JPH0157079B2 - - Google Patents
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- JPH0157079B2 JPH0157079B2 JP58139254A JP13925483A JPH0157079B2 JP H0157079 B2 JPH0157079 B2 JP H0157079B2 JP 58139254 A JP58139254 A JP 58139254A JP 13925483 A JP13925483 A JP 13925483A JP H0157079 B2 JPH0157079 B2 JP H0157079B2
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- single crystal
- convection
- crucible
- oxygen concentration
- magnetic field
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
Description
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半導体単結晶は
主にチヨクラルスキー法（CZ法）によつて製造
されている。この方法は単結晶シリコンを製造す
る場合を例にとれば、ルツボ内でシリコン原料を
溶融し、この溶融シリコンに種結晶を浸して回転
しながら引上げることにより単結晶シリコンを製
造するものである。 以下、従来の単結晶半導体引上装置を第１図を
参照して説明する。 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６，７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８が吊下されており、種結晶９を保持して
いる。 上記引上装置を用いたCZ法による単結晶シリ
コンの引上げは、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１０に種結晶９を浸し、ルツボ４
及び種結晶９を逆方向に回転させながらチエーン
８を引上げることにより単結晶シリコン１１を引
上げるものである。 ところで、単結晶シリコンの引上中において、
ルツボ４内の溶融シリコン１０中では第２図に示
すような対流が起こつている。図中１２は主にル
ツボ４中心部で起こる、回転に伴うラセン状の強
制対流（以下、対流ａと略記する）、１３は主に
ルツボ４周辺部で起こる熱対流の鉛直方向成分
（以下、対流ｂと略記する）、１４は前記熱対流の
水平方向成分（以下、対流ｃと略記する）であ
る。 単結晶シリコンの物性、例えば比抵抗あるいは
酸素濃度は結晶成長界面近傍における溶融シリコ
ンの温度分布、不純物濃度、酸素濃度によつて大
きく影響を受ける。従来のCZ法では上述した対
流ａ〜ｃのために±５℃程度の温度変化が生じて
温度分布が不均一となり、また不純物濃度、酸素
濃度もばらつくので成長方向、径方向とも比抵抗
分布、酸素濃度の均一性が悪い。このため超LSI
用の高品質なウエハを供給することが困難であつ
た。 そこで、溶融シリコンに磁場を加することによ
り対流を抑制して単結晶シリコンの物性の向上す
ることが行なわれている。ここで、磁場を印加す
る方法としてはルツボ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、溶融シリコンに水平方向の磁場を印加
するもの（以下、横型MCZと略記する）と、ル
ツボの周囲にリング状の電磁石を配置し、溶融シ
リコンに鉛直方向の磁場を印加するもの（以下、
縦型MCZと略記する）とがある。 上記横型MCZでは前記対流ａ及びｂを抑制す
ることができるので、単結晶シリコンの成長方向
における巨視的な比抵抗分布、酸素濃度分布の均
一性は向上する。しかし、対流ａを抑制する効果
は少ないため、結晶成長界面近傍での温度分布等
は依然としてばらつきがかなり大きい。したがつ
て、単結晶シリコンの成長方向における微視的な
物性の均一性はそれほど向上しないし、径方向に
おける物性の均一性はほとんど改善されないこと
が判明した。 一方、縦型MCZでは前記対流ｃを抑制するこ
とができるので、結晶成長界面近傍での温度分布
等をかなり均一化することができる。このため、
単結晶シリコンの成長方向、径方向のいずれにお
いても微視的な物性の均一性を向上することがで
きる。しかし、対流ａ及びｂを抑制する効果は少
なく、石英ルツボと溶融シリコンとの反応によつ
て生成するSiOの溶融シリコン融液面への移動量
にばらつきが生じるので、特に単結晶シリコンの
成長方向の酸素濃度分布は望ましいものとならな
