JPS62501497A

JPS62501497A - 連続して引き出される単結晶シリコンインゴット

Info

Publication number: JPS62501497A
Application number: JP50011985A
Authority: JP
Inventors: シユーマーカ，ジヨン・シイ
Original assignee: ダイアモンド・キュ−ビック・コ−ポレ−ション
Priority date: 1984-12-04
Filing date: 1984-12-04
Publication date: 1987-06-18
Also published as: WO1986003523A1; EP0205422A1; EP0205422A4

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】

連続して引き出される単結晶シリコンインゴット発明の分野この発明は、半導体グＥノ・−ドのシリコ：ノ１こ関σるｂのであり、特ｔ、’ ：沖続竹多１．１調とし４人さな単結晶のドープされたシリコンインボッ！・を９１１３へする方ン人＆：　ｌ！１１するものである。。Ｒ」−息イＷ−ぶＶ半導体グ１ノードのシリ：コンは、人さく成長しつつ６りる二１′導体、コンビｌ−タ、：ｊＩ５器払お、１、び電子〕二業のり礎どなっている。゛１′−導体グレードのシリ−１ンは、非常に高い純度を要求されることに五つ（特徴づけられ７：ｉｔ３す、純１真のレベルは他の化学や冶金学の技術分野にＪ３いて）沫升求されず、また側底到達することのできないらのである。、、半導体グしＩ− ドのシリコンのもう１つの特徴１．；１　、　、！ｉＳ！イ）用途（こａメいて、わずかで（Ｊあるが正確（ン既知のまたは］ン１−「】−ルされた小の特定の不純物をシリコンが含７１　’Ｊるという必要性で３ｆ）る。これは、シリ“］ンのドーピングとしく゛知られＣおり、その生成物はドープされたシリコンと呼ばれろ、１シリコンにドープされる典型的４

【元素としては、ボ［１ン、燐、砒祭およびアンチモンがある。ボロンは典型的な電イアクレブタであり、燐は典型的な電子ドナーである。たとえば、１！！定の領域またはシリコンボディの全体にボ［コンもしくは燐をドープしたシリコン、またはシリコンボディの異イする領域にボ１コンＪ３よび燐をドープしたシリコンは電子のバルブとなり、一般に半導体と呼ばれる。これは、スイッチ、増幅器、メ［すＪ３よび適当な電子ｉ１１１１回路の他の電子機能部品に幅広く利用され得るものである。半導体工業は、今日非常に発展し、数多くの半導体デバイスが直接に市場に出回り、あるいは］ンビュータ、ラジオ、テレビ、コントローラおよび無数に近い色々な他の電子デバイスに組込まれている。この半導体工業の基礎となっているのは、比較的小さいがしかし未だよりＲ，達している手心体材料供給産業であり、これらはシリコンおよびシリコン化合物、ドーピングシリコンのための化合物（ドーパントと呼ばれている）、およびドープされたシリコンを、最終的なもしくは部分的に生産された形態で、他の化学品および種々のシリコンをベースとしたコンポーネントと同様に供給している。半導体工業において広く用いられているシリコンの形態の１つは、半導体グレードの単結晶シリコンインゴットである。半導体グレードの、１１１結晶シリコンインゴツトは、ヂ：１クシルス４コー法として知られている成長単結晶の非常によく知られ広く用いられている古典的な方法で製造されている。この方法は、しばしばＣ２法と呼ばれている。金属の単結晶インゴットは、チョクラルスキー法に従って、金属の小さな単結晶を接触させて金属の溶融体を成長さＵ、単結晶を回゛転させながらゆっくりと金属溶融体から単結晶を引き上げることにより成長さ°Ｌる。単結晶は、その結晶の融点よりも低い温度に保持される。結晶と直接接触している結晶の近傍の溶融体の居は、わずかに数原子のＩＱみであり、単結晶の種の上に積み重ねられ、種成長する。溶融体の原子は、その種と同じ結晶構造で積み川ねられ、したがって、より大きな単結晶が形成される。この／ロセスは、単結晶の層の上の層に継続して起こり、大きなインゴットが形成されるまＣ成長するインゴットの上にｊｆｔ　ｍする。これらのインゴットは非常に人さくり−ることができ、典型的なものでは１００ｋｏ以上で、かつ直径数インチで、長さ数フィートにすることができる。