JPH0329751B2

JPH0329751B2 -

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Publication number: JPH0329751B2
Application number: JP60173939A
Authority: JP
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1991-04-25
Also published as: DE3701733A1; JPS6236096A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、引上げ法によるSiやGaAsなどの半
導体あるいは無機化合物質などの単結晶の製造方
法およびその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

引上げ法は、チヨクラルスキー法とも言われ、
大径の単結晶インゴツトが得やすいなどの利点が
あるためSiやGaAsなどの単結晶の製造に実用さ
れている。しかしながら、この方法では、引上げ
の進行につれ、ＰやＢなどのドーピング元素が融
液中に濃縮されるため、単結晶の下方にいくに従
い、抵抗値が大幅に低下するという欠点があつ
た。

この欠点を解決する方法として例えば、第３図
に示す方法が知られている。（George Fiegl；
Solid State Technology，August，1983）この
方法によれば、融解用ルツボ３ａから、単結晶１
の引上げ用ルツボ３に融液輸送管１０を用いてSi
融液４を補給することにより、引上げ用ルツボ３
内のSi融液中のドーピング元素の濃度が上昇する
のを防止することができる。

しかしながら、この方法では、融液輸送管１０を融液が通過する際に、融液
が凝固しないように融液輸送管１０を1500℃程
度に加熱する必要がある。また融液が不純物で
汚染されるのを防ぐため、融液輸送管１０は、
高純度の石英管を使用する必要がある。ところ
が石英は、1500℃程度では軟化してしまい、Si
融液が、管内に入つているような状態では形状
を維持できない。したがつて、石英管の外部を
グラフアイトで補強し、その外側から加熱する
ような複層構造にする必要があるが、この場合
には、グラフアイトで、融液が汚染される問題
がある。更に、融液輸送管１０の加熱温度によ
り、供給される融液の温度が変わるため、結果
として、引上げ用ルツボ３内の融液の温度が変
化することになる。融液の温度変動は引上げの
外乱となるため、供給する融液は、引上げ用ル
ツボ３内の融液の温度と同じにする必要がある
が、融液輸送管１０を通過する融液温度を測定
することは非常に困難であるため、供給される
融液の温度制御は難しい。

また、２つのルツボ３，３ａを加熱および温
度制御するコストが高いことなどの欠点があつ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

既に説明した従来法の欠点を解決するために、
融液輸送管１０や融解用ルツボ３ａを使用せず、
第４図に示すように多結晶Si原料２を引上げ用ル
ツボ３に直接補給する実験を行つた。その結果、
第４図に示す方法では、単結晶１のインゴツト面
内のドーピング元素濃度、言い換えると抵抗値の
ばらつきが非常に大きくなるという欠点があるこ
とがわかつた。本発明はこの欠点を解決し、原料
の直接補給を可能にする方法を提供する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、溶融物質から引上げ方法にて単結晶
を製造する方法において、収容容器内のルツボ側
壁近傍の溶融物質に下向きの進行磁場を印加しな
がら、かつ該溶融物質原料を該収容容器側壁近傍
の溶融物質に供給しながら種結晶の引上げにより
結晶成長を行うことを特徴とする単結晶の製造方
法である。また、本発明の装置は上記方法の実施
に用いるものであつて、 (1) 加熱装置を備え溶融物質を収容する容器、 (2) 該容器の側壁の外周を取り囲んで設けられ容
器内の溶融物質に下向きの進行磁場を印加する
手段、 (3) 該溶融物質の原料を固体もしくは液体の状態
で前記収容容器側壁近傍の溶融物質に上方から
供給する手段、を設けたことを特徴とする単結晶の製造装置であ
る。

容器内に進行磁場を印加する手段は、溶融物質
収納容器の側壁を取り囲む電磁石とこれに低周波
交流電流を供給する電源（図示しない）とから成
る。

〔作用〕

本発明者らは、第４図に示す方法では、単結晶
インゴツト面内のドーピング元素濃度のばらつき
が大きい理由につき以下のように推論した。

第５図に示すように、加熱されるルツボ３（溶
融物質収納容器）内の融液４には熱対流１１が発
生する。従来の技術では、引上げ単結晶１を回転
し、強制対流１２を発生させることにより、熱対
流１１が固／液界面１３に到達するのを防いでい
る。

