JPS61132583A - 半導体単結晶体の製造方法 - 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を使用してなす半導体単
結晶体の製造方法の改良に関する。特に、炭素等結晶欠
陥の核となリラる不純物を含有させず、しかも、製造さ
れた半導体単結晶体のすべての領域において、不純物濃
度（比抵抗値）を均一になす改良に関する。

（従来の技術〕 半導体が炭素等の不純物を含有していると、この半導体
をもって単結晶を製造した場合、上記の不純物が結晶欠
陥の核となりやすいので、半導体単結晶体の製造工程に
おいては、炭素等の不純物の混入を極力防止しなければ
ならない。

そのため、チョクラルスキー法をもって半導体単結晶体
を製造する。［１にはフロー管が設けられ、半導体単結
晶ＩＩｔ長領域に不純物を含むガスが接近することを防
止している。すなわち、引き上げられる半導体単結晶体
を囲み円筒状体を上方から吊り下げてその下面が半導体
溶融液面上数ｃｍの位置に達する程度に配置し、この円
筒状体に囲まれる領域を通して、引き上げられる半導体
単結晶体にそって上方から不純物を含まない不活性ガス
を供給し、この不活性ガスを上記の円筒状体の外側から
排気口に導き排出するようにされている。

一方、チョクラルスキー法を使用して製造される半導体
単結晶体の不純物濃度は下式をもって決定されることが
知られている。

Ｃ−ｋＣｏ　（１−Ｌ）　　ｋ−’ 但し、 Ｃは固化率が文であるときに製造された半導体単結晶体
の不純物濃度。

ｋは偏析係数、 Ｇｏは半導体溶融液の初期不純物濃度、見は固化率であ
り、それまでに製造された半導体単結晶体の質量と半導
体溶融液の当初の質量との比である。

この式から明らかなように、不純物濃度は固化率すなわ
ち、ある量の半導体溶融液を使用して半導体単結晶体を
製造した場合それまでに製造された半導体単結晶体の量
（または半導体単結晶体の長さ）に対応して変化する。

この関係を、不純物濃度と一義的に関連する比抵抗と結
晶長とを変数として表わすと第４図の如くなる０図にお
いて。

Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、不純物としてそれぞれホウ素、リン
、ヒ素、アンチモンを含むシリコン中結晶体の比抵抗を
表わす、なお、それぞれの不純物の偏析係数は、それぞ
れ、　０．７Ｇ、　０．３５．０．３０゜０．０２６で
ある。

半導体単結晶体の比抵抗は、その半導体単結晶体が半導
体装置の材料として使用される場合考慮すべき重要な特
性の一つであるから半導体装置の材料として使用される
半導体単結晶体はそのすべての領域において、同一の比
抵抗値を有することが必要である。

ところが、と記せるとおり、チョクラルスキー法を使用
して製造された半導体単結晶体はこの要請を満たすこと
ができない、換言すれば、ある一つの半導体溶融液を使
用して製造された半導体単結晶体において、その比抵抗
の値が成長当初の値を最大値として次第に減少する傾向
があり比抵抗の値が領域により異なるから、その全領域
を同一の目的に使用することはできない。

この欠点は、偏析に原因するものであるから。

成長の進行とともに、半導体溶液中の不純物濃度が増加
しないように、一定に保持すれば避はうることは明らか
である。

この原理にもとづいて改良されたチョクラルスキー法を
使用してなす半導体単結晶体の製造方法には　（イ）ａ
続チャージ法、（ロ）二重ルツボ法、（ハ）棒状半導体
付加法、（ニ）粉末半導体付加法等がある。

（イ）の連続チャージ法は、不純物を含まない半導体の
溶融液を、成長の進行とともに逐次追加供給して、半導
体溶融液の不純物濃度を全成長期間を通じて一定に保つ
ようになすものである。

（ロ）の二重ルツボ法は、半導体溶融液を入れるルツボ
を二重にしておき、内部のルツボには外部のルツボと通
ずる小孔が設けられており、外部のルツボには不純物を
含まない半導体溶融液を入れておき、この外部のルツボ
に入れられた不純物を含まない半導体溶融液が、成長の
進行とともに。

