JP2717175B2 - 単結晶育成法及びその装置 - Google Patents
単結晶育成法及びその装置Info
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- JP2717175B2 JP2717175B2 JP5587489A JP5587489A JP2717175B2 JP 2717175 B2 JP2717175 B2 JP 2717175B2 JP 5587489 A JP5587489 A JP 5587489A JP 5587489 A JP5587489 A JP 5587489A JP 2717175 B2 JP2717175 B2 JP 2717175B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコン単結晶の育成に関する。
（従来の技術） シリコン材料の融液からシリコン単結晶を育成するに
は、CZ法（Czochrolski法）が最も一般的に行われてい
る。このCZ法は、シリコン材料の融液を融点近傍で保
ち、種結晶を中心に固化させて行くため、融液温度の制
御が、結晶育成の重要な点である。
は、CZ法（Czochrolski法）が最も一般的に行われてい
る。このCZ法は、シリコン材料の融液を融点近傍で保
ち、種結晶を中心に固化させて行くため、融液温度の制
御が、結晶育成の重要な点である。
他方、シリコン単結晶基板においては、半導体集積回
路の製造過程で、極微量の重合金の汚れを浄化する、い
わゆるIG（Interinsic Gettering）効果を得るため、適
度の酸素含有量が必要とされる。したがって、シリコン
単結晶中には、その結晶成長方向に均一な濃度で酸素を
含有させることが不可欠となる。この点、従来は、ルツ
ボの回転速度と、シリコン単結晶中の酸素濃度との関係
に着目し、均一な濃度で酸素を含有させるため、ルツボ
の回転速度を育成の進行に応じて変えて行く技術も提案
されている（特開昭57−135796号、特開昭57−27996
号）。
路の製造過程で、極微量の重合金の汚れを浄化する、い
わゆるIG（Interinsic Gettering）効果を得るため、適
度の酸素含有量が必要とされる。したがって、シリコン
単結晶中には、その結晶成長方向に均一な濃度で酸素を
含有させることが不可欠となる。この点、従来は、ルツ
ボの回転速度と、シリコン単結晶中の酸素濃度との関係
に着目し、均一な濃度で酸素を含有させるため、ルツボ
の回転速度を育成の進行に応じて変えて行く技術も提案
されている（特開昭57−135796号、特開昭57−27996
号）。
（発明が解決しようとする課題） 上述した融液温度の制御は、融液の温度を直接測定せ
ず、融液を収納、保持する容器（以下、ルツボと記す）
の温度や、ルツボ及びその外側の発熱体を保温する保温
材の温度を測定し、融液温度を類推もしくは融液温度の
変化を疑似的に観察し、制御用もしくは観測用数値とし
ていた。この制御用もしくは管理用温度は、融液自体の
温度でないため、融液中の「温度ゆらぎ（一種の融液温
度の変動ないし振動）」は計測されないので、融液の温
度を一定に保つことが困難であり、高品質の単結晶の育
成が図れなかった。
ず、融液を収納、保持する容器（以下、ルツボと記す）
の温度や、ルツボ及びその外側の発熱体を保温する保温
材の温度を測定し、融液温度を類推もしくは融液温度の
変化を疑似的に観察し、制御用もしくは観測用数値とし
ていた。この制御用もしくは管理用温度は、融液自体の
温度でないため、融液中の「温度ゆらぎ（一種の融液温
度の変動ないし振動）」は計測されないので、融液の温
度を一定に保つことが困難であり、高品質の単結晶の育
成が図れなかった。
また、酸素濃度の制御も、前記従来の方法では、所望
の酸素濃度が得られない領域のあること、さらには、シ
リコン結晶の均一性（例えば、酸素変動幅±0.5×1017a
toms/cc）確保が困難である等の問題点がある。とりわ
