JPH0362679B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0362679B2 JPH0362679B2 JP59149106A JP14910684A JPH0362679B2 JP H0362679 B2 JPH0362679 B2 JP H0362679B2 JP 59149106 A JP59149106 A JP 59149106A JP 14910684 A JP14910684 A JP 14910684A JP H0362679 B2 JPH0362679 B2 JP H0362679B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- melt
- type
- pulling
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は引き上げ（CZ）法による結晶成長方
法に係り、特に引き上げ軸方向の比抵抗値が一定
になるように成長させる方法に関する。
法に係り、特に引き上げ軸方向の比抵抗値が一定
になるように成長させる方法に関する。
半導体装置製造に用いられる珪素（Si）等の結
晶はｐ型不純物としてボロン（Ｂ）、ｎ型不純物
として燐（Ｐ）、砒素（As）、アンチモン（Sb）
等を入れ、或る一定の比抵抗値（通常0.01〜
100Ωcmの間で用途に応じて選ばれる）にして使
用する。
晶はｐ型不純物としてボロン（Ｂ）、ｎ型不純物
として燐（Ｐ）、砒素（As）、アンチモン（Sb）
等を入れ、或る一定の比抵抗値（通常0.01〜
100Ωcmの間で用途に応じて選ばれる）にして使
用する。
半導体装置は設計上の要求より、比抵抗分布が
均一であることが望ましいが、通常のCZ法で成
長した結晶は偏析により、引き上げ軸方向に不純
物の濃度分布は次式に従つて変化する。1) Ｃ＝KC0（１−ｌ）K-1， ここで、 C0はメルト中の初期不純物濃度、 ｌは初期メルト量に対して結晶化した量の割合 （固化率）、 Ｃは固化率ｌにおける不純物濃度、 ｋは偏析係数 である。
均一であることが望ましいが、通常のCZ法で成
長した結晶は偏析により、引き上げ軸方向に不純
物の濃度分布は次式に従つて変化する。1) Ｃ＝KC0（１−ｌ）K-1， ここで、 C0はメルト中の初期不純物濃度、 ｌは初期メルト量に対して結晶化した量の割合 （固化率）、 Ｃは固化率ｌにおける不純物濃度、 ｋは偏析係数 である。
引き上げ軸方向の比抵抗分布は上式に従つて取
り込まれた不純物の濃度分布で決まる。
り込まれた不純物の濃度分布で決まる。
第３図は代表的な不純物の比抵抗分布で、20Kg
のメルトから4inch結晶を引き上げたときの計算
値である。
のメルトから4inch結晶を引き上げたときの計算
値である。
図から分かるように半導体基板として要求され
る結晶の比抵抗の均一性が厳しくなると、引き上
げた単結晶の１部分しか使用できず、歩留りは減
少する。この傾向は偏析係数ｋの小さい不純物程
甚だしい。
る結晶の比抵抗の均一性が厳しくなると、引き上
げた単結晶の１部分しか使用できず、歩留りは減
少する。この傾向は偏析係数ｋの小さい不純物程
甚だしい。
そのため結晶の比抵抗の均一性を良くする種々
の方法が用いられている。
の方法が用いられている。
（参考）
１ W.G.Pfann，AIME194，747（1952）．
〔従来の技術〕
以下に、結晶の比抵抗の均一性を良くする方法
の従来例を示す。
の従来例を示す。
ｉ Multiple Ingot Growth法2)
この方法は要求される比抵抗幅の限界で一旦単
結晶の引き上げを終了し、新たに多結晶をメルト
に継ぎ足して不純物濃度を調製し、再度結晶の引
き上げを行う。
結晶の引き上げを終了し、新たに多結晶をメルト
に継ぎ足して不純物濃度を調製し、再度結晶の引
き上げを行う。
連続Charge法3)
第４図に示すように、単結晶引き上げ中に連続
的にメルトを継ぎ足す方法である。溶融炉１２の
圧力を単結晶育成炉１３のそれより大きくするこ
とによりメルト２を移動させ、育成炉１３のメル
トの不純物濃度が常に一定に保たれるようにす
る。
的にメルトを継ぎ足す方法である。溶融炉１２の
圧力を単結晶育成炉１３のそれより大きくするこ
とによりメルト２を移動させ、育成炉１３のメル
トの不純物濃度が常に一定に保たれるようにす
る。
なお、図において、１４はメルトを移動させる
連通管、１５はヒータ、１６はアルゴンガス入
口、１７は内圧コントロールバルブ、１８はメル
トの液面位置センサ、１９は自動直径制御センサ
を示す。
連通管、１５はヒータ、１６はアルゴンガス入
口、１７は内圧コントロールバルブ、１８はメル
トの液面位置センサ、１９は自動直径制御センサ
を示す。
二重ルツボ法4)
第５図に示すように、石英ルツボを二重にして
内外のルツボ１Ａと１Ｂを細管２０で連絡し、内
部ルツボの不純物濃度C′を C′＝C0／Ｋ となるようにすると、結晶内に取り込まれる不純
物濃度は常にC0となる。
内外のルツボ１Ａと１Ｂを細管２０で連絡し、内
部ルツボの不純物濃度C′を C′＝C0／Ｋ となるようにすると、結晶内に取り込まれる不純
物濃度は常にC0となる。
しかし従来の各方法にはつぎのような欠点があ
る。
る。
全メルト量に対して得られた単結晶の直胴部
分が少なく歩留りが悪く、再チヤ ージ時に汚
染されやすい。
分が少なく歩留りが悪く、再チヤ ージ時に汚
染されやすい。
