JPH026381A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、二業上のＩＦ５ 本発明は、シリコン中結晶やゲルマニウム単結晶などを
製ｊ告する単結晶引上げ装置に関するものである。

（迷二口［【 二重ルツボ法は、内ルツボと外ルツボからなる二重構造
のルツボを用いて単結晶の引上げを行う方法である。内
ルツボにドーバン１〜を添加し、偏析係数に従って濃く
なるドーパントを外ルツボからの融液でうすめて結晶を
引上げる。内ルツボ内のドーパント８１度が定に保たれ
るので、抵抗率が均一な結晶を得ることができる。ただ
、通常のＣＺ（引上〉法に二重ルツボ法を適用すると、
酸素濃度が２０Ｘ１０”　（△５１−Ｍ　　Ｆ１２１−
７９以Ｆ同様＞／ｃｍ３Ｃｌ上になってしまい、通常用
いられるｆＦ）ｊｌｉｉａ１度（５〜１８　Ｘ　１０　
”　／ｃａｎ３）を越えＣしようため問題となっていた
。第３図を参照。ただし第３図で、△領域はＣ７法に二
重ルツボ法を適用した場合のＩｌ！Ｓ溌度の制御範囲、
Ｂ領域はＭＣＺ法に二重ルツボ法を適用した場合の酸素
濃度の制御範囲を示している。

また、二重ルツボ法においては、内ルツボと外ルツボの
上縁の高さは内ルツボが低いのが常であつｌζ。

ＭＣＺ法はＭａｇｎｅｔｉｃ　　Ｆｉｅｌｄ　　Ａｐｐ
ｌｉｅｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｙ　　Ｍ　ｅｔｈｏｄの
略であるｎＭＣＺ法では、ＣＺ（引上）法による単結晶
引上げの際、融液（例えばシリコン融液）に強力な静磁
場を加える。この静１１場ににって熱対流によるシリコ
ン融液の撹拌を抑制し、熱的および化学的に安定した状
態で結晶成長を行う。

このＭＣＺ法には、横磁場をかける方式と縦磁場をかけ
る方式がある。ＭＣＺ法によれば、酸素濃度制御が容易
であり、通常のＣＺ法では製造困難な１〜１０Ｘ　１０
”　ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３と酸素８１度が小さい結晶の
育成が可能である。

−重ルツボ法とＭＣＺ法を組合せることにより、２つの
方法の長所を生かし、Ｍ索濶度が低くしかも抵抗率が均
一である単結晶を製造する方法が提案されている。

が　　しようとする ＭＣＺ法（横磁界）においては、例えばシリコン融液の
（垂直方向の）対流が抑制される。このためシリコン溶
液の熱交換は主に水平方向で行われ、通常のＣＺ法に比
ベルツボの径方向の温度差が小さくなる。

ＭＣＺ法と二重ルツボ法を組み合せて行う場合には、こ
の径方向の温度差の問題を無視することができなくなる
。すなわち、内ルツボで熱が遮蔽され、ＭＣＺＣ用法の
場合よりもさらに温度差が小さくなる（熱応答も悪くな
る）。このため結晶引上げに際（）内ルツボから多結晶
が析出し易くなり、得られる単結晶の品質に問題があっ
た。また、引上げ速度を大きくすると、いっそう多結晶
が析出し易くなるので引上げ速度を小さく押えなければ
ならず、単結晶の生産能率を、トげることができなかっ
た。

ＲＪトへｌ」頗 前述の問題点に鑑み、本発明は酸素濃度が低くしかも抵
抗率が均一である単結晶を効率よく得ることができる単
結晶引上げ装置ＩＮ！を提供することを目的としている
。

１吐【Ｌｉ 前）出の目的を達成するために、この発明は請求項に記
載の単結晶引上げ装置を要旨としている。

を　　するための 本発明の単結晶引上げ装置は、内ルツボと外ルツボから
なる２重ルツボを備えた単結晶引上げ装置において、２
重ルツボの外側に磁石を設け、この磁石が形成する静磁
場内で単結晶の引上げを行う構成にし、さらに内ルツボ
の上縁を外ルツボの上縁よりも高く構成することを特徴
とする。

静磁場を発生するための磁石として、超伝導マグネット
を用いてもにい。また、静磁場は横磁場と１！１磁場の
いずれでもよい。

作」Ｌ 例として、単結晶シリコンを製造する場合について説明
する。内ルツボ２２の上部がヒータ２４からの熱を受け
て熱せられ、この熱が内ルツボ２２の下部に伝わり、内
ルツボ近傍の溶融シリコン２３を加熱する。従って、ル
ツボ内の溶融シリコン２３番よ内ルツボの内径方向に適
当な温度差を持つことになる。このため、引、トげ速度
を大きくｌノでも多結晶が析出しずらくなる。

