JPH10130100A - 半導体単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents
半導体単結晶の製造装置および製造方法Info
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- JPH10130100A JPH10130100A JP8299607A JP29960796A JPH10130100A JP H10130100 A JPH10130100 A JP H10130100A JP 8299607 A JP8299607 A JP 8299607A JP 29960796 A JP29960796 A JP 29960796A JP H10130100 A JPH10130100 A JP H10130100A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- 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
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- 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】
【課題】 カスプ磁界を印加するＣＺ法によるシリコン
単結晶の育成において、安定した引き上げが可能で、低
酸素濃度のシリコン単結晶が得られるような半導体単結
晶の製造装置および製造方法を提供する。 【解決手段】 単結晶引上炉の外側に、同極対向磁石
（以下磁石という）１、２、３を配設する。磁石３は、
石英るつぼ５に貯留された融液６の表面とほぼ同一の高
さに設置され、その磁界強度は磁石１、２よりも小さ
い。磁石３の磁力線は石英るつぼ５をほぼ水平に横切る
が、育成中のシリコン単結晶７には到達しない。融液６
の表面に磁力線を直交させるとともに単結晶成長界面近
傍の磁界強度を下げることによって、石英るつぼ５から
の酸素溶解量と、融液６の表面で石英るつぼ５から単結
晶シリコン７に向かう融液対流とが抑制される。
単結晶の育成において、安定した引き上げが可能で、低
酸素濃度のシリコン単結晶が得られるような半導体単結
晶の製造装置および製造方法を提供する。 【解決手段】 単結晶引上炉の外側に、同極対向磁石
（以下磁石という）１、２、３を配設する。磁石３は、
石英るつぼ５に貯留された融液６の表面とほぼ同一の高
さに設置され、その磁界強度は磁石１、２よりも小さ
い。磁石３の磁力線は石英るつぼ５をほぼ水平に横切る
が、育成中のシリコン単結晶７には到達しない。融液６
の表面に磁力線を直交させるとともに単結晶成長界面近
傍の磁界強度を下げることによって、石英るつぼ５から
の酸素溶解量と、融液６の表面で石英るつぼ５から単結
晶シリコン７に向かう融液対流とが抑制される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法による半導
体単結晶の製造装置および製造方法に関する。
体単結晶の製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁界印加によるシリコン単結晶の製造方
法は、単結晶製造装置の周囲に設けた電磁石により融液
に磁界を印加して融液の動粘性率を高め、ＣＺ法により
シリコン単結晶を育成する方法である。磁界の作用によ
り融液の対流が抑制されるため、融液表面近傍の温度変
動が低減し、安定したシリコン単結晶の育成を進めるこ
とができる。また、融液と石英るつぼ（ＳｉＯ2 ）との
反応が抑制または促進されるので、シリコン単結晶中の
酸素濃度の制御に有効な方法である。
法は、単結晶製造装置の周囲に設けた電磁石により融液
に磁界を印加して融液の動粘性率を高め、ＣＺ法により
シリコン単結晶を育成する方法である。磁界の作用によ
り融液の対流が抑制されるため、融液表面近傍の温度変
動が低減し、安定したシリコン単結晶の育成を進めるこ
とができる。また、融液と石英るつぼ（ＳｉＯ2 ）との
反応が抑制または促進されるので、シリコン単結晶中の
酸素濃度の制御に有効な方法である。
【０００３】図３は、カスプ磁界印加による半導体単結
晶の引き上げを模式的に示す説明図で、磁力線の状態に
重点をおき、石英るつぼ５と同極対向磁石１、２以外に