装置が大規模になり、経済的でない。
装置が複雑になり、内部ルツボの保持、回転
および調節が困難である。
および調節が困難である。
（参考）
２ R.L.Lane and A.H.Kachare，
J.Crys.Growth50，437（1983）．
３ G.Fiegl，
Solid State Technology，August，
121（1983）． ４ K.E.Benson，W.Lin and E.P.Martin， Semiconductor Silicon 1981，33
（1981）． 〔発明が解決しようとする問題点〕 CZ法で結晶の比抵抗の均一性を良くする従来
の方法は歩留りが悪く汚染のおそれがあるか、装
置が複雑、大規模になり装置の操作、保全、調節
が難しい。
121（1983）． ４ K.E.Benson，W.Lin and E.P.Martin， Semiconductor Silicon 1981，33
（1981）． 〔発明が解決しようとする問題点〕 CZ法で結晶の比抵抗の均一性を良くする従来
の方法は歩留りが悪く汚染のおそれがあるか、装
置が複雑、大規模になり装置の操作、保全、調節
が難しい。
上記の問題の解決は、硼素を不純物として含有
するシリコンのメルトを用い、シリコン結晶を引
き上げ法によつて成長する方法において、結晶の
成長とともに、燐を含む結晶を成長結晶の周囲の
該メルトに徐々に溶かしながら成長させることを
特徴とする結晶成長方法により達成される。
するシリコンのメルトを用い、シリコン結晶を引
き上げ法によつて成長する方法において、結晶の
成長とともに、燐を含む結晶を成長結晶の周囲の
該メルトに徐々に溶かしながら成長させることを
特徴とする結晶成長方法により達成される。
結晶成長中に、メルトに含まれる不純物と反対
導電型の不純物を含む結晶を溶解して単結晶に両
方の型の不純物を取り込み、これらの不純物がお
互いに打ち消し合つて補償した値に相当するキヤ
リア濃度（この値が比抵抗に関係する）が一定に
なるようにすれば、結晶の比抵抗の均一性が比較
的簡易な装置により得られる。
導電型の不純物を含む結晶を溶解して単結晶に両
方の型の不純物を取り込み、これらの不純物がお
互いに打ち消し合つて補償した値に相当するキヤ
リア濃度（この値が比抵抗に関係する）が一定に
なるようにすれば、結晶の比抵抗の均一性が比較
的簡易な装置により得られる。
第１図ａは本発明の実施例を示す装置の模式的
な断面図である。
な断面図である。
図は約10Ωcmのｐ型Si結晶を成長する場合を示
す。
す。
まず石英ルツボ１に、Ｂを添加したSi単結晶を
入れ溶解してメルト２を得る。成長開始後直胴部
に入る直前に、Ｐを含むｎ型Si結晶３をメルト２
に浸け、Si単結晶４の成長とともに徐々に溶かし
てゆく。この場合Ｐを含むｎ型Si結晶３は、引き
上げ軸に垂直な断面の比抵抗分布をよくするため
に図のように円筒形が望ましい。
入れ溶解してメルト２を得る。成長開始後直胴部
に入る直前に、Ｐを含むｎ型Si結晶３をメルト２
に浸け、Si単結晶４の成長とともに徐々に溶かし
てゆく。この場合Ｐを含むｎ型Si結晶３は、引き
上げ軸に垂直な断面の比抵抗分布をよくするため
に図のように円筒形が望ましい。
またＰを含むｎ型Si結晶３の引き下げ速度は、
Si単結晶４の引き上げ速度、直径と、Ｐを含むｎ
型Si結晶３のＰ濃度、メルトとの接触面積により
異なり、10Ωcmのｐ型Si単結晶４がえられるよう
に調節する。
Si単結晶４の引き上げ速度、直径と、Ｐを含むｎ
型Si結晶３のＰ濃度、メルトとの接触面積により
異なり、10Ωcmのｐ型Si単結晶４がえられるよう
に調節する。
なお５はモータ、６はモリブデン（Mo）ワイ
ヤ、７はモータ、８はヒータを示す。
ヤ、７はモータ、８はヒータを示す。
第１図ｂはＰを含んだｎ型Si結晶３の斜視図で
ある。
ある。
第２図に本発明により得られた結晶の引き上げ
軸方向の分布を示す。
軸方向の分布を示す。
比抵抗の許容範囲を10±1Ωcmとすれば、点線
で示される通常のCZ法では10に示すように全メ
ルトの約25％しか使えないが、本発明によると11
に示すように約70％が使えることになる。
で示される通常のCZ法では10に示すように全メ
ルトの約25％しか使えないが、本発明によると11
に示すように約70％が使えることになる。
またＰを含むｎ型Si結晶３の引き下げ駆動部は
簡単に作れる。
簡単に作れる。
さらにＢ不純物にＰ不純物を混入した結晶の結
晶性について考える。Siの共有結合半径を１とす
ると、Ｂは0.75で、Ｐは0.94でＰの方が結合半径
の差による歪が小さいことが分かる。5) 実際に本発明により得られた結晶の微少欠陥密
度をSeccoエツチングを用いて評価してみると、
103cm-2程度でＰを導入しない場合と同程度であ
り、結晶性に影響を与えないことが明らかとなつ
た。
晶性について考える。Siの共有結合半径を１とす
ると、Ｂは0.75で、Ｐは0.94でＰの方が結合半径
の差による歪が小さいことが分かる。5) 実際に本発明により得られた結晶の微少欠陥密
度をSeccoエツチングを用いて評価してみると、
103cm-2程度でＰを導入しない場合と同程度であ
り、結晶性に影響を与えないことが明らかとなつ
た。
（参考）
５ 津屋英樹、近藤陽二郎、金森克、
第30回応用物理学関係連合講演予稿集
（1983）p.662 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように本発明によれば、
