JP2001247394A - 半導体単結晶育成装置および半導体単結晶育成方法 - Google Patents
半導体単結晶育成装置および半導体単結晶育成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁場と電流を印加したチョクラルスキー法に
よる半導体結晶育成において、大口径で長大な単結晶を
不純物濃度を均一化させつつ引き上げることができるよ
うにする。 【解決手段】 磁場と電流を印加したチョクラルスキー
法による半導体結晶育成において、成長している半導体
単結晶１には通電することなく半導体融液２に進入させ
た電極３間のみに電流を流す。融液２の液面に垂直な磁
界を印加する。
よる半導体結晶育成において、大口径で長大な単結晶を
不純物濃度を均一化させつつ引き上げることができるよ
うにする。 【解決手段】 磁場と電流を印加したチョクラルスキー
法による半導体結晶育成において、成長している半導体
単結晶１には通電することなく半導体融液２に進入させ
た電極３間のみに電流を流す。融液２の液面に垂直な磁
界を印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法による半導体単結晶育成技術に関し、特に、半導体融
液に磁界を印加するとともに磁界に直交する電流を供給
して結晶育成を行う結晶育成装置および結晶育成方法に
関するものである。
法による半導体単結晶育成技術に関し、特に、半導体融
液に磁界を印加するとともに磁界に直交する電流を供給
して結晶育成を行う結晶育成装置および結晶育成方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超高集積電子デバイスの基板として使用
する半導体単結晶ウエハは、回転している半導体融液か
ら半導体単結晶を逆方向に回転させながら引き上げるチ
ョクラルスキー法により育成する。るつぼ内に保持され
た半導体融液は、るつぼの周りに設置した円筒状のヒー
タから熱を受けている。この際に、融液内の温度分布が
結晶の引き上げ軸に対して完全に軸対称的になるように
するために、るつぼを機械的に回転させているが、この
るつぼ回転により、結晶中に取り込まれる不純物濃度が
変化する。また、結晶中に取り込まれる不純物濃度は、
結晶育成の成長している結晶と融液の界面での偏析現象
により成長時間と共に変化してしまい、制御を行なわな
いと結晶成長初期時と成長後半部分での濃度が大きく異
なってしまう。このため、結晶とるつぼの回転により、
１本の結晶において不純物濃度が均一になるような制御
を行なっている。
する半導体単結晶ウエハは、回転している半導体融液か
ら半導体単結晶を逆方向に回転させながら引き上げるチ
ョクラルスキー法により育成する。るつぼ内に保持され
た半導体融液は、るつぼの周りに設置した円筒状のヒー
タから熱を受けている。この際に、融液内の温度分布が
結晶の引き上げ軸に対して完全に軸対称的になるように
するために、るつぼを機械的に回転させているが、この
るつぼ回転により、結晶中に取り込まれる不純物濃度が
変化する。また、結晶中に取り込まれる不純物濃度は、
結晶育成の成長している結晶と融液の界面での偏析現象
により成長時間と共に変化してしまい、制御を行なわな
いと結晶成長初期時と成長後半部分での濃度が大きく異
なってしまう。このため、結晶とるつぼの回転により、
１本の結晶において不純物濃度が均一になるような制御
を行なっている。
【０００３】しかし、結晶とるつぼを機械的に回転させ
る方法では、結晶径の大型化に伴い結晶を回転させるこ
とが困難となってきている。特に、シリコン単結晶の育
成では、石英るつぼを使用するために石英から溶解する
酸素が結晶中に混入するため、ドーパント不純物と併せ
てその濃度を制御する必要があるが、従来の機械的にる
つぼを回転させる方法では、１本の結晶内で結晶の成長
方向でのこれらの不純物濃度の変動を１％以下に抑える
ことが困難であった。また、大口径のるつぼを回転させ
るには大がかりな装置が必要になるなど、大型結晶の育
成が徐々に困難になってきている。
る方法では、結晶径の大型化に伴い結晶を回転させるこ
とが困難となってきている。特に、シリコン単結晶の育
成では、石英るつぼを使用するために石英から溶解する
酸素が結晶中に混入するため、ドーパント不純物と併せ
てその濃度を制御する必要があるが、従来の機械的にる
つぼを回転させる方法では、１本の結晶内で結晶の成長
方向でのこれらの不純物濃度の変動を１％以下に抑える
ことが困難であった。また、大口径のるつぼを回転させ
るには大がかりな装置が必要になるなど、大型結晶の育
成が徐々に困難になってきている。
【０００４】上述したるつぼを機械的に回転させる方式
に係る上記の課題は、本出願人により提出された下記の
出願により解決される。すなわち、特許第２９５９５４
３号に係る公報により、半導体融液へ磁界を印加すると
ともに、半導体融液中に磁界と直交する電流を供給する
ことにより、育成された半導体単結晶の直径方向の不純
物濃度分布を均一化することができることが開示されて
いる。図５は、上記公報により開示された結晶育成装置
を示す断面図である。同図に示されるように、結晶育成
炉９に設置されたヒータ８内にるつぼ５を設置し、半導
体融液２を作製する。この半導体融液２から半導体単結
晶１を電気伝導性のある材料を用いた引き上げ軸６によ
り上方に引き上げていく。種結晶と引き上げ軸は、通常
のチョクラルスキー法による結晶成長の場合と同様に結
合させてある。半導体単結晶１と種結晶との間にはネッ
キングと呼ばれる括れ部７が形成される。半導体単結晶
の育成中には、成長している半導体単結晶１と、るつぼ
５内の半導体融液２との間に、電源４より電極３、結晶
引き上げ軸６を介して電流を流す。図５では電極３は１
本が示されているに過ぎないが、実際には軸対称に複数
の電極が配置されている。この際に、結晶育成炉９の周
りに設置したコイル１０に通電して結晶成長界面に垂直
でかつ引き上げ軸に対して軸対称的な磁界１１を形成す
る。これにより、半導体融液２はローレンツ力の作用を
受けて回転する。
に係る上記の課題は、本出願人により提出された下記の
出願により解決される。すなわち、特許第２９５９５４
３号に係る公報により、半導体融液へ磁界を印加すると
