって試料管の内部のドーパントを溶解させ、さらにドーパントを収容した試料管を融液に浸漬する位置まで下降させて、試料管の開放面から溶解されたドーパントを融液に添加することにより、シリコン単結晶の成長方向に不連続に異なる抵抗率の範囲をもつシリコン単結晶インゴットを引き上げ成長させる発明が記載されている。

また、特許文献２には、シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまでは、融液中のドーパント濃度を低濃度か無添加の状態とし、シリコン単結晶の前半部が形成された以降は、融液中のドーパント濃度を高濃度の状態になるように、融液にドーパントを供給する発明が記載されている。ここで、融液にドーパントを添加する方法として、昇華可能なドーパントを昇華させて得られた気体を融液に吹き付ける方法が記載されている。

特開２００５−３３６０２０号公報 特開２００８−２６６０９３号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術によれば、シリコン単結晶の成長を行う際に融液中のドーパント濃度を変化させることができるので、所望とする電気的特性を有するシリコン単結晶を得ることができる。ところで、近年、高濃度のドーパントを含有した低抵抗率のシリコン単結晶が強く要望されている。こうしたシリコン単結晶を得るためには、シリコン単結晶の成長中に大量のドーパントを添加する必要がある。ここで、特許文献２に記載されている通り、シリコン単結晶インゴットの肩部から直胴部までを成長させている間に融液中のドーパント濃度を高くすると、単結晶の崩れを誘発することにつながるので、シリコン単結晶の直胴部を成長させる期間にドーパントを添加すべきことが知られている。

しかし、シリコン単結晶の直胴部を成長させる期間であっても、単結晶の成長中に大量のドーパントを融液に添加すると、成長中の単結晶に転位が導入されることが本発明者らによって明らかとなった。シリコン単結晶に転位が導入されると、その単結晶から得られたシリコンウェーハは、半導体デバイスの作製用材料として不適切なものとなるので、シリコン単結晶の歩留まりが低下することになる。

本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、シリコンインゴットの直胴部を成長させる期間に必要な量のドーパントを融液に添加しても、シリコン単結晶に転位が導入されるのを軽減することのできるシリコン単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、シリコンインゴットの直胴部を成長させている際のドーパントの添加速度と、シリコン単結晶への転位が導入されることとの間に相関があることを見出し、直胴部を成長させる際のドーパントの添加速度を詳細に検討することにより本発明を完成するに至った。

（１）本発明のシリコン単結晶の製造方法は、種結晶をシリコンの融液に着液させた後、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させる成長工程に、前記シリコン単結晶の直胴部の成長中にドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含むシリコン単結晶の製造方法であって、前記ドーパント添加工程において、前記ドーパント添加工程の開始時点における前記融液の残りの質量を算出し、算出された前記融液の残りの質量１ｋｇあたり、ドーパントを毎分０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの速度で前記融液に添加することを特徴とする。

（２）本発明のシリコン単結晶の製造方法は、種結晶をシリコンの融液に着液させた後、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させる成長工程に、前記シリコン単結晶の直胴部の成長中にドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含むシリコン単結晶の製造方法であって、前記ドーパント添加工程において、ドーパントの添加による前記シリコン単結晶の抵抗率の低下割合が、前記シリコン単結晶の成長方向１０ｍｍあたり、２〜８％の範囲であることを特徴とする。

（３）前記ドーパント添加工程において添加されるドーパントは、昇華可能なドーパントであり、前記ドーパント添加工程において、昇華したドーパントを前記融液に吹き付けることにより、前記融液にドーパントを供給することが好ましい。

（４）前記ドーパント添加工程で添加されるドーパントは、砒素であることが好ましい。

（５）前記ドーパントが収納されたドープ管の内部に対する熱源からの輻射熱量を調整することにより、前記融液にドーパントを添加する速度を調整することが好ましい。

（６）前記ドープ管を不透明の石英で構成することにより、前記輻射熱量を調整することが好ましい。

（７）前記ドープ管と熱源との間に断熱材を設けることにより、前記輻射熱量を調整することが好ましい。

本発明によれば、シリコンインゴットの直胴部を成長させる期間に必要な量のドーパントを融液に添加しても、シリコン単結晶に転位が導入されるのを軽減することのできるシリコン単結晶の製造方法が提供される。

