JPH09188590A - 単結晶の製造方法および装置 - Google Patents
単結晶の製造方法および装置Info
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- JPH09188590A JPH09188590A JP7353914A JP35391495A JPH09188590A JP H09188590 A JPH09188590 A JP H09188590A JP 7353914 A JP7353914 A JP 7353914A JP 35391495 A JP35391495 A JP 35391495A JP H09188590 A JPH09188590 A JP H09188590A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸素濃度分布の面内均一性が高いウエーハが
得られ、かつ結晶成長方向のミクロな酸素濃度分布が均
一な大直径の単結晶を、ＨＭＣＺ法により製造する。 【構成】 ＨＭＣＺ法による単結晶製造装置において、
ルツボ２内融液下面の垂直方向の位置をＢとし、結晶引
上げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶引上げ開始
時の、超伝導電磁石１２，１５のコイル中心軸Ｃｃの垂
直方向の位置を、Ｂより（１／３）・Ｌだけ下方の位置
から、Ｂより（１／３）・Ｌだけ上方の位置までの範囲
内の適宜値に制御し単結晶を引き上げる。これにより、
ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の
強度を弱めて融液対流の自由度を高めるとともに、ルツ
ボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強度
を強めてその対流を抑制する。
得られ、かつ結晶成長方向のミクロな酸素濃度分布が均
一な大直径の単結晶を、ＨＭＣＺ法により製造する。 【構成】 ＨＭＣＺ法による単結晶製造装置において、
ルツボ２内融液下面の垂直方向の位置をＢとし、結晶引
上げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶引上げ開始
時の、超伝導電磁石１２，１５のコイル中心軸Ｃｃの垂
直方向の位置を、Ｂより（１／３）・Ｌだけ下方の位置
から、Ｂより（１／３）・Ｌだけ上方の位置までの範囲
内の適宜値に制御し単結晶を引き上げる。これにより、
ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の
強度を弱めて融液対流の自由度を高めるとともに、ルツ
ボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強度
を強めてその対流を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶の製造方法
および装置に関し、詳しくは、ルツボ内の原料融液に磁
場印加装置により水平磁場を印加しつつ、前記融液から
単結晶を引き上げる水平磁場印加ＣＺ法（horizontal m
agnetic field applied CZ法：以下ＨＭＣＺ法とす
る）、およびこの方法の実施に好適な装置に関する。
および装置に関し、詳しくは、ルツボ内の原料融液に磁
場印加装置により水平磁場を印加しつつ、前記融液から
単結晶を引き上げる水平磁場印加ＣＺ法（horizontal m
agnetic field applied CZ法：以下ＨＭＣＺ法とす
る）、およびこの方法の実施に好適な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記ＨＭＣＺ法が、通常のＣＺ法（Czoc
hralski 法）に比べて種々の点で優れていることは、よ
く知られている。このＨＭＣＺ法の実施に使用する装置
は、通常のＣＺ法の装置を改良したもので、ルツボ加熱
用のヒータの外側に、超伝導磁石等の電磁石を備えた磁
場印加装置をルツボを挟んで対向配備したものである。
hralski 法）に比べて種々の点で優れていることは、よ
く知られている。このＨＭＣＺ法の実施に使用する装置
は、通常のＣＺ法の装置を改良したもので、ルツボ加熱
用のヒータの外側に、超伝導磁石等の電磁石を備えた磁
場印加装置をルツボを挟んで対向配備したものである。
【０００３】例えば、石英ルツボ内のシリコン融液から
シリコン単結晶を引き上げる場合、ＨＭＣＺ法によれば
融液の熱対流が抑制され、融液表面近傍温度（引上げ単
結晶の固液界面温度）の経時変動が著しく低減されると
ともに、ルツボからのＳｉＯの溶解量が低下する結果、
転位や欠陥の発生が抑制されるうえ均一、かつ低酸素濃
度のシリコン単結晶が容易に得られる利点がある。
シリコン単結晶を引き上げる場合、ＨＭＣＺ法によれば
融液の熱対流が抑制され、融液表面近傍温度（引上げ単
結晶の固液界面温度）の経時変動が著しく低減されると
ともに、ルツボからのＳｉＯの溶解量が低下する結果、
転位や欠陥の発生が抑制されるうえ均一、かつ低酸素濃
度のシリコン単結晶が容易に得られる利点がある。
【０００４】ＨＭＣＺ法による単結晶製造装置の一例
が、米国特許４，５６５，６７１号公報に開示されてい
る。この装置では、超伝導コイルの中心軸を石英ルツボ
内の融液表面と一致させることにより、前記融液表面近
傍の対流を抑制し、かつ該融液表面近傍より下部に熱対
流を形成するようにしている。
が、米国特許４，５６５，６７１号公報に開示されてい
る。この装置では、超伝導コイルの中心軸を石英ルツボ
内の融液表面と一致させることにより、前記融液表面近
傍の対流を抑制し、かつ該融液表面近傍より下部に熱対
流を形成するようにしている。
【０００５】最近の単結晶の大直径化に伴う単結晶成長
技術上の課題として、単結晶の低酸素濃度化と、結晶の
安定した成長による生産性向上の２点が挙げられる。特
に近年、デバイス工程のクリーン化が進んで、ウエーハ
内部における重金属不純物のゲッタリング効果の必要性
が低下してきたため、酸素濃度がより低い単結晶に対す
る要求が強まってきた。
技術上の課題として、単結晶の低酸素濃度化と、結晶の
安定した成長による生産性向上の２点が挙げられる。特
に近年、デバイス工程のクリーン化が進んで、ウエーハ
内部における重金属不純物のゲッタリング効果の必要性
が低下してきたため、酸素濃度がより低い単結晶に対す
る要求が強まってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、単結晶の大
直径化に伴い、使用する石英ルツボの口径が大きくなる
と、ルツボ内融液へのルツボ表面部の溶解量が増大して
融液中の酸素濃度が高まるため、小型のルツボで得られ
た小直径の単結晶に比べて、大直径単結晶では酸素濃度
が高くなる傾向にある。単結晶の大直径化に伴う石英ル
ツボ内面部の、融液への溶解量増大の要因としては、融
液の高重量化によるルツボ回転時の摩擦力の増加、ルツ
ボの大口径化に伴うルツボ加熱量の増大や、融液温度差
の増大による融液対流の増大が挙げられる。従って、大
直径単結晶の酸素濃度を低下させるには、ルツボ内融液
の対流を抑制することが極めて重要である。
直径化に伴い、使用する石英ルツボの口径が大きくなる
と、ルツボ内融液へのルツボ表面部の溶解量が増大して
融液中の酸素濃度が高まるため、小型のルツボで得られ
