JPS63252989A - 引上法による半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
引上法による半導体単結晶の製造方法Info
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- JPS63252989A JPS63252989A JP8631787A JP8631787A JPS63252989A JP S63252989 A JPS63252989 A JP S63252989A JP 8631787 A JP8631787 A JP 8631787A JP 8631787 A JP8631787 A JP 8631787A JP S63252989 A JPS63252989 A JP S63252989A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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］
この発明は、不純物のドーピングされた半導体単結晶の
引上法による製造方法の改良に関する。
引上法による製造方法の改良に関する。
［従来の技術］
不純物がドーピングされた融液から結晶を成長させる場
合、この不純物は偏析理論に従って結晶中に分布するこ
とになる。すなわち、 Ｃ（ｇ） ＝Ｃｏ Ｋ （１−ｇ）ｋ−’上式において
、Ｃ（ｇ）はｇ （−Ｗ／Ｗ、ｉｗＯは初期の金融液量
、Ｗは固化した量を示す。）位置での結晶中の不純物濃
度を示し、Ｃｏは初期融液中の不純物濃度を示し、Ｋは
偏析係数を示す。
合、この不純物は偏析理論に従って結晶中に分布するこ
とになる。すなわち、 Ｃ（ｇ） ＝Ｃｏ Ｋ （１−ｇ）ｋ−’上式において
、Ｃ（ｇ）はｇ （−Ｗ／Ｗ、ｉｗＯは初期の金融液量
、Ｗは固化した量を示す。）位置での結晶中の不純物濃
度を示し、Ｃｏは初期融液中の不純物濃度を示し、Ｋは
偏析係数を示す。
よって、第４図から明らかなように、Ｋ−１でない限り
、成長された結晶中の不純物濃度は固化瓜とともに変化
し、したがって不純物が不均一な単結晶しか得られない
。
、成長された結晶中の不純物濃度は固化瓜とともに変化
し、したがって不純物が不均一な単結晶しか得られない
。
他方、均一な濃度分布の単結晶を得る方法として、二重
るつぼ法が提案されている［たとえば、ソリッド伊ステ
ート・エレクトロニクス（ＳＯＩｉｄＳｔａｔｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ） 、第６巻、第２号、第１６３
頁〜第１６５頁］。
るつぼ法が提案されている［たとえば、ソリッド伊ステ
ート・エレクトロニクス（ＳＯＩｉｄＳｔａｔｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ） 、第６巻、第２号、第１６３
頁〜第１６５頁］。
この二重るつぼ法は、結晶成長をその内部で行なう内側
るつぼに加えて、キャピラリにより連通された外側るつ
ぼを用い、内側るつぼと外側るつぼとの間で融液中の不
純物を拡散移動させることにより、内側るつぼ内の融液
中の不純物濃度を均一に保つものである。
るつぼに加えて、キャピラリにより連通された外側るつ
ぼを用い、内側るつぼと外側るつぼとの間で融液中の不
純物を拡散移動させることにより、内側るつぼ内の融液
中の不純物濃度を均一に保つものである。
［発明が解決しようとする問題点コ
従来の単なる引上法では、上述したとおり、結晶成長と
ともにドーピング不純物濃度が大きく変化する。したが
って、実際に結晶として使用し得る不純物濃度範囲が限
られているので、結晶歩留りが低いものとなり、結晶コ
ストが非常に高くつく。
ともにドーピング不純物濃度が大きく変化する。したが
って、実際に結晶として使用し得る不純物濃度範囲が限
られているので、結晶歩留りが低いものとなり、結晶コ
ストが非常に高くつく。
他方、上記した二重るつぼ法では、内側るつぼおよび外
側るつぼ等の複雑な設備を必要とし、さらに内側るつぼ
内の融液中の不純物濃度を一定とするために煩雑な制御
作業を必要とする。よって、やはり結晶コストがかなり
高くつくことになり、工業的に実施し得るものでなかっ
た。
側るつぼ等の複雑な設備を必要とし、さらに内側るつぼ
内の融液中の不純物濃度を一定とするために煩雑な制御
作業を必要とする。よって、やはり結晶コストがかなり
高くつくことになり、工業的に実施し得るものでなかっ
た。
よって、この発明の目的は、比較的簡単な設備で不純物
濃度が均一な半導体単結晶を安価に得ることを可能とす
る方法を提供することにある。
