JPH1121196A - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法Info
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Abstract
劣化、浸食や石英の剥離を抑制して石英ルツボの寿命を
延ばし、ひいてはシリコン単結晶の育成時間を延長して
長時間の安定操業と生産性の向上を図る。 【解決手段】 石英ルツボ中に収容されたシリコン融液
からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造す
る場合において、該シリコン融液中にCaOまたはBa
Oを0.01〜10wtppm添加してシリコン単結晶
を育成するシリコン単結晶の製造方法。
Description
法によるシリコン単結晶の育成に際し、高温のシリコン
融液と接触して劣化、浸食される石英ルツボの寿命を延
ばし、長時間の安定操業及び生産性の向上が可能なシリ
コン単結晶の製造方法に関するものである。
リコン単結晶の製造方法において、近年結晶の大直径化
が進むにつれ、使用する石英ルツボも大口径化の一途を
たどり、結晶成長中のシリコン融液及び石英ルツボの温
度が高温化している。この高温化に伴い石英ルツボの内
表面が結晶化し易くなり、さらに結晶化した石英が剥離
してシリコン融液中に浮遊し、結晶に到達して結晶が有
転位化するという問題が生じている。この理由から、あ
る一定時間以上の結晶成長は基本的には不可能となり、
石英ルツボの寿命が短命なため生産性、コストの両面か
ら工業的に非常に大きな問題となっている。
して、特開平5−45066号の提案によれば、石英ル
ツボの組成として不純物となるCaOを添加し、原料石
英中にもともと存在するアルミナを低融点のカルシウム
アルミネートに変化させて、石英ガラスの結晶化を抑制
し、石英ルツボの寿命を長くしている。
製造時に不純物となるCaOの添加量を厳密に制御する
ことは非常に困難を伴い、また、Alのような他の不純
物についてもCa同様にその量を制御する必要があり容
易な技術ではなく、またコスト上昇の要因にもなる。さ
らに、添加されたCaOは、ルツボ内で不均一に分布す
ることになる可能性も十分に考えられる。
を超高純度化するという方法が有効であると言われてい
るが、しかし、石英ルツボの超高純度化に関しては、人
工的に合成した超高純度の石英粉を使用する必要があ
り、さらには、特殊な石英粉や製造技術を必要とすると
いうことで石英ルツボのコストが極端に上昇するという
問題が生じる。
問題点に鑑みなされたもので、チョクラルスキー法によ
るシリコン単結晶の育成に際し、高温のシリコン融液と
接触して劣化、浸食される石英ルツボ内表面からの石英
の剥離を抑制し石英ルツボの寿命を延ばし、ひいてはシ
リコン単結晶の育成時間を延長して長時間の安定操業と
生産性の向上を図ることを主目的とする。
成するために為されたもので、本発明の請求項1に記載
した発明は、石英ルツボ中に収容されたシリコン融液か
らチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する
場合において、該シリコン融液中にCaOまたはBaO
を添加してシリコン単結晶を育成することを特徴とする
シリコン単結晶の製造方法である。
に、シリコン融液中のCaOまたはBaOが石英ルツボ
内表面にドーピングされ、石英の結晶化を促進して、均
一で微細な結晶層が形成され、シリコン融液による石英
ルツボの劣化、浸食、剥離を抑制することができる。そ
の結果、石英ルツボの寿命が延びると共に、シリコン単
結晶育成時間も延長されるので長時間の安定操業および
生産性の向上を図ることが可能となる。
を、シリコン融液中の濃度として0.01〜10wtp
pmとなるようにした(請求項2)。
中に添加するCaOまたはBaOの量を0.01〜10
wtppmの範囲内とすると、石英ルツボの内表面で石
英の結晶化が促進され、微細で均一な結晶層が形成さ
れ、シリコン融液による石英ルツボの劣化、浸食、剥離
を抑制することができる。また、この範囲内の添加量で
は育成したシリコン単結晶の品質に悪影響を与えること
もない。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明
者らは、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶成長
に関し、石英ルツボの寿命を延ばす方策を種々検討した
結果、驚くべきことに、従来のように石英ルツボの表面
の結晶化を抑制してルツボ表面からの石英の剥離を防ぐ
方法ではなく、逆に、石英ルツボの表面の結晶化を促進
して均一で微細な結晶層を形成させればルツボ表面から
の石英の剥離を抑制できることを見出した。そして、こ
れにより石英ルツボの寿命を延ばし、剥離した石英によ
るシリコン単結晶の有転位化を防止して結晶成長時間を
延ばすことに成功し、諸条件を確立して本発明を完成さ
せた。
なるのか、その理由は明確ではないが、通常使用されて
いる石英ルツボのように、その内表面に様々な形態の石
英が存在すると、石英ルツボ内表面における結晶化は不
均一に起こり、シリコン融液の影響も加わって、一部組
成の変化している部分を境に剥離現象が起きると考えら
れる。一方、これに対して石英ルツボ内表面の一部また
は全面が均一に結晶化してしまえば、そのような組成の
差はなくなり、むしろその表面は安定化しているためと
考えられる。
法として、本発明では、ある特定の不純物が結晶化を促
進することに着目し、その元素について詳細に検討した
結果、CaまたはBaの酸化物がシリコン融液中にある
量存在すればよいことを見出した。つまり、基本的には
僅かなCaO、BaOをシリコン融液中に添加すれば、
ルツボ表面の石英にドーピングされ、均一で微細な結晶
層がルツボ内表面のシリコン融液に接触する全面に形成
されるものと考えられる。
シリコンの結晶成長に使用されている品質レベルのもの
であれば、ルツボの原料石英粉が天然品でも合成品でも