た小直径の単結晶に比べて、大直径単結晶では酸素濃度
が高くなる傾向にある。単結晶の大直径化に伴う石英ル
ツボ内面部の、融液への溶解量増大の要因としては、融
液の高重量化によるルツボ回転時の摩擦力の増加、ルツ
ボの大口径化に伴うルツボ加熱量の増大や、融液温度差
の増大による融液対流の増大が挙げられる。従って、大
直径単結晶の酸素濃度を低下させるには、ルツボ内融液
の対流を抑制することが極めて重要である。
【０００７】しかしながら、上記公報に開示された単結
晶製造装置では、結晶成長界面における融液の対流が抑
制されるため、融液中の酸素濃度不均一がそのまま結晶
中に反映し、結晶成長軸方向に不均一な酸素濃度分布を
持つ結晶が育成されてしまうという問題があった。さら
に、上記公報開示の装置では ルツボ内融液の表面近傍
の対流は抑制されるものの、表面近傍より下部の熱対流
が存在するようにしているため、ルツボ底部での対流は
従来と同様に大きく、よって、石英ルツボの溶解及び浸
食が過度に進行して、ルツボの寿命が短くなるという問
題があった。
晶製造装置では、結晶成長界面における融液の対流が抑
制されるため、融液中の酸素濃度不均一がそのまま結晶
中に反映し、結晶成長軸方向に不均一な酸素濃度分布を
持つ結晶が育成されてしまうという問題があった。さら
に、上記公報開示の装置では ルツボ内融液の表面近傍
の対流は抑制されるものの、表面近傍より下部の熱対流
が存在するようにしているため、ルツボ底部での対流は
従来と同様に大きく、よって、石英ルツボの溶解及び浸
食が過度に進行して、ルツボの寿命が短くなるという問
題があった。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、ＨＭＣＺ法による単結晶製造方法およ
び装置において、ルツボ内融液の表面部では対流が起こ
りやすくし、ルツボ底部では対流を抑制することによ
り、結晶成長軸方向の酸素濃度分布の均一性、特に、顕
微フーリエ変換赤外分光（マイクロＦＴ−ＩＲ）法で測
定可能なミクロな酸素濃度分布の均一性を高め、かつ低
酸素濃度で欠陥の少ない大直径単結晶を安定して製造す
ることにある。本発明の他の目的は、ルツボの寿命を延
ばし、引上げ単結晶当たりに要する使用ルツボ個数を減
少させ、ルツボ取替えに要する時間を減少させることに
ある。
で、その目的は、ＨＭＣＺ法による単結晶製造方法およ
び装置において、ルツボ内融液の表面部では対流が起こ
りやすくし、ルツボ底部では対流を抑制することによ
り、結晶成長軸方向の酸素濃度分布の均一性、特に、顕
微フーリエ変換赤外分光（マイクロＦＴ−ＩＲ）法で測
定可能なミクロな酸素濃度分布の均一性を高め、かつ低
酸素濃度で欠陥の少ない大直径単結晶を安定して製造す
ることにある。本発明の他の目的は、ルツボの寿命を延
ばし、引上げ単結晶当たりに要する使用ルツボ個数を減
少させ、ルツボ取替えに要する時間を減少させることに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶製造方法
は、引上げチャンバー内にルツボと、このルツボを囲繞
する加熱ヒータとを設け、磁場印加装置の電磁石（例え
ば、超伝導磁石）を構成するコイルを前記引上げチャン
バー外に、かつ前記ルツボを挟んで同軸的に対向配備
し、ルツボ内の原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融
液から単結晶を引き上げる水平磁場印加ＣＺ法による単
結晶の製造方法おいて、図１に示すように、ルツボ内融
液下面（最低面）の垂直方向の位置をＢとし、結晶引上
げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶引上げ開始時
の、前記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置
を、Ｂ−（１／３）・ＬからＢ＋（１／３）・Ｌまでの
範囲内の適宜値に制御することにより、ルツボ内の結晶
成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱めて融
液対流の自由度を高めるとともに、ルツボの底部近傍の
融液では、これに印加される磁場の強度を強めてその対
流を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
は、引上げチャンバー内にルツボと、このルツボを囲繞
する加熱ヒータとを設け、磁場印加装置の電磁石（例え
ば、超伝導磁石）を構成するコイルを前記引上げチャン
バー外に、かつ前記ルツボを挟んで同軸的に対向配備
し、ルツボ内の原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融
液から単結晶を引き上げる水平磁場印加ＣＺ法による単
結晶の製造方法おいて、図１に示すように、ルツボ内融
液下面（最低面）の垂直方向の位置をＢとし、結晶引上
げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶引上げ開始時
の、前記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置
を、Ｂ−（１／３）・ＬからＢ＋（１／３）・Ｌまでの
範囲内の適宜値に制御することにより、ルツボ内の結晶
成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱めて融
液対流の自由度を高めるとともに、ルツボの底部近傍の
融液では、これに印加される磁場の強度を強めてその対
流を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】本発明に係る単結晶の製造方法では、後記
する試験結果から明らかなように、結晶引上げ開始時の
前記電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置を、ルツボ
内融液下面の垂直方向の位置Ｂに一致させることが特に
好ましい。シリコン単結晶を引き上げる場合には、結晶
成長界面近傍の融液に印加される磁場強度を１００ガウ
ス〜４０００ガウスの範囲内に制御し、ルツボの底部近
傍の融液に印加される磁場の強度を５００ガウス〜８０
００ガウスの範囲内に制御することが好ましい。また、
結晶引上げ中、前記電磁石とルツボとの水平方向の間隔
を一定に維持することが望ましい。
する試験結果から明らかなように、結晶引上げ開始時の
前記電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置を、ルツボ
内融液下面の垂直方向の位置Ｂに一致させることが特に
好ましい。シリコン単結晶を引き上げる場合には、結晶
成長界面近傍の融液に印加される磁場強度を１００ガウ
ス〜４０００ガウスの範囲内に制御し、ルツボの底部近
傍の融液に印加される磁場の強度を５００ガウス〜８０
００ガウスの範囲内に制御することが好ましい。また、
結晶引上げ中、前記電磁石とルツボとの水平方向の間隔
を一定に維持することが望ましい。
【００１１】本発明に係る単結晶の製造方法では、結晶
引上げ時間の経過とともにルツボ内融液の深さが減少す
る結晶引上げ法を採用する場合には、結晶引上げ中、融
液表面位置の低下を補うため前記ルツボを継続して上昇
させるが、このルツボ位置の上昇のためにルツボ底部で
の磁場強度の低下の恐れがある場合には、前記電磁石を
