JPH09286688A - シリコン単結晶へのガスドープ方法 - Google Patents

シリコン単結晶へのガスドープ方法

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JPH09286688A
JPH09286688A JP12412196A JP12412196A JPH09286688A JP H09286688 A JPH09286688 A JP H09286688A JP 12412196 A JP12412196 A JP 12412196A JP 12412196 A JP12412196 A JP 12412196A JP H09286688 A JPH09286688 A JP H09286688A
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JP
Japan
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nitrogen
single crystal
silicon single
silicon
gas
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JP12412196A
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English (en)
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Takuya Tsuruta
卓也 鶴田
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Sumco Techxiv Corp
Original Assignee
Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 FZ法によるシリコン単結晶の製造におい
て、シリコン単結晶中に生じる結晶欠陥の発生を抑制す
るとともに、不純物として用いる窒素の過剰添加による
有転位化を回避することが可能なシリコン単結晶へのガ
スドープ方法を提供する。 【解決手段】 溶融帯域近傍の赤熱したシリコン多結晶
棒2に窒素と高純度アルゴンとの混合ガスを混合ガス吹
き付けノズル3を通して吹き付け、表面が窒化されたシ
リコン多結晶棒2を溶融することにより、シリコン単結
晶5に窒素を添加する。シリコン多結晶棒2に対する窒
素と高純度アルゴンとの混合ガスの吹き付け時間を調整
し、窒素の総吹き付け量を1.0×1022〜6.0×1
23atomsとすることにより、シリコン単結晶5に
含まれる窒素濃度を制御し、窒素の過剰添加による有転
位化を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊帯域溶融法に
よるシリコン単結晶の製造における不純物添加方法に係
り、特にシリコン単結晶中に生じる結晶欠陥の発生を抑
制するとともに、不純物の過剰添加による有転位化を回
避することを目的としたシリコン単結晶へのガスドープ
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】浮遊帯域溶融法(以下FZ法という)に
よってシリコン単結晶棒を製造する場合、モノシラン等
を熱分解あるいは加熱還元して得られたシリコン多結晶
棒の先端を、不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱によ
り溶解し、種結晶と接触させてなじませた後、部分的な
溶融帯域を、通常、下部から上部に移動させることによ
り、種結晶と同一の結晶軸をもつ単結晶化を行ってい
る。
【0003】上記FZ法によるシリコン単結晶の製造に
おいて、不純物のドープ方法としては、ノズルを用いて
溶融帯域にホスフィン等を含むアルゴンガスを吹きつけ
る。これにより、シリコン単結晶の全体的な電気的特性
を制御することができる。
【0004】更に、従来の技術によれば、最近の傾向と
してシリコン単結晶棒が大径化するに従い、雰囲気ガス
中に窒素を混入する工夫がなされている。たとえば、特
公平3−41437号公報に示されているように、雰囲
気ガス中に微量の窒素ガスを混入させることでシリコン
ウェーハの機械的強度が上昇するため、窒素ガスの混入
による窒素ドープが有効とされている。
【0005】また、従来の技術では、窒素等の多原子ガ
ス元素をシリコン多結晶棒に拡散する工夫もなされてい
る。たとえば、特開昭59−137393号公報で開示
されているように、窒素雰囲気中でシリコン多結晶棒に
窒素を拡散させることによりシリコン単結晶の窒素濃度
を均一化することができる。このように、多原子ガス元
素をシリコン多結晶棒に拡散させることが有効である。
