JPH101394A - アンチモン添加シリコン単結晶の成長方法 - Google Patents

アンチモン添加シリコン単結晶の成長方法

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JPH101394A
JPH101394A JP15126796A JP15126796A JPH101394A JP H101394 A JPH101394 A JP H101394A JP 15126796 A JP15126796 A JP 15126796A JP 15126796 A JP15126796 A JP 15126796A JP H101394 A JPH101394 A JP H101394A
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JP
Japan
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crucible
single crystal
revolutions
melt
antimony
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Application number
JP15126796A
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English (en)
Inventor
Shoroku Kawanishi
荘六 川西
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Sitix Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高酸素濃度で、かつ成長方向に均一なアンチ
モンを添加したシリコン単結晶が得られる単結晶の成長
方法を提供する。 【解決手段】 アンチモンを添加したDLCZ法を使用
し、低回転数領域で高酸素濃度が得られ、中回転数領域
で低酸素濃度が得られ、高回転数領域で高酸素濃度が得
られるという坩堝回転数と結晶中酸素濃度との関係の、
高回転数領域の回転数で坩堝を回転させる。例えば6イ
ンチの単結晶を成長させる場合、20rpm で坩堝を回転さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料として
使用されるアンチモン添加シリコン単結晶を成長させる
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン単結晶の成長方法として一般的
に用いられているものの1つにチョクラルスキー法(C
Z法)がある。図5は、CZ法に使用される単結晶成長
装置を示す模式的縦断面図である。図中1はチャンバ内
に配設された坩堝を示しており、坩堝1は有底円筒状を
なす石英坩堝1aと、石英坩堝1aの外側に嵌合された黒鉛
坩堝1bとから構成されている。坩堝1は、図示しない回
転・昇降機構に接続された支持軸7にて支持されてい
る。また、坩堝1の上方には引上げ棒又はワイヤ等から
なる引上げ軸4が、回転及び昇降が可能なように垂下さ
れており、引上げ軸4の下端に接続されたシードチャッ
ク(図示せず)には種結晶5が取り付けられている。坩
堝1の外側には抵抗加熱式のヒータ2が坩堝1と同心円
筒状に配設されている。
【0003】アンチモンをドープした単結晶を成長させ
る場合、坩堝1にアンチモン(Sb)を添加したシリコ
ン(Si)原料を充填し、坩堝1を所定方向へ所定回転
数にて回転させながら、ヒータ2によりこれを溶融させ
融液3とする。次に引上げ軸4の先端に接続されたシー
ドチャックに種結晶5を取り付け、種結晶5が融液3に
接触するまで引上げ軸4を降下させる。この状態で引上
げ軸4を坩堝1とは逆方向に回転させながら引き上げる
ことにより、種結晶5の下端に接触した融液3が冷却さ
れ、種結晶5の下端に単結晶8が成長する。
【0004】半導体材料として使用されるシリコン単結
晶を成長させる場合、所定の電気伝導度及び電気抵抗率
を得るために、融液3中にアンチモン等のドーピング不
純物(ドーパント)を添加して成長させる。このドーパ
ントは、Pfann の式として知られる下式に従って単結晶
8の引上げ方向に偏析することにより、単結晶8の電気
抵抗は、その引き上げ方向に沿って異なる値をもつこと
になる。 CS = ke・CC (1−fS ke-1 但し、ke:実効偏析係数 CS :結晶中のドーパント濃度 CC :結晶引上げ開始時の融液中のドーパント濃度 fS :結晶引上げ率(原料重量に対する結晶重量の比)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】アンチモンを添加した
シリコン融液では、石英坩堝1aから溶解する酸素量より
も融液表面から蒸発する酸素量の方が多くなる。これは
アンチモンを添加しないシリコン単結晶成長時における
融液表面からの蒸発物はSiOが主であるが、アンチモ
ンを添加したシリコン単結晶を引き上げる場合にはSi
Oに加えて何種類かのアンチモン酸化物(SbOX :x
=1.5 ,2.0 ,2.5 …)が多量に蒸発することに起因す
る。従ってアンチモンを添加した場合は、添加しない場
合よりも融液中の酸素濃度が低くなり、シリコン単結晶
中の成長方向の酸素濃度が固化率の増加に伴い急激に低
