JPH08319192A - シリコン単結晶の育成方法 - Google Patents

シリコン単結晶の育成方法

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JPH08319192A JP12211195A JP12211195A JPH08319192A JP H08319192 A JPH08319192 A JP H08319192A JP 12211195 A JP12211195 A JP 12211195A JP 12211195 A JP12211195 A JP 12211195A JP H08319192 A JPH08319192 A JP H08319192A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 種結晶をシリコン融液に接触させた際の熱応
力を緩和させ、転位の発生を防止し、種絞り工程の時間
をより一層短縮し、かつ大重量単結晶を確実に支持す
る。 【構成】 チョクラルスキー法により種結晶21の先端
部をシリコン融液23に接触させてシリコン単結晶を育
成する。種結晶21の先端部にレーザ光線を照射して先
端部を融解させることにより先端部を液滴形状にした
後、液滴形状の先端部をシリコン融液23に接触させ
る。レーザ光線は炭酸ガスレーザであることが好まし
い。種結晶21の液滴形状の先端部をシリコン融液23
に接触させて接合部23aを形成した後、レーザ光線の
出力を低下させて接合部23aを固化させることが更に
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法
(以下、CZ法という)によりシリコン融液から単結晶
を育成する方法に関する。更に詳しくは、種結晶をシリ
コン融液に接触させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶の育成方法として
ルツボ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン
単結晶を成長させるCZ法が知られている。この方法
は、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接
触させ、種結晶を引上げてシリコン融液から種絞り部分
を作製し、その後目的とするシリコン棒の直径まで結晶
を徐々に太らせて成長させることにより、必要な面方向
を有する無転位の単結晶棒を得る方法である。この単結
晶を得るに際しては種結晶がシリコン融液に接触する際
の熱応力のために種結晶にスリップ転位が導入され、無
転位の単結晶を得ることが困難であるために通常Das
h法が広く利用されている(W. C. Dash, J.Appl. Phys.
29 736-737(1958))。このDash法は種結晶をシリコ
ン融液に接触させた後に直径を3mm程度に一旦細くし
て種絞り部分を形成することにより、種結晶に導入され
たスリップ転位から伝播した転位を消滅させ、無転位の
単結晶を得るものである。即ちDash法では、種結晶
から引き続き成長させる単結晶部に直径の小さい種絞り
部分が必要となる。
【0003】しかし近年の単結晶の大口径化にともなっ
て単結晶も大重量化し、従来の直径の極めて小さい種絞
り部分では大重量化した単結晶を支持するには強度が十
分でなく、種絞り部分の破損により単結晶棒が落下する
等の重大な事故を生じる恐れがあった。また、Dash
法では、種絞りを行うことに比較的長い時間を必要と
し、一度種絞りを失敗すると再び長時間かけてやり直す
必要があり、成長プロセスにおける効率低下という不具
合を招いていた。この点を解消するために、種結晶の先
端形状を楔状とし、シリコン融液との接触断面積を極力
少なくしたシリコン単結晶の種結晶が提案されている
(特開平5−139880)。この種結晶では、種結晶
の断面積が小さいことから、それがシリコン融液に接触
する際の熱応力を軽減し、種絞り直径を比較的太くする
ことができかつ種絞り時間の短縮を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した種結
晶では種結晶の先端形状を楔状に加工する必要から加工
する工数が増加する不具合がある。また、種結晶は固体
であることからシリコン融液に接触する際の熱応力を軽
減するには限界があり、これに従って、種絞り部分の直
径を太くすることは期待するほど大きくできない未だ解
決しなければならない問題点が残存していた。本発明の
目的は、種結晶をシリコン融液に接触させた際の熱応力
を十分に緩和させ、転位の発生を防止して種絞り工程の
時間をより一層短縮することのできるシリコン単結晶の
育成方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
転位の発生を防止して種絞り部の直径を太くすることに
より、大重量結晶を確実に支持し得るシリコン単結晶の