【0006】特公平3−41437号公報に示されてい
るように、FZ法によるシリコン単結晶の製造において
アルゴンガス雰囲気中に容積比0.05〜3%の窒素ガ
スを混入させることで、また、特開昭59−13739
3号公報で開示されているように、窒素を拡散させたシ
リコン多結晶棒を用いてFZ法によるシリコン単結晶の
製造を行うことで、シリコン単結晶中に窒素がドープさ
れる。この窒素ドープは、シリコン単結晶に従来それな
しでは多発したスワール状結晶欠陥等の発生を抑制する
効果がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガスドープ方法を用いて窒素をドープする場合、次
のような問題点がある。 (1)ホスフィン等をドープする場合、溶融帯域にホス
フィン等を含むアルゴンガスを吹き付けているが、窒素
はシリコン融液との反応性が乏しいため、ノズルを通し
て溶融帯域に窒素ガスを含んだアルゴンガスを吹き付け
ても窒素のドープはほとんど行われない。 (2)1200℃以上の固体シリコンに対する窒素ガス
の反応性は高く、特公平3−41437号公報が示すよ
うに雰囲気ガス中に窒素ガスを混入すると、1200℃
以上に加熱された固体シリコンの原料多結晶棒の表面に
窒化物の薄膜が形成され、原料多結晶棒の溶融とともに
融液シリコン中に窒素が溶解し、シリコン単結晶中に窒
素のドープができる。しかし、育成直後の温度から12
00℃までの温度域にあるシリコン単結晶の表面にも窒
化物が形成されるため、シリコン単結晶の直径方向にお
ける窒素濃度は外周部近傍が他の領域に比べて高くなっ
てしまう。また、窒素とアルゴンとの混合ガス雰囲気中
でシリコン単結晶の育成を続けていると、窒素が供給さ
れ続けるが、窒素のシリコンに対する偏析係数が7×1
-4と小さいため、シリコン融液中の窒素濃度が増加す
る。そして、シリコン単結晶中の窒素の固溶度が4.5
×1015atoms/cm3 を超えると有転位化が起き
る。 (3)特開昭59−137393号公報が示すように、
窒素を拡散させたシリコン多結晶棒を用いてシリコン単
結晶を育成すると、前記(2)項と同様にシリコン多結
晶棒から窒化物が供給され続けるため、シリコン単結晶
中の窒素の固溶度が4.5×1015atoms/cm3
を超えると有転位化が起きる。
【0008】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、FZ法によるシリコン単結晶の製造におい
て、シリコン単結晶中に生じる結晶欠陥の発生を抑制す
るとともに、不純物として用いる窒素の過剰添加による
有転位化を回避することが可能なシリコン単結晶へのガ
スドープ方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るシリコン単結晶へのガスドープ方法
は、FZ法を用いてシリコン単結晶を製造する際に、溶
融帯域近傍の赤熱したシリコン多結晶棒に窒素と高純度
アルゴンとの混合ガスをノズルを通して吹き付け、表面
が窒化されたシリコン多結晶棒を溶融することによりシ
リコン単結晶に窒素を添加し、シリコン単結晶における
結晶欠陥の発生を抑制する構成とした。
【0010】上記構成において、シリコン多結晶棒に対
する窒素と高純度アルゴンとの混合ガスの吹き付け時間
を調整し、窒素の総吹き付け量を1.0×1022〜6.
0×1023atomsとすることにより、シリコン単結
晶に添加する窒素濃度を制御し、窒素の過剰添加による
有転位化を回避することを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態および実施例】本発明においては、
窒素と高純度アルゴンとの混合ガスを用いて溶融帯域近
傍のシリコン多結晶棒(固体シリコン部分)に吹き付け
ることによってシリコン多結晶棒の表面に窒化物を形成
させるので、この多結晶棒を溶解することによりシリコ
ン単結晶に窒素をドープすることができる。
【0012】また、シリコン単結晶中の窒素濃度は窒化
物の形成量すなわち窒素とアルゴンとの混合ガス比なら
びに混合ガスの吹き付け時間に依存するため、混合ガス
の吹き付け時間を調整することによりシリコン単結晶の
窒素濃度を制御することができる。
【0013】次に、本発明に係るシリコン単結晶へのガ
スドープ方法の実施例について図面を参照して説明す
る。図1は本発明によるガスドープ方法を示す概略断面
模式図である。同図において、高周波誘導加熱コイル1
の上方には、シリコン多結晶棒2の軸線に向かって開口
する混合ガス吹き付けノズル3がシリコン多結晶棒2の
外周に近接して設置されている。シリコン多結晶棒2は
高周波誘導加熱コイル1により加熱されてシリコン融液
4となった後、凝固してシリコン単結晶5となる。この