濃度が均一な半導体単結晶を安価に得ることを可能とす
る方法を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
この発明の製造方法は、るつぼ内に所定量の不純物を含
む融液を生成する工程と、 この融液の少なくとも大部分を下方から−Ｌ方へ向かっ
て固化させ、上方の一部が融液状態となっておりかつド
ーピング不純物が下方から上方へ向かって偏析に従って
分布された固化多結晶を得る工程と、 −Ｌ方の融液状態部分から結晶成長を開始し、接融１２
がほぼ一定となるように同化多結晶を溶融させつつ成長
させる工程とを備える。
む融液を生成する工程と、 この融液の少なくとも大部分を下方から−Ｌ方へ向かっ
て固化させ、上方の一部が融液状態となっておりかつド
ーピング不純物が下方から上方へ向かって偏析に従って
分布された固化多結晶を得る工程と、 −Ｌ方の融液状態部分から結晶成長を開始し、接融１２
がほぼ一定となるように同化多結晶を溶融させつつ成長
させる工程とを備える。
同化多結晶の上方に形成される融液状態部分は、るつぼ
内の融液の全部を一度固化させた後に上方の一部を再溶
融させることにより形成してもよく、あるいは上方に融
液状態部分が形成されるように該融液状態部分となる部
分を残して融液の大部分を下方から上方へ向かって固化
させてもよい。
内の融液の全部を一度固化させた後に上方の一部を再溶
融させることにより形成してもよく、あるいは上方に融
液状態部分が形成されるように該融液状態部分となる部
分を残して融液の大部分を下方から上方へ向かって固化
させてもよい。
［作用］
この発明の原理を、第１図を参照して説明する。
第１図に示す方法は、上述した固化を、るつぼ内の融液
の全部を固化させるように行ない、しかる後に上方の一
部を再加熱することにより融液状態とするものである。
の全部を固化させるように行ない、しかる後に上方の一
部を再加熱することにより融液状態とするものである。
すなわち、第１図（ａ）に示すように、るつぼ１内に不
純物を金側した融液２を生成する。次に、第１図（ｂ）
に示すように、融液２をるつぼ１の下方側からゆっくり
と固化させ、その全体を固化し、固化多結晶を得る（第
１図（、ｃ）参照）。次に、第１図（ｄ）に示すように
、固化多結晶３の上部の一部を溶かして融液状態部分４
を生成する。この融液状態部分４から、第１図（ｅ）に
示すように結晶成長を開始し、この場合加熱手段を制御
することにより融液状態部分４の量を一定とする。
純物を金側した融液２を生成する。次に、第１図（ｂ）
に示すように、融液２をるつぼ１の下方側からゆっくり
と固化させ、その全体を固化し、固化多結晶を得る（第
１図（、ｃ）参照）。次に、第１図（ｄ）に示すように
、固化多結晶３の上部の一部を溶かして融液状態部分４
を生成する。この融液状態部分４から、第１図（ｅ）に
示すように結晶成長を開始し、この場合加熱手段を制御
することにより融液状態部分４の量を一定とする。
上記工程において、第１図（ｃ）に示す固化多結晶３の
上下方向の不純物濃度分布を第２図に示す。なお、ここ
で示した分布は、偏析係数Ｋが１より十分に小さい場合
の例である。第２図から明らかなように、不純物の濃度
はるつぼの下方側になるほど急激に低くなっている。
上下方向の不純物濃度分布を第２図に示す。なお、ここ
で示した分布は、偏析係数Ｋが１より十分に小さい場合
の例である。第２図から明らかなように、不純物の濃度
はるつぼの下方側になるほど急激に低くなっている。
−１−記のような前提において、第１図（ｄ）−（ｅ）
のプロセスに従って結晶成長が進む場合、成る時点にお
ける融液状態部分４中の不純物濃度は、（以前の融液状
態部分中の不純物量）＋（新たに溶けた固化多結晶中の
不純物Ｗ（Ｂ））−成長に伴って固化された結晶中に取
り込まれた不純物量（Ａ））となる。
のプロセスに従って結晶成長が進む場合、成る時点にお
ける融液状態部分４中の不純物濃度は、（以前の融液状
態部分中の不純物量）＋（新たに溶けた固化多結晶中の
不純物Ｗ（Ｂ））−成長に伴って固化された結晶中に取
り込まれた不純物量（Ａ））となる。
したがって、結晶成長が進み、第１図（ｄ）および（ｅ
）に示す融液状態部分４がるつぼ１の下方側になるにつ
れて、溶融時点で混入してくる不純物量は減少すること
になる。また、結晶成長に伴い生成された結晶中に取り
込まれる分だけ、融液状態部分中の不純物量が減少する
。さらに、上述したように融液状態部分４の融液量はほ
ぼ一定となるように制御される。よって、結晶成長開始
から、成長を続けていく間、融液状態部分４の融液中の
不純物濃度は大きく変化しないことがわかる。
）に示す融液状態部分４がるつぼ１の下方側になるにつ
