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無転位シリコン単結晶の製造方法 コモンズ

国内特許コード P04A004568
掲載日 2004年8月27日
出願番号 特願2000-339280
公開番号 特開2002-145694
登録番号 特許第3536087号
出願日 平成12年11月7日(2000.11.7)
公開日 平成14年5月22日(2002.5.22)
登録日 平成16年3月26日(2004.3.26)
発明者
  • 干川 圭吾
  • 黄 新明
出願人
  • 学校法人信州大学
発明の名称 無転位シリコン単結晶の製造方法 コモンズ
発明の概要 広い不純物濃度範囲の無転位シリコン単結晶をネッキング工程を用いずに製造することを可能にするシリコン種子結晶および無転位シリコン単結晶の製造方法を提供する。
本発明によれば、無転位シリコン単結晶の成長に用いるシリコン種子結晶であって、少なくとも1種の、シリコンよりも結合半径が小さい不純物元素と、少なくとも1種の、シリコンよりも結合半径が大きい不純物元素とを含むことを特徴とするシリコン種子結晶が提供される。また本発明によれば、シリコンよりも結合半径が小さい不純物元素と、シリコンよりも結合半径が大きい不純物元素とを含む無転位単結晶のシリコン種子結晶を用意する工程と、前記種子結晶をシリコン融液に接触させて、シリコン単結晶を成長させる工程とを含むことを特徴とする無転位シリコン単結晶の製造方法が提供される。
従来技術、競合技術の概要 現在、LSI製造に用いられるSi単結晶は、引き上げ(Czochralski : CZ)法、または浮遊帯(Floating Zone : FZ)法によって製造されており、特にCZ法によってSi単結晶の大部分が製造されている。CZ法は、Si種子結晶をSi融液へ接触(種子付け)させたのち引き上げてSi単結晶を成長させる方法である。FZ法は、多結晶Siの原料棒の一端を加熱して融解して、融解部分にSi種子結晶を接触させた後、原料棒の長さに沿って溶融帯を移動させてSi単結晶を成長させる方法である。両方の単結晶製造方法において、無転位単結晶を育成するために、1959年にW.C.Dashにより提案されたネッキング法が用いられている。ネッキング工程は、種子付け後に直径3-5mmの細くて長いネック部を形成するものである。この工程によって、種子付け時の熱ショックによって種子結晶中に発生した転位が成長結晶へと引き継がれることが防止される。この方法は無転位単結晶を育成するための有効な方法であるが、無転位成長の確率が100%ではなく、製造工程に常に不安が残っていた。また、最近、数100kg以上の大形単結晶の育成が必要になり、細いネック部で成長結晶を支えることが出来なくなるという大きな問題点も明らかになってきている。この問題を解決する方法として、Si種子結晶に不純物ボロン(B)を添加して熱ショック転位の発生を抑制することが提案されている(Jpn.J.Appl.Phys. Vol.39(2000) pp.L191-L194, Part2, No.3A/B, 15 March 2000)。これは、(1)不純物Bを1018(atoms/cm3)以上添加した結晶を種子結晶に用いることで、Si融液への種子付け時に、この種子結晶中に熱ショック転位が発生しないこと、さらに(2)種子結晶とSi融液との間の不純物Bの濃度差を7×1018(atoms/cm3)以下に制限することで、種子結晶と成長結晶との間の不純物Bの濃度差によるミスフィット転位も成長結晶中に発生しないことの2つの事実が見出されたことに基づく。これら2つの事実を組み合わせることで、種子結晶中に熱ショックで発生した転位を除くために必須の工程であった、細くて長いネック部の形成(ネッキング)を不必要とすることができる。この方法は、現在適用されているSi単結晶製造の大部分に適用でき、LSI用無転位Si単結晶製造の高歩留まり化、製造工程の簡略化(低価格化)などに多大な効果をもたらすものである。特に、種子結晶中の不純物B濃度を7×1018(atoms/cm3)以下にすれば、Si融液がノンドープ(無添加)であっても上記2つの条件を満たすため、現在最も需要の多いノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで成長させることができる。しかし、上述の熱ショック転位を抑制するために必要な種子結晶中の不純物B濃度(1018atoms/cm3以上)は、現在多用されている50~100mm2程度のサイズ(断面積)の種子結晶に対してのみ有効である。つまり、将来、さらに大型のSi単結晶製造に適用する大きなサイズの種子結晶(例えば200mm2以上)に対しては、より多くのBを添加する必要がある。これは、種子結晶サイズが大きくなるにつれて、種子結晶中に熱ショック転位が発生しやすくなるという事実に基づく。このように種子結晶に添加すべきB濃度が増加すると、成長結晶に添加できるB濃度の下限値も増加する。それは、ミスフィット転位の発生を抑えるために、種子結晶とSi融液との間のB濃度差を上記(2)で示した値以下に制限する必要があるからである。このように成長結晶中に許されるB濃度の下限値が増加する結果、特にノンドープの無転位単結晶を無ネッキングで製造できなくなるという問題が生じる。
産業上の利用分野 大規模集積回路(LSI)製造に用いられる半導体シリコン(Si)単結晶の製造工程で使用する種子結晶、およびこの種子結晶を用いたシリコン単結晶の製造方法
特許請求の範囲 【請求項1】シリコンよりも結合半径が小さい不純物元素としてBおよびシリコンよりも結合半径が大きい不純物元素としてGeを、atoms/cm3を単位とするBおよびGeの濃度(NB、NGe)の分布図において、(a)NGe=1.12788×1024×[5.4313/{5.4311×(1-5.456×10-24×NB)}-1]で表される曲線と、(b)NGe=1.12788×1024×[5.4309/{5.4311×(1-5.456×10-24×NB)}-1]で表される曲線とによって挟まれ、かつ(c)3つの濃度点(NB、NGe)=(1×1018、4×1019)、(2×1018、1×1019)、(4×1018、0)を結ぶ曲線よりも高濃度側の領域によって規定される範囲で含む無転位単結晶のシリコン種子結晶を用意する工程と、前記種子結晶をシリコン融液に接触させ、ネッキングを行うことなく、シリコン単結晶を成長させる工程とを含むことを特徴とする無転位シリコン単結晶の製造方法。
【請求項2】前記シリコン融液が、ノンドープのシリコン融液であることを特徴とする請求項1に記載の無転位シリコン単結晶の製造方法。
産業区分
  • 処理操作
  • 無機化合物
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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