け、従来は、結晶寸法を制御するのに、結晶育成速度を
調節しなければならないので、これに起因して、固液界
面に不自然な変動を起こさせ、結晶の均一性を悪くして
いた。
の酸素濃度が得られない領域のあること、さらには、シ
リコン結晶の均一性（例えば、酸素変動幅±0.5×1017a
toms/cc）確保が困難である等の問題点がある。とりわ
け、従来は、結晶寸法を制御するのに、結晶育成速度を
調節しなければならないので、これに起因して、固液界
面に不自然な変動を起こさせ、結晶の均一性を悪くして
いた。
すなわち、この方法では、同じCZ引き上げ装置を使用
したとしても、結晶中に含有される酸素濃度は一本の単
結晶内の長さ方向で、もしくは結晶インゴット間で、異
なっている。引き上げ装置が異なれば、同じ結晶含有酸
素濃度を目的として引き上げても、結晶インゴット間の
差はより大きくなり、6ppm以上の違いが生じる。このよ
うな結晶内酸素濃度変動、結晶間差（バッチ間差、炉間
差）の原因は不明のままであった。
したとしても、結晶中に含有される酸素濃度は一本の単
結晶内の長さ方向で、もしくは結晶インゴット間で、異
なっている。引き上げ装置が異なれば、同じ結晶含有酸
素濃度を目的として引き上げても、結晶インゴット間の
差はより大きくなり、6ppm以上の違いが生じる。このよ
うな結晶内酸素濃度変動、結晶間差（バッチ間差、炉間
差）の原因は不明のままであった。
それにもかかわらず、今日の半導体基板に対する要求
は厳しくなる一方で、半導体基板間の含有酸素濃度差が
±1ppmでなければならなくなった。
は厳しくなる一方で、半導体基板間の含有酸素濃度差が
±1ppmでなければならなくなった。
すなわち、今日の半導体基板として有用であり製造上
の保留まりを向上させるためには、結晶固液界面に流れ
込む熱と不純物の量（以下、結晶成長と記す）をいかに
精密に制御できるかという問題を解決しなければならな
い。
の保留まりを向上させるためには、結晶固液界面に流れ
込む熱と不純物の量（以下、結晶成長と記す）をいかに
精密に制御できるかという問題を解決しなければならな
い。
本発明は、単結晶の育成を改良することにより、上記
欠点を除去し、結晶均一性の優れた単結晶を得ることを
目的としてなされた。
欠点を除去し、結晶均一性の優れた単結晶を得ることを
目的としてなされた。
（課題を解決するための手段） A.発明の技術的背景 本発明は、発明者らがCZ法にて単結晶を育成する研究
の中で、下記の知見に基いてなされた。
の中で、下記の知見に基いてなされた。
すなわち、CZ法における単結晶育成において、融液温
度を直接精密に測定した場合、熱及び酸素等の不純物の
実効的拡散又は移動度が、融液温度の早い変動振幅（以
下、液温振動度と記す）との間に明確な関数関係があ
り、融液流れが乱流主体であるにもかかわらず、実効的
拡散率を用いて拡散方程式を解くことにより、統計的に
精度の良い融液中の温度及び酸素濃度分布が得られると
いう事実である。
度を直接精密に測定した場合、熱及び酸素等の不純物の
実効的拡散又は移動度が、融液温度の早い変動振幅（以
下、液温振動度と記す）との間に明確な関数関係があ
り、融液流れが乱流主体であるにもかかわらず、実効的
拡散率を用いて拡散方程式を解くことにより、統計的に
精度の良い融液中の温度及び酸素濃度分布が得られると
いう事実である。
融液内の異なる２点間の温度を測定した場合、融液温
度相互に相関が無いことから、融液流れが層流でなく乱
流主体であることがわかる。つまり、もし融液の流れが
層流主体であれば、２点での融液温度変動は、２点間の
距離を融液流れ速度で除した時間だけのずれを持ってい
るはずであり、相関を持つ時間に鋭い相関ピークが存在
するはずである。また、融液容量、加熱熱量、外部温度
環境など、同一の外部条件に保持しても、液温度振動度
が違えば融液内温度分布は大きく異なる。換言すると、
ルツボと融液との境界面において、融液に流入する熱量
とその熱量分布は等しくても、液温振動度が異なると実
効の熱拡散率が異なり、ルツボ中心部まで到達する熱量
