JPH0421585A - 単結晶引上方法 - 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、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により単結晶
を引上げる方法に関し、特に１回の引上げによって多種
の抵抗率、直径を有する単結晶を得る単結晶引上方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体デバイスの基板として使用されるシリコン（Ｓｉ
）単結晶は、主にＣＺ法により製造されている。

このＣＺ法は、チャンバ内に回転自在に設けた坩堝内に
Ｓｉ原料を装填し、坩堝外周に設けられたヒータにてこ
れを加熱溶融し、Ｓｉ融液中に種結晶を浸し、これを回
転させつつ上方に引上げて種結晶下端にＳｉ単結晶を成
長させることにより、Ｓｉ単結晶を引上げる方法である
。

半導体デバイスの多様化に伴って、このようなＳｉ単結
晶の用途も多種、多様となり、単結晶の直径、または単
結晶中の抵抗率が様々である単結晶の製造が必要となっ
てきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

単結晶の製造は、基本的には引上単位の製造であり、１
回の引上により製造される単結晶の直径は同一である。

従って、直径が異なる単結晶を製造する場合には、２台
の引上装置を用いて直径が異なる単結晶を個々に引上げ
るか、または第１の直径を有する単結晶の引上げを完了
した後、引上げられた単結晶を引上装置から取出した後
、新たに第２の直径を有する単結晶を引上げるかしてい
た。従って、単結晶引上初期における肩作り及び単結晶
引上後半におけるテール絞りを夫々１回ずつ行う必要が
あり、製品歩留が低いという難点がある。また、後述の
方法では単結晶を取出して再引上するまでに数時間を要
するという難点もある。

単結晶中の抵抗率の調整は、坩堝内の融液中におけるド
ーパント濃度の調整により行われている。

Ｓｉ単結晶の引上時に用いられる殆どのドーパントの偏
析係数は１より小さいので、引上げか進行して坩堝内の
融液量が減少するに応じて融液中のドーパント濃度は大
きくなり、引上げられる単結晶中の抵抗率が下がる。目
標の抵抗率が達成されるように融液中のビーパンＨ８度
を調整して単結晶の引上を開始しても、目標の抵抗率を
満足する部分は少ししか得られず、収率の低下が生じる
という問題点がある。

このような問題点が解消する引上方法が、特開昭６１−
１３２５８４号公報に開示されている。この引上方法は
、ドーパントが添加された坩堝内の融液から第１の抵抗
率規格に従って単結晶を引上げ、その途中でドーパント
を再添加した後、第２の抵抗率規格に従って単結晶を引
上げる方法である。この方法では、１本の単結晶におい
て複数の抵抗率規格を満足する単結晶を得ることは可能
であるが、融液中にドーパントを再添加する際に、融液
表面が波立ち成長界面における単結晶成長が不安定とな
り、単結晶の有転位化または多結晶化を生しるという難
点がある。

ところで、引上を行いながら坩堝内の融液に原料を追加
供給して単結晶を連続的に大量に製造する引上装置とし
て、二重坩堝構造の装置が公知である（特開昭６３−７
９７９０号公報等）。これは、外坩堝と内坩堝とを同心
状に配設し、外坩堝と内坩堝との間の外側融液に原料を
供給して溶融させ、流通孔を通して内側融液へ供給し、
内側融液から単結晶を引上げる装置である。このような
装置において、引上げ途中に外側融液中にドーパントを
供給すれば、単結晶の成長不安定さをなくすことばでき
る。ところが、内側融液の減少量と同量の融液が流通孔
を通じて供給されるので、ドーパントを外側融液に供給
しても、内側融液のドーパント濃度はすくには高くなら
ず、所望の濃度に達するまでには時間がかかり、この間
に規格範囲外の単結晶が多く引上げられるという問題が
ある。また、原料溶融時に内坩堝が座屈変形して、単結
晶の引上が行えないこともある。更に、この二重坩堝構
造は製作コストが高いという問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、二重
坩堝を用いることなく単結晶の収率の向上を図ることが
でき、抵抗率及び／または直径が異なる複数種の単結晶
を同一単結晶内に連続的に引上げることができる単結晶
引上方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願の第１発明に係る単結晶引上方法は、坩堝内に収容
した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の融液から単結晶を
引上げる方法において、前記坩堝内の融液面下では融液
が相通じる状態で、融液面を含むその上下にわたって単
結晶を引上げる内側領域とその外側領域とを区分する筒
状隔壁を設け、前記内側領域から単結晶を引上げ、この
引上げ中の任意の時期に前記外側領域にドーパントを供
給することを特徴とする。

