JPH09309790A - 半導体単結晶の製造方法及び半導体単結晶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直胴部の全長にわたって抵抗率が規格を満足
するような、連続チャージ法による半導体単結晶の製造
方法及び半導体単結晶を提供する。 【解決手段】 原料多結晶の供給開始から所定の時間が
経過するまでの間は融液に添加するドーパント量を一定
に維持し、原料多結晶供給の終了が近づくにつれて添加
するドーパント量を減少させ、融液中のドーパント濃度
を低下させる。棒状の多結晶を溶解して連続的に融液に
供給する半導体単結晶製造装置を用いる場合、原料多結
晶棒１の外周面に溶液化したドーパント２を一定量ずつ
塗布する。塗布間隔は、始端部１ａから所定の長さまで
は等間隔Ｌとし、終端部１ｂに近づくにつれてＬ1 ＜Ｌ
2 ＜Ｌ3 となるように次第に広げる。この原料多結晶棒
１を用いて得られた半導体単結晶の抵抗率は、直胴部下
端でいったん上昇した後下降するが、規格の上限または
下限を外れることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続チャージ法に
よる半導体単結晶の製造方法及び前記製造方法を用いて
製造した半導体単結晶に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
単結晶シリコンが使用されているが、その製造方法とし
て、一般にチョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）が
用いられている。ＣＺ法においては、半導体単結晶製造
装置のメインチャンバ内に設置したるつぼに原料である
塊状の多結晶シリコンを充填し、前記るつぼの周囲に設
置した円筒状のヒータによって原料を加熱溶解して融液
とする。そして、シードチャックに取り付けた種結晶を
融液に浸漬し、シードチャック及びるつぼを互いに同方
向または逆方向に回転しつつシードチャックを引き上げ
て単結晶シリコンを成長させる。

【０００３】育成する単結晶シリコンを目的に応じてｐ
型あるいはｎ型の半導体とするため、融液に微量のホウ
素、リン、アンチモン等をドーパントとして添加してい
る。ＣＺ法を用いて所定の濃度のドーパントを含む単結
晶シリコンを製造する場合、一般には融液に粒状のドー
パントを投入する。また連続チャージ法を用いる場合
は、融液に粒状の多結晶シリコンとドーパントとを供給
している。

【０００４】連続チャージ法は、大径の単結晶シリコン
をＣＺ法によって効率よく生産する手段の一つで、育成
した単結晶シリコンの量に応じて原料をるつぼ内に補給
し、連続的に単結晶シリコンを引き上げる方法である。
図３は、棒状の多結晶シリコン（以下原料多結晶棒とい
う）を溶解して供給する連続チャージ法の単結晶製造装
置の一例を模式的に示す部分縦断面図である。メインチ
ャンバ３の中心に黒鉛るつぼ４及び石英るつぼ５が昇降
及び回転自在に設置され、黒鉛るつぼ４の周囲に円筒状
のメインヒータ６及び保温筒７が設置されている。石英
るつぼ５に充填した原料多結晶はメインヒータ６により
溶解して融液８となり、石英るつぼ５の中心部から単結
晶シリコン９が引き上げられる。単結晶シリコン９が育
成される石英るつぼ５の中心部領域を結晶育成部１０と
呼ぶ。

【０００５】石英るつぼ５の縁部上方には、２組の原料
供給部２０が対向して設置されている。原料供給部２０
は、メインチャンバ３の上端に接続されたプルチャンバ
１１から吊り下ろされる原料多結晶棒１を溶解して融液
８に滴下させるもので、原料溶解ヒータ２１と、原料溶
解ヒータ２１を包囲する保護筒２２と、保護筒２２の下
端に取り付けられた原料供給管２３と、前記プルチャン
バ１１の下端と原料溶解ヒータ２１の上端との間に取着
されたシールドカバー２４と、保護筒２２の下部に取着
された環状のメルトカバー２５と、排気管２６とによっ
て構成されている。原料溶解ヒータ２１と保護筒２２の
上部との隙間は断熱シール部材で封止されている。メル
トカバー２５及び排気管２６は、原料供給部２０に導入
した不活性ガスを原料多結晶棒１の溶解時に発生したＳ
ｉＯ系ダストや原料供給部２０で発生した不純物ととも
にメインチャンバ３から排出するために設けられてい
る。