が異なることを示す。この違いは、乱流の熱及び物質拡
散に対する寄与の度合（以下、乱流度と記す）の違いに
よるものと考えられる。シリコンのような半導体材料の
融液は、一般的に光を通さないさめ、乱流の状態を直接
観察したり直接記述することはできないが、液温振動が
乱流に起因することは確かであり、乱流度が大きいこと
は局部的撹拌が大きいことに対応し、局部的撹拌が大き
いことは熱及び不純物の移動、拡散が実効的に速いこと
に対応するから、液温振動度が大きいことは乱流度が大
きいことであると理解され得るまた、発明者らは、乱流
は瞬間の流線を求めても無意味であるが、統計的に熱と
酸素の実効的拡散率を使い、拡散方程式を解くことによ
り、状態記述が可能で実験値と良い一致を示すこと、並
びに、乱流度を制御することが実質的に固液界面に流れ
込む熱量と酸素濃度を制御し得ることを見い出した。こ
こで、乱流は、融液の流れの物性に依存したものである
が、流れとして大きく分類すると、その流れの起因子に
より自然対流、強制流、表面流がある。自然対流は、融
液中の温度分布の与え方により変化し、強制流は、強制
撹拌や、融液が伝導体であり磁場を印加することで変化
するため、乱流の状態を変化させることができる。ま
た、融液の回転などにより、融液の慣性力を変化させる
ことでも乱流の状態を変化させることができる。
度相互に相関が無いことから、融液流れが層流でなく乱
流主体であることがわかる。つまり、もし融液の流れが
層流主体であれば、２点での融液温度変動は、２点間の
距離を融液流れ速度で除した時間だけのずれを持ってい
るはずであり、相関を持つ時間に鋭い相関ピークが存在
するはずである。また、融液容量、加熱熱量、外部温度
環境など、同一の外部条件に保持しても、液温度振動度
が違えば融液内温度分布は大きく異なる。換言すると、
ルツボと融液との境界面において、融液に流入する熱量
とその熱量分布は等しくても、液温振動度が異なると実
効の熱拡散率が異なり、ルツボ中心部まで到達する熱量
が異なることを示す。この違いは、乱流の熱及び物質拡
散に対する寄与の度合（以下、乱流度と記す）の違いに
よるものと考えられる。シリコンのような半導体材料の
融液は、一般的に光を通さないさめ、乱流の状態を直接
観察したり直接記述することはできないが、液温振動が
乱流に起因することは確かであり、乱流度が大きいこと
は局部的撹拌が大きいことに対応し、局部的撹拌が大き
いことは熱及び不純物の移動、拡散が実効的に速いこと
に対応するから、液温振動度が大きいことは乱流度が大
きいことであると理解され得るまた、発明者らは、乱流
は瞬間の流線を求めても無意味であるが、統計的に熱と
酸素の実効的拡散率を使い、拡散方程式を解くことによ
り、状態記述が可能で実験値と良い一致を示すこと、並
びに、乱流度を制御することが実質的に固液界面に流れ
込む熱量と酸素濃度を制御し得ることを見い出した。こ
こで、乱流は、融液の流れの物性に依存したものである
が、流れとして大きく分類すると、その流れの起因子に
より自然対流、強制流、表面流がある。自然対流は、融
液中の温度分布の与え方により変化し、強制流は、強制
撹拌や、融液が伝導体であり磁場を印加することで変化
するため、乱流の状態を変化させることができる。ま
た、融液の回転などにより、融液の慣性力を変化させる
ことでも乱流の状態を変化させることができる。
融液温度を測定して行う制御を例に採れば、液温振動
度をＸ、実効的熱拡散係数をＹとした場合、両者を Ｙ＝aX2＋bX＋ｃ …… なる実験式で表わすことが可能である。a,b,cで表わさ
れる係数は、温度測定に使用する温度計測器の応答特性
により決定される。振動度と実効熱拡散係数との関係式
を立てることが可能であることは明白であり、使用する
液温振動度の範囲、求める精度により必ずしも２次方程
式である必要は無い。
度をＸ、実効的熱拡散係数をＹとした場合、両者を Ｙ＝aX2＋bX＋ｃ …… なる実験式で表わすことが可能である。a,b,cで表わさ
