JPH07309693A - 単結晶製造方法 - Google Patents

単結晶製造方法

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JPH07309693A
JPH07309693A JP10246594A JP10246594A JPH07309693A JP H07309693 A JPH07309693 A JP H07309693A JP 10246594 A JP10246594 A JP 10246594A JP 10246594 A JP10246594 A JP 10246594A JP H07309693 A JPH07309693 A JP H07309693A
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JP
Japan
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single crystal
crystal
crucible
pulling
ingot
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JP10246594A
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English (en)
Inventor
Takashi Naganuma
孝 長沼
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インゴットの結晶成長方向における抵抗値の
バラツキの狭小化。 【構成】 ルツボ内に多結晶シリコンとボロン(P型)
を入れた後、前記ルツボ内の材料を溶かし、その後溶け
た融液に種結晶の下端を浸漬させ、前記種結晶を相対的
に引き上げながらルツボおよび種結晶を回転させて前記
種結晶に単結晶を成長させる。単結晶引き上げの途中で
リン(N型)を追加供給する。ボロンの量は、インゴッ
トの引き上げ最初側部分の不純物濃度が所望の抵抗値域
に入るように設定するとともに、単結晶引き上げの途中
で供給されるリンの量および供給時点は、インゴットの
引き上げ最終側部分の抵抗値が目標値の抵抗値域に入る
ように設定する。追加供給された逆導電型の不純物の結
晶内への取り込みによって結晶成長部分の抵抗値の変化
率が鈍くなり、インゴットのトップからテイルに至る全
体の抵抗値が目標値内に収まり、ウエハの収益性が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶引上方法、特に、
チョクラルスキー(CZ)法による単結晶製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】シリコン(Si)単結晶の製造方法の一
つとして、ルツボ内に収容したシリコン融液に種結晶の
下端を浸漬させ、ルツボおよび種結晶を回転させるとと
もに、種結晶を引き上げて種結晶の下にシリコン単結晶
を成長形成する方法(チョクラルスキー法)が知られて
いる。チョクラルスキー法については、株式会社オーム
社発行「半導体ハンドブック」昭和56年6月30日発行、
P128およびP129に記載されている。この文献には「CZ
結晶の成長方向の不純物濃度分布は自然凝固の形であ
り,また抵抗率は不純物濃度に反比例するため,狭い抵
抗率範囲の結晶を収率良くとるには,目的の下限抵抗率
の推定長さまでで引上げを終わり,引上量と同量の新原
料を加え,再溶解後,新たに引き上げるリチャージ法
や,偏析による融液中の不純物濃度増加分を蒸発によっ
て逃すような減圧下引上法がある。」旨記載されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】チョクラルスキー法に
よって製造された棒状の単結晶(インゴット)において
は、前記文献にも記載されているように、CZ結晶の成
長方向(軸方向)の不純物濃度分布は自然凝固の形態を
とる。このため、インゴットのトップ側(単結晶の引き
上げ最初側部分)では不純物濃度が低く、インゴットの
テイル側(単結晶の引き上げ最終側部分)では不純物濃
度が高くなる。インゴットの軸方向の不純物濃度のバラ
ツキは、インゴットを薄く切断して得られる半導体ウエ
ハの収益をあげるため、極力小さくすることが望まし
い。一方、単結晶製造の収益向上からインゴットはより
長大化の傾向にある。このため、実際には、インゴット
のトップからテイルに至る全域の不純物濃度を目標値内
に収めることは難しく、トップ側およびテイル側から製
造したウエハは所望の不純物濃度域、すなわち抵抗値域
から外れることが多い。
【0004】本発明の目的は、インゴットの各部の抵抗
値を目標値域にすることができる単結晶製造方法を提供
することにある。
【0005】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の単結晶製造方法
は、ルツボ内に多結晶シリコンと第1導電型決定用不純
物材料を入れた後、前記ルツボ内の材料を溶かし、その
後溶けた融液に種結晶の下端を浸漬させ、前記種結晶を
相対的に引き上げながらルツボおよび種結晶を回転させ
て前記種結晶に単結晶を成長させる単結晶製造方法であ
って、単結晶引き上げの途中で第2導電型決定用不純物
材料をルツボ内に少なくとも1回供給して単結晶の引き
上げを行う。第1導電型決定用不純物材料の量は、製造