【０００６】原料多結晶棒１は１本ずつ交互に、または
２本同時に原料溶解ヒータ２１によって溶解され、連続
的に原料の供給が行われる。シールドカバー２４内を吊
り下ろされた原料多結晶棒１は、原料溶解ヒータ２１に
よって下端から溶解され、液滴となって原料供給管２３
内を通過し、融液８に落下する。原料供給管２３の下部
は融液８に浸漬され、前記液滴によって原料供給管２３
の外側にある融液、すなわち結晶育成部１０の融液８に
振動が伝播することを防止している。また、原料供給部
２０は、上記構造により結晶育成部１０から隔離された
独立の空間を形成しているので、結晶育成部１０と原料
供給部２０との気相が分離されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】連続チャージ法による
半導体単結晶製造の最終段階においては、直胴部の形成
が終わりに近づくと原料供給を停止し、通常のＣＺ法に
移行してるつぼ内に蓄留した融液のみで直胴部の下部及
びテールの形成を行う。ｎ型半導体単結晶の製造に当た
り、ドーパントとしてリンを添加した場合、リンの偏析
現象により融液内のドーパント濃度が次第に高くなっ
て、単結晶シリコンに取り込まれるリンの量が増大す
る。図４は、単結晶シリコンの直胴部における抵抗率の
変化を示すグラフで、同図にＣＣＺとして示した区間は
原料を連続供給しつつ単結晶シリコンを成長させた部
分、ＣＺとして示した区間は原料供給終了後に単結晶シ
リコンを成長させた部分である。ＣＺとして示した区間
は直胴部の下端で、この部分はドーパント濃度の上昇に
伴って抵抗率が低下し、規格下限を外れた部分が発生し
ている。このため、単結晶シリコンの歩留りが低下す
る。

【０００８】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、連続チャージ法を用いる半導体単結晶の製
造において、直胴部の全長にわたって抵抗率が規格を満
足するような半導体単結晶の製造方法及び半導体単結晶
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶の製造方法は、半導体単
結晶の原料融液を貯留するるつぼに連続的に原料多結晶
を供給しつつ半導体単結晶を引き上げる連続チャージ法
による半導体単結晶の製造において、原料多結晶の供給
開始から所定の時間が経過するまでの間は融液に添加す
るドーパント量を一定に維持し、原料多結晶供給の終了
が近づくにつれて添加するドーパント量を減少させ、融
液中のドーパント濃度を低下させる構成とした。

【００１０】また、上記製造方法を用いて製造した半導
体単結晶は、軸方向の全長にわたって抵抗率が規格を満
足するものであることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明は、連続チャー
ジ法による半導体単結晶の製造において、特に直胴部下
端を形成する際の融液中のドーパント濃度を制御するこ
とにより、半導体単結晶中のドーパント濃度の著しい変
動を抑えようとするものである。リン、ヒ素等、ｎ型半
導体単結晶の製造に用いられるドーパントは偏析係数が
小さいため、ＣＺ法による半導体単結晶の製造において
は、半導体単結晶の長さが長くなる程前記単結晶に取り
込まれるドーパントの濃度が高くなって抵抗率が低下す
る傾向がある。上記構成によれば、原料供給開始から所
定時間が経過するまでの間は添加するドーパント量を一
定とし、原料供給の終了が近づくにつれてドーパント量
を減少させるので、融液中のドーパント濃度が過大に上
昇することを防止する。その結果、半導体単結晶に取り
込まれるドーパント濃度は適正な範囲を保つ。

