JPS61227986A - 単結晶シリコン棒の製造方法 - 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】 り１二ゑ■里分！ 本発明は高純度単結晶シリコン棒の製造方法に関し、特
にアンチモンをドーパントとして使用した場合の、棒軸
方向のドーパント濃度分布を任意（均一を含む）に制御
すると同時に、断面内におけるドーパント濃度分布を均
一化することに係るものである。

及１立亘預 半導体素子は、高純度シリコン単結晶のｎ型基盤から作
られることは良く知られている。高純度単結晶棒は、ダ
イヤモンド刃により、スライシングされ、さらにラッピ
ング、化学薬品によるエツチング、次いで鏡面仕上げ加
工を経て１例えば半導体集積回路等の始発材料基盤とし
て使われる。

そして目的とする半導体集積回路素子の種類性能に応じ
、上述の鏡面基盤はその表面の結晶方位。

導電型、抵抗率等の緒特性に注目し選択される。

近年、半導体技術の進歩に伴って、低電力消費型の半導
体素子が開発され、多用される樺になつた。その結果高
純度シリコン単結晶基盤の中に占めるｎｇの導電型をも
つものの需要が益々増加しつつある。また基盤のドーパ
ント濃度は、半導体素子の設計上、出来るでだけ狭い範
囲に制御されるのが好ましい。

本発明の目的はアンチモンドープの濃度分布が、特定の
狭い範囲に制御された高純度シリコンｎ型単結晶基盤を
、低コストで、効率良く製造する方法を提供することに
ある。

丈米抜の玄孟 従来の引上法では、ｎ導電型の高純度シリコン単結晶を
引上げるに際しては偏析係数の比較的大きいｎ型ドーパ
ントであるりん（Ｐ）または　素（Ａｓ）が用いられる
が、単結晶棒の長さ方向のＰまたはＡｓの濃度は著しく
変化し、もし１石英ルツボ中の高純度シリコン融体が完
全に一定直径のシリンダー状単結晶棒に引上げられたと
して、種結晶側から単結晶棒の全長の９０％の点でのド
ーパント濃度は、種結晶近傍のそれに比較して。

Ｐの場合４．５倍、Ａｓの場合５．０倍、となる。

一般に引上単結晶棒の長さと不純物濃度との関に−１ 係”　　　Ｃｘ−ＫＣｏ　（１−ｘ）　　　・・（１）
で表現される。ここでＸは引上単結晶が一定直径で引上
げられた円柱状と仮定したときの、結晶化開始点側から
の位置（全体を１とする）、Ｃｏは引上開始直前の高純
度シリコン溶融体中のドーパントの濃度、ＣｘはＸの点
に於ける単結晶棒中のドーパントの濃度、ｋはドーパン
トに固宥の偏析係数をいう。

高純度シリコン単結晶引上時の、種々の偏析係数をもつ
ドーパントの濃度変化は、第７図のとおりである。

いまドーパントとしてアンチモンを使うと、単結晶棒長
さ方向のドーパント変化はＰまたはＡｓよりさらに大き
くなる０通常半導体素子のｎ型基盤として用いられる高
純度シリコン単結晶のドーパント濃度範囲は、限定され
ており、その上限。

下限の比は、高々１．５倍であり、１．２倍という例が
ある。このため従来の引上法では、ｎ型高純度シリコン
単結晶基盤を効率的に製造することは困難であった。

しかしながら引上技術の進歩に従って、高純度シリコン
単結晶引上のために、リチャージ法が開発された。リチ
ャージ法とは１石英ルツボ中の高純度シリコン溶融物を
部分的に引上単結晶化し、この残湯にドーパントを全く
含まない高純度シリコン多結晶塊を追加して溶融し、再
び新たに種を浸漬して、引上をくり返す方法である。こ
のくり返しは通常２〜３回行われるが、引上げられる単
結晶は希望するｎ型不純物の濃度範囲に納まるよう成長
させられる。かかるリチャージ法によっても、引上工程
の中断、高純度シリコンの追加など、引上工程が繁雑で
あり、また引上単結晶の全長が比較的短いため、単結晶
総合収率の低下が避けられない、したがってｎｙ！１高
純度シリコン単結晶は、Ｐ型のそれに比較し、供給が不
充分であり、またコストアップになり、半導体素子の製
造コストに悪影響を与えたり、また技術開発を妨げる要
因となっていた。

アンチモンは、　ｔｊｌｌ不純物でありながら、偏析係
数が小さいために、上述の如き方法では、ＰやＡｓに比
較して断熱不利であるが、　Ｂｒａｄｓｈａｗ　（１９
５６）は、減圧下におけるシリコン溶融体中のアンチモ
ンが、他のｎ型不純物と比較して極めて揮発しやすいこ
とから、一定の減圧下で、引上速度と、引上単結晶棒の
長さ方向のドーパント濃度分布変化の関係を調べ、適当
に引上速度を選択することによって、単結晶棒のほぼ全
長にわたって均一な濃度分布を得ることが出来ることを
示した。このことは特公昭４４−２１０１４号公報およ
び米国特許第３．１１１５．２１１１号等にも述べられ
ている。これら公知の技術はいずれも、減圧下と引上速
度を選択するか、あるいは一定の引上速度で。

圧力を徐々に低下することにかかるもので、前者におい
ては、引上速度が変化する必要があるときは、これに伴
ってドーパント濃度が変化し、また引上速度を任意に選
択出来ないという不都合があり、また後者においては、
圧力を徐々に変化させるだけでは、充分なドーパント分
布制御がむすかしいこともわかった。要するにＢｒａｄ
ｇｈａｗの研究報告（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ　ｇ、５ｅｐｔ、１９５６、Ｐ、１３４
〜１４４）、特公昭４４−２１０１４号公報および、米
国特許第３，８１５，２８１号の開示する技術のいずれ
も工業的な生産には充分に対応できないものである。

一 本発明者等が、高純度シリコン単結晶の減圧下での引上
！、アンチモンが蒸発しやすいという点に注目したのは
、前述の公知文献と同じであるが、この現象を詳細に研
究し、７ンチモンの蒸発が、シリコン溶融面に吹きつけ
る雰囲気ガスとしての不活性保護ガスすなわちアルゴン
ガスの流量および流れの方向に非常に影響を受けること
を発見し、さらに研究を進め一定の減圧下で流量並びに
流れ方向を変化、制御することにより引上単結晶棒の長
さ方向の広範囲な制御が、高精度に行い得ることを発見
し、商業ベースで、ｎ型高純度シリコン単結晶を製造す
ることに成功したのである。また本発明者等は、詳細な
関連実験の過程で、引上単結晶断面内の濃度分布はしば
しば外周部分で、低濃度化が促進されるという欠点があ
るが、これは不活性保護ガスの流れを、引上中の単結晶
化進行部分の近傍より遠ざけ、ルツボ壁に近く向けるこ
とによって、充分に避はうることを発見した。これは本
発明のもう一つの大きな特徴であり、これによって、単
結晶化進行部分近傍のシリコン溶融体表面のアンチモン
ドーパントの揮発が妨げられ、結晶棒またはルツボの回
転を従来の技術に従って行えば、断面内の均一なドーパ
ント分布が充分に達成されるのである。