ともに、半導体融液中に磁界と直交する電流を供給する
ことにより、育成された半導体単結晶の直径方向の不純
物濃度分布を均一化することができることが開示されて
いる。図５は、上記公報により開示された結晶育成装置
を示す断面図である。同図に示されるように、結晶育成
炉９に設置されたヒータ８内にるつぼ５を設置し、半導
体融液２を作製する。この半導体融液２から半導体単結
晶１を電気伝導性のある材料を用いた引き上げ軸６によ
り上方に引き上げていく。種結晶と引き上げ軸は、通常
のチョクラルスキー法による結晶成長の場合と同様に結
合させてある。半導体単結晶１と種結晶との間にはネッ
キングと呼ばれる括れ部７が形成される。半導体単結晶
の育成中には、成長している半導体単結晶１と、るつぼ
５内の半導体融液２との間に、電源４より電極３、結晶
引き上げ軸６を介して電流を流す。図５では電極３は１
本が示されているに過ぎないが、実際には軸対称に複数
の電極が配置されている。この際に、結晶育成炉９の周
りに設置したコイル１０に通電して結晶成長界面に垂直
でかつ引き上げ軸に対して軸対称的な磁界１１を形成す
る。これにより、半導体融液２はローレンツ力の作用を
受けて回転する。
【０００５】また、特許第２９５０３３２号に係る公報
により、半導体融液より半導体単結晶を引き上げる際
に、半導体融液に印加する磁界または半導体融液に供給
する電流のいずれかを調整することにより、引上げ方向
の不純物濃度を均一化させることが可能であることが開
示されている。さらに、特許第２８８５２４０号に係る
公報により、育成される半導体単結晶と同一の材料から
なる電極を半導体融液に接触させて該半導体融液に電流
を供給するようにすることにより、ドーパント不純物以
外の不純物の混入を少なくすることができることが、ま
た特許第２９３００８１号に係る公報により、半導体融
液に接触して該半導体融液に電流を供給する電極をるつ
ぼと同一の材料からなる管にて取り囲むことにより、電
極の挿入によって融液内の温度分布の対称性が低下する
ことが防止され、育成した結晶中のドーパントの半径方
向の分布を均一化することができることが、それぞれ開
示されている。
により、半導体融液より半導体単結晶を引き上げる際
に、半導体融液に印加する磁界または半導体融液に供給
する電流のいずれかを調整することにより、引上げ方向
の不純物濃度を均一化させることが可能であることが開
示されている。さらに、特許第２８８５２４０号に係る
公報により、育成される半導体単結晶と同一の材料から
なる電極を半導体融液に接触させて該半導体融液に電流
を供給するようにすることにより、ドーパント不純物以
外の不純物の混入を少なくすることができることが、ま
た特許第２９３００８１号に係る公報により、半導体融
液に接触して該半導体融液に電流を供給する電極をるつ
ぼと同一の材料からなる管にて取り囲むことにより、電
極の挿入によって融液内の温度分布の対称性が低下する
ことが防止され、育成した結晶中のドーパントの半径方
向の分布を均一化することができることが、それぞれ開
示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】チョクラルスキー法に
よる半導体単結晶育成方法では、育成する半導体単結晶
を無転移とするために、育成の初期の段階で“しぼり”
が行われており、このため種結晶と作製される半導体単
結晶との間にネッキングが形成される。ところが、上述
した従来の結晶育成方法は、育成している半導体単結晶
を経由して半導体融液に電流を流すものであったため、
結晶への通電の際に電気抵抗の大きいネッキングの部分
が発熱し、結晶の引き上げ長が長くなるとこの部分が破
損する危険が生じる。このため、直径20cmのシリコン単
結晶では長さが150cm以上、直径が30cm以上のような大
口径の結晶では長さが100cm 以上の100kgを超えるよう
な大重量の結晶を引き上げることが困難であった。
よる半導体単結晶育成方法では、育成する半導体単結晶
を無転移とするために、育成の初期の段階で“しぼり”
が行われており、このため種結晶と作製される半導体単
結晶との間にネッキングが形成される。ところが、上述
した従来の結晶育成方法は、育成している半導体単結晶
を経由して半導体融液に電流を流すものであったため、
結晶への通電の際に電気抵抗の大きいネッキングの部分
が発熱し、結晶の引き上げ長が長くなるとこの部分が破
損する危険が生じる。このため、直径20cmのシリコン単
結晶では長さが150cm以上、直径が30cm以上のような大
口径の結晶では長さが100cm 以上の100kgを超えるよう
な大重量の結晶を引き上げることが困難であった。
【０００７】よって、本発明の目的は、結晶成長中の半
導体融液への磁界を印加し、かつ半導体融液中に磁界と
直交する電流を供給するチョクラルスキー法による半導
体単結晶育成装置および育成方法において、例えば、直
径20cmのシリコン単結晶で150cm以上、直径30cmのシリ
コン単結晶で100cm以上の長さのような100kgを超える大
重量の結晶を、育成半導体単結晶中の不純物濃度の均一
性を維持しつつ引き上げることができるようにすること
である。
導体融液への磁界を印加し、かつ半導体融液中に磁界と
直交する電流を供給するチョクラルスキー法による半導
体単結晶育成装置および育成方法において、例えば、直
径20cmのシリコン単結晶で150cm以上、直径30cmのシリ
コン単結晶で100cm以上の長さのような100kgを超える大
重量の結晶を、育成半導体単結晶中の不純物濃度の均一
性を維持しつつ引き上げることができるようにすること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体融液よりチョクラルスキー
法にて半導体単結晶を引き上げる半導体単結晶育成装置
において、直流電源と、一端が前記直流電源の正側端子
に接続され他端が半導体融液に直接接触する第１の電極
と、一端が前記直流電源の負側端子に接続され他端が半
導体融液に直接接触する第２の電極と、前記直流電源に
よって半導体融液内に形成される電流経路と交差する磁
界を前記半導体融液内に印加する磁界発生手段と、を有
することを特徴とする半導体単結晶育成装置、が提供さ
