JPH05238883A - 単結晶シリコン棒の製造方法及び製造装置 - Google Patents
単結晶シリコン棒の製造方法及び製造装置Info
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- JPH05238883A JPH05238883A JP7829192A JP7829192A JPH05238883A JP H05238883 A JPH05238883 A JP H05238883A JP 7829192 A JP7829192 A JP 7829192A JP 7829192 A JP7829192 A JP 7829192A JP H05238883 A JPH05238883 A JP H05238883A
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Abstract
し、ゲッタリング能を向上させ、ウェーハにエピタキシ
ャル層を成長させた場合にあっても、該エピタキシャル
層にスリップが入りにくい、優れたアンチモンドープシ
リコン単結晶を得る。 【構成】 チョクラルスキー法によりアンチモンドーパ
ントを蒸発させながら不活性ガス雰囲気中で単結晶3を
引上げるに際し、単結晶3を同軸に包囲する管状体4
と、前記管状体4に一体化して設けられ、前記管状体4
下方先端近傍に同じ単結晶3を同軸に包囲し、下方に拡
がるように形成された截頭円錐状の面を有するガス整流
部材5とを設け、管状体4の下端とガス整流部材5の結
合部近傍の管状部分に不活性ガスが流出する開口部6を
設け、該ガス整流部材5の内径は、その上部の管状体4
の内径より小さくなるよう選択し、不活性ガスの大部分
を前記開口部6からガス整流部材5の截頭円錐状の面に
沿って流させ、前記管状体4内部を流下し、溶融体2表
面の結晶固化部近傍に到達する不活性ガスを少なくし、
結晶中の酸素濃度を高くする。
Description
の製造方法及び製造装置に関し、より詳しくは、アンチ
モンをドーパントして使用した場合の、結晶中酸素濃度
を高くした単結晶棒を製造するための製造方法及び製造
装置に関する。
棒を製造するには、ドーパントであるアンチモンを溶解
したシリコン溶融体を収容した石英ルツボに種結晶を浸
漬し、ルツボと種結晶を回転しつつ、種結晶のまわりに
溶融体からシリコン及びドーパントを析出させ、結晶成
長を行うことにより棒状の単結晶を得るいわゆるチョク
ラルスキー法(CZ法)が広く用いられている。そし
て、アンチモンドープ単結晶をチョクラルスキー法によ
り引上げる際、通常は、減圧下(100mbar以下)
で製造されており、また、この条件で引上げられたアン
チモンドープシリコン単結晶は、ボロンドープシリコン
単結晶やリンドープシリコン単結晶の場合よりもその結
晶中酸素濃度が低くなってしまうことが知られている。
このようなアンチモンドープシリコン単結晶は、エピサ
ブ用基板とし用いられるが、そのウェーハにエピタキシ
ャル層を堆積させると、アンチモンドープシリコン単結
晶ウェーハ中の酸素濃度が低いために、結晶中含有酸素
に基づくイントリンシックゲッタリングが生じにくく、
エピタキシャル層にスリップが入りやすいという問題が
あった。
よりシリコン単結晶を製造する際、その単結晶中に取り
込まれる酸素は石英ルツボより供給される。すなわち、
石英ルツボを形成するSiO2 はシリコン溶融体のSi
と反応し、SiOとなり一旦溶融体中に取り込まれる。
ところが、このSiOはそのほとんどが溶融体表面より
蒸発し、残分がシリコン単結晶中に取り込まれることと
なる。アンチモンをドーパントとして用いた場合、アン
チモンはそれ自体、他のドーパントと比較して極めて揮
散しやすく、かつ、酸素と反応してSb2 O3 等の複合
体となって蒸発してしまうので、SiO蒸発に加えてS
b2 O3 蒸発が生じ、シリコン単結晶中に取り込まれる
酸素はさらに少なくなる。よって、これらSiOやSb
2 O3 の蒸発を抑制することが結晶中酸素濃度を高くす
ることが重要となってくる。本発明は上記の点を解決し
ようとするもので、その目的は、アンチモンドープ単結