移動させ、磁場強度分布を適宜調整する。電磁石の移動
による磁場強度分布の調整を行わない場合には、ルツボ
底部近傍での磁場強度が弱くなり、融液対流の抑制効果
が弱くなるためにルツボの劣化が激しくなる。ルツボの
劣化が激しくなるのは磁場強度が５００ガウス以下とな
った時であるので、電磁石の移動による磁場強度分布の
調整が必要となる。また、結晶引上げ中、ルツボ内融液
の深さが実質的に引上げ開始時点の深さと変わらず一定
である結晶引上げ法を採用する場合には、引上げ開始時
における前記ルツボおよび電磁石の垂直方向の位置を一
定に維持する。
引上げ時間の経過とともにルツボ内融液の深さが減少す
る結晶引上げ法を採用する場合には、結晶引上げ中、融
液表面位置の低下を補うため前記ルツボを継続して上昇
させるが、このルツボ位置の上昇のためにルツボ底部で
の磁場強度の低下の恐れがある場合には、前記電磁石を
移動させ、磁場強度分布を適宜調整する。電磁石の移動
による磁場強度分布の調整を行わない場合には、ルツボ
底部近傍での磁場強度が弱くなり、融液対流の抑制効果
が弱くなるためにルツボの劣化が激しくなる。ルツボの
劣化が激しくなるのは磁場強度が５００ガウス以下とな
った時であるので、電磁石の移動による磁場強度分布の
調整が必要となる。また、結晶引上げ中、ルツボ内融液
の深さが実質的に引上げ開始時点の深さと変わらず一定
である結晶引上げ法を採用する場合には、引上げ開始時
における前記ルツボおよび電磁石の垂直方向の位置を一
定に維持する。
【００１２】本発明に係る単結晶の製造方法は、通常の
ＣＺ法により１つのルツボから１本の単結晶を引き上げ
る場合に限らず、いわゆるマルチプルＣＺ（ＲＣＣＺ
法：Recharge ＣＺ法）、または連続チャージ引上げ法
（ＣＣＣＺ法：Continuous Charging ＣＺ法）より引き
上げる場合にも適用できる。ＲＣＣＺ法は、単結晶の引
上げを終了した後のルツボ内残留融液を固化させること
なく、原料を再充填して再度引上げを行う操作を繰り返
すことにより、同じルツボから複数本の単結晶をバッチ
式に引き上げる方法である。ＣＣＣＺ法は、融液状原料
または粒状多結晶原料を連続的にルツボにチャージする
ことにより、ルツボ内の融液量を一定に保ちながら単結
晶の引上げを継続するものである。結晶引上げ時間の経
過とともにルツボ内融液深さが減少する結晶引上げ法を
採用する場合には、前記磁場強度の低下によるルツボの
劣化を防ぐためには、磁場強度が５００ガウス以下とな
る前に結晶引上げを停止し、ＲＣＣＺ法により融液を増
加させ、再度結晶引上げを行うことも有効である。
ＣＺ法により１つのルツボから１本の単結晶を引き上げ
る場合に限らず、いわゆるマルチプルＣＺ（ＲＣＣＺ
法：Recharge ＣＺ法）、または連続チャージ引上げ法
（ＣＣＣＺ法：Continuous Charging ＣＺ法）より引き
上げる場合にも適用できる。ＲＣＣＺ法は、単結晶の引
上げを終了した後のルツボ内残留融液を固化させること
なく、原料を再充填して再度引上げを行う操作を繰り返
すことにより、同じルツボから複数本の単結晶をバッチ
式に引き上げる方法である。ＣＣＣＺ法は、融液状原料
または粒状多結晶原料を連続的にルツボにチャージする
ことにより、ルツボ内の融液量を一定に保ちながら単結
晶の引上げを継続するものである。結晶引上げ時間の経
過とともにルツボ内融液深さが減少する結晶引上げ法を
採用する場合には、前記磁場強度の低下によるルツボの
劣化を防ぐためには、磁場強度が５００ガウス以下とな
る前に結晶引上げを停止し、ＲＣＣＺ法により融液を増
加させ、再度結晶引上げを行うことも有効である。
【００１３】本発明をＲＣＣＺ法で実施するには、従来
のＲＣＣＺ法による引上げ装置に前記水平磁場印加装置
を付設すればよい。本発明をＣＣＣＺ法で実施するに
は、従来のＣＣＣＺ法による引上げ装置に前記水平磁場
印加装置を付設すればよい。
のＲＣＣＺ法による引上げ装置に前記水平磁場印加装置
を付設すればよい。本発明をＣＣＣＺ法で実施するに
は、従来のＣＣＣＺ法による引上げ装置に前記水平磁場
印加装置を付設すればよい。
【００１４】本発明の単結晶製造装置は、引上げチャン
バー内にルツボと、このルツボを囲繞する加熱ヒータと
を設け、磁場印加装置の電磁石（例えば、超伝導磁石）
を構成するコイルを前記引上げチャンバー外に、かつ前
記ルツボを挟んで同軸的に対向配備し、ルツボ内の原料
融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を引き
上げる水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造装置おい
て、図１に示すように、ルツボ内融液下面（最低面）の
垂直方向の位置をＢとし、結晶引上げ開始時の融液深さ
をＬとするとき、結晶引上げ開始時の、前記電磁石のコ
イル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置を、Ｂ−（１／３）・
ＬからＢ＋（１／３）・Ｌまでの範囲内の適宜値に制御
することができるように構成したことを特徴とするもの
である。
バー内にルツボと、このルツボを囲繞する加熱ヒータと
を設け、磁場印加装置の電磁石（例えば、超伝導磁石）
を構成するコイルを前記引上げチャンバー外に、かつ前
記ルツボを挟んで同軸的に対向配備し、ルツボ内の原料
融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を引き
上げる水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造装置おい
て、図１に示すように、ルツボ内融液下面（最低面）の
垂直方向の位置をＢとし、結晶引上げ開始時の融液深さ
をＬとするとき、結晶引上げ開始時の、前記電磁石のコ
イル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置を、Ｂ−（１／３）・
ＬからＢ＋（１／３）・Ｌまでの範囲内の適宜値に制御
することができるように構成したことを特徴とするもの
である。
【００１５】本発明の単結晶製造装置では、前記電磁石
の昇降装置および、ルツボの昇降装置を設け、前記ルツ
ボを上昇させつつ単結晶を引き上げる際に、電磁石を移
動させて磁場強度分布を調整し、ルツボ上昇によるルツ
ボ底部での磁場強度低下を防げるように構成することが
好ましい。また、前記電磁石として、発生する磁場の強
度分布が同一のものを前記ルツボの中心軸に関して対称
的に設けることにより、当該電磁石のコイル中心軸とル
ツボの中心軸との交点における磁場の強度が５００ガウ
ス〜６０００ガウスの範囲内の適宜値になるように構成
することが好ましい。さらに、前記電磁石としては、発
生する磁場の強度を増減することができるものが望まし
い。
の昇降装置および、ルツボの昇降装置を設け、前記ルツ
ボを上昇させつつ単結晶を引き上げる際に、電磁石を移
動させて磁場強度分布を調整し、ルツボ上昇によるルツ
ボ底部での磁場強度低下を防げるように構成することが
好ましい。また、前記電磁石として、発生する磁場の強
度分布が同一のものを前記ルツボの中心軸に関して対称
的に設けることにより、当該電磁石のコイル中心軸とル
ツボの中心軸との交点における磁場の強度が５００ガウ
ス〜６０００ガウスの範囲内の適宜値になるように構成
することが好ましい。さらに、前記電磁石としては、発