育成方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うにチョクラルスキー法により種結晶21の先端部をシ
リコン融液23に接触させてシリコン単結晶を育成する
方法の改良である。その特徴ある構成は、種結晶21の
先端部にレーザ光線を照射して先端部を融解させること
により先端部を液滴形状にした後、液滴形状の先端部を
シリコン融液23に接触させることにある。レーザ光線
は通常、気体、液体、固体、及び半導体レーザのように
レーザ物質の性質により分類されたものが知られてい
る。気体レーザとして代表的なものにヘリウム−ネオ
ン、窒素、エキシマー、希ガスイオン、二酸化炭素、H
CN,H2Oレーザがあげられる。液体レーザは色素を
媒体にとかした色素レーザがその波長可変性で知られて
いる。固体レーザはYAGレーザやガラスレーザ、ルビ
ーレーザなどが知られている。基本的に本発明に使用す
るレーザ光線は種結晶21の先端部を融解させることが
でき、かつ先端部を液滴形状にすることが可能であれ
ば、上述したどのレーザ光線でもよいが、特に炭酸ガス
レーザは種結晶21を効率よく融解することが期待でき
るので好ましい。
【0006】種結晶21の液滴形状の先端部をシリコン
融液23に接触させて接合部23aを形成した後、レー
ザ光線の出力を低下させて接合部23aを固化させるこ
とが好ましい。種結晶21の液滴形状の先端部をシリコ
ン融液23に接触させると、図1(c)に示すような接
合部23aが形成される。この接合部23aが形成され
るまでレーザ光線を照射し、その後レーザ光線の出力を
低下させて接合部23aを徐々に冷却して固化させるこ
とにより、種結晶21がシリコン融液23に接触する際
の熱応力を更に軽減する。レーザ光線の照射は種結晶2
1をシリコン融液23に接触させる直前に照射して、そ
の先端部のみを融解させることが好ましい。種結晶21
は通常融液の直上で予熱されるため、種結晶21が十分
予熱された後レーザ光線を照射することにより、種結晶
21の温度勾配を低くして熱応力を軽減することができ
る。先端部のみを融解することにより不必要なレーザ光
線の照射を不要にして、種絞りを行う時間のより一層の
短縮を図ることができる。
【0007】更に、種結晶21の先端部表面はレーザ光
線を効率よく融解する熱量に転換させるために、エッチ
ング処理又は酸化処理することにより先端部の表面粗さ
を増大させて放射率を高めておくことが好ましい。一般
的に放射率とは、ある表面からの放射と、それと同じ温
度における完全輻射黒体からの放射との比であり、放射
とは空気等の媒体を通じて伝播されるエネルギである。
この放射率は物質表面の化学組成、その物質の厚さ、表
面の幾何学的形状及び表面粗さ等により変化する。一
方、放射率は通常物質の吸収率と等しいという関係が存
在する(Kirchhoffの法則)。即ち放射率の大
きい物質では最大の放射と吸収をするといえる。ここで
吸収率とは赤外線等が物体内に吸収される割合を示し、
赤外線等が透過する割合を示す透過率及び反射する割合
を示す反射率との総和が即ち1になる関係を有するもの
である。赤外線等が物体内に吸収されるとそれは熱エネ
ルギーに変換されるために吸収率が大きいほど赤外線等
による発熱量が大きいことを示す。
【0008】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 <実施例1>図2に示すように、CZ法によるシリコン
融液23から単結晶を育成する際に使用する育成装置で
は、炉体11の内部に炉体11と同心円状に断熱材12
と加熱ヒータ13が配置され、炉体11中央の回転軸1
4の上端に固定された黒鉛サセプタ16に有底円筒状の
石英ルツボ17が嵌合される。炉体11の上部には回転
・引上げ機構18が設けられ、ルツボ17の上方にはこ
の回転・引上げ機構18からワイヤ19を介して吊り下
げられたホルダ19aに種結晶21が配置される。回転
・引上げ機構18は、図示しないが、種結晶21から成
長した高純度のシリコン単結晶棒を回転しつつ引上げて
種結晶21の下端に高純度のシリコン単結晶棒を成長さ
せるようになっている。炉体11の側壁には一対の炭酸
ガスレーザの発生装置(図示せず)が対称的に設けら
れ、その出力取出管22,22がその先端を種結晶21
の先端部に臨むように炉体11の側壁を貫通して設けら
れる。炭酸ガスレーザの発生装置で発生したレーザ光線
は、破線矢印で示すように、それぞれの出力取出管2
2,22を介して種結晶21の先端部に照射されるよう
になっている。
【0009】このような装置におけるシリコン単結晶の
育成は、ルツボ17に多結晶からなるシリコン融液23
が加熱ヒータ13により過熱された状態で貯留され、そ
のルツボ17の直上10mmの位置に種結晶21を位置
させる。この状態で種結晶21を予熱するとともに、図
1(a)の実線矢印で示すように、種結晶21の先端部