いことが判明した。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、比抵抗、酸素濃度等の物性を均一化し、しか
もこれらの値を任意に制御して、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、
ルツボ内の溶融半導体原料に鉛直方向に対して所
定角度傾いた方向に磁場を印加する手段を設けた
ことを特徴とするものである。 このように磁場を印加すれば、鉛直方向、水平
方向のいずれにおいても対流を抑制することがで
き、単結晶半導体の物性を均一化することができ
る。 なお、本発明において印加すべき磁場の方向は
鉛直方向に対して10〜80゜であることが望ましい。
これは10゜未満であると、水平方向の対流を抑制
する効果が少なく、また、80゜以上であると、鉛
直方向の対流を抑制する効果が少ないため、いず
れも物性の均一性を向上する効果が少ないためで
ある。 以下、本発明の実施例を第３図〜第５図を参照
して説明する。 第３図に示す如く、引上装置本体は従来のもの
と全く同一であり、そのチヤンバー１の外側には
リング状の超電導マグネツト１５が、その軸を鉛
直方向に対して45゜傾けて配置されている。この
超電導マグネツト１５には図示しない液体ヘリウ
ム冷凍機が付属されており、半永久的に励磁を続
けることができる。 上記引上装置により溶融シリコン１０に鉛直方
向に対して45゜傾いた方向に磁場Ｂを印加するこ
とができる。 しかして、上記引上装置によれば、磁場Ｂのｘ
軸方向成分Bxによつて熱対流の水平方向成分
（対流ｃ）を抑制することができ、磁場Ｂのｚ軸
方向向成分Bzによつて強制対流（対流ａ）及び
熱対流の鉛直方向成分（対流ｂ）を抑制すること
ができるので、単結晶シリコン引上げ中の結晶成
長界面近傍における溶融シリコンの温度分布、不
純物濃度、酸素濃度を均一化することができる。
したがつて、単結晶シリコンの成長方向、径方向
のいずれにおいても比抵抗分布及び酸素濃度分布
を均一化することができる。 事実、上記実施例の引上装置、横型MCZ
及び縦型MCZによつてそれぞれ引上げられた
単結晶シリコンについてその成長方向の微小部分
の比抵抗及び酸素濃度を測定したところこれらの
分布が均一化していることが確認された。この結
果を第４図及び第５図に示す。なお、比抵抗は４
点法により、酸素濃度はフーリエ変換赤外吸収ス
ペクトルによりそれぞれ測定した。 第４図から明らかなように横型MCZでは微
小比抵抗のばらつきが大きく、最大値と最小値に
約10％の違いがあつた。また、縦型MCZでは
分布の均一性が向上し、最大値と最小値に約２％
の違いがあつた。更に、上記実施例の引上装置
では分布はより均一化し、最大値と最小値の違い
は２％以下になつた。 また、第５図から明らかなように横型MCZ
では酸素濃度のばらつきが大きく最大値と最小値
との差は1.5×1017cm-3であつた。縦型MCZにつ
いては図示していないが、ばらつきはそれほど小
さくならないうえに、全体的に酸素濃度がかなり
高くなつた。これに対して上記実施例の引上装置
では酸素濃度のばらつきが小さく、最大値と最
小値との差は1.0×1017cm-3となつた。 なお、上記実施例では磁場の方向を鉛直方向に
対して45゜としたが、この角度は10〜80゜の範囲で
任意に変化させることができる。このように磁場
の方向を変化させると、鉛直方向の対流の抑制度
合が変化するので、溶融シリコン融液面での酸素
濃度が変化し、単結晶シリコン中の酸素濃度の値
を広い範囲で容易に抑制することができる。例え
ば、磁場の方向を鉛直方向に対して10゜とした場
合、単結晶シリコン中の酸素濃度は約18×1017cm
-3の高濃度となる。一方、磁場の方向を鉛直方向
に対して80゜とした場合、単結晶シリコン中の酸
素濃度は約４×1017cm-3の低濃度とする。すなわ
ち、磁場の方向を鉛直方向に対して80〜10゜の範
囲で変化させることにより、単結晶シリコン中の
酸素濃度を４〜18×1017cm-3の広い範囲で制御す
ることができる。しかも、単結晶シリコンの成長
方向の酸素濃度はある範囲におさまり、そのばら
つきは小さい。 下記表に従来及び本願の引上装置を用いた場合
の単結晶シリコン引上げ中の溶融シリコンの温度
変化と、引上げられる単結晶シリコンの酸素濃度
範囲をまとめて示す。
る。 半導体装置の製造に用いられる半導体単結晶は
主にチヨクラルスキー法（CZ法）によつて製造
されている。この方法は単結晶シリコンを製造す
る場合を例にとれば、ルツボ内でシリコン原料を
溶融し、この溶融シリコンに種結晶を浸して回転
しながら引上げることにより単結晶シリコンを製
造するものである。 以下、従来の単結晶半導体引上装置を第１図を