もし挿Ｊ′３よび溶融体が、この場合において半導体シリコンのように高純度の金属である場合には、結晶構造が実質的に完全な７：５純度半導体グレードのシリコンの単結晶であるという結束になる。単結晶成長の多くの改良法Ｊ３よび変形法が知られており、たとえば、米国特ｚ１第３９９８５９８号、第４２８２１８４号、第４４１０４９４号、第４４１４９４号Ｊ３よび第４４５８１５２＠を参照されたい。しかしながら、チョクラルスキー法は限界がない訳ではなく、完全に超高純度のシリコンを製造でることが技術上の絶頂の２績の１つであるとすれば、この方法は重大な問題点を有している。チョクラルスキー法は、一般にバッチ工程で行なわれる。適当な源からの所定量のシリコンがるつぼ内で溶融され、溶融るつぼが空になるまで種結晶を引き出す。もし万一シリコン原料が完全に純粋で、かつ工程上不純物が入り込まないならば、理論的には、完全に均一な純度の、完全ｔ≧ 甲結晶を製造り゛ることがひさる。しかしながら、これは不可能なことであり、たとえわずかな不純物の存在でさえもインゴットの純度に不均一性をもたらす。インゴットが溶融物から引き出される際、“バーアイシ」ニング（分配）°′として知られる現象が起こり、そこで不純物が優先的に結晶中に移動しで成長するか、または優先的に溶融物中に留まる。ｔ’２　’Ｈの方がより一般的である。代表的な場合には、バーアイシミ１ニングの効果により溶融物中に不純物が集められようとする。したがって、結晶が成長するにつれて、不純物の溶融物中での濃度が増加覆る。この分配の効果により、溶融物中に存在づる相対的に一定ス１Ｊ合の不純物が結晶中に分配される結果となるので、結晶が成長する間、溶融物中の不純物のレベルが増加するに従い、結晶中の不純物のレベルもまた増加する。したがっＣ１結晶物中の不純物のレベルは結晶が成長するにつれて増加するくもし不純物が優先的に結晶中に分配される場合には、逆のことが生じる）ａ１００万分の１の単位の不純物が電子的特性に変化を与えるようなデバイスにおいては、このような不純物の勾配は事実上用人な問題となる。この問題は、結晶に沿う不純物の勾配が電子的特性に重要な影響を与えないような結晶の大きさに川にル１１限することにより、しばしば解消されるものである。電気的性質が超高純度シリコンのそれと異なるような、結晶の全体にわたって既知のまたはフントロールされたドーバン１−の吊を右するが、インゴットの長さ方向に沿ってすべての場所で均一である１ｌｌｌｌ結晶インボツのシリコンを！ｌ！ｆｊ　９することは望まれていることである。既に述べたことから明らかなように、ヂコクラルスキーのバッチ１程は、均一にドープされた単結晶のインゴットのシリコンを′￥Ｊ造するにはあまり適していない。この発明の主な特徴１１　、インゴットの長さ方向に沿ってインゴット−がドーパントの均一なレベルを有するような、連続まに＝はほぼ連続を話調とする変形的なヂョクラルスキーブロヒスによるｌｉｔ結晶シリコンインゴットの成長方法にある。半導体グレードのシリコンの製造に関しては種々の方法が知られている。高純度シリコンを製″ｊｌｌνる初期の方法には、す［］ロシランまたはシリコンアトラクロライドを、たとえばタンタルのタングステンのフイラメン１−の五′）す高温のフィラメント上で熱分解づ′る方法が含まれている。他のこのような方法は、パシリコンを得るｈ法″という名称コンテトラクロライドの熱分解によりシリコンを生成している。シリコンは強く石英管に付着し、冷却中または（の棲に石英管を壊すことにより回収されている。同様のプロセスが英国特許第９２４５４５号、１９６３年４月２４日、″゛高純度のシリコンを製造する方法″に記載されている。上述のプロセスの変形した方法が、米国特許第３９６３８３８す、セラティ等、 °゛シリコン製造関しての石英流妨床反応器の操作方法”に記載されており、その中で、石英の壁に賄積したシリコンは２ミルを越えず、生成の間中、壊して壁から剥がされている。核を形成したシリコン粒子上のシリコンの生成については、米国特許第３０１２８６２号、１９６１年１２月１２日、パートランド等、および米国特許第３０１２８６１丹、１９６１年１２Ｆ１１２日、リング等に記載されている。種粒子の生成については、米０Ｊ特許第４２０７３６０号、１９８０年６月１０日、バドヴアニに２戟されている。