JPH0798715B2 - シリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH0798715B2 JPH0798715B2 JP1013641A JP1364189A JPH0798715B2 JP H0798715 B2 JPH0798715 B2 JP H0798715B2 JP 1013641 A JP1013641 A JP 1013641A JP 1364189 A JP1364189 A JP 1364189A JP H0798715 B2 JPH0798715 B2 JP H0798715B2
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- JP
- Japan
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- single crystal
- raw material
- silicon
- silicon single
- melt
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- 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） この発明は、例えば、半導体材料等に使用されるシリコ
ン単結晶の製造方法に関する。
ン単結晶の製造方法に関する。
（従来の技術） 単結晶の成長法には幾つかの方法があるが、その一つに
引き上げ法（チョクラルスキー法ともいう）がある。こ
の方法は第１図に示すように、引き上げ装置１内に配置
された坩堝２（内側が石英で外側がカーボンからできて
いる、以下、るつぼと記す）内に原料Ｍを装入してヒー
タ３で溶解した後、種結晶４を取り付けたワイヤー５に
より溶融液６を引きあげ、凝固成長させて単結晶７を製
造するものである。
引き上げ法（チョクラルスキー法ともいう）がある。こ
の方法は第１図に示すように、引き上げ装置１内に配置
された坩堝２（内側が石英で外側がカーボンからできて
いる、以下、るつぼと記す）内に原料Ｍを装入してヒー
タ３で溶解した後、種結晶４を取り付けたワイヤー５に
より溶融液６を引きあげ、凝固成長させて単結晶７を製
造するものである。
上記引き上げ法で半導体用単結晶を成長させる場合、そ
の電気抵抗や電気伝導型を調整するため、溶融液の引き
上げ前に不純物（例えば、Ｐ、Ｂなど）を添加すること
がある。ところが、一般に単結晶成長の際、溶融液中の
不純物濃度Ceと単結晶の不純物濃度Csとの比、すなわ
ち、実効偏析係数Ke（＝Cs/Ce）が１より小さいので、
単結晶が成長するにつれて溶融中の不純物濃度が高くな
ってゆく。その結果、単結晶中の不純物濃度が変化して
偏析を生じ、均等な電気抵抗をもつ単結晶が得られない
と言う問題がある。
の電気抵抗や電気伝導型を調整するため、溶融液の引き
上げ前に不純物（例えば、Ｐ、Ｂなど）を添加すること
がある。ところが、一般に単結晶成長の際、溶融液中の
不純物濃度Ceと単結晶の不純物濃度Csとの比、すなわ
ち、実効偏析係数Ke（＝Cs/Ce）が１より小さいので、
単結晶が成長するにつれて溶融中の不純物濃度が高くな
ってゆく。その結果、単結晶中の不純物濃度が変化して
偏析を生じ、均等な電気抵抗をもつ単結晶が得られない
と言う問題がある。
このような偏析を防止し、均質な単結晶を成長させる方
法として溶融層法がある。
法として溶融層法がある。
この方法には、第２図に示すように、溶融液６を種結
晶４を吊り下げたワイヤー５を引き上げ、単結晶７を成
長させる間に溶融液６を減量した分だけ下部固体層Msを
溶解して溶融液６の体積を常に一定に保ち、単結晶７の
引き上げに合わせて不純物をシュート８から連続的に添
加し、溶融液層中の不純物濃度を均一にする方法（特公
昭34−8242号公報、特公昭62−880号公報）、あるいは
意図的に溶融液層の体積を変化させることにより、結
晶引き上げ中に不純物を添加することなく溶融液中の不
純物濃度を一定に保つ方法（特開昭61−205691号公
報）、などがある。
晶４を吊り下げたワイヤー５を引き上げ、単結晶７を成
長させる間に溶融液６を減量した分だけ下部固体層Msを
溶解して溶融液６の体積を常に一定に保ち、単結晶７の
引き上げに合わせて不純物をシュート８から連続的に添
加し、溶融液層中の不純物濃度を均一にする方法（特公
昭34−8242号公報、特公昭62−880号公報）、あるいは
意図的に溶融液層の体積を変化させることにより、結
晶引き上げ中に不純物を添加することなく溶融液中の不
純物濃度を一定に保つ方法（特開昭61−205691号公
報）、などがある。
上記溶融層法により、不純物の偏析は改善され、シリコ
ン単結晶の電気抵抗が大きく変化するという問題は解決
された。
ン単結晶の電気抵抗が大きく変化するという問題は解決
された。
しかし、溶融層法においては、単結晶化を妨げる下記の
ような問題が発生している。
ような問題が発生している。
（ａ）溶融液表面に浮上した異物が引き上げ中の結晶体
に取込まれ、品質の低下や多結晶化が起こる。
に取込まれ、品質の低下や多結晶化が起こる。
（ｂ）溶融液中から発生するガスにより液面が振動し、
