JPH0416588A - 単結晶の製造方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ルツボ内の原料融液から単結晶を引き上げる
単結晶の製造方法及びその装置に係り、特に単結晶の引
き上げ量に応じて粒状原料をルツボ内に補給する単結晶
の製造方法及びその装置に関するものである。

し従来の技術］ 一般に、ＬＳＩ等の半導体基板材料として広く用いられ
るシリコン等の単結晶の製造には、ルツボ内の原料融液
から種結晶を用いて単結晶を引き上げるチョクラルスキ
法（ＣＺ法）が知られている。

二のＣＺ法では、用途に応じてボロン（Ｂ）、リン（Ｐ
）、アンチモン（Ｓｂ）等のドープ元素の添加により単
結晶の抵抗率を決定しているが、ドープ元素の多くは偏
析係数が１より小さいために、単結晶の引き上げにつれ
て原料融液内のドーグ元素濃度が増加するので、単結晶
の添加元素濃度か引き上げ方向の上部から下部に向かっ
て増加する。その結果、引き上げられた単結晶の一部の
みか所望の抵抗率範囲を満たすことになるので、歩留り
か低下する。特に、偏析係数の小さいＰやｓｂの場合に
は、所望の抵抗率範囲を満たす結晶長か全体の１７２〜
１７３程度とその収率が著しく低い。

このため、単結晶の引き上げ量に応じて単結晶原料を補
給する手段がいくつが提案されている。

例えば、ルツボ側方に加熱機構を有する原料補給槽を設
けて、溶融した原料をルツボ内に供給する引上装置（特
開昭５５−１３０８９４号公報）やルツボ内部に隔壁を
配設し、粒状原料を隔壁の外側融液に補給して補給原料
がルツボ内の熱対流によって内側融液（結晶成長域）に
流入するのを防止する二重構造ルツボを用いるＣＺ法か
ある。

：発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上述の溶融原、′料を供給する引上装置
や二重構造ルツボのＣＺ法では、いずれも特殊なルツボ
を加工して用いているために、ルツボか、破損したり残
液が残ることがら毎回その都度取り替えなければならな
い消耗品であるので２コストが高くなり、実用的ではな
い。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたもの
で、特殊なルツボを加工することなく連続引き上げを行
える単結晶の製造方法及びその装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、ルツボ内の原料
融液から単結晶を引き上げる単結晶の製造方法において
、上記ルツボ内の原料融液にこの液面に対してほぼ垂直
な縦磁場を印加しながら融液の外側域に粒状Ｎ料を補給
するようにしたものである。

また、ルツボ内の原料ｉｌＩ！！液から単結晶を引き上
げる単結晶の製造装置において、上記ルツボの外周に、
ルツボ内の原料融液にこの液面に対してほぼ垂直な縦磁
場を印加、するための磁場印加手段を設けると共に、二
の磁場印加手段により縦磁場が印加された原料Ｍ、液の
外側域に粒状原料を補給する補給手段を設けたものであ
る。

二作用二 上記構成によれば、ルツボ内の原料融液に縦磁場か印加
されることで、外側からの加熱により外側部分で上昇流
となり中心部で下降流となる対流か抑制されるため外側
域の融液が内側域（結晶成長域）に流入する二とか抑制
される。これにより、単結晶の引き上げ量に応じて粒状
原料か融液の外側域に補給されると、補給された粒状原
料は外側域で溶融されてから内側域に流入することにな
り、粒状原料による単結晶化の阻害がほとんどなくなる
。二のため、特殊なルツボを加工することなく、ルツボ
内の融液濃度を常にほぼ一定に維持しながら原料融液か
ら単結晶を連続的に引き上けることかできる。

：実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図において、１は真空チャンバを示し、その内部中
央部にはルツボ受皿２に配置されなルツボ３が設けられ
、二のルツボ３内のシリコン等の原料融液４がら柱状力
単結晶５が引き−Ｆげられる。

ルツボ受皿２の下部には、昇降自在がっ回転自在なルツ
ボ回転軸６が取り付けられている。また、ルツボ受皿２
の周囲には、ｔＬツボ３を囲繞し、ルツボ３を介して原
ｎＭｔ液・１を加熱するヒータ７が周設され、このし−
タ７と真空チャンバ１との間に熱遮蔽板８が配設されて
いる。

真空チャンバＩの上部中央部には、単結晶５の収納筒９
が立設されていると共に、上部周縁部には、石英製の補
給チューブ１ｏの先端開口部を原料融液４に臨ませるよ
うにチューブ１ｏを上下左右移動自在に支持する傾動１
１ｉ！ｓｌｌが設けられている。その傾動機構１１には
、補給手段としての原材料供給装置１２が連結され、こ
の供給装置１２からのシリコン等の粒状原料が補給チュ
ーブ１０を介して原料ｌ１ｆｉ液４に連続的あるいは間
欠的に補給されるようになっている。また、補給チュー
ブ１０の先端には、補給原料の粉塵等が原料融液４内側
域（結晶成長域）へ飛散するのを防止するための高純度
石英で形成された飛散防止板１３が原料融液４面に臨む
ように設けられている。

さらに、真空チャンバ１の外周には、ルツボ３の中心軸
とほぼ同軸になるように磁場印加１段１４を構成する磁
場コイル１５が周設されている。

この磁場コイル１５は、原料融液４面に対して直交する
垂直方向に１０００ガウス以上の縦磁場を印加するよう
に構成され、その縦磁場によりルツボ３内の外側域から
内側域への原料融液４の流入が抑制されるようになって
いる。