れる。そして、好ましくは、前記第１の電極および前記
第２の電極の他端が前記半導体融液の表面に接触し、前
記磁界発生手段が前記半導体融液の表面にほぼ垂直な磁
界を発生する。また、一層好ましくは、前記電極が結晶
引き上げ軸に対して対称に配置される。
め、本発明によれば、半導体融液よりチョクラルスキー
法にて半導体単結晶を引き上げる半導体単結晶育成装置
において、直流電源と、一端が前記直流電源の正側端子
に接続され他端が半導体融液に直接接触する第１の電極
と、一端が前記直流電源の負側端子に接続され他端が半
導体融液に直接接触する第２の電極と、前記直流電源に
よって半導体融液内に形成される電流経路と交差する磁
界を前記半導体融液内に印加する磁界発生手段と、を有
することを特徴とする半導体単結晶育成装置、が提供さ
れる。そして、好ましくは、前記第１の電極および前記
第２の電極の他端が前記半導体融液の表面に接触し、前
記磁界発生手段が前記半導体融液の表面にほぼ垂直な磁
界を発生する。また、一層好ましくは、前記電極が結晶
引き上げ軸に対して対称に配置される。
【０００９】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、半導体融液に電流を供給しその電流経路と交
差する磁界を印加しつつ該半導体融液より半導体単結晶
を引き上げるチョクラルスキー法半導体結晶育成方法に
おいて、前記半導体融液に接触する電極により該半導体
融液に電流を注入し前記半導体融液に接触する電極によ
り該半導体融液から電流を引き抜くことを特徴とする半
導体単結晶育成方法、が提供される。そして、好ましく
は、引き上げ中の半導体結晶には通電が行われない。ま
た、好ましくは、育成される半導体結晶の不純物濃度の
均一化を図るために、半導体融液に供給する電流の大き
さ、および／または、半導体融液に印加する磁界の強度
を調整しつつ育成を行う。
によれば、半導体融液に電流を供給しその電流経路と交
差する磁界を印加しつつ該半導体融液より半導体単結晶
を引き上げるチョクラルスキー法半導体結晶育成方法に
おいて、前記半導体融液に接触する電極により該半導体
融液に電流を注入し前記半導体融液に接触する電極によ
り該半導体融液から電流を引き抜くことを特徴とする半
導体単結晶育成方法、が提供される。そして、好ましく
は、引き上げ中の半導体結晶には通電が行われない。ま
た、好ましくは、育成される半導体結晶の不純物濃度の
均一化を図るために、半導体融液に供給する電流の大き
さ、および／または、半導体融液に印加する磁界の強度
を調整しつつ育成を行う。
【００１０】［作用］本発明では、磁界中に保持された
半導体融液に半導体融液中に挿入した電極により電流の
注入・引き抜きを行い、成長している結晶には原則とし
て電流を流さない。これにより、磁場中に保持した半導
体融液に電流を供給して磁場との相互作用により融液の
流動を生じさせながら結晶を育成しても、結晶直径の最
小部分が発熱することなく、育成途中に結晶が破損する
ことを防ぐことがことができる。従って、例えば直径20
cmのシリコン単結晶で150cm以上、直径30cmのシリコン
単結晶で100cm以上の長さのような100kg を超える大重
量の結晶を引き上げることが可能となる。
半導体融液に半導体融液中に挿入した電極により電流の
注入・引き抜きを行い、成長している結晶には原則とし
て電流を流さない。これにより、磁場中に保持した半導
体融液に電流を供給して磁場との相互作用により融液の
流動を生じさせながら結晶を育成しても、結晶直径の最
小部分が発熱することなく、育成途中に結晶が破損する
ことを防ぐことがことができる。従って、例えば直径20
cmのシリコン単結晶で150cm以上、直径30cmのシリコン
単結晶で100cm以上の長さのような100kg を超える大重
量の結晶を引き上げることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１（ａ）、図２（ａ）、
図３（ａ）および図４（ａ）は、本発明による半導体融
液への電流の供給方法を例示する概略平面図である。使
用される育成装置の全体の構成は、図５に示した従来例
と同様であるが、本発明の実施の形態においては、半導
体単結晶を介しての通電は行われない。電流は、電極に
より半導体融液に直接注入され、かつ電極により半導体
融液から直接引き抜かれる。図１〜図４において、２
は、るつぼ５内の半導体融液、１は、半導体融液２から
引き上げられている半導体単結晶、３は一端が電源に接
続され、他端が半導体融液２内に挿入されている電極で
ある。図１（ａ）は、１個の電源と一対の電極を使用し
た場合、図２（ａ）は、２個の電源と二対（４本）の電
極を使用した場合を示している。また図３（ａ）は、図
２（ａ）に示したものに対して２つの電源の負側の端子
同士を接続した場合を、図４（ａ）は、図３（ａ）に示
したものに対して負側の電極を１本削除した場合を示し
ている。また、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）お
よび図４（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、図２（ａ）、
図３（ａ）および図４（ａ）に示した方法で電流を供給
して融液の流れを融液表面にトレーサー粒子を浮遊させ
て観察した結果を模式的に示したものである。ここで観
察されたような流動により、不純物を半導体融液内で均
一攪拌することにより結晶中に取り込まれる不純物の分
布を均一化させることができる。
て図面を参照して説明する。図１（ａ）、図２（ａ）、
図３（ａ）および図４（ａ）は、本発明による半導体融
液への電流の供給方法を例示する概略平面図である。使
用される育成装置の全体の構成は、図５に示した従来例
と同様であるが、本発明の実施の形態においては、半導
体単結晶を介しての通電は行われない。電流は、電極に
より半導体融液に直接注入され、かつ電極により半導体
融液から直接引き抜かれる。図１〜図４において、２
は、るつぼ５内の半導体融液、１は、半導体融液２から
引き上げられている半導体単結晶、３は一端が電源に接
続され、他端が半導体融液２内に挿入されている電極で
ある。図１（ａ）は、１個の電源と一対の電極を使用し
