JPH0369584A - アンチモン被覆ケイ素粒子とその製造方法 - 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〕 本発明はアンチモン被覆ケイ素粒子に関する。

詳しくは半導体用Ｎ型ケイ素単結晶のドープ不純物源に
関する。

〔従来技術とその問題点〕

半導体用Ｎ型ケイ素単結晶のドープ不純物源として現在
アンチモンが広く使用されているが、そのＮ型ケイ素単
結晶を引き上げる際しこ添加するアンチモン源としては
、単体アンチモンまたは、予めアンチモンを添加して引
き上げた多結品や単結晶のケイ素を粉砕して得たアンチ
モン含有ケイ素が使われている。

ところで、Ｎ型ケイ素単結晶を引き上げ製造する場合に
は、一般に結晶のトップ位置で抵抗を測定し、その抵抗
値に合わせて初期投入ケイ素量に対するアンチモンの添
加量を計算より求めて１〜ラップ置の抵抗を制御してい
る。

ところが、アンチモン源が、 （イ）単体アンチモンの場合には、］−回の引き上げに
添加する単体アンチモンの量が数ｍｇ程度であり、微量
であるために添加量を正確に定量し難い。このため、ケ
イ素単結晶を引き上げる際のトップ位置の狙い抵抗値の
制御が不正確であり、これに伴いケイ素単結晶をウェハ
ーとして製造した際の製品の歩留も悪くなっていた。

（σ）　アンチモン含有ケイ素を用いる場合には、該ケ
イ素粒子の正確な定量は可能である。しかし、従来のア
ンチモン含有ケイ素は、予めアンチモンを添加して引上
げた多結晶ケイ素を原料として製造しており、引上げ時
のアンチモンの偏析のためにケイ素結晶中のアンチモン
濃度が結晶の長さ方向及び周方向の位置によって不均一
である。そこでアンチモン濃度の均一なケイ素粒子とす
るため、引き上げたケイ素結晶を粉砕し、それぞれをア
ンチモン濃度別に分けて、添加用アンチモン母合金とし
て管理している。然しなからこの場合でも、各々の粒子
のアンチモン濃度には±５％程度の濃度差が避けられな
いために、これをドープ剤として用いた場合にケイ素単
結晶の抵抗値の制御はやはり不正確であり、ウェハーと
した際の製品の歩留に問題があった。

特に、半連続式Ｃ２法での単結晶引き上げの際には、さ
らに高度なアンチモンの定量供給が要求されるが、従来
の添加用アンチモン母合金ではアンチモン濃度に±５％
もの濃度差があるためにその定量供給は不可能であり、
かつ、形状がインボッ１−を砕いた塊状粒であり粒度も
不均一であるため安定な供給も不可能である。このよう
に従来のアンチモン母合金は、半連続式ＣＺ法での添加
用アンチモン源としては全く適さない。

〔問題解決の知見〕

本発明者は、アンチモン含有量の均一な球状のアンチモ
ン被覆ケイ素粒子をアンチモンドープ剤として用いれば
、アンチモン添加量の正確な定量と安定供給が可能であ
り、これにより従来の問題を解決できる知見を得た。

更に、このようなアンチモン被覆ケイ素粒子の好適な製
造方法を見出した。

〔発明の構成〕

本発明によれば、ケイ素粒子の表面にアンチモン層を持
つことを特徴とするＮ型シリコン単結晶のドーパント用
アンチモン被覆ケイ素粒子が提供される。また、その好
適な製造方法として、１５０〜１０００℃の温度下でケ
イ素粒子と気体状アンチモン化合物とを接触させること
を特徴とするアンチモン被覆ケイ素粒子の製造方法が提
供される。

ケイ素粒子は、その取扱の容易さから直径０．１〜５．
０ｍｍまでの球状、あるいは球状に近い流動性の粒子で
あることを要し、かつＮ型ケイ素単結晶用のドーパント
としては当然高純度（９９，９９９９％以上）が要求さ
れるために、例えば多結晶原料として市販されているケ
イ素粒子が好適である。

ケイ素粒子表面にアンチモン層が均一に形成される。ア
ンチモン層をケイ素粒子表面に形成する際に、シリコン
と反応する気体状態で搬送可能なアンチモン化合物を用
い、該アンチモン化合物を反応温度下でシリコン粒子に
接触させて、その表面に析出させる方法が試みられ、１
５０〜１０００℃の温度下でケイ素粒子と気体状アンチ
モン化合物とを接触させることにより、均一なアンチモ
ン被覆を形成できることが確認された。