本発明の第一実施態様で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置１を説明する概略図である。 本発明の第一実施態様で製造されるシリコン単結晶６の一例を示す図である。

以下、本発明のシリコン単結晶の製造方法の第一実施態様について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第一実施態様で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置１を説明する概略図である。

まず、図１を使用して、本実施態様で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置１について説明する。

［引き上げ炉］
図１に示すように、本実施態様で使用されるシリコン単結晶引き上げ装置１は、ＣＺ法による結晶成長に用いることのできる引き上げ炉（チャンバ）２を備えている。引き上げ炉２の内部には、多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる原料を溶融した融液５を収容する坩堝３が設けられている。坩堝３は、黒鉛坩堝３２とその内側の石英坩堝３１とから構成されている。坩堝３の周囲には、坩堝３の中にある原料を加熱して溶融するヒータ９が設けられている。このヒータ９と引き上げ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。

また、坩堝３の上方には、引き上げ機構４が設けられている。引き上げ機構４は、引き上げ用ケーブル４ａと、引き上げ用ケーブル４ａの先端に取り付けられた種結晶ホルダ４ｂとからなる。この種結晶ホルダ４ｂによって種結晶が把持される。

ここで、坩堝３の中に原料を入れ、ヒータ９を用いて加熱し、原料を溶融して融液５にする。融液５の溶融状態が安定となった後、引き上げ用ケーブル４ａを降下して種結晶ホルダ４ｂに把持させた種結晶（図示せず）を融液５に浸漬する。種結晶を融液５になじませた後で、引き上げ用ケーブル４ａを上昇させ、融液５からシリコン単結晶（シリコンインゴット）６を引き上げて成長させる。シリコン単結晶６を成長させる際、坩堝３を回転軸１６によって回転させる。それとともに、引き上げ機構４の引き上げ用ケーブル４ａを、回転軸１６の回転方向と同じ方向又は逆の方向に回転させる。ここで、回転軸１６は、鉛直方向にも駆動することができ、坩堝３を任意の上方方向の位置に上下動させることもできる。

このとき、引き上げ炉２の内部は、外気を遮断して真空状態（例えば数ＫＰａ程度）に減圧し、不活性ガスとしてアルゴンガスを流通させることにより、引き上げ炉２の内部で発生した蒸発物を、アルゴンガスとともに引き上げ炉２の外部に除去することができる。このときのアルゴンガスの供給流量は、結晶成長の各プロセスに応じて各々設定することができる。

坩堝３の上方及びシリコン単結晶６の周囲には、熱遮蔽板８が設けられる。熱遮蔽板８は、種結晶及び成長するシリコン単結晶６に対する、坩堝３、融液５、ヒータ９等の高温部で発生する輻射熱を遮断する作用を有する。ここで、熱遮蔽板８の下端と融液５の表面５ａとの距離の大きさは、坩堝３の上下動によって調整してもよく、熱遮蔽板８の昇降装置による上下動によって調整してもよい。

坩堝３の上方には、石英製の整流筒１５が設けられる。整流筒１５により、パージガス（引き上げ炉２の内部の不純物を除去するように供給され、排出されるガス）は、引き上げ炉２の上下方向に流通することができる。

［ドーパント供給機構］
次に、シリコン単結晶６の成長途中にドーパントを融液５に添加する際に使用されるドーパント供給機構について説明する。

ドーパント供給機構は、主として、試料室２７、ドープ管（試料管）２１及び供給管２２からなり、シリコン単結晶６の成長途中にドーパントを融液５に添加する際に使用される。

試料室２７は、融液５に添加するドーパントを収容するものである。試料室２７は、引き上げ炉のフランジ部に、後述する遮蔽手段２４を介して外付けされるものである。ここで、試料室２７に収容されるのは昇華性のドーパントであり、例えば砒素（Ａｓ）のようなＮ型のドーパントが挙げられる。砒素は、昇華性の大きなドーパントであるため、これをドーパントとして用いることにより、比較的低い温度で固相から気相に昇華させることができる。

