(57)【要約】      （修正有）【課題】時間的及び材料的観点で付加的な費用なしで、融液中の及びその融液から引き上げられた単結晶中の炭素濃度を調節できる方法を提供する。【解決手段】不活性ガスフローを溶融する多結晶シリコンに向けて一定の流速で流す間に、多結晶シリコンを坩堝中でシリコンからなる融液に溶融し、かつ単結晶をチョクラルスキー法により融液から引き上げる、制御された炭素含有量を有するシリコンからなる単結晶の製造方法において、不活性ガスフローの流速を制御することにより、融液中の炭素の濃度を調節する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスフローを溶融する多結晶シリコンに向けて一定の流速で流す間に、多結晶シリコンを坩堝中でシリコンからなる融液に溶融し、かつ単結晶をチョクラルスキー法により融液から引き上げる、制御された炭素含有量を有するシリコンからなる単結晶の製造方法において、不活性ガスフローの流速を制御して、融液中の炭素の濃度を調節することを特徴とする方法。
【請求項２】
単結晶を引き上げる炉の、単結晶を取り囲む熱シールドの、坩堝の、並びに前記坩堝を支持するサセプタの寸法及び形状、及び坩堝と引き上げシャフトとの間の相対位置が考慮されるパラメータの少なくとも一つにより不活性ガスフローの流速に影響を及ぼすことにより、融液中の炭素濃度を更に調節することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
多結晶シリコンの溶融の前に、多結晶シリコンの充填高さと、坩堝の縁部との間の距離を選択することにより、融液中の炭素濃度を更に調節することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
不活性ガスフローの流速を制御して、１００標準リットル／時間〜１０００標準リットル／時間の不活性ガスフローを多結晶シリコンの周囲に流すことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
アルゴンの流速を制御して、融液中の炭素濃度を調節することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ポリシリコンの溶融の後及び単結晶の引き上げの開始前の所定の時間に、融液の温度及び／又は不活性ガスフローの流速を制御し、融液中の炭素濃度を調節することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンを坩堝中でシリコンからなる融液に溶融し、不活性ガスフローを溶融する多結晶シリコンに向けて一定の流速で流し、かつ単結晶をチョクラルスキー法により融液から引き上げる、制御された炭素含有量を有するシリコンからなる単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素は単結晶中の不純物として電子デバイスの製造のためのシリコン利用可能性に関して不利な作用及び有利な作用を示すことは公知である。炭素の不利な作用を回避するために、特開平５−９０９７号公報には、単結晶の引き上げ時の圧力よりも低い圧力で多結晶シリコンを溶融させることにより、単結晶中の炭素濃度を低下させることが提案されている。炭素の有利な作用は、酸素析出物の形成を促進させることが特に重要である、それというのもこのような酸素析出物は金属不純物と結合し（内部ゲッタリング）、かつこの不純物を、電子デバイスを作成するシリコンの領域から遠ざけることができるためである。炭素の存在は、酸素濃度が少なく、形成される酸素析出物の数が金属不純物の有効な捕捉のために不十分である場合に特に望ましい。このような状況は、融液が高濃度の電気的活性なｎ型のドーパント、例えばヒ素又はアンチモンを含有する場合に規則的に生じる。シリコンからなる単結晶をチョクラルスキー法で引き上げる炉が、黒鉛からなる装入部材、例えば坩堝を取り囲む抵抗加熱を有する場合に、炭素は黒鉛の酸化生成物の形で必然的にではあるが、制御されずに融液中に、最終的には単結晶中に到達する。酸素析出物の形成の有効な制御は、しかしながら、融液中の炭素濃度をできる限り正確に制御する方法を必要とする。従って、WO-01/06545 A2には単結晶の引き上げの前に少量の炭素を融液中に添加することが提案されている。この方法は、供給装置のため及びその運転のため、必要な純度の炭素の準備のため及び融液中での炭素の均一な分配のために付加的な費用を必要とする。この付加的な費用は、シリコンからなる単結晶の製造プロセスのコストを高めてしまう。
【特許文献１】特開平５−９０９７号公報
【特許文献２】WO-01/06545 A2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、時間的及び材料的観点で付加的な費用なしで、融液中の及びその融液から引き上げられた単結晶中の炭素濃度を調節できる方法を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の主題は、不活性ガスフローを溶融する多結晶シリコンに向けて一定の流速で流す間に、多結晶シリコンを坩堝中でシリコンからなる融液に溶融し、かつ単結晶をチョクラルスキー法により融液から引き上げる、制御された炭素含有量を有するシリコンからなる単結晶の製造方法において、不活性ガスフローの流速を制御して、融液中の炭素濃度を調節することを特徴とする方法である。
【０００５】