晶中の酸素濃度を高くし、ゲッタリング能力を向上さ
せ、ウェーハにエピタキシャル層を成長させた場合にあ
っても該エピタキシャル層にスリップが入りにくい、優
れたアンチモンドープシリコン単結晶棒を提供すること
にある。
棒の製造方法は、チョクラルスキー法によりアンチモン
ドーパントを蒸発させながら不活性ガス雰囲気中で単結
晶を引上げるに際し、単結晶を同軸に包囲する下り管状
体と、前記管状体に一体化して設けられ、前記管状体下
方先端近傍に同じ単結晶を同軸に包囲し、下方に拡がる
ように形成された截頭円錐状の面を有するガス整流部材
とを設け、管状体の下端とガス整流部材の結合部近傍の
管状部分に不活性ガスが流出する開口部を設け、該ガス
整流部材の内径は、その上部の管状体の内径より小さく
なるよう選択し、不活性ガスの大部分を前記開口部から
ガス整流部材の截頭円錐状の面に沿って流させ、前記管
状体内部を流下して溶融体表面の結晶固化部近傍に到達
する不活性ガスを少なくし、結晶中の酸素濃度を高くす
ることを特徴とする。
置は、ガス整流部材の外径がルツボ直径の0.6〜0.
9倍であり、かつ、単結晶引上げ中、ガス整流部材の下
端が溶融体表面上5mm〜30mmの位置に維持される
ことを特徴とする。
する。図1は、本発明を説明するための概略構造図であ
る。図1において、1は石英ルツボ、2はドーパントと
してアンチモンを含んだシリコン溶融体、3は引上げら
れつつある単結晶、4は単結晶3を同軸に包囲する管状
体、5はガス整流部材である。
傍に単結晶3を同軸に包囲し、下方に拡がるようにされ
た截頭円錐状の面を有し、管状体4に一体化して形成さ
れてなるものである。管状体4の下端とガス整流部材5
の結合部近傍の管状部分に不活性ガスが流出する開口部
6が設けてある。
引上げる操作について説明する。ドーパントとしてアン
チモンを含んだシリコン溶融体2を収容した石英ルツボ
1に種結晶(図示せず)を浸漬し、石英ルツボ1と種結
晶を回転しつつ、種結晶にシリコン及びドーパントを折
出させて、結晶成長を行う。ここで、石英ルツボ1内の
シリコン溶融体2は、加熱による温度差に基づき生じる
密度の偏りにより、熱対流を生じ、また、石英ルツボ1
の回転にともなう強制対流も生じる。そして、これらの
対流によりシリコン溶融体2は石英ルツボ1の壁面を摩
擦し、石英ルツボ1を溶解して、酸素を取り込む。ここ
て、引上げ装置内は100mbar以下の減圧にされ、
かつ、管状体4の上方からアルゴンガスのごとき不活性
ガスが流されている。
SiOやSb2 O3 等の複合体となって蒸発する。
等の蒸発を抑止するために、シリコン溶融体2表面上に
到達する不活性ガスの量を極端に減らすようにしてあ
る。すなわち、管状体4下方先端近傍に単結晶3を同軸
に包囲し、下方に拡がるようにされた截頭円錐状の面を
有するガス整流部材5を設け、管状体4の下端縁部とガ
ス整流部材5の結合部近傍の管状部分に不活性ガスが流
出する開口部6を設け、該ガス整流部材5の内径は、そ
の上部の管状体4の内径より小さくなるよう選択し、不
活性ガスの大部分を前記開口部6からガス整流部材5の
截頭円錐状の面に沿って流させ、前記管状体4内部を流
下し、溶融体2表面の結晶固化部近傍に到達する不活性
ガスを少なくしてある。
流部材5の外径をルツボ直径の0.6〜0.9倍とする
のが好ましい。また、管状体4の開口部6の面積S
1 と、ガス整流部材5と単結晶棒外周面との間に形成さ
れる間隙の面積S2 との比は3/1以上とするのが好ま
しく、5/1以上がより好ましい。
間、ガス整流部材5の下端がシリコン溶融体2の表面上
5mm〜30mmの位置になるように保持される。この
位置に保持するには、石英ルツボ1内のシリコン溶融体
2の減少に従い、石英ルツボ1を上昇させる。
ガス整流部材5が石英ルツボ1の上方をかなりの面積
で、かつ、シリコン溶融体2の表面にかなり接近して覆
われており、あたかも石英ルツボ1がガス整流部材5で
フタをされたかのように配置されることを意味してい
る。
状体4下方の大きな開口部6よりその大部分が流出し、
ガス整流部材5の整流作用により、その截頭円錐状の形
状に沿って、下方に拡がるように流れ、石英ルツボ1の