ついては記載を省略している。一般に、カスプ磁界印加
によるシリコン単結晶育成の場合、融液６の表面は磁界
の上下方向のほぼ中心に配置される。従って、同極対向
磁石１の磁力線は、図３に点線で示すように融液６の表
面上方でほぼ水平方向に曲がり、石英るつぼ５の側壁を
ほぼ垂直に貫通する。また、同極対向磁石２の磁力線
は、融液６の表面下方でほぼ水平方向に曲がり、石英る
つぼ５の側壁をほぼ垂直に貫通する。このため、石英る
つぼ５の側壁に沿う融液対流が抑制される。一方、結晶
成長界面近傍では磁界がほぼ零となるので、融液の対流
は抑制されない。
晶の引き上げを模式的に示す説明図で、磁力線の状態に
重点をおき、石英るつぼ５と同極対向磁石１、２以外に
ついては記載を省略している。一般に、カスプ磁界印加
によるシリコン単結晶育成の場合、融液６の表面は磁界
の上下方向のほぼ中心に配置される。従って、同極対向
磁石１の磁力線は、図３に点線で示すように融液６の表
面上方でほぼ水平方向に曲がり、石英るつぼ５の側壁を
ほぼ垂直に貫通する。また、同極対向磁石２の磁力線
は、融液６の表面下方でほぼ水平方向に曲がり、石英る
つぼ５の側壁をほぼ垂直に貫通する。このため、石英る
つぼ５の側壁に沿う融液対流が抑制される。一方、結晶
成長界面近傍では磁界がほぼ零となるので、融液の対流
は抑制されない。
【０００４】カスプ磁界印加による単結晶シリコンの製
造に関し、特公平２−１２９２０号公報で開示された単
結晶の引上方法によれば、単結晶引上炉の外壁の上下に
同極対向磁石を置いて、原料融液内に等軸対称的かつ放
射状のカスプ磁場を作って単結晶の引き上げを行ってい
る。また、特開平１−２８２１８５号公報で開示された
結晶の育成方法によれば、融液の表面をカスプ磁界の上
下方向のほぼ中心に配置して単結晶を育成している。こ
れらの他にも同極対向磁石によりカスプ磁界を印加して
単結晶を成長させる方法についていくつかの提案が見受
けられる。
造に関し、特公平２−１２９２０号公報で開示された単
結晶の引上方法によれば、単結晶引上炉の外壁の上下に
同極対向磁石を置いて、原料融液内に等軸対称的かつ放
射状のカスプ磁場を作って単結晶の引き上げを行ってい
る。また、特開平１−２８２１８５号公報で開示された
結晶の育成方法によれば、融液の表面をカスプ磁界の上
下方向のほぼ中心に配置して単結晶を育成している。こ
れらの他にも同極対向磁石によりカスプ磁界を印加して
単結晶を成長させる方法についていくつかの提案が見受
けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
２−１２９２０号公報で開示された単結晶の引上方法の
ように、カスプ磁界の上下方向の中心を融液内部に下げ
た状態でシリコン単結晶を育成すると、結晶成長界面直
下の融液粘度が上昇してシリコン単結晶中の不純物分布
が不均一化するおそれがある。また、結晶成長界面直下
における上下方向の融液対流が抑制されないため、単結
晶中に取り込まれる酸素濃度が高くなる。一方、特開平
１−２８２１８５号公報に開示された結晶育成方法、あ
るいは図３に示した一般的なカスプ磁界印加ＣＺ法のよ
うに、融液表面をカスプ磁界の上下方向のほぼ中心にな
るように配置すると、融液内の磁界分布は結晶成長界面
で最小となり、融液表面近傍における対流抑制効果が小
さい。このため、石英るつぼ片、アモルファスシリコン
等が融液の自由表面に浮遊していると、それらが育成中
のシリコン単結晶に取り込まれて多結晶化を起こした
り、育成単結晶の極低酸素化が難しいという問題があ
る。
２−１２９２０号公報で開示された単結晶の引上方法の
ように、カスプ磁界の上下方向の中心を融液内部に下げ
た状態でシリコン単結晶を育成すると、結晶成長界面直
下の融液粘度が上昇してシリコン単結晶中の不純物分布
が不均一化するおそれがある。また、結晶成長界面直下
における上下方向の融液対流が抑制されないため、単結
晶中に取り込まれる酸素濃度が高くなる。一方、特開平
１−２８２１８５号公報に開示された結晶育成方法、あ
るいは図３に示した一般的なカスプ磁界印加ＣＺ法のよ
うに、融液表面をカスプ磁界の上下方向のほぼ中心にな
るように配置すると、融液内の磁界分布は結晶成長界面
で最小となり、融液表面近傍における対流抑制効果が小
さい。このため、石英るつぼ片、アモルファスシリコン