しかし、熱対流１１、強制対流１２は乱流であ
り、流れのゆらぎがあるため、熱対流１１の一部
が固／液界面１３に時々達するものと考えられ
る。従つてSi原料の供給位置を通過した熱対流１
１が固／液界面１３に達するとそれに対応する結
晶面のドーピング元素の濃度が他の部分より著し
く低くなるものと推定した。そこで、ルツボ３内
の融液４に下向きの進行磁場を印加し、該融液に
下向きの駆動力を与え、熱対流１１を抑止した。
この状態で原料多結晶Siもしくは、液状のSiをSi
融液４の表面近くに添加する方法によれば、単結
晶１面内のドーピング元素濃度のばらつきは増大
しないことを見出した。すなわち、本発明の要点
は、ルツボ３内の融液４に進行磁場を印加するこ
とにより、ルツボ側壁近くの上昇熱対流１１を弱
めるかあるいは抑止した上で、あるいは熱対流に
打ちかつ下向きの力を与えてむしろ下向きの流れ
を与えた状態で、固体または液体の原料を添加す
ることにある。

第１図と第２図に、本発明の装置の構成図を示
す。ヒータ５を備え、溶融物質（融液）４を収納
したルツボ溶融物質収納容器３から単結晶１を引
上げる装置が設けられている。これを取り囲むチ
エンバ外周７の外壁に、電磁石８を設ける。円筒
状の電磁石８は進行磁場を発生し、これをルツボ
内の融液４に印加し、融液４に下向きの駆動力を
与える。第７図は電磁石８の構成を示す図であ
る。電磁石８は、複数個に分割され、ルツボ３を
取り囲むように配置された鉄芯１４とコイル１５
とから構成されている。コイル１５は鉄芯１４の
切欠部４個所にルツボ３を取り囲むように環状に
巻き付けられている。そして、上段２段のコイル
１５ａ，１５ｂと下段２段のコイル１５ｃ，１５
ｄとの巻き方向を逆方向にしている。更に１段目
のコイル１５ａと３段目のコイル１５ｃには、同
一位相の電流Ｕ−Ｘを印加し、２段目のコイル１
５ｂと４段目のコイル１５ｄにはＵ−Ｘ相から位
相が90°ずれた電流Ｖ−Ｙを印加する。第８図に
は、第７図で説明した構成の電磁石８によつて得
られる磁極の様子を示した。時間t₀においてＵ−
Ｘ相の電流が、プラスの最大値であつたとすると
Ｖ−Ｙ相は位相が90°ずれているため電流が流れ
ない。その結果、コイル１５ａと１５ｃに電流が
流れることになる。また、コイル１５ａと１５ｃ
は、その巻き方向が逆であるので、コイル１５ａ
をはさむ鉄芯１４のａ，ｂの部分がＳ極、Ｎ極に
磁化されたとすると、コイル１５ｃをはさむ鉄芯
１４のｃ，ｄの部分はＮ極、Ｓ極に磁化される。
次に時間t₁においては、鉄芯１４の１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅの部分が各々Ｓ極、Ｎ極、Ｎ
極、Ｓ極と磁化される。更に時間t₂においては、
Ｕ−Ｘ相の電流がマイナスの最大値になるので、
鉄芯１４の１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの部
分は各々Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極と磁化される。
このような作用により、磁極が下方向に移動する
進行磁場を発生することができる。また、磁極が
下方向に移動する際には、フレミングの法則に従
い融液４に下向の駆動力を生じさせることができ
る。なお、第７図、第８図ではコイルの組が１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの４組の場合につい
て説明したが、これは４組に限らず、４組の整数
倍であれば何組でもよい。原料多結晶２の供給手
段はその内容を問わないが上方からルツボ３内に
固体状の原料多結晶２（第１図）、または入射窓
９から例えばレーザ光などの輻射光を照射されて
液状とした原料多結晶２（第２図）を融液４に供
給する。これにより、多結晶原料は融液４内を下
降して混合され融液４中へのドーピング元素の濃
縮を抑止する。第１図に示す構成では、原料多結
晶が直接融液４に供給されており、第２図に示す
構成では、原料多結晶２を湯面上に供給し、この
下端部付近に入射窓９からレーザ光を照射して
徐々に融解し、原料２を液体状態で融液４に供給
する構成が示されている。

第２に示す実施態様については、レーザ光以外
に例えばキセノンランプの光を集光した輻射光線
を用いることもできる。

〔実施例〕実施例１第１図に示す装置を用いてＰドープｎ型Si単結
晶の引上げを行つた（実施例１）。進行磁場の周
波数は100Hzとし、磁場の強さを20〜200ガウスに
変化させた。