参照して説明する。 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６，７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８が吊下されており、種結晶９を保持して
いる。 上記引上装置を用いたCZ法による単結晶シリ
コンの引上げは、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１０に種結晶９を浸し、ルツボ４
及び種結晶９を逆方向に回転させながらチエーン
８を引上げることにより単結晶シリコン１１を引
上げるものである。 ところで、単結晶シリコンの引上中において、
ルツボ４内の溶融シリコン１０中では第２図に示
すような対流が起こつている。図中１２は主にル
ツボ４中心部で起こる、回転に伴うラセン状の強
制対流（以下、対流ａと略記する）、１３は主に
ルツボ４周辺部で起こる熱対流の鉛直方向成分
（以下、対流ｂと略記する）、１４は前記熱対流の
水平方向成分（以下、対流ｃと略記する）であ
る。 単結晶シリコンの物性、例えば比抵抗あるいは
酸素濃度は結晶成長界面近傍における溶融シリコ
ンの温度分布、不純物濃度、酸素濃度によつて大
きく影響を受ける。従来のCZ法では上述した対
流ａ〜ｃのために±５℃程度の温度変化が生じて
温度分布が不均一となり、また不純物濃度、酸素
濃度もばらつくので成長方向、径方向とも比抵抗
分布、酸素濃度の均一性が悪い。このため超LSI
用の高品質なウエハを供給することが困難であつ
た。 そこで、溶融シリコンに磁場を加することによ
り対流を抑制して単結晶シリコンの物性の向上す
ることが行なわれている。ここで、磁場を印加す
る方法としてはルツボ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、溶融シリコンに水平方向の磁場を印加
するもの（以下、横型MCZと略記する）と、ル
ツボの周囲にリング状の電磁石を配置し、溶融シ
リコンに鉛直方向の磁場を印加するもの（以下、
縦型MCZと略記する）とがある。 上記横型MCZでは前記対流ａ及びｂを抑制す
ることができるので、単結晶シリコンの成長方向
における巨視的な比抵抗分布、酸素濃度分布の均
一性は向上する。しかし、対流ａを抑制する効果
は少ないため、結晶成長界面近傍での温度分布等
は依然としてばらつきがかなり大きい。したがつ
て、単結晶シリコンの成長方向における微視的な
物性の均一性はそれほど向上しないし、径方向に
おける物性の均一性はほとんど改善されないこと
が判明した。 一方、縦型MCZでは前記対流ｃを抑制するこ
とができるので、結晶成長界面近傍での温度分布
等をかなり均一化することができる。このため、
単結晶シリコンの成長方向、径方向のいずれにお
いても微視的な物性の均一性を向上することがで
きる。しかし、対流ａ及びｂを抑制する効果は少
なく、石英ルツボと溶融シリコンとの反応によつ
て生成するSiOの溶融シリコン融液面への移動量
にばらつきが生じるので、特に単結晶シリコンの
成長方向の酸素濃度分布は望ましいものとならな
いことが判明した。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、比抵抗、酸素濃度等の物性を均一化し、しか
もこれらの値を任意に制御して、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、
ルツボ内の溶融半導体原料に鉛直方向に対して所
定角度傾いた方向に磁場を印加する手段を設けた
ことを特徴とするものである。 このように磁場を印加すれば、鉛直方向、水平
方向のいずれにおいても対流を抑制することがで
き、単結晶半導体の物性を均一化することができ
る。 なお、本発明において印加すべき磁場の方向は
鉛直方向に対して10〜80゜であることが望ましい。
これは10゜未満であると、水平方向の対流を抑制
する効果が少なく、また、80゜以上であると、鉛
直方向の対流を抑制する効果が少ないため、いず
れも物性の均一性を向上する効果が少ないためで
ある。 以下、本発明の実施例を第３図〜第５図を参照
して説明する。 第３図に示す如く、引上装置本体は従来のもの
と全く同一であり、そのチヤンバー１の外側には
リング状の超電導マグネツト１５が、その軸を鉛
直方向に対して45゜傾けて配置されている。この
超電導マグネツト１５には図示しない液体ヘリウ
ム冷凍機が付属されており、半永久的に励磁を続
けることができる。 上記引上装置により溶融シリコン１０に鉛直方
向に対して45゜傾いた方向に磁場Ｂを印加するこ
とができる。 しかして、上記引上装置によれば、磁場Ｂのｘ
軸方向成分Bxによつて熱対流の水平方向成分