等が融液の自由表面に浮遊していると、それらが育成中
のシリコン単結晶に取り込まれて多結晶化を起こした
り、育成単結晶の極低酸素化が難しいという問題があ
る。
【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、カスプ磁界を印加するＣＺ法によるシリコ
ン単結晶の育成において、安定した引き上げが可能で、
低酸素濃度のシリコン単結晶が得られるような半導体単
結晶の製造装置および製造方法を提供することを目的と
している。
れたもので、カスプ磁界を印加するＣＺ法によるシリコ
ン単結晶の育成において、安定した引き上げが可能で、
低酸素濃度のシリコン単結晶が得られるような半導体単
結晶の製造装置および製造方法を提供することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体単結晶の製造装置は、ＣＺ法に
よる単結晶引上炉の外側に、同極対向磁石を３段以上に
配設したことを特徴とする。
め、本発明に係る半導体単結晶の製造装置は、ＣＺ法に
よる単結晶引上炉の外側に、同極対向磁石を３段以上に
配設したことを特徴とする。
【０００８】また、本発明に係る半導体単結晶の製造方
法は、上記半導体単結晶製造装置を用い、融液表面に磁
力線を直交させるとともに結晶成長界面近傍の磁界強度
を下げることによって、融液表面近傍の対流を抑制しつ
つ単結晶を育成することを特徴とする。
法は、上記半導体単結晶製造装置を用い、融液表面に磁
力線を直交させるとともに結晶成長界面近傍の磁界強度
を下げることによって、融液表面近傍の対流を抑制しつ
つ単結晶を育成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態および実施例】同極対向磁石を上下
２段に配置した従来の半導体単結晶製造装置の場合、融
液表面近傍では磁力線が疎となって水平方向の融液対流
を抑制する効果が小さいが、上記構成によれば、同極対
向磁石を３段以上に配設したので、これらの磁石のうち
融液表面近傍に配置された１〜２個の磁石により融液表
面近傍の磁力線密度をより高くすることができる。
２段に配置した従来の半導体単結晶製造装置の場合、融
液表面近傍では磁力線が疎となって水平方向の融液対流
を抑制する効果が小さいが、上記構成によれば、同極対
向磁石を３段以上に配設したので、これらの磁石のうち
融液表面近傍に配置された１〜２個の磁石により融液表
面近傍の磁力線密度をより高くすることができる。
【００１０】従って、上記半導体単結晶製造装置を用い
た場合、融液表面近傍において石英るつぼ壁を垂直に横
切る磁力線が増加するとともに、融液表面と直交する磁
力線の垂直度が向上する。これにより、石英るつぼから
融液中に溶け込む酸素量と、融液表面近傍において石英
るつぼから育成中の単結晶に向かう水平方向の融液対流
とがいずれも抑制され、単結晶中の酸素濃度が低減され
るとともに、融液面に浮遊する不純物があっても育成中
のシリコン単結晶に取り込まれることがない。更に、結
晶成長界面近傍の磁界強度を下げることにより、結晶成
長界面直下の融液粘度の上昇を防ぎ、単結晶中の不純物
濃度分布が均一化される。
た場合、融液表面近傍において石英るつぼ壁を垂直に横
切る磁力線が増加するとともに、融液表面と直交する磁
力線の垂直度が向上する。これにより、石英るつぼから
融液中に溶け込む酸素量と、融液表面近傍において石英
るつぼから育成中の単結晶に向かう水平方向の融液対流
とがいずれも抑制され、単結晶中の酸素濃度が低減され
るとともに、融液面に浮遊する不純物があっても育成中
のシリコン単結晶に取り込まれることがない。更に、結
晶成長界面近傍の磁界強度を下げることにより、結晶成
長界面直下の融液粘度の上昇を防ぎ、単結晶中の不純物
濃度分布が均一化される。
【００１１】次に、本発明に係る半導体単結晶の製造装
置および製造方法の実施例について図面を参照して説明
する。実施例を示す各図においては磁力線の状態に重点
をおき、石英るつぼおよび磁石以外については記載を省
略している。
置および製造方法の実施例について図面を参照して説明
する。実施例を示す各図においては磁力線の状態に重点
をおき、石英るつぼおよび磁石以外については記載を省
略している。
【００１２】図１は半導体単結晶製造装置の第１実施例
を示す説明図で、単結晶引上炉の外側に３個の同極対向
