JPH0142916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は単結晶半導体引上装置の改良に関す
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
は回転自在な支持棒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。 上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９に種結晶８を浸
し、ルツボ４と種結晶８とを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、不純分濃度、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
抵抗分布、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因難で
あつた。 そこで、ルツボ４の両側方に対応する位置に２
個の電磁石を互いに極性の異なる極を対向させて
配置し、溶融シリコン９に水平方向の磁場を印加
する方法（以下、この方法を横型MCZと略記す
る）あるいはルツボ４を囲むようにリング状の電
磁石を配置し、溶融シリコン９に鉛直方向の磁場
を印加する方法（以下、この方法を縦型MCZと
略記する）により溶融シリコン９中の対流を抑制
し、単結晶シリコンの物性を均一化することが行
なわれている。 上述した横型MCZでは溶融シリコン９中の対
流の主に鉛直方向の成分を抑制することができ、
単結晶シリコンの不純分濃度、酸素濃度をある程
度均一化することができるが、これらの値の低い
ものしか得られない。また、上述した縦型MCZ
では溶融シリコン９中の対流の主に水平方向の成
分を抑制することができ、結晶成長界面近傍の温
度分布、不純物濃度分布等を均一化して単結晶シ
リコンの不純物濃度、酸素濃度をかなり均一化す
ることができるが、これらの値の高いものしか得
られない。したがつて、横型MCZや縦型MCZで
得られた単結晶シリコンから加工されるウエハ
は、限られた用途の素子の製造にしか用いること
ができない。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、製造目的とする素子の範囲が広く、しかも微
小不純分濃度の不均一性が少ない高品質の単結晶
半導体を製造し得る単結晶半導体引上装置を提供
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引上装置は、
ルツボの外周に対応する位置に半円弧状の磁場印
加手段を２個配設し、これらの磁場印加手段に通
電する電流の方向を変化させることによりルツボ
内の溶融半導体原料に印加する磁場の方向を任意
に変化させることを特徴とするものである。 このように溶融半導体原料に印加する磁場の方
向を任意に変化させれば、対流の抑制のし方を任
意に変化させることができるので、単結晶半導体
中の不純物濃度を広い範囲に亘つて制御すること
ができ、しかも微小不純物濃度の不均一性を少な
くすることができる。 以下、本発明の実施例を第２図〜第５図を参照
して説明する。なお、第１図に示した従来の引上
装置と同一の部材には同一番号を付して説明を省
略する。 第２図及び第３図に示す如く、チヤンバー１外
周にはほぼリング状の液体ヘリウムタンク１１が
配設されており、この液体ヘリウムタンク１１内
には半円弧状の２個の超電導マグネツト１２，１
３が配設されている。前記液体ヘリウムタンク１
１には液体ヘリウム冷凍機１４から液体ヘリウム
が供給される。前記超電導マグネツト１２，１３
は直流電流が流れることにより、その周囲に円磁
場を発生させるようになつている。 上記引上装置を用いた単結晶シリコン１０の引
上げは、超電導マグネツト１２，１３に電流を流
して溶融シリコン９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。 この際、第４図に示す如く超電導マグネツト１
２，１３に同方向に電流を流すと２個の超電導マ
グネツト１２，１３によつて合成された磁場の方
向は図中破線で示すような方向となる。また、第
５図に示す如く超電導マグネツト１２，１３に逆
方向に電流を流すと２個の超電導マグネツト１
２，１３によつて合成された磁場の方向は図中破
線で示すように第４図とは異なる方向となる。こ
うして印加される磁場は溶融シリコン９のどの位
置でもほぼ均一に印加される。 しかして、上記引上装置によれば、第４図のよ
うに超電導マグネツト１２，１３に同方向に電流
を流すと、溶融シリコン９には斜め方向の磁場が
印加され、溶融シリコン９中の対流の水平方向の
成分及び鉛直方向の成分ともに抑制することがで
きる。したがつて、単結晶シリコン１０中の不純
物濃度（及び酸素濃度）を比較的低くすることが
できるとともに微小不純物濃度の不均一性をかな
り小さくすることができる。また、第５図のよう
に超電導マグネツト１２，１３に逆方向に電流を
流すと、溶融シリコン９中の対流の主に水平方向
の成分を抑制することができ、鉛直方向の成分を
抑制する効果は小さい。したがつて、単結晶シリ
コン１０中の不純物濃度（及び酸素濃度）を比較
的高くすることができるとともに微小不純物濃度
の不均一性を極めて小さくすることができる。 事実、通常のCZ、横型MCZ、縦型MCZ及び上
記実施例の引上装置により単結晶シリコンを引上
げ、その不純物濃度（比抵抗値）の制御範囲、微
小不純物濃度の不均一性及び酸素濃度の制御範囲
を調べたところ、下記表に示す如く、上記実施例
の引上装置を用いた場合には不純物濃度（比抵抗
値）及び酸素濃度の制御範囲が広く、微小不純物
濃度の不均一性が小さいことが確認された。

【表】 なお、本発明の引上装置は上記実施例で示した
構造のものに限らず、第６図及び第７図に示す如
く、超電導マグネツト１２′，１３′が液体ヘリウ
ムタンク１１′内で上下動できるような機構にし
ておき、超電導マグネツト１２′，１３′の高さを
変えてルツボ４内の溶融シリコン９に磁場を印加
してもよい。なお、第６図は超電導マグネツト１
２′，１３′に同方向に電流を流した場合第７図は
超電導マグネツト１２′，１３′に逆方向に電流を
流した場合をそれぞれ示す。 このように超電導マグネツト１２′，１３′の高
さを変えられるようにしておけば、超電導マグネ
ツト１２′，１３′に流す電流の方向の変化だけで
なく、これらの高さの変化によつても溶融シリコ
ン９に印加する磁場の方向を変化させることがで
きるので、不純物濃度の制御がより容易となる。 また、以下の説明では単結晶シリコンを製造す
る場合について説明したが、これに限らずGaAs
等の単結晶を製造する場合にも同様に適用できる
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引上装
置によれば、単結晶半導体の不純物濃度の制御範
囲を広くすることができ、しかも微小不純物濃度
の不均一性を少なくでき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図は本発明の実施例における単結晶半導
体引上装置の断面図、第３図は同装置の概略平面
図、第４図及び第５図はそれぞれ同装置を用いた
場合の磁場の方向を示す説明図、第６図及び第７
図はそれぞれ本発明の他の実施例における単結晶
半導体引上装置を用いた場合の磁場の方向を示す
説明図である。 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、１１，１
１′……液体ヘリウムタンク、１２，１２′，１
３，１３′……超電導マグネツト、１４……液体
ヘリウム冷凍機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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造る装置におい
   て、ルツボの外周に対応する位置に半円弧状の磁
   場印加手段を２個配設し、これらの磁場印加手段
   に通電する電流の方向を変化させることによりル
   ツボ内の溶融半導体原料に印加する磁場の方向を
   任意に変化させることを特徴とする単結晶半導体
   引上装置。