JP5176101B2 - Silicon single crystal manufacturing method and apparatus, and silicon single crystal ingot - Google Patents
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Description
本発明は、CZ法(チョクラルスキー法)などを用いてシリコン単結晶を
引き上げるシリコン単結晶の製造方法およびシリコン単結晶の製造装置並びに、それら装
置、方法によって製造されたシリコン単結晶インゴットに関するものである。
The present invention relates to a silicon single crystal manufacturing method, a silicon single crystal manufacturing apparatus, and a silicon single crystal ingot manufactured by the apparatus and method, in which the silicon single crystal is pulled up using the CZ method (Czochralski method) or the like. It is.
(従来の実施技術)
CZ法(チョクラルスキー法)は、CZ炉内のるつぼに融液を貯留し、この融液にドー
パントを供給し、融液からドーパントを添加されたシリコン単結晶を、引上げ機構によっ
て引き上げ、成長させるというものである。
(Conventional technology)
In the CZ method (Czochralski method), a melt is stored in a crucible in a CZ furnace, a dopant is supplied to the melt, and a silicon single crystal to which the dopant is added is pulled from the melt by a pulling mechanism and grown. It is to let you.
シリコン単結晶にN型の電気的特性を与えるためには、砒素As、燐P、アンチモンS
bなどのN型用のドーパント(不純物)がシリコン単結晶に添加される。これらドーパン
トのうち、砒素As、燐Pは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から
気相に昇華する。そこで、これら昇華可能なドーパントが収容された収容室を、CZ炉内
の融液上方の所定位置まで下降させて、融液から輻射される輻射熱によりドーパントを加
熱して昇華させ、昇華によって気体となったドーパントを融液に投入することで、ドーパ
ントをシリコン結晶に添加するという方法が従来より実施されている。
In order to give N-type electrical characteristics to a silicon single crystal, arsenic As, phosphorus P, antimony S
An n-type dopant (impurity) such as b is added to the silicon single crystal. Among these dopants, arsenic As and phosphorus P are sublimable dopants and sublimate from the solid phase to the gas phase at a relatively low temperature. Therefore, the containment chamber containing these sublimable dopants is lowered to a predetermined position above the melt in the CZ furnace, and the dopant is heated and sublimated by the radiant heat radiated from the melt. A method of adding a dopant to a silicon crystal by introducing the dopant into the melt has been conventionally performed.
気体となったドーパントを融液に投入する方式の1つに、供給管の開口端を融液より所
定位置上方に位置させ、アルゴンガスなどの不活性ガスを輸送用のキャリアガスとして使
用して、供給管から融液に向けてキャリアガスを吹き付けることで、キャリアガスにより
搬送されるドーパントを融液に投入するという方式がある。また、他の方式として、導入
管を融液に浸漬して、導入管から、昇華されて気体となってドーパントを融液に投入する
という方式がある。
One of the methods for introducing the gaseous dopant into the melt is to place the open end of the supply pipe above a predetermined position above the melt and use an inert gas such as argon gas as a carrier gas for transport. There is a method in which a dopant transported by a carrier gas is introduced into the melt by blowing a carrier gas from the supply pipe toward the melt. As another method, there is a method in which the introduction tube is immersed in the melt, and the dopant is sublimated from the introduction tube into a gas and charged into the melt.
(特許文献1にみられる従来技術)
特許文献1では、引上げ機構と干渉しない位置に収納容器を配置して、収容容器を石英
るつぼの上面よりも上となる位置まで下降させて、その位置で融液から輻射される輻射熱
によって収容部内のドーパントを溶解させるようにしている。そして、更に収容容器を融
液に浸漬する位置まで下降させて、収納容器の開放面から溶解されたドーパントを融液に
投入するようにしている。この特許文献1には、引上げ工程の途上で融液にドーパントを
投入することで、成長軸方向に不連続に異なる比抵抗範囲をもつシリコン単結晶インゴッ
トを引上げ成長させて、用途やユーザの規格等に応じたドーパント濃度をもつ製品を得る
という発明が記載されている。
In
低抵抗率で高濃度のN++型の電気的特性が得られるシリコン単結晶インゴットを得るた
めには、砒素As、燐P、アンチモンSbなどのN型用のドーパントを高濃度にシリコン
単結晶に添加する必要がある。
In order to obtain a silicon single crystal ingot with low resistivity and high concentration N ++ type electrical characteristics, a silicon single crystal with a high concentration of an N type dopant such as arsenic As, phosphorus P, antimony Sb, etc. It is necessary to add to.
しかし、こうしたN++型のシリコン単結晶の引上げるに際して、引上げ前に融液に供給
しておくドーパントの濃度を高濃度にしておくと、引上げ工程の肩工程から直胴工程の前
半部までの間で、結晶の崩れが多発することが本発明者らによって明らかになった。
However, when pulling up such an N ++ type silicon single crystal, if the dopant concentration to be supplied to the melt before pulling is made high, from the shoulder process of the pulling process to the first half of the straight body process In the meantime, it has been clarified by the present inventors that the crystal collapse frequently occurs.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、結晶の崩れを生じさせることな
く安定して、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のN++型のシリコン単結晶を引上
げることができるようにすることを解決課題とするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and stably pulls up a low resistivity N ++ type silicon single crystal doped with a high concentration without causing crystal collapse. The problem to be solved is to make it possible.
なお、特許文献1には、引上げ工程の途上で融液にドーパントを投入する点は記載され
てはいるものの、本発明のようにN++型のシリコン単結晶を対象とする発明ではなく、ま
たN++型のシリコン単結晶を引上げる際に結晶崩れが生じるという問題点は何ら指摘され
ていない。
Although
また、本発明者が本発明をなし得る過程で、供給管を融液に浸漬して、供給管から、昇
華されて気体となってドーパントを融液に投入するという浸漬方式を採用すると、育成中
のシリコン単結晶の単結晶化率が阻害され、安定してシリコン単結晶を育成することが困
難となることが明らかになった。
Further, in the process in which the present inventor can make the present invention, when a dipping method is adopted in which the supply pipe is immersed in the melt and sublimated from the supply pipe to form a gas, the dopant is introduced into the melt. It became clear that the single crystal crystallization rate of the silicon single crystal was hindered and it was difficult to grow the silicon single crystal stably.
そこで、本発明は、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のN++型のシリコン単結
晶の引上げるに際して、単結晶化率が阻害されることなく安定して育成することができる
ようにすることを解決課題とするものである。
Therefore, the present invention is capable of stably growing without increasing the single crystallization rate when pulling up a low resistivity N ++ type silicon single crystal doped with a high concentration of dopant. It is a problem to be solved.
第1発明は、
炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパントが添加され
たシリコン単結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法で
あって、
高濃度にドーパントが添加されたシリコン単結晶を製造するに際して、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパントが低濃度に添加され
た状態か、ドーパントが無添加の状態とし、シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成され
た以降は、ドーパントが所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパン
トを供給すること
を特徴とする。
The first invention is
A method for producing a silicon single crystal in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and the silicon single crystal to which the dopant is added is pulled from the melt to grow a silicon single crystal,
When manufacturing a silicon single crystal doped with a dopant at a high concentration,
Until the first half of the straight body of the silicon single crystal was formed, the dopant was added at a low concentration or the dopant was not added, and the first half of the straight body of the silicon single crystal was formed. Thereafter, the dopant is supplied to the melt so that the dopant is added in a desired high concentration.