生する磁場の強度を増減することができるものが望まし
い。
【００１６】
【発明の実施形態】本発明の実施の形態を図１に基づい
て説明する。図１のＨＭＣＺ法による単結晶製造装置
は、一対の同一仕様の超伝導電磁石１２，１５を、引上
げチャンバー１の外側に、かつルツボ２の中心軸ｌに関
して対称的に、昇降装置（図示せず）により昇降可能に
設けるとともに、ルツボ２を昇降装置（図示せず）で昇
降させるように構成したものである。すなわち、この単
結晶製造装置では、ルツボ内の原料融液下面（最低面）
の垂直方向の位置をＢとし、結晶引上げ開始時の融液深
さをＬとするとき、結晶引上げ開始時の、前記電磁石の
コイル中心軸の垂直方向の位置を、Ｂ−（１／３）・Ｌ
からＢ＋（１／３）・Ｌまでの範囲内の適宜値に制御す
る。これにより、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に
印加される磁場の強度を弱めて、結晶成長界面Ｍ（図１
を参照）直下の融液対流の自由度を高めるとともに、ル
ツボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強
度を強めてその対流を抑制する。
て説明する。図１のＨＭＣＺ法による単結晶製造装置
は、一対の同一仕様の超伝導電磁石１２，１５を、引上
げチャンバー１の外側に、かつルツボ２の中心軸ｌに関
して対称的に、昇降装置（図示せず）により昇降可能に
設けるとともに、ルツボ２を昇降装置（図示せず）で昇
降させるように構成したものである。すなわち、この単
結晶製造装置では、ルツボ内の原料融液下面（最低面）
の垂直方向の位置をＢとし、結晶引上げ開始時の融液深
さをＬとするとき、結晶引上げ開始時の、前記電磁石の
コイル中心軸の垂直方向の位置を、Ｂ−（１／３）・Ｌ
からＢ＋（１／３）・Ｌまでの範囲内の適宜値に制御す
る。これにより、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に
印加される磁場の強度を弱めて、結晶成長界面Ｍ（図１
を参照）直下の融液対流の自由度を高めるとともに、ル
ツボの底部近傍の融液では、これに印加される磁場の強
度を強めてその対流を抑制する。
【００１７】融液に印加する磁場の強度を、融液液面近
傍で高くし、底面近傍では低くすることによって融液中
の不純物、主には酸素の濃度不均一を是正し、育成され
る結晶中のミクロな酸素濃度分布を均一に保つことがで
きる。また、このような単結晶引上げ方法によれば、主
に酸素が溶解するルツボ下側においてルツボ内融液の有
効動粘度係数が増大し、ルツボ底部で融液の対流が有効
に抑制されるため、融液がルツボを溶解・浸食し難くな
り、ルツボの寿命が延びる。さらに、前記電磁石とルツ
ボとの水平方向の間隔を一定に維持することにより、融
液に印加される磁場の強度分布の経時変化を、より少な
くすることができるので、ルツボ内融液の対流の抑制効
果が更に高まる。
傍で高くし、底面近傍では低くすることによって融液中
の不純物、主には酸素の濃度不均一を是正し、育成され
る結晶中のミクロな酸素濃度分布を均一に保つことがで
きる。また、このような単結晶引上げ方法によれば、主
に酸素が溶解するルツボ下側においてルツボ内融液の有
効動粘度係数が増大し、ルツボ底部で融液の対流が有効
に抑制されるため、融液がルツボを溶解・浸食し難くな
り、ルツボの寿命が延びる。さらに、前記電磁石とルツ
ボとの水平方向の間隔を一定に維持することにより、融
液に印加される磁場の強度分布の経時変化を、より少な
くすることができるので、ルツボ内融液の対流の抑制効
果が更に高まる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例１ 図１の引上げ装置は、大直径シリコン単結晶をＨＭＣＺ
法において通常のＣＺ法により引き上げる装置の要部構
造を示す概略縦断面図である。この引上げ装置ではステ
ンレス製の円筒状引上げチャンバー１内に、内周側が石
英からなり外周側が黒鉛からなるルツボ２が、鉛直方向
に設けた支持軸３で支持されている。ルツボ２の周囲に
は、炭素材からなる円筒状の加熱ヒータ４が配備され、
この加熱ヒータ４の周囲には同じく炭素材からなる円筒
状の断熱材５が配備されている。加熱ヒータ４および断
熱材５は、上下方向および水平方向の位置が固定されて
いる。支持軸３（従ってルツボ２）は、図示されない回
転駆動装置により回転可能、かつ回転数の微調整が可能
となっている。さらに支持軸３は制御機構を備えた、図
示されないスライド機構（これは前記昇降装置に相当す
る）により上下動可能、かつ上下方向の位置が微調整可
能となっている。
する。 実施例１ 図１の引上げ装置は、大直径シリコン単結晶をＨＭＣＺ
法において通常のＣＺ法により引き上げる装置の要部構
造を示す概略縦断面図である。この引上げ装置ではステ
ンレス製の円筒状引上げチャンバー１内に、内周側が石
英からなり外周側が黒鉛からなるルツボ２が、鉛直方向
に設けた支持軸３で支持されている。ルツボ２の周囲に
は、炭素材からなる円筒状の加熱ヒータ４が配備され、
この加熱ヒータ４の周囲には同じく炭素材からなる円筒
状の断熱材５が配備されている。加熱ヒータ４および断
熱材５は、上下方向および水平方向の位置が固定されて
いる。支持軸３（従ってルツボ２）は、図示されない回
転駆動装置により回転可能、かつ回転数の微調整が可能
となっている。さらに支持軸３は制御機構を備えた、図
示されないスライド機構（これは前記昇降装置に相当す
る）により上下動可能、かつ上下方向の位置が微調整可
能となっている。
【００１９】引上げチャンバー１の外側には、保冷容器
１１および該容器に収納された超伝導磁石１２を備えた
磁場印加装置１３と、保冷容器１１および該容器に収納
された超伝導磁石１５を備えた磁場印加装置１６とが、
ルツボ２の中心軸ｌに関して対称的に設けられている。
また、これらの磁場印加装置は、水平方向の位置が固定
されているとともに、制御機構を備えた、図示されない
スライド機構（これは前記昇降装置に相当する）により
上下動可能、かつ上下方向の位置が微調整可能となって
いる。前記超伝導電磁石１２，１５は、発生する磁場の
強度分布が同一のものであり、これら電磁石のコイル中
心軸Ｃｃとルツボの中心軸ｌとの交点Ａにおける磁場の
強度が５００ガウス〜６０００ガウスの範囲内の適宜値
（特に好ましくは、２０００ガウス〜４０００ガウスの
範囲内）に設定できるようになっている。
１１および該容器に収納された超伝導磁石１２を備えた
磁場印加装置１３と、保冷容器１１および該容器に収納
された超伝導磁石１５を備えた磁場印加装置１６とが、
ルツボ２の中心軸ｌに関して対称的に設けられている。
また、これらの磁場印加装置は、水平方向の位置が固定
されているとともに、制御機構を備えた、図示されない
スライド機構（これは前記昇降装置に相当する）により
上下動可能、かつ上下方向の位置が微調整可能となって
いる。前記超伝導電磁石１２，１５は、発生する磁場の
強度分布が同一のものであり、これら電磁石のコイル中
心軸Ｃｃとルツボの中心軸ｌとの交点Ａにおける磁場の
強度が５００ガウス〜６０００ガウスの範囲内の適宜値
（特に好ましくは、２０００ガウス〜４０００ガウスの
範囲内）に設定できるようになっている。
【００２０】引上げチャンバー１の上方には、ステンレ
ス製の円筒状プルチャンバー２１が、引上げチャンバー
１と同心状に連結して設けられ、引上げチャンバー１と