れて、溶融時点で混入してくる不純物量は減少すること
になる。また、結晶成長に伴い生成された結晶中に取り
込まれる分だけ、融液状態部分中の不純物量が減少する
。さらに、上述したように融液状態部分４の融液量はほ
ぼ一定となるように制御される。よって、結晶成長開始
から、成長を続けていく間、融液状態部分４の融液中の
不純物濃度は大きく変化しないことがわかる。
すなわち、この発明は、融液状態部分中の融液量を一定
とした上で、偏析に従って不純物濃度の変化する原料固
化多結晶中から混入してくる不純物量の変化を、成長さ
れた結晶中に取り込まれる不純物量の変化により緩衝さ
せ、それによって崖液状態部分中の不純物濃度の変化を
ほぼ一定とするものである。
とした上で、偏析に従って不純物濃度の変化する原料固
化多結晶中から混入してくる不純物量の変化を、成長さ
れた結晶中に取り込まれる不純物量の変化により緩衝さ
せ、それによって崖液状態部分中の不純物濃度の変化を
ほぼ一定とするものである。
なお、上述した説明は、偏析係数Ｋが１より十分に小さ
い場合であるが、偏析係数Ｋが１より大きい場合も同様
に本発明の方法により不純物濃度の均一な結晶を得るこ
とができる。また、前述したように、融液状態部分の形
成は、当初の融液を固化するにあたり、その大部分だけ
を固化し、一部を融液状態部分とするようにして形成す
ることもできる。すなわち、第１図の（ｂ）に示した状
態から、第１図（ｄ）に示す状態までで固化を停止し、
その状態で結晶成長を開始させてもよい。
い場合であるが、偏析係数Ｋが１より大きい場合も同様
に本発明の方法により不純物濃度の均一な結晶を得るこ
とができる。また、前述したように、融液状態部分の形
成は、当初の融液を固化するにあたり、その大部分だけ
を固化し、一部を融液状態部分とするようにして形成す
ることもできる。すなわち、第１図の（ｂ）に示した状
態から、第１図（ｄ）に示す状態までで固化を停止し、
その状態で結晶成長を開始させてもよい。
［実施例の説明コ
直径１０．１６ｃｍ（４インチ径）のｐＢＮのるつぼに
、１ｋｇのＧａＡｓ多結晶と、所定量のＩｎおよび約２
００ｇの８２０３を充填した後、炉内にセットした。こ
れを、真空排気し、Ｎ２ガスを用いて加圧した後昇温し
、融液を生成した。
、１ｋｇのＧａＡｓ多結晶と、所定量のＩｎおよび約２
００ｇの８２０３を充填した後、炉内にセットした。こ
れを、真空排気し、Ｎ２ガスを用いて加圧した後昇温し
、融液を生成した。
次に、るつぼ位置を移動させ、るつぼの下方から同化を
開始した。同化は、十分遅い速度で進むようにし、全量
を固化させるまで続けた。
開始した。同化は、十分遅い速度で進むようにし、全量
を固化させるまで続けた。
次に、るつぼ位置および加熱手段を調整し、固化多結晶
の上部約２０％部分だけを再び溶融した後、この融液状
態部分に種結晶を接触させ、次に該種結晶を回転しつつ
引上げ、結晶を成長させた。
の上部約２０％部分だけを再び溶融した後、この融液状
態部分に種結晶を接触させ、次に該種結晶を回転しつつ
引上げ、結晶を成長させた。
結晶成長に際しては、融液状態部分の表面は常に同位置
となるように、るつぼ位置を調整した。また、融液は、
固化多結晶が残存している間は常にほぼ同じ量（初期金
融液量の約２０％）が存在した。
となるように、るつぼ位置を調整した。また、融液は、
固化多結晶が残存している間は常にほぼ同じ量（初期金
融液量の約２０％）が存在した。
成長させた結晶のＩｎ濃度の分布を長さ方向に測定した
ところ、第３図に実線で示す結果が得られた。第３図か
ら明らかなように、不純物濃度は均一であり、ｇ−０と
ｇ−０，８とでは、約２０％の差しか見られなかった（
なお、通常の引上方法では、第３図に破線で示すように
偏析理論に従ってドーピングされるので、ｇ−０，８で
はｇ−０位置に対し、４倍以上の濃度になる。）。
ところ、第３図に実線で示す結果が得られた。第３図か
ら明らかなように、不純物濃度は均一であり、ｇ−０と
ｇ−０，８とでは、約２０％の差しか見られなかった（
なお、通常の引上方法では、第３図に破線で示すように
偏析理論に従ってドーピングされるので、ｇ−０，８で
はｇ−０位置に対し、４倍以上の濃度になる。）。
この実施例により成長させた結晶は、上述のとおりｇ−
０，８まですべて低転位密度の高品質結晶であった。
０，８まですべて低転位密度の高品質結晶であった。
なお、ｇ−０，８から以降は不純物濃度が著しく高くな
るが、これは、固化多結晶がこの時点でなくなるので、
融液量が減少し、通常の偏析理論に従って結晶成長した
ためである。
るが、これは、固化多結晶がこの時点でなくなるので、
融液量が減少し、通常の偏析理論に従って結晶成長した
