JPH02116695A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

単結晶の製造方法

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JPH02116695A
JPH02116695A JP26880588A JP26880588A JPH02116695A JP H02116695 A JPH02116695 A JP H02116695A JP 26880588 A JP26880588 A JP 26880588A JP 26880588 A JP26880588 A JP 26880588A JP H02116695 A JPH02116695 A JP H02116695A
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JP
Japan
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single crystal
inert gas
control ring
melt
crucible
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JP26880588A
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English (en)
Inventor
Kaoru Kuramochi
薫 倉持
Masato Ito
誠人 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd
Osaka Titanium Co Ltd
Original Assignee
KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd
Osaka Titanium Co Ltd
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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C2(チョクラルスキー)法によりアンチモン
をドープした単結晶を製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
CZ法は、例えばシリコン単結晶を製造する場合には坩
堝内に原料である多結晶シリコンを入れてこれを加熱溶
融させた後、この溶融液に種結晶を接触させ、これを回
転させつつ引上げて種結晶下端に単結晶を成長せしめる
方法である。
ところで近年にあっては通常n型の半導体単結晶を製造
する場合ドーパントとしてはP(リン)が−船釣である
が、近時にあってはアンチモン(5b)をドープした単
結晶の需要が増加している。
しかしp、sbのいずれも偏析係数が小さく単結晶の軸
長方向においてドーパント濃度を均一に維持するのは容
易でない。一般に単結晶の引上率とドーパント?震度と
の関係は下記(11式で表される。
Cs= kCo(1g)k−’  ・(tl但し、Cs
:gの点における単結晶中のドーパント濃度 にニド−バント固有の偏析係数 co=単結晶引上げ開始前の溶融液中のドパント濃度 例えばドーパントとしてPを用いた場合には偏析係数は
0.35であり、単結晶の引上げ開始初期と後期とでは
ドーパン)?H度に4〜5倍の差が生じる。
一方sbの場合はPに比較して偏析係数は更に低く (
0,023)  ドーバンI−tH度の均一化は一層難
しい。
ところで一般にアンチモンは沸点が低く  (1440
℃latm)、減圧下ではシリコン溶融液中から薄発し
易い性質があるため、この性質を利用して単結晶の引上
げ過程で単結晶中に取り込まれずに溶融液中に取り残さ
れるアンチモン量の残留分を蒸発によって除去し、溶融
液中のアンチモン量を一定に維持すべく単結晶の引上げ
速度を変化させ、或いは不活性ガス供給量、或いはチャ
ンバ内圧力を調節することが試みられている。
しかし単結晶の引上速度を変更することは逆に引上条件
が規制されて任意に選択出来ないことによる不都合が生
じ、またチャンバ内圧力の調節する方法では蒸発したア
ンチモン、シリコン酸化物が凝縮してシリコン溶融面に
落下し、結晶に転位が生じるおそれがあり、十分なアン
チモンの蒸発量制御が出来ないという欠点があった。こ
の対策として第5図に示す如き方法が提案されている。
第5図は従来における単結晶製造方法(特開昭61−2
27986号)の拡大部分断面図であり、坩堝22上に
大径の円筒体23を、またこれよりも内側に截頭円錐形
をなすガス整流体24を同心状に配設し、坩堝22内の
溶融液の中央から単結晶27を前記ガス整流体24、円