される単結晶の引き上げ最初側部分の不純物濃度が、所
望の抵抗値域に入るように設定されるとともに、単結晶
引き上げの途中で供給される第2導電型決定用不純物材
料の量および供給時点は、単結晶の引き上げ最終側部分
の抵抗値が目標値の抵抗値域に入るように設定される。
【0007】
【作用】上記した手段によれば、本発明の単結晶製造方
法は、ルツボ内に多結晶シリコンと第1導電型決定用不
純物材料を入れた後、この材料を溶かして単結晶を製造
するが、第1導電型決定用不純物材料のルツボ内への供
給量は、単結晶の引き上げ最初側部分の抵抗値が目標値
の抵抗値域に入るように設定されている。また、単結晶
引き上げの途中では、ルツボ内に入れられた不純物とは
逆導電型となる第2導電型決定用不純物材料が追加供給
されるため、成長する単結晶部分には相互に異なる導電
型の不純物が偏析し、従来のように同一不純物が多く偏
析して抵抗値が小さくなり過ぎることがなく、抵抗値が
目標値内に収まるようになる。
【0008】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図1は本発明のシリコン単結晶の製造方法
による手順を示すフローチャート、図2は本発明の単結
晶製造を行う単結晶引上装置の概要を示す断面図、図3
は本発明の単結晶製造方法によって製造されたインゴッ
トを示す正面図、図4は本発明の単結晶製造方法によっ
て製造されたインゴットにおける軸方向の抵抗値を示す
グラフである。
【0009】本発明の単結晶製造方法を説明する前に、
使用するCZ型単結晶引上装置について説明する。単結
晶引上装置は、図2に示すように、ベース1上にチャン
バ2を有する構造となっている。前記チャンバ2は、円
筒状のメインチャンバ3と、このメインチャンバ3の上
部を塞ぐアッパーチャンバ4と、前記アッパーチャンバ
4の中央上部の筒状のプルチャンバ5とからなってい
る。前記メインチャンバ3の中央には、ルツボ7が配設
されている。このルツボ7は、上部が開口した石英ルツ
ボ8と、この石英ルツボ8を収容支持する黒鉛ルツボ9
とからなっている。前記黒鉛ルツボ9はモータ10の回
転軸11によって回転制御される台座12上に載置され
る。前記回転軸11は、軸受15を介してメインチャン
バ3の底板16部分で支持されている。また、前記モー
タ10は図示しない昇降機構によって支持されている。
したがって、前記ルツボ7は矢印に示すように昇降およ
び回転制御可能となっている。
【0010】また、前記プルチャンバ5の上部には、図
示しない結晶引上機構が設けられている。前記プルチャ
ンバ5の中心には、前記結晶引上機構のワイヤ17が垂
れ下がっている。前記ワイヤ17の下端にはシードチャ
ック18が取り付けられ、単結晶の種結晶(シード)1
9が保持される。一方、前記メインチャンバ3の底板1
6上には、前記ルツボ7に対して同心円的にヒータ25
および断熱材26が配設されている。また、前記プルチ
ャンバ5側からは、Ar等のガス27がチャンバ2内に
流される。このガス27は、ベース1側に設けられた排
気管28から真空排気される。
【0011】単結晶製造においては、最初にルツボ内に
原料(材料)が入れられ、その後原料を溶融した後単結
晶の引き上げが行われる。MOS(Metal Oxide Semico
ndu-ctor)トランジスタの製造用に用いられる半導体基
板(ウエハ)は、たとえば、ボロン(B)を拡散させた
P型のシリコン基板が使用される。また、この場合、半
導体基板の抵抗値は9〜12Ω−cmのものが使用され
る。本実施例では、抵抗値が9〜12Ω−cmとなるイ
ンゴットの製造例について説明する。従来、インゴット
内に原料となる多結晶シリコンと、P導電型決定用不純
物材料としてのボロンを入れ、その後単結晶の引き上げ
を行った場合、抵抗値は図4の二点鎖線で示すように、
インゴットのトップでは13Ω−cmとなり、テイルで
は7Ω−cmとなり、トップ側とテイル側に単結晶製造
の目標値(規格値)である12〜9Ω−cmから外れる
部分が発生する。
【0012】本実施例では、インゴットのトップからテ
イルに至る全長で、抵抗値が目標値である9〜12Ω−
cmとなるような単結晶の製造方法を提供するものであ
る。このため、本実施例においては、前記CZ型単結晶
引上装置を用い、図1のフローチャートで示す手順で単
結晶製造を行う。最初にルツボ7内に原料(材料)とし
ての多結晶シリコンとボロン(B)とが入れられて溶融
される。第1導電型決定用不純物としてのボロンの量
は、製造される単結晶(インゴット)の引き上げ最初側
部分(トップ)の不純物濃度が、目標値である上限の1
2Ω−cm以下に入るように設定される。
【0013】つぎに、前記シードチャック18に保持さ
れた種結晶19の下端が融液31中に浸漬される。その
後、シードチャック18およびルツボ7を矢印の方向に
回転させるとともに、種結晶19を相対的に引き上げ、
種結晶19の下端に所望の太さの単結晶(インゴット)
32を成長させ、かつ図3に示すようなインゴット32
を製造して単結晶製造を終了する。本実施例では、単結
晶引き上げの途中で、P型不純物とは逆導電型となる第
2導電型決定用不純物として、リン(P)がルツボ7内
に所定量供給される。リンの供給量および溶けて供給さ
れた時点Aでは、図4に示すように、インゴットのテイ
ルにおける抵抗値が、目標値である下限の8Ω−cm以
上の大きさとなるように設定される。すなわち、単結晶