れる係数は、温度測定に使用する温度計測器の応答特性
により決定される。振動度と実効熱拡散係数との関係式
を立てることが可能であることは明白であり、使用する
液温振動度の範囲、求める精度により必ずしも２次方程
式である必要は無い。
このようにして求められた関係式と、関係式を求める
ために使用した温度計測器を用い、単結晶育成中の液温
振動度を実効拡散率に変換し、拡散方程式 ∂T/∂ｔ＝Ｙ∇2T …… を解くことによって、固液界面に流れ込む熱量を精度良
く計算することができる。こうして得られた固液界面へ
の流入熱量を一定に保つように、液温振動度分布もしく
は融液の加熱条件を変更制御する。
ために使用した温度計測器を用い、単結晶育成中の液温
振動度を実効拡散率に変換し、拡散方程式 ∂T/∂ｔ＝Ｙ∇2T …… を解くことによって、固液界面に流れ込む熱量を精度良
く計算することができる。こうして得られた固液界面へ
の流入熱量を一定に保つように、液温振動度分布もしく
は融液の加熱条件を変更制御する。
結晶中に取り込まれる酸素も、融液容量、加熱熱量、
外部温度環境など、同一の外部条件に保持しても、液温
振動度が違えば、結晶中に流れ込む酸素濃度の異なるこ
とが発明者らの実験で明らかになった。上述の条件にお
いては、ルツボと融液との界面（以下、ルツボ界面と記
す）での温度分布は等しく、ルツボから溶け出す酸素も
しくは酸化物（SiO,SiO2）の量はその温度での飽和濃度
であるから、当然ルツボ界面における酸素濃度は等し
い。しかしながら、結晶に取り込まれる酸素濃度が異な
るということは、ルツボ界面から結晶までの間での酸素
の拡散率もしくは移動度と呼ばれる量が異なると考える
のが自然である。前記の熱拡散率における場合と同様、
融液の液温振動度と結晶中の酸素濃度の間に関数関係が
あるため、使用する温度測定器と実効酸素拡散率の関係
を求めておけば、結晶への酸素流入量を精度良く制御で
きる。前述した公知技術において、酸素濃度制御の精度
限界値が6ppmと大きかったのは、ルツボ回転と結晶中酸
素濃度の関係の経験的知識に依拠したものであったから
である。ルツボ回転を変更すれば融液の慣性力が変化
し、前述したように液温振動度は変化するので、結果的
に酸素の実効拡散率が変化し、結晶中酸素濃度の制御に
結び付いたものである。しかし、実際の製造でルツボと
して使われる石英は、操業温度（約1550±70℃）におい
て軟化しており、変形するのが常である。また、実操業
においては、軟化した石英ルツボを保持する炭素などの
外ルツボに対する石英ルツボの置き方も、バッチ間で微
妙に異なる。さらに、発熱体も使用回数が増加するに従
い発熱分布が変化し、ルツボ界面における温度分布が変
化する。これら実操業上の融液を取りまく外条件の変化
は、液温振動度分布変化として測定可能であり、引き上
げ操業中の時間変化により液温振動度が変化しているこ
とは一般的である。このことは、すなわち融液の乱流の
状態、程度、分布が融液を取りまく外条件に依存して敏
感に変動しており、この変動が融液の持つ実効的熱及び
酸素拡散率を変化させるため、ルツボ回転だけの制御で
は、結晶に流れ込む酸素濃度を精度良く制御できないこ
とを示している。また、ルツボから溶出する酸素濃度
は、接触面積とその温度でのシリコン飽和酸素濃度によ
り決るため、前記従来技術のように結晶の引き上げ長さ
だけでルツボ回転を変更していっても、融液とルツボの
接触面積の減少による結晶流れ込み酸素量の減少を補償
することはできない。
外部温度環境など、同一の外部条件に保持しても、液温
振動度が違えば、結晶中に流れ込む酸素濃度の異なるこ
とが発明者らの実験で明らかになった。上述の条件にお
いては、ルツボと融液との界面（以下、ルツボ界面と記
す）での温度分布は等しく、ルツボから溶け出す酸素も
しくは酸化物（SiO,SiO2）の量はその温度での飽和濃度
であるから、当然ルツボ界面における酸素濃度は等し
い。しかしながら、結晶に取り込まれる酸素濃度が異な
るということは、ルツボ界面から結晶までの間での酸素