本発明は上記知見によって完成されたもので、これは石
英ルツボ中の溶融体に種結晶を浸漬し、溶融体に添加し
たアンチモンドーパントを蒸発させながら不活性雰囲気
ガス中で単結晶を引上げるに際し、雰囲気ガスの流量お
よび流れ方向を一定の減圧度において制御することを特
徴とする、単結晶棒軸方向に任意、かつ断面内に均一な
アンチモン濃度分布をもつ単結晶シリコン棒の製造方法
に係るものである。

本発明によれば、アンチモンのドーパントレベルが０．
０１ΩＨ１から高抵抗例えば２０００ａｍの広範囲にわ
たるｎ型車抵抗範囲の高純度シリコン単・結晶基盤を低
コストで大量的に供給可能である。従来Ｐ型基盤の方が
コスト的に有利といわれてきたが、本願発明の方法によ
れば、ｎ型基盤の方がコスト的に有利となる。

本発明におけるアンチモンの添加は、アンチモン細粒ま
たはシリコンとの一定組成の合金の適当量を秤量し、シ
リコン単結晶が溶融体から引上げられ始めてから行なう
のが望ましい、一般に引上工程は、シリコン多結晶の溶
融１種の浸漬、引上開始、コーンの形成ならびに希望直
径になってからの直径制御引上というように進められる
が、しばしばコーン形成時に単結晶が乱れるので溶融を
繰り返すことがあり、このため直径制御引上に入るまで
の時間に長短が起る。したがって、アンチモンドープは
引上初期に行なうとアンチモン初期濃度が変化し制御不
能となるので、安定した状態すなわち直径制御引上状態
に入ってから実施する、これによって単結晶の抵抗制御
も容易となる・なお、画然ながらこのアンチモンドープ
の時点までに雰囲気ガス圧、ガス流量を希望する値に安
定的に制御することが必要である。

第１図は、本発明のために用いられる、引上単結晶製造
装置の引上工程中の状態を例示したものテ、引上室ｌの
内部には、単結晶引上軸２がその下端に種結晶３を固定
し、シリコン溶融体４から単結晶棒５を回転しつつ結晶
の成長に応じて、上方に引上げられる。引上室ｌの本体
は、上蓋６、円筒直胴部７および底板８からなっている
。上蓋６の中央部には上下に貫通する、引上窓本体の直
径より小さく、且つ単結晶よりも大きい内径をもつ円筒
管状体９をもつ。

この円筒管状体９の上部は上蓋６と一体で作られ、下部
は耐熱材料例えばグラファイトで作られて良い、この円
筒管状体９の下端は通常円形断面で、引上単結晶と同心
円状に配置され、引上単結晶の外径との間の間隙（ｇ）
が５龍からルツボ直径の０．５倍好ましくは０．４倍に
、さらにシリコン溶融体４の表面との距離（ｈ）が５１
１量からルツボ直径の１．５倍好ましくは１．０倍にな
るよう選ばれる。

シリコン溶融体４の表面は、引上工程の進行と同時に低
下するが、引上機下部駆動機構（図示されない）によっ
て、石英ルツボ１０を上方に移動せしめ、距離（ｈ）が
引上工程中所定値に調節される。

シリコン溶融体４を収容する石英ルツボ１０の外側には
、これを保持する黒鉛サセプター１１と、引上機下部駆
動機構（図示されていない）から延長されているシャフ
ト１２の間に連結部１３（例えばセラミラックスなどの
耐熱材料からなる）が介在する。

１４は１例えば黒鉛材料からなるヒーターで。

石英ルツボ１０および黒鉛サセプター１１を囲ぎょうし
、外部の直流または交流電源（図示されていない）から
電極１５を通して通電加熱される。引上工程は、通常引
上室１の空間を雰囲気ガス例えばアルゴンのような不活
性ガスで充填して行われる。不活性ガスは第１図の例え
ば円筒管状体９の上部から導入され、下方に流れ、引上
中の単結晶棒５との環状間ＩＭ通過し、シリコン溶融体
４の表面に吹きつけられ、反転し、石英ルツボ１０の上
級より外方に流出し、さらにサセプター１１、ヒーター
１４および引上基本体円筒直胴部７の内壁で構成される
環状空間を通って、下方に流れ、引上室本体底板８の排
気孔１６を通って系外に排出される。１７は排気管開閉
のためのバルブ、１８は真空ポンプである０図中２０は
、不活性保護ガス例えばアルゴン供給のための流量計で
あり、１９と２１は、供給管の開閉並びに、流量調節の
ためのバルブである。２２は、引上室の圧力を示す圧力
計であり１反応室１内の圧力は、流量計２０を通る不活
性保護ガス例えばアルゴンの流量及び真空ポンプ１８の
排気量のバランスで自由に調節でき、一定減圧度でガス
流量の調節も自由である０図中に示めさなかったが、圧
力及び流量のｗＲｍをプログラム化し、コンピュータ制
御することも可能である。これもまた図示してないが、
単結晶の自動直径制御の各手段も、不活性保護ガスの圧
力または流量と連動または独立して運転することも可能
である。２３．２４は本体の気密封止のための充填物で
あり、使用条件に応じ、適当な材料が選ばれる。２５は
回転部の真空シールである。２６はドーパント物質例え
ばアンチモン細粒を引上室ｌ内のシリコン溶融物に添加
する付属物で、２７はドーパントの落下を制御するバル
ブである。

第１図に示す装置において、石英ルツボ１０の中で高純
度シリコン多結晶をアルゴンガス雰囲気で溶融する。高
純度シリコン溶融時の雰囲気ガスの圧力は、常圧または
減圧のいずれでも良い、ドーパントとしてのアンチモン
細粒は、目的とするシリコン単結晶中のドーパントレベ
ルおよび初期のシリコン溶融体の重量に応じて、添加さ
れる。

アンチモンの添加は単結晶の引上工程が開始され、希望
する直径の結晶が、安定に引上げられる状態に達した直
後に添加するのが好ましい。

種結晶３がシリコン溶融体４に浸漬され、引上が開始さ
れると雰囲気ガスの圧力が減圧度に調節され、雰囲気ガ
スの導入量の制御が始まるが、種結晶３から単結晶棒５
の直胴部までの移行部分は出来るだけフラットに仕上げ
るのが好ましい、雰囲気ガスの圧力と流量の調節は、単
結晶棒が一定直径になってからの方が好ましい。

アンチモン結晶中の長さ方向の濃度分布がほぼ一定であ
ることを希望する場合には、引上条件例えば、ドーパン
ト濃度レベル、雰囲気ガスの減圧度、結晶直径、引上速
度、シリコン溶融体の表面積、結晶およびルツボの回転
状態、円筒管状体９の下端のシリコン単結晶との間ＷＲ
（ｇ）およびシリコン溶融体５の表面との距離（ｈ）ビ
よって、雰囲気ガスの流量を決める。