上記の小孔を介して内部のルツボに供給され。

内部のルツボ内の半導体溶融液の不純物濃度を全成長期
間を通じて一定に保つようになすものである。

（ハ）の棒状半導体付加法は、半導体溶融液中に浸漬可
能なように上下に移動しうるように、不純物を含まない
半導体の棒状体を配置しておき。

成長の進行とともに、この棒状体を半導体溶融液中に浸
漬して、半導体溶融液の不純物濃度を全成長期間を通じ
て一定に保つようになすものである。

（ニ）の粉末半導体付加法は、粉末状の半導体を半導体
溶融液中に散布しうる装置を設けておき。

成長の進行とともに、この粉末を半導体溶融液中に散布
して、半導体溶融液の不純物濃度を全成長期間を通じて
一定に保つようになすものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）いずれの手法を使
用しても、引き上げられる半導体単結晶体の近傍に、何
らかの設備を施す必要があるため、」−２のフロー管の
配置が困難であるという欠点がある。その結果、不純物
濃度（比抵抗値）の均一性を確保しようとすれば、炭素
等の不純物の混入を防ぐことが困難となり、炭素等の不
純物の混入を防止しようとすれば、不純物濃度（比抵抗
値）の均一性を確保することが困難となる。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、この欠点を解消して、炭素等結晶欠陥の核と
なりうる不純物を含有させず、しかも。

製造された半導体単結晶体のすべての領域において、不
純物濃度（比抵抗値）を均一になすことの可能な、チ、
タラルスキー法を使用してなす半導体単結晶体の製造方
法を提供するものであり。

その手段は、チョクラルスキー法を使用してなす半導体
単結晶体の製造方法において、引き上げられる半導体単
結晶体を囲み、引き上げ方向とお−むね平行に、不純物
を含まない前記半導体よりなり…」記引き上げ方向に平
行に設けられた複数のスリットを有する円筒状体を支持
し、該円筒状体の下端を前記半導体の溶融液面に接する
ように保つことを特徴とする半導体単結晶体の製造方法
にある。

（作用） と記の欠点は、全成長期間を通じて半導体溶融液中の不
純物濃度を一定に保つために不純物を含まない半導体を
追加供給するための手段（溶融状または、固体状の不純
物を含まない半導体を追加供給するための手段）と、炭
素等の不純物が成長采城に接近することを防止するフロ
ー管とを共存させることが、空間的に困難であるという
ことによるものであるから、こられの二つの手段を兼用
することができれば、上記の欠点は解消しうるとの考え
にもとづいたものであり、追加供給される不純物を含ま
ない半導体は第１因に示すように。

（の周面に軸方向にそうスリッ）Ｉｆを有する円筒状体
とし、これを第２図に示すように、引き上げられる半導
体１を結晶体２を囲むように配置し、円筒状半導体ｌの
下面を半導体溶融液に接触させて逐次溶融させ、溶融液
中の不純物濃度を一定に保ちながら成長工程を実行し、
同時にこの円筒状半導体ｌをフロー管として機能させ炭
素等の不純物の混入を防止したものである。

成長開始にあたっては、ルツボ３中に、所望の濃度に不
純物を含む半導体溶融液４を入れ、その液面と円筒状半
導体１の下面とが接する”よラルツボ３の高さをｔＪＲ
ｆＩＪし、引き上げられる半導体単結晶体２の種結晶を
上記液面に接触させた掻除々に引き上げる。成長が進行
して液面が低下するとこれを補償するようにルツボ３を
上昇するが、この上昇距離と半導体単結晶体２の引き上
げ距離とを調節して、不純物を含まない半導体ｌを適切
な着生導体溶融液４中に追加溶融させて、半導体溶融液
４の不純物濃度を一定に保つ、その結果、製造される半
導体単結晶体のいづれの領域も不純物濃度を一定に保つ
ことができる。そして、上記の円筒状半導体ｌには、半
導体単結晶体２と平行に多数のスリット＋１が設けられ
ているので、炭素等の不純物を含まない不活性ガスが、
半導体単結晶体２と円筒状体ｌとの間の空間を下方に向
って供給され、上記のスリッ）１１を通って円筒状半導
体１の外側に排出され、排気口から排出されるので。

成長領域には、常時、清浄な不活性ガスが接触すること
になり、製造される半導体単結晶体に炭素等の不純物が
混入することが防止される。

〔実施例〕

以下１図面を参照しつ一１本発明の実施例に係る半導体
単結晶体の製造方法についてさらに説明する。

第１図参照 図は本実施例の実施に使用される半導体の円筒状体ｌを
示す、その周面には軸に平行してスリット＋１が設けら
れることが必須であり、その上面には７ランジＩ２が設
けられると、第２図に示すように配置が容易である。