の拡散率もしくは移動度と呼ばれる量が異なると考える
のが自然である。前記の熱拡散率における場合と同様、
融液の液温振動度と結晶中の酸素濃度の間に関数関係が
あるため、使用する温度測定器と実効酸素拡散率の関係
を求めておけば、結晶への酸素流入量を精度良く制御で
きる。前述した公知技術において、酸素濃度制御の精度
限界値が6ppmと大きかったのは、ルツボ回転と結晶中酸
素濃度の関係の経験的知識に依拠したものであったから
である。ルツボ回転を変更すれば融液の慣性力が変化
し、前述したように液温振動度は変化するので、結果的
に酸素の実効拡散率が変化し、結晶中酸素濃度の制御に
結び付いたものである。しかし、実際の製造でルツボと
して使われる石英は、操業温度（約1550±70℃）におい
て軟化しており、変形するのが常である。また、実操業
においては、軟化した石英ルツボを保持する炭素などの
外ルツボに対する石英ルツボの置き方も、バッチ間で微
妙に異なる。さらに、発熱体も使用回数が増加するに従
い発熱分布が変化し、ルツボ界面における温度分布が変
化する。これら実操業上の融液を取りまく外条件の変化
は、液温振動度分布変化として測定可能であり、引き上
げ操業中の時間変化により液温振動度が変化しているこ
とは一般的である。このことは、すなわち融液の乱流の
状態、程度、分布が融液を取りまく外条件に依存して敏
感に変動しており、この変動が融液の持つ実効的熱及び
酸素拡散率を変化させるため、ルツボ回転だけの制御で
は、結晶に流れ込む酸素濃度を精度良く制御できないこ
とを示している。また、ルツボから溶出する酸素濃度
は、接触面積とその温度でのシリコン飽和酸素濃度によ
り決るため、前記従来技術のように結晶の引き上げ長さ
だけでルツボ回転を変更していっても、融液とルツボの
接触面積の減少による結晶流れ込み酸素量の減少を補償
することはできない。
B.発明の構成 そこで、本発明は、単結晶材料の融液から単結晶を育
成する方法において、前記融液の温度を直接測定して、
該融液の熱及び不純物の実効的拡散率と分布を求め、こ
れに基き固液界面に流入する熱量と不純物濃度を目的の
ものとすべく、単結晶育成条件を制御する単結晶育成法
を第１の発明とし、単結晶材料の融液から単結晶を育成
する装置において、前記融液の温度を直接測定する検出
手段、この検出手段からの検出信号に基き熱及び不純物
の実効的拡散率と分布を演算する演算手段、この演算手
段からの演算信号に基き単結晶の育成条件を可変とする
育成制御手段、とを備えた単結晶育成装置を第２の発明
としている。これら第１及び第２の発明の概念構成は、
第４図に示されている。
成する方法において、前記融液の温度を直接測定して、
該融液の熱及び不純物の実効的拡散率と分布を求め、こ
れに基き固液界面に流入する熱量と不純物濃度を目的の
ものとすべく、単結晶育成条件を制御する単結晶育成法
を第１の発明とし、単結晶材料の融液から単結晶を育成
する装置において、前記融液の温度を直接測定する検出
手段、この検出手段からの検出信号に基き熱及び不純物
の実効的拡散率と分布を演算する演算手段、この演算手
段からの演算信号に基き単結晶の育成条件を可変とする
育成制御手段、とを備えた単結晶育成装置を第２の発明
としている。これら第１及び第２の発明の概念構成は、
第４図に示されている。
（作 用） このように構成することにより、実効的熱及び酸素拡
散率と、液温振動度のような融液乱流度の相対強度を表
わす物理量とを関係付け、その測定可能な物理量を制御
すべく融液を取りまく外条件を制御すれば、ミクロな結
晶品質が良好で酸素濃度を精度良く制御可能な結晶が育
成される。
散率と、液温振動度のような融液乱流度の相対強度を表
わす物理量とを関係付け、その測定可能な物理量を制御
すべく融液を取りまく外条件を制御すれば、ミクロな結
晶品質が良好で酸素濃度を精度良く制御可能な結晶が育
成される。
（実施例） 半径20cmの底面曲状のルツボ内に、シリコン材料を融
液として35Kg投入し、該融液の温度変動を、ルツボ回転