第2発明は、第1発明において、
ドーパントは、昇華可能なドーパントであって、昇華されたドーパントを融液に吹き付
けることで、昇華されたドーパントを融液に供給すること
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
The dopant is a sublimable dopant and is characterized in that the sublimated dopant is supplied to the melt by spraying the sublimated dopant onto the melt.
第3発明は、第1発明において、
ドーパントを高濃度に添加することで、N++型シリコン単結晶を製造すること
を特徴とする。
The third invention is the first invention,
An N ++ type silicon single crystal is produced by adding a dopant at a high concentration.
第4発明は、第2発明において、
ドーパントとしてAsまたはPを高濃度に添加することで、N++型シリコン単結晶を製
造すること
を特徴とする。
The fourth invention is the second invention,
An N ++ type silicon single crystal is produced by adding As or P as a dopant at a high concentration.
第5発明は、炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパン
トが添加されたシリコン単結晶を、引上げ機構により引き上げてシリコン単結晶を成長さ
せるシリコン単結晶の製造装置において、
高濃度にドーパントが添加されたシリコン単結晶を製造するための装置であって、
シリコン単結晶および引上げ機構と干渉しない位置に、ドーパント供給装置が配置され、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパントが低濃度に添加され
た状態か、ドーパントが無添加の状態とし、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成された以降は、前記ドーパント供給装置を用い
て、ドーパントが所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパントを供
給すること
を特徴とする。
5th invention manufactures the silicon single crystal which supplies a dopant to the melt stored in the crucible in the furnace, and pulls up the silicon single crystal to which the dopant is added from the melt by a pulling mechanism to grow the silicon single crystal In the device
An apparatus for producing a silicon single crystal doped with a dopant at a high concentration,
A dopant supply device is arranged at a position not interfering with the silicon single crystal and the pulling mechanism,
Until the first half of the straight body of the silicon single crystal is formed, the dopant is added at a low concentration, or the dopant is not added,
After the first half of the straight body of the silicon single crystal is formed, the dopant is supplied to the melt using the dopant supply device so that the dopant is added at a desired high concentration. Features.
第6発明は、第5発明において、
ドーパントは、昇華可能なドーパントであって、
ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、供給管から昇華され
たドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを融液に導くものである
こと
を特徴とする。
A sixth invention is the fifth invention,
The dopant is a sublimable dopant,
The dopant supply device is disposed at a position where the supply pipe is not immersed in the melt, and the dopant sublimated from the supply pipe is blown to the melt to guide the sublimated dopant to the melt. .
第7発明は、第5発明において、
ドーパントを高濃度に添加することで、N++型シリコン単結晶を製造
すること
を特徴とする。
A seventh invention is the fifth invention,
An N ++ type silicon single crystal is produced by adding a dopant at a high concentration.
第8発明は、第6発明において、
ドーパントとしてAsまたはPを高濃度に添加することで、N++型シ
リコン単結晶を製造すること
を特徴とする。
In an eighth aspect based on the sixth aspect,
An N ++ type silicon single crystal is produced by adding As or P as a dopant at a high concentration.
第9発明は、
肩部から直胴部の前半部までは、ドーパントが低濃度に添加された
状態か、ドーパントが無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部までは、
ドーパントが高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が得ら
れるシリコン単結晶インゴットであることを特徴とする。
The ninth invention
From the shoulder part to the front half of the straight body part, the dopant is added at a low concentration, or the dopant is not added, and from the front part of the straight body part to the tail part,
The silicon single crystal ingot is characterized in that a dopant is added at a high concentration and an N ++ type electrical characteristic with a low resistivity is obtained.
第10発明は、
ドーパントとしてAsまたはPが添加されているシリコン単結晶インゴットであって、
肩部から直胴部の前半部までは、ドーパントが低濃度に添加された状態か、ドーパントが
無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部までは、ドーパントが高濃度に
添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が得られるシリコン単結晶イ
ンゴットであることを特徴とする。
The tenth invention is
A silicon single crystal ingot to which As or P is added as a dopant,
From the shoulder to the front half of the straight body part, the dopant is added at a low concentration or no dopant is added, and from the front half of the straight body part to the tail part, the dopant is highly concentrated. It is a silicon single crystal ingot which is in a state of being added to and can obtain N ++ type electrical characteristics with a low resistivity.
シリコン単結晶6にドーパント23を高濃度に添加して低抵抗率のN++型のシリコン単
結晶を引上げ成長させようとするときに、高濃度にするために必要な大量のドーパント2
3を融液5に投入してから結晶を引き上げると、結晶の崩れが生じやすいことが本発明者
により明らかになった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン単結晶6の
直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパント23が低濃度に添加された状態か、ドー
パント23が無添加の状態とし、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成された以降は、
ドーパント23が所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパントを供
給すればよいことが本発明者によって明らかになった。これは、結晶育成前に融液5に大
量にドーパント23を投入すると、融液5内の局所的なドーパント濃度のばらつきにより
異常成長が生じたためであると考えられている。なお、本明細書において「低抵抗率のN
++型のシリコン単結晶」とは、0.01Ω・cmよりも小さい比抵抗値のN型のシリコン
単結晶をいうものとする。
When dopant 23 is added to silicon single crystal 6 at a high concentration and an N ++ type silicon single crystal having a low resistivity is to be pulled and grown, a large amount of
It has been clarified by the present inventors that when the crystal is pulled up after 3 is introduced into the
It has been clarified by the present inventor that the dopant may be supplied to the melt so that the dopant 23 is added at a desired high concentration. This is considered to be because when a large amount of dopant 23 was introduced into the
The “++ type silicon single crystal” means an N type silicon single crystal having a specific resistance value smaller than 0.01 Ω · cm.
そこで、本発明では、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでのドーパン
ト濃度が、低濃度の状態か、または無添加の状態となるように、融液5にドーパント23
を供給する。ここで、低濃度とは、シリコン単結晶6中のドーパント23の濃度が1.6E
19atoms/cm3以下となる濃度であって、シリコン単結晶6の比抵抗値で4mΩ-cm以
上(高抵抗)となる濃度をいうものとする。
Therefore, in the present invention, the dopant 23 is added to the
Supply. Here, the low concentration means that the concentration of the dopant 23 in the silicon single crystal 6 is 1.6E.
The concentration is 19 atoms / cm 3 or less, and the specific resistance value of the silicon single crystal 6 is 4 mΩ-cm or more (high resistance).
そして、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成された以降は、結晶各部が、ドーパ
ント23が所望する高濃度に添加された状態となるように、融液5にドーパント23を供
給する。
After the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed, the dopant 23 is supplied to the
本発明によれば、結晶の崩れを生じさせることなく安定して、ドーパント23が高濃度
に添加された低抵抗率のN++型のシリコン単結晶6を引上げることができるようになる。
According to the present invention, the low resistivity N ++ type silicon single crystal 6 to which the dopant 23 is added at a high concentration can be pulled up stably without causing crystal collapse.