雰囲気ガスの流量は、引上条件と概路次のような関係に
ある。

第１表　引上条件と雰囲気ガス流量 （ここで矢印の方向が上のときは増大、下のときは減少
を意味する） １単結晶棒軸方向のアンチモンドープ均一化のために用
いられるが、本発明の方法によれば、棒軸方向の変化は
平均値に対し、１０−１５％以下にそのバラツキを抑え
ることが出来る。これはアンチモンドープシリコン単結
晶棒において、従来全く不可能であったことである。

すなわち、従来雰囲気ガス流量が少ない場合。

減圧にするだけではアンチモンの蒸発が不充分であった
り、流量が充分多い場合１も、引上室内における高温の
ために、雰囲気ガスの偏流現象が起きて、アンチモン蒸
発の制御が全く困難であるという欠点があった。

以上本発明の目的の一つである引上単結晶軸方向のドー
パント濃度分布について述べたが、次に、減圧下でシリ
コン溶融体からアンチモンを蒸発させながら実施する単
結晶引上工程中に、その単結晶断面内のアンチモン濃度
分布が通常法よりも悪くなるのを改善するために１本発
明の他の一つが有効であることを説明する。

通常法による断面内のドーパント濃度分布の改善法は１
種結晶の回転数を高めることである。しかしこの方法は
しばしば結晶性を乱す原因になり、その限界がある６本
発明の方法は、雰囲気ガスとしての不活性保護ガスの流
れを巧みに利用するにある。すなわち不活性ガスのシリ
コン溶融体表面への吹きつけ位置は、単結晶化進行部か
らルツボ壁の方へ遠ざけることである。このような不活
性ガスの流れの制御は、間隙（８）を大きくするか、も
っと積極的には、管状体の下端近傍にドーナツ状円板ま
たは下方に向って広がるようにされた截頭円錐形ガス整
流板２８を設けることであり、−例をあげれば第２図に
示されるような位置に截頭円錐形ガス整流板２８を内在
させることである。この截頭円錐形ガス整流板は勿論単
結晶と同心円的に配置され１間隙を流れる雰囲気ガスの
主要部分を単結晶化進行部分より遠ざける役目をする。

第２図は、シリコン単結晶棒５の単結晶化進行部分近傍
を拡大し詳しく説明したものである。截頭円錐形ガス整
流板２８の位置と作用効果を説明する０円筒管状体９の
下端の内部に、截頭円錐形例えばグラファイトからなる
成形体（ここでは截頭円錐形ガス整流板２８ともいう）
をシリコン単結晶と同心円上に、かつその上端が、円筒
管状体９の下端面でほぼ一致するよう配置される。第３
図は、截頭円錐形ガス整流板２８とシリコン単結晶５と
の相対的な位置関係を示すものである。第２図において
、アルゴンガスは円筒管状体９とシリコン単結晶棒５と
の間隙を矢印（ａ）のように流下し、円筒管状体９の下
端近傍で、截頭円錐形ガス整流板２８のためにガス流の
大部分が外方向に矢印（ｂ）のように流れ、ルツボ１゜
の外側にのがれる。そして截頭円錐形ガス整流板２８の
直下の、単結晶化進行部分近傍はガス流のよどんだ部分
（、）となる、この結果・シリコン溶融体からのアンチ
モンの蒸発は、その表面に画かれた矢印（ｄ）に示され
るよう、ルツボ側に近づくにつれて増大する。これによ
り単結晶の外周表面近傍のアンチモン濃度の低下が避け
られる。

本発明における雰囲気ガスの圧力は１　ｍｓＨｇ〜２０
０層ｓａｇとされるが、これは雰囲気ガスを充分に液面
に吹き付けることによってアンチモンの蒸発を促進する
ためであり、この上限が２００　ｓｍｏＨにおいても充
分効果があることが判ったことによるものである。また
下限は限界がないが、工業的には１　ｍｍＨｇ程度が適
当であることによる。実際はｌＯ厘腸Ｈｇ−１０−５厘
腸Ｈｇでもアンチモンの蒸発力認められるが、排気ガス
中に微粒子が混入し、排気昂統その他に種々の障害を与
えるので工業的に好ましくない、また、上限としてアン
チモンの蒸発が著しく低下するような、例えば３００　
ｓｍＨｇにすると、本発明の引上条件では不適であるこ
とも判っている。

他方、ガスの流量は、管状体下端における環状間隙の単
位面積当り０．０ＩＮｌ／ｍｒｎ・ｃｒｒｅ〜２．５　
Ｍｌ／ｓｉｎ・ｃｍ″としたが、通常の操業で引上単結
晶の希望抵抗値を得るためには、アンチモンの十分な制
御可能な蒸発を得るために、前記した部分の単位面積当
り最低０．０１）ＩＩ／冒ｉｎ＊ｃゴであることが必要
であり、これ以上の流量を用い、圧力を上記範囲に適当
に選ぶことにより、希望抵抗値に対し±１０％の精度で
抵抗値の制御ができる。またガス量の上限は、これをあ
まり大きくすると湯面が振動し単結晶化が不能になるほ
か、炉内の固体微粒子が湯面に飛散し単結晶化をさらに
妨げることになる・したがって、この上限を、前記した
部分の環状間隙において単位面積当り２．５　Ｍｌ／ｍ
１ｎｅ　ｃｒｎ’に設定する必要がある。他方また、ガ
ス量の下限は上述したとおりであるが、さらに付は加え
ると、前記した部分における単位面積当り０．０ＩＮｌ
／ｗｉｎ・Ｃゴ未満では、単結晶棒と同軸に設けた管状
体の側面およびルツボの上級にシリコンあるいはアンチ
モンの酸化物が析出し易くなり、これがシリコン溶融体
に混入すると引上単結晶の結晶を乱すようになり好まし
くないことによる。

つぎに本発明の実施例をあげるが１本発明がこれに限定
されないことはもちろんである。

実施例１゜ 第１図に例示した単結晶引上装置を用いて直径１００１
鳳のシリコン単結晶棒を引上げた。この場合１円筒管状
体９の下端内径は１５０　ｍｍ、石英ルツボｌＯは内痒
１２　　（３０，４８ｃ＋ｗ）　テあった０石英ルツボ
中に高純度シリコン多結晶塊最大炎ｌＯ〜５０腸腸を２
０ｋｇ充填し、アルゴンガス雰囲気の常圧下でアルゴン
ガスを８．０ＯＮｌ／ｓｉｎの割合で引上室内に導入し
、溶解した。溶融後、この中に細粒状のアンチモン２０
ｍｇを添加し、３０分間放置し、次いで、ルツボを５ｒ
−ｐ、＋ｓ−、種結晶を３゜ｒ、ｐ、ｉｔ−で互に逆方
向に回転しつつ、またシリコン溶融体表面を円筒管状体
下端より５０ｍｍの距離に調節し、さらに種結晶をシリ
コン溶融体に浸漬し、単結晶の引上を開始した。単結晶
の直径が所望の１００鵬■に達した時点で、雰囲気ガス
圧を２０關Ｈｇに減圧し、同時にアルゴンガス流量を３
５．ＯＮｌ／鳳ｉｎに調節した。また引上速度は１．１
　ｍ層／層ｉｎに設定した。ガス流量としてはこの他Ｓ
、Ｏ旧／ｗｉｎ　、　９０．ＯＮ１／５ｉｎｃ１）２種
類を選らんで比較した。

