JPH0474789A - 半導体単結晶引上方法 - 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、成長縞が低減化された半導体単結晶を得るこ
とができる半導体単結晶引上方法に関する。

［従来の技術］ 従来より半導体単結晶をチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ　Ｍｅｔｈｏｄ　：　ＣＺ法）にて成長
させた場合に、半導体結晶材料の融体の熱対流、振動な
どにより、−旦成長した半導体結晶が部分的に再融解し
、あるいはルツボから溶出した酸素が成長過程で不規則
に取り込まれるために、結晶欠陥や成長縞を発生するこ
とはよ（知られている。

そこで、熱対流や振動などの融体の不要な動きを抑制し
つつ結晶を引上げる方法として磁場印加チョクラルスキ
ー法（ＭＣＺ法）が提案され、結晶中の成長縞の発生を
抑制するのに有効であることが報告されている（Ｋ、Ｈ
ｏ５ｈｉ、　Ｔ、５ｕｚｕｋｉ。

Ｙ、０ｋｕｂｏ　ａｎｄ　Ｎ、　Ｉｓａｗａ　：　Ｅｘ
ｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆＥｌｅｃｔｒ
ｏｃｈｅｍ、、１９８０．　ｐ、８１１）。

上記ＭＣＺ法によって単結晶を引上げる場合、ルツボの
周囲に配置された加熱手段による熱中心のずれを補償す
るためにルツボを回転しながら結晶引上げを行ない、真
円断面形状を有する単結晶を得る方法が採用されている
。従って、ルツボの回転によって温度の高低を経ること
になって引上げ育成された単結晶にルツボ回転に基づ（
成長縞が発生し、成長縞の発生防止はいまだ不十分であ
った。

上記ルツボの回転に基づ（成長縞の発生を抑制しつつ、
熱中心のずれを補正して成長縞のない真円断面の結晶を
育成する方法として、特公昭６１−２１１９５号公報は
、結晶材料の融液または溶液が収容される容器の外周部
に該容器の垂直方向に沿って互いに分割され独立に制御
されて上記融液または溶液の水平方向の温度分布を均一
にする発熱体（分割ヒーター）で加熱し、磁場を印加し
ながら単結晶を引上げる方法を開示している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記のような分割ヒーターで水平方向の温度
分布を均一にしようとしても、その制御は非常に困難で
あり、水平方向の熱バランスをとれず、結晶が異常成長
して真円断面のものが得られず、また、制御性の悪い加
熱による温度の高低を経ることによる成長縞の発生が新
たに生じるという問題がある。

本発明は上記の点を解決しようとするもので、その目的
は、真円断面状の半導体単結晶を成長縞が極限にまで低
減化された状態で得ることができる半導体単結晶引上方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、容器中に収容された半導体結晶材料の融体よ
り当該半導体結晶を引上げる磁場印加弓上法において、
当該容器の回転速度を０．２〜５ｒｐｍとし、融体に印
加される磁場の強度を２０００〜５０００ガウスとした
ことを特徴とするものである。

本発明においては、半導体結晶材料の融体を収容する容
器を回転速度０．２〜５ｒｐｍの回転速度で回転させる
。容器を５　ｒｐｍを超える回転速度で回転させると融
体に強制流や振動が生じ、−旦成長した結晶が部分的に
再溶解し、成長縞や結晶欠陥発生の原因となり、また、
ルツボ内壁と融体との間の摩擦によりルツボから融体内
に混入する酸素濃度が高くなる。一方、ルツボを全く回
転させないと融体の熱分布の対称性が悪（なり、結晶の
異常成長をもたらし、真円断面状の半導体単結晶を得る
ことができないことから０．２ｒｐｍ以上の回転速度の
ルツボ回転が必要となる。

また、本発明においては、融体に２０００〜５０００ガ
ウスの磁場を印加する。２０００ガウス未満では融体の
実行的粘性を高め熱対流やルツボ回転により生じる強制
流を抑制することができない。

なお、熱対流の流れ方向に対し磁場を直交させると熱対
流の抑制に効果的であり、この意味で水平磁場を印加す
るのが好ましい。

次に、図面を参照しつつ本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の方法に用いるシリコン単結晶引上げの
ための装置例の概要を示す軸断面図である。