第2発明では、ドーパント23は、昇華可能なドーパントであって、昇華されたドーパ
ント23を融液5に吹き付けることで、昇華されたドーパント23が融液5に供給される。
In the second invention, the dopant 23 is a sublimable dopant, and the sublimated dopant 23 is supplied to the
第2明によれば、前述の吹き付け方式によりドーパント23が融液5に投入される。か
かる吹き付け方式は、浸漬方式と比較して、結晶崩れを生じさせにくく安定して単結晶を
育成することができる。これは、供給管22が融液5に浸漬するときに融液5に液振が発
生したり、液温が低下したり、融液5の対流の変化が発生してしまい、育成中の単結晶の
単結晶化率を阻害し、安定的に単結晶を育成することが困難になるためであると考えられ
ている。このため吹き付け方式は、浸漬方式と比較して、そもそも結晶崩れを起こし易い、
高濃度、低抵抗率のN++型のシリコン単結晶6を引上げ成長させるときに、適用して好適
である。本発明によれば、ドーパント23が高濃度に添加された低抵抗率のN++型のシリ
コン単結晶6の引上げるに際して、単結晶化率が阻害されることなく安定して育成するこ
とができるようになる。
According to the second light, the dopant 23 is introduced into the
It is suitable for application when pulling and growing a high concentration, low resistivity N ++ type silicon single crystal 6. According to the present invention, when pulling up the low resistivity N ++ type silicon single crystal 6 to which the dopant 23 is added at a high concentration, the single crystallization rate can be stably grown without being hindered. become able to.
第3発明では、ドーパント23を高濃度に添加することで、N++型シリコン単結晶6が
製造される。
In the third invention, the N ++ type silicon single crystal 6 is manufactured by adding the dopant 23 at a high concentration.
第4発明では、ドーパント23としてAsまたはPを高濃度に添加することで、N++型
シリコン単結晶6が製造される。
In the fourth invention, N ++ type silicon single crystal 6 is manufactured by adding As or P as dopant 23 at a high concentration.
第5発明は、高濃度にドーパント23が添加されたシリコン単結晶6を製造するための
装置であり、図1に示すように、ドーパント供給装置20は、シリコン単結晶6および
引上げ機構4と干渉しない位置に、配置されている。これにより、シリコン単結晶6を引
き上げながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くことが可能となる。第1発明と
同様に、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパント23が低濃
度に添加された状態か、ドーパント23が無添加の状態とされる。そして、シリコン単結
晶6の直胴部の前半部が形成された以降は、ドーパント供給装置20を用いて、シリコン
単結晶6を引き上げながら、昇華されたドーパント23が融液5に投入されて、ドーパン
ト23が所望する高濃度に添加された状態とされる。
The fifth invention is an apparatus for producing a silicon single crystal 6 to which a dopant 23 is added at a high concentration. As shown in FIG. 1, the dopant supply apparatus 20 interferes with the silicon single crystal 6 and the pulling
第6発明は、第2発明の方法発明に対応する装置の発明である。 The sixth invention is an apparatus invention corresponding to the method invention of the second invention.
第7発明は、第3発明の方法発明に対応する装置の発明である。 The seventh invention is an apparatus invention corresponding to the method invention of the third invention.
第8発明は、第4発明の方法発明に対応する装置の発明である。 The eighth invention is an apparatus invention corresponding to the method invention of the fourth invention.
第9発明は、第3発明の装置あるいは第7発明の方法によって製造されたシリコン単結
晶6であり、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパント23が低濃度に添加された状態
か、ドーパント23が無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部までは、
ドーパント23が高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が
得られるシリコン単結晶インゴット6であることを特徴とする。
The ninth invention is a silicon single crystal 6 manufactured by the apparatus of the third invention or the method of the seventh invention, and is a state in which the dopant 23 is added at a low concentration from the shoulder to the front half of the straight body. , Dopant 23 is not added, and from the first half of the straight body part to the tail part,
The silicon single crystal ingot 6 is characterized in that the dopant 23 is added at a high concentration and an N ++ type electrical characteristic with a low resistivity is obtained.
第10発明は、第4発明の装置あるいは第8発明の方法によって製造されたシリコン単
結晶6であり、ドーパント23としてAsまたはPが添加されているシリコン単結晶イン
ゴット6であって、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパント23が低濃度に添加され
た状態か、ドーパント23が無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部ま
では、ドーパント23が高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的
特性が得られるシリコン単結晶インゴット6であることを特徴とする。
A tenth invention is a silicon single crystal 6 manufactured by the apparatus of the fourth invention or the method of the eighth invention, and is a silicon single crystal ingot 6 to which As or P is added as a dopant 23, from the shoulder. Up to the first half of the straight body portion, the dopant 23 is added at a low concentration or the dopant 23 is not added, and the dopant 23 is highly concentrated from the first half of the straight body portion to the tail portion. The silicon single crystal ingot 6 is characterized in that it is in a state of being added to and can obtain N ++ type electrical characteristics with low resistivity.
以下図面を参照して実施形態の装置について説明する。 Hereinafter, an apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施例)
図1は、第1実施例の装置の構成を側面からみた図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view of the configuration of the apparatus according to the first embodiment.