数を変化させて求めた。
液として35Kg投入し、該融液の温度変動を、ルツボ回転
数を変化させて求めた。
第１図は、上記ルツボにおいて、ルツボ回転数を15rp
mとしたときの融液の温度分布（等温線分布）を示す。
但し、融液入熱量は一定である。
mとしたときの融液の温度分布（等温線分布）を示す。
但し、融液入熱量は一定である。
第２図は、同様に、ルツボ回転数が10rpmの場合を示
す。
す。
第１図及び第２図のデータから、温度分布の乖離は、
ルツボ回転数が15rpmの方が、10rpmの場合よりも小さい
ことが示される。このことから、ルツボ回転数10rmpの
方が、15rpmよりも融液中の温度ゆらぎが大きいこと、
すなわち、乱流度が大きいこと、を示している。また、
乱流度の違いにより、熱の移動量が相違することにな
る。
ルツボ回転数が15rpmの方が、10rpmの場合よりも小さい
ことが示される。このことから、ルツボ回転数10rmpの
方が、15rpmよりも融液中の温度ゆらぎが大きいこと、
すなわち、乱流度が大きいこと、を示している。また、
乱流度の違いにより、熱の移動量が相違することにな
る。
前記のルツボ条件において、ルツボ回転数を増加した
場合の、融液中の特定点（液面下、10mm）における温度
検出の結果を第３図に示す。この結果から、ルツボ回転
数の増加、すなわち、5rpm→10rpm→15rpmとなるにした
がい、換言すれば、乱流度の減少に伴い、融液中の特定
点における温度及び温度ゆらぎは、減少する。すなわ
ち、乱流度の減少に伴い、入熱量一定の条件下では、熱
移動は減少し、それと同時に、熱ゆらぎも小さなものと
なる。
場合の、融液中の特定点（液面下、10mm）における温度
検出の結果を第３図に示す。この結果から、ルツボ回転
数の増加、すなわち、5rpm→10rpm→15rpmとなるにした
がい、換言すれば、乱流度の減少に伴い、融液中の特定
点における温度及び温度ゆらぎは、減少する。すなわ
ち、乱流度の減少に伴い、入熱量一定の条件下では、熱
移動は減少し、それと同時に、熱ゆらぎも小さなものと
なる。
育成中の結晶の横10mmで融液表面からの深さ10mmの箇
所（以下、Ｍ点と記す）に、Ｒ熱電対（白金−白金・ロ
ジウム）の線径0.1mmを石英管で保護したものを使用し
融液温度を測定した。（この熱電対は応答性がτ＝0.4
3、99.8％応答が1.6秒であった。）測定のアナログデー
タは12bitA/Dコンバータによりデジタルデータに変換し
コンピュータ中に取り込み、20秒間隔で平均値と液温振
動度を演算した。融液の実効的熱拡散率は、乱流度を直
接測定する代わりに、この液温振動度を前記式に代入
して求めた。熱電対の特性により、このときの式中の
係数は各々、ａ＝−1/300、ｂ＝0.17、ｃ＝0.0267であ
った。このＭ点での液温振動度は、固液界面直下での液
温振動度とほぼ等しいことが予め実験により確認されて
いるので、Ｍ点の融液温度とそれにより計算された熱拡
散率を使い、拡散方程式（前記式）を解くことによ
り、固液界面に流入する実効熱量を算出できる。そし
て、この固液界面に流入する熱量を一定にするように、
ルツボ界面から流入する熱量の大きさ分布と融液内熱拡
散率を制御する。ルツボ界面から流入する熱量は、発熱
体の発熱量と、発熱体と融液との相対位置を変えること
により制御する。発熱体が複数あれば、それぞれの発熱
量を制御することで、もしくは融液を取りまく保温材料
との相対位置を変更することによっても、同様の制御結
果が得られる。
所（以下、Ｍ点と記す）に、Ｒ熱電対（白金−白金・ロ
ジウム）の線径0.1mmを石英管で保護したものを使用し
融液温度を測定した。（この熱電対は応答性がτ＝0.4
3、99.8％応答が1.6秒であった。）測定のアナログデー
タは12bitA/Dコンバータによりデジタルデータに変換し
コンピュータ中に取り込み、20秒間隔で平均値と液温振
動度を演算した。融液の実効的熱拡散率は、乱流度を直
接測定する代わりに、この液温振動度を前記式に代入
