JPH01188487A - 結晶引上げ法におけるドーピング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転引上げ法による結晶の製造において、引
上げ方向に垂直な面内における結晶中のドーパント濃度
差を低減するためのドーピング方法に関する。

〔従来の技術〕

融液から引上げ法によって結晶を製造する際、結晶に所
望の電気的特性を付与する等の目的で不純物（ドーパン
ト）を添加するドーピングが行われている。このドーピ
ング方法としては、これまでのところ次に掲げるものが
知られている。

■　予めドーパントを混合した融液を準備し、その融液
から結晶を引き上げる方法（「半導体結晶材料ハンドブ
ック」フジテクノシステム発行第７８頁） ■　結晶引上げ中に、ドーパント濃度が結晶と等しい原
料を、引き上げた結晶の型置分ずつ連続的に添加する方
法（同書第８４頁） 〔発明が解決しようとする課題〕 ドーパントが添加された融液から引上げ法によって結晶
を製造した場合、結晶中のドーパント６度Ｃ１は、融液
中のドーパント濃度ＣＬとは一般的に異なる。このドー
パント濃度ＣＬ　に対するドーパント濃度ＣＳの比Ｃ，
／ＣＬ　は、偏析係数と呼ばれている。そして、偏析係
数Ｃ−／　Ｃｔが１より小さい場合、従来法によって結
晶を製造したとき、次のような問題が生じる。

前述の方法■で結晶の引上げを行った場合、引上げに伴
って融液中のドーパント濃度ＣＬ　が高くなり、それに
応じ結晶中のドーパント濃度Ｃ８も順次高くなる。また
、結晶の引上げに伴って結晶の周辺部の方が中心部より
も冷却され易いので、周辺部の方が凝固が進み、第１図
に示すように、凝固界面２は上に向けて凸状になる。す
なわち、引上げ方向に対して垂直な断面内において、結
晶ｌの中心部が周辺部よりも凝固が遅れるため、ドーパ
ント濃度は、結晶１の中心部の方が周辺部よりも高くな
る。

一方、安定した引上げを行うためには、結晶１又は坩堝
３を回転させる必要がある。この回転によって、融液４
に対する結晶１の周辺部の相対速度が大きく、融液４に
対する結晶１の中心部の相対速度が小さくなる。そのた
め、中心部の凝固界面２直下では融液４が滞留し易くな
り、ここに滞留部５が形成される。

ここで、偏析係数Ｃ５／ＣＬが１よりも小さい場合、凝
固界面２にドーパントが掃き出される。このため、滞留
部５ではドーパント濃度が高くなって、結晶１のドーパ
ント濃度も高くなる。その結果、結晶１又は坩堝３を回
転させた場合には、引上げ方向に垂直な断面において、
結晶１中心部のドーパント濃度が周辺部のドーパント濃
度よりもますます高くなる。

他方、前述の方法■で結晶の引上げを行った場合、引き
上げた結晶１とドーパン）１度の等しい原料を、引き上
げた結晶１と同じ重量だけ融液４に添加するので、融液
４のドーパント濃度は、結晶１引上げ中も一定になる。

その結果、結晶１のドーパント濃度も引上げ方向で一定
になる。したがって、結晶１の中心部の凝固が周辺部の
凝固より遅れる現象が生じても、ドーパント濃度が方法
■のように中心部で高く周辺部で低くなるようなことが
ない。

しかしながら、方法■においても、結晶１又は坩堝３を
回転させるとき、同様に結晶１の中心部では融液４に対
する相対速度が小さく、中心部の凝固界面２直下で融液
４が滞留部５として滞留する。この滞留部５に起因して
、引上げ方向に垂直な断面において、結晶１中心部のド
ーパント濃度が周辺部よりも高くなる。

そこで、本発明は、引上げ法によって結晶を製造する際
、引上げ方向に垂直な面内における結晶中のドーパント
濃度の差を従来よりも著しく低減させ、一定した品質の
結晶を製造することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のドーピング方法は、その目的を達成するために
、偏析係数が１よりも小さいドーパントを含む融液から
、回転引上げ法によって結晶を製造する方法において、
前記結晶のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度を
有する原料を前記融液に添加することにより、前記融液
のドーパント濃度を連続的に低く変化させながら結晶を
製造することを特徴とする。

ここで、回転引上げ法とは、引き上げられる結晶又は融
液を収容する坩堝を回転させながら、融液から結晶を引
き上げる方法である。或いは、結晶及び坩堝の両者を互
いに逆向きに回転させながら、結晶を引き上げる方法も
、本願明細書でいう回転引上げ法に包含される。

融液中のドーパント濃度を連続的に低く変化させる手段
としては、結晶引上げ中に融液に原料を連続的に添加し
、原料のドーパント濃度を結晶のドーパント濃度よりも
低い濃度とする。ここで、原料のドーパント濃度は一定
でも良く、連続的に低く変化させても良く、或いはドー
パントを含まない原料を添加しても良い。また、添加す
る原料には、ドーパントを予め混合しておいても良く、
またドーパントの割合を定めて原料と同時に融液に添加
しても良い。