ためである。
［発明の効果］
以上のように、この発明では、従来の引上法に比べて、
結晶中不純物濃度を飛輩的に均一化し得るので、結晶品
質を均一化することができる。また、良品の結晶の歩留
りが著しく改善されるので、安価に半導体単結晶を得る
ことができる。
結晶中不純物濃度を飛輩的に均一化し得るので、結晶品
質を均一化することができる。また、良品の結晶の歩留
りが著しく改善されるので、安価に半導体単結晶を得る
ことができる。
特に、不純物としてＩｎをドーピングして低転位密度結
晶を成長させる場合には、Ｉｎ濃度が高くなるとセル成
長を起こし、多結晶化し、歩留りを低下させるが、この
発明の方法では、結晶尾部で急激にＩｎ濃度が高くなる
までは、セル成長を発生しない結晶を得ることができる
ので、歩留りの向上およびコストの低減効果は著しく大
きい。
晶を成長させる場合には、Ｉｎ濃度が高くなるとセル成
長を起こし、多結晶化し、歩留りを低下させるが、この
発明の方法では、結晶尾部で急激にＩｎ濃度が高くなる
までは、セル成長を発生しない結晶を得ることができる
ので、歩留りの向上およびコストの低減効果は著しく大
きい。
第１図は、この発明の詳細な説明するための工程図であ
り、第２図は固化された多結晶中の不純物濃度分布を示
す図であり、第３図は実施例により得られた半導体単結
晶中の不純物濃度分布を示す図であり、第４図は偏析に
よる不純物濃度分布を説明するための図である。 図において、１はるつぼ、２は融液、３は固化された多
結晶、４は融液状態部分を示す。 特許出願人 住友電気工業株式会社 、、１諷−’（
は力１′ｌるン
り、第２図は固化された多結晶中の不純物濃度分布を示
す図であり、第３図は実施例により得られた半導体単結
晶中の不純物濃度分布を示す図であり、第４図は偏析に
よる不純物濃度分布を説明するための図である。 図において、１はるつぼ、２は融液、３は固化された多
結晶、４は融液状態部分を示す。 特許出願人 住友電気工業株式会社 、、１諷−’（
は力１′ｌるン
Claims (3)
- （１）るつぼ内に所定量の不純物を含む融液を生成する
工程と、 前記融液の少なくとも大部分を下方から上方へ向かって
固化させ、上方の一部が融液状態となっており、かつド
ーピング不純物が下方から上方へ向かって偏析に従って
分布された固化多結晶を得る工程と、 前記上方の融液状態部分から結晶成長を開始し、該融液
状態部分の融液量がほぼ一定となるように固化多結晶を
溶融させつつ成長させていく工程とを備える、引上法に
よる半導体単結晶の製造方法。 - （２）前記固化は、るつぼ内の融液の全部を固化させる
ように行ない、前記上方の一部の融液状態部分は固化後
に再溶融することにより形成する、特許請求の範囲第１
項記載の引上法による半導体単結晶の製造方法。 - （３）前記固化は、上方に融液状態部分を残すように行
なう、特許請求の範囲第１項記載の引上法による半導体
単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8631787A JPS63252989A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 引上法による半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8631787A JPS63252989A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 引上法による半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252989A true JPS63252989A (ja) | 1988-10-20 |
Family
ID=13883456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8631787A Pending JPS63252989A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 引上法による半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63252989A (ja) |
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-
1987
- 1987-04-08 JP JP8631787A patent/JPS63252989A/ja active Pending
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