第１図において、８はルツボである。ルツボ８は、密閉
炉２の中央内部に配置され、上方側が開口し、石英（Ｓ
ｉｎ、）で形成されている。そして、ルツボ８の内部に
は、シリコンが収容される。ルツボ８の周囲には加熱手
段９が配置されており、ルツボ８内のシリコンを加熱溶
融して融液状にする。なお、シリコンの融点は約１４２
０℃のため、加熱手段９は少なくともシリコンを前記融
点にまで加熱し得る加熱電力を有するものが必要となる
。

シリコンの融体１０の表面には、の単結晶シリコンより
なる種結晶１１が接触して配置される。種結晶１１は引
上げチャック１２を介して回転軸１３に連結する。回転
軸１３にはウオームギヤ１４が固定され、モータ１５に
連結するピニオンギヤ１６により回転駆動される。回転
により融体の種結晶接触部には拡散層が形成される。一
方、回転軸１３は軸受Ｉ７等を介し、引上げ具１８に係
着支持される。引上げ具１８は外周に細目ねじが形成さ
れている。細目ねじには、モータ２０およびピニオンギ
ヤ２１で回転されるウオームねじ１７が螺合する。以上
の構造により、種結晶１１はモータ１５により回転駆動
されると共に、モータ２０による引上げ具１８の軸線方
向（上下方向）の移動により回転軸線方向に引上げ、ま
たは引き下げ方向に移動される。

ルツボ８は密閉炉２の底面に回転可能に支持され、その
底面に載置されるモータ２２により回転される。

一方、密閉炉２の外側には直流磁場を発生する電磁石等
からなる磁場発生手段２３が配置されている。なお、磁
場発生手段２３は種結晶Ｈの回転軸方向に直交する水平
磁場を形成するように配設される。

ルツボ８内の融体１０中にはルツボ８から酸素が溶出し
、この融体中の酸素は一部ＳｉＯガスとして融体１０の
表面から密閉炉１２内に蒸発する。

密閉炉２内には、アルゴンガスが供給されようになって
いる。アルゴンガスはアルゴンガス供給源３からモータ
５で駆動されるポンプ４により、供給口６を介して密閉
炉２内に供給され、密閉炉２に充満しているＳｉＯガス
を伴い、排出ロアから排出される。

シリコン単結晶棒１を引上げるには、まず、密閉炉２内
にアルゴンガスを通過させると共に、ルツボ８のまわり
に水平磁場を形成する。同時にルツボ８内のシリコンを
加熱手段９により加熱し適温の融体ｌＯを形成する。次
に、ルツボ８を０．２〜５ｒｐｍの範囲の中の所定の回
転速度で回転させる。

そして、種結晶１１をルツボ回転と逆方向に回転しつつ
低速で引上げ方向に移動する。以上の動作によりシリコ
ン単結晶棒１が形成されることになる。種結晶１１を引
き上げる速度については特に数値限定するものではない
が、例えば７．５ｃｍ／時程度以下のごく低速の引き上
げ速度が採用される。

［作用コ 磁場印加引上法において、半導体結晶材料を収容する容
器の回転速度を０．２〜５　ｒｐｍという低い値に設定
することにより融体に強制流や振動を生じるのを抑え、
−旦成長した結晶が部分的に再溶解したりすることが防
止され、また、２０００〜５０００ガウスの磁場が印加
されているために、上記強制流や振動の抑制はより効果
的に達成されるため、成長縞や結晶欠陥の発生が低減化
される。

さらに、０．２〜５　ｒｐｍという回転速度で容器を回
転しているために熱分布の対称性が良く、結晶が異常成
長したりすることがなく、真円断面状の半導体単結晶を
得ることができる。

また、２０００〜５０００ガウスという強い磁場を印加
し熱対流、強制流、振動等を抑制し、しかも容器を０．
２〜５　ｒｐｍという低速度で回転しているために、融
体と容器の壁面との摩擦による容器構成成分の溶解混入
を防止することができ、例えば、半導体結晶材料がシリ
コンで容器が石英ルツボの場合に、シリコン単結晶に導
入される酸素原子濃度を非常に低いレベルにまで低下さ
せることができる。