下する傾向がある。
【0006】このシリコン単結晶の低酸素化に影響する
融液内の対流としては、レーリーベナール対流(坩堝内
壁面,融液表面を経由して結晶へと流れる対流)が挙げ
られる。通常、CZ法ではこの対流が支配的であるの
で、アンチモンを添加したCZ法においては、上記メカ
ニズムにより融液表面でより低酸素化した融液が単結晶
8の直下に運ばれ、単結晶中に取り込まれることになる
ので、単結晶中の酸素濃度がP,B等を添加したCZ法
よりもより多く低下する。これはDLCZ法においても
同様であり、通常使用される坩堝回転数域では図6に示
すレーリーベナール対流により、アンチモンを添加した
DLCZ法により製造した単結晶中の酸素濃度は、通常
のDLCZ法によるものよりも、より多く低下する。
【0007】従来は、融液表面からの酸素蒸発を抑制す
るために、不活性ガス(Arガス)の流量を少なくした
り(5〜40リットル/min)、炉内のガス圧を高くする
(大気圧近傍まで)等の対策が講じられているが、対流
の抑制に対しては効果がなく、所望する高酸素濃度が得
られなかった。また蒸発の進行に伴う結晶成長方向の酸
素濃度の均一化も困難であった。
【0008】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、DLCZ法を用い、また坩堝の回転数を上げ
ることにより、成長方向において均一な高酸素濃度のシ
リコン単結晶が得られるアンチモンを添加したシリコン
単結晶成長方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転可能に支
持された坩堝内に固体層と融液層とを共存させた状態
で、アンチモンを添加したシリコン単結晶を引き上げる
方法において、低回転数領域で高酸素濃度が得られ、中
回転数領域で低酸素濃度が得られ、高回転数領域で高酸
素濃度が得られるという坩堝回転数と結晶中酸素濃度と
の関係の、高回転数領域の回転数で坩堝を回転させるこ
とを特徴とする。
【0010】また本発明は、直径が実質的に4,6,
8,12インチである単結晶を引き上げて成長させる場
合、坩堝の回転数を、夫々、22rpm 以上,21rpm 以
上,20rpm 以上,18rpm 以上とすることを特徴とす
る。
【0011】さらに本発明は、上記のいずれの直径の単
結晶を製造する場合において、坩堝の回転数を30rpm
以下、実質的には25rpm 以下とすることを特徴とす
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、従来のア
ンチモンを添加したシリコン単結晶の成長装置を示す模
式的縦断面図であって、ドーパントの偏析を抑制する二
層引上げ法(DLCZ法:Double Layered Czochralsk
i)を適用したものである。図中1はチャンバ内に配設
された坩堝を示しており、坩堝1は有底円筒状をなす石
英坩堝1aと、石英坩堝1aの外側に嵌合された黒鉛坩堝1b
とから構成されている。坩堝1は、図示しない回転・昇
降機構に接続された支持軸7にて支持されている。
【0013】また坩堝1の上方には引上げ棒又はワイヤ
等からなる引上げ軸4が、回転及び昇降が可能なように
垂下されており、引上げ軸4の下端はシードチャックに
て種結晶5が取り付けられている。また、坩堝1の外側
には、抵抗加熱式のヒータ2が同心円筒状に配設されて
いる。
【0014】DLCZ法によりアンチモンを添加したシ
リコン単結晶を引き上げる場合、坩堝1内でアンチモン
を添加したシリコンを、ヒータ2により全て溶融させた
後、ヒータ2の出力を制御して石英坩堝1a内の下方に固
体層9を、上方に融液層10を形成する。固体層9の形成
後、融液表面からの蒸発によって減少した量を補うた
め、アンチモンを追加添加する。次に、引上げ軸4の先
端のシードチャックに種結晶5を取り付け、種結晶5が
融液層10に接触するまで引上げ軸4を降下させる。この
状態で、引上げ軸4を坩堝1とは逆方向に回転させなが
ら引き上げることにより、種結晶5の下端に接触した融
液層10が冷却され、種結晶5の下端に単結晶8が成長す
る。このとき、同時に融液層10の減少を補うべく、固体
層9を溶解する。単結晶成長中には単結晶の引上げに伴
い坩堝1内の単結晶用原料が減少し、坩堝1内の融液面
レベルが低下するので、このレベルが一定に保たれるよ
う、坩堝1を上昇せしめる。
【0015】本実施例における成長条件を以下に示す。 単結晶径 6 インチ 単結晶長 1000 mm 坩堝回転数 20 rpm 引き上げ軸回転数 15 rpm 引き上げ速度 1.0 mm/min 炉内圧 20 Torr Ar流量 20 リットル/min
【0016】図2は、本発明による坩堝が高回転(20rp
m)でのDLCZ法,DLCZ法(坩堝回転:1rpm),及
び従来のCZ法でのアンチモンを添加したシリコン単結
晶の、成長方向の酸素濃度分布を示すグラフである。従
来のDLCZ法の場合は、従来のCZ法で得られた単結
晶に比べ、固化率が増大しても酸素濃度が大幅に低減し
ないことが判る。これは、DLCZ法では、低温である
固体層9が坩堝1の底部に存在するため、CZ法による
場合よりもレーリーベナール対流が抑制され、融液表面
で低酸素化した融液がバルク融液中に輸送されないの
で、融液全体の酸素濃度が低下しないためである。しか
し本発明方法によるものに比べ、その酸素値は低いレベ