にレーザ光線を出力取出管22,22の先端から照射す
る。レーザ光線のパワーは10kWであり予熱時間は3
0分である。
【0010】30分予熱すると、種結晶21の先端部
は、図1(b)に示すようにレーザ光線の照射により融
解が始まり、やがて液滴状に変化する。液滴状に変化し
た後は回転・引上げ機構18によりワイヤ19を伸ばし
て、種結晶21を5mm下げる。下げられた種結晶21
の先端部は融解した状態でシリコン融液23に接触して
接合部23aを形成する。接合部23aはシリコン融液
23の表面張力により図1(c)に示すように中央部に
くびれ部を生じさせる。接合部23aが形成された後は
レーザ光線の照射量を10%/分の割合で減少させ、接
合部23aを徐々に冷却するとともに、種結晶21を徐
々に引上げて種絞り部分を形成する。この種絞り部分は
直径が6mm,長さが100mmであった。種絞り工程
は20分で終了した。その後種結晶21を回転・引上げ
機構18により徐々に引上げ、シリコン単結晶の育成を
行い、全長1000mm、直径200mmの無転位のシ
リコン単結晶棒を得た。
【0011】<比較例1>比較のため、炉体の側壁に炭
酸ガスレーザの発生装置を設けない以外は実施例1と同
じ育成装置によりシリコン単結晶を育成した。即ち、ル
ツボに多結晶からなるシリコン融液が貯留され、そのル
ツボの直上10mmの位置に種結晶を位置させる。この
状態で種結晶を約30分予熱する。予熱された種結晶は
回転・引上げ機構により引下げられ、その先端部をシリ
コン融液に接触させる。その状態で約10分放置した
後、種結晶を徐々に引上げて種絞り部を形成する。この
種絞り部分は直径が3mm,長さが200mmであっ
た。種絞り工程は70分で終了した。その後種結晶を更
に引上げ、シリコン単結晶の育成を行い、実施例1と同
形同大の全長1000mm、直径200mmの無転位の
シリコン単結晶棒を得た。
【0012】<評価1>実施例1及び比較例1における
種結晶がシリコン融液に接触するまでの予熱時間、シリ
コン融液との接触時間、種絞り時間、及び種絞り部の直
径を表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】表1から明らかなように、実施例1の予熱
時間は比較例1の予熱時間と同じであるが種結晶をシリ
コン融液に接触させておく接触時間が不要になる。これ
は予熱時間に予め種結晶先端を融解させるためである。
また比較例1で作られたシリコン単結晶棒、及び実施例
1で作られたシリコン単結晶棒の双方に転位が見られな
かった。しかし、実施例1で作られた種絞り部の直径は
比較例1に比較して大きくすることができた。これは種
結晶21がシリコン融液23に接触する以前に暖められ
ることに起因する熱応力の低下によるものと考えられ
る。更に種絞り部分を太くできたことから種絞り時間も
比較例1の70分に対して実施例1では50分少ない2
0分で完了している。従って、実施例1では比較例1よ
り50分+10分=60分の種絞り工程の時間の短縮が
図られた。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
ーザ光線を種結晶の先端に照射して、予め種結晶の先端
部を融解させることにより、転位の発生が防止でき、か
つ種絞り工程の時間をより一層短縮することができる。
また、種絞り直径を大きくすることができる結果、大重
量結晶を確実に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の種結晶を示す側面図。
【図2】CZ法による単結晶育成装置の概略断面図。
【符号の説明】
11 炉体 12 断熱材 13 加熱ヒータ 14 回転軸 16 黒鉛サセプタ 17 ルツボ 18 回転・引上げ機構 19 ワイヤ 21 種結晶 22 炭酸ガスレーザ発生装置の出力取出管 23 シリコン融液 23a 接合部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法により種結晶(21)の
    先端部をシリコン融液(23)に接触させてシリコン単結晶
    を育成する方法において、 前記種結晶(21)の先端部にレーザ光線を照射して前記先
    端部を融解させることにより前記先端部を液滴形状にし
    た後、前記液滴形状の先端部を前記シリコン融液(23)に
    接触させることを特徴とするシリコン単結晶の育成方
    法。
  2. 【請求項2】 レーザ光線が炭酸ガスレーザである請求
    項1記載のシリコン単結晶の育成方法。
  3. 【請求項3】 種結晶の液滴形状の先端部をシリコン融
    液(23)に接触させて接合部(23a)を形成した後、レーザ
    光線の出力を低下させて前記接合部(23a)を固化させる
    請求項1又は2記載のシリコン単結晶の育成方法。
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