JPH0138078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶半導体の製造方法に関し、特に
大口径の単結晶半導体の製造に用いられるもので
ある。

半導体装置の製造に用いられる単結晶半導体は
主にチヨクラルスキー法（CZ法）によつて製造
されている。従来、このCZ法には第１図に示す
ような単結晶半導体引上装置が用いられている。

すなわち、図中１は上部と下部が開口したチヤ
ンバーである。このチヤンバー１の下部開口から
は回転自在は支持棒２が挿入されており、この支
持棒２上には黒鉛製保護体３が支持され、石英ル
ツボ４を保護している。前記保護体３の外周には
筒状のヒータ５及び保温筒６が順次配設されてい
る。また、前記チヤンバー１の上部開口からは例
えばチエーン７が吊下されており、種結晶８を保
持している。

前記引上装置を用いたCZ法は、単結晶シリコ
ンを製造する場合を例にとれば、ルツボ４内にシ
リコン原料を入れ、ヒータ５によりシリコン原料
を溶融させ、この溶融シリコンに種結晶８を浸
し、ルツボ４と種結晶８と逆方向に回転させなが
らチエーン７を引上げることにより単結晶シリコ
ン１０を引上げるものである。

ところで、単結晶シリコンの引上げ中におい
て、ルツボ４内の溶融シリコン９中では強制対流
や熱対流が起こり、結晶成長界面近傍における溶
融シリコン９の温度分布、不純物濃度、酸素濃度
が不均一となつている。このため、引上げられた
単結晶シリコン１０は成長方向、径方向ともに比
低抗分布、酸素濃度分布の均一性が悪くなり、超
LSI用の高品質なウエハを供給することが困難で
ある。

また、近年、半導体素子の歩留りを向上させる
等の目的から単結晶シリコンは大口径化される傾
向にあり、これに伴いルツボも径の大きいものが
使用されるようになつてきている。一般的にルツ
ボ径は結晶径の２倍以上必要であるとされてい
る。このような大口径化の傾向に伴い、以下のよ
うな新たな問題点が発生するようになつてきた。

すなわち、結晶成長界面（固液界面）は溶融シ
リコンの液面よりやや高くなるが、第２図に示す
如くその高さｈは結晶径が大きくなるに従つて高
くなつていく。このことは融液面の振動を大きく
する原因となる。また、第３図に示す如くこの融
液面の振動の振幅はルツボ径が大きくなるに従つ
て大きくなる。

このような融液面の振動は一旦成長した単結晶
シリコンを再溶解させる原因となり、単結晶シリ
コンの表面に凹凸を発生させ、安定した結晶育成
が困難となる。また、融液面の振動は単結晶シリ
コンの物性にも悪影響を及ぼす。

一方、溶融シリコンに磁場を印加することによ
り溶融シリコンの粘性を実効的に大きくすること
により、融液面の振動及び溶融シリコン中の対流
を抑制した、結晶育成を安定化し、物性を均一化
することが行なわれている。従来、溶融シリコン
に印加する磁場の強さは1000Gを超える強磁場で
なければ上述したような効果は得られないと考え
られていた。

ところが、大口径の単結晶シリコンを引上げる
際に1000Gを超える磁場を印加すると、結晶成長
界面近傍における温度分布がかえつて不均一とな
ることが判明した。また、この場合、ルツボの周
辺部が中央部よりかなり高温となるので、石英ル
ツボと黒鉛製保護体間及び石英ルツボと溶融シリ
コン間の反応が促進される。この結果、単結晶シ
リコン中の酸素濃度、炭素濃度が増加し、しかも
これらの分布が不均一となり、高品質の単結晶シ
リコンが得られない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、融液面の振動を抑制し、結晶成長界面近傍の
温度分布を均一化することにより、大口径で、し
かも高品質の単結晶半導体を容易に製造し得る方
法を提供しようとするものである。

すなわち、本発明の単結晶半導体の製造方法
は、ルツボ内の溶融半導体原料に200〜1000ガウ
スの磁場を印加することを特徴とするものであ
る。

本発明において溶融半導体原料に印加する磁場
の強さを200〜1000Gの範囲としたのは以下のよ
うな理由による。すなわち、200G未満であると、
溶融半導体原料の融液面の振動や温度のゆらぎを
十分に抑制することができず、大口径の単結晶半
導体を育成することが困難となる。また、1000G
を超えると、結晶成長界面近傍の溶融半導体原料
の温度分布が不均一となり、高品質の単結晶半導
体が得られない。