プルチャンバー２１との接続部には、アイソレーション
バルブ２２が配備されている。プルチャンバー２１は、
引き上げられたシリコン単結晶を収容し、かつ外部に取
り出すための空間を形成している。
ス製の円筒状プルチャンバー２１が、引上げチャンバー
１と同心状に連結して設けられ、引上げチャンバー１と
プルチャンバー２１との接続部には、アイソレーション
バルブ２２が配備されている。プルチャンバー２１は、
引き上げられたシリコン単結晶を収容し、かつ外部に取
り出すための空間を形成している。
【００２１】プルチャンバー２１の上方には、シリコン
単結晶の巻上げ装置（図示せず）が、鉛直軸を中心とし
て回転可能に配備されている。この巻上げ装置からはワ
イヤー２３が吊下され、このワイヤー２３の下端には種
保持治具２４により種結晶２５が取り付けられている。
プルチャンバー２１の上部にはＡｒ等の不活性ガスの供
給口３１が、チャンバー１の底部には不活性ガスの排気
口３２がそれぞれ設けられている。この排気口３２は真
空発生装置（図示せず）に連絡され、チャンバー１およ
びプルチャンバー２１内を所定の真空度に維持できるよ
うになっている。なお、４１はシリコン融液、４２は引
き上げ途中のシリコン単結晶である。
単結晶の巻上げ装置（図示せず）が、鉛直軸を中心とし
て回転可能に配備されている。この巻上げ装置からはワ
イヤー２３が吊下され、このワイヤー２３の下端には種
保持治具２４により種結晶２５が取り付けられている。
プルチャンバー２１の上部にはＡｒ等の不活性ガスの供
給口３１が、チャンバー１の底部には不活性ガスの排気
口３２がそれぞれ設けられている。この排気口３２は真
空発生装置（図示せず）に連絡され、チャンバー１およ
びプルチャンバー２１内を所定の真空度に維持できるよ
うになっている。なお、４１はシリコン融液、４２は引
き上げ途中のシリコン単結晶である。
【００２２】シリコン単結晶の引上げに際しては、超伝
導電磁石１２，１５を作動させるとともに、加熱ヒータ
４によるルツボ２側壁の加熱を開始する。次いで、種保
持治具２４に取り付けた種結晶２５を融液４１の表面に
浸漬し、Ａｒ等の不活性ガスを融液４１の表面に供給
し、ルツボ２を回転させるとともに、種結晶２５を回転
させつつ引き上げることによりネック、コーン、肩、直
胴部の順に成長を行う。
導電磁石１２，１５を作動させるとともに、加熱ヒータ
４によるルツボ２側壁の加熱を開始する。次いで、種保
持治具２４に取り付けた種結晶２５を融液４１の表面に
浸漬し、Ａｒ等の不活性ガスを融液４１の表面に供給
し、ルツボ２を回転させるとともに、種結晶２５を回転
させつつ引き上げることによりネック、コーン、肩、直
胴部の順に成長を行う。
【００２３】この場合、結晶引上げ開始時において、前
記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置を、ルツ
ボ内融液４１下面の垂直方向の位置Ｂから±（１／３）
・Ｌの範囲に位置させる。そして、この実施例では、結
晶引上げ時間の経過とともにルツボ内融液の深さが減少
するので、ルツボ２を継続して上昇させている。これに
よるルツボ底部での極端な磁場強度低下が起こらないよ
うにＲＣＣＺ法を用いた。
記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直方向の位置を、ルツ
ボ内融液４１下面の垂直方向の位置Ｂから±（１／３）
・Ｌの範囲に位置させる。そして、この実施例では、結
晶引上げ時間の経過とともにルツボ内融液の深さが減少
するので、ルツボ２を継続して上昇させている。これに
よるルツボ底部での極端な磁場強度低下が起こらないよ
うにＲＣＣＺ法を用いた。
【００２４】こうすることによって、結晶引上げ開始時
から終了時まで、前記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直
方向の位置を、ルツボ内融液４１下面の垂直方向の位置
Ｂに一致させて、結晶成長界面Ｍ近傍の融液に印加され
る磁場強度を１００ガウス〜４０００ガウスの範囲内、
特に好ましくは５００ガウス〜３５００ガウスの範囲内
に制御し、ルツボの底部近傍の融液に印加される磁場の
強度を５００ガウス〜８０００ガウスの範囲内に、特に
好ましくは３５００ガウス〜６０００ガウスの範囲内に
制御する。この結果、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融
液に印加される磁場の強度が弱めに設定されて融液対流
の自由度が高まるとともに、ルツボの底部近傍の融液で
は、これに印加される磁場の強度が強まって、その対流
が抑制される。
から終了時まで、前記電磁石のコイル中心軸Ｃｃの垂直
方向の位置を、ルツボ内融液４１下面の垂直方向の位置
Ｂに一致させて、結晶成長界面Ｍ近傍の融液に印加され
る磁場強度を１００ガウス〜４０００ガウスの範囲内、
特に好ましくは５００ガウス〜３５００ガウスの範囲内
に制御し、ルツボの底部近傍の融液に印加される磁場の
強度を５００ガウス〜８０００ガウスの範囲内に、特に
好ましくは３５００ガウス〜６０００ガウスの範囲内に
制御する。この結果、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融
液に印加される磁場の強度が弱めに設定されて融液対流
の自由度が高まるとともに、ルツボの底部近傍の融液で
は、これに印加される磁場の強度が強まって、その対流
が抑制される。
【００２５】なお、シリコン単結晶の引上げに代えて、
化合物半導体単結晶の引上げを行う場合には、原料融液
の溶融粘度の大きさ、すなわち融液の対流の起こり易さ
を考慮して、加熱ヒータの仕様（特に発熱量）、電磁石
が発生する磁場の強度分布等を設定する必要がある。ま
た、電磁石として、発生する磁場の強度を増減すること
ができるものを設け、ルツボ内融液の深さに応じて融液
に印加する磁場の強度を制御することにより、ルツボ内
の結晶成長界面近傍の融液の融液対流の自由度を最適な
ものにするとともに、底部近傍の融液の対流をより好ま
しい状態に抑制することができる。
化合物半導体単結晶の引上げを行う場合には、原料融液
の溶融粘度の大きさ、すなわち融液の対流の起こり易さ
を考慮して、加熱ヒータの仕様（特に発熱量）、電磁石
が発生する磁場の強度分布等を設定する必要がある。ま
た、電磁石として、発生する磁場の強度を増減すること
ができるものを設け、ルツボ内融液の深さに応じて融液
に印加する磁場の強度を制御することにより、ルツボ内
の結晶成長界面近傍の融液の融液対流の自由度を最適な
ものにするとともに、底部近傍の融液の対流をより好ま
しい状態に抑制することができる。
【００２６】〔試験例１〕〜〔試験例５〕 つぎに、図１の装置を使用し上記した方法で行った、Ｒ
ＣＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げ試験について説
明する。この単結晶引上げ法は、ルツボ内融液の深さが
経時とともに減少するものである。 （１）引上げ装置の仕様（試験例１〜５で同一）： ルツボ２の（融液収容部）内径：６００ｍｍ ルツボ２の（融液収容部）深さ：４００ｍｍ 加熱ヒータ４の外径：７５０ｍｍ 超伝導電磁石１２，１５のコイル径Ｒｃ：８４０ｍｍ 超伝導電磁石１２，１５のコイル間距離Ｄ：１５００
ｍｍ
ＣＣＺ法によるシリコン単結晶の引上げ試験について説
明する。この単結晶引上げ法は、ルツボ内融液の深さが