この結果３５．ＯＮｌ／ｗｉｎの場合にほぼ単結晶の全
長にわたって均一なドーパント濃度分布が実現され。

棒軸方向の単結晶側面抵抗率は、その平均値に対し、±
５％の間であった。このときの単結晶の棒軸方向のドー
パント濃度分布を第４図に示す。

単結晶はしばしば途中で乱れ、引上工程の比較的初期段
階では問題ないが、かなり引上が進行した段階では、す
でに引上げた単結晶を溶融し、引上工程を再開するとき
には、蒸発した分だけアンチモンを追加するか、または
アルゴンガスの流量ｔ−低下すせることによって、所要
のドーパントレベルのアンチモンドープｎ型単結晶を得
ることができる。アンチモンの蒸発量は、実験によって
正確に測定することができる。

本実施例では、単結晶全長にわたって均一なドーパント
レベルを得る場合について述べたが、アルゴンガス流量
を変化させることによって、自由に一回引上工程で、ド
ーパントレベルを任意瞬変化させた複数の部分から構成
する単結晶棒を成長させることが出来る。これは第４図
の結果から容易に理解することが出来る。半導体素子の
基盤はしばしばそのドーパントレベルの点で異なってお
り、しかも、一度の使用量が少ない場合がある。

このようなときは、上述のような本発明の方法は有効で
ある。

実施例２゜ 本実施例では、円筒管状体の下端に截頭円錐形ガス整流
板を設置した場合について説明する。

実施例１の製造において１円筒管状体下端部に、第３図
に示す截頭円錐形ガス整流板を設置し、実施例１と全く
同じ条件で単結晶を引上げた。実施例１と、得られた高
純度シリコン単結晶断面内のドーパント濃度分布を比較
した。截頭円錐形ガス整流板を用いてその分布は著しく
改善された。断面内のドーパント濃度分布は、中心と外
周３鵬■の３点で表現すると、実施例１では３０％であ
るのに対し、実施例２では５％に低下した。

ドーパント濃度分布 本発明の方法は、他のドーパント、例えば、素、りん、
アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジュームなどに
も適用可能であり、また単結晶材料が、高純度シリコン
に限らず、ゲルマニウム、その他比較的難揮発性の場合
に適用できる。

本発明の方法は、シリコン単結晶に限らず、こ０の他の
半導体材料についても、ドーパントに限らず、石英ルツ
ボから汚染されるシリコン単結晶中の酸素濃度を除去し
たり、その他不純物の蒸発除去に有効である。