して求めた。熱電対の特性により、このときの式中の
係数は各々、ａ＝−1/300、ｂ＝0.17、ｃ＝0.0267であ
った。このＭ点での液温振動度は、固液界面直下での液
温振動度とほぼ等しいことが予め実験により確認されて
いるので、Ｍ点の融液温度とそれにより計算された熱拡
散率を使い、拡散方程式（前記式）を解くことによ
り、固液界面に流入する実効熱量を算出できる。そし
て、この固液界面に流入する熱量を一定にするように、
ルツボ界面から流入する熱量の大きさ分布と融液内熱拡
散率を制御する。ルツボ界面から流入する熱量は、発熱
体の発熱量と、発熱体と融液との相対位置を変えること
により制御する。発熱体が複数あれば、それぞれの発熱
量を制御することで、もしくは融液を取りまく保温材料
との相対位置を変更することによっても、同様の制御結
果が得られる。
酸素濃度制御に関しては、引き上げられた結晶の大き
さをCCDカメラを使った光学的方法で測定し、コンピュ
ータに自動入力しつつ、引き上げ結晶長さを考慮して、
引き上げ体積を算出することでルツボ内に残った融液量
を知ることができる。この融液残量から、融液とルツボ
とのその時点での接触面積が概算できる。ここでルツボ
から溶出する酸素濃度は、接触面積とその温度でのシリ
コンの飽和酸素濃度により演算でき、酸素の実効拡散は
液温振動度で演算できるため、結晶へ流れ込む酸素濃度
を決定できる。ルツボの温度は代表的３点（ルツボ底、
ルツボ横、Ｒ部）を測定できるようになっていて、ルツ
ボへの発熱体からの加熱は上記３点で同一温度を与える
ように制御されている。これによりルツボ界面から結晶
までの間の実効的酸素拡散率を変化させ、引き上げに伴
う融液量変化による融液とルツボとの接触面積、つまり
は全溶出酸素量変化を補う。第５図にこのようにして育
成された単結晶の長さ方向の酸素濃度分布を示す。な
お、第６図は従来法による酸素濃度分布を示すものであ
る。
さをCCDカメラを使った光学的方法で測定し、コンピュ
ータに自動入力しつつ、引き上げ結晶長さを考慮して、
引き上げ体積を算出することでルツボ内に残った融液量
を知ることができる。この融液残量から、融液とルツボ
とのその時点での接触面積が概算できる。ここでルツボ
から溶出する酸素濃度は、接触面積とその温度でのシリ
コンの飽和酸素濃度により演算でき、酸素の実効拡散は
液温振動度で演算できるため、結晶へ流れ込む酸素濃度
を決定できる。ルツボの温度は代表的３点（ルツボ底、
ルツボ横、Ｒ部）を測定できるようになっていて、ルツ
ボへの発熱体からの加熱は上記３点で同一温度を与える
ように制御されている。これによりルツボ界面から結晶
までの間の実効的酸素拡散率を変化させ、引き上げに伴
う融液量変化による融液とルツボとの接触面積、つまり
は全溶出酸素量変化を補う。第５図にこのようにして育
成された単結晶の長さ方向の酸素濃度分布を示す。な
お、第６図は従来法による酸素濃度分布を示すものであ
る。
（発明の効果） 本発明は、以上説明したように、実効的熱及び酸素拡
散率と、液温振動度のような融液乱流度の相対強度を表
わす物理量とを関係付け、その測定可能の物理量を制御
すべく融液を取りまく外条件（実操業条件）を制御する
ものであるから、従来行われていなかった融液の制御、
例えば温度変動ないし熱の移動、酸素量の制御などを木
目細かく行うことが可能となり、その結果、シリコン単
結晶中の酸素濃度の均一性の確保はもちろん、高品質の
単結晶の育成を行うことができるものである。
散率と、液温振動度のような融液乱流度の相対強度を表
わす物理量とを関係付け、その測定可能の物理量を制御
すべく融液を取りまく外条件（実操業条件）を制御する
ものであるから、従来行われていなかった融液の制御、
例えば温度変動ないし熱の移動、酸素量の制御などを木
目細かく行うことが可能となり、その結果、シリコン単
結晶中の酸素濃度の均一性の確保はもちろん、高品質の
単結晶の育成を行うことができるものである。
第１図及び第２図はルツボ内融液の温度分布を示す図、