多結晶体が生じて正常な引き上げができない。
多結晶体が生じて正常な引き上げができない。
（ｃ）前記発生ガスが、るつぼの上部やシードチャック
などに再結晶し、これが溶融液に落ち込んで溶解され単
結晶に混入する。
などに再結晶し、これが溶融液に落ち込んで溶解され単
結晶に混入する。
本発明者らは、前記異物とガスの発生を防止しなければ
均質な単結晶は成長できないと考え、それらの正体とそ
の原因物質の究明を行った。
均質な単結晶は成長できないと考え、それらの正体とそ
の原因物質の究明を行った。
その結果、溶融液表面に浮上する異物はシリコンの酸化
物であり、溶融液中から発生するガスもシリコン酸化物
によるものであることが判明した。そして浮遊異物の原
因物質はシリコン原料の表面を覆っている酸化膜であ
り、発生ガスは下部固体層のシリコン原料の酸化膜であ
ることが明らかになった。
物であり、溶融液中から発生するガスもシリコン酸化物
によるものであることが判明した。そして浮遊異物の原
因物質はシリコン原料の表面を覆っている酸化膜であ
り、発生ガスは下部固体層のシリコン原料の酸化膜であ
ることが明らかになった。
そこで本発明者らは、前記シリコン原料表面を覆う酸化
膜の除去方法について更に研究を重ねた結果、原料シリ
コンを適正な温度で熱処理すれば、酸化膜（酸素）を比
較的簡単に除去できるとの知見を得、この発明を完成す
るに到った。
膜の除去方法について更に研究を重ねた結果、原料シリ
コンを適正な温度で熱処理すれば、酸化膜（酸素）を比
較的簡単に除去できるとの知見を得、この発明を完成す
るに到った。
すなわち、本発明の要旨は「溶融層法によるシリコン単
結晶の製造方法であって、表面酸化膜を除去したシリコ
ン固体原料を使用することを特徴とするシリコン単結晶
の製造方法」及び「溶融層法によるシリコン単結晶の製
造方法があって、引き上げ装置に原料を装入し、装置内
を減圧、又は不活性ガス雰囲気、若しくは還元性雰囲気
にした後、原料を1,000〜1,400℃の温度に保持して熱処
理する工程を含むことを特徴とするシリコン単結晶の製
造方法」にある。
結晶の製造方法であって、表面酸化膜を除去したシリコ
ン固体原料を使用することを特徴とするシリコン単結晶
の製造方法」及び「溶融層法によるシリコン単結晶の製
造方法があって、引き上げ装置に原料を装入し、装置内
を減圧、又は不活性ガス雰囲気、若しくは還元性雰囲気
にした後、原料を1,000〜1,400℃の温度に保持して熱処
理する工程を含むことを特徴とするシリコン単結晶の製
造方法」にある。
（作用） 本発明のシリコン単結晶の製造方法は、表面酸化膜を除
去したシリコン固体原料を使用することに特徴がある。
酸化膜を除けば、それに起因して起こる異物やガスが発
生しないから、均質なシリコン単結晶を安定して成長さ
せることができる。
去したシリコン固体原料を使用することに特徴がある。
酸化膜を除けば、それに起因して起こる異物やガスが発
生しないから、均質なシリコン単結晶を安定して成長さ
せることができる。
原料表面酸化膜の除去は、シリコン固体原料を減圧下、
又は不活性ガス雰囲気のもと、若しくは還元雰囲気下
で、1,000〜1,400℃の温度に１〜３時間保持する熱処理
により行うことができる。
又は不活性ガス雰囲気のもと、若しくは還元雰囲気下
で、1,000〜1,400℃の温度に１〜３時間保持する熱処理
により行うことができる。
上記熱処理において、加熱温度は1,000℃〜1,400℃にす
る。その理由は1,000℃より低いと長時間の熱処理が必
要であり、かつ酸化膜除去効果が小さいからである。一
方、1,400℃を越えるとSiの融点が1414℃であるために
溶融を起こしやすくなり、溶融層内に酸化物が取り込ま
れるからである。また加熱時間を１〜３時間保つことが
望ましい。それは1hr未満では酸化物除去が不完全であ
り、3hrより長く保持すると電力使用量が増大するから
である。又減圧する場合の圧力は１〜20torrが好まし
く、不活性ガスはArガスやHeガスなどが用いられる。
る。その理由は1,000℃より低いと長時間の熱処理が必
要であり、かつ酸化膜除去効果が小さいからである。一
方、1,400℃を越えるとSiの融点が1414℃であるために
溶融を起こしやすくなり、溶融層内に酸化物が取り込ま
れるからである。また加熱時間を１〜３時間保つことが
望ましい。それは1hr未満では酸化物除去が不完全であ
り、3hrより長く保持すると電力使用量が増大するから
である。又減圧する場合の圧力は１〜20torrが好まし
く、不活性ガスはArガスやHeガスなどが用いられる。
このような熱処理をシリコン固体原料に施すと、下記
（１）〜（３）式の反応が生じる。
（１）〜（３）式の反応が生じる。
SiO2→Si＋O2↑ …（１） 2SiO2→2SiO＋O2↑ …（２） 2SiO→2Si＋O2↑ …（３） これらの反応によりシリコン固体原料表面の酸化膜（Si
O2）が除去される。そして上記反応は1,000℃以上の高
温のもとで速やかに起こり、また減圧下の方が円滑に進
行する。
O2）が除去される。そして上記反応は1,000℃以上の高
温のもとで速やかに起こり、また減圧下の方が円滑に進
行する。
ところで、本発明の最も好ましい実施態様は、上記の熱