え九九 以下図面を参照して本発明による単結晶用トげ装置の実
施例について説明する。

単結晶引上げ装＠１０は磁石１１を有している。磁石１
１は静磁場を形成し、ぞの静磁場の中でシリコン等の半
導体の単結晶を引上げる構成になっている１、磁石１１
としては、超電導マグネットを用いることも可能である
。

１１場の方向は横磁場、縦磁場のいずれでもＪ：いが、
通常は横磁場の中で引上げを行う。

磁石１１の内側には減圧容器２７が設けである。減圧容
器２７には、容器室内２８を所定雰囲気に設定するため
のポンプ系が接続しであるが、図面では省略している。

減圧容器２７の中央部には、内ルツボ２２と外ルツボ２
１からなる２車ルツボが設けである。

ルツボの回りには、半導体材料（例えばシリコン２３〉
を加熱するためのヒータ２４が設けである。

ヒータ２４の外側には断熱材２９が設置べしである。

内ルツボ２２の上縁は外ルツボ２１の上縁よりも高く（
例えば３０〜７０ｍｍ程度）形成しである。従って、内
ルツボの上部はヒータ２４からの熱を直接受ける。この
熱は内ルツボの上部から下部へ伝わり、内ルツボの近傍
の溶融シリコン２３を加熱づる。従って、ルツボ内の溶
融シリコン２３は内ルツボの内径方向に適当な温度差を
持つことになる。ただし、引−Ｌげを行う際、直胴部が
終る直前までルツボの先端はヒータの高さをこえてはい
けない。

内ルツボ２２と外ルツボ２１は石英ガラス史カーボン等
の材料で構成することができる。

また、内ルツボの下部には、例えば直径５ｍｍ。

長さ１５０ｍｍの管を設置し、内ルツボと外ルツボを連
絡する。しかし、図面では筒中のために図示していない
。

なお、内ルツボ２２の上縁の高さと外ルツボ２１の上縁
の高さを調整することにより、溶融シリコン２３の温度
分布を所望の分イｂにすることができる。また、内ルツ
ボ上部に熱伝導のよいものく例えばカーボンなど）をか
ぶぜ、ヒータからの輻射を吸収し易くしてしよい。

２中ルツボの上方には単結晶つり上げ装置２５が設けで
ある。また、２Ｌｒ！ルツボの下方にはルツボ回転支持
装置２６が設置されている。

第１図は例として、単結晶シリコン２３′が単結晶つり
上−げ装置２５によってつり上げられている状態を模式
的に示している。

次に、本発明の単結晶引上げ装置を用いて単結晶シリコ
ンを製造した実験例について述べる。

第１図に示した単結晶引上げ装置の内ルツボ及び外ルツ
ボに２０ｋ（］　　ｐｏｌｙシリコンをチセージし、ド
ーパントとしてリン（Ｐ）を添加した。横磁界の静磁場
０．３Ｔ＜テスラ）かけ、方位（１１１）で５インチの
結晶を引上げた。

シリコン単結晶の引上げは、平均用−Ｆげ速度１　、０
８　ｍｍ／ｍｉｎで行った。これは、通常のＭＣＺ法に
よる２重ルツボ引上げ速度的０゜８ｍｍ／ｍｉｎに比べ
３５％大きい速度である。

また、引上げた結晶の抵抗率分布は第２図のようになり
ほぼ一定となり良好であった。

本発明は前）小の実施例に限定されない。例えば、本発
明の２市ルツボの構成は通常の２弔ルツボ法（ＣＺ払）
による単結晶引上げ装置に適用することもできる。

１吐悲１皿 本発明の単結晶用−トげ装置によれば、酸素濃度が低（
しかも抵抗率が均一である単結晶を効率Ｊ：＜得ること
ができる。また、引上げ速度を大幅に向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による甲結晶引、トげ装置の実施例を示
１概念図、第２図は第１図に示した単結晶用」二げ装置
及び通常の単結晶引上げ装置Ｎによって製造した単結晶
シリコンの抵抗率を示すグラフ、第３図はＣＺ法に二重
ルツボ法を適用した場合の酸素Ｒ度の制御範囲（領域Ａ
）とＭＣＺ法に二重ルツボ法を適用した場合の酸索濶度
の制御範囲（ダ１域［３）を示すグラフである。 １０・・・単結晶用トげ装置 ２つ・・・断熱祠 ２１・・・外ルツボ ２２・・・内ルツボ ２３・・・溶融シリコン ２３−・・・単結晶シリ」ン ２４・・・ヒータ ２５・・・単結晶つり上げ菰（１ｙ ２６・・・ルツボ回転支持装置 ２７・・−減圧容器 ２８・・・容器室内 第１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内ルツボと外ルツボからなる２重ルツボを 備えたＭＣＺ法の単結晶引上げ装置において、内ルツボ
   の上縁を外ルツボの上縁よりも高く構成することを特徴
   とする単結晶引上げ装置。