同図1に示すように、第1実施例の単結晶引上げ装置1は、単結晶引上げ用容器として
のCZ炉(チャンバ)2を備えている。
As shown in FIG. 1, a single
CZ炉2内には、多結晶シリコン(Si)の原料を溶融して融液5として収容するるつぼ
3が設けられている。るつぼ3は、たとえば石英で構成されている。るつぼ3の周囲には、
るつぼ3内の原料を加熱して溶融するヒータ9が設けられている。
In the
A
ヒータ9とCZ炉2の内壁との間には、保温筒13が設けられている。
A
るつぼ3の上方には、引上げ機構4が設けられている。引上げ機構4は、引上げ用ケー
ブル4aと、引上げ用ケーブル4aの先端の種結晶ホルダ4bとからなる。種結晶ホルダ
4bによって種結晶が把持される。
A pulling
るつぼ3内で原料が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機構4が動作し
て融液5からシリコン単結晶(シリコン単結晶インゴット)6がCZ法により引き上げら
れる。すなわち、引上げ用ケーブル4aが降下され引上げ用ケーブル4aの先端の種結晶
ホルダ4bに把持された種結晶が融液5に浸漬される。種結晶を融液5になじま
せた後引上げ用ケーブル4aが上昇する。種結晶ホルダ4bに把持された種結晶が上
昇するに応じてシリコン単結晶6が成長する。引上げの際、るつぼ3は回転軸10によっ
て回転する。また引上げ機構4の引上げ用ケーブル4aは回転軸10と逆方向にあるいは
同方向に回転する。また回転軸10は鉛直方向に駆動することができ、るつぼ3を上下動
させ任意の上方方向位置に位置させることができる。
The raw material is heated and melted in the crucible 3. When the melting is stabilized, the pulling
CZ炉2内と外気を遮断することで炉2内は真空(たとえば数十Torr程度)に維持され
る。すなわちCZ炉2には不活性ガスとしてのアルゴンガス7が供給され、CZ炉2の排
気口からポンプによって排気される。これにより炉2内は所定の圧力に減圧される。
By shutting off the outside air from the
単結晶引上げのプロセス(1バッチ)の間で、CZ炉2内には種々の蒸発物が発生する。
Various evaporants are generated in the
そこでCZ炉2にアルゴンガス7を供給してCZ炉2外に蒸発物とともに排気してCZ炉
2内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス7の供給流量は1バッチ中の
各工程ごとに設定する。
Therefore, the argon gas 7 is supplied to the
シリコン単結晶6の引上げに伴い融液5が減少する。融液5の減少に伴い融液5とるつ
ぼ3との接触面積が変化しるつぼ3からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げ
られるシリコン単結晶6中の酸素濃度分布に影響を与える。
As the silicon single crystal 6 is pulled up, the
るつぼ3の上方にあって、シリコン単結晶6の周囲には、熱遮蔽板8(ガス整流筒)が
設けられている。熱遮蔽板8は、CZ炉2内に上方より供給されるキャリアガスとしての
アルゴンガス7を、融液表面5aの中央に導き、さらに融液表面5aを通過させて融液表
面5aの周縁部に導く。そして、アルゴンガス7は、融液5から蒸発したガスとともに、
CZ炉2の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化する
ことができ、融液5から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
A heat shielding plate 8 (gas rectifying cylinder) is provided above the crucible 3 and around the silicon single crystal 6. The
It is discharged from an exhaust port provided in the lower part of the
また熱遮蔽板8は、種結晶および種結晶により成長されるシリコン単結晶6を、
るつぼ3、融液5、ヒータ9などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また
熱遮蔽板8は、シリコン単結晶6に、炉内で発生した不純物(たとえばシリコン酸化物)
等が付着して単結晶育成が阻害されることを防止する。熱遮蔽板8の下端と融液表面5a
との距離Dの大きさは、回転軸10を上昇下降させ、るつぼ3の上下方向位置を変化させ
ることで調整することができる。また熱遮蔽板8を昇降装置により上下方向に移動させて
距離Dを調整してもよい。
Further, the
Heat insulation and shielding are performed from radiant heat generated in high-temperature parts such as the crucible 3, the
And the like to prevent the single crystal growth from being hindered. The lower end of the
The distance D can be adjusted by raising and lowering the rotary shaft 10 and changing the vertical position of the crucible 3. Further, the distance D may be adjusted by moving the
つぎに、本実施例装置のドーパント供給装置の構成について説明する。 Next, the configuration of the dopant supply apparatus of the apparatus of this embodiment will be described.
本実施例では、シリコン単結晶6にN型の電気的特性を与えるために、砒素Asまたは
燐Pが、N型用のドーパント(不純物)としてシリコン単結晶6に添加される。これらド
ーパント砒素As、燐Pは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から気
相に昇華する。
In this embodiment, arsenic As or phosphorus P is added to the silicon single crystal 6 as an N-type dopant (impurity) in order to give the silicon single crystal 6 N-type electrical characteristics. These dopants arsenic As and phosphorus P are sublimable dopants, and sublimate from the solid phase to the gas phase at a relatively low temperature.
図1に示すように、ドーパント供給装置20は、収容室21と供給管22とキャリアガ
ス導入管24と流量調整装置25を備えている。収容室21には、昇華可能なドーパント
23が収容されている。供給管22は、収容室21に連通しており、収容室21内のドー
パント23が昇華された場合に昇華されたドーパント23を融液5に導く。導入管24は、
収容室21に連通しており、図示しないガス供給源から供給されるドーパント輸送用のキ
ャリアガス17を収容室21に導入する。キャリアガス17は、昇華されたドーパント2
3が収容室21内に滞留されるのを抑止して、昇華されたドーパント23を効率よく供給
管22を経て融液5に導く。
As shown in FIG. 1, the dopant supply apparatus 20 includes a storage chamber 21, a supply pipe 22, a carrier gas introduction pipe 24, and a flow
A carrier gas 17 for transporting dopants, which is in communication with the storage chamber 21 and is supplied from a gas supply source (not shown), is introduced into the storage chamber 21. The carrier gas 17 is a sublimated
3 is prevented from staying in the storage chamber 21, and the sublimated dopant 23 is efficiently guided to the
ドーパント供給装置20の収容室21と供給管22とキャリアガス導入管24は、たと
えば石英で構成されている。
The accommodation chamber 21, the supply pipe 22, and the carrier gas introduction pipe 24 of the dopant supply device 20 are made of, for example, quartz.
流量調整装置25は、導入管24を通過し収容室21に導入され、供給管22を融液5
に向かうキャリアガス17の流量(質量流量)を調整する。流量調整は、弁の開口面積を
調節することで行われる。キャリアガス17は、アルゴンガスなどの不活性ガスが使用さ
れる。
The flow
The flow rate (mass flow rate) of the carrier gas 17 heading toward is adjusted. The flow rate is adjusted by adjusting the opening area of the valve. The carrier gas 17 is an inert gas such as argon gas.
図2は、図1に示すドーパント供給装置20の収容室21のA-A断面図を示している。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the storage chamber 21 of the dopant supply apparatus 20 shown in FIG.
加熱手段としてのヒータ30は、収容室21に周囲を取り囲むように円環状に形成されて
おり、収容室21内のドーパント23を加熱する。ヒータ30は、たとえば抵抗加熱式の
ヒータが使用される。
The
収容室21には、ドーパント23の重量を検出する重量計としてのロードセル26が設
けられている。ドーパント23の昇華速度は、ドーパント23が蒸発することで変化する
収容室21内のドーパント23の重量変化量として捕らえることができる。このためロー
ドセル26の検出結果から昇華速度が計測される。
The storage chamber 21 is provided with a load cell 26 as a scale for detecting the weight of the dopant 23. The sublimation speed of the dopant 23 can be captured as a change in the weight of the dopant 23 in the storage chamber 21 that changes as the dopant 23 evaporates. For this reason, the sublimation speed is measured from the detection result of the load cell 26.