（対流ｃ）を抑制することができ、磁場Ｂのｚ軸
方向向成分Bzによつて強制対流（対流ａ）及び
熱対流の鉛直方向成分（対流ｂ）を抑制すること
ができるので、単結晶シリコン引上げ中の結晶成
長界面近傍における溶融シリコンの温度分布、不
純物濃度、酸素濃度を均一化することができる。
したがつて、単結晶シリコンの成長方向、径方向
のいずれにおいても比抵抗分布及び酸素濃度分布
を均一化することができる。 事実、上記実施例の引上装置、横型MCZ
及び縦型MCZによつてそれぞれ引上げられた
単結晶シリコンについてその成長方向の微小部分
の比抵抗及び酸素濃度を測定したところこれらの
分布が均一化していることが確認された。この結
果を第４図及び第５図に示す。なお、比抵抗は４
点法により、酸素濃度はフーリエ変換赤外吸収ス
ペクトルによりそれぞれ測定した。 第４図から明らかなように横型MCZでは微
小比抵抗のばらつきが大きく、最大値と最小値に
約10％の違いがあつた。また、縦型MCZでは
分布の均一性が向上し、最大値と最小値に約２％
の違いがあつた。更に、上記実施例の引上装置
では分布はより均一化し、最大値と最小値の違い
は２％以下になつた。 また、第５図から明らかなように横型MCZ
では酸素濃度のばらつきが大きく最大値と最小値
との差は1.5×1017cm-3であつた。縦型MCZにつ
いては図示していないが、ばらつきはそれほど小
さくならないうえに、全体的に酸素濃度がかなり
高くなつた。これに対して上記実施例の引上装置
では酸素濃度のばらつきが小さく、最大値と最
小値との差は1.0×1017cm-3となつた。 なお、上記実施例では磁場の方向を鉛直方向に
対して45゜としたが、この角度は10〜80゜の範囲で
任意に変化させることができる。このように磁場
の方向を変化させると、鉛直方向の対流の抑制度
合が変化するので、溶融シリコン融液面での酸素
濃度が変化し、単結晶シリコン中の酸素濃度の値
を広い範囲で容易に抑制することができる。例え
ば、磁場の方向を鉛直方向に対して10゜とした場
合、単結晶シリコン中の酸素濃度は約18×1017cm
-3の高濃度となる。一方、磁場の方向を鉛直方向
に対して80゜とした場合、単結晶シリコン中の酸
素濃度は約４×1017cm-3の低濃度とする。すなわ
ち、磁場の方向を鉛直方向に対して80〜10゜の範
囲で変化させることにより、単結晶シリコン中の
酸素濃度を４〜18×1017cm-3の広い範囲で制御す
ることができる。しかも、単結晶シリコンの成長
方向の酸素濃度はある範囲におさまり、そのばら
つきは小さい。 下記表に従来及び本願の引上装置を用いた場合
の単結晶シリコン引上げ中の溶融シリコンの温度
変化と、引上げられる単結晶シリコンの酸素濃度
範囲をまとめて示す。
【表】
また、上記実施例では印加する磁場の方向を単
結晶シリコン引上げ中、常に一定していたが、途
中で角度を変化させてもよい。この場合、引上げ
が進み、融液量が減少していくと、徐々に強制対
流の影響が大きくなつていくので、鉛直方向に対
する磁場の傾き方向を徐々に大きくしていくこと
が望ましい。 また、単結晶シリコン引上げ中に超電導マグネ
ツトの軸をコマのように回転させてもよい。この
ようにすれば、磁場Ｂのｘ軸方向成分Bxの方向
を変化させることができ、鉛直方向の対流を有効
に抑制できるので、酸素濃度の値をより一層広い
範囲に亘つて制御することができる。 更に、以上においては単結晶シリコンの製造を
例にとつて説明してきたが、本発明の引上装置は
GaAs等の他の単結晶半導体の製造にもそのまま
利用できる。 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、比抵抗、酸素濃度等の物性の分布
を均一化し、超LSI用の高品質な半導体ウエハを
供給できる等顕著な効果を奏するものである。
結晶シリコン引上げ中、常に一定していたが、途
中で角度を変化させてもよい。この場合、引上げ
が進み、融液量が減少していくと、徐々に強制対
流の影響が大きくなつていくので、鉛直方向に対
する磁場の傾き方向を徐々に大きくしていくこと
が望ましい。 また、単結晶シリコン引上げ中に超電導マグネ
ツトの軸をコマのように回転させてもよい。この
ようにすれば、磁場Ｂのｘ軸方向成分Bxの方向
を変化させることができ、鉛直方向の対流を有効
に抑制できるので、酸素濃度の値をより一層広い
範囲に亘つて制御することができる。 更に、以上においては単結晶シリコンの製造を
例にとつて説明してきたが、本発明の引上装置は
GaAs等の他の単結晶半導体の製造にもそのまま
利用できる。 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、比抵抗、酸素濃度等の物性の分布
を均一化し、超LSI用の高品質な半導体ウエハを