CZ法において、汚染のおそれがなくて装置の操
作、保全、調節が簡単な装置で、結晶の比抵抗の
均一性を良くし、しかも欠陥密度の増加をきたさ
ない。
（1983）p.662 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように本発明によれば、
CZ法において、汚染のおそれがなくて装置の操
作、保全、調節が簡単な装置で、結晶の比抵抗の
均一性を良くし、しかも欠陥密度の増加をきたさ
ない。
第１図ａとｂは本発明の実施例を示す装置の模
式的な断面図とＰを含んだｎ型Si結晶の斜視図、
第２図に本発明により得られた結晶の引き上げ軸
方向の分布図、第３図は通常のCZ法による代表
的な不純物の引き上げ軸方向の比抵抗分布図、第
４図は従来の連続Charge法による装置の模式的
な断面図、第５図は従来の二重ルツボ法による装
置の模式的な断面図である。 図において、１は石英ルツボ、２はメルト、３
はＰを含むｎ型Si結晶、４はｐ型Si単結晶を示
す。
式的な断面図とＰを含んだｎ型Si結晶の斜視図、
第２図に本発明により得られた結晶の引き上げ軸
方向の分布図、第３図は通常のCZ法による代表
的な不純物の引き上げ軸方向の比抵抗分布図、第
４図は従来の連続Charge法による装置の模式的
な断面図、第５図は従来の二重ルツボ法による装
置の模式的な断面図である。 図において、１は石英ルツボ、２はメルト、３
はＰを含むｎ型Si結晶、４はｐ型Si単結晶を示
す。
Claims (1)
- １ 硼素を不純物として含有するシリコンのメル
トを用い、シリコン結晶を引き上げ法によつて成
長する方法において、結晶の成長とともに、燐を
含む結晶を成長結晶の周囲の該メルトに徐々に溶
かしながら成長させることを特徴とする結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14910684A JPS6126591A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14910684A JPS6126591A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126591A JPS6126591A (ja) | 1986-02-05 |
| JPH0362679B2 true JPH0362679B2 (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=15467825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14910684A Granted JPS6126591A (ja) | 1984-07-18 | 1984-07-18 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126591A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62226890A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-05 | Komatsu Denshi Kinzoku Kk | 単結晶及びその製造方法 |
| JPH085740B2 (ja) * | 1988-02-25 | 1996-01-24 | 株式会社東芝 | 半導体の結晶引上げ方法 |
| FR2940806B1 (fr) * | 2009-01-05 | 2011-04-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de solidification de semi-conducteur avec ajout de charges de semi-conducteur dope au cours de la cristallisation |
| DE102014107590B3 (de) * | 2014-05-28 | 2015-10-01 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung, Siliziumwafer und Verfahren zum Herstellen eines Siliziumwafers |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5266372A (en) * | 1975-11-28 | 1977-06-01 | Nec Home Electronics Ltd | Manufacture of silicon single crystal |
| JPS55130894A (en) * | 1979-03-28 | 1980-10-11 | Hitachi Ltd | Single crystal picking up apparatus |
-
1984
- 1984-07-18 JP JP14910684A patent/JPS6126591A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6126591A (ja) | 1986-02-05 |
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