本発明の方法は、高濃度のアンチモンドープシリコン単
結晶のドーパント濃度のコントロールには勿論、低濃度
の場合にも有効で、抵抗率表示によれば、０．０２０Ｃ
麿から２００ΩＣ厘迄の範囲で、有効である。特に低濃
度の場合に、アルゴンのような雰囲気不活性ガスの流れ
を利用するアンチモンの蒸発が特に有効である。また雰
囲気ガスとしては、アルゴンに加えてヘリウムの如き不
活性ガスも有効である。この不活性ガスに特殊な目的で
窒素ならびに水素ガスを混入することも可能で、本発明
の効果は失われない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における装置の縦断面図を、
第２図は本発明の実施例２における単結晶化進行部分近
傍の縦断面図を、第３図は実施例２における単結晶化進
行部分近傍の斜視図を、第４図は実施例１の結果を示す
グラフを、第５図は実施例２の結果を示すグラフを、第
６図は単結晶引上時のドーパントの濃度変化を示す。 １ｅｅｓ引上室、　　１８・・・真空ポンプ、２φ争φ
引上軸、　　　１９−・・バルブ、３・・０種結晶、　
　２０・・・流量計、４・争壷溶融体、　　２１・１１
１１バルブ。 ５Φ・ψ単結晶棒、　２２・−・圧力計、６・・・上蓋
、　　２３・・・充填物、７・・・円筒直胴部、　２４
−・番充填物、８１１ｅ・底板、　　２５・・・真空シ
ール、９・争・円筒管状体、　２６・・・付属物。 １ｏ−−−石英ルツボ、　　２７−・・バルブ、１１・
拳・サセプター、　２８・・−截頭円錐形１２・争・シ
ャフト、　　　　ガス整流板、１３・嗜・連結部、　　
　ｇ・・会間隙、１４・−・ヒーター、　　　ｈ−ψ・
円筒管状体と１５・−・電極、　　　　　　溶融体との
距離。 １６・・０排気孔、 １７・・・バルブ。 第１図 １偽 第２図 第３図 第４図 浩占−晶イ立］【　％ 第５図 原子ｋＩＴ＋３ 中１し・ｔ′うの足巨肖止 内 ０発　明　者　横　１）　　修　二　安中市磯部２−１
３−内 内 １　信越半導体株式会社半導体研究所 １　信越半導体株式会社半導体研究所 手続補正書（師） 昭和６０年７月２午日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿　　　　塩１、事件の
表示 昭和６０年特許願第６７４８３号 ２゜発明の名称 単結晶シリコン棒の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　信越半導体株式会社 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書および図面 ６、補正の内容 １）明細書全文を別紙訂正明細書のとおりに補正する。 ２）図面の第５図を別紙のとおりに補正する。 以上 訂正　明　　細　　書 １、発明の名称 単結晶シリコン棒の製造方法 ２、特許請求の範囲 １）石英ルツボ中の溶融体に種結晶を浸漬し、溶融体に
添加したアンチモンドーパントを蒸発させながら不活性
雰囲気ガス中で単結晶を引上げるに際し、雰囲気ガスの
流量および流れ方向を一定の減圧度において制御するこ
とを特徴とする、単結晶棒軸方向に任意、かつ断面内に
均一なアンチモン濃度分布をもつ単結晶シリコン棒の製
造方法。 ２）溶融体から単結晶を引上げる工程中にアンチモンド
ーパントを添加することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の方法。 ３）引上工程中に、雰囲気ガスの一部の流れ方向を溶融
体表面に吹きつけるようにすることを特徴とする特許請
求の範囲第１項、第２項のいずれかに記載の方法。 ４）引上工程中の単結晶棒と、前記単結晶棒を同軸に包
囲する管状体との間に形成される環状間隙に雰囲気ガス
を流すことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
いずれかに記載の方法。 ５）引上工程中に、単結晶を同軸に包囲する管状体のほ
かに、前記単結晶を同軸に包囲するドーナツ状円板また
は下方に向って広がるようにされた截頭円錐形ガス整流
板を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
２項、第３項、第４項いずれかに記載の方法。 ６）管状体の下端が溶融体表面上５１１からルツボ直径
の１．０倍の位置で、かつ環状間隙が５鳳鳳からルツボ
直径の０．４倍であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項、第４項、第５項何れかに記載の方法。 ７）雰囲気ガスの圧力が１　ｍｍ１ｇ〜２００　ｓ＋ｍ
Ｈｇで、管状体下端における環状間隙の単位面積当りの
ガス流量が０．０ＩＮ１／　ｓｉｎ　６　ｃｒｎ’　〜
２．５　Ｍｌ／ｍｉｎｅｃｍ’であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
項、第６項いずれかに記載の方法。 ３、発明の詳細な説明 り泉工曵剋里分！ 本発明は高純度単結晶シリコン棒の製造方法に関し、特
にアンチモンをドーパントとして使用した場合の、棒軸
方向のドーパント濃度分布を任意（均一を含む）に制御
すると同時に、断面内におけるドーパント濃度分布を均
一化することに係るものである。 ｉ医ゑ１透 半導体素子は、高純度シリコン単結晶のｎ型基盤から作
られることは良く知られている。高純度単結晶棒は、ダ
イヤモンド刃により、スライシングされ、さらにラッピ
ング、化学薬品によるエツチング、ついで鏡面仕上げ加
工を経て１例えば半導体集積回路等の始発材料基盤とし
て使われる。 そして目的とする半導体集積回路素子の種類性能に応じ
、上述の鏡面基盤はその表面の結晶方位。 導電型、抵抗率等の緒特性に注目し選択される。 近年、半導体技術の進歩に伴って、低電力消費型の半導
体素子が開発され、多用されるようになつた。その結果
高純度シリコン単結晶基盤の中に占めるｎ型の導電型を
もつものの需要がますます増加しつつある。また基盤の
ドーパント濃度は、半導体素子の設計上、できるだけ狭
い範囲に制御されるのが好ましい。 本発明の目的はアンチモンドープの濃度分布が、特定の
狭い範囲に制御された高純度シリコンｎ′１１単結晶基
盤を、低コストで、効率良く製造する方法を提供するこ
とにある。 従来抜五久羞 従来の引上法では、ｎ導電型の高純度シリコン単結晶を
引上げるに際しては偏析係数の比較的大きいｎ型ドーパ
ントであるりん（Ｐ）または砒素（Ａ　ｓ）が用いられ
るが、単結晶棒の長さ方向のＰまたはＡｓの濃度は著し
く変化し、もし５石英ルツボ中の高純度シリコン融体が
完全に一定直径のシリンダー状単結晶棒に引上げられた
として、種結晶側から単結晶棒の全長の９０％の点での
ドーパント濃度は１種結晶近傍のそれに比較して、Ｐの
場合４．５倍、Ａｓの場合５．０倍、となる。 一般に引上単結晶棒の長さと不純物濃度との関係は・　
　　Ｃｘ＋ａ＋ＫＣｏ　（１−ｘ）　　　　＊　＊（１
）で表現される。ここでＸは引上単結晶が一定直径で゛
引上げられた円柱状と仮定したときの、結晶化開始点側
からの位Ｉ！（全体を１とする）、Ｇｏは引上開始直前
の高純度シリコン溶融体中のドーパント（溶質）の濃度
、ＣｘはＸの点に於ける単結晶棒中のドーパント（溶質
）の濃度、ｋはドーパントに固有の偏析係数をいう。 高純度シリコン単結晶引上時の１種々の偏析係数をもつ
ドーパントの濃度変化は、第６図のとおりである。 いまドーパントとしてアンチモンを使うと、単結晶棒長
さ方向のドーパント変化はＰまたはＡｓよりさらに大き