発明者が見出したように、炉中に当然のことながら存在する炭素供給源を、融液中へ及び単結晶中への制御された導入のために利用することができ、そのうち特に多結晶シリコンを坩堝中で溶融させる製造プロセスの期間において利用することができる。この期間において、坩堝中の含まれる多結晶シリコンは不活性ガス、有利にアルゴンで洗浄され、この不活性ガスの流量を融液内への炭素導入の制御のために利用する。
【０００６】
本発明の詳細は２つの図面により表されている。図１は、チョクラルスキー法によりシリコンからなる単結晶を製造するために通常使用される炉の構造を図示的に示す。図２は、実験により測定された曲線の形の、融液中の炭素濃度の不活性ガスの流量への依存性を示す。
【０００７】
図１に示されたように、シリコンからなる単結晶の引き上げのためにチョクラルスキー法により使用される炉は坩堝１を有し、前記坩堝１はまず多結晶シリコンを破砕片及び／又は粒状物の形で所定の充填高さまで含有しかつ前記坩堝１はシャフトで支承されている。この坩堝はサセプタ２により形が保持され、その周囲を加熱装置３が取り囲み、前記加熱装置によって多結晶シリコンからシリコン融液が製造され、その後に単結晶の引き上げが開始される。前記炉の上端部には所定の装置、有利に垂直方向に可動の引き上げシャフト４又はケーブルが配置されていて、この装置を用いて種結晶を生じた融液に達するまで降下させ、融液から前記種結晶上に結晶化する単結晶を回転させかつ引き上げる。前記装置と坩堝の縁部の間に、熱シールド６が固定されていることが多く、前記熱シールドは加熱装置の熱放射から成長する単結晶を遮閉し、かつガス入口７から多結晶シリコンまで及び後になって融液まで導入される不活性ガスフローを炉内でガス出口８にまで導く。
【０００８】
アルゴンの例の図２から明らかなように、不活性ガスの流量は、単結晶の溶融の間に、製造された融液中の炭素濃度に決定的にかつ制御可能に影響を及ぼす。このことを本発明の場合に利用し、融液中の、及び炭素の偏析係数を考慮しながら単結晶中の所望の炭素濃度を調節する。融液中の炭素濃度は、結晶成長時に有利に１・１０１６〜５・１０１７／ｃｍ３であり、これは有利に１・１０１５〜５・１０１７／ｃｍ３の単結晶中の濃度に相当する（測定法はASTM F 123-86）。単結晶中の炭素濃度は、この場合、結晶内の偏析に基づき著しく上昇するため、結晶の種結晶端部についての有利な濃度範囲は１・１０１５〜１・１０１７／ｃｍ３である。多結晶シリコンが溶融する間に、不活性ガスの流量は一定に保持されるか又は変化させることができる。これは、有利に１００標準リットル／時間〜１００００標準リットル／時間（Normliter/Stunde）である。この圧力は一般に１０〜１００ｍｂａｒである。
【０００９】
不活性ガスの流量は、パラメータ（これには炉及びその中に含まれる成分が該当する）によっても影響される。従って、このパラメータを介して融液の炭素含有量に適切に影響を及ぼすことも可能であり、その際、このようなパラメータの変化と関連する、多結晶シリコンの周囲を流れる不活性ガスの流量の増加（減少）は、融液中の炭素濃度を減少（増加）させる。このパラメータの中で最も重要なパラメータは、炉、熱シールド、坩堝並びにサセプタの寸法及び形状、及び坩堝と引き上げシャフトとの間の相対位置である。他の重要なパラメータは、不活性ガスの調節された流量にさらされる、溶融工程の期間及び加熱時間、つまり多結晶シリコンの溶融後から結晶引き上げの開始までの期間である。融液中への炭素の導入は、加熱時間を延長することによって更に高めることができる。特に、加熱時間の間に融液の温度及び／又は不活性ガスの流量を調節することにより、炭素含有量を広い濃度範囲にわたり制御することが可能である。しかしながら、加熱時間の延長は常に付加的な時間的浪費に結びつく。
【００１０】
融液中の炭素濃度に適切に影響を及ぼすことができる付加的な方法は充填高さ（この充填高さは坩堝により制限されない多結晶シリコンの面である）と、坩堝の縁部との間の所定の距離（以後これを設定高さとする）を選択することにある。所定の秤量の多結晶シリコンの場合に、設定高さは破砕片及び／又は粒状物のサイズに従い、その際この設定高さは、破砕片が大きくなればそれだけ低くなる。融液中の炭素の濃度は、この設定高さが低くなればそれだけ低くなることが見出された。わずかな容量の融液を甘受する必要がなく、融液中の低い炭素含有量を達成するために、例えば、比較的低い秤量の大きな破砕片を坩堝中に充填することによりわずかな設定高さを選択し、かつ更に多結晶シリコンを融液にチャージしかつ溶融させることにより、破砕片の溶融により生じる融液の容量を高めることができる。同様に、一定の秤量の際に、坩堝の充填高さをポリシリコンの粒度分布により制御することも可能である。それぞれ任意の坩堝形状及び坩堝サイズに対する設定高さをそれぞれの要求に合わせるために、多様な破砕片と粒状物及び／又は大きな多結晶棒片を適当に組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】チョクラルスキー法によりシリコンからなる単結晶を製造するために通常使用される炉の構造を図示的に示す図。
【図２】実験により測定された曲線の形の、融液中の炭素濃度の不活性ガスの流量への依存性をグラフで示す図。
【符号の説明】
【００１２】
１  坩堝、  ２  サセプタ、  ３  加熱装置、  ４  引き上げシャフト、  ５  種結晶、  ６  熱シールド、  ７  ガス入口、  ８  ガス出口
【図１】
2006219366.tif 000002
【図２】
2006219366.tif 000003