第２図参照 図は、本実施例を実施してシリコン単結晶体を製造して
いる状態を示す。

図において、ｌは上記せるシリコン円筒状体であり、チ
ョクラルスキー法用容器８の内張りインシュレータ７に
懸架して配置される。２は製造されるシリコン単結晶体
であり引き上げ回転軸９によって回転されながら引き一
ヒげられる。３はルツボであり、ルツボ回転り下軸５に
よって回転上下される。４はンリコン溶融液である。６
はヒータであり、シリコン溶融液４の温度を！４【０℃
以上に保つ、　１０．１３は吸気口と排気口とであり、
アルゴンガスが供給排気され、内部圧力はｌＯ〜２０Ｔ
ａｒｒに保持される。

ルツボ３中に、所望の濃度に不純物を含むシリコン溶融
液４を入れ、その液面とシリコン円筒状体ｌの下面とが
接するようにルツボ３の高さを調節し、製造されるシリ
コン単結晶体２の種結晶を、上記液面に接触させた後、
徐々に引き上げる。成長が進行すると液面が低下するが
、ルツボ回転上下軸５と引き上げ回転軸９をもって、溶
融液面が１０００℃に保持されるように液面を上昇して
調節する。このとき、シリコン円筒状体ｌとルツボ３の
距離は相対的に減少されるので、この距離の減少量とシ
リコン円筒状体ｌの断面積とによって決定される量のシ
リコンが溶融して追加供給されることになり、シリコン
円筒状体ｌの断面積は適切に選択されているので、シリ
コン溶融液４中の不純物濃度は一定に保持され、製造さ
れるシリコン単結晶体２の不純物濃度は、そのいづれの
領域においても均一となる。

一方、吸気ロ１０から供給されたアルゴンガスは図に矢
印をもって示すように流れて排気口１３から排出される
ので、シリコン溶融液４の液面は常に清浄に保持され、
炭素等の不純物が混入するおそれはない。

以上説明せるとおり、未実施例においては、シリコンの
追加供給体であるシリコン円筒状体ｌが７０−管の機能
も果たすので、炭素等の不純物が混入されず、しかも、
その全領域の不純物濃度（比抵抗値）が均一であるシリ
コン単結晶体を製造することができる。

第３図参照 図はと記の実施例を実施して、製造した、ホウ素、リン
、シ素、アンチモンを含有するシリコン単結晶体の比抵
抗と固化率との関係を示すグラフである０図より明らか
なようにいづれの不純物を含有する場合も、初期不安定
期を除き、お−むね一定の比抵抗を実現することができ
る。

なお、本実施例においては、シリコン円筒状体１を上下
しないこととしであるが、これを上下することとしても
全くさしつかえない、そのときはシリコン円筒状体１の
断面積を正確に制御管理する必要はない。

（発明の効果〕 以上説明せるとおり１本発明によれば、炭素等結晶欠陥
の核となリンる不純物を含有させず、しかも、製造され
た半導体単結晶体のすべての領域において、不純物濃度
（比抵抗ｇ１）を均一になすことの可能な、チ層りラル
スキー法を使用してなす半導体単結晶体の製造方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る半導体単結晶体の製造
方法の実施に必須な半導体円筒状体の斜視図である。第
２図は本発明の実施例に係る半導体単結晶体の製造方法
を実施してシリコン単結晶体を製造している状態を示す
図である。第３図は本発明の実施例に係る半導体単結晶
体の製造方法を実施して製造した。ホウ素、リン、ヒ素
、アンチモンを含有するシリコン単結晶体の比抵抗と固
化率との関係を示すグラフである。第４図は、従来技術
に係るチヨクラルスキー法を使用して製造したホウ素、
リン、ヒ素、アンチモンを含有するシリコン単結晶体の
比抵抗と結晶長との関係を示すグラフである。 １−・・半導体円筒状体、　　Ｉｌ−・・スリット、１
２φ争・フランジ、　　２・Φ・シリコン円筒状体、　
３１１・・ルツボ、　４・・・シリコン溶融液、　　５
・・・ルツボ回転上下軸、　　６・・・ヒータ、　７・
φ・内張リインシュレータ、８・・魯チョクテルスキー
法用容器、　　９・・・引き上げ回転軸、　１０・・・
吸気口、　１３命・ｅ第３１！Ｉ Ｃコイし！￥　（・ム） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　チョクラルスキー法を使用してなす半導体単結晶体の
   製造方法において、引き上げられる半導体単結晶体を囲
   み、引き上げ方向とおゝむね平行に、不純物を含まない
   前記半導体よりなり前記引き上げ方向に平行に設けられ
   た複数のスリットを有する円筒状体を支持し、該円筒状
   体の下端を前記半導体の溶融液面に接するように保つこ
   とを特徴とする半導体単結晶体の製造方法。