本願の第２発明に係る単結晶引上方法は、坩堝内に収容
した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の融液から単結晶を
引上げる方法において、前記坩堝内の融液面下では融液
が相通じる状態で、融液面を含むその上下にわたって単
結晶を引上げる内側領域とその外側領域とを区分する筒
状隔壁を設け、前記内側領域から単結晶を引上げ、この
引上げ中の任意の時期に、前記外側領域にドーパントを
供給すると共に、引上中の単結晶の直径を漸次増加また
は減少させて所定径に変化させ、先の引上げ時の直径と
は異なる直径の単結晶を連続的に引上げることを特徴と
する。

本願の第３発明に係る単結晶引上方法は、坩堝内に収容
した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の融液から単結晶を
引上げる方法において、引上げ中の任意の時期に、引上
中の単結晶の直径を漸次増加または減少させて所定径に
変化させ、先の引上げ時の直径とは異なる直径の単結晶
を連続的に引上げることを特徴とする。

〔作用〕

第１発明、第２発明では、筒状隔壁により融液面が内側
領域と外側領域とに分画されているので、外側領域の融
液にドーパントを供給しても、内側領域の融液面が波立
つことはなく、単結晶の成長に支障はない。また外側領
域の融液に供給されたドーパントは、融液全体によって
溶解されるので、内側領域の融液のドーパントｓ度は所
望の濃度に素早く変化し、規格外になる部分は殆どない
。

また第２発明、第３発明では、直径が異なる複数の単結
晶を連続して引上げるので、トップ、テールによる歩留
の低下は少ない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

第１図は本発明に係る単結晶引上方法を実施するための
装置の構成を示す模式的断面図であり、図中１はチャン
バ、２は保温壁、３は坩堝、４はヒータを示している。

チャンバ１内にはその側周に保温壁２が内張すされ、こ
の保温壁２で囲われた中央部に坩堝３が配設され、この
坩堝３と保温壁２との間にヒータ４がこれらとの間に排
気用の通気路を構成する間隙を隔てて配設されている。

坩堝３はカーボン製の容器３ａの内側に石英製の容器３
ｂを嵌め合せた二重構造に構成されており、底部中央に
はチャンバ１の底壁を貫通させた軸３ｃの上端が連結さ
れ、軸３ｃにて回転させつつ昇降せしめられるようにな
っている。

チャンバ１の上部壁中央にはチャンバ１内の雰囲気ガス
（Ａｒガス）の供給口を兼ねる単結晶の引上口１ａが開
口され、またその周囲の１個所には、ドーパント供給口
１ｂが開口せしめられている。引上口１ａにはプルチャ
ンバ５が立設され、またドーパント供給口１ｂを通じて
ドーパント供給管６がチャンバ１内に差し込まれている
。プルチャンバ５の上端からは引上軸５ａを用いて種結
晶５ｃを掴持するチャック５ｂが吊り下げられ、また引
上軸５ａの上端は図示しない回転、昇降機構に連繋され
ており、種結晶５ｃを融液になじまセた後、回転させつ
つ上昇させることによって、種結晶５ｃ下端に単結晶７
を成長せしめるようになっている。

チャンバ１内の上方には単結晶７の引上げ域の周囲に位
置させて、輻射熱遮蔽体である輻射スクリーン８がプル
チャンバ保護筒５内上部に配した昇降手段にて昇降可能
に配設され、またこの輻射スクリーン８には筒状隔壁９
が取り付けられている。ドーパント供給管６は輻射スク
リーン８を貫通しており、その管端は坩堝３の辺縁部上
方に位置している。輻射スクリーン８はカーボン製の環
状リム８ａの外周縁部に円筒形の支持部８ｂを、また環
状リム８ａの内周縁部にはここから下方に向かうに従っ
て縮径され、中空の逆円錐台形をなすよう傾斜させたテ
ーバ部８ｃを夫々設けて構成されており、支持部８ｂに
より保温壁２の上面に支持されている。

第２図は筒状隔壁の斜視図であり、筒状隔壁９は石英製
であって、円筒形の隔壁本体部９ａの上端部に周方向の
複数個所から支持片９ｂを立設して構成しである。各支
持片９ｂは輻射スクリーン８のテーパ部８ｃに穿った複
数の孔８ｄに係入してピン止めされており、筒状隔壁９
は輻射スクリーン８の昇降に伴って上下方向に移動可能
である。筒状隔壁９の位置は輻射スクリーン８を上昇さ
せたとき筒状隔壁９の下端が坩堝３内の融液に漬からな
い位置に上昇させ得、また輻射スクリーン８を下降させ
たときは輻射スクリーン８の支持部８ｂが保温壁２上部
の支持台２ａに当接すると同時に筒状隔壁９の下端が坩
堝３の内底から所要高さの位置であって、且つ融液中の
適正な深さ位置まで漬かるよう設定される。