制御手段としてのコントローラ40は、所望の昇華速度でドーパント23が昇華される
ようにヒータ30による加熱量を制御する。
The
コントローラ40は、融液5へ昇華されたドーパント23が供給されている間中、ロー
ドセル26で検出される収容室21内のドーパント23の重量をモニタし、そのドーパン
ト重量変化量をドーパント23の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバッ
クされた実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、ヒータ30に印加する電力を
調整して、ヒータ30によるドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置25の
弁の開口面積を調整することでキャリアガス17の流量を制御する。収容室21内のドー
パント23の重量変化が大きくなるほどヒータ30に加える電力が小さくなりキャリアガ
ス17の流量が小さくなるように制御される。なお、キャリアガス17の流量は一定値に
保持してもよい。
While the sublimated dopant 23 is supplied to the
図1に示すように、ドーパント供給装置20は、シリコン単結晶6および引上げ機構4
と干渉しない位置に、配置されている。このため、これにより、シリコン単結晶6を引き
上げながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くことが可能となっている。
As shown in FIG. 1, the dopant supply device 20 includes a silicon single crystal 6 and a pulling
It is arranged at a position where it does not interfere with. For this reason, it is possible to guide the sublimated dopant 23 to the
ドーパント供給装置20は、供給管22が融液5に浸漬しない位置に配置されている。
The dopant supply device 20 is disposed at a position where the supply pipe 22 is not immersed in the
このため供給管22より、昇華されたドーパント23が融液5に吹き付けられることで、
昇華されたドーパント23が融液5に導かれる。すなわち、本実施例では、前述の吹き付
け方式によりドーパント23が融液5に投入される。
For this reason, the sublimated dopant 23 is sprayed from the supply pipe 22 onto the
The sublimated dopant 23 is guided to the
ドーパント供給装置20は、CZ炉2内において、収容室21内のドーパント23が融
液5などからの輻射熱の影響を受けず、また、供給管22から融液5にドーパント23を
吹きつけるときに融液5内へのドーパント投入効率が最大となる位置に、配置される。供
給管22の開口端22aと融液5との距離は、10mm以下にすることが望ましい。
In the
ところで、シリコン単結晶6にドーパント23を高濃度に添加して低抵抗率のN++型の
シリコン単結晶を引上げ成長させようとするときに、高濃度にするために必要な大量のド
ーパント23を融液5に投入してから結晶を引き上げると、結晶の崩れが生じやすいこと
が本発明者により明らかになった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン
単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパント23が低濃度に添加された状
態か、ドーパント23が無添加の状態とし、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成さ
れた以降は、ドーパント23が所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にド
ーパントを供給すればよいことが本発明者によって明らかになった。これは、結晶育成前
に融液5に大量にドーパント23を投入することで、融液5内の局所的なドーパント濃度
のばらつきにより異常成長が生じたためであると考えられている。
By the way, when the dopant 23 is added to the silicon single crystal 6 at a high concentration and an N ++ type silicon single crystal having a low resistivity is to be pulled and grown, a large amount of dopant 23 necessary for increasing the concentration is obtained. It has been clarified by the present inventor that when the crystal is pulled up after being introduced into the
図5、図6、図7は、シリコン単結晶6の成長位置と、結晶の崩れが発生した頻度との
関係を示したグラフである。
5, FIG. 6, and FIG. 7 are graphs showing the relationship between the growth position of the silicon single crystal 6 and the frequency of occurrence of crystal breakage.
図5は、結晶育成前に融液5にドーパント23を投入せず(ノンドープ)、引き上げられ
たシリコン単結晶6中のドーパント濃度が0atoms/cm3となったときのグラフである。
FIG. 5 is a graph when the dopant concentration in the pulled silicon single crystal 6 becomes 0 atoms / cm 3 without adding the dopant 23 to the melt 5 (non-doping) before crystal growth.
図5(a)は、シリコン単結晶6の肩部の位置(肩長さ:単位mm)と崩れ頻度との関係
を示し、図5(b)は、シリコン単結晶6の直胴部の位置(直胴長さ:単位mm)と崩れ
頻度との関係を示している。図5は、シリコン単結晶6を2回引き上げたときのデータを
示している。
FIG. 5A shows the relationship between the position of the shoulder of the silicon single crystal 6 (shoulder length: unit mm) and the collapse frequency, and FIG. 5B shows the position of the straight body of the silicon single crystal 6. The relationship between (straight trunk length: unit mm) and the collapse frequency is shown. FIG. 5 shows data when the silicon single crystal 6 is pulled up twice.
図5からわかるように、シリコン単結晶6の肩部から直胴部の前半部では、結晶崩れは
発生しなかった。
As can be seen from FIG. 5, no crystal collapse occurred from the shoulder portion of the silicon single crystal 6 to the front half portion of the straight body portion.
図6は、80kgの原料多結晶シリコンをるつぼ3にチャージして融液5に400gの
Asをドーパント23として投入して、引き上げられた直径200mmのシリコン単結晶
6中のドーパント濃度が1.6E19atoms/cm3となり比抵抗値で4mΩ-cmとなった
ときのグラフである。図6(a)は、シリコン単結晶6の肩部の位置(肩長さ:単位mm)
と崩れ頻度との関係を示し、図6(b)は、シリコン単結晶6の直胴部の位置(直胴長さ:
単位mm)と崩れ頻度との関係を示している。図6は、シリコン単結晶6を12回引き上
げたときのデータを示している。
FIG. 6 shows that 80 kg of raw material polycrystalline silicon is charged into the crucible 3 and 400 g of As is added as the dopant 23 to the
FIG. 6B shows the position of the straight body portion of the silicon single crystal 6 (straight body length:
The relationship between the unit mm) and the collapse frequency is shown. FIG. 6 shows data when the silicon single crystal 6 is pulled up 12 times.
図6からわかるように、シリコン単結晶6の肩部の75mm〜100mmの位置で結晶
崩れが9回発生し、同肩部の100mm〜120mmの位置で結晶崩れが2回発生し、シ
リコン単結晶6の直胴部の0mm〜25mmの位置で結晶崩れが1回発生した。
As can be seen from FIG. 6, the crystal breakage occurred nine times at the position of 75 mm to 100 mm of the shoulder portion of the silicon single crystal 6, and the crystal breakage occurred twice at the position of 100 mm to 120 mm of the shoulder portion. Crystal breakage occurred once at a position of 0 mm to 25 mm in the straight body portion of No. 6.
図7は、80kgの原料多結晶シリコンをるつぼ3にチャージして融液5に700gの
ドーパント23を投入して、引き上げられたシリコン単結晶6中のドーパント濃度が1.
9E19atoms/cm3となり比抵抗値で3.5mΩ-cmとなったときのグラフである。図
7(a)は、シリコン単結晶6の肩部の位置(肩長さ:単位mm)と崩れ頻度との関係を
示し、図7(b)は、シリコン単結晶6の直胴部の位置(直胴長さ:単位mm)と崩れ頻
度
との関係を示している。図5は、シリコン単結晶6を26回引き上げたときのデータを示
している。
FIG. 7 shows that 80 kg of raw material polycrystalline silicon is charged in the crucible 3, 700 g of dopant 23 is charged into the
It is a graph when 9E19 atoms / cm3 and the specific resistance value is 3.5 mΩ-cm. 7A shows the relationship between the position of the shoulder of the silicon single crystal 6 (shoulder length: unit mm) and the collapse frequency, and FIG. 7B shows the position of the straight body of the silicon single crystal 6. The relationship between (straight trunk length: unit mm) and the collapse frequency is shown. FIG. 5 shows data when the silicon single crystal 6 is pulled up 26 times.