筒体23を通して上方に引上げるようにしである。単結
晶27の引上げ過程で円筒体23の上端側から不活性ガ
スを坩堝22内に向けて供給し、その一部は円筒体23
下端を通って坩堝22内の周縁部側に導き坩堝22外に
排出し、また他の一部はガス整流体24の上端からその
内側に導き、溶融液表面を中心部側から周縁部側に流し
て坩堝22外に排出する。この結果、坩堝22内の溶融
液表面に対する不活性ガスの通流量を調節することでア
ンチモンの蒸発量を調節することを可能としである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところでこのような従来方法にあっては円筒体23を通
じて溶融液表面に供給される不活性ガスの流れは複雑で
坩堝22の直径が大きくなった場合、アンチモン蒸発の
精細な制御が難しいという問題があった。
下記(2)式は(1)式の蒸発の項を蒸発係数Eとおい
た場合を示している。
Cs= kCo(1g)”’−’   ・−(2)但し
、Cs:gの点における単結晶中のドーパント濃度 にニド−パント固有の偏析係数 Co:単結晶引上げ開始前の溶融液中のドパント濃度 E:蒸発係数 この式から明らかなように単結晶の軸方向のアンチモン
濃度を均一にするにはに+E=1とする必要があり低偏
析係数(0,023)のsbの場合は、蒸発係数を制御
することが重要となっている。しかも石英坩堝の大口径
化に伴いその重みが増している。
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところはアンチモンの蒸発量を定量的に制御
可能とした単結晶の製造方法を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る単結晶の製造方法は、溶融液面に吹き付け
る不活性ガス流速及び不活性ガスを直接吹き付けるべき
溶融液面積を調節する。
〔作用〕
本発明はこれによって単結晶の引上げ過程でアンチモン
の蒸発量を所定値に維持することが可能となる。
〔実施例〕
以下本発明を図面に基づき置体的に説明する。
第1図は本発明に係る単結晶製造方法の実施状態を示す
構成的断面図、第2図は部分拡大図であり、図中1はチ
ャンバ、2は坩堝、3はヒータヲ示している。
チャンバ1内の下部中央に坩堝2が支持軸4にて回転、
並びに昇降可能に支持され、またその外周にヒータ3、
保温壁1aが同心状に配設されている。
チャンバ1の上部壁中央にはAr等の不活性ガスの供給
筒を兼ねて即結晶引上げ用の保護筒1bが立設され、こ
の保護筒1bの上方から引上軸5がチャソバ1内に垂下
されている。引上軸5の下端には種結晶6が取り付けら
れており、これを溶融液に浸した後回転させつつ上昇さ
せることによって種結晶6の下端に単結晶7を成長せし
めてゆくようになっている。
そしてチャンバl内には坩堝2の上方に位置して遮蔽部
材9が配設され、またこの遮蔽部材9下に制御リング1
0が吊設されている。
遮蔽部材9は内径が坩堝2の外径と略等しい環状板9a
の外周縁部から支持筒9bを垂直下向きに、また内周縁
部から中心部側に向けて斜め下方に傾斜させて逆円錐台
形の覆板9Cを備えており、覆板9cの中心部には単結
晶7の直径よりも若干大きい開口部9dを備えている。
このような遮蔽部材9を保温壁la上に載置することに
よって坩堝2の上方を単結晶7の周囲に僅かの間隙を残
して覆い、溶融液面からの輻射熱及び加熱ガス等が単結
晶7の周囲に達するのを遮断すると共に、保護筒1b上
方から供給される不活性ガスを単結晶7の周囲に沿って
坩堝2内の溶融液中央に轟くようになっている。
制御リング10は石英製であって第2.3図に示す如く
円環状に形成され、その下端部がO〜50璽醜溶融液中
に沈めた状態で前記遮蔽部材9における覆板9cに吊り
下げられて溶融液表面を制御リング10で囲われた領域
Aと、その外側の領域Bとに区分するようになっている
制御リング10の外径、高さは特に限定するものではな
いが、例えば直径16#の坩堝に用いる場合は外径が2
00〜360鶴、高さは20〜100 **程度である
制御リング10の内径が余り小さ過ぎると、単結晶の成
長域に温度変動を与える広れがあり、また径が大き過ぎ
るとアンチモンの蒸発量が過大となり、蒸発量制御が難
しくなることから、外径は200〜360龍、望ましく
は250〜300龍とするのがよい。
なおこの寸法は溶融液中のアンチモンの濃度とは実質的
に無関係である。何故なら、揮発性の高い溶質が希薄溶
液中に含まれている場合における蒸発量はラウールの法
則から明らかな如く溶融液中の溶質の濃度に比例するか
らである。
また制御リング10の材質については石英に限らずカー
ボン、セラミック等を用いてもよい。
保護筒1bを通じて坩堝2側に向けて供給する不活性ガ