［実施例］ 次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 直径４５０ｍｍの石英ルツボに６０Ｋｇのシリコンをチ
ャージし、直径１５０　ｍｍのｐ型（〜１ｏΩ・ｃｍ）
結晶を育成した。磁場印加方向は水平方向で印加磁場の
強度は３０００ガウスで一定とし、結晶回転は２０ｒｐ
ｍで一定として、石英ルツボの回転を結晶回転とは逆方
向に０．５　、１．０．２．０．４．Ｏｒｐｍの４段階
にふり単結晶を育成した。成長縞の評価は縦割りにした
試料をＮ　ａ　Ｎ　Ｏｓを溶解したＨＦ水溶液中で可視
光を当てながらエツチングし、その後、光学顕微鏡によ
り成長縞を観察した。石英ルツボ回転０．５ｒｐｍの場
合の結果を代表例として第２図に示す。

比較例１ 磁場を印加せず、ルツボ回転速度を０．５ｒｐｍとし、
その他については実施例１と同様にして、結晶を育成し
、実施例と同様にして成長縞の観察を行なった。その結
果を第３図に示す。

比較例２ 印加磁場の強度を３０００ガウスとし、ルツボ回転速度
を８　ｒｐｍとし、その他については実施例１と同様に
して結晶を育成し、実施例１と同様にして成長縞の観察
を行なった。その結果を第４図に示す。

〈成長縞の観察結果〉 第３図から、無磁界中で育成した結晶（比較例１）では
、エツチング法により、規則的な約５０μｍ間隔の成長
縞と不規則で長周期（約５００μｍ程度）の２段階の成
長縞が観察された。０．５ｒｐｍのルツボ回転で３００
０ガウスの磁界を印加すると（実施例１）、第２図に示
したように規則的な短周期の成長縞のみ観察された。さ
らに、印加磁場強度３０００ガウスにおいてルツボの回
転速度を８　ｒｐｍとすると（比較例２）、第３図から
無磁界中で育成した結晶と同様に不規則で長周期の成長
縞と規則的な短周期の成長縞の２種類が観察された。

以上のことから、ルツボを低速回転させても無磁界であ
れば、熱対流などの流れを抑制できないために成長縞の
発生は防止することができず（比較例１）、一方３００
０ガウスという高強度の磁場を印加してもルツボの回転
速度が大きい場合には、ルツボ回転により生じる流れを
抑制することができないことがわかる。これに対し、高
磁場印加の下でルツボ回転を低速度とした場合（実施例
１）は、熱対流、振動、ルツボ回転等に基づく強制流を
抑制することができ、これらの原因から生じる成長縞の
発生を防止することができることがわかる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように本発明によれば、真円断面
状の半導体単結晶を、成長縞が極限にまで低減化された
状態で得ることができる。また、容器の構成成分の単結
晶中への取り込みが少なく、例えば、半導体結晶材料が
シリコンで容器が石英ルツボの場合、低酸素濃度のシリ
コン単結晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用される装置の概要構造を示
す一部断面図、 第２図は実施例１で得られた結晶の成長縞の光学顕微鏡
による観察結果をスケッチした説明図、第３図は比較例
１で得られた結晶の成長縞の光学顕微鏡による観察結果
をスケッチした説明図、第４図は比較例２で得られた結
晶の成長縞の光学顕微鏡による観察結果をスケッチした
説明図である。 １・・・シリコン単結晶棒、２・・　密閉炉、３・・　
アルゴンガス供給源、４　　ポンプ、５　、１５．２０
．２２・・・モータ、６・・　供給口、７・・・排出口
、８・・・ルツボ、 ９・・・加熱手段、ｌＯ・・・融体、１１・・種結晶、
１２・・・引上げチャック、１３・・・回転軸、１４・
・・ウオームギヤ、１６．２１・・ピニオンギヤ、１７
・　軸受、１８・・引上げ具、 １９・・・ウオームねじ、２３・・磁場発生手段、２４
・・　熱対流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　容器中に収容された半導体結晶材料の融体より当該半
   導体結晶を引上げる磁場印加引上法において、当該容器
   の回転速度を０．２〜５ｒｐｍとし、融体に印加される
   磁場の強度を２０００〜５０００ガウスとしたことを特
   徴とする半導体単結晶引上方法。