シリコン生成の熱分解法の変形については、米国特許第４１１７０９４号、１９７８年７月２６日、ブローカージュニア等、および米国特許第４２（３５８５９号、１９８１年５月５日、ジエウエットに記載されている。ガラガグリア等、米国特許第４３０９２４１号、１９８２年１月５日には、化学的気相成長チャンバ中を通し°Ｃシリコン溶融物から種結晶上でシリコンの細い棒を引き出すことにより、大きな単結晶半導体本体を製造するシリコンの製造が記載されている。しかしながら、溶融物というよりはむしろシリコンの溶融体から引き出したシリコンリボン表面、ヒでの気相成長によりシリコンの塊を製造するガラガグリア等の方法は、種結晶」ニで単結晶を成長させる古典的なヂョクラルスキー法の変形である。トリブロモジランから超高純度の半導体グレードのシリコンを製造する方法については、米国特許第４０８４０２４号、シミセフ・シー・シューマーｈ−１１９７８年４月１１日、および第４３１８９４２号、ワーナー等、１９８２年３月９日に記載されている。このように、従来の技術どして、シリコン半導体材料の大きなインゴットの製造が知られているが、これらが溶融物から単結晶を成長させるヂョクラルス士−法によるものであるにしろ、加熱したフィラメン１−またはシリコンのリボン上での気相成長であるにしろ、パップで行なわれ、これらのプロセスにはバッチ処理に伴なう境界の条件によりておよび不純物の分配（パーティシ」ニング）によってＩＩ＋限がある。この発明は、これらの従来の限界および不十分さを解消し、かつ連続もしくはほぼ連続して、超高純度の半導体グレードのシリコンインゴットおよび一定のドーピングレベルを有したドープされたシリコンのインゴットの製造を可能にするものである。連続的なヂコクラルス４ニー法による単結晶シリコンを製造する試みがなされているが、知る限りにおいて、十分に信頼でき、かつ完全に満足できるそのような方法は見出されていない。上記のタイプの連続的な結晶の引き出し方法に伴なう主要な問題の１つは、高品質、高純度の単結晶成長が溶融物中における安定したｍおよび熟的バランスを維持することにまさに依存していることにある。わずかな熱的な乱れでさえ、結晶成長を混乱させ、結果として通常廃果物として再度溶融しな【ノればならないような多結晶のインゴットを生じる。これは、明らかに非常に不経済で望ましくない出来事である。従来技術のシリコン原料は、典型的な場合には、大きなまたは小さなシリコンの跣もしくはヂ１ｒンクから作られ、これらはしばしばその大きさ、形状および表面積が大きく異なるものである。したがっで１これらの材料の取扱いは雑しく、正確な８１ｍ手段によってるつぼに供給することができない、連続的な供給装置を設けたりまたは設けようと試みると、Ｃｚ炉の熱的バランスＪ５よび安定性を乱し、これによって不完全な結晶成長のおそれが！Ｌじるかあるいは増大する。もしシリコンを細かい粉に砕くとすれば、表面積が増大し、単純に粉砕操作からの本？１的ｆ、Ｔ不純物が加わる。このような−Ｆ酸物の大きな不規則な表面積に、Ｊ、って、溶融物中に多へ１の酸素Ｊ３よび他の吸るおよび吸収された不純物を導くことなしに、シリコンを粉砕または細かく砕いた形態で供給することは実＊、、ｈ不可能となる。常に生成物の品質が損われ、多くの非常に高価な不要のインゴット・となるおそれが箸【ツク増加する。１つのインゴットが数千のウェハに分けられ、ぞｌノでそれぞれのウェハが数十から数百の半導体デバイス、またはその中で形成された数千の半導体デバイスを有した集積回路にすることがでさることを考慮すれば、完全なシリコンの単結晶インゴットを製造する信頼できる方法の！！Ｄ性は正しく認識されるべきである。この発明の重要な特徴（ユ、シリコンインゴットの連続した成長に関づる従来の技術のグベ“Ｃのもしくはほどんどの問題を解消し、Ｊ１常に高品質でＵ）高純酊の完全な単結晶シリコンインゴットを本質的に連続して経済的に製ｊじづ−る方法をりえるものである。１胛み一象煎一この発明は、＜ａ　）球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せずに単分散した、直径が約１／２から約２１１１１１のシリコンの粒子を’１ＪＴｉ、し、（１））シリコンの溶融体を形成し、（Ｃ）工程（ａ　）の単分散したシリ」ン粒子を１稈（ｂ）の溶融体に連続しＣ供給し、次に（ｄ）：ＩＩ程（ｈ）のシリコンの溶融体から連続的にシリコンの単結晶を引き出し、それにＪ、− ）でインゴット・の全長にわたって本質的に均・−な配合を右した超ｎ純度のシリコンのインボッ１−を形成することにより、半導体グレードのシリＺ】ンを連続的に製造する。？