経時とともに減少するものである。 （１）引上げ装置の仕様（試験例１〜５で同一）： ルツボ２の（融液収容部）内径：６００ｍｍ ルツボ２の（融液収容部）深さ：４００ｍｍ 加熱ヒータ４の外径：７５０ｍｍ 超伝導電磁石１２，１５のコイル径Ｒｃ：８４０ｍｍ 超伝導電磁石１２，１５のコイル間距離Ｄ：１５００
ｍｍ
【００２７】（２）引上げ条件（〜は試験例１〜５
で同一）： 目標とするシリコン単結晶直胴部の直径×長さ：８イ
ンチ（約２００ｍｍ）×９００ｍｍ ルツボ２の回転数：０．５ｒｐｍ 種結晶の回転数：１６ｒｐｍ（一定で、回転方向はル
ツボと逆） ルツボ２内融液４１の引上げ開始時の深さ：Ｌ＝２６
０ｍｍ
で同一）： 目標とするシリコン単結晶直胴部の直径×長さ：８イ
ンチ（約２００ｍｍ）×９００ｍｍ ルツボ２の回転数：０．５ｒｐｍ 種結晶の回転数：１６ｒｐｍ（一定で、回転方向はル
ツボと逆） ルツボ２内融液４１の引上げ開始時の深さ：Ｌ＝２６
０ｍｍ
【００２８】ルツボ２の中心軸ｌ上の点における磁場
の強度分布（磁場の等強度線分布）は、以下のとおりで
ある。すなわち、 （ｉ）コイル中心軸と同一の垂直方向の位置：３０００ガウス （ｉｉ）コイル中心軸の上方４０ｍｍの位置：３３００ガウス （ｉｉｉ）コイル中心軸の上方７０ｍｍの位置：３５００ガウス （ｉｖ）コイル中心軸の上方１００ｍｍの位置：３８００ガウス （ｖ）コイル中心軸の上方１３０ｍｍの位置：４０００ガウス なお、コイル中心軸Ｃｃよりも下方側の磁場強度分布
は、コイル中心軸Ｃｃに関して、コイル中心軸Ｃｃより
も上方側の磁場強度分布と対称的になる。 その他：適量の不活性ガス（Ａｒ）を供給しながら、
引上げげチャンバー１内の圧力を１００ｍｂａｒの減圧
状態に保持する。
の強度分布（磁場の等強度線分布）は、以下のとおりで
ある。すなわち、 （ｉ）コイル中心軸と同一の垂直方向の位置：３０００ガウス （ｉｉ）コイル中心軸の上方４０ｍｍの位置：３３００ガウス （ｉｉｉ）コイル中心軸の上方７０ｍｍの位置：３５００ガウス （ｉｖ）コイル中心軸の上方１００ｍｍの位置：３８００ガウス （ｖ）コイル中心軸の上方１３０ｍｍの位置：４０００ガウス なお、コイル中心軸Ｃｃよりも下方側の磁場強度分布
は、コイル中心軸Ｃｃに関して、コイル中心軸Ｃｃより
も上方側の磁場強度分布と対称的になる。 その他：適量の不活性ガス（Ａｒ）を供給しながら、
引上げげチャンバー１内の圧力を１００ｍｂａｒの減圧
状態に保持する。
【００２９】引上げ開始時のコイル中心軸Ｃｃの垂直
方向の位置（試験例１〜５で異なる。）： 試験例１：融液４１の下面の垂直方向の位置Ｂに一致さ
せる。 試験例２：Ｂの上方４０ｍｍ〔４０＝Ｌ／（６．５）〕
に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ
／（６．５）〕に一致させる。 試験例３：Ｂの上方７０ｍｍ〔７０＝Ｌ／（３．７）〕
に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ
／（３．７）〕に一致させる。 試験例４：Ｂの上方１００ｍｍ〔１００＝Ｌ／（２．
６）〕に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ
＋〔Ｌ／（２．６）〕に一致させる。 試験例５：Ｂの上方１３０ｍｍ〔１３０＝Ｌ／２〕に一
致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ／
２〕に一致させる。 なお、試験例１〜３の条件は、本発明の範囲に入るもの
であり、試験例４，５は本発明から外れるものである。
方向の位置（試験例１〜５で異なる。）： 試験例１：融液４１の下面の垂直方向の位置Ｂに一致さ
せる。 試験例２：Ｂの上方４０ｍｍ〔４０＝Ｌ／（６．５）〕
に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ
／（６．５）〕に一致させる。 試験例３：Ｂの上方７０ｍｍ〔７０＝Ｌ／（３．７）〕
に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ
／（３．７）〕に一致させる。 試験例４：Ｂの上方１００ｍｍ〔１００＝Ｌ／（２．
６）〕に一致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ
＋〔Ｌ／（２．６）〕に一致させる。 試験例５：Ｂの上方１３０ｍｍ〔１３０＝Ｌ／２〕に一
致させる。すなわち、コイルの中心ＣｃをＢ＋〔Ｌ／
２〕に一致させる。 なお、試験例１〜３の条件は、本発明の範囲に入るもの
であり、試験例４，５は本発明から外れるものである。
【００３０】試験例１，３，５それぞれの結晶成長方向
のミクロな酸素濃度分布を図２に示した。ミクロな酸素
濃度分布は、マイクロＦＴ−ＩＲ法によりビームサイズ
１００×２００μｍを用い、結晶成長方向に２５０μｍ
ステップで測定した。図２の（ａ）〜（ｃ）において横
軸の「試験片上の距離」は、成長した単結晶の成長方向
の距離に相当する。試験片は、結晶直胴１０〜１４ｃｍ
部分を縦切りし、結晶軸中心部から、厚さ２ｍｍ・幅２
０ｍｍとして切り出した。図２から明らかなように、コ
イル中心Ｃｃの位置がルツボ内融液の最低面の位置Ｂで
は、酸素濃度の均一性が最も高く、位置Ｂから上方にず
れるに従って酸素濃度の不均一性が増大する。
のミクロな酸素濃度分布を図２に示した。ミクロな酸素
濃度分布は、マイクロＦＴ−ＩＲ法によりビームサイズ
１００×２００μｍを用い、結晶成長方向に２５０μｍ
ステップで測定した。図２の（ａ）〜（ｃ）において横
軸の「試験片上の距離」は、成長した単結晶の成長方向
の距離に相当する。試験片は、結晶直胴１０〜１４ｃｍ
部分を縦切りし、結晶軸中心部から、厚さ２ｍｍ・幅２
０ｍｍとして切り出した。図２から明らかなように、コ
イル中心Ｃｃの位置がルツボ内融液の最低面の位置Ｂで
は、酸素濃度の均一性が最も高く、位置Ｂから上方にず
れるに従って酸素濃度の不均一性が増大する。
【００３１】図３は、コイル中心Ｃｃの位置（磁場中心
の位置）と、ミクロな酸素濃度のばらつき（単位はｐｐ
ｍａ−ＪＥＩＤＡ）との関係を示したものである。但
し、上記ばらつきは試験片上の、単結晶成長方向の距離
４ｃｍの部分における最大値と最小値の差である。この
図から判るように、コイル中心Ｃｃの位置がルツボ内融
液の最低面の位置Ｂから上方にずれるに従って、ばらつ
きが増大しており、コイル中心Ｃｃの位置がＢ＋（１／
２）・Ｌの場合、すなわち磁場強度の最も高い磁束が融
液深さの中心を通る場合には、ばらつきが相当に大きく
なっている。図２，３の結果から、磁場中心の位置を融
液のどの位置に設定するかが酸素濃度の均一性に大きく
影響することが判る。
の位置）と、ミクロな酸素濃度のばらつき（単位はｐｐ
ｍａ−ＪＥＩＤＡ）との関係を示したものである。但
し、上記ばらつきは試験片上の、単結晶成長方向の距離
４ｃｍの部分における最大値と最小値の差である。この
図から判るように、コイル中心Ｃｃの位置がルツボ内融
液の最低面の位置Ｂから上方にずれるに従って、ばらつ
きが増大しており、コイル中心Ｃｃの位置がＢ＋（１／
２）・Ｌの場合、すなわち磁場強度の最も高い磁束が融
液深さの中心を通る場合には、ばらつきが相当に大きく
なっている。図２，３の結果から、磁場中心の位置を融
液のどの位置に設定するかが酸素濃度の均一性に大きく
影響することが判る。