図7からわかるように、シリコン単結晶6の肩部の25mm〜50mmの位置で結晶崩
れが2回発生し、同肩部の50mm〜75mmの位置で結晶崩れが3回発生し、同肩部の
75mm〜100mmの位置で結晶崩れが10回発生し、同肩部の100mm〜120m
mの位置で結晶崩れが1回発生し、シリコン単結晶6の直胴部の0mm〜25mmの位置
で結晶崩れが10回発生した。
As can be seen from FIG. 7, the crystal breakage occurred twice at the position of 25 mm to 50 mm of the shoulder portion of the silicon single crystal 6, and the crystal breakage occurred three times at the position of 50 mm to 75 mm of the shoulder portion. Crystal breakage occurred 10 times at a position of 75 mm to 100 mm of 100 mm to 120 m of the same shoulder.
Crystal breakage occurred once at the position of m, and crystal breakage occurred 10 times at a position of 0 mm to 25 mm in the straight body portion of the silicon single crystal 6.
これら図5、図6、図7からわかるように、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成
されるまでのドーパント濃度を、1.6E19atoms/cm3以下となる低濃度、つまりシリ
コン単結晶6の比抵抗値で4mΩ-cm以上(高抵抗)となる低濃度の状態か、または無添
加(ノンドープ)の状態とすれば、結晶崩れが生じないことがわかる
そこで、本実施例では、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでのドーパ
ント濃度を、1.6E19atoms/cm3以下となる低濃度、シリコン単結晶6の比抵抗値で
4mΩ-cm以上となる低濃度の状態か、または無添加(ノンドープ)の状態とする。そし
て、結晶崩れのおそれがない直胴部の前半部以降に、所望する高濃度、低抵抗となるよう
にドーパント23を添加すれば、結晶崩れなく安定してシリコン単結晶6を引き上げるよ
うになる。
As can be seen from FIGS. 5, 6, and 7, the dopant concentration until the front half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed is a low concentration of 1.6E19 atoms / cm 3 or less, that is, the silicon single crystal It can be seen that crystal collapse does not occur in a low concentration state where the specific resistance value of 6 is 4 mΩ-cm or more (high resistance) or in an additive-free (non-doped) state. The dopant concentration until the first half of the straight body of the single crystal 6 is formed is a low concentration of 1.6E19 atoms / cm 3 or less, and the specific resistance value of the silicon single crystal 6 is a low concentration of 4 mΩ-cm or more. Or an additive-free (non-doped) state. And if the dopant 23 is added so that it may become the desired high concentration and low resistance after the first half part of the straight body part where there is no risk of crystal collapse, the silicon single crystal 6 can be pulled up stably without crystal collapse. .
以下、シリコン単結晶6の成長開始から成長終了までのドーパント供給量の制御内容に
ついて説明する。
Hereinafter, the control content of the dopant supply amount from the growth start to the growth end of the silicon single crystal 6 will be described.
(融液5への初期ドーピング)
シリコン単結晶6の引上げ前に予め、融液5に低濃度のドーパント23が添加しておか
れる。シリコン単結晶6の引上げ前に行うドーパント23の融液5への添加の方法は、本
実施例のドーパント供給装置20を使用しない従前の添加方法であってもよく、本実施例
のドーパント供給装置20を用いた方法であってもよい。
(Initial doping into melt 5)
Prior to pulling up the silicon single crystal 6, a low-concentration dopant 23 is added to the
このように融液5に低濃度のドーパント23をドーピングしておき、シリコン単結晶6
の引上げを行うと、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでのドーパント濃
度は、低濃度となる。
In this way, the
Is pulled, the dopant concentration until the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed becomes low.
(融液5への後半ドーピング)
シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されると、それ以降は、ドーパント23が所
望する高濃度に添加された状態となるように、本実施例のドーパント供給装置20を用い
て融液5に昇華されたドーパント23が追加ドープされる。
(Second half doping to melt 5)
When the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed, it is melted by using the dopant supply device 20 of this embodiment so that the dopant 23 is added at a desired high concentration thereafter. The dopant 23 sublimated in the
コントローラ40は、シリコン単結晶6の引き上げ途中から融液5にドーパント23が
追加ドープされるように、ヒータ30および流量調整装置25の制御を引き上げ途中から
開始する。
The
コントローラ40から電力指令がヒータ30に与えられると、ヒータ30には電力指令
に応じた電力が供給されて発熱する。ヒータ30が発熱すると、収容室21内のドーパン
ト23に熱が吸収されて、収容室21内のドーパント23が昇華されて蒸発する。
When a power command is given to the
コントローラ40から流量指令が流量調整装置25に与えられると、キャリアガス17
が流量指令に応じた流量で導入管24から収容室21を経て供給管22を流れ、供給管2
2から融液5に向けてキャリアガス17が吹き付けられる。
When a flow rate command is given from the
Flows from the introduction pipe 24 through the storage chamber 21 through the supply pipe 22 at a flow rate corresponding to the flow rate command, and the
A carrier gas 17 is sprayed from 2 toward the
このため収容室21にて昇華された気体のドーパント23がキャリアガス17によって
搬送されて供給管22から融液に向けて吹き付けられ、ドーパント23が融液5に投入さ
れる。
For this reason, the gaseous dopant 23 sublimated in the storage chamber 21 is conveyed by the carrier gas 17 and sprayed from the supply pipe 22 toward the melt, and the dopant 23 is introduced into the
コントローラ40は、融液5へドーパント23が供給されている間中、ロードセル26
で検出されるドーパント23の重量をモニタし、そのドーパント重量変化量をドーパント
23の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバックされた実際の昇華速度が
目標昇華速度に一致するように、ヒータ30に印加する電力を調整して、ヒータ30によ
るドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置25の弁の開口面積を調整するこ
とでキャリアガス17の流量を制御する。
While the dopant 23 is being supplied to the
The weight of the dopant 23 detected in step S1 is monitored, the amount of change in the dopant weight is fed back as the actual sublimation speed of the dopant 23, and applied to the
このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト23が融液5へ追加ドープされる。これにより、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が
形成された以降の結晶各部は、ドーパント23が所望する高濃度に添加された状態となる。
In this way, the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate, and a desired concentration of the dopant 23 is further doped into the
以上のように本実施例によれば、結晶の崩れを生じさせることなく安定して、ドーパン
ト23が高濃度に添加された低抵抗率のN++型のシリコン単結晶6を引上げることができ
るようになる。
As described above, according to this embodiment, the N ++ type silicon single crystal 6 having a low resistivity to which the dopant 23 is added at a high concentration can be pulled up stably without causing crystal collapse. become able to.