気体状アンチモン化合物としては五フッ化アンチモンが
好適である。五フッ化アンチモンの沸点は１５０℃であ
り、気相反応を行なわせるため１５０℃以上の温度下で
ケイ素粒子と接触させる。反応温度が１０００℃を超え
ると表面層に生成したアンチモンが溶融してシリコン粒
子の形状を損ない、更には粒子が相互に付着するように
なるので好ましくない。副生する気体状の四フッ化ケイ
素は未反応の五フッ化アンチモンと共に反応系から吸引
除去される。五フッ化アンチモン等の気体状アンチモン
化合物とケイ素粒子との反応は固体床反応炉、流動床反
応炉の何れでも可能である。

〔発明の効果〕

本発明のアンチモン被覆ケイ素粒子は、ケイ素粒子の粒
径およびアンチモン層の厚さを適宜選択することにより
任意にアンチモン濃度を設定でき、かつ粒子間によるア
ンチモン濃度差が小さいのでアンチモン源として用いた
場合にドープ量を正確に定量でき、このためケイ素単結
晶を引き上げる際のトップ位置の狙い抵抗値の制御が容
易かつ正確となり、ウェハーとした際の製品の歩留が大
幅に向上する。更に、本発明のアンチモン被覆ケイ素粒
子は流動性を有するので連続的な定量供給が可能であり
、半連続式ＣＺ法による単結晶ケイ素の引上げにおいて
も好適に用いることができる。

また、本発明の製造方法によれば、上記アンチモン被覆
ケイ素粒子を容易に製造でき、かつアンチモン被膜の厚
さの制御も容易である。

〔発明の具体的開示〕

次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 純度９９．９９９９９９％、平均粒径０．５ｍｎ＋のケ
イ素粒子を石英ボートに入れ、これを管状炉に装入して
５００℃に加熱し、ＳｂＦ、ガスとＡｒガスの混合ガス
（５０ｖｏ１％）を２９／ｍｉｎの流速で該管状炉に供
給して、３０分間反応を行わせた。生成したＳｉＦ４と
未反応ＳｂＦ５ガスはガス吸収塔で捕集した。

生成物を発光分光分析によって分析した結果は次の通り
であった。

生成物中のアンチモン濃度の湿式分析結果は第１表の通
りであった。

第１表 実施例２−１　　　１．２　　　　８００　　　２０　
　　　１００２−２　　　１．０　　　　９００　　　
２０　　　　５００２−３　　　０．７　　　　６００
　　　３０　　　　４５０２−４　　　２．０　　　　
３００　　　６０　　　　　１０実施例３　　　２．５
　　　　５００　　　３０　　　　　４０実施例２ 実施例１の反応条件を変更して同様の反応を行ないケイ
素粒子表面に被覆を形成した。反応条件とｓｂ濃度を第
１表に示す。

実施例３ 純度９９．９９９９９９％、平均粒径２．５ｍｍのケイ
素粒子５００ｇを流動層反応容器に装入して５００　℃
に加熱し、ＳｂＦ５ガスとＡｒガスの混合ガス（５０ｖ
ｏ１％）を２０Ｑ／ｍｊ　ｎ− の流速で該反応容器に供給して流動層を形成し、５００
℃で３０分間流動状態の下で反応させ、ケイ素粒子表面
にｓｂ含有層を形成した。この結果を第１表に示す。

実施例４ 純度９９．９９９９９９％、平均粒径１　、　Ｏｍｍの
ケイ素粒子６００ｇを流動層反応容器に装入して実施例
３と同一組成の混合ガスを用い、８００℃で２０分間流
動状態の下で反応させ、ケイ素粒子表面にｓｂ含有層を
形成した。この結果を第１表に示す。

参考例 実施例１で生成したアンチモン被覆ケイ素粒子を用い、
トップ位置の狙い抵抗値を１．２ΩのとしてＮ型ケイ素
単結晶を引き上げた。

多結晶ケイ素の初期投入量３５ｋｇ、本発明のアンチモ
ン被覆ケイ素粒子の添加量３０．９４ｇである場合に、
上記単結晶のトップ位置の抵抗は１．２Ω国であり、ウ
ェハーとした際の歩留は１００％であった。

比較参考例 アンチモン濃度が９１０ｐｐｍである従来法により製造
した添加用のケイ素基アンチモン母合金を用いて、トッ
プ位置の狙い抵抗値を１．２Ω（１）としてＮ型ケイ素
単結晶を引き上げた。

多結晶ケイ素の初期投入量３５ｋｇ、従来の母合金の添
加量１３．６９ｇである場合に、上記単結晶の１−ツブ
位置の抵抗は１．３Ωのであり、ウェハーとした際の歩
留は７０％であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケイ素粒子の表面にアンチモン層を持つことを特徴
   とするＮ型シリコン単結晶のドーパント用アンチモン被
   覆ケイ素粒子。 ２、１５０〜１０００℃の温度下でケイ素粒子と気体状
   アンチモン化合物とを接触さることを特徴とする第１請
   求項記載のアンチモン被覆ケイ素粒子の製造方法。 ３、気体状アンチモン化合物が五フッ化アンチモンであ
   る第２請求項記載の製造方法。