なお、比較例として磁場零（磁場印加なし）で
多結晶添加を行わない場合（比較例１）と行う場
合（比較例２）についても引上げを行つた。実施
例１、比較例２では単結晶１およびルツボ３をそ
れぞれ20rpｍおよび2rpｍで逆向きに回転した。
一方、比較例１では、単結晶およびルツボ３をそ
れぞれ20rpｍおよび10rpｍで逆向きに回転した。

また、単結晶のシヨルダリング（肩付け）が終
了し、引上げが定常に入つた時点より、単結晶引
上げ速度（重量換算の速度）の1/2の速度で多結
晶Siを添加した。

なお、実施例１および比較例２では、引上げ結
晶の長さが比較例１と同じになるように、始めに
ルツボ内に装入するSi多結晶の量を少なくした。

Si多結晶追加添加の効果を調べるため、単結晶
の軸方向の抵抗変化を調査した。

単結晶インゴツトの肩部および尾部を除いた定
常引抜き期の長さに対し、抵抗値が±33％の範囲
内に入る部分の長さの比率が、比較例１では、60
％であるのに対し、実施例１およひ比較例２では
80％に増加した。すなわち、Si多結晶を追加添加
することにより軸方向の抵抗変化を少なくするこ
とができる。

次に単結晶インゴツトを加工してSiウエハを製
造し、該ウエハ面内の抵抗値を測定した結果第６
図を得た。進行磁場を印加せずに多結晶を追加添
加した比較例２では抵抗値のばらつきが17％と非
常に大きく、実用上の障害となつた。これに対
し、本発明の実施例１は、多結晶を追加しない通
常の引上げ条件である比較例１と比較して抵抗値
のばらつきが同等もしくはむしろ小さい値となつ
た。

実施例２第２図の装置を用いてSi単結晶の引上げを行つ
た。

進行磁場の周波数は50Hz、磁場の強さを160ガ
ウスとした。また、単結晶１およびルツボ３をそ
れぞれ20rpｍおよび10rpｍで逆向きに回転した。
また、定常引上げ期には、実施例１の場合と同様
引上げ速度の1/2の速度で多結晶Siを融液表面上
に供給し、その下端近くにレーザ光を照射し、該
多結晶Siを融解してSi融液上に落とした。

この実施例２でも、抵抗値が±33％の範囲に入
る部分の長さの比率は、実施例１と同様80％であ
つた。また、第６図に示すように、ウエハ面内の
抵抗値のばらつきも４％と低い値が得られた。

〔発明の効果〕

本発明により、単結晶面内の抵抗値の均一性を
悪化することなく、単結晶軸方向の抵抗値の変化
量を少なくすることができる。

本発明はSi以外の単結晶の引上げにも適用する
ことができる。例えば、GaAs単結晶引上げの際
にInやCrをドープする場合がある。この場合に
も、本発明を適用することにより、In濃度やCr
濃度の軸方向の変化量を少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す模式断面図、第２
図は本発明の構成を示す模式断面図、第３図、第
４図はそれぞれ原料多結晶を追加添加する従来法
の１例の説明図、第５図はルツボ内融液流動の模
式図、第６図は実施例と比較例のウエハ面内の抵
抗値のばらつきを示すグラフ、第７図は電磁石の
構成図、第８図は電磁石の作用を示す説明図であ
る。１……引上げ単結晶、２……原料多結晶、３…
…ルツボ（溶融物質収納容器）、４……融液、５
……ヒータ、６……熱シールド、７……チエンバ
外壁、８……電磁石、９……入射窓、１０……融
液輸送管、１１……熱対流、１２……強制対流、
１３……固／液界面、１４（１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄ，１４ｅ）……鉄芯、１５（１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）……コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１溶融物質から引上げ方法にて単結晶を製造す
る方法において、収容容器内のルツボ側壁近傍の
溶融物質に下向きの進行磁場を印加しながら、か
つ該溶融物質原料を該収容容器側壁近傍の溶融物
質に供給しながら種結晶の引上げにより結晶成長
を行うことを特徴とする単結晶の製造方法。２加熱装置を備え溶融物質を収容する容器と、
該容器の側壁の外周を取囲んで設けられ、容器内
の溶融物質に下向の進行磁場を印加する手段と、
該溶融物質の原料を固体もしくは液体の状態で前
記収容容器側壁近傍の溶融物質に上方から供給す
る手段とを設けたことを特徴とする単結晶の製造
装置。