′Ｊ法について記載するものである。この発明は、（ａ）溶融シリコンの母体を形成１ノ、〈１））前記溶融体に、体積に対す−る表面の比率が低く、超高純度で球状の、個々に凝集していない単分散した、ｌｌＪ仔約１／２から約２ｍ〜のシリコンの粒子を連続的に供給し、（Ｃ）体積に対する表面の比率が低く、球状で、個々に凝集していないｌｌｊ分散した、シリコンの粒子であって、所定量のドーパントを含み直径約１／２から約２１のシリコンの粒子を製造し、（ｄ　）工程（Ｃ）の粒子を前記溶融体中に連続して供給し、インて＜ｅ＞ドーパントを含んだシリコンの溶融体から一定φのドーパントを有した単結晶シリコンを連続的に引き出し、そにれよってインゴットの長さに沿って、そこに均一なｍ度のドーパントをイｊした半導体グレードのシリコンのインゴットを’＆ｊ３ａすることにより、その長さに沿って一定レベルのドーピングを有したシリコンのインゴットを連続的に製造する方法として最も有利なものである。この発明は、またその長さ方向に沿って一定の組成を有したドープされたシリコンインゴットを連続的に製造する方法として表わすことができ、すなわち、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せず単分散したシリコンの粒子の２つの流れをシリコンの溶融体に供給することを含み、前記流れの１つは他方の流れよりも高純度であり、他方の流れはドーパントを含有したシリコンを備えており、そして溶融体から連続して単結晶を引き出すものである。この発明はシリコンの独特の形態の極めて重要でかつ予測できない展開を含んでおり、連続的な完全な単結晶シリコンインゴットの製造に関して新規な方法でのそのようなシリコンの極めて印象的なかつ明らかでない用途を包含している。及」！弓１１ここで記載し請求の範囲で述べるシューマーカシリコンプロセス（ＳｃｈｕｍａｃｈｅｒＳＩＩｌｃｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ：５ＳＰ）には、シリコンの独特の形態が従来知られでいなかった新しい結果とともに新しいブＯｔ？スな可能にするという認識を含むものである。半導体グレードのシリコンは、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せずに単分散し、平均の直径が約１＋ｉ＋ｉで、最大の粒度分布が約１／２から約２１０１１であるシリコンの粒子から製造することができる。この生成物は、それぞれの球体がまさにほとんど完全で、かつそれぞれの球体同士がほぼ同じ大きさであり、自由に流動する“散弾のような″生成物である。ここで用いる半導体グレードとは、半導体デバイス製造産業にｌ！３いて定義されるものであって、たとえば０．１ｐｐｂボロン、０．３１）ｌｌｂ燐などのものである。このような原料は、“流動床”反応器中におけるほぼ大気圧下での６００℃から１０００℃でのブロモシランの熱分解または水素還元によって形成されるもので、生成物の直径は１／２ａａｉから２１１１ａのものとなる。流動床反応器に適した原料のり材粒子は、より大ぎな粒子の粉砕または摩擦によって作ることができる。ただそれらの純度および汚染からの回避の点から、小さな基材粒子の形態は重要でない。シューマーカシリコンプロセスの工程１の生成物の球形度は、工程１の流動床反応器に供給されたこれらの″基材の゛′粉粒子上＃ｃ積される間中、発達する。もちろんブロモシラン化合物の熱分解または水素還元の結果として堆積を生じ、厳密なブロモシランおよび選択した分解還元方法に依存したシリコンおよび種々の副生成物を生成する。この工程で焼結を避１：Ｊることは重大なことである。ブロモシランの系における焼結の逃避は、熱分解が最も少なくなるような低い分子！ｉ湯温度することにより達成することができ、たとえば次式で小寸ような水素還元の結果として生じる水素の希釈によって促進される。Ｔ、　熱分解４Ｓｆ　Ｉ−＋［３ｒ　ｓ　→Ｓｉ　＋３８＋　Ｂｒ　４　＋２１１２Ｔ２１４ｚ　還元Ｓ　ｉ　ＨＢｒ　ｓ＋ト１２　→Ｓ　Ｉ　＋３１１Ｂ　’ここでＴ２はＴ、よりも高い。焼結は表面の湾曲の駆動力のもとにお（：Ｊる表面拡散の結果として生じるもので、小さな粒子を少なくし大きな粒子を成長させるような粒子分布を生じさ゛Ｃ１全体の正味の体積に対する表面の比率を低下させ、互いに接触している粒子を結合させてさらに系の表面／体積比率を減少させる。