ような装置を用いてシリコン多結晶棒2と図示しない種
結晶とを互いに反対方向に回転させながら、シリコン単
結晶5を育成する。
【0014】実施例1〜4では、アルゴンガス雰囲気中
で混合ガス吹き付けノズル3を通して窒素と高純度アル
ゴンとの混合ガスをシリコン多結晶棒2の溶融帯域近傍
に吹き付けながら、直径127mm、結晶方位<111
>のシリコン単結晶5を育成した。窒素の総吹き付け量
はそれぞれ5.0×1022atoms,1.0×1023
atoms,2.0×1023atoms,4.0×10
23atomsとした。
【0015】このようにして育成したシリコン単結晶の
転位状態を観察した後、無転位単結晶から直径125m
m、厚さ800±10μmのウェーハを切り出し、厚さ
が650±10μmとなるように前記ウェーハの両面を
鏡面に仕上げた。これらのウェーハをSeccoエッチ
液で30分間エッチングし、欠陥(フローパターン)の
発生状況を調べた。
【0016】上記実施例1〜4と比較するため、FZ法
による4水準のシリコン単結晶育成を行った。比較例1
ではアルゴンガス雰囲気中で混合ガス吹き付けノズル3
を通して高純度アルゴンのみをシリコン多結晶棒2の溶
融帯域近傍に吹き付けながら、シリコン単結晶5を育成
した。また、比較例2,3では、アルゴンガス雰囲気中
で混合ガス吹き付けノズル3を通して窒素と高純度アル
ゴンとの混合ガスをシリコン多結晶棒2の溶融帯域近傍
に吹き付けながら、シリコン単結晶5を育成した。窒素
の総吹き付け量はそれぞれ2.0×1021atoms,
1.0×1024atomsとした。更に、比較例4では
混合ガス吹き付けノズル3によるガスドープを行わなか
った。育成したシリコン単結晶は、比較例1〜4とも前
記実施例と同様に直径127mm、結晶方位<111>
である。
【0017】このようにして育成したシリコン単結晶の
転位状態を観察した後、無転位単結晶から直径125m
m、厚さ800±10μmのウェーハを切り出し、厚さ
が650±10μmとなるように前記ウェーハの両面を
鏡面に仕上げ、実施例1〜4と同一条件でエッチング
し、欠陥の発生状況を調べた。
【0018】前記各実施例、比較例の育成結晶状態と欠
陥(フローパターン)の発生状況を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1から明らかなように、本発明により結
晶品質であるフローパターン欠陥の発生が解消すること
と、窒素の過剰添加による有転位化を回避できることが
認められる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、FZ法における本
発明によるシリコン単結晶へのガスドープ方法は、ノズ
ルによる吹き付け方式を用いて窒素と高純度アルゴンと
の混合ガスの吹き付け位置ならびに窒素の総吹き付け量
を任意に調整することにしたので、望ましくない位置で
の窒素ドープや、過剰量の窒素ドープによる有転位化を
回避することが容易となる。従って、結晶欠陥を低減し
た大径の無転位シリコン単結晶を高収量で製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガスドープ方法を示す概略断面模
式図である。
【符号の説明】
1 高周波誘導加熱コイル 2 シリコン多結晶棒 3 混合ガス吹き付けノズル 4 シリコン融液 5 シリコン単結晶

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浮遊帯域溶融法を用いてシリコン単結晶
    を製造する際に、溶融帯域近傍の赤熱したシリコン多結
    晶棒に窒素と高純度アルゴンとの混合ガスをノズルを通
    して吹き付け、表面が窒化されたシリコン多結晶棒を溶
    融することによりシリコン単結晶に窒素を添加し、シリ
    コン単結晶における結晶欠陥の発生を抑制することを特
    徴とするシリコン単結晶へのガスドープ方法。
  2. 【請求項2】 シリコン多結晶棒に対する窒素と高純度
    アルゴンとの混合ガスの吹き付け時間を調整し、窒素の
    総吹き付け量を1.0×1022〜6.0×1023ato
    msとすることにより、シリコン単結晶に添加する窒素
    濃度を制御し、窒素の過剰添加による有転位化を回避す
    ることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶への
    ガスドープ方法。
JP12412196A 1996-04-22 1996-04-22 シリコン単結晶へのガスドープ方法 Withdrawn JPH09286688A (ja)

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Effective date: 20030701