スの供給量は特に限定するものではないがアンチモン蒸
気の逆流、溶融液面の振動を防止するために0.5〜1
0m/秒程度、望ましくは3〜6m/秒の不活性ガス流
速で得られるようにするのが望ましい。
而してこのような本発明装置にあっては坩堝2内に原料
を装入してヒータ3によりこれを加熱溶融した後、引上
軸5を下降してその下端に装着した種結晶6を遮蔽部材
9の開口部9dを通して坩堝2内の溶融液に浸漬し、回
転させつつ引上げ、種結晶6の下端に単結晶7を成長せ
しめてゆ(。この間保護筒1bの上端側からはAr、 
N2等の不活性ガスを坩堝2内の溶融液表面における制
御リング10で囲われた内側領域Aで所定の流速が得ら
れるように供給する。不活性ガスは単結晶7の周囲に沿
って下降し、保護筒1bの下端から、更に逆円錐台形を
なす遮蔽部材9の覆板9cに沿って下降し、開口部9d
と単結晶7との間の隙間から坩堝2内の溶融液上であっ
て、且つ制御リング10で囲われた領域A内に流入し、
溶融液面に沿って周縁部側に向は所定の流速で流れ、制
御リング10に達してこれに沿って上昇し、制御リング
10と遮蔽部材9下面との間の間隙を経て制御リング1
0の外側領域Bに流れ、坩堝2の周縁部とヒータ3との
間を経て外部に排出されることとなる。
この結果、制御リング10の内側領域Aでは不活性ガス
の殆んどが溶融液表面に沿って通流する結果、ガス流速
が大きくアンチモンの分圧が低下し、アンチモンの蒸発
が一層活発となる。これに対し制御リング10の外側領
域Bでは不活性ガス流が制御リング10の上端部を通っ
てくるため、溶融液面に沿った流速は小さく、アンチモ
ンの分圧低下が小さ(アンチモンの蒸発はむしろ制御さ
れることとなる。
従って制御リング10の直径を変えることによって不活
性ガスが大きい流速で直接的に吹き付けられる内側領域
Aの面積が変化し、不活性ガス流速と組み合わせること
によりアンチモンの蒸発量を精細に調節することが可能
となる。
〔数値例〕
直径16″の石英坩堝を使用して直径6″のシリコン単
結晶を1.0mm/分で引上げ製造する過程で、直径2
50 m、 300 w論、 350 mmの石英製制
御リング10を溶融液中に5麿磨浸漬して用いた。単結
晶製造時のチャンバ内圧力は10Torr、坩堝の回転
数5r。
1.m、、種結晶回転数20r、p、m、で互いに逆向
きに回転させた。
この結果、直径250 wの制御リングを用いたときの
薫発係数は0.74となり、引上率80%でのアンチモ
ン濃度のばらつきは±11%であった。
なお、直径300龍の制御リングを用いたときの蒸発係
数は1.05であり引上率80%でのアンチモン濃度の
ばらつきは、±6.5以下迄向上した。
第4図は単結晶の引上率(単結晶の全長に対する種結晶
側端部からの距離の比率)と抵抗率(0cm)との関係
を示すグラフであり、直径300■厘の制御リングを用
いたときの抵抗率は略一定しており、直径250關、3
50請會の制御リングを用いたときの抵抗率は前者では
若干低く、後者では高くなっていることが解る。
〔発明の効果〕 以上の如く本発明方法にあっては不活性ガスの供給量と
、この不活性ガスを直線的に吹き付ける溶融液面積を変
更することによってアンチモン蒸発量を調節するから、
アンチモン蒸発量の精細な制御が可能となり、単結晶の
軸方向におけるアンチモン濃度を均一化出来るなど本発
明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の実施状態を示す模式的断面図、第
2図は不活性ガスによるアンチモンの窯発制御の態様を
示す説明図、第3図は制Jllリングの斜視図、第4図
は単結晶の引上率と抵抗率との関係を示すグラフ、第5
図は従来方法の説明図である。 1・・・チャンバ 2・・・坩堝 3・・・ヒータ4・
・・支持軸 5・・・引上軸 6・・・種結晶7・・・
単結晶 9・・・遮蔽部材 10・・・制御リング特 
許 出願人 大阪チタニウム製造株式会社(外1名) 代理人 弁理士 河   野   登   火弟 図 弔 図 弔 図 (g) 弔 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単結晶原料の溶融液からのアンチモンドーパントの
    蒸発量を、不活性ガス流で調節しつつ単結晶を引上げる
    単結晶の製造方法において、 溶融液面に吹き付ける不活性ガス流速及び 不活性ガスを直接吹き付けるべき溶融液面積を調節する
    ことを特徴とする単結晶の製造方法。
JP26880588A 1988-10-25 1988-10-25 単結晶の製造方法 Pending JPH02116695A (ja)

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