た場合、図２（ａ）は、２個の電源と二対（４本）の電
極を使用した場合を示している。また図３（ａ）は、図
２（ａ）に示したものに対して２つの電源の負側の端子
同士を接続した場合を、図４（ａ）は、図３（ａ）に示
したものに対して負側の電極を１本削除した場合を示し
ている。また、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）お
よび図４（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、図２（ａ）、
図３（ａ）および図４（ａ）に示した方法で電流を供給
して融液の流れを融液表面にトレーサー粒子を浮遊させ
て観察した結果を模式的に示したものである。ここで観
察されたような流動により、不純物を半導体融液内で均
一攪拌することにより結晶中に取り込まれる不純物の分
布を均一化させることができる。
【００１２】電極は、好ましくは育成される半導体単結
晶と同一の材料を用いて形成される。そして、好ましく
は育成される半導体単結晶に含まれるドーパントと同一
のドーパントが添加される。また、半導体単結晶の育成
過程において、半導体融液に供給される電流および半導
体融液に印加される磁界のうちのいずれか一方若しくは
双方が、育成される半導体単結晶の不純物濃度の均一化
のために、調整される。
晶と同一の材料を用いて形成される。そして、好ましく
は育成される半導体単結晶に含まれるドーパントと同一
のドーパントが添加される。また、半導体単結晶の育成
過程において、半導体融液に供給される電流および半導
体融液に印加される磁界のうちのいずれか一方若しくは
双方が、育成される半導体単結晶の不純物濃度の均一化
のために、調整される。
【００１３】
【実施例】実施例１−１６として、本発明により半導体
結晶中の不純物を結晶中に均一に分布させ、かつ重量が
100kg以上の結晶を引き上げることを検証するために、
以下の条件で結晶育成を行なった。石英るつぼに 150kg
のシリコン融液を作成し、これから直径 20cmの シリ
コン単結晶をボロン（B）をドーパント不純物とした場
合について結晶育成を行なった。電流を印加するための
電極には、直径0.7cmのシリコン単結晶を使用し、その
挿入位置を結晶引き上げ軸に対して対称になるような角
度とした。また各電極は、るつぼ内壁より 10cm 内側の
位置に配置した。実施例１−４では、図１（ａ）に示す
ように、２本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.0
3 T、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T に固定して、結晶引き
上げ長と共に電流を変化させた。表１に印加した磁場強
度と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボ
ロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめ
た。酸素およびボロン濃度の変動値は径方向の場合につ
いては、 {（中心部濃度−周辺濃度）／中心濃度}x100 引上げ方向の濃度変動については、 {（濃度最大値−濃度最小値）／平均濃度}x100 にて評価した。
結晶中の不純物を結晶中に均一に分布させ、かつ重量が
100kg以上の結晶を引き上げることを検証するために、
以下の条件で結晶育成を行なった。石英るつぼに 150kg
のシリコン融液を作成し、これから直径 20cmの シリ
コン単結晶をボロン（B）をドーパント不純物とした場
合について結晶育成を行なった。電流を印加するための
電極には、直径0.7cmのシリコン単結晶を使用し、その
挿入位置を結晶引き上げ軸に対して対称になるような角
度とした。また各電極は、るつぼ内壁より 10cm 内側の
位置に配置した。実施例１−４では、図１（ａ）に示す
ように、２本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.0
3 T、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T に固定して、結晶引き
上げ長と共に電流を変化させた。表１に印加した磁場強
度と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボ
ロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめ
た。酸素およびボロン濃度の変動値は径方向の場合につ
いては、 {（中心部濃度−周辺濃度）／中心濃度}x100 引上げ方向の濃度変動については、 {（濃度最大値−濃度最小値）／平均濃度}x100 にて評価した。
【００１４】
【表１】＜表１ 実施例１−４の磁場強度、電流値およ
び結晶特性結果＞
び結晶特性結果＞
【００１５】実施例５−８では、図２（ａ）に示すよう
に、４本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.03
T、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T に固定して、結晶引き上
げ長と共に電流を変化させた。表１に印加した磁場強度
と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロ
ンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
に、４本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.03
T、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T に固定して、結晶引き上
げ長と共に電流を変化させた。表１に印加した磁場強度
と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロ
ンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００１６】
【表２】＜表２ 実施例５−８の磁場強度、電流値およ
び結晶特性結果＞
び結晶特性結果＞