また本実施例によれば、融液5などからの輻射熱ではなくて、ヒータ30により調整さ
れコントローラ40により制御された熱が収容室21内のドーパント23に与えられてド
ーパント23が昇華する。よって、輻射熱による昇華のように、炉内部品(ホットゾーン)
の経時変化の影響を受けることがない。これにより昇華速度を極めて正確に制御すること
ができる。したがって、ばらつきなく常に安定した最適な熱量をドーパント23に加える
ことができるようになるため、昇華速度が最適なものとなり融液5へのドーパント投入効
率が最大となり、シリコン単結晶6のドーパント濃度、抵抗値を所望の高濃度、低抵抗値
に精度よく制御することができるようになる。
Further, according to the present embodiment, not the radiant heat from the
It is not affected by changes over time. This makes it possible to control the sublimation speed very accurately. Therefore, since it becomes possible to apply an optimal amount of heat that is always stable without variation to the dopant 23, the sublimation speed is optimized, the efficiency of introducing the dopant into the
シリコン単結晶6にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のN++型のシリコン
単結晶6を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいが、本実施例によれば、
シリコン単結晶6にN型の電気的特性を与える砒素As、燐Pといった昇華可能なドーパ
ント23の昇華速度を正確に制御してシリコン単結晶6中のドーパント濃度を正確に制御
することが可能となったため、結晶の崩れを生じさせないように精度よく調整することが
できる。
When a dopant is added to the silicon single crystal 6 at a high concentration and the N ++ type silicon single crystal 6 having a low resistivity is pulled up and grown, the crystal is liable to break down.
It is possible to accurately control the concentration of the dopant in the silicon single crystal 6 by accurately controlling the sublimation rate of the sublimable dopant 23 such as arsenic As and phosphorus P that gives the silicon single crystal 6 N-type electrical characteristics. Therefore, it can be adjusted accurately so as not to cause crystal collapse.
また、ドーパント供給装置20は、シリコン単結晶6および引上げ機構4と干渉しない
位置に、配置されている。これにより、シリコン単結晶6を引き上げながら、昇華された
ドーパント23を融液5に導くことが可能となり、追加ドープを行う際に引上げ中のドー
ピングを極めて精度よく行うことができるようになる。
Further, the dopant supply device 20 is arranged at a position where it does not interfere with the silicon single crystal 6 and the pulling
また、本実施例では、ドーパント供給装置20は、供給管22が融液5に浸漬しない位
置に配置され、供給管22より、昇華されたドーパント23が融液5に吹き付けられるこ
とで、昇華されたドーパント23が融液5に導かれるようにしている。かかる吹き付け方
式は、浸漬方式と比較して、結晶崩れを生じさせにくく安定して単結晶を育成することが
できる。これは、供給管22が融液5に浸漬するときに融液5に液振が発生したり、液温
が低下したり、融液5の対流の変化が発生してしまい、育成中の単結晶の単結晶化率を阻
害し、安定的に単結晶を育成することが困難になるためであると考えられている。このた
め吹き付け方式は、浸漬方式と比較して、そもそも結晶崩れを起こし易い、高濃度、低抵
抗率のN++型のシリコン単結晶6を引上げ成長させるときに、適用して好適である。
In this embodiment, the dopant supply device 20 is disposed at a position where the supply pipe 22 is not immersed in the
(第2実施例)
上述の第1実施例では、ドーパント供給中にドーパント23の実際の昇華速度(ドーパ
ント23の重量変化量)をフィードバックし、実際の昇華速度が目標昇華速度に一致する
ように、ヒータ30による加熱量を制御しているが、この制御は一例であり、図3に示す
ような他の制御装置を用いて構成してもよい。
(Second embodiment)
In the first embodiment described above, the actual sublimation rate of the dopant 23 (the amount of change in the weight of the dopant 23) is fed back during the supply of the dopant, and the heating amount by the
以下、第1実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成要素について
説明する。
Hereinafter, description of the same components as those in the first embodiment will be omitted as appropriate, and different components will be described.
この図3に示す制御装置では、コントローラ40は、前回のバッチにおける昇華速度と
加熱量に応じて、今回のバッチにおける加熱量を調整する。
In the control device shown in FIG. 3, the
すなわち、予め実験が行われ、ヒータ30に加える電力(加熱量)と昇華速度との関係
が記憶装置41に記憶されておかれる。
That is, an experiment is performed in advance, and the relationship between the electric power (heating amount) applied to the
コントローラ40は、記憶装置41に記憶されたデータを読み出し、1バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ30に電力指令を与えて、ヒータ
30に印加する電力を調整する。なお、1バッチの間、キャリアガス17の流量は一定値
に保持される。1バッチの間、ドーパント23の重量がロードセル26にてモニタされ、
1バッチ間の実際の昇華速度が記憶装置42に記憶されるとともに、ヒータ30に加えた
実際の電力(加熱量)が記憶装置42に記憶される。
The
The actual sublimation speed for one batch is stored in the
次回のバッチでは、コントローラ40は、記憶装置42に記憶された前回のバッチにお
ける実際の昇華速度と実際の電力(加熱量)を読み出し、これらと記憶装置41に記憶さ
れた昇華速度と電力(加熱量)との対応関係とを対比して、ヒータ30に加える電力を補
正して補正した電力をヒータ30に印加する。今回のバッチにおける実際の昇華速度が前
回のバッチにおける実際の昇華速度よりも速ければ、その分ヒータ30に加える電力を下
げる。このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドー
パント23が融液5へ追加ドープされる。
In the next batch, the
(第3実施例)
上述の第2実施例では、前回のバッチの実際の昇華速度を今回のバッチにフィードバッ
クしてヒータ30に加える電力を制御するようにしているが、予め実験で得られた昇華速
度とヒータ電力値との対応関係に基づき、所望する昇華速度に対応する固定した電力をヒ
ータ30に加えるように制御してもよい。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, the actual sublimation speed of the previous batch is fed back to the current batch to control the power applied to the
以下、第1実施例、第2実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成
要素について説明する。この図4に示す制御装置では、コントローラ40は、予め昇華速
度と加熱量(電力)の関係を求めておき、この予め求められた関係にしたがって加熱量(電
力)を制御する。
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment will not be described as appropriate, and different components will be described. In the control device shown in FIG. 4, the
すなわち、予め実験が行われ、ヒータ30に加える電力(加熱量)と昇華速度との関係
が記憶装置41に記憶されておかれる。
That is, an experiment is performed in advance, and the relationship between the electric power (heating amount) applied to the
コントローラ40は、記憶装置41に記憶されたデータを読み出し、1バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ30に電力指令を与えて、ヒータ
30に印加する電力を調整する。なお、1バッチの間、キャリアガス17の流量は一定値
に保持される。
The
このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト23が融液5へ追加ドープされる。
In this way, the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate, and a desired concentration of the dopant 23 is further doped into the
以上のような各実施例の装置あるいは各実施例の方法によって、肩部から直胴部の前半
部までは、ドーパント23が低濃度に添加された状態となっており、直胴部の前半部以降
テール部までは、ドーパント23が高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++
型の電気的特性が得られるシリコン単結晶インゴット6が製造された。
By the apparatus of each embodiment or the method of each embodiment as described above, the dopant 23 is added at a low concentration from the shoulder portion to the front half portion of the straight body portion, and the front half portion of the straight body portion. Thereafter, up to the tail portion, dopant 23 is added in a high concentration, and N ++ having a low resistivity is obtained.
A silicon single crystal ingot 6 that can obtain the electrical characteristics of the mold was manufactured.
