JPH035393A - シリコン単結晶の製造方法 - 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、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の
製造方法に関する。特に、シリコン原料を連続的に供給
しながらシリコン単結晶を引き上げる方法に関する。

［従来の技術］ チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引き上げ方
法は従来から行われており、はぼ完成された技術となっ
ている。

この技術では、周知のように石英製るつぼに溶融した半
導体原料を入れ、種結晶をこの溶融面に接すると同時に
回転させながら徐々に引き上げると、接触面の凝固と共
に結晶成長が行われ、円柱状の単結晶を得ることが出来
る。

この時、目的に応じて単結晶をＰ型またはＮ型の半導体
にするために、溶融原料に適量のボロン、アンチモン、
リン等のドープ剤を混入させている。しかしながら、こ
れらのドープ剤の単結晶への取り込まれ方は一定ではな
く、下部はど濃度が高くなる。

また、この方法ではるつぼ内の溶融した半導体原料が単
結晶の成長と共に減少するため、石英製るつぼ材より融
液中に溶は込む酸素量が減少し、単結晶中の酸素濃度は
下部はど低くなる。

上記のようなドープ剤と酸素の偏在により、成分に関す
る仕様が厳しい場合には、使用に耐えるウェハーの歩留
りが５０％以下になることもある。

このような問題を解決する効果的な方法として、シリコ
ン原料をるつぼに連続的または間欠的に供給して、溶融
原料の液面を一定に保持する方法が知られている。特に
最近では、高品質の粒状多結晶シリコンが製造できるよ
うになり、この粒状シリコンを連続的かつ一定量づつ溶
融原料に供給することが報告されている０例えば、特開
昭５８−１３０１９５号、特開昭６３−９５１９５号、
実開昭５９−１４１５７８号がある。

上記の発明は第６図に模式的に示すように、溶融シリコ
ン４が入ったるつぼ１を、該溶融シリコンが移動しうる
ように内側の単結晶育成部Ｂと外側の原料溶解部Ａとに
連通孔１２を有する仕切り部材１１により仕切り、外側
の原料溶解部Ａにシリコン原料１４を連続的に供給しな
がら、内側の単結晶育成部Ｂからシリコン単結晶５を引
き上げようとするものである。るつぼ中の溶融シリコン
４はヒータ６によって加熱されている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記のような従来技術をもとに、粒状シリコンを連続的
かつ直接るつぼ内に供給しながら単結晶を引き上げる場
合、次の問題点がある。

すなわち、原料溶解部の融液は、供給される粒状シリコ
ン原料を溶解するのに十分な高温に維持されているが、
この高温融液がシリコンの融点直上に維持されている単
結晶育成部に供給される際に、熱流を乱し、単結晶中に
熱変動による欠陥を生じさせたり、単結晶化を阻害した
りする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、溶融原料が入ったるつぼ内に粒状または塊状原料を
連続的に供給するようにした単結晶製造方法において、
単結晶の育成を阻害せずに投入した原料を確実に溶解し
て、熱変動による欠陥の無い、引き上げ方向のドープ剤
濃度及び酸素濃度がほぼ一定の単結晶を製造することが
出来る方法を提供することを目的としたものである。

本発明は、前記の問題点を解決し目的を達成するために
なされたもので、溶融シリコンが入ったるつぼを該溶融
シリコンが移動しうるように内側の単結晶育成部と外側
の原料供給部とに仕切り、該原料供給部にシリコン原料
を連続的に供給しながら該単結晶育成部からシリコン単
結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法において、
該仕切りに複数の微小孔を設け、該原料供給部の高温融
液が、引き上げられる単結晶の重量に見合った量だけ内
側の単結晶育成部の融液中に分散供給されるようにした
ことを特徴とする。

［作用］ まず供給される粒状シリコン原料が十分溶解されるよう
に原料溶解部を高温に保ち、かつ内側の単結晶育成部を
シリコンの融点直上に維持した状態で、原料溶解部に結
晶の引き上げ量に見合った粒状原料を供給する。原料溶
解部で溶解されたシリコン原料は、仕切り部材に設けら
れた複数の微小孔を通過して内側の単結晶育成部に流入
する。