【００１７】実施例９−１２として、図１（ａ）に示す
ように、２本の電極を使用し、供給する電流値を4、
8、 12、 16 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表３に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
ように、２本の電極を使用し、供給する電流値を4、
8、 12、 16 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表３に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００１８】
【表３】＜表３ 実施例９−１２の電流値、磁場強度お
よび結晶特性結果＞
よび結晶特性結果＞
【００１９】実施例１３−１６として、図３（ａ）に示
すように、４本の電極を使用し、供給する電流値を4、
8、 12、 16 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表４に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
すように、４本の電極を使用し、供給する電流値を4、
8、 12、 16 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表４に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００２０】
【表４】＜表４ 実施例１３−１６の電流値、磁場強度
および結晶特性結果＞
および結晶特性結果＞
【００２１】これら実施例１−１６の結果より、本発明
による方法で結晶中の酸素濃度とボロン濃度を径方向方
向に１％以下の変動でかつ引上げ方向に5%以下の変動で
均一に分布させた、直径20cmで長さが150cm、重量110kg
のシリコン単結晶を育成できることが確認された。
による方法で結晶中の酸素濃度とボロン濃度を径方向方
向に１％以下の変動でかつ引上げ方向に5%以下の変動で
均一に分布させた、直径20cmで長さが150cm、重量110kg
のシリコン単結晶を育成できることが確認された。
【００２２】次に、結晶径を大きくして、本発明による
方法で結晶育成を行なった結果を述べる。実施例１７−
３２として、ボロンをドープして結晶直径が 30cm のシ
リコン単結晶を育成した。結晶育成は、石英るつぼに25
0kgのシリコン融液を作成して行なった。電流を印加す
るための電極には、直径1cmの円柱状のボロンドープシ
リコン単結晶を使用し、これらを結晶引き上げ軸に対し
て対称な配置になるような角度で融液に浸入させた。ま
たこれらの電極は、るつぼ内壁より20cm内側の円周上に
配置した。実施例１７−２０では、図１（ａ）に示すよ
うに、２本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.05
T、 0.1 T、 0.3 T、 0.5 T に固定して、結晶引き上げ
長と共に電流を変化させた。表５に印加した磁場強度と
供給した電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素
とボロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまと
めた。
方法で結晶育成を行なった結果を述べる。実施例１７−
３２として、ボロンをドープして結晶直径が 30cm のシ
リコン単結晶を育成した。結晶育成は、石英るつぼに25
0kgのシリコン融液を作成して行なった。電流を印加す
るための電極には、直径1cmの円柱状のボロンドープシ
リコン単結晶を使用し、これらを結晶引き上げ軸に対し
て対称な配置になるような角度で融液に浸入させた。ま
たこれらの電極は、るつぼ内壁より20cm内側の円周上に
配置した。実施例１７−２０では、図１（ａ）に示すよ
うに、２本の電極を使用し、印加する磁場強度を 0.05
T、 0.1 T、 0.3 T、 0.5 T に固定して、結晶引き上げ
長と共に電流を変化させた。表５に印加した磁場強度と
供給した電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素
とボロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまと
めた。
【００２３】
【表５】＜表５ 実施例１７−２０の磁場強度および結
晶特性結果＞
晶特性結果＞
【００２４】また、実施例２１−２４では、図２（ａ）
に示すように、４本の電極を使用し、印加する磁場強度
を 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T、 0.5 T に固定して、結晶
引き上げ長と共に電流を変化させた。表６に印加した磁
場強度と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素
とボロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまと
めた。
に示すように、４本の電極を使用し、印加する磁場強度
を 0.05 T、 0.1 T、 0.3 T、 0.5 T に固定して、結晶
引き上げ長と共に電流を変化させた。表６に印加した磁
場強度と電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素
とボロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまと
めた。
【００２５】
【表６】＜表６ 実施例２１−２４の磁場強度および結
晶特性結果＞
晶特性結果＞
【００２６】実施例２５−２８として、図１（ａ）に示
すように、２本の電極を使用し、供給する電流値を8、
12、 16、 20 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表７に印加した磁場強度と供給した
電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロン
の濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
すように、２本の電極を使用し、供給する電流値を8、
12、 16、 20 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表７に印加した磁場強度と供給した
電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロン
の濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００２７】
【表７】＜表７ 実施例２５−２８の電流値、磁場強度
および結晶特性結果＞
および結晶特性結果＞
【００２８】実施例２９−３２として、図３（ａ）に示
すように、４本の電極を使用し、供給する電流値を8、
12、 16、 20 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表８に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
すように、４本の電極を使用し、供給する電流値を8、
12、 16、 20 Aと固定し、磁場強度を結晶の引き上げ長
と共に変化させた。表８に印加した磁場強度と電流値お
よび育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロンの濃度の
直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００２９】
【表８】＜表８ 実施例２９−３２の電流値、磁場強度
および結晶特性結果動＞
および結晶特性結果動＞
【００３０】これら実施例１７−３２の結果より、本発
明による方法で結晶中の酸素濃度とボロン濃度を径方向
方向に１％以下の変動でかつ引上げ方向に5%以下の変動
で均一に分布させた、直径30cmで長さが100cm、重量165
kgのシリコン単結晶を育成できることが確認された。
明による方法で結晶中の酸素濃度とボロン濃度を径方向
方向に１％以下の変動でかつ引上げ方向に5%以下の変動
で均一に分布させた、直径30cmで長さが100cm、重量165
kgのシリコン単結晶を育成できることが確認された。
【００３１】さらに、結晶径が40cmのシリコン単結晶の
場合について、本発明による方法で結晶育成を行なった
結果を述べる。実施例３３−４０として、ボロンをドー
プして結晶直径が 40cm のシリコン単結晶を育成した。
結晶育成は、石英るつぼに 400kg のシリコン融液を作
成して行なった。電流を印加するための電極には、直径
1.5 cm の円柱状のボロンドープシリコン単結晶を使用
し、これらを結晶引き上げ軸に対して対称な配置になる
ような角度で融液に浸入させた。またこれらの電極は、
るつぼ内壁より 30 cm 内側の円周上に配置した。実施
例３３−３５では、図２（ａ）に示すように、４本の電
極を使用し、印加磁場強度を0.3T、0.5T、 0.7 T に固
定しておき、電流を結晶の引き上げ長に対して変化させ
て結晶育成を行なった。表９に印加した磁場強度と供給
した電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボ
ロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめ
た。
場合について、本発明による方法で結晶育成を行なった
結果を述べる。実施例３３−４０として、ボロンをドー
プして結晶直径が 40cm のシリコン単結晶を育成した。
結晶育成は、石英るつぼに 400kg のシリコン融液を作
成して行なった。電流を印加するための電極には、直径
1.5 cm の円柱状のボロンドープシリコン単結晶を使用
し、これらを結晶引き上げ軸に対して対称な配置になる
ような角度で融液に浸入させた。またこれらの電極は、
るつぼ内壁より 30 cm 内側の円周上に配置した。実施
例３３−３５では、図２（ａ）に示すように、４本の電
極を使用し、印加磁場強度を0.3T、0.5T、 0.7 T に固
定しておき、電流を結晶の引き上げ長に対して変化させ
て結晶育成を行なった。表９に印加した磁場強度と供給
した電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボ
ロンの濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめ
た。
【００３２】
【表９】＜表９ 実施例３３−３５の磁場強度および結
晶特性結果＞
晶特性結果＞
【００３３】また、実施例３６−３８では、図３（ａ）
に示すように、４本の電極を使用し電流値を12A、16A、
20Aに固定しておき、印加磁場強度を結晶引き上げ長と
共に変化させた。表１０に印加した磁場強度と供給した
電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロン
の濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
に示すように、４本の電極を使用し電流値を12A、16A、
20Aに固定しておき、印加磁場強度を結晶引き上げ長と
共に変化させた。表１０に印加した磁場強度と供給した
電流値および育成できた結晶長、結晶中の酸素とボロン
の濃度の直径方向と引き上げ方向の変動をまとめた。
【００３４】
【表１０】＜表１０ 実施例３６−３８の磁場強度およ
び結晶特性結果＞
び結晶特性結果＞
【００３５】これら実施例３３−３８の結果より、本発
明による方法で直径 40cm のシリコン単結晶育成の場合
でも、本発明による方法でボロン濃度と酸素濃度を径方
向に１％以下、成長方向に5%以下の変動で均一に分布さ
せた長さ80cmで重量が235kgの結晶を得られることが確
認された。
明による方法で直径 40cm のシリコン単結晶育成の場合
でも、本発明による方法でボロン濃度と酸素濃度を径方
向に１％以下、成長方向に5%以下の変動で均一に分布さ
せた長さ80cmで重量が235kgの結晶を得られることが確
認された。
【００３６】また本発明の比較例１−１０として、従来
の機械的な方法でるつぼを回転させて直径20cmと40cmの
シリコン単結晶を育成した。結晶育成は、直径20cmの結