次に、単結晶引上の手順について説明する。

まず、筒状隔壁９を上方に引上げ、筒状隔壁９が坩堝３
内の原料と接触しないよう設定しておく。

この状態でヒータ４にて坩堝３を加熱し、ドーパントが
添加された原料を加熱溶融する。原料が溶融すると、坩
堝３を引上位置まで上昇させると共に、昇降手段を作動
して輻射スクリーン８、筒状隔壁９を下降させて、輻射
スクリーン８の支持部８ｂが保温壁２の支持台２ａ上に
当接し、また筒状隔壁９の隔壁本体部９ａの下端が融液
下の適宜位置に浸漬するように、両者の位置決めを行う
。このようにすることにより、坩堝３内の融液面下では
融液が相通じる状態で、融液面を含むその上下にわたっ
て単結晶７を引上げる内側領域とその外側領域とを分画
することができる。

坩堝３はこれを支持する軸３ｃにて矢符方向に回転させ
、また引上軸５ａを下降して種結晶５ｃを筒状隔壁９に
て囲われた内側領域の融液中に浸漬した後、引上軸５ａ
を回転させつつ所定の速度で引上げ、種結晶５ｃ下に単
結晶７を成長せしめる。そして、この引上中の任意の時
期に、ドーパント供給管６を通じて外側領域の融液中に
ドーパントを供給して単結晶７の抵抗率を変化させたり
、単結晶７の直径を変化させたりする。

なお、坩堝３の昇降ストロークが充分にある場合には、
予め筒状隔壁９を引上げてお（必要はない。また、坩堝
３内に収容された原料の溶融開始から、単結晶の引上げ
終了に到るまでプルチャンバ５の上端に接続した供給管
からＡｒガスがプルチャンバ５を通して坩堝３上にその
上方から導入される。プルチャンバ５の上方から坩堝３
上に下降したＡｒガスは輻射スクリーン８０テーパ部８
ｃに沿って坩堝３内の融液表面に達し、ここから輻射ス
クリーン８の下面側を経て筒状隔壁９の隔壁本体部９ａ
と支持片９ｂとの間を経、次いで筒状隔壁９で囲われた
外側領域を経、坩堝３とヒータ４、保温壁２との間に形
成された通気路を経てチャンバ１の下部側壁に開口した
排気口１ｃから図示しない排気ポンプにより吸引排出さ
れる。

輻射熱遮蔽体である輻射スクリーン８には、その融液面
側の保温効果により融液面から蒸発したＳｉＯの固体化
（Ｓｉｎ（ｇａｓｓ）−”５ｉｎ（ｓｏｌｉｄ））を阻
止するという機能がある。これにより蒸発したＳｉＯが
筒状隔壁９に付着し異物となって融液面に落下すること
が防止される。

本実施例において用いられた坩堝３．筒状隔壁９は、夫
々１６”φ、１０”φであり、引上げ開始前の融液量は
４５ｋｇであった。引上げ開始時の単結晶７は６”φの
ＰトープのＮ型〈１００〉、引上げ中の単結晶７．坩堝
３の回転数は夫々１５ｒｐｍ、　５　ｒｐｍであり、引
上げ速度は１．３〜１．５ｍ＋＝／分であった。

また、引上げ中にドーパント供給管６から外側領域の融
液中に供給されるドーパントの単結晶側への付着を防止
するために、筒状隔壁９は約１０ｍだけ融液中に浸漬さ
せた。

次に、第１図に示すような装置を用い、本発明方法によ
りＳ１単結晶を引上げた具体例について説明する。

（第１発明の例） 抵抗率範囲が８Ω（２）〜１２Ωｃｍと１．５Ωｃｍ〜
３Ω。□とであるＰドープＮ型の６”φＳｉ単結晶を連
続的に引上げた。第３図はこのような引上げ例の結果を
示すグラフ及び引上げられた単結晶の模式図である。グ
ラフにおいて、実線（ａ）が本例の結果を示し、Ａはド
ーパント供給管６を介してドーパントを融液中に供給し
た時点を表しており、破線（ｂｌはドーパント供給を行
わない場合の結果を示している。引上げ途中においてド
ーパントの供給を行わない場合には、連続して１．５Ω
Ｃｍ〜３Ω（２）の単結晶を引上げることはできない。

ところが、本実施例では所望の時期にドーパントを供給
するので、８ΩＣ１１ｌ〜１２Ω■の単結晶の引上げに
連続して１．５ΩＣ１１１〜３Ω■の単結晶を引上げる
ことができる。