引き上げにおいては、結晶の成長方向の不純物濃度分布
は自然凝固の形となる。また、融液31内には第1導電
型決定用不純物となるボロンと、第2導電型決定用不純
物となるリンが混在していることから、ボロンとリンが
ともに単結晶中に取り込まれる。このため、単結晶中に
おいて正孔と電子との再結合が起き、インゴットの単結
晶成長方向での抵抗値の変化率は鈍くなり、インゴット
長さが長くなっても、トップ33からテイル34に至る
部分の抵抗値の変化幅は小さくなる。
【0014】本実施例によって得られたインゴット32
はスライスされてウエハとされる。インゴット32のト
ップ33からテイル34に至る各部の抵抗値は、目標の
抵抗値域、すなわち9〜12Ω−cmに収まっているこ
とから、各ウエハは所定の特性を有するMOSトランジ
スタ製造用のウエハに適したものとなり、ウエハの収益
性が向上する。
【0015】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、
単結晶引き上げの途中に不純物材料を追加供給する作業
は複数回でもよい。この場合、より細かな抵抗値の制御
が可能となる。また、前記実施例では、P型シリコン半
導体基板を製造するためのインゴットを製造する例につ
いて説明したが、N型半導体基板を製造する場合に、初
期にルツボ内のN型不純物濃度を選択し、かつ単結晶引
き上げの途中でP型不純物を追加供給すれば、前記実施
例同様に抵抗値域の狭いインゴットを形成できることに
なる。
【0016】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるシリコ
ン単結晶の製造技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、化合物半導体、た
とえば、LEC(Liquid Encapsulated Czochralski )
法によるGaAs単結晶の製造技術などに適用できる。
本発明は少なくとも引き上げ単結晶製造技術には適用で
きる。
【0017】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。本発明の単結晶製造方法によれば、
インゴットの結晶成長方向における各部の抵抗値のバラ
ツキを小さくできることから、ウエハの収益性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシリコン単結晶の製造方法による手順
を示すフローチャートである。
【図2】本発明の単結晶製造を行う単結晶引上装置の概
要を示す断面図である。
【図3】本発明の単結晶製造方法によって製造されたイ
ンゴットを示す正面図である。
【図4】本発明の単結晶製造方法によって製造されたイ
ンゴットにおける軸方向の抵抗値を示すグラフである。
【符号の説明】
1…ベース、2…チャンバ、3…メインチャンバ、4…
アッパーチャンバ、5…プルチャンバ、7…ルツボ、8
…石英ルツボ、9…黒鉛ルツボ、10…モータ、11…
回転軸、12…台座、15…軸受、16…底板、17…
ワイヤ、18…シードチャック、19…種結晶、25…
ヒータ、26…断熱材、27…ガス、28…排気管、3
1…融液、32…インゴット、33…トップ、34…テ
イル。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルツボ内に半導体材料と第1導電型決定
    用不純物材料を入れた後、前記ルツボ内の材料を溶か
    し、その後溶けた融液に種結晶の下端を浸漬させ、前記
    種結晶を相対的に引き上げながらルツボおよび種結晶を
    回転させて前記種結晶に単結晶を成長させる単結晶製造
    方法であって、単結晶引き上げの途中で第2導電型決定
    用不純物材料をルツボ内に少なくとも1回供給して単結
    晶引き上げを行うことを特徴とする単結晶製造方法。
  2. 【請求項2】 ルツボ内に多結晶シリコンと第1導電型
    決定用不純物材料を入れた後、前記ルツボ内の材料を溶
    かし、その後溶けた融液に種結晶の下端を浸漬させ、前
    記種結晶を相対的に引き上げながらルツボおよび種結晶
    を回転させて前記種結晶に単結晶を成長させる単結晶製
    造方法であって、単結晶引き上げの途中で第2導電型決
    定用不純物材料をルツボ内に少なくとも1回供給して単
    結晶引き上げを行うことを特徴とする単結晶製造方法。
  3. 【請求項3】 第1導電型決定用不純物材料の量は、製
    造される単結晶の引き上げ最初側部分の不純物濃度が、
    所望の抵抗値となるように設定されるとともに、単結晶
    引き上げの途中で供給される第2導電型決定用不純物材
    料の量および供給時点は、単結晶の引き上げ最終側部分
    の抵抗値が所望値となるように設定されることを特徴と
    する請求項1記載の単結晶製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO335110B1 (no) * 2011-10-06 2014-09-15 Elkem Solar As Fremgangsmåte for fremstilling av silisiummonokrystall og multikrystalline silisiumingoter
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