試料室２７にドーパントを収容する際には、試料管としてのドープ管２１にドーパントを投入するとともに、このドープ管２１を試料室２７に収容することが好ましい。

ドープ管２１は、略円筒形の形状を有し、昇降手段２５により試料室２７及び供給管２２の間を昇降する。ドープ管２１は、試料室２７の内部から引き上げ炉２の内部に延びるように設けられるガイドレール２５ｂの溝に沿って配置され、ガイドレール２５ｂに案内されて試料室２７の内部と引き上げ炉２の内部との間を昇降する。ドープ管２１を昇降させる際は、ドープ管２１に取り付けられたワイヤ２６をワイヤ駆動装置２５ａにより駆動させる。

ドープ管２１は石英で構成されており、ドープ管２１の外部から輻射熱を受けることによりドープ管２１の内部に存在するドーパントが加熱される。このため、後に説明するように、ドープ管２１がガイドレール２５ｂを降下してドーパントを投入する停止位置に到達した際に、融液５等からの輻射熱によりドープ管２１の内部に存在する昇華性のドーパントが加熱されて昇華し、昇華性のドーパントは気体となって融液５に供給される。

試料室２７と引き上げ炉２との間には、遮蔽手段２４が設けられる。遮蔽手段２４は、試料室２７と引き上げ炉２とを熱的に遮蔽するものである。遮蔽手段２４を設けることで、引き上げ炉２の内部からの輻射熱が遮蔽手段２４で熱的に遮蔽されるため、所望のタイミングでドーパントを昇華により気化させて融液５に添加することができる。

供給管２２は、整流筒１５の外側に設けられ、開放端２２ａが融液５の表面５ａの付近に位置するとともに、他端がドープ管２１と接合することができるように設置される。融液５にドーパントを添加する際は、遮蔽手段２４を開放するとともに、ドープ管２１を降下させる。ドープ管２１が降下することにより、ドープ管２１と供給管２２とが接合し、ドープ管２１の内部と供給管２２の開放端２２ａとが連通する。その後、融液５等からの輻射熱でドープ管２１の内部に存在する昇華性のドーパントが加熱されることにより昇華し、気体となったドーパントが融液５の表面５ａに吹き付けられる。融液５の表面５ａに吹き付けられたドーパントのガスは、融液５の内部に取り込まれ、ドープが完了する。

＜本発明の第一実施態様のシリコン単結晶の製造方法＞
次に、本発明の第一実施態様のシリコン単結晶の製造方法を説明する。本実施態様のシリコン単結晶の製造方法は、種結晶を融液５の表面５ａに着液させる着液工程、及び融液５の表面５ａに着液させた種結晶を引き上げ機構４で引き上げることによりシリコン単結晶６を成長させる成長工程に分けられる。以下、それぞれの工程について説明する。

［着液工程］
まず着液工程について説明する。この工程は、種結晶を融液５に着液させる工程である。

着液工程で使用される種結晶は、シリコンの単結晶から切り出されたものである。種結晶には、ドーパントとなる物質が含まれていてもよく、あるいは含まれていなくてもよい。種結晶にドーパントを含ませるのであれば、融液５に含まれるドーパントと同じ種類のものを含ませるのが好ましい。

また、種結晶を着液させる時点で、融液５には、予めドーパントが添加されていてもよいし、添加されていなくてもよい。融液５に予めドーパントを添加しておくことにより、抵抗率の低いシリコン単結晶６を得ることができるが、既に述べたように、融液５に、初めから高い濃度のドーパントが添加されていると、シリコン単結晶６を成長させている間に結晶が崩れてしまう場合がある。この場合、シリコン単結晶６の成長開始時点における融液５に含まれるドーパントの濃度を低くしておき、後で述べるように、シリコン単結晶６の直胴部を成長させる時点で必要とされる濃度のドーパントを添加すればよい。

［成長工程］
次に、融液５に着液させた種結晶を引き上げることにより、シリコン単結晶６を成長させる成長工程について説明する。図２は、本実施態様で製造されるシリコン単結晶６の一例を示す図である。