くなる０通常半導体素子のｎｆｆ１基盤として用いられ
る高純度シリコン単結晶のドーパント濃度範囲は、限定
されており、その上限。 下限の比は、高々１．５倍であり、１２倍という例があ
る。このため従来の引上法では、ｎｆｉ高純度シリコン
単結晶基盤を効率的に製造することは困難であった・ しかしながら引上技術の進歩に従って、高純度シリコン
単結晶引上のために、リチャージ法が開発された。リチ
ャージ法とは、石英ルツボ中の高純度シリコン溶融物を
部分的に引上単結晶化し。 この残湯にドーパントを全く含まない高純度シリコン多
゛結晶塊を追加して溶融し、再び新たに種結晶を浸漬し
て、引上をくり返す方法である。このくり返しは通常２
〜３回行われるが、引上げられる単結晶は希望するｎ型
不純物の濃度範囲に納まるよう成長させられる。かかる
リチャージ法によっても、引上工程の中断、高純度シリ
コンの追加など、引上工程が繁雑であり、また引上単結
晶の全長が比較的短いため、単結晶総合収率の低下が避
けられない、したがってｎ型高純度シリコン単結晶は、
ｐ型のそれに比較し、供給が不充分であり、またコスト
アップになり、半導体素子の製造コストに悪影響を与え
たり、また技術開発を妨げる要因となっていた。 アンチモンは、ｎ型不純物でありながら、偏析係数が小
さいために、上述の如き方法では、ＰやＡｓに比較して
断熱不利であるが、　Ｂｒａｄｓｈａｗ　（１９５６）
は、減圧下におけるシリコン溶融体中のアンチモンが、
他のｎ型不純物と比較して極めて揮発しやすいことから
、一定の減圧下で、引上速度と、引上単結晶棒の長さ方
向のドーパント濃度゛　　　　分布変化の関係を調べ、
適当に引上速度を選択することによって、単結晶棒のほ
ぼ全長にわたって均一な濃度分布を得ることが出来るこ
とを示した。このことは特公昭４４−２１０１４号公報
および米国特許第３，８１５，２８１号等にも述べられ
ている。これら公知の技術はいずれも、減圧下と引上速
度を選択するか、あるいは一定の引上速度で。 圧力を徐々に低下することにかかるもので、前者におい
ては、引上速度が変化する必要があるときは、これに伴
ってドーパント濃度が変化し、また引上速度を任意に選
択できないという不都合があり、また後者においては、
圧力を徐々に変化させるだけでは、充分なドーパント分
布制御がむずかしいこともわかった。要するにＢｒａｄ
ｇｈａｗの研究報告　（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　　２．　５ｅｐｔ、　　　ｌ
　　９５６、Ｐ、１３４〜１４４）、特公昭４４−２１
０１４号公報および、米国特許第３，８１５，２８１号
の開示する技術のいずれも工業的な生産には充分に対応
できないものである。 。　　占　　　　　　　　　一 本発明者等が、高純度シリコン単結晶の減圧下での引上
で、アンチモンが蒸発しやすいという点に注目したのは
、前述の公知文献と同じであるが、この現象を詳細に研
究し、アンチモンの蒸発が、シリコン溶融面に吹きつけ
る雰囲気ガスとしての不活性保護ガスすなわちアルゴン
ガスの流量および流れの方向に鼻常に影響を受けること
を発見し、さらに研究を進め一定の減圧下で流量並びに
流れ方向を変化、制御することにより引上単結晶棒の長
さ方向の広範囲な制御が、高精度に行い得ることを発見
し、商業ペースで、ｎ型高純度シリコン単結晶を製造す
ることに成功したのである。また本発明者等は、詳細な
関連実験の過程で、引上単結晶断面内の濃度分布はしば
しば外周部分で、低濃度化が促進されるという欠点があ
るが、これは不活性保護ガスの流れを、引上中の単結晶
化進行部分の近傍より遠ざけ、ルツボ壁に近く向けるこ
とによって、充分に避は得ることを発見した。これは本
発明のもう一つの大きな特徴であり、これによって、単
結晶化進行部分近傍のシリコン溶融体表面のアンチモン
ドーパントの揮発が妨げられ、結晶棒またはルツボの回
転を従来の技術に従って行えば、断面内の均一なドーパ
ント分布が充分に達成されるのである。 本発明は上記知見によって完成されたもので、これは石
英ルツボ中の溶融体に種結晶を浸漬し。 溶融体に添加したアンチモンドーパントを蒸発させなが
ら不活性雰囲気ガス中で単結晶を引上げるに際し、雰囲
気ガスの流量および流れ方向を一定の減圧度において制
御することを特徴とする。単結晶棒軸方向に任意、かつ
断面内に均一なアンチモン濃度分布をもつ単結晶シリコ
ン棒の製造方法に係るものである。 本発明によれば、アンチモンのドーパントレベルが０．
０１ΩＣ■から高抵抗例えば２０００ｃｍの広範囲にわ
たるａｌｌ小抵抗範囲の高純度シリコン単結晶基盤を低
コストで大量的に供給可能である。従来ｐ型基盤の方が
コスト的に有利といわれてきたが、本発明の方法によれ
ば、ｎ型基盤の方がコスト的に有利となる。 本発明におけるアンチモンの添加は、アンチモン細粒ま
たはシリコンとの一定組成の合金の適当量を秤量し、シ
リコン単結晶が溶融体から引上げられ始めてから行なう
のが望ましい、一般に引上工程は、シリコン多結晶の溶
融１種結晶の浸漬、引上開始、コーンの形成ならびに希
望直径になってからの直径制御引上というように進めら
れるが、しばしばコーン形成時に単結晶が乱れるので溶
融を繰り返すことがあり、このため直径制御引上に入る
までの時間に長短が起る。したがって、アンチモンドー
プは引上初期に行なうとアンチモン初期濃度が変化し制
御不能となるので、安定した状態すなわち直径制御引上
状態に入ってから実施する。これによって単結晶の抵抗
制御も容易となる。なお、当然ながらこのアンチモンド
ープの時点までに雰囲気ガス圧、ガス流量を希望する値
に安定的に制御することが必要である。 第１図は１本発明のために用いられる。引上単結晶製造
装置の引上工程中の状態を例示したもので、引上室１の
内部には、単結晶引上軸２がその下端に種結晶３を固定
し、シリコン溶融体４から単結晶棒５を回転しつつ結晶
の成長に応じて、上方に引上げられる。引上室ｌの本体
は、上蓋６、円筒直胴部７および底板８からなっている
。上蓋６の中央部には上下に貫通する。引上基本体の直
径より小さく、かつ単結晶よりも大きい内径をもつ円筒
管状体９をもつ。 この円筒管状体９の上部は上蓋６と一体で作られ、下部
は耐熱材料例えばグラファイトで作られて良い、この円
筒管状体９の下端は通常円形断面で、引上単結晶と同心
円状に配置され、引上単結晶の周囲との間の間隙（ｇ）
が５鰭からルツボ直径の０．５倍好ましくは０．４倍に
、さらにシリコン溶融体４の表面との距離（ｈ）が５ｍ
腸からルツボ直径の１．５倍好ましくは１０倍になるよ
う選ばれシリコン溶融体４の表面は、引上工程の進行と
同時に低下するが、引上機下部駆動機構（図示されない
）によって、石英ルツボｌＯを上方に移動せしめ、距離
（ｈ）が引上工程中所定値に調節される。 シリコン溶融体４を収容する石英ルツボ１０の外側には
、これを保持する黒鉛サセプターｌｌと、引上機下部駆
動機構から延長されているシャフト１２の間に連結部１
３（例えばセラミックスなどの耐熱材料からなる）が介
在する。 １４は１例えば黒鉛材料からなるヒーターで、石英ルツ
ボｌＯおよび黒鉛サセプター１１を囲ざようし、外部の
直流または交流電源（図示されていない）から電極１５
を通して通電加熱される。引上工程は１通常引上室１の
空間を雰囲気ガス例えばアルゴンのような不活性ガスで
充填して行われる。不活性ガスは第１図の例えば円筒管
状体９の上部から導入され、下方に流れ、引上中の単結
晶棒５との環状間隙を通過し、シリコン溶融体４の表面