本発明は、この単結晶育成部に流入する高温の融液を分
散流入させるために、個々の微小孔からの流入は少量と
なり、単結晶育成部融液温度に短時間で達する。したが
って、温度変動を抑えるように作用するので原料溶解部
は供給される粒状シリコン原料が十分溶解されるような
高温に保つことができ、かつ熱対流の乱れを少なくし、
融液の温度変動による結晶欠陥の発生や有転移化を防止
することが出来る。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例を模式的に示したものである
０図において、１は石英るつぼで、黒鉛るつぼ２のなか
にセットされている。４は石英るつぼ１内に入れられた
溶融シリコンで、これから柱状に育成されたシリコン単
結晶５が引き上げられる０粒状のシリコン原料１４は原
料供給装置１３から原料溶解部Ａに供給される。６は黒
鉛るつぼ２を取り囲むヒーターである。７はこのヒータ
６を取り囲むホットゾーン断熱材で、これらはチャンバ
ー８内に収容されている。黒鉛るつぼ２はペデスタル３
上に上下動及び回転可能に支持されている０以上は通常
のチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造装置
と基本的には同じである。

１１は高純度の石英ガラスからなりるつぼ１内にこれと
同心的に配置された仕切り部材である。

この仕切り部材１１には第２図に示すように複数の微小
孔１２が開けられている。Ａの原料溶解部の高温融液原
料はこの微小孔１２を通ってＢの単結晶育成部に流入す
る。

第３図に直径３龍の微小孔数とＢの単結晶育成部融液面
の温度測定結果の１例を示す、微小孔が１個の場合に比
べて２個以上の場合のほうが単結晶育成部Ｂでの温度変
動が小さく、通常のチョクラルスキー法と同等の単結晶
引き上げが出来る。

微小孔の大きさに対しては、あまり小さくすると仕切り
部材の熱変形によりつぶれてしまうし、反対に大きいと
仕切り部材の内外で融液の流入出変動を起こす、微小孔
の直径が１〜４ｍｍの範囲で良好の結果が得られる。ま
た穴の位置は分散されていれば任意でも良い、形状に対
しても第２図に示すように円状である必要はなく、スリ
ット状の細長いものでも良い、また、仕切り部材１１の
側面だけではなく、第４図に示すように仕切り部底部に
凹みを付けても良いが、微小孔から流入する熱塊が十分
に拡散、混合できるようにこの仕切りの底部側に設は単
結晶の固液界面から遠ざけるほうが好ましい。

第５図に複数の微小孔を設けて分散供給した場合としな
い場合とでの結晶欠陥＜ｏｓｉ”＞密度を示す０本実施
例では、直径２ｍｍの微小孔を仕切りの底部周辺に８個
分散配置したものを用いた。

分散供給した場合には明らかに欠陥密度が減少すること
が分かった。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、溶融シリコンが入ったる
つぼを該溶融シリコンが移動しうるように内側の単結晶
育成部と外側の原料供給部とに仕切り、該原料供給部に
シリコン原料を連続的に供給しながら該単結晶育成部か
らシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方
法において、該仕切りに複数の微小孔を設け、該原料供
給部の高温融液が、引き上げられる単結晶の重量に見合
った量だけ内側の単結晶育成部の融液中に分散供給され
るように構成したので、原料溶解部は供給される粒状シ
リコン原料が十分溶解されるような高温に保つことが出
来、かつ熱対流の乱れを少なくし、温度変動による結晶
欠陥の発生や有転移化を防止することが出来た。

較を示す図、第６図は従来方法のシリコン単結晶の製造
装置を模式的に示した縦断面図である。

１・・・石英るつぼ、４・・・溶融原料、５・・・シリ
コン単結晶、６・・・ヒータ、１１・・・仕切り部材、
１２・・・微小孔、１３・・・原料供給装置、１４・・
・粒状原料、Ａ・・・原料溶解部、Ｂ・・・単結晶育成
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　溶融シリコンが入ったるつぼを該溶融シリコンが移動
   しうるように内側の単結晶育成部と外側の原料供給部と
   に仕切り、該原料供給部にシリコン原料を連続的に供給
   しながら該単結晶育成部からシリコン単結晶を引き上げ
   るシリコン単結晶の製造方法において、該仕切りに複数
   の微小孔を設け、該原料供給部の高温融液が、引き上げ
   られる単結晶の重量に見合った量だけ内側の単結晶育成
   部の融液中に分散供給されるようにしたことを特徴とす
   るシリコン単結晶の製造方法。