図２に示すように、シリコン単結晶６は、種結晶の部分からやや径の細いネック部分６１を経て、徐々に拡径する肩部分６２と、一定の径を有する直胴部６３と、徐々に縮径するテール部６４とを有する。シリコン単結晶６を製造する際は、ネック部分６１、肩部分６２、直胴部６３、テール部６４の順に成長させる。シリコン単結晶６からシリコンウェーハを切り出して、半導体デバイスの作製のために使用することができる部分は、直胴部６３である。

既に説明したように、ドーパントを多量に含んだ抵抗率の低いシリコン単結晶６を製造する場合、融液５に多量のドーパントを添加する必要がある。本実施態様のシリコン単結晶の育成方法では、シリコン単結晶６の成長工程のうち、直胴部６３を成長させる期間にドーパント添加工程が含まれ、かかる工程においてドーパントが融液５に添加される。

［ドーパント添加工程］
次に、シリコン単結晶６の成長工程のうち、直胴部６３を成長させる期間に設けられるドーパント添加工程について説明する。

本実施態様で使用されるドーパントは、昇華性のドーパントであり、中でも砒素が好ましい。これらの元素は昇華性が高いので、ドーパントが昇華したガスを融液５に吹き付けて融液５にドーパントを供給する本実施態様において好ましく使用される。

既に述べたように、ドーパント添加工程は、シリコン単結晶６の成長工程のうち、シリコン単結晶６の直胴部６３の成長中に設けられる。この工程では、既に説明したドーパント供給機構を使用して、昇華性のドーパントを昇華させて気体とし、その気体のドーパントを融液５の表面５ａに吹き付けることにより、融液５の内部にドーパントを供給する。

融液５にドーパントが添加されると、凝固点降下現象により融液５の凝固点が低下する。ドーパントの添加量が少量であれば凝固点降下は小さいので、シリコン単結晶の成長に対する影響は小さい。しかし、抵抗率の低いシリコン単結晶６を得るために多量のドーパントが融液５に添加されると、融液５の凝固点降下が無視できない程度に大きくなり、組成的過冷却現象により結晶成長界面で通常のシリコン成長面とは異なる成長が始まる。このような成長が起こると、シリコンの単結晶化が阻害される。ドーパントの添加によってシリコンの単結晶化が阻害される程度は、シリコン単結晶６の肩部分６２の成長中で大きく、直胴部６３の成長中で比較的小さい。このような理由から、本実施態様のシリコン単結晶の成長方法では、直胴部６３の成長中にドーパント添加工程を設ける。

ドーパント添加工程におけるドーパントの添加速度は、ドーパント添加工程の開始時点における残りの融液５の質量１ｋｇあたりの分速で規定され、その速度は０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇである。つまり、ドーパント添加工程の開始時点で融液５が１００ｋｇ残っていたとすれば、ドーパントを１．０〜３．５ｇ／ｍｉｎの速度で融液５に添加すればよい。ドーパントの添加速度は、０．０１５〜０．０３０ｇ／ｍｉｎ・ｋｇであることが好ましい。

ドーパント添加工程の開始時点における残りの融液５の質量は、融液５が収容されている坩堝３の質量変化から算出することも可能であるし、既に結晶化したシリコン単結晶６の長さをもとにその質量を算出し、残りの融液５の質量を算出することも可能である。ドーパント添加工程の開始時点における残りの融液５の質量を算出する手段は、特に限定されない。

ところで、ドーパントが添加された融液５の内部では、すぐにドーパントの濃度分布が一様となるわけではない。このため、ドーパントが融液５に添加されてからしばらくの期間は、その間に引き上げられた部分のシリコン単結晶６の品質が安定しない。したがって、ドーパントの添加速度があまりに遅いと、シリコン単結晶６の直胴部６３のうち、品質の安定した使用可能な部分が少なくなって歩留まりに影響する。この観点において、上記範囲で示したように、ドーパントの添加速度が０．０１ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ以上であれば、良好な歩留まりを確保することができる。また、ドーパントの添加速度が０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ以下であれば、シリコン単結晶６が有転位化することを防止することができる。