【００１２】従って、上記製造方法を用いて製造した半
導体単結晶は、抵抗率が軸方向の全長にわたって規格を
満足するものとなる。

【００１３】次に、本発明に係る半導体単結晶の製造方
法の第１実施例について図面を参照して説明する。図１
は原料多結晶棒の斜視図である。この原料多結晶棒１は
多結晶シリコンからなり、始端部１ａから終端部１ｂま
での間を溶解して融液に供給する。終端部１ｂ側の端末
には、原料多結晶棒１を炉内に吊り下げるための掛止溝
１ｃが設けられている。

【００１４】ｎ型の半導体単結晶を製造するためドーパ
ントとしてリンを用いる場合は、原料多結晶棒１の外周
面に所定の間隔でリン酸溶液を所定量ずつ塗布する。前
記ドーパント２は、始端部１ａの近傍から軸方向に沿っ
て所定の長さまでは等間隔Ｌとなるように塗布し、それ
以降は塗布間隔がＬ1 ＜Ｌ2 ＜Ｌ3 となるように間隔を
次第に広げて終端部１ｂに至る。ドーパント２の塗布に
はピペットを用い、各塗布箇所に対して所定量を正確に
塗布する。なお、図４に示した半導体単結晶製造装置を
用い、１回の半導体単結晶製造に複数本の原料多結晶棒
を溶解、供給する場合、これらの原料多結晶棒を１本ず
つ交互に溶解するのであれば最後に溶解する１本の原料
多結晶棒について前記不等間隔にドーパントを塗布し、
その他の原料多結晶棒には等間隔にドーパントを塗布す
るものとする。また、原料多結晶棒を２本同時に溶解す
るのであれば最後に溶解する２本の原料多結晶棒につい
て前記不等間隔にドーパントを塗布し、その他の原料多
結晶棒には等間隔にドーパントを塗布するものとする。

【００１５】上記の原料多結晶棒を図４に示した半導体
単結晶製造装置に釣支して加熱、溶解し、その液滴をる
つぼ内に供給しつつ半導体単結晶を引き上げる。原料多
結晶棒の溶解による融液への連続的な原料供給及び半導
体単結晶の引き上げは従来と同一手順で行う。

【００１６】原料多結晶棒の溶解が終了し、原料供給が
停止すると、るつぼ内に蓄留する融液のみで直胴部の下
部形成を続行し、その後テールを形成する。このときは
半導体単結晶の成長に伴ってるつぼを上昇させて融液面
を所定の高さに維持し、るつぼが所定の高さに上昇した
後は融液面が次第に下降しつつ半導体単結晶の引き上げ
が行われる。

【００１７】上記方法で製造した単結晶シリコンの直胴
部の軸方向における抵抗率の変動を調査したところ、図
２に示す結果が得られた。同図において、ＣＣＺとして
示した区間は原料を連続供給しつつ単結晶シリコンを成
長させた部分、ＣＺとして示した区間は原料供給終了後
に単結晶シリコンを成長させた部分である。原料供給開
始から一定時間が経過するまでの間は、原料多結晶棒に
ドーパントが等間隔に塗布された部分が溶解されるた
め、融液内のドーパント濃度は一定値を維持し、引き上
げられた単結晶シリコンの抵抗率はＣＣＺ区間の左半分
に示すように規格の上限と下限との間にある。しかし、
原料多結晶棒に塗布したドーパントの塗布間隔が拡がる
に従って融液内のドーパント濃度が低下するため、抵抗
率はＣＣＺ区間の右半分に示すように次第に上昇する。
ただし、ドーパントは規格上限を超えない適切な間隔で
塗布されているため、抵抗率が規格の上限を超えること
はない。

【００１８】原料多結晶棒の溶解が終了してＣＺ区間に
入ると、リンの偏析現象により融液内のドーパント濃度
が徐々に濃くなって、単結晶シリコンに取り込まれるリ
ンの量が増大する。このため、図２のＣＣＺ区間の右端
においていったん上昇した抵抗率は、ＣＺ区間で規格の
上限近傍から下限近傍まで低下する。しかし、ドーパン
トの塗布間隔を適切に定めることにより、抵抗率が規格
の下限を超えることはない。