尚、１６はシードホルダを示している。

以上において、先ず、ルツボ３内に原料シリコン（ポリ
シリコン）を山積みし、このルツボ３をヒータ７で加熱
してルツボ３内の原料シリコンを溶融する。このシリコ
ンの溶融時には補給チューブ１０は上限位置に引き上げ
ておく。

次に、ルツボ３を回転させると共に、種結晶（シード）
をルツボ３内の原料融液４に接触させて回転させながら
所定の速度で徐々に引き上げる。

これにより、結晶成長か行われ、柱状の単結晶５が得ら
れる。

この結晶成長時の引き上げられた単結晶５の抵抗率が所
望の範囲より下回らない前に、補給チューブ１０の先端
開口部をルツボ３内の外側域の原料融液４外側域に近接
させると共に、磁場コイル１５によりルツボ３内の原料
Ｍｉ４に１０００カウス以上の縦磁場を印加する。

そして、原料Ｍ液４に１０００ガウス以上の縦磁場を印
加しながら引き上げられる単結晶５の径及び品種に応じ
たドープ元素の偏析係数から予め計算した粒状シリコン
を、原材料供給装置１２から定量的にかつ連続的あるい
は間欠的に補給チューブ１０に供給して、その開口部か
ら原料融液４外側域に補給する。

補給された粒状シリコンは、瞬時に溶解しないために、
ルツボ３の回転により原料融液４の外側域の同心円上に
浮遊する。この浮遊する未融解のシリコンは、ヒータ７
で原料融液４が側面から加熱されることで起こる内部対
流により原料融液４の内側域（結晶成長域）に流入しよ
うとするが、原料融液４に１０００ガウス以上の縦磁場
が印加されているために、外１−１域の原料融液４か内
側域に流入することか抑制される。このため、未融解の
シリコンは、外側域内でヒータ７により十分に加熱され
るために、そこで溶融してから内側域に徐々に流入する
ことになる。尚、縦磁場を原料融液に印加して原ｆｌ融
液に補給された粒状シリコンか原料Ｍ液の外側域内で融
解するならば、１０００ガウス以下の縦磁場を印加する
ようにしてもよい。しかし、磁場強度がそれ以下では補
給シリコン量か多い場合には粒状シリコンが未溶融の状
態で原料融液の内側域に流入して引き上げ結晶の成長条
件を変化させ単結晶化を阻害する懸念があるので、１０
００ガウス以上の縦磁場を印加することが好ましい。

このように、補給された粒状のシリコンは、原料融液４
の外側域で溶融されてから内側域に流入することにより
、未融解シリコンによる単結晶化への阻害がほとんどな
くなるので、ルツボ３内の原料ｔｉ＋！！液濃度（原料
融液内での原料融液に対するドープ元素濃度）を常にほ
ぼ一定に維持しながら原料融１ｆ１１から単結晶５を連
続的に引き上げることかできる。このため、結晶全長に
わたり抵抗分布のほぼ−様な品質の単結晶５が得られる
ので、歩留りが向上すると共に、その収率も向上するこ
とになる。

したがって、粒状シリコンを原料融液４に補給しても、
単結晶５の成長条件に何ら支障を与えることがほとんど
ないので、従来のような特殊なルツボを用いることなく
、単結晶５の連続引き上げを行えることになる。

また、補給チューブ１０は上下左右に移動が可能ななめ
に、単結晶５の径に応じてＩ＆適位置にチューブ１０の
開口部を設定することができるので、粒状シリコンを原
料融液４に飛散させることなく落下することができる。

さらに、補給チューブ１０の開口部に飛散防止板１３が
設けられているので、粒状シリコンの原料融液４内側域
への飛散がより確実に防止されることになる。従って、
補給された粒状シリコンによる単結晶５の成長条件への
阻害が防止される。

また、真空チャンバ１内を高温（例えば約１４２０〜１
４５０℃）減圧下にするために、単結晶の成長条件の正
確な把握が困難であったが、粒状原料の補給チューブ１
０を用いて温度計測が可能であるので、チャンバ１内雰
囲気や原料融液４の広範囲な温度測定を正確に行える。

例えば、補給チューブ１０に熱電対を設けることで、そ
の熱電対により直接各部の温度測定を定量的に行え、こ
れら温度計測結果により原料融液４の流れ分布、チャン
バ１内のガスの流れ分布及び単結晶５の凝固過程のシミ
ュレーションに反映でき、より精度の高い予測が可能と
なる。

［発明の効果コ 以上要するに本発明によれば、ルツボ内の原料融液に縦
磁場を印加しながら原料Ｗ＆液の外側域に粒状原料を補
給したので、特殊なルツボを加工することなく、ルツボ
内の原料融液濃度を常にほぼ一定に維持しながら原料融
液から単結晶を連続的に引き上げることができるという
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一装置例を示す概略断面図である。 図中、３はルツボ、４は原料Ｍ液、５は単結晶、１２は
補給手段、１４は磁場印加手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ルツボ内の原料融液から単結晶を引き上げる単結晶
   の製造方法において、上記ルツボ内の原料融液にこの液
   面に対してほぼ垂直な縦磁場を印加しながら融液の外側
   域に粒状原料を補給するようにしたことを特徴する単結
   晶の製造方法。 ２、ルツボ内の原料融液から単結晶を引き上げる単結晶
   の製造装置において、上記ルツボの外周に、ルツボ内の
   原料融液にこの液面に対してほぼ垂直な縦磁場を印加す
   るための磁場印加手段を設けると共に、該磁場印加手段
   により縦磁場が印加された原料融液の外側域に粒状原料
   を補給する補給手段を設けたことを特徴する単結晶の製
   造装置。