【００３２】引き上げた単結晶における成長方向の酸素
濃度分布はそのまま、この単結晶から作製されるウエー
ハに反映するので、酸素濃度のばらつきは、できるだけ
小さいことが望ましい。具体的には上記試験片上の、単
結晶成長方向の距離４ｃｍの部分における最大値の最小
値の差が１．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下、特に０．
６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下であることが望ましい。
本発明は図４の結果から、引上げ工程開始時のルツボ内
融液の深さをＬとするとき、コイル中心Ｃｃの位置をＢ
＋（１／３）・Ｌを超えない位置から単結晶引上げを開
始することで、上記ミクロな酸素濃度のばらつきを０．
６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下に制御できることが判
る。
濃度分布はそのまま、この単結晶から作製されるウエー
ハに反映するので、酸素濃度のばらつきは、できるだけ
小さいことが望ましい。具体的には上記試験片上の、単
結晶成長方向の距離４ｃｍの部分における最大値の最小
値の差が１．０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下、特に０．
６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下であることが望ましい。
本発明は図４の結果から、引上げ工程開始時のルツボ内
融液の深さをＬとするとき、コイル中心Ｃｃの位置をＢ
＋（１／３）・Ｌを超えない位置から単結晶引上げを開
始することで、上記ミクロな酸素濃度のばらつきを０．
６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下に制御できることが判
る。
【００３３】コイル中心Ｃｃの位置がＢより下方に移動
した場合、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加さ
れる磁場の強度が弱くなるので、上記ミクロな酸素濃度
のばらつきが小さくなる。しかし、コイル中心Ｃｃの位
置がＢ−（１／３）・Ｌより下方から引上げを開始する
と、ルツボ底部にかかる磁場の強度が３５００ガウス以
下になる。これが、本発明においてコイル中心Ｃｃの最
低位置をＢ−（１／３）・Ｌに限定した理由である。
した場合、ルツボ内の結晶成長界面近傍の融液に印加さ
れる磁場の強度が弱くなるので、上記ミクロな酸素濃度
のばらつきが小さくなる。しかし、コイル中心Ｃｃの位
置がＢ−（１／３）・Ｌより下方から引上げを開始する
と、ルツボ底部にかかる磁場の強度が３５００ガウス以
下になる。これが、本発明においてコイル中心Ｃｃの最
低位置をＢ−（１／３）・Ｌに限定した理由である。
【００３４】〔比較例１〕図１の装置を使用し、図４に
示すようにシリコン単結晶引上げの全工程において超伝
導電磁石１２，１５のコイル中心軸Ｃｃをシリコン融液
５１の液面直下、かつ直近に位置させた以外は試験例１
と同一にし、試験例１と同一寸法のシリコン単結晶を引
き上げ、これから試験例１と同様にシリコンウエーハを
切り出し、酸素濃度を測定した。比較例１で得られた直
径８インチのシリコン単結晶では、酸素濃度が１５ｐｐ
ｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度であり、また、４ｃｍ試験片の
ミクロ酸素濃度ばらつきは約１．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤ
Ａ）であった。
示すようにシリコン単結晶引上げの全工程において超伝
導電磁石１２，１５のコイル中心軸Ｃｃをシリコン融液
５１の液面直下、かつ直近に位置させた以外は試験例１
と同一にし、試験例１と同一寸法のシリコン単結晶を引
き上げ、これから試験例１と同様にシリコンウエーハを
切り出し、酸素濃度を測定した。比較例１で得られた直
径８インチのシリコン単結晶では、酸素濃度が１５ｐｐ
ｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度であり、また、４ｃｍ試験片の
ミクロ酸素濃度ばらつきは約１．５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤ
Ａ）であった。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造方法および
装置では、ルツボ内融液下面の垂直方向の位置をＢと
し、結晶引上げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶
引上げ開始時の、前記電磁石のコイル中心軸の垂直方向
の位置を、Ｂ−（１／３）・ＬからＢ＋（１／３）・Ｌ
までの範囲内の適宜値に制御することにより、ルツボ内
の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱
めて融液対流の自由度と高めるとともに、ルツボの底部
近傍の融液では、これに印加される磁場の強度を強めて
その対流を抑制するように構成したので、ミクロな酸素
濃度のばらつきが小さい単結晶を引き上げることができ
る効果がある。更に、酸素が主に融液に溶解するルツボ
底部においては融液の対流が有効に抑制されるため、酸
素濃度が低く、かつ欠陥の少ない大直径の単結晶を安定
して製造することができるうえ、融液がルツボを浸食し
難くなるので、ルツボの寿命を延ばすことができ、引上
げ単結晶量当たりに要するルツボ個数を減少させること
ができるという効果がある。
係る水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造方法および
装置では、ルツボ内融液下面の垂直方向の位置をＢと
し、結晶引上げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶
引上げ開始時の、前記電磁石のコイル中心軸の垂直方向
の位置を、Ｂ−（１／３）・ＬからＢ＋（１／３）・Ｌ
までの範囲内の適宜値に制御することにより、ルツボ内
の結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場の強度を弱
めて融液対流の自由度と高めるとともに、ルツボの底部
近傍の融液では、これに印加される磁場の強度を強めて
その対流を抑制するように構成したので、ミクロな酸素
濃度のばらつきが小さい単結晶を引き上げることができ
る効果がある。更に、酸素が主に融液に溶解するルツボ
底部においては融液の対流が有効に抑制されるため、酸
素濃度が低く、かつ欠陥の少ない大直径の単結晶を安定
して製造することができるうえ、融液がルツボを浸食し
難くなるので、ルツボの寿命を延ばすことができ、引上
げ単結晶量当たりに要するルツボ個数を減少させること
ができるという効果がある。
【図１】本発明の実施例に係る単結晶製造装置の要部構
造を示す概略縦断面図であって、電磁石のコイル中心軸
の垂直方向の位置をルツボ内融液の下面に設定した状態
を示す説明図である。
造を示す概略縦断面図であって、電磁石のコイル中心軸
の垂直方向の位置をルツボ内融液の下面に設定した状態
を示す説明図である。
【図２】試験例１，３，５の結果に係るもので、シリコ