シューマーカシリコンプロセス（ＳＳＰ）の工程１の生成物は単分散であり、約１　／　２１１ｆｆｌから２１１１１１までの粒子ぐある。よつ【、蒸発して、系の中に存在′！ｊるより大きな粒子に堆積するかまたは成長させるような小さな粒子は存在しのもしくは顕茗な範囲で起こる。ここで、Ｔｉ＋ｐは焼結棒の融点を示ν′。シリコンの場合、Ｔｍｐ＝１４２０℃であるから、１６９３’Ｋｘ０．６− ＝　Ｔｓｉｎｔｅｒｉｒ＋Ｑ、となる。したがＪ　’Ｚ　％約７５０℃１ス土の温度で、焼結が始４．る。しかしながら、実際は、工程１の反応器は流動床反応器であるので、１粒子間の接触時間はλ１）い１１１１間であり、この理由ａ３よび生成物の１４１分散性によ−）で、いくらか昌い温度、すなわち約１０００ ℃−・１０５０　’Ｃに至るまで焼結は問題とならない。工程２にΔノいで、連続的なＣｚ溶融物にドブ−およびアクセプターを添加１ノで、ドープされたシリコンが￥Ｊ迄される。このプロセスで用いられるブ［Ｊモジランの作用流体が、できるだけ純粋なものであるというのでは八く、トノ一ーまたはアクセプタが濃縮される１程での部分から取り出されるという以外、］− 稈２１ま工程１ど同様である。調整された作用流体Ｊ５よび［３Ｂｒ３もしくはＰＢｒ　Ｉは、十分にボ［」ンまたは燐がドープされ、非常に少４ふい金属を含イＹした（４４１体グレードの）多結晶シリコンがこの目的のため段Ｋｌされた流動床反応器中で製造さねるＪ、うに、供給の流れに添加されるａ　Ｓ　Ｓ　Ｐ・の工程３は、溶融物から種を引さ土−げるＣｚプロセスによる一定成分の単結晶シリコンの連続的もしく［；ＩＦ連続的な製造である。現７影用いられている技術では、シーメンズプロセス″！１′なわらブｌ：１１ｆ、シランの化学反応を用いないプロセスによりて特定のＩＲ（５〜１０から６０または１００もしくはイね以１−４！でのｋａ）の半導体グレードのバッチ溶解物が製造され、したがりて、工程１８３よび２から連続的にＣＺ原料を製造マることができず、固体 −液体層境界を横切る不純物の分配が生じる。これは、ドナーおよびアクセプタを含む不純物が、その固体層との平衡において液体中で異なる平衡′ｆａ度で存在することによる。したがって、溶ＦＪ！Ａ化したシリコンのわずかのｍのバッチがＣＺプロセスにおいて固型化するので、不純物の園度は溶融物中で時間とともに変化し、溶融物から固型化した固体中でその場所とともに変化する。ＳＳＰにおいて、この分配は２つの理由で避けられる。すなわち、（１）バッチプロセスで１よないので、そのためパ境界の値”がプロセスの操作と相互に作用しないことおよび（２）溶融物の組成が一定に維持されており、したがって固体の組成もまた一定であるので、固体中の位置に無関係であること（少なくとも引張る軸方向については）。溶融物の体積の不変は、ＳＳＰの原料すなわち工程１の生成物添加と、固型化によって溶融物から単位時間あたり取除かれる坦による正確な相殺とでなしとげられる。この発明の重要な特徴は、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せず単分散しており、平均直径が約１１であるシリコンの粒子を調整された数だけ一定の速度でシリコンの溶融物中に添加する工程にあり、典型的には球体ごとに、単結晶が成長するにつれて溶融物に本質的に正確に補給し、しかしながら量または熱的バランスおよびるつぼまたは溶融物の安定性を崩壊したりあるいは乱したすすることがないことにある。固体層ｎ（ま、体積に対する表面の比率が可能な限り最も小さく、また個々に凝集しておらず単分散し、約１１１のほぼ均一な直径を有したシリコン粒子の球体として特徴づけられる粒子で導入されるので、溶融物の参および熱的バランス、すなわち加えられたシリコンを溶融し、単結晶および環境による損失を補うのに必要な熱に与える影響は、個々の粒子の導入速度の関数となる。１度に１つまたはそれ以上の個々の本質的に同一の熱容量の粒子が導入される速度は調整され一定に保たれているので、系が吸収する熱もしくは熱源が必要とする熱においては乱れまたはパスパイク″がない。この発明により完全な単結晶シリコンを連続的に信頼性高く成長させることができるので、この発明のこの而の重要性を過大評価であるとすることは難しい。