に吹きつけられ、反転し１石英ルツボ１０の上縁より外
方に流出し、さらにサセプター１１、ヒーター１４およ
び引上型本体円筒直胴部７の内壁で構成される環状空間
を通って、下方に流れ、引上室本体底板８の排気孔１６
を通って系外に排出される。１７は排気管開閉のための
バルブ、１８は真空ポンプである０図中２０は、不活性
保護ガス例えばアルゴン供給のための流量計であり、１
９と２１は、供給管の開閉並びに、流量調節のためのバ
ルブである。２２は、引上室の圧力を示す圧力計であり
１反応室ｌ内の圧力は、流量計２０を通る不活性保護ガ
ス例えばアルゴンの流量及び真空ポンプ１８の排気量の
バランスで自由に調節でき、一定減圧度でガス流量の調
節も自由である０図中に示めさなかったが、圧力及び流
量の調節をプログラム化し、コンピュータ制御すること
も可能である。これもまた図示してないが、単結晶の自
動直径制御の各手段も、不活性保護ガスの圧力または流
量と連動または独立して運転することも可能である。２
３．２４は本体の気密封止のための充填物であり、使用
条件に応じ。 適当な材料が選ばれる。２５は回転部の真空シールであ
る。２６はドーパント物質例えばアンチモン細粒を引上
室ｌ内のシリコン溶融物に添加する付属物で、２７はド
ーパントの落下を制御するバルブである。 第１図に示す装置において１石英ルツボ１０の中で高純
度シリコン多結晶をアルゴンガス雰囲気下で溶融する。 高純度シリコン溶融時の雰囲気ガスの圧力は、常圧また
は減圧のいずれでも良い。 ドーパントとしてのアンチモン細粒は、目的とするシリ
コン単結晶中のドーパントレベルおよび初期のシリコン
溶融体の重量に応じて、添加される。アンチモンの添加
は単結晶の引上工程が開始され、希望する直径の結晶が
、安定に引上げられる状態に達した直後に添加するのが
好ましい。 種結晶３がシリコン溶融体４に浸漬され、引上が開始さ
れると雰囲気ガスの圧力が減圧度にｍｔＭされ、雰囲気
ガスの導入量の制御が始まるが１種結晶３から単結晶棒
５の直胴部までの移行部分はできるだけフラットに仕上
げるのが好ましい、雰囲気ガスの圧力と流量の調節は、
単結晶棒が一定直径になってからの方が好ましい。 アンチモン結晶中の長さ方向の濃度分布がほぼ一定であ
ることを希望する場合には、引上条件例えば、ドーパン
ト濃度レベル、雰ａ％ガスの減圧度、結晶直径、引上速
度、シリコン溶融体の表面積、結晶およびルツボの回転
状態、円筒管状体９の下端のシリコン単結晶との間隙（
ｇ）およびシリコン溶融体４の表面との距離（ｈ）によ
って、雰囲気ガスの流量を決める。 雰囲気ガスの流量は、引上条件と概略第１表のような関
係にある。 第１表　引上条件と雰囲気ガス流量 （ここで矢印の方向が上のときは増大。 下のときは減少を意味する） 本発明の方法は、第１の目的としてシリジン引上単結晶
棒軸方向のアンチモンドープ均一化のために用いられる
が、本発明の方法によれば、棒軸方向の変化は平均値に
対し、１０〜１５％以下にそのバラツキを抑えることが
できる。これはアンチモンドープシリコン単結晶棒にお
いて、従来全く不可能であったことである。 すなわち、従来雰囲気ガス流量が少ない場合。 減圧にするだけではアンチモンの蒸発が不充分であった
り、流量が充分多い場合でも、引上室内における高温の
ために、雰囲気ガスの偏流現象が起きて、アンチモン蒸
発の制御が全く困難であるという欠点があった。 以上本発明の目的の一つである引上単結晶軸方向のドー
パント濃度分布について述べたが、次に、減圧下でシリ
コン溶融体からアンチモンを蒸発させながら実施する単
結晶引上工程中に、その単結晶断面内のアンチモン濃度
分布が通常法よりも悪くなるのを改善するために１本発
明の他の一つが有効であることを説明する。 通常法による断面内のドーパント濃度分布の改善法は、
種結晶の回転数を高めることである。しかしこの方法は
しばしば結晶性を乱す原因になり、その限界がある０本
発明の方法は、雰囲気ガスとしての不活性保護ガスの流
れを巧みに利用するにある。すなわち不活性ガスのシリ
コン溶融体表面への吹きつけ位置は、単結晶化進行部か
らルツボ壁の方へ遠ざけることである。このような不活
性ガスの流れの制御は、間隙（ｇ）を大きくするか、も
っと積極的には、管状体の下端近傍にドーナツ状円板ま
たは下方に向って広がるようにされた截頭円錐形ガス整
流板２Ｂを設けることであり、−例をあげれば第２図に
示されるような位置に截頭円錐形ガス整流板２８を内在
させることである。この截頭円錐形ガス整流板は勿論単
結晶と同心円的に配置され、間隙を流れる雰囲気ガスの
主要部分を単結晶化進行部分より遠ざける役目をする。 第２図は、シリコン単結晶棒５の単結晶化進行部分近傍
を拡大し詳しく説明したものである。截頭円錐形ガス整
流板２８の位置と作用効果を説明する０円筒管状体９の
下端の内部に、截頭円錐形例えばグラファイトからなる
成形体（ここでは截頭円錐形ガス整流板２８ともいう）
をシリコン単結晶と同心円上に、かつその上端が、円筒
管状体９の下端面でほぼ一致するよう配置される、第３
図は、截頭円錐形ガス整流板２８とシリコン単結晶５と
の相対的な位置関係を示すものである。第２図において
、アルゴンガスは円筒管状体９とシリコン単結晶棒５と
の間隙を矢印（ａ）のように流下し１円筒管状体９の下
端近傍で、截頭円錐形ガス整流板２８のためにガス流の
大部分が外方向に矢印（ｂ）のように流れ、ルツボ１０
の外側にのがれる。そして截頭円錐形ガス整流板２Ｂの
直下の、単結晶化進行部分近傍はガス流のよどんだ部分
（Ｃ）となる、この結果、シリコン溶融体からのアンチ
モンの蒸発は、その表面に画かれた矢印（ｄ）に示され
るよう、ルツボ側に近づくにつれて増大する。これによ
り単結晶の外周表面近傍のアンチモン濃度の低下が避け
られる。 本発明における雰囲気ガスの圧力は１　ｍｓＨｇ〜２０
Ｇ＋ｍｍＨｇとされるが、これは雰囲気ガスを充分に液
面に吹き付けることによってアンチモンの蒸発を促進す
るためであり、この上限が２００腸ｍｕｇにおいても充
分効果があることが判ったことによるものである。また
下限は限界がないが、工業的にはｌ■ｍＨｇ程度が適当
であることによる。実際は１０　鵬鳳Ｈｇ−１０’ｍｍ
Ｈｇでもアンチモンの蒸発が認められるが、排気ガス中
に微粒子が混入し、排気系統その他に種々の障害を与え
るので工業的に好ましくない、また、上限としてアンチ
モンの蒸発が著しく低下するような、例えば３００層腸
Ｈｇにすると、本発明の引上条件では不適であることも
判っている。 他方、ガスの流量は、管状体下端における環状間隙の単
位面積当り０−０１ＮＩ／ｍｉｎ・ｃｒｆ〜２．５　Ｍ
ｌ／ｓｉｎ　＠ｃｍ”としたが、通常の操業で引上単結
晶の希望抵抗値を得るためには、アンチモンの十分な制
御可能な蒸発を得るために、前記した部分の単位面積当
り最低０．０１１１■１ｎ１１ｅｒｎ’であることが必
要であり、これ以上の流量を用い、圧力を上記範囲に適
当に選ぶことにより、希望抵抗値に対し±１０％の精度
で抵抗値の制御ができる。またガス量の上限は、これを
あまり大きくすると場面が振動し単結晶化が不能になる
ほか、炉内の固体微粒子が湯面に飛散し単結晶化をさら
に妨げることになる。したがって、この上限を、前記し
た部分の環状間隙において単位面積当り２．５　Ｍｌ／
ｍ１ｎｅ　ｃｒｎ”に設定する必要がある。他方また。 ガス量の下限は上述したとおりであるが、さらに付は加
えると、前記した部分における単位面積当り０．０ＩＮ
１／■ｉｎ＊ｃｍ″未満では、単結晶棒と同軸に設けた