磁石（以下磁石という）１、２、３が配設されている。
磁石３は、石英るつぼ５に貯留された融液６の自由表面
とほぼ同一の高さとなるように、磁石１、２の間に配設
されている。また、磁石３の磁界強度は磁石１、２の磁
界強度よりも小さく、その磁力線は石英るつぼ５をほぼ
水平に横切るが、育成中のシリコン単結晶７には到達し
ない。
を示す説明図で、単結晶引上炉の外側に３個の同極対向
磁石（以下磁石という）１、２、３が配設されている。
磁石３は、石英るつぼ５に貯留された融液６の自由表面
とほぼ同一の高さとなるように、磁石１、２の間に配設
されている。また、磁石３の磁界強度は磁石１、２の磁
界強度よりも小さく、その磁力線は石英るつぼ５をほぼ
水平に横切るが、育成中のシリコン単結晶７には到達し
ない。
【００１３】通常のカスプ磁界では、図３に示したよう
に石英るつぼ壁の大部分において磁力線が直交するの
で、るつぼ壁に沿った融液対流が抑制される。これに対
して３個の磁石１、２、３を配設した場合は、磁力線が
石英るつぼ壁の大部分において直交するとともに、磁石
３の磁力線が石英るつぼ５近傍における融液６の自由表
面と直交するため、石英るつぼ５から融液６内に溶け出
す酸素量の抑制と、融液６の表面で石英るつぼ５からシ
リコン単結晶７に向かう融液対流の抑制とが可能とな
る。従って、育成されるシリコン単結晶中の酸素濃度が
低く抑えられるとともに、融液表面にＳｉ０x 、ＳｉＯ
2 等の不溶解成分が浮遊している場合でもこれが成長中
の単結晶に巻き込まれることはない。従って、多結晶化
する不具合は起こらない。
に石英るつぼ壁の大部分において磁力線が直交するの
で、るつぼ壁に沿った融液対流が抑制される。これに対
して３個の磁石１、２、３を配設した場合は、磁力線が
石英るつぼ壁の大部分において直交するとともに、磁石
３の磁力線が石英るつぼ５近傍における融液６の自由表
面と直交するため、石英るつぼ５から融液６内に溶け出
す酸素量の抑制と、融液６の表面で石英るつぼ５からシ
リコン単結晶７に向かう融液対流の抑制とが可能とな
る。従って、育成されるシリコン単結晶中の酸素濃度が
低く抑えられるとともに、融液表面にＳｉ０x 、ＳｉＯ
2 等の不溶解成分が浮遊している場合でもこれが成長中
の単結晶に巻き込まれることはない。従って、多結晶化
する不具合は起こらない。
【００１４】図２は半導体単結晶製造装置の第２実施例
を示す説明図で、単結晶引上炉の外側に４個の磁石１、
２、３、４が配設されている。磁石３、４は磁石１、２
の間に配設され、磁石３は石英るつぼ５に貯留された融
液６の自由表面とほぼ同一の高さとなるように設置され
ている。磁石３、４の磁界強度は磁石１、２の磁界強度
よりも小さく、磁石３、４の磁力線は石英るつぼ５を水
平に横切るが、育成中のシリコン単結晶７には到達しな
い。
を示す説明図で、単結晶引上炉の外側に４個の磁石１、
２、３、４が配設されている。磁石３、４は磁石１、２
の間に配設され、磁石３は石英るつぼ５に貯留された融
液６の自由表面とほぼ同一の高さとなるように設置され
ている。磁石３、４の磁界強度は磁石１、２の磁界強度
よりも小さく、磁石３、４の磁力線は石英るつぼ５を水
平に横切るが、育成中のシリコン単結晶７には到達しな
い。
【００１５】同極対向磁石を４個配設した第２実施例の
場合は、第１実施例に比べて石英るつぼ壁と直交する磁
力線の数が増加するので、石英るつぼ壁に沿う融液対流
の抑制効果が大きくなる。また、融液表面を垂直に通る
磁力線の垂直度が向上するため、融液表面近傍の水平方
向の融液対流が更に抑制される。従って、融液表面に浮
遊するＳｉ０x 、ＳｉＯ2 等の不溶解成分がある場合で
も、これらの不純物が成長中の結晶に巻き込まれること
はない。
場合は、第１実施例に比べて石英るつぼ壁と直交する磁
力線の数が増加するので、石英るつぼ壁に沿う融液対流
の抑制効果が大きくなる。また、融液表面を垂直に通る
磁力線の垂直度が向上するため、融液表面近傍の水平方
向の融液対流が更に抑制される。従って、融液表面に浮
遊するＳｉ０x 、ＳｉＯ2 等の不溶解成分がある場合で
も、これらの不純物が成長中の結晶に巻き込まれること
はない。
【００１６】カスプ磁界を印加する従来の半導体単結晶
製造装置（図３参照）においても、磁石１、２を上方ま
たは下方に移動させることによって融液表面と直交する