ドーパントの添加速度を調整する方法は、特に限定されない。このような方法の一例として、ドーパントが収納されたドープ管２１の内部に対する熱源からの輻射熱量を調整する方法が挙げられる。

例えば、ドープ管２１の位置を調整することにより、ドーパントの添加速度を調整することができる。既に述べたように、ドーパントは、融液５等の熱源から放射される輻射熱により昇華して融液５に添加される。したがって、ドープ管２１が供給管２２と接合する位置、すなわちドープ管２１の停止位置と融液５の表面５ａとの間の距離が大きければドーパントが受ける輻射熱量が小さくなるので、ドーパントの添加速度は小さくなる。反対に、ドープ管２１の停止位置と融液５の表面５ａとの間の距離が小さければドーパントが受ける輻射熱量が大きくなるので、ドーパントの添加速度は大きくなる。

ドーパントが受ける輻射熱の量は、上記のようにドープ管２１と融液５の表面５ａとの間の距離だけでなく、融液５の温度や、ドープ管２１とヒータ９との間の距離等によっても影響を受けるので、ドーパントの添加速度が上記のように０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇとなるように、使用される引き上げ炉２の各装置の配置条件等に合わせて、ドープ管２１の停止位置や熱遮蔽板８の設置条件等を適宜設定すればよい。このためには、条件設定を行うための予備的な製造実験を行い、その製造実験において、質量の明らかなドーパントが融液５等からの輻射熱により完全に気体となるまでの時間を測定することで、ドーパントの融液５への添加速度を算出し、算出された融液５へのドーパントの添加速度が所望の添加速度（０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇ）となるようにすればよい。融液５へのドーパントの添加速度をこのような範囲とするには、一例として、融液５の表面５ａとドープ管２１の停止位置との間の距離を３００〜６００ｍｍの範囲とする方法が挙げられる。

上記のように、ドープ管２１の停止位置等を調整することによって、ドープ管２１の内部に存在するドーパントへの輻射熱量を調整することができるが、他にも、ドープ管２１を輻射熱の透過しにくい不透明石英で構成することにより、ドープ管２１の内部に存在するドーパントへの輻射熱量を調整してもよい。ドープ管２１のうち、不透明石英で構成する箇所については輻射熱が当たるドープ管２１の下部が例示されるが、輻射熱の発生源とドープ管２１との位置関係を考慮して適宜決定すればよい。

また、ドープ管２１と、融液５やヒータ９等の熱源との間に断熱材、あるいは輻射熱を反射する部材を設けることによりドープ管２１の内部に存在するドーパントへの輻射熱量を調整してもよい。断熱材としては、特に限定されないが、熱伝導率の低いカーボン繊維材や黒鉛材が例示される。また、輻射熱を反射する部材としては、モリブデンが例示される。

本発明の第一実施態様は、種結晶をシリコンの融液５に着液させた後に、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶６を成長させるとともに、シリコン単結晶６の直胴部６３の成長中にドーパントを融液５に添加するドーパント添加工程を有するシリコン単結晶の製造方法であって、前記ドーパント添加工程において、前記ドーパント添加工程の開始時点における残りの融液５の質量を算出し、算出された融液５の質量１ｋｇあたり、ドーパントを毎分０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの速度で融液５に添加する。そのため、ドーパントが多量に添加された抵抗率の低いシリコン単結晶６を製造する場合であっても、シリコン単結晶６に転位が導入されるのが防止され、歩留まりを向上させることができる。

また、前記ドーパント添加工程において添加されるドーパントは、昇華可能なドーパントであり、前記ドーパント添加工程において、昇華したドーパントを融液５に吹き付けることにより、融液５にドーパントが供給される。このような供給方法によれば、ドーパントの供給口を融液５の表面５ａに接触させる必要がないため、ドーパントの供給口が融液５の表面５ａに接触することに伴う融液５の対流の変化が防止され、育成中のシリコン単結晶６の有転位化を防止できる点で好ましい。