問題はない。従って、ルツボの寿命を延長できるように
ルツボの材質を改質したり、加工した特別なルツボを作
製し、使用する必要は全くなくなり、従来から使用され
ている品質の石英ルツボを用いればよい。そして、Ca
OまたはBaO以外の不純物については、石英の結晶化
に影響を及ぼさないので、特にその濃度を規定する必要
はない。
添加によるシリコン単結晶の品質への影響は、例えば重
金属類は偏析係数が非常に小さいので結晶中には殆ど取
り込まれることはなく、育成されるシリコン単結晶の品
質への影響は極めて小さい。
融液中の濃度として0.01〜10wtppmの範囲が
好ましく、0.01wtppm未満では石英の結晶化を
促進する効果が少なくなり、10wtppmを越えると
引き上げたシリコン単結晶のライフタイム値が低下する
ようになるので好ましくない。
初からCaOまたはBaOのように酸化物の形態を採る
必要はなく、例えば、CaCO3 、Ca(OH)2 、B
aCO3 、Ba(OH)2 等のような熱分解により安定
な酸化物へ変化する化合物であってもその効果は同じで
ある。すなわち、本発明でいうCaO、BaOを添加す
ることとは、このように後でCaO、BaOに変換され
る化合物を添加する場合も含むものである。
添加の時期は、特に限定されないが、その効果を出来る
限り早く発現させるために、石英ルツボに仕込んだシリ
コン多結晶原料を溶融する前に添加しておくのが最も望
ましい。シリコン多結晶原料を溶融後に、シリコン融液
に直接添加するようにしてもよく、このようにしてもそ
の効果は基本的には変わらない。ただし、融液に添加す
る場合は、最初からCaO、BaOの形をとっている方
が好ましい。
成長させ、その後シリコン単結晶を取り出し、そのシリ
コン単結晶と同重量のシリコン多結晶原料を石英ルツボ
に再充填するいわゆるマルチプリング法においては、こ
れらの添加物は、原則として最初にシリコン多結晶原料
を溶融する前、すなわち、初期チャージの時またはその
溶融直後に一度添加すればその効果を得ることができ
る。マルチ次数(シリコン多結晶原料の石英ルツボへの
再充填回数)を重ねても添加物による効果は継続され、
マルチ次数を重ねる度に毎回添加物を加える必要はな
い。また、マルチプリング法における添加物の添加時期
は、その効果を出来る限り早く発現させるために、初期
チャージの時に添加するのが望ましい。
て、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定
されるものではない。
多結晶原料60kgとCaOを仕込み、これを融解し、
シリコン単結晶の育成を行い、シリコン単結晶育成後の
石英ルツボの表面状態を顕微鏡で観察調査した。CaO
の添加量を変化させた場合の結果を表1に示した。尚、
平均操業時間は、約40時間であった。
に設定しその効果を確認した結果、表1の試験結果から
明らかなように、石英ルツボに白色化結晶層の形成が確
認されたのは、0.01wtppm以上のCaOを添加
した時であり、添加量の増加に伴って白色化結晶層の面
積が増大する傾向が判る。
にシリコンの多結晶原料60kgとCaOを仕込み、こ
れを融解し、結晶成長を行い、直径150mmの結晶を
直胴部の長さで60cm成長させ、丸めを付けた後、結
晶を取り出し、その後、その結晶と同重量の原料を石英
ルツボに再充填するという方法で、成長結晶が単結晶化
しなくなるまでの時間(石英ルツボの寿命)を調べた。
また、単結晶の品質としては、成長結晶の直胴のボトム
部から10mm厚さのウエーハを切り出し、そのライフ
タイムを測定した。CaOの添加量を変化させた場合の
結果を表2に示した。
28−75に準拠した方法とした。これは少数キャリア
バルクライフタイム測定といい、光パルスを当て、発生
した少数キャリアの減衰を測定する方法である。
ボの白色化結晶層の形成効果は、CaOの添加量が0.
01wtppm以上で認められ、実質的な石英ルツボの
寿命も確実に延びる結果となった。また、10wtpp
mを超えると石英ルツボの寿命は延びているが、結晶の
ライフタイムは減少傾向を示しているので、0.01〜
10wtppmの範囲が好ましい。
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
インチのシリコン単結晶を育成する場合につき例を挙げ
て説明したが、本発明はこれには限定されず、直径8〜
16インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶の育成の
場合にも適用できる。また、本発明は、シリコン融液に
水平磁場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるM
CZ法にも適用できることは言うまでもない。
ルツボの寿命を延長するように加工した特別なルツボを
作製したり使用したりする必要はなく、従来から使用さ
れてきた品質の石英ルツボによるシリコン単結晶成長に
おいて、容易に石英ルツボの寿命を延ばすことができる
と共に、結晶品質を劣化させることなくシリコン単結晶
の育成時間を延長することができ、長時間の安定操業と
生産性の向上を図ることが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項1】 石英ルツボ中に収容されたシリコン融液
からチョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造す
る場合において、該シリコン融液中にCaOまたはBa
Oを添加してシリコン単結晶を育成することを特徴とす
るシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項2】 前記CaOまたはBaOの添加量が、シ
リコン融液中の濃度として0.01〜10wtppmで
あることを特徴とする、請求項1に記載したシリコン単
結晶の製造方法。
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