周縁近傍のシリコン溶融体2の表面にあたることにな
る。
2 O3 の蒸発を抑制し、アンチモンドープシリコン単結
晶中の酸素濃度を上げることができた。そして、このよ
うに結晶中酸素濃度を上げることができたために、この
単結晶をエピタキシャル用基板として用い、そのウェー
ハにエピタキシャル層を堆積させると、アンチモンドー
プシリコン単結晶中の酸素濃度が充分に高いために、結
晶中含有酸素に基づくイントリンシックゲッタリングが
生じやすくなり、エピタキシャル層にスリップが入りに
くくなるという効果が得られることがわかった。
管状体4に一体化して設けられているために、管状体4
とガス整流部材5との位置関係が正確に規定でき、ま
た、一体化していない組立て型のものと比較すると使用
頻度の増加に伴うガタツキがなくなり、取り扱いが楽に
なり、さらには、ガス整流部材5と管状体4にグラファ
イトを用いても、組み立て型の場合のようにカーボン粉
末がシリコン溶融体2中に落下し汚染するといったこと
が起り難くなる。
酸素濃度を高くするものであるため、他のドーパントに
適用可能であるが、特にアンチモンにおいては、その効
果が顕著にあらわれる。
4下方の大きな開口部6より大部分が流出し、ガス管流
部材の整流作用により、そのガス整流部材5の截頭円錐
状の形状に沿って、下方に拡がるように流れ、石英ルツ
ボ1の周縁近傍のシリコン溶融体2の表面にあたること
になる。このようにシリコン溶融体2の特定の小面積部
分にだけ不活性ガスがあたるようにしたため、不活性ガ
スが酸化物を運び去る速度が小さくなり、その結果引上
げられたシリコン単結晶中の酸素濃度を高濃度にするこ
とができる。
して設けられているために、管状体4とガス整流部材5
との位置関係が正確に規定でき、使用頻度の増加に伴う
ガタツキがなく、取扱いが楽であり、さらにはガス整流
部材5と管状体4をグラファイトのような耐熱部材で形
成した場合にあっても、カーボン粉末がシリコン溶融体
2中に落下して汚染するといったことが起り難くなる。
方位<111>のアンチモンドープシリコン単結晶棒を
引上げた。製造装置は、S1 /S2 ≒5.4、ガス整流
部材5の外径はルツボ直径の0.84倍、ガス整流部材
の下端を溶融体表面とは15mmに維持されている。ま
た、この時、石英ルツボの内径は12インチ、50mb
ar下においてルツボを8rpm、種結晶を20rpm
で互いに逆方向に回転しつつ単結晶を引上げた。得られ
たアンチモンドープシリコン単結晶につき、軸方向長さ
と酸素濃度との関係を調べた。結果を図3に示す。な
お、酸素濃度の測定はガスフュージョン法によった。
ボ直径の0.67倍のものを用いた。なお、他の操作条
件はすべて実施例1と同じである。結果を図3に示す。
反対に反った形状を有し、引上中の単結晶付近により多
くのアルゴンガスが当たるようにしたガス整流部材5を
用いた。この時ガス整流部材5の外径は、ルツボ直径の
0.8倍のものを用い、他の操作条件はすべて実施例1
と同じである。結果を図3に示す。
の外径が大きいほど酸素濃度を高くできることがわか
る。また、ガス整流部材5が反対に反った場合と比較し
ても酸素濃度は高くなっている。このことから、下方に
拡がっている方が、アルゴンガスをガス整流部材5の上
方へ整流する効果が大きく、アンチモンドープ単結晶の
酸素濃度を高くできることがわかる。
によれば、アンチモンドープシリコン単結晶の酸素濃度
を高くし、ゲッタリング能を向上させ、ウェーハにエピ
タキシャル層を成長させた場合にあっても、該エピタキ
シャル層にスリップが入りにくい、優れたアンチモンド
ープシリコン単結晶棒を製造することができる。また、
ガス整流部材が管状体4に一体化して設けられているた
めに、管状体とガス整流部材との位置関係が正確に規定
でき、また、一体化していない組立て型のものと比較す
ると使用頻度の増加に伴うガタツキが少なくなり、取り
扱いが楽になり、さらには、ガス整流部材と管状体4に
グラファイトを用いても、組み立て型の場合のようにカ
ーボン粉末が溶融体中に落下し汚染するといったことが
起り難くなる。
リコン単結晶棒の軸方向の長さと格子間酸素濃度の関係