＜本発明の第二実施態様のシリコン単結晶の製造方法＞
次に、本発明の第二実施態様のシリコン単結晶の製造方法について説明する。第二実施態様のシリコン単結晶の製造方法では、ドーパントの融液５への添加速度を制御するのではなく、ドーパントの添加によるシリコン単結晶６の抵抗率の低下割合を制御することにより、シリコン単結晶６に転位が導入されるのを防止する。なお、既に説明した第一実施態様と重複する部分については説明を省き、第一実施態様と異なる点を中心に以下説明する。

本実施態様のシリコン単結晶の製造方法では、第一実施態様と同様に、シリコン単結晶６の成長工程のうち、直胴部６３を成長させる期間にドーパント添加工程が含まれる。そして、ドーパント添加工程において、ドーパントの添加によるシリコン単結晶６の抵抗率の低下割合を、シリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたり、２〜８％の範囲とする。ここで、シリコン単結晶６の成長方向とは、シリコン単結晶６を引き上げにより成長させる方向であり、シリコン単結晶６の長手方向でもある。

第一実施態様の説明で述べたが、本発明者らの検討により、坩堝３の内部に残されている融液５の質量１ｋｇあたり０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの添加速度でドーパントを融液５に添加すればシリコン単結晶６に転位が導入されるのを抑制できることが明らかとなった。ところで、シリコン単結晶６の抵抗率の低下割合は、融液５に対するドーパントの添加速度とシリコン単結晶６の結晶成長速度（引上げ速度）とで決定される。標準的なシリコン単結晶の引上げ速度である０．５ｍｍ／ｍｉｎで引き上げを行なった場合、上記０．０１ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの添加速度で融液５にドーパントを添加すると、シリコン単結晶６の抵抗率の低下割合がシリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたり２％となり、また、上記０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの添加速度で融液５にドーパントを添加すると、シリコン単結晶６の抵抗率の低下割合がシリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたり８％となる。これらのことから、ドーパントの添加によるシリコン単結晶６の抵抗率の低下割合が、シリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたり、２〜８％の範囲であれば、シリコン単結晶６に転位が導入されるのが抑制されることになる。

なお、ドーパント添加工程によりドーパントをこのように添加しなくても、既に融液５にドーパントが含まれていれば、偏析効果によりシリコン単結晶６の成長に伴って抵抗率は低下する。しかし、偏析効果によるシリコン単結晶６の抵抗率の低下割合は、シリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたり１％程度である。したがって、本実施態様のようにドーパント添加工程を設けて、シリコン単結晶６の成長方向１０ｍｍあたりの抵抗率の低下割合が２〜８％になるようにドーパントを添加することは、偏析効果とは明確に異なるものである。

本実施態様のシリコン単結晶の製造方法により、ドーパントが多量に添加された抵抗率の低いシリコン単結晶６を製造する場合であっても、シリコン単結晶６に転位が導入されるのが防止され、歩留まりを向上させることができる。

以上、本発明のシリコン単結晶の製造方法の実施態様について説明したが、本発明はこれらの実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

例えば、上記実施態様では、融液５等の熱源からの輻射熱により昇華性のドーパントを気化させて、当該ドーパントの気体を融液５の表面５ａに吹き付けることにより、融液５にドーパントを供給しているが、予めドーパントを含むキャリアガスを調製しておいて、当該ドーパントを含むキャリアガスを融液５の表面５ａに吹き付けることにより、融液５にドーパントを供給してもよい。この場合、融液５に添加されるドーパントは昇華性でなくてもよい。

以下、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１００ｋｇの原料となる多結晶シリコンを坩堝に投入して融液とし、この融液にドーパントとして砒素を８００ｇ添加した後にＣＺ法によりシリコン単結晶の引き上げを行った。次に、シリコン単結晶の肩部の引き上げが終了し、直胴部の引き上げを行っている期間において、ドーパント添加工程として、４０ｇの砒素を追加のドーパントとして融液に添加した。ドーパントの添加は、ドープ管に収容したドーパントを融液からの輻射熱により昇華させ、得られたドーパントの気体を融液に吹き付けることにより行った。下記実施例１〜３及び比較例１〜２におけるドーパントの融液への添加速度（ドーパントの昇華速度）は、ドープ管と融液表面との距離を変化させることにより調整した。また、ドーパントの融液への添加速度（ドーパントの昇華速度）は、ドーパント添加工程を開始してからドープ管に収容した４０ｇのドーパントが昇華により消失するまでの時間を測定し、算出した。