磁界を印加することができる。しかし、このようにする
と磁力線の一部が結晶成長界面直下に到達するため、結
晶成長界面直下における融液の粘性が上昇し、結晶面内
の不純物分布の均一化が困難になる。本発明では結晶成
長界面近傍の磁界を小さくしているため、前記の問題は
起こらない。
製造装置（図３参照）においても、磁石１、２を上方ま
たは下方に移動させることによって融液表面と直交する
磁界を印加することができる。しかし、このようにする
と磁力線の一部が結晶成長界面直下に到達するため、結
晶成長界面直下における融液の粘性が上昇し、結晶面内
の不純物分布の均一化が困難になる。本発明では結晶成
長界面近傍の磁界を小さくしているため、前記の問題は
起こらない。
【００１７】同極対向磁石として超伝導マグネットを用
いてもよい。この場合は磁石を小型化することができ、
半導体単結晶製造装置の省スペース化が可能となる。
いてもよい。この場合は磁石を小型化することができ、
半導体単結晶製造装置の省スペース化が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
スプ磁界を印加する同極対向磁石を３段以上に配設し、
融液表面に磁力線を直交させるとともに単結晶成長界面
近傍の磁界強度を下げることにしたので、石英るつぼか
らの酸素溶解量が抑制され、低酸素濃度のシリコン単結
晶が得られる。また、融液表面に不純物の浮遊がある場
合でも、成長中の単結晶に巻き込まれて多結晶化する不
具合が回避される。従って、高品質のシリコン単結晶の
安定した製造が容易となる。
スプ磁界を印加する同極対向磁石を３段以上に配設し、
融液表面に磁力線を直交させるとともに単結晶成長界面
近傍の磁界強度を下げることにしたので、石英るつぼか
らの酸素溶解量が抑制され、低酸素濃度のシリコン単結
晶が得られる。また、融液表面に不純物の浮遊がある場
合でも、成長中の単結晶に巻き込まれて多結晶化する不
具合が回避される。従って、高品質のシリコン単結晶の
安定した製造が容易となる。
【図１】本発明の第１実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す説明図である。
【図３】通常のカスプ磁界印加状態を示す説明図であ
る。
る。
１，２，３，４ 同極対向磁石 ５ 石英るつぼ ６ 融液 ７ シリコン単結晶
Claims (2)
- 【請求項１】 ＣＺ法による単結晶引上炉の外側に、同
極対向磁石を３段以上に配設したことを特徴とする半導
体単結晶製造装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶製造装置を
用い、融液表面に磁力線を直交させるとともに結晶成長
界面近傍の磁界強度を下げることによって、融液表面近
傍の対流を抑制しつつ単結晶を育成することを特徴とす
る半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8299607A JPH10130100A (ja) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | 半導体単結晶の製造装置および製造方法 |
| US08/956,434 US5938836A (en) | 1996-10-24 | 1997-10-23 | Apparatus and method for manufacturing semiconductor single crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8299607A JPH10130100A (ja) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | 半導体単結晶の製造装置および製造方法 |
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| JPH10130100A true JPH10130100A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17874830
Family Applications (1)
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