なお、磁場を溶融半導体原料の融液面近傍に印
加すればより効果的である。これは溶融半導体原
料の表面領域は静止させ、ルツボの底では対流に
よる撹拌を生じさせて溶融半導体原料内部での温
度分布を均一化することができるためである。

以下、本発明の実施例を第４図〜第６図を参照
して説明する。なお、第４図において既述した第
１図と同一の部材には同一番号を付して説明を省
略する。

第４図に示す如く、チヤンバー１の外周の溶融
シリコン９の融液面近傍の側方の位置にはリング
状の超電磁コイル１１が配設されている。この超
電磁コイル１１には図示しない液体ヘリウム冷凍
器から液体ヘリウムが供給される。また、この超
電磁コイル１１により磁場の強さを自由に設定す
ることができ、溶融シリコン９の融液面近傍では
磁束密度が高く、ルツボ４底部では磁束密度が低
くなる。

上記引上装置を用いた単結晶シリコン１０の引
上げは、超電導コイル１１により溶融シリコン９
の融液面近傍に磁場を印加することと、ヒータ５
にほぼ直流の電流を通電する以外は従来の装置と
ほぼ同様に行なわれる。

ここで、磁場の強さを200Gとすると、溶融シ
リコン９の融液面の振動の振幅はルツボ４の径に
かかわらず、約２mm以下になり、更に500G以上
にすると上記振幅は約１mm以下となつた。

また、溶融シリコン９のルツボ４中央部におけ
る融液面の温度と磁場強度との関係を第５図に示
す。第５図から明らかなように、磁場強度を
200G以上にすると、溶融シリコン９の融液面の
温度ゆらぎは著しく減少し、従来の1/5〜1/10と
なる。

また、磁場強度を変化させた時の溶融シリコン
９の温度分布を第６図に示す。第６図から明らか
なように磁場強度が0Gの場合には温度分布が著
しく不均一である。これに対して500Gの場合に
は温度分布はかなり均一となり、中央部のルツボ
径の1/2の範囲では温度がほぼ均一となつている。
温度分布の均一性は磁場の強さを200〜1000Gと
した場合に良好であつた。一方、磁場の強さを
1500Gとすると温度分布はかえつて不均一となつ
た。

以上のように、磁場の強さを200〜1000Gとす
ると、溶融シリコン９の融液面の振動及び温度の
ゆらぎを抑制することができるもので、大口径の
単結晶シリコンを製造することができる。また、
溶融シリコン９の結晶成長界面近傍の温度分布を
均一化することができるので、単結晶シリコン１
０中の不純物濃度のむら（ストリエーシヨン）の
発生を著しく減少することができる。

なお、以上の説明では単結晶シリコン製造する
場合について述べたが、これに限らずGaAs等の
単結晶を製造する場合にも本発明方法を同様に適
用することができることは勿論である。

以上詳述した如く本発明の単結晶半導体の製造
方法によれば、大口径で、しかも高品質の単結晶
半導体を容易に製造し得る等顕著な効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単結晶半導体引上装置の断面
図、第２図は同装置を用いた場合の結晶径と融液
面から結晶成長界面までの高さとの関係を示す線
図、第３図は同装置を用いた場合のルツボ径と融
液面の振動の振幅との関係を示す線図、第４図は
本発明の実施例において用いられた単結晶半導体
引上装置の断面図、第５図は磁場強度と融液面の
温度との関係を示す線図、第６図は磁場強度を変
化させた時の融液面の温度分布を示す線図であ
る。 １……チヤンバー、２……支持棒、３……保護
体、４……ルツボ、５……ヒータ、６……保温
筒、７……チエーン、８……種結晶、９……溶融
シリコン、１０……単結晶シリコン、１１……超
電導コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チヤンバー内にルツボを回転自在に支持し、
   該ルツボ内の溶融半導体原料にルツボ上方から回
   転自在に吊下された種結晶を浸して該種結晶を引
   上げることにより単結晶半導体を製造する方法に
   おいて、前記ルツボ内の溶融半導体原料に200〜
   1000ガウスの磁場を印加することを特徴とする単
   結晶半導体の製造方法。 ２ 溶融半導体原料の融液面近傍に200〜1000ガ
   ウスの磁場を印加することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の単結晶半導体の製造方法。