実施例１〜３、及び比較例１〜２のシリコン単結晶を作製した条件を表１に示す。なお、表１中、「融液残」とは、ドーパント添加工程を開始した時点における坩堝内の融液の質量（ｋｇ）である。

得られたシリコン単結晶について、ドーパントの追加添加に伴う転位の発生の有無を評価した。転位の発生の有無の評価は、シリコン単結晶の表面に表れる晶癖線を観察することにより行なった。すなわち、シリコン単結晶が有転位化するとシリコン単結晶の表面に存在する晶癖線が消失するので、晶癖線が消失せずに連続していれば無転位であると評価され、晶癖線が途中で消失していれば有転位化したと評価される。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、ドーパント添加工程開始時点における坩堝内の融液の質量１ｋｇあたりのドーパントの添加速度が０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの範囲内である実施例１〜３のシリコン単結晶は、ドーパントの追加添加に伴う転位の発生が無いことがわかる。これに対して、ドーパントの添加速度が上記範囲外である比較例１及び２のシリコン単結晶では、ドーパントの追加添加に伴って転位が発生していることがわかる。このことから、本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、シリコン単結晶の直胴部を成長させている期間に、必要な量のドーパントを融液に添加しても、シリコン単結晶に転位が導入されるのを軽減できることが理解される。これにより、ドーパントが多量に添加された抵抗率の低いシリコン単結晶を、転位を発生させずに製造することが可能となる。

１ シリコン単結晶引き上げ装置
２ 引き上げ炉（チャンバ）
３ 坩堝
４ 引き上げ機構
５ 融液
６ シリコン単結晶
６３ 直胴部
８ 熱遮蔽板
９ ヒータ
１３ 保温筒
１５ 整流筒
１６ 回転軸
２１ ドープ管
２２ 供給管
２４ 遮蔽手段
２５ 昇降手段
２６ ワイヤ
２７ 試料室

Claims (7)

1. 種結晶をシリコンの融液に着液させた後、前記種結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させる成長工程に、前記シリコン単結晶の直胴部の成長中にドーパントを前記融液に添加するドーパント添加工程を含むシリコン単結晶の製造方法であって、
   前記ドーパント添加工程において、前記ドーパント添加工程の開始時点における前記融液の残りの質量を算出し、算出された前記融液の残りの質量１ｋｇあたり、ドーパントを毎分０．０１〜０．０３５ｇ／ｍｉｎ・ｋｇの速度で前記融液に添加することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
2. 前記ドーパント添加工程において、ドーパントの添加による前記シリコン単結晶の抵抗率の低下割合が、前記シリコン単結晶の成長方向１０ｍｍあたり、２〜８％の範囲である請求項１記載のシリコン単結晶の製造方法。
3. 前記ドーパント添加工程において添加されるドーパントは、昇華可能なドーパントであり、
   前記ドーパント添加工程において、昇華したドーパントを前記融液に吹き付けることにより、前記融液にドーパントを供給する請求項１又は２記載のシリコン単結晶の製造方法。
4. 前記ドーパント添加工程で添加されるドーパントは、砒素である請求項１から３のいずれか１項記載のシリコン単結晶の製造方法。
5. 前記ドーパントが収納されたドープ管の内部に対する熱源からの輻射熱量を調整することにより、前記融液にドーパントを添加する速度を調整する請求項１から４のいずれか１項記載のシリコン単結晶の製造方法。
6. 前記ドープ管を不透明の石英で構成することにより、前記輻射熱量を調整する請求項５記載のシリコン単結晶の製造方法。
7. 前記ドープ管と熱源との間に断熱材を設けることにより、前記輻射熱量を調整する請求項５又は６記載のシリコン単結晶の製造方法。

Images