【００１９】このように、本発明の半導体単結晶製造方
法を用いて製造された半導体単結晶は、直胴部下端にお
いて抵抗率が変動するものの規格外れの部分がなく、直
胴部全長にわたって有効に使用することができる。

【００２０】上記実施例では、原料多結晶棒の溶解の進
行に伴ってドーパントの塗布間隔を広げ、塗布量は一定
としたが、塗布間隔を一定にして塗布量を漸減させても
よい。

【００２１】次に、本発明の半導体単結晶製造方法の第
２実施例について説明する。第２実施例は、原料多結晶
棒にドーパント組成物を塗布するもので、濃アンモニア
水に高純度のケイ素粉末を所定量添加してコロイダルシ
リカの溶液を作り、これにドーパントとしてたとえばリ
ン酸を添加したものである。コロイダルシリカはドーパ
ントを含む酸化物を吸着してドーパント組成物を形成す
る。ドーパント組成物を含む溶液を、第１実施例と同様
に原料多結晶棒の外周面の所定位置に所定量ずつ塗布
し、十分に乾燥させる。

【００２２】原料多結晶棒の溶解に際し、塗布されたド
ーパント組成物が高温にさらされると、シリカがガラス
化してドーパントを被覆する。従って、ドーパントは蒸
発することがなく、全量が融液に添加される。このた
め、ドーパントの水溶液を塗布した場合に比べて融液内
のドーパント濃度を高精度に制御することができる。

【００２３】上記実施例では、原料多結晶棒を溶解して
融液に供給する連続チャージ法の半導体単結晶製造装置
を用いる場合について説明したが、これに限るものでは
なく、粒状の多結晶原料ならびにドーパントを供給する
方式の連続チャージ法の半導体単結晶製造装置を用いる
場合においても、本発明を利用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続チャージ法を用いる半導体単結晶の製造において、原
料供給の終了が近づくにつれてドーパント量を減少させ
ることにしたので、原料供給終了後の融液内のドーパン
ト濃度を適正な範囲に維持することができる。特に、ｎ
型半導体単結晶の製造に際してドーパントとして用いら
れるリン、ヒ素等は偏析係数が小さいため、従来からド
ーパント濃度の過大な上昇による半導体単結晶の抵抗率
低下の問題があったが、本発明の製造方法による半導体
単結晶は、結晶中に取り込まれるドーパント濃度が適正
値を保つことになり、直胴部の全長にわたって抵抗率の
規格を満足する。これにより、半導体単結晶の歩留りが
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続チャージ法による半導体単結晶の製造に用
いる原料多結晶棒の斜視図である。

【図２】半導体単結晶の直胴部における抵抗率の変化を
示すグラフである。

【図３】連続チャージ法による半導体単結晶製造装置の
概略構成を示す部分縦断面図である。

【図４】従来の技術による半導体単結晶の直胴部におけ
る抵抗率の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 原料多結晶棒 １ａ 始端部 １ｂ 終端部 ２ ドーパント ３ メインチャンバ ５ 石英るつぼ ８ 融液 ９ 単結晶シリコン １０ 結晶育成部 ２０ 原料供給部 ２１ 原料溶解ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨岡 純輔 神奈川県平塚市四之宮2612 コマツ電子金 属株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体単結晶の原料融液を貯留するるつ
   ぼに連続的に原料多結晶を供給しつつ半導体単結晶を引
   き上げる連続チャージ法による半導体単結晶の製造にお
   いて、原料多結晶の供給開始から所定の時間が経過する
   までの間は融液に添加するドーパント量を一定に維持
   し、原料多結晶供給の終了が近づくにつれて添加するド
   ーパント量を減少させ、融液中のドーパント濃度を低下
   させることを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶の製造方法
   を用いて製造した半導体単結晶であって、軸方向の全長
   にわたって抵抗率が規格を満足するものであることを特
   徴とする半導体単結晶。