晶の場合、石英るつぼに 150kg のシリコン融液を作成
し、るつぼ回転 1 から 20rpmの範囲で回転させて行な
った。また、直径40cmの結晶の場合は、石英るつぼに40
0kg のシリコン融液を作成し、1 から 20rpm の範囲の
回転数でるつぼを回転させて結晶育成を行なった。これ
らの結果を表１１にまとめて示す。
の機械的な方法でるつぼを回転させて直径20cmと40cmの
シリコン単結晶を育成した。結晶育成は、直径20cmの結
晶の場合、石英るつぼに 150kg のシリコン融液を作成
し、るつぼ回転 1 から 20rpmの範囲で回転させて行な
った。また、直径40cmの結晶の場合は、石英るつぼに40
0kg のシリコン融液を作成し、1 から 20rpm の範囲の
回転数でるつぼを回転させて結晶育成を行なった。これ
らの結果を表１１にまとめて示す。
【００３７】
【表１１】＜表１１ 比較例１−１０の結晶育成条件と
結晶特性＞
結晶特性＞
【００３８】この結果より、 従来の機械的な方法でる
つぼを回転させて結晶を育成した場合には、直径20cm、
長さ150cmで重量110kgおよび直径40cm、長さ80cm重量23
5kgのシリコン単結晶を育成することができるが、不純
物分布は径方向、引上げ方向とも均一性が得られないこ
とが分かる。
つぼを回転させて結晶を育成した場合には、直径20cm、
長さ150cmで重量110kgおよび直径40cm、長さ80cm重量23
5kgのシリコン単結晶を育成することができるが、不純
物分布は径方向、引上げ方向とも均一性が得られないこ
とが分かる。
【００３９】さらに比較例１１−１４として、従来の結
晶と電極間に電流を通電する配置において、印加する磁
場強度を 0.03 T 、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 Tに固定し
て、結晶引き上げ長と共に電流を変化させ、ボロンをド
ープして直径20cmのシリコン単結晶を育成した。結晶育
成は、石英るつぼに200kgのシリコン融液を作成して行
なった。電流を供給するための電極には、直径0.7cmの
円柱状のシリコン単結晶を２本使用し、これらを結晶引
き上げ軸に対して対称な配置になるような角度で融液に
浸入させた。またこれらの電極は、るつぼ内壁より10cm
内側の円周上に配置した。結晶育成条件と酸素とボロン
濃度変動を表１２にまとめる。
晶と電極間に電流を通電する配置において、印加する磁
場強度を 0.03 T 、 0.05 T、 0.1 T、 0.3 Tに固定し
て、結晶引き上げ長と共に電流を変化させ、ボロンをド
ープして直径20cmのシリコン単結晶を育成した。結晶育
成は、石英るつぼに200kgのシリコン融液を作成して行
なった。電流を供給するための電極には、直径0.7cmの
円柱状のシリコン単結晶を２本使用し、これらを結晶引
き上げ軸に対して対称な配置になるような角度で融液に
浸入させた。またこれらの電極は、るつぼ内壁より10cm
内側の円周上に配置した。結晶育成条件と酸素とボロン
濃度変動を表１２にまとめる。
【００４０】
【表１２】＜表１２ 比較例１１−１４の結晶育成条件
と結晶特性＞
と結晶特性＞
【００４１】さらに比較例１５−１７として、従来の結
晶と電極間に電流を通電する配置において、印加する磁
場強度を 0.3 T、 0.5 T 、0.7 Tに固定して、結晶引
き上げ長と共に電流を変化させ、ボロンをドープして直
径40cmのシリコン単結晶を育成した。結晶育成は、石英
るつぼに400kgのシリコン融液を作成して行なった。電
流を印加するための電極には、直径1.5cmの円柱状のシ
リコン単結晶を４本使用し、これらを結晶引き上げ軸に
対して対称な配置になるような角度で融液に浸入させ
た。またこれらの電極は、るつぼ内壁より30cm内側の円
周上に配置した。結晶育成条件、育成できた結晶の長さ
およびと酸素とボロン濃度変動を表１３にまとめる。
晶と電極間に電流を通電する配置において、印加する磁
場強度を 0.3 T、 0.5 T 、0.7 Tに固定して、結晶引
き上げ長と共に電流を変化させ、ボロンをドープして直
径40cmのシリコン単結晶を育成した。結晶育成は、石英
るつぼに400kgのシリコン融液を作成して行なった。電
流を印加するための電極には、直径1.5cmの円柱状のシ
リコン単結晶を４本使用し、これらを結晶引き上げ軸に
対して対称な配置になるような角度で融液に浸入させ
た。またこれらの電極は、るつぼ内壁より30cm内側の円
周上に配置した。結晶育成条件、育成できた結晶の長さ
およびと酸素とボロン濃度変動を表１３にまとめる。
【００４２】
【表１３】＜表１３ 比較例１５−１７の結晶育成条件
と結晶特性＞
と結晶特性＞
【００４３】これらの比較例１１−１７の結果から、従
来の結晶と電極間に通電する配置で磁場を印加し電流を
供給して結晶を育成した場合では、育成したシリコン単
結晶中の径方向の酸素濃度とド−パント不純物濃度の変
動が１％以下であり成長方向の変動はどちらも5%以下の
均一な分布を得ることができている。しかし、引上げる
ことのできた結晶は、直径20cmの場合は110cmで80kg、
直径40cmの場合は長さ30cmで88kgにとどまり、従来方法
では本発明のように100kgを超える大重量の結晶を引き
上げることができないことが確認できた。
来の結晶と電極間に通電する配置で磁場を印加し電流を
供給して結晶を育成した場合では、育成したシリコン単
結晶中の径方向の酸素濃度とド−パント不純物濃度の変
動が１％以下であり成長方向の変動はどちらも5%以下の
均一な分布を得ることができている。しかし、引上げる
ことのできた結晶は、直径20cmの場合は110cmで80kg、
直径40cmの場合は長さ30cmで88kgにとどまり、従来方法
では本発明のように100kgを超える大重量の結晶を引き
上げることができないことが確認できた。
【００４４】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜の変更が可
能なものである。例えば、半導体融液に接触される電極
の配置や数は任意に決定できる。また、 印加する磁場
強度と供給する電流値およびそれぞれの結晶引き上げ長