供給できる等顕著な効果を奏するものである。
第１図は従来の単結晶半導体引上装置の断面
図、第２図はルツボ内の対流の状態を示す説明
図、第３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４図は微小比抵抗分布を
示す特性図、第５図は酸素濃度分布を示す特性図
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、６，７…保温筒、８…チ
エーン、９…種結晶、１０…溶融シリコン、１１
…単結晶シリコン、１５…超電導マグネツト。
図、第２図はルツボ内の対流の状態を示す説明
図、第３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４図は微小比抵抗分布を
示す特性図、第５図は酸素濃度分布を示す特性図
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、６，７…保温筒、８…チ
エーン、９…種結晶、１０…溶融シリコン、１１
…単結晶シリコン、１５…超電導マグネツト。
Claims (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該ルツボ上方から
回転自在に吊下された種結晶を浸し、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、前記ルツボ内の溶融半導体原料に鉛直方向
に対して所定角度傾いた方向に磁場を印加する手
段を設けたことを特徴とする単結晶半導体引上装
置。 ２ 印加する磁場の方向が鉛直方向に対して10〜
80゜であ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引上装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13925483A JPS6033293A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 単結晶半導体引上装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13925483A JPS6033293A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 単結晶半導体引上装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6033293A JPS6033293A (ja) | 1985-02-20 |
| JPH0157079B2 true JPH0157079B2 (ja) | 1989-12-04 |
Family
ID=15241020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13925483A Granted JPS6033293A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 単結晶半導体引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6033293A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651481B2 (ja) * | 1987-09-21 | 1997-09-10 | 株式会社 半導体エネルギー研究所 | 超伝導材料の作製方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58217493A (ja) * | 1982-06-11 | 1983-12-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 単結晶の引上方法 |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP13925483A patent/JPS6033293A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58217493A (ja) * | 1982-06-11 | 1983-12-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 単結晶の引上方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6033293A (ja) | 1985-02-20 |
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