を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 チョクラルスキー法によりアンチモンド
ーパントを蒸発させながら不活性ガス雰囲気中で単結晶
を引上げるに際し、単結晶を同軸に包囲する管状体と、
前記管状体に一体化して設けられ、前記管状体下方先端
近傍に同じ単結晶を同軸に包囲し、下方に拡がるように
形成された截頭円錐状の面を有するガス整流部材とを設
け、管状体の下端とガス整流部材の結合部近傍の管状部
分に不活性ガスが流出する開口部を設け、該ガス整流部
材の内径は、その上部の管状体の内径より小さくなるよ
う選択し、不活性ガスの大部分を前記開口部からガス整
流部材の截頭円錐状の面に沿って流させ、前記管状体内
部を流下し、溶融体表面の結晶固化部近傍に到達する不
活性ガスを少なくし、結晶中の酸素濃度を高くすること
を特徴とする単結晶シリコン棒の製造方法。 - 【請求項2】 ガス整流部材の外径がルツボ直径の0.
6〜0.9倍であり、かつ、単結晶引上げ中、ガス整流
部材の下端が溶融体表面上5mm〜30mmの位置に維
持されることを特徴とする請求項1記載の単結晶シリコ
ン棒の製造方法。 - 【請求項3】 管状体の開口部の面積S1 と、ガス整流
部材と単結晶棒外周面との間に形成される間隙の面積S
2 との比S1 /S2 が3/1以上であることを特徴すと
る請求項1記載の製造方法。 - 【請求項4】 チョクラルスキー法によりアンチモンド
ーパントを蒸発させながら不活性ガス雰囲気中で単結晶
を引上げる装置であって、アンチモンドーパントを含有
するシリコン溶融体を収容するルツボと、ルツボより引
上げられる単結晶を同軸に包囲する管状体と、前記管状
体に一体化して設けられ、前記管状体下方先端近傍に同
じ単結晶を同軸に包囲し、下方に拡がるように形成され
た截頭円錐状の面を有するガス整流部材とを設け、管状
体の下端とガス整流部材の結合部近傍の管状部分に不活
性ガスが流出する開口部を設けたことを特徴する単結晶
棒の製造装置。 - 【請求項5】 ガス整流部材の外径がルツボ直径の0.
6〜0.9倍であることを特徴とする請求項4記載の単
結晶棒の製造装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP4078291A JP2783049B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 単結晶シリコン棒の製造方法及び製造装置 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05238883A true JPH05238883A (ja) | 1993-09-17 |
JP2783049B2 JP2783049B2 (ja) | 1998-08-06 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4078291A Expired - Fee Related JP2783049B2 (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 単結晶シリコン棒の製造方法及び製造装置 |
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1992
- 1992-02-28 JP JP4078291A patent/JP2783049B2/ja not_active Expired - Fee Related
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DE112017007122B4 (de) | 2017-02-24 | 2022-05-25 | Sumco Corporation | Verfahren zur Herstellung von Silizium-Monokristall, Strömungsausrichtungselement und Monokristall-Ziehvorrichtung |
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