ン単結晶試験片の結晶成長方向のミクロな酸素濃度分布
を示すグラフである。
ン単結晶試験片の結晶成長方向のミクロな酸素濃度分布
を示すグラフである。
【図３】試験例１〜５で得たシリコン単結晶試験片の結
晶成長方向のミクロな酸素濃度分布から求めた結果に係
るもので、電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置（磁
場中心の位置）と、ミクロな酸素濃度分布における最高
酸素濃度と最低酸素濃度の差との関係を示すグラフであ
る。
晶成長方向のミクロな酸素濃度分布から求めた結果に係
るもので、電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位置（磁
場中心の位置）と、ミクロな酸素濃度分布における最高
酸素濃度と最低酸素濃度の差との関係を示すグラフであ
る。
【図４】比較例１において電磁石のコイル中心軸の垂直
方向の位置をルツボ内融液の液面直下、かつ直近に設定
した状態を示す説明図である。
方向の位置をルツボ内融液の液面直下、かつ直近に設定
した状態を示す説明図である。
１ 引上げチャンバー ２ ルツボ ３ 支持軸 ４ 加熱ヒータ ５ 断熱材 １１ 保冷容器 １２，１５ 超伝導電磁石 １３，１６ 磁場印加装置 ２１ プルチャンバー ２２ アイソレーションバルブ ２３ ワイヤー ２４ 種保持治具 ２５ 種結晶 ３１ 不活性ガスの供給口 ３２ 不活性ガスの排気口 ４１，５１ シリコン融液 ４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ 融液部分 ４２ シリコン単結晶 Ｂ ルツボ内融液下面の垂直方向の位置 Ｃｃ コイル中心軸 Ｄ コイル間距離 ｌ ルツボの中心軸 Ｍ 結晶成長界面 Ｒｃ コイル径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 友彦 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場内
Claims (10)
- 【請求項１】 引上げチャンバー内にルツボと、このル
ツボを囲繞する加熱ヒータとを設け、磁場印加装置の電
磁石を構成するコイルを前記引上げチャンバー外に、か
つ前記ルツボを挟んで同軸的に対向配備し、ルツボ内の
原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を
引き上げる水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造方法
おいて、ルツボ内融液下面の垂直方向の位置をＢとし、
結晶引上げ開始時の融液深さをＬとするとき、結晶引上
げ開始時の、前記電磁石のコイル中心軸の垂直方向の位
置を、Ｂ−（１／３）・ＬからＢ＋（１／３）・Ｌまで
の範囲内の適宜値に制御することを特徴とする単結晶の
製造方法。 - 【請求項２】 結晶引上げ開始時の前記電磁石のコイル
中心軸の垂直方向の位置を、ルツボ内融液下面の垂直方
向の位置Ｂに一致させることを特徴とする請求項１に記
載の単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 シリコン単結晶を引き上げる場合には、
結晶成長界面近傍の融液に印加される磁場強度を１００
ガウス〜４０００ガウスの範囲内に制御し、ルツボの底
部近傍の融液に印加される磁場の強度を５００ガウス〜
８０００ガウスの範囲内に制御することを特徴とする請
求項１または２に記載の単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 結晶引上げ中、前記電磁石とルツボとの
水平方向の間隔を一定に維持することを特徴とする請求
項１〜３のいずれか一つの項に記載の単結晶の製造方
法。 - 【請求項５】 結晶引上げ時間の経過とともにルツボ内
融液の深さが減少する結晶引上げ法を採用する場合に
は、前記電磁石を移動させ磁場強度分布を適宜調整する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの項に記
載の単結晶の製造方法。 - 【請求項６】 結晶引上げ中、ルツボ内融液の深さが実
質的に引上げ開始時点の深さと変わらず一定である結晶
引上げ法を採用する場合には、前記ルツボおよび電磁石
の垂直方向の位置を一定に維持することを特徴とする請
求項１〜４のいずれか一つの項に記載の単結晶の製造方
法。 - 【請求項７】 引上げチャンバー内にルツボと、このル
ツボを囲繞する加熱ヒータとを設け、磁場印加装置の電
磁石を構成するコイルを前記引上げチャンバー外に、か
つ前記ルツボを挟んで同軸的に対向配備し、ルツボ内の
原料融液に水平磁場を印加しつつ前記融液から単結晶を
引き上げる水平磁場印加ＣＺ法による単結晶の製造装置
おいて、結晶引上げの開始時の、前記電磁石のコイル中
心軸の垂直方向の位置を請求項１に記載の適宜値に制御
することができるように構成したことを特徴とする単結
晶の製造装置。 - 【請求項８】 前記電磁石の昇降装置および、ルツボの
昇降装置を設け、前記ルツボを上昇させつつ単結晶を引
き上げる際に、電磁石を移動させることにより磁場強度
分布を適宜調整可能にしたことを特徴とする請求項７に
記載の単結晶の製造装置。 - 【請求項９】 前記電磁石として、発生する磁場の強度
分布が同一のものを前記ルツボの中心軸に関して対称的
に設けることにより、当該電磁石のコイル中心軸とルツ
ボの中心軸との交点における磁場の強度が５００ガウス
〜６０００ガウスの範囲内の適宜値になるように構成し
たことを特徴とする請求項７または８に記載の単結晶の
製造装置。 - 【請求項１０】 前記電磁石として、発生する磁場の強
度を増減することができるものを設けたことを特徴とす
る請求項９に記載の単結晶の製造装置。
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|---|---|---|---|
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| DE69606966T DE69606966T2 (de) | 1995-12-29 | 1996-12-23 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalles |
| EP96309408A EP0781876B1 (en) | 1995-12-29 | 1996-12-23 | Method and apparatus for production of single crystal |
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|---|---|---|---|
| JP35391495A JP3520883B2 (ja) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | 単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3520883B2 JP3520883B2 (ja) | 2004-04-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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