管状体の側面およびルツボの上縁にシリコンあるいはア
ンチモンの酸化物が析出し易くなり、これがシリコン溶
融体に混入すると引上単結晶の結晶を乱すようになり好
ましくないことによる。 つぎに本発明の実施例をあげるが１本発明がこれに限定
されないことはもちろんである。 実施例１゜ 第１図に例示した単結晶引上装置を用いて直径１００腸
■のシリコン単結晶棒を引上げた。この場合、円筒管状
体９の下端内径は１５０腸組石英ルツボ１０は内径１２
　　（３０，４８ｃｍ）であった６石英ルツボ中に高純
度シリコン多結晶塊最大炎ｌＯ〜５０ｍ５を２０に、充
填し、アルゴンガス雰囲気の常圧下でアルゴンガスを８
．０ＯＮｌ／ｍｔｎの割合で引上室内に導入し、溶解し
た。溶融後、この中に細粒状のアンチモン２０■ｇを添
加し、３０分間放置し、ついで、ルツボを５ｒ−ｐ、ｍ
−、１１結晶を３゜ｒ、ｐ、組でたがいに逆方向に回転
しつつ、またシリコン溶融体表面を円筒管状体下端より
５０１腸の距離に調節し、さらに種結晶をシリコン溶融
体に浸漬し、単結晶の引上を開始した。単結晶の直径が
所望の１００■■に達した時点で、雰囲気ガス圧を２０
ｍ１）Ｉｇに減圧し、同時にアルゴンガス流量を３５、
ＯＮｌ／■ｉｎに調節した。また引上速度は１．１■ｍ
／膳ｉｎ設定した。ガス流量としてはこの他８．０　Ｍ
ｌ／層ｉｎ　、　９０．ＯＮＩ／■ｉｎの２種類を選ん
で比較した。この結果３５．ＯＮＩ／■ｉｎの場合にほ
ぼ単結晶の全長にわたって均一なドーパント濃度分布が
実現され、棒軸方向の単結晶側面抵抗率は、その平均値
に対し、±５％の間であった。このときの単結晶の棒軸
方向のドーパント濃度分布を第４図に示す。 単結晶はしばしば途中で乱れ、引上工程の比較的初期段
階では問題ないが、かなり引上が進行した段階では、す
でに引上げた単結晶を溶融し、引上工程を再開するとき
には、蒸発した分だけアンチモンを追加するか、または
アルゴンガスの流量を低下させることによって、所要の
ドーパントレベルのアンチモンドープｎ型単結晶を得る
ことができる。７ンチモンの蒸発量は、実験によって正
確に測定することができる。 本実施例では、単結晶全長にわたって均一なドーパント
レベルを得る場合について述べたが、アルゴンガス流量
を変化させることによって、自由に一回の引上工程で、
ドーパントレベルを任意に変化させた複数の部分から構
成する単結晶棒を成長させることができる。これは第４
図の結果から容易に理解することができる。半導体素子
の基盤はしばしばそのドーパントレベルの点で異なって
おり、しかも、一度の使用量が少ない場合がある。この
ようなときは、上述のような本発明の方法は有効である
。 実施例２゜ 本実施例では１円筒管状体の下端に截頭円錐形ガス整流
板を設置した場合について説明する。 実施例１の製造において、円筒管状体下端部に、第３図
に示す諭頭円錐形ガス整流板を設置し、実施例１と全く
同じ条件で単結晶を引上げた。実施例１と、実施例２で
得られた高純度シリコン単結晶断面内のドーパント濃度
分布を比較し、その結果を第５図に示す、截頭円錐形ガ
ス整流板を用いてその分布は著しく改善された。断面内
のドーパント濃度分布は、中心と外周３腸簡の３点で表
現すると、実施例１では３０％であるのに対し、実施例
２では５％に低下した。 ドーパント濃度分布 本発明の方法は、他のドーパント、例えば、砒素、りん
、アルミニウム、ポロン、ガリウム、インジュームなど
にも適用可能であり、また単結晶材料が、高純度シリコ
ンに限らず、ゲルマニウム、その他比較的難揮発性の場
合に適用できる。 本発明の方法は、シリコン単結晶に限らず、この他の半
導体材料についても、ドーパントに限らず、石英ルツボ
から汚染されるシリコン単結晶中の酸素濃度を除去した
り、その他不純物の蒸発除去に有効である。 本発明の方法は、高濃度のアンチモンドープシリコン単
結晶のドーパント濃度のコントロールには勿論、低濃度
の場合にも有効で、抵抗率表示によれば、０．０２Ωｃ
ｍから２０００Ｃ■迄の範囲で、有効である。特に低濃
度の場合に、アルゴンのような雰囲気不活性ガスの流れ
を利用するアンチモンの蒸発が特に有効である。また雰
囲気ガスとしては、アルゴンに加えてヘリウムの如き不
活性ガスも有効である。この不活性ガスに特殊な目的で
窒素ならびに水素ガスを混入することも可能で、本発明
の効果は失われない。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例１における装置の縦断面図を、
第２図は本発明の実施例２における単結晶化進行部分近
傍の縦断面図を、第３図は実施例２における単結晶化進
行部分近傍の斜視図を、第４図は実施例１の結果を示す
グラフを、第５図は実施例１．実施例２の結果を示すグ
ラフを、第６図は単結晶引上時のドーパント（溶質）の
濃度変化を示す。 １・・φ引上室、　　ｔａ−−−真空ポンプ。 ２・・φ引上軸、　　１９・・・バルブ。 ３＠Φ・種結晶、　２０＠ｅ・流量計。 ４・・・溶融体、　　２１・・・パルプ、５φ・・単結
晶棒、　２２・・・圧力計。 ６・・・上蓋、　　２３・番・充填物、７・・・円筒直
胴部、　２４・・・充填物、８・φ・底板、　　２５・
・・真空シール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）石英ルツボ中の溶融体に種結晶を浸漬し、溶融体に
   添加したアンチモンドーパントを蒸発させながら不活性
   雰囲気ガス中で単結晶を引上げるに際し、雰囲気ガスの
   流量および流れ方向を一定の減圧度において制御するこ
   とを特徴とする、単結晶棒軸方向に任意、かつ断面内に
   均一なアンチモン濃度分布をもつ単結晶シリコン棒の製
   造方法。 ２）溶融体から単結晶を引上げる工程中にアンチモンド
   ーパントを添加することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３）引上工程中に、雰囲気ガスの一部の流れ方向を溶融
   体表面に吹きつけるようにすることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項、第２項のいずれかに記載の方法。 ４）引上工程中の単結晶棒と、前記単結晶棒を同軸に包
   囲する管状体との間に形成される環状間隙に雰囲気ガス
   を流すことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
   何れかに記載の方法。 ５）引上工程中に、単結晶を同軸に包囲する管状体のほ
   かに、前記単結晶を同軸に包囲するドーナツ状円板また
   は下方に向って広がるようにされた截頭円錐形ガス整流
   板を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項、第４項何れかに記載の方法。 ６）管状体の下端が溶融体表面上５ｍｍからルツボ直径
   の１．０倍の位置で、かつ環状間隙が５ｍｍからルツボ
   直径の０．４倍であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第４項、第５項何れかに記載の方法。 ７）雰囲気ガスの圧力が１ｍｍＨｇ〜２００ｍｍＨｇで
   、管状体下端における環状間隙の単位面積当りのガス流
   量が０．０１Ｎｌ／ｍｉｎ・ｃｍ＾２〜２．５Ｎｌ／ｍ
   ｉｎ・ｃｍ＾２であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項何れ
   かに記載の方法。