〔作用〕

本発明によれば、融液のドーパント濃度が結晶の引上げ
に伴い連続的に低く変化するので、結晶中のドーパント
濃度も引上げに伴って変化する。

そして、結晶中心部の凝固が周辺部よりも遅れることに
より、中心部のドーパント濃度が周辺部のドーパント濃
度よりも低くなる傾向にある。

他方、結晶又は坩堝を回転させているので、本発明にお
いても前述の方法■及び■と同様に、結晶の中心部では
融、液に対する相対速度が小さく、中心部の凝固界面直
下で融液が滞留する。この点からすれば、引上げ方向に
垂直な結晶の断面において、ドーパント濃度は、結晶の
周辺部よりも中心部で高くなる傾向にある。

このようなドーパント濃度の変化に関する相反する現象
が重複することによって、結晶の中心部及び周辺部にお
けるドーパント濃度の差を小さくすることができる。

〔実施例〕

次いで、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引
上げに本発明を適用した実施例を説明する。

半導体の主素材としてシリコンウェーハが知られている
が、このシリコンウェーハを製造するためには、シリコ
ン単結晶の引上げを行う必要がある。このとき、半導体
素材として必要な抵抗値。

ＰＮ特性等を得るため、ドーパントを単結晶に添加して
いる。そこで、燐Ｐをドーパントとして添加し、Ｎ型で
目標抵抗値１０ΩｃＩｎの素材を次・のようにして製造
した。

従来例１ ２５ｋｇの多結晶Ｓ１と３７０ｍｇのＳｉ　−Ｐとを混
合した融液を坩堝に準備し、この融液から結晶径５イン
チ（１２７ｍｍ）　　で１８ｋｇのシリコン単結晶を引
き上げた。得られたシリコン単結晶に、引上げ方向に垂
直な断面内でドーパントの濃度差があった。この濃度差
のため、シリコン単結晶からスライスして得られたシリ
コンウェーハの比抵抗値ρのバラツキΔρは、約１３％
と大きなものであった。なお、バラツキΔρは、次式で
定義された値である。

ｃ ただし、ρ、：外周から５順内側の比抵抗値ρρＣ：中
心部の比抵抗値ρ 従来例２ １０ｋｇの多結晶Ｓｉと１２５ｍｇのＳｉ　−Ｐとを混
合した融液を坩堝に準備し、この融液から結晶径５イン
チ（１２７ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げながら、
引き上げられた結晶と同じ濃度の割合、すなわち多結晶
５１１ｋｇに対してＳｉ　−Ｐを４．４ｍｇの割合で混
合した原料を、引き上げられた結晶の重量分ずつ連続的
に添加した。そして、結晶の引上げ重量を、従来例１と
同様に１８ｋｇとした。この引き上げられたシリコン単
結晶から得られたシリコンウェーハの比抵抗値ρのバラ
ツキΔρは、約８％であった。

本発明例 １０ｋｇの多結晶Ｓ！と１２５ｍｇのＳｉ　−Ｐとを混
合した融液を坩堝に準備し、この融液から結晶径５イン
チ（１２７ｍｍ）のシリコン単結晶を引き上げながら、
引き上げた結晶よりも低いドーパント濃度をもつ原料、
すなわち多結晶５１１ｋｇに対してＳｉ　−Ｐを０．５
■の割合で混合した原料を、引き上げられた結晶の重量
分づつ連続的に添加した。そして、結晶の引上げ重量を
、同様に１８ｋｇとした。この引き上げられたシリコン
単結晶から得られたシリコンウェーハの比抵抗値ρのバ
ラツキΔρは約３％と低く、ドーパント濃度のバラツキ
が抑制されていることが判る。

なお、以上の例においては、シリコン単結晶の引上げを
説明した。しかし、本発明は、これに拘束されるもので
はなく、シリコン以外のたとえば化合物半導体、多結晶
等の引上げに対しても同様に適用されるものである。そ
して、面内の不純物濃度のバラツキが小さくされている
ため、得られた製品の品質が安定したものとなり、信頼
性の高い材料を提供することができる。

また、融液或いはドーパントの種類によっては、結晶中
のドーパント濃度Ｃｓが融液中のドーパント濃度ＣＬよ
りも高く、偏析係数Ｃ，／Ｃ，がｌより大きくなること
がある。このような場合には、結晶中のドーパント濃度
Ｃｓよりも高いドーパント濃度を有する原料を添加する
ことにより、融液のドーパント濃度を連続的に高く変化
させる。これによって、同様に結晶中の濃度差を小さく
することができる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、融液のドー
パント濃度を連続的に低く変化させることにより、引上
げ方向に垂直な断面における結晶中のドーパント濃度の
差を従来よりも著しく低減させることができる。そのた
め、引き上げた結晶からスライスして得られるウェーハ
状の製品は、その面内でドーパント濃度にバラツキが少
なく、比抵抗値等の物性が均一なものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、融液から結晶を引き上げる場合の概略図であ
る。 １：結晶　　　　　　　　２：凝固界面３：坩堝　　　
　　　　　４：融液 ５：滞留部 特許出願人　　　　新日本製鐵　株式會社（ほか１名） 代　　理　　人　　　　　　小　　堀　　　益　（ばか
２名）第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、偏析係数が１よりも小さいドーパントを含む融液か
   ら、回転引上げ法によって結晶を製造する方法において
   、前記結晶のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度
   を有する原料を前記融液に添加することにより、前記融
   液のドーパント濃度を連続的に低く変化させながら結晶
   を製造することを特徴とする結晶引上げ法におけるドー
   ピング方法。