処理を引き上げ装置内で行うことである。そうすれば熱
処理後の原料を、そのまま溶解して単結晶を成長させる
ことができる。しかし熱処理に長時間を要する場合は、
引き上げ装置の稼働率向上の点から、別に設けた熱処理
炉で（真空熱処理炉、不活性ガス雰囲気炉など）で処理
するのがよい。この場合には、熱処理した原料の再酸化
を防止するため、Ar等の不活性ガスを封入した容器に保
存するなどの処置を講ずる必要がある。
処理を引き上げ装置内で行うことである。そうすれば熱
処理後の原料を、そのまま溶解して単結晶を成長させる
ことができる。しかし熱処理に長時間を要する場合は、
引き上げ装置の稼働率向上の点から、別に設けた熱処理
炉で（真空熱処理炉、不活性ガス雰囲気炉など）で処理
するのがよい。この場合には、熱処理した原料の再酸化
を防止するため、Ar等の不活性ガスを封入した容器に保
存するなどの処置を講ずる必要がある。
（実施例１） この実施例は、温度を変えてシリコン固体原料に熱処理
を施し、原料中酸素の除去程度を調べたものである。原
料の熱処理は第２図に示す引き上げ装置１を使用して行
った。原料Msをるつぼ２内に装入した後、装置内を10to
rrまで減圧してAr雰囲気にし、原料Msを950℃、1,000
℃、1,200℃、1,400℃に昇温した。
を施し、原料中酸素の除去程度を調べたものである。原
料の熱処理は第２図に示す引き上げ装置１を使用して行
った。原料Msをるつぼ２内に装入した後、装置内を10to
rrまで減圧してAr雰囲気にし、原料Msを950℃、1,000
℃、1,200℃、1,400℃に昇温した。
この結果を第３図に示す。なお図中 は原料温度を950℃にした場合、△は1,000℃、○は1,20
0℃、●は1,400℃に昇温した場合である。
0℃、●は1,400℃に昇温した場合である。
第３図から明らかなように、本発明で規定する温度範囲
から外れた950℃の場合には、熱処理の前後で酸素濃度
の差は小さく効果は少ない。処理温度が1,000℃以上に
なるとその効果が現れはじめ、1,400℃になると僅か１
時間の処理で12ppmから2ppmまで低下するに到った。
から外れた950℃の場合には、熱処理の前後で酸素濃度
の差は小さく効果は少ない。処理温度が1,000℃以上に
なるとその効果が現れはじめ、1,400℃になると僅か１
時間の処理で12ppmから2ppmまで低下するに到った。
（実施例２） この実施例は、熱処理が原料と、熱処理しない原料を用
いて直径50mmのシリコン単結晶を作り、その単結晶長さ
を調べたものである。
いて直径50mmのシリコン単結晶を作り、その単結晶長さ
を調べたものである。
原料の溶解と溶融液の引き上げは、第２図に示す引き上
げ装置１により行った。熱処理原料は、10torrに減圧し
た後Ar雰囲気中にした中で1,300℃に昇熱して１時間保
持したものを用いた。
げ装置１により行った。熱処理原料は、10torrに減圧し
た後Ar雰囲気中にした中で1,300℃に昇熱して１時間保
持したものを用いた。
この結果を第４図に示す。図において◇は熱処理をしな
い原料を用いた場合であり、◆は熱処理をした原料を使
用した場合である。この図からわかるように、熱処理し
ない原料の場合には、単結晶長さが短く、しかもその長
さは大きくばらついている。これは原料の酸化膜（酸
素）により生じた浮遊異物やガスによる溶融液面の振動
などに起因していると考えられる。一方、熱処理した原
料の場合には、原料の酸化膜が事前に除去され、異物な
どの発生がないため、単結晶の長さが長く、そのばらつ
きも非常に小さい。
い原料を用いた場合であり、◆は熱処理をした原料を使
用した場合である。この図からわかるように、熱処理し
ない原料の場合には、単結晶長さが短く、しかもその長
さは大きくばらついている。これは原料の酸化膜（酸
素）により生じた浮遊異物やガスによる溶融液面の振動
などに起因していると考えられる。一方、熱処理した原
料の場合には、原料の酸化膜が事前に除去され、異物な
どの発生がないため、単結晶の長さが長く、そのばらつ
きも非常に小さい。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法は酸素含有量を低く
したシリコン固体原料を用いるので、溶融してもシリコ
ン酸化物の異物やガスが発生しない。したがって、品質
の良好なシリコン単結晶を歩留よく製造できる。また原
料中の酸素は熱処理炉で簡単に除去できるので、それほ
どコストが嵩むようなこともない。
したシリコン固体原料を用いるので、溶融してもシリコ
ン酸化物の異物やガスが発生しない。したがって、品質
の良好なシリコン単結晶を歩留よく製造できる。また原
料中の酸素は熱処理炉で簡単に除去できるので、それほ
どコストが嵩むようなこともない。
第１図は、引き上げ法による単結晶の成長を説明する
図、 第２図は、溶融層法による単結晶の成長を説明する図、 第３図は、シリコン固体原料の熱処理時間と原料中の酸
素濃度との関係を示す図、 第４図は、熱処理をした原料と熱処理しない原料の場合
における単結晶の長さを比較した図 １は引き上げ装置、２はるつぼ、３はヒータ、４は種結
晶、５はワイヤー、６は溶融液、７は単結晶、８はシュ
ート。