なお、以上の各実施例では、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパント23が低濃度
に添加された状態としているが、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパント23が無添
加(ノンドープ)の状態としてもよい。この場合には、各実施例の装置あるいは各実施
例の方法によって、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパント23が無添加の状態とな
っており、直胴部の前半部以降テール部までは、ドーパント23が高濃度に添加された状
態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が得られるシリコン単結晶インゴット6が
製造されることになる。
In each of the above embodiments, the dopant 23 is added at a low concentration from the shoulder portion to the first half portion of the straight body portion, but from the shoulder portion to the first half portion of the straight body portion, the dopant 23 is present. It is good also as an additive-free (non-dope) state. In this case, the dopant 23 is not added from the shoulder to the front half of the straight body by the apparatus of each embodiment or the method of each embodiment. The silicon single crystal ingot 6 in which the dopant 23 is added at a high concentration and an N ++ type electrical characteristic with a low resistivity is obtained is manufactured.
なお、上述した各実施例では、吹き付け法によりドーパント23を融液5に供給するよ
うにしているが、浸漬法を用いてドーパント23を融液5に供給してもよい。浸漬法を使
用する場合でも、収容室21は、融液5からの輻射熱の影響を受けにくい位置に配置する
ことが必要となる。
In each of the above-described embodiments, the dopant 23 is supplied to the
また、本実施形態では、ドーパント供給装置20を、シリコン単結晶6および引上げ機
構4と干渉しない位置に、配置させ、追加ドープを行う際にシリコン単結晶6を引き上げ
ながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くようにしているが、ドーパント供給装
置20を、シリコン単結晶6および引上げ機構4が配置される位置に、配置させてもよい。
In the present embodiment, the dopant supply device 20 is arranged at a position where it does not interfere with the silicon single crystal 6 and the pulling
たとえば、結晶育成前に、引上げ機構4が配置される場所に、ドーパント供給装置20を
配置させてこのドーパント供給装置20によりドーパント23を融液5に投入しておき、
その後、ドーパント供給装置20を外してドーパント供給装置20が配置されていた場所
に引上げ機構4を配置させてシリコン単結晶6を引上げ成長させる実施も可能である。
For example, before the crystal growth, the dopant supply device 20 is arranged at the place where the pulling
Thereafter, it is possible to remove the dopant supply device 20 and place the pulling
1 単結晶引上げ装置、2 CZ炉、3 るつぼ、5 融液、20 ドーパント供給装
置、23 ドーパント、30 ヒータ、40 コントローラ
1 Single crystal pulling device, 2 CZ furnace, 3 crucible, 5 melt, 20 dopant supply device, 23 dopant, 30 heater, 40 controller
Claims (10)
ーパントが添加されたシリコン単結晶を引き上げてシリコン単結晶を成長させるシリコン
単結晶の製造方法であって、
高濃度にドーパントが添加されたシリコン単結晶を製造するに際して、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパントが低濃度に添加され
た状態か、ドーパントが無添加の状態とし、シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成され
た以降は、ドーパントが所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパン
トを供給すること
を特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 A method for producing a silicon single crystal in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and the silicon single crystal to which the dopant is added is pulled from the melt to grow a silicon single crystal,
When manufacturing a silicon single crystal doped with a dopant at a high concentration,
Until the first half of the straight body of the silicon single crystal was formed, the dopant was added at a low concentration or the dopant was not added, and the first half of the straight body of the silicon single crystal was formed. Thereafter, the dopant is supplied to the melt so that the dopant is added in a desired high concentration. A method for producing a silicon single crystal, comprising:
トを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを融液に供給すること
を特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。 2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein the dopant is a sublimable dopant, and the sublimated dopant is supplied to the melt by spraying the sublimated dopant onto the melt.
すること
を特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 1, wherein an N ++ type silicon single crystal is produced by adding a dopant at a high concentration.
リコン単結晶を製造すること
を特徴とする請求項2記載のシリコン単結晶の製造方法。 The method for producing a silicon single crystal according to claim 2, wherein an N ++ type silicon single crystal is produced by adding As or P as a dopant at a high concentration.
ーパントが添加されたシリコン単結晶を、引上げ機構により引き上げてシリコン単結晶を
成長させるシリコン単結晶の製造装置において、
高濃度にドーパントが添加されたシリコン単結晶を製造するための装置であって、
シリコン単結晶および引上げ機構と干渉しない位置に、ドーパント供給装置が配置され、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパントが低濃度に添加され
た状態か、ドーパントが無添加の状態とし、
シリコン単結晶の直胴部の前半部が形成された以降は、前記ドーパント供給装置を用い
て、
ドーパントが所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパントを供給す
ること
を特徴とするシリコン単結晶の製造装置。 In a silicon single crystal manufacturing apparatus in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and a silicon single crystal to which a dopant is added from the melt is pulled by a pulling mechanism to grow a silicon single crystal.
An apparatus for producing a silicon single crystal doped with a dopant at a high concentration,
A dopant supply device is arranged at a position not interfering with the silicon single crystal and the pulling mechanism,
Until the first half of the straight body of the silicon single crystal is formed, the dopant is added at a low concentration, or the dopant is not added,
After the first half of the straight body of the silicon single crystal is formed, using the dopant supply device,
An apparatus for producing a silicon single crystal, wherein the dopant is supplied to the melt so that the dopant is added in a desired high concentration.
ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、供給管から昇華され
たドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを融液に導くものである
こと
を特徴とする請求項5記載のシリコン単結晶の製造装置。 The dopant is a sublimable dopant,
The dopant supply device is disposed at a position where the supply pipe is not immersed in the melt, and the dopant sublimated from the supply pipe is blown to the melt to guide the sublimated dopant to the melt. 6. The apparatus for producing a silicon single crystal according to claim 5.
すること
を特徴とする請求項5記載のシリコン単結晶の製造装置。 6. The apparatus for producing a silicon single crystal according to claim 5, wherein an N ++ type silicon single crystal is produced by adding a dopant at a high concentration.
リコン単結晶を製造すること
を特徴とする請求項6記載のシリコン単結晶の製造装置。 The apparatus for producing a silicon single crystal according to claim 6, wherein an N ++ type silicon single crystal is produced by adding As or P as a dopant at a high concentration.
状態か、ドーパントが無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部までは、
ドーパントが高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が得ら
れるシリコン単結晶インゴット。 From the shoulder part to the front half of the straight body part, the dopant is added at a low concentration, or the dopant is not added, and from the front part of the straight body part to the tail part,
A silicon single crystal ingot in which a dopant is added at a high concentration and an N ++ type electrical characteristic with a low resistivity is obtained.
ゴットであって、肩部から直胴部の前半部までは、ドーパントが低濃度に添加された状態
か、ドーパントが無添加の状態となっており、直胴部の前半部以降テール部までは、ドー
パントが高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性が得られる
シリコン単結晶インゴット。 A silicon single crystal ingot to which As or P is added as a dopant, from the shoulder portion to the front half of the straight body portion, the dopant is added at a low concentration or the dopant is not added. In addition, a silicon single crystal ingot in which a dopant is added in a high concentration from the first half of the straight body part to the tail part, and an N ++ type electrical characteristic with a low resistivity is obtained.
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