溶融混合物は、原ｒ１として工程２の生成物を用いたＳＳＰの添加物にドーピングした生成インゴットの所望の成分に関して本質的に一定に保たれている。したがって、シューマーカシリコンプロセスは、集積回路およびシリコン光太陽電池を含む半導体デバイス製造のための優れた品質のウェハを製造するため以下の工程を備えるものである。１、　ブロモシラン、特にトリブロモシラン（Ｓｔ　Ｈｅｒ、）を適当なＵｌ＆（６００℃〜１０５０℃）で流動床熱分解することにより、緻密で単分散した、球状で大きな直径（０，５〜２１１１１１）の半導体グレードの多結晶シリコンの玉を調製する。２、　流動床反応器にＢＩ３ｒ３またはｐＨＩを添加する以外【ユ同様にして、はぼ同じ大きさのドープされた多結晶シリコンの玉を調製する。３、　単結晶シリコンの固型化により溶融物から取除かれるシリコンおよびドーパントと正確に等量になるよ・）、工程１および２からの生成物をＣＺ溶融物に添加する。ここで、大きなり“イズのくほぼ直径で１１０ｆｆｉ）の玉は、その密度とともに、体積に対する表面の比率が十分に低いため、溶融物の過剰の酸素による汚染を排除することが注目される。これは、より古く、直径がより小さく、さらに比重がより小さい流動床生成物に伴なう問題として知られており、このものは半導体グレードのシリコンの連続的または半連続的なＣ７に対する原料として用いにうと試みられているものである。加えて、工程１および２からの生成物の単分散の＋を質は、結晶が引き出され玉が溶融物に加えられる際系にお番プる熱的負荷を正確にコントロールすることを許容する。このプロセスの利点は、改良された品質のウェハを与えることであり、これはウェハが分ｖ１されるインゴットが可能なかぎり均一であることによるにちがいない。この均一性は、熟的勾配が一定で成分の勾配が一定である溶融物からのＣＺ結晶の連続的または半連続的な引き出しによって＾められ、微ｌｊ成分の増加のみが起こる。微量成分の増加が非常に大きくなる前に、約３００フィー１−の結晶を引き出１ことができろ、。実際）ユ、溶融物への瓜加物は、事実、成長している固体−液体界面に接触する前に）８融してしまうに３ｔいない。そのため、添加物はけ一％：（ｗｅｉｒ）まｔｌ−は他の配列に隠れζ、成長する固体−液体界面の領域への対流によって運ばれる以前に、そのよ）な瓜加物がａ　ａ　ｉ−６１；、十分な時間がもたらされる。セキの配列は、通常のＣＺのるで）ぽど区別されるＳＳＰのるつぼの唯・−の特徴である。シｔ、：がって、Ｃ７結晶川さ出し設備に比べて、新たな設備Ｇｅｔ必要でない。したがって、結晶成長技術について２収した特許の中で一般的に説明されているｉＱ備および既に述べに段（！ｉは、わｆかな改変のみで用いられるものである。結晶１．１浅い溶融物または深い溶融物から引き出されるものである。加熱、誘導、抵抗、ＲＦ、マイクＩコウエ・−ブなど神々の形態のものを用いることができる。壁面接触および溶融物の対流路をコントロール覆るために電磁場を用いることができる。これらのすべては、半導体グレードの！ド結晶シリニー１ンのＣＺ引き出しの技術として知られているものである１、ｓｓｐが操作される装置は、溶融物から引き出される際のインゴットの取扱いのための配列のみが標準的な結晶引き抜き炉と異なっている。標準的な塔は、限定された長さのインゴットのみを扱うものである。ＳＳＰでは、少なくとも部分的な負荷を支持するためにまた取付けられている横の支持部により溶融物からの臨界角内で結晶が一直線に保たれるように配列がＥＱけられている。製造されたインゴットは、負型的なインゴットよりもかなり長く、従来のＣＺのインゴットよりもｆｌＩａのおよび多量の溶質種の位置による変化がかなり少なくなっている。それからこのインゴットはスライスされ、積み重ねられて通常の方法で１１されてウェハにされる。これらのウェハはドーピング、欠陥または不純物濃度において１つのウェハど次のウェハとの間で、およびインボッｉ−の一方端と他方端との間でｉＪとんと変化がなく、技術的な観点から明らかに大きな改良であることを示す。衷／７ｉ（１ｉ１１１超高純度の単分散した球状のシリコン粒子を、米国特許第４０８４９４２号に記載されたプロセスに従って’Ｒ造した。この粒子は、高密度で、１／２から２Ｂのほぼ均一な大きさであり、主として約１１の直径で、細粉およびごみのない流動性の生成物が形成された。