図、 第２図は、溶融層法による単結晶の成長を説明する図、 第３図は、シリコン固体原料の熱処理時間と原料中の酸
素濃度との関係を示す図、 第４図は、熱処理をした原料と熱処理しない原料の場合
における単結晶の長さを比較した図 １は引き上げ装置、２はるつぼ、３はヒータ、４は種結
晶、５はワイヤー、６は溶融液、７は単結晶、８はシュ
ート。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−92993（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−49518（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭62−880（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】溶融層法によるシリコン単結晶の製造方法
であって、表面酸化膜を除去したシリコン固体原料を使
用することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 【請求項２】溶融層法によるシリコン単結晶の製造方法
であって、引き上げ装置に原料を装入し、装置内を減
圧、又は不活性ガス雰囲気、若しくは還元性雰囲気にし
た後、原料を1,000〜1,400℃の温度に保持して熱処理す
る工程を含むことを特徴とするシリコン単結晶の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013641A JPH0798715B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | シリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013641A JPH0798715B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | シリコン単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02196082A JPH02196082A (ja) | 1990-08-02 |
| JPH0798715B2 true JPH0798715B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=11838862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1013641A Expired - Lifetime JPH0798715B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | シリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0798715B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100107966A1 (en) * | 2008-11-05 | 2010-05-06 | Memc Electronic Materials, Inc. | Methods for preparing a melt of silicon powder for silicon crystal growth |
| DE102018201783A1 (de) | 2018-02-06 | 2019-08-08 | Siltronic Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, Einkristall und Halbleiterscheibe |
| DE102018210286A1 (de) | 2018-06-25 | 2020-01-02 | Siltronic Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls und Halbleiterscheibe aus Silizium |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5849518A (ja) * | 1981-09-19 | 1983-03-23 | Honda Motor Co Ltd | 自動二輪車の排気装置 |
| JPS5992993A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-29 | Toshiba Corp | 単結晶の製造方法 |
| JPH0743419B2 (ja) * | 1985-06-27 | 1995-05-15 | 防衛庁技術研究本部長 | 電波系・光学系複合シ−カ |
-
1989
- 1989-01-23 JP JP1013641A patent/JPH0798715B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02196082A (ja) | 1990-08-02 |
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