第３図はルツボ回転数と温度ゆらぎの関係を示す図、第
４図は本発明の概念構成を示す図、第５図は本発明によ
る単結晶の酸素濃度分布を示す図、第６図は従来法によ
る酸素濃度分布を示す図である。
第３図はルツボ回転数と温度ゆらぎの関係を示す図、第
４図は本発明の概念構成を示す図、第５図は本発明によ
る単結晶の酸素濃度分布を示す図、第６図は従来法によ
る酸素濃度分布を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】単結晶材料の融液から単結晶を育成する方
法において、前記融液の温度を直接測定して、該融液の
熱及び不純物の実効的拡散率と分布を求め、これに基き
固液界面に流入する熱量と不純物濃度を目的のものとす
べく、単結晶育成条件を制御することを特徴とする単結
晶育成法。 - 【請求項２】単結晶材料の融液から単結晶を育成する装
置において、前記融液の温度を直接測定する検出手段、
この検出手段からの検出信号に基き熱及び不純物の実効
的拡散率と分布を演算する演算手段、この演算手段から
の演算信号に基き単結晶の育成条件を可変とする育成制
御手段、とを備えたことを特徴とする単結晶育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5587489A JP2717175B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 単結晶育成法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5587489A JP2717175B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 単結晶育成法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02233583A JPH02233583A (ja) | 1990-09-17 |
| JP2717175B2 true JP2717175B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=13011240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5587489A Expired - Lifetime JP2717175B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 単結晶育成法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2717175B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4490103T1 (de) * | 1993-01-06 | 1997-07-24 | Nippon Steel Corp | Verfahren und Vorrichtung zum Vorherbestimmen der Kristallqualität eines Halbleiter- Einkristalls |
| GB2279586A (en) * | 1993-01-06 | 1995-01-11 | Nippon Steel Corp | Method and apparatus for predicting crystal quality of single-crystal semiconductor |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP5587489A patent/JP2717175B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02233583A (ja) | 1990-09-17 |
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