米国特許第４０８４９４２Ｎに記載された方法と同様の方法を用い、しかしドーパント、たとえばボロントリブロマイドまたは燐トリブロマイドを１１１制御された濃度で含有したトリブロモシランを原料として用いて、物理的な外観、大きさおよび特徴【ま同じｅあるが、既知の均一なａ度のドーパントを含む生成物を製造した。ドーパントの濃度は所Ｔのおよび有効なレベルにづることができ、一般的には０゜００１からｉ　ｐｐｍの範囲内であり、この生成物はドーパントの低いレベルを与えるためシリコン溶融物中に原料として用いられるものである。比較的高いドーパント濃度のものがよく用いられる。なぎなら、色々な原料の比率にすることによって、シリコン溶融物中ｔ゛のドーパントの濃度をコントロールすることができるからで６５る。最終的に、溶融したシリコンの母体は、その前の段階での原料、づなわら高純度なシリコンおよびドープされたシリコンの所望の比率によって仕上げられ【、均一な組成の溶融物にされる。組成は、連続的な供給によるプロセスのすべての操作の間中、所望の原ｖｌの比率に均一に維持されテイル。５ｐｐｂ（７）Ｆ−パンｌ”　ｔＲ（７）　ｍ融物は、ｏ、’ｖｐｐｂ以下の高純度なシリコンと１ｏｐｐｂのドーパント世のドープされたシリコンの等ｈ％を供給することにより維持される。単結晶シリコン（高ＩＩＴ！度のものでもよい）を、古典的なブー、ヨクラルスキー法に従つ（、溶融物に接触さぜ次６ｉで、回転さｔ！ながう引き出し、そして全長にわたって５　ｐｐｂの均一な成分を右する単結晶インボッ１−を成長させる。？１１ｉ結晶は、非常に長い時間の間、溶融物から連続して引き出すことができる。設備の股上１および取扱いの都合から、この長さの結晶は１分に扱うことができないとされているのではあるが、計ｎ」−は、３００フィート以上の長さの単結晶が完全に可能であることが示されている。要約すると、この発明の方法ｌ、末、１つの原料が所定のレベルのドーバン１〜を含んだように＋シリコンの２つの原料のシリコン金属の溶融体を形成−ｑることにより連続的に単結晶インボッ１−を％Ｉ造することを含む。りなわら、前記シリコンの溶融体からドープされたシリコンの１１ｉ結晶インゴツ１へを連続して引き旧島前記インゴットがそのインボッ！・の長さにわたってドーパントの濃度が均一であることを特徴とするものであり、前記原料を前記シリコンの溶ｅ体中に連続して供給し、そのことにより単結晶をそこから引き抜く間前記溶融体中におけるドーパンＩ−の濃度を均一に維持するものである。ここで用いる連続的もしくは連続的にという言葉は、周期的にまたは中断することなく、並べられた工程を繰返しながらプロセスを進めることを意味する。したがって、時折、半連続的なという言い方をするが、連続的なプロセスは、プベての原料の引ぎ扱きの間シリコン材料原料を定常的に添加することと同様に、溶融物から結晶を引き出しながら、シリコン材料の原料を周期的に繰返し導入することをも含む。すべての原料は本質的にいくらかの不純物または付加物を含んでいるので、超高純度シリコンおよびドープされたシリコンの言葉は、これらの言葉が持つ一般的な技術的な意味において使用される。この発明の範囲内においては、２つの原料は同じドーパントの２つの濃度、または２つもしくはそれ以上のドーパントの同じもしくは異なるＱ度をそれぞれ含むことがぐきる。・二の発明の方法は、第′１の原料、寸なわも超高軸度半導体グレードのシリコンを備える第１の原料をシリコン金属の溶用１体に供給し、既知ωの？１′導体ドーパント・が添加された超高純度の半導体グレードのシリ−クンを備えた第２の原料を供給し、（シて、Ｊ−述のステップを進行させる間、前記溶融体からドープされ／ｊシリー］ンの中結晶を引き抜くという］二程を含むものと（）て表わｔ４るごとがＣさるａ好ましくけ、この発明の方法は、球状ｅ、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集し゛（おらず、単分散しており、約１）の直径をイ４−４６シリコン粒子にＪ、−３で特徴づ〔）られる第１のシリコン混合物を前ム１シ溶融イもに導入し、球状ｒＳ体積に対マる表面の比率が低く、個々に凝集Ｌ／　（、１３らず単分散し、約１１！ｆｆｉの直径を有したドープされたシリ：３２粒子によって特徴づけられる第２のシリコン混合物を前記溶融体に導入し、これらのステップを進めながら、同時に、溶融体からドー・ブされたシリコンの半導体グレードのインゴットを引き出りという１稈を含む。