ルにとどまり、かつ固化率の増大に伴い漸減している。
【0017】図3は、直径が4,6,8,12インチの単
結晶について、本発明における坩堝回転数と酸素濃度と
の関係を示すグラフである。結晶径によって多少のずれ
は見られるが、いずれの場合も同様の現象が得られてい
ることが判る。図3より成長方向を通して高酸素濃度
(13〜17×1017atoms/cm3 )が得られる坩堝回転数(高
回転数領域)を、4インチでは22rpm 以上、6インチで
は21rpm 以上、8インチでは20rpm 以上、12インチでは
18rpm 以上とする。また上限はいずれの結晶径において
も30rpm 以下、実用的には25rpm 以下とする。これ以上
とすると、固体層と融液層との界面が中央で盛り上がる
形状となり、酸素濃度の面内均一性が低下する。
【0018】アンチモンを添加しないDLCZ法による
シリコン単結晶の育成の坩堝回転数は、通常1rpm であ
る。この理由は、例えば6インチの単結晶については図
3に示すように5rpm を越えると酸素濃度が低下し、所
望する高酸素濃度の単結晶が得られなかったためであ
る。本発明者は、図3に示すように、坩堝のより高回転
数の領域において逆に単結晶の酸素濃度が上昇する傾向
を見出した。この現象は、図4に示すように坩堝1が高
回転(20rpm 以上)することによる遠心力の作用によ
り、結晶直下へ流れ込もうとする融液表面で低酸素化し
た表面流が抑制され、かつ石英坩堝の内面近傍から下部
固体層上を経由して成長界面に至る、高酸素帯の上昇流
が発生するために起こると考えられる。この作用によ
り、固化率が増大しても結晶中酸素濃度は高く維持され
ることになる。また、固体層9の溶解量を固化率の増大
に合わせて制御すれば、成長方向に均一な高酸素濃度分
布の単結晶が得られる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る単結晶の成
長方法は、坩堝の回転数を上げることにより、単結晶直
下へ流れ込もうとする融液表面で低酸素化した融液を坩
堝壁側へ移動させ、かつ石英坩堝内面近傍の高酸素濃度
の融液を固体層直上から単結晶直下まで上昇せしめるこ
とにより、固化率が増大しても高酸素濃度が維持され、
成長方向に均一な高酸素濃度分布をもつ単結晶が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】DLCZ法に使用される単結晶成長装置を示す
模式的縦断面図である。
【図2】直径6インチのシリコン単結晶中の、成長方向
における酸素濃度分布を示すグラフである。
【図3】本発明方法における坩堝回転数と酸素濃度との
関係を、4,6,8,12インチの単結晶について求めた
結果を示すグラフである。
【図4】本発明方法によるアンチモンを添加したDLC
Z法での、融液中における酸素帯分布を示す断面図であ
る。
【図5】CZ法に使用される単結晶成長装置を示す模式
的縦断面図である。
【図6】従来のアンチモンを添加したDLCZ法での、
融液中における酸素帯分布を示す断面図である。
【符号の説明】
1 坩堝 1a 石英坩堝 1b 黒鉛坩堝 2 ヒータ 4 引上げ軸 5 種結晶 7 支持軸 8 単結晶 9 固体層 10 融液層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能に支持された坩堝内に、固体層
    と融液層とを共存させた状態で、アンチモンを添加した
    シリコン単結晶を引き上げる方法において、低回転数領
    域で高酸素濃度が得られ、中回転数領域で低酸素濃度が
    得られ、高回転数領域で高酸素濃度が得られるという坩
    堝回転数と結晶中酸素濃度との関係の、高回転数領域の
    回転数で坩堝を回転させることを特徴とするアンチモン
    添加シリコン単結晶の成長方法。
  2. 【請求項2】 直径が実質的に4,6,8,12インチ
    である単結晶を引き上げて成長させる場合、坩堝の回転
    数を、夫々、22rpm 以上,21rpm 以上,20rpm 以
    上,18rpm 以上とすることを特徴とする請求項1記載
    のアンチモン添加シリコン単結晶の成長方法。
  3. 【請求項3】 坩堝の回転数を30rpm 以下とすること
    を特徴とする請求項2記載のアンチモン添加シリコン単
    結晶の成長方法。
JP15126796A 1996-06-12 1996-06-12 アンチモン添加シリコン単結晶の成長方法 Pending JPH101394A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2322696A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-18 Sumco Techxiv Corporation Method of manufacturing silicon single crystal
CN114921846A (zh) * 2022-05-31 2022-08-19 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 降低重掺锑<100>单晶杂质条纹的方法

Cited By (4)

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