この結果、本例では引上げられた単結晶のほぼ全域を製
品として供することができる。

（第２発明の例） ８Ωｃ１１〜１２Ω国、６”φのＰドープＮ型のＳｉ単
結晶と１．５ΩＣｆｆ１〜３Ω国、４”φのＰドープＮ
型のＳｉ単結晶とを同一単結晶内にて引上げた。第４図
はこのような引上げ例の結果を示すグラフ及び引上げら
れた単結晶の模式図である。グラフにおいてＡは、ドー
パント供給管６を介してドーパントを融液中に供給する
と共に直径の漸減を開始させた時点を示す。計算上の抵
抗率が８Ωｃｍになった時点（第４図Ａ）で、ドーパン
トを供給すると共に直径を６”φ−４”φにする漸減を
開始し、４”φとなった後は４”φにて引上げを続行す
る。

第４図かられかるように、時間のロスがなく、しかもト
ップ、テールにおけるロスなしに、抵抗率及び直径が異
なった２種類の単結晶を連続的に同一単結晶内で引上げ
ることができ、この結果、引上げられた単結晶のほぼ全
域を製品として供することができる。

（第３発明の例） ８ΩｃＩＩＩ〜１２Ω国、６″φのＰドープＮ型のＳｉ
単結晶と４ΩＣｆｆ１〜８Ω口、４”φのＰドープＮ型
のＳｉ単結晶とを同一単結晶内にて引上げた。第５図は
このような引上げ例の結果を示すグラフ及び引上げられ
た単結晶の模式図である。グラフにおいてＡは、単結晶
の直径の漸減を開始させた時点を示す。計算上の抵抗率
が８Ω値になった時点（第５図Ａ）で、直径を６”φ−
４”φにする漸減を開始し、４”φとなった後は４”φ
にて引上げを続行する。なお、この第３発明の例では、
引上げ中にドーパントの供給を行わないので、筒状隔壁
は用いなくても良い。本例でも、第５図かられかるよう
に、時間のロスがなく、しかもトップ、テールにおける
ロスなしに、直径が異なった２種類の単結晶を連続的に
同一単結晶内で引上げることができ、この結果、引上げ
られた単結晶のほぼ全域を製品として供することができ
る。

なお、上述の実施例では２種類の単結晶を連続的に引上
げる場合について説明したが、本発明では、抵抗率及び
／または直径が異なる３種類以上の単結晶の連続的な引
上げが可能であることは言うまでもない。

また、上述の実施例では、引上げ途中において原料の供
給を行わないこととしたが、外側領域の融液に原料を供
給する場合においても本発明を適用できる。

また、上述の実施例はシリコン単結晶の成長を行う場合
につき説明したが、何らこれに限るものではなく、各種
の単結晶成長に適用し得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の単結晶引上方法では、抵抗
率及び／または直径が異なる複数種の単結晶を、１回の
引上げにより連続的に引上げることができ、しかもこの
際の収率の向上を図ることができる。この結果、本発明
により多種、多様な単結晶を高歩留りにて製造すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる単結晶引上装置の模
式的断面図、第２図は筒状隔壁の斜視図、第３図、第４
図、第５図は本発明方法を用いた引上げ例の結果を示す
図である。 ３・・・坩堝　４・・・ヒータ　６・・・ドーパント供
給管７・・・単結晶　９・・・筒状隔壁　９ａ・・・隔
壁本体部９ｂ・・・支持片 特許出願人　　大阪チタニウム製造株式会社（外１名） 代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫第 ］ 図 第 図 トップ テール 第 図 トップ 第 図 ル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、坩堝内に収容した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の
   融液から単結晶を引上げる方法において、 前記坩堝内の融液面下では融液が相通じる 状態で、融液面を含むその上下にわたって単結晶を引上
   げる内側領域とその外側領域とを区分する筒状隔壁を設
   け、前記内側領域から単結晶を引上げ、この引上げ中の
   任意の時期に前記外側領域にドーパントを供給すること
   を特徴とする単結晶引上方法。 ２、坩堝内に収容した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の
   融液から単結晶を引上げる方法において、 前記坩堝内の融液面下では融液が相通じる 状態で、融液面を含むその上下にわたって単結晶を引上
   げる内側領域とその外側領域とを区分する筒状隔壁を設
   け、前記内側領域から単結晶を引上げ、この引上げ中の
   任意の時期に、前記外側領域にドーパントを供給すると
   共に、引上中の単結晶の直径を漸次増加または減少させ
   て所定径に変化させ、先の引上げ時の直径とは異なる直
   径の単結晶を連続的に引上げることを特徴とする単結晶
   引上方法。 ３、坩堝内に収容した原料を加熱溶融し、前記坩堝内の
   融液から単結晶を引上げる方法において、 引上げ中の任意の時期に、引上中の単結晶 の直径を漸次増加または減少させて所定径に変化させ、
   先の引上げ時の直径とは異なる直径の単結晶を連続的に
   引上げることを特徴とする単結晶引上方法。