好ましく　Ｌｔ　、ドープされたシリコン粒子は、ボロン、アンチモン、砒素Ｊ、たは燐を含む。この発明の特に好ましい態様にＪ３いては、シリコン粒子およびドープされたシリコン粒子は、約１１１１１１１の平均直径　゛を右し、粒子原料は本質的に焼結した粒子、本質的に直径が２ａｍ以上の粒子および本質的に１１１径が１／２ｍｍ以下の細かい粒子を本質的に含まない。Ｌ又ユ！Ｉυ垢この発明は、半導体工業に広くかつ一般的に利用されるものである。国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．（ａ）１つの原料が所定量のドーパントを含む２つのシリコンの原料のシリコン金属溶融体を形成し、（ｂ）前記シリコン溶融体からドープされたシリコンの単結晶インゴツトを連続的に引き出し、前記インゴットはインゴットの長さにわたってドーパントの濃度が均一であることを特徴とし、一方（ｃ）前記原料を前記シリコン溶融体に連続して供給し、それによって溶融体融から単結晶を引き出す間、前記溶融体におけるドーパントの濃度を均一に維持する工程を備える、連続的に単結晶インゴットを製造する方法。
２．（ａ）シリコン金属の溶融体に第１の原料を供給し、前記第１の原料が超高純度の半導体グレードのシリコンを備え、（ｂ）前記シリコン溶融体に第２の原料を供給し、前記第２の原料が半導体ドーパントの既知の量を添加した超高純度半導体グレードのシリコンを備え、さらに（ｃ）工程（ａ）および（ｂ）を進める間、前記溶融体からドープされたシリコンの単結晶を引き出し、工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）が本質的に連続して進行する工程を備える方法。
３．（ａ）半導体グレードのシリコンの溶融体を形成し、（ｂ）前記溶融体に球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、約１ｍｍの直径を有するシリコンの粒子を導入し、（ｃ）前記溶融体に、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、約１ｍｍの直径を有するドープされたシリコン粒子を導入し、さらに（ｄ）工程（ｂ）および（ｃ）を本質的に連続的に進めながら、一方で、前記溶融体から本質的に連続的に半導体グレードのドープされたシリコンのインゴットを引き出す工程を備える、単結晶シリコンの成長方法。
４．ドープされたシリコン粒子がボロントリブロマイドまたは燐トリブロマイドを含むことを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。
５．工程（ｂ）のシリコン粒子および工程（ｃ）のドーブされたシリコン粒子が、約１ｍｍの平均直径を有し、粒子原料が、本質的に、焼結粒子、本質的に直径が２ｍｍ以上の粒子および本質的に直径が１／２ｍｍ以下の細かな粒子を含まないことを特徴とする、請求の範囲第３項記載の方法。
６．（ａ）シリコンの溶融体を形成し、（ｂ）前記溶融体からシリコンの単結晶インゴットを引き出し、さらに（ｃ）前記溶融体に、そこからシリコンを引き抜けるように、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、直径が約１／２から約２ｍｍまでのシリコンの粒子として特徴づけられる個々のシリコンの粒子を制御された速度で導入する各工程を備える、単結晶シリコンインゴツトの成長方法。
７．（ａ）シリコンの溶融体を形成し、（ｂ）球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、本質的に均一な直径を有するシリコンの粒子として特徴づけられる個々のシリコン粒子を、前記溶融体に制御された速度で本質的に連続して導入し、さらに（ｃ）上述の粒子としてシリコンを導入する速度で本質的に、前記溶融体から半導体グレードのシリコンの単結晶インゴットを引き抜く各工程を備える、単結晶シリコンインゴットの連続的成長方法。
８．さらに、（ｄ）球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、本質的に均一な直径を有するドーパントを含有したシリコン粒子として特徴づけられる第１の前記粒子と異なる個々のシリコン粒子を制御された速度で前記溶融体に導入する工程を備えることを特徴とする、請求の範囲第６項記載の方法。