に対する変化量は以上の実施例に限定されることはな
く、状況に応じて適宜に選定できるものである。また、
実施例では、結晶引き上げ過程において、磁界または電
流のいずれか一方のみを調整していたが、両者を同時に
調整するようにしてもよい。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜の変更が可
能なものである。例えば、半導体融液に接触される電極
の配置や数は任意に決定できる。また、 印加する磁場
強度と供給する電流値およびそれぞれの結晶引き上げ長
に対する変化量は以上の実施例に限定されることはな
く、状況に応じて適宜に選定できるものである。また、
実施例では、結晶引き上げ過程において、磁界または電
流のいずれか一方のみを調整していたが、両者を同時に
調整するようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
融液に直接電流を注入すると共に半導体融液から直接電
流を引き抜きこの電流と交差する磁界を印加しつつチョ
クラルスキー法にて半導体単結晶育成を行うものである
ので、引き上げ軸のネッキングの部分が熱によって破損
することがなくなり、重量が100kgを超えるような大重
量のシリコン結晶をも引き上げることが可能になる。従
って、本発明によれば、大口径で長大な長さの半導体単
結晶を、半径方向および成長方向の不純物物濃度を均一
化しつつ引き上げることが可能になる。
融液に直接電流を注入すると共に半導体融液から直接電
流を引き抜きこの電流と交差する磁界を印加しつつチョ
クラルスキー法にて半導体単結晶育成を行うものである
ので、引き上げ軸のネッキングの部分が熱によって破損
することがなくなり、重量が100kgを超えるような大重
量のシリコン結晶をも引き上げることが可能になる。従
って、本発明によれば、大口径で長大な長さの半導体単
結晶を、半径方向および成長方向の不純物物濃度を均一
化しつつ引き上げることが可能になる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態の電極の配置と半
導体融液の流れを上面から示した図。
導体融液の流れを上面から示した図。
【図２】 本発明の第２の実施の形態の電極の配置と半
導体融液の流れを上面から示した図。
導体融液の流れを上面から示した図。
【図３】 本発明の第３の実施の形態の電極の配置と半
導体融液の流れを上面から示した図。
導体融液の流れを上面から示した図。
【図４】 本発明の第４の実施の形態の電極の配置と半
導体融液の流れを上面から示した図。
導体融液の流れを上面から示した図。
【図５】 従来例の断面図。
１ 半導体単結晶 ２ 半導体融液 ３ 電極 ４ 電源 ５ るつぼ ６ 結晶引き上げ軸 ７ 括れ部 ８ ヒータ ９ 結晶育成炉 １０ コイル １１ 磁界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG30 EJ01 EJ02 HA12 RA01 RA03 5F053 AA14 AA44 AA50 BB04 DD01 FF04 JJ01 KK03 RR01 RR20
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体融液よりチョクラルスキー法にて
半導体単結晶を引き上げる半導体単結晶育成装置におい
て、直流電源と、一端が前記直流電源の正側端子に接続
され他端が半導体融液に直接接触する第１の電極と、一
端が前記直流電源の負側端子に接続され他端が半導体融
液に直接接触する第２の電極と、前記直流電源によって
半導体融液内に形成される電流経路と交差する磁界を前
記半導体融液内に印加する磁界発生手段と、を有するこ
とを特徴とする半導体単結晶育成装置。 - 【請求項２】 前記第１の電極および前記第２の電極の
前記他端が前記半導体融液の表面に接触し、前記磁界発
生手段が前記半導体融液の表面にほぼ垂直な磁界を発生
することを特徴とする請求項1記載の半導体単結晶育成
装置。 - 【請求項３】 第１の電極と第２に電極との対が複数対
設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の
半導体単結晶育成装置。 - 【請求項４】 前記複数対の電極において、一つの電極
が複数対で共有されていることを特徴とする請求項3記
載の半導体単結晶育成装置。 - 【請求項５】 前記電極が結晶引き上げ軸に対して対称
に配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか
に記載の半導体単結晶育成装置。 - 【請求項６】 前記電極の半導体融液と接触する部分
が、育成する半導体単結晶と同一材料により形成されて
いることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の半導
体単結晶育成装置。 - 【請求項７】 前記電極の前記育成する半導体単結晶と
同一材料により形成されている部分には、育成する半導
体単結晶に添加されるドーパントと同一のドーパントが
添加されていることを特徴とする請求項6記載の半導体
単結晶育成装置。 - 【請求項８】 前記磁界発生手段により印加される磁界
が結晶引き上げ軸に対して対称であることを特徴とする
請求項1〜4の何れかに記載の半導体単結晶育成装置。 - 【請求項９】 半導体融液に電流を供給しその電流経路
と交差する磁界を印加しつつ該半導体融液より半導体単
結晶を引き上げるチョクラルスキー法半導体結晶育成方
法において、前記半導体融液に接触する電極により該半
導体融液に電流を注入し前記半導体融液に接触する電極
により該半導体融液から電流を引き抜くことを特徴とす
る半導体単結晶育成方法。 - 【請求項１０】 引き上げ中の半導体結晶には通電が行
われないことを特徴とする請求項９記載の半導体単結晶
育成方法。 - 【請求項１１】 育成される半導体結晶の不純物濃度の
均一化を図るために、半導体融液に供給する電流の大き
さ、および／または、半導体融液に印加する磁界の強度
を調整しつつ育成を行うことを特徴とする請求項９また
は１０記載の半導体単結晶育成方法。
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