JPS5850951B2 - 結晶の成長方法とこれに用いる結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、結晶の成長方法に係わる。

例えば半導体単結晶を育成させるに、チョクラルスキー
法による場合、その半導体融液面の振動や熱対流等が成
長される単結晶の品質に大きな影響を与える。

例えば、融液面の振動や熱対流が大きいと、一旦戒長じ
た結晶が部分的に再溶解し、これが結晶欠陥発生やその
発生の原因となったり、スワール（５ｗ１ｒｌ ）状の
欠陥や、成長縞を発生させる。

このようなチョクラルスキー法において、その単結晶の
育成を磁場中で行うことが提案され、これによってスワ
ールや成長縞等の欠陥を軽減できることが知られている
。

これは、電気伝導性の融液が、磁場がかけられることに
よって実効的粘性が高められ、熱対流と融液面の振動が
抑制されることによると思われる。

尚、この単結晶の育成を磁場中で行うことについては、
例えばＪｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ 、Ｖｏｌ−３７，点５．Ｐ ２０２１（１９６
６）、及びＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓＳｃｉｅｎｃｅ ５ （１９７０） ｐ ８８２
、 Ｓｙｍｐｏｓｉｕｒｒ＋” Ｇａｌｉｕｍ Ａｒ
５ｅｎｉｄｅ ｆａｓｃ ５ 、 Ｔｏｍｓｋ、 ｐ
３４等に記載されている。

ところが、このように単結晶の育成を磁場中で行う方法
を採っても、上述した各種欠陥の発生を十分満足できる
程度に抑制することができない。

本発明においては、このように、半導体単結晶を磁場中
で成長させる場合、その加熱手段が磁場との作用で、不
要の振動をもたらし、これが、上述の欠陥を発生するこ
とを究明し、これに基づいて、その改善をはかったもの
である。

第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

図中１は本発明方法を実施するに用い得る単結晶成長装
置を全体として示す。

２は半導体融液、例えばシリコン融液３が収容された容
器、例えば石英るつぼを示す。

この容器２の外周には、加熱手段４が配置される。

この加熱手段４は、通電ヒーター５が、例えばジグザグ
パターンに容器２の外周面に沿う円筒面状をなすように
配置される。

この加熱手段４の外側には必要に応じて例えば円筒状の
熱遮蔽体、或いは水冷等によって冷却されるジャケット
６が配置され、その外側に磁場発生手段７例えば磁石又
は直流磁場を発生する電磁石が配置される。

８は単結晶シードで、９はその引上げチャックである。

本発明においては、特に加熱手段に対し、リップル分が
４％以下に抑えられたほぼ直流の電流を通電することに
よって加熱する。

例えば磁場発生手段７によって得た４１００ Ｇ（ガウ
ス）の磁場中で、加熱手段４のヒーター５ニリツプルが
３％の直流電流を通じてその加熱を行ったところ、半導
体融液、例えばＳｉ融液３の融液面は、明確にその輪郭
を観察することができ、融液面に殆ど振動が生じていな
いことが確認され、また、引上げ成長された単結晶も、
冒頭に述べた種々の欠陥が著しく減少していることが確
められた。

尚、この場合において、磁場を与えない状態では、融液
面の振動が激しく、その輪郭は明確に観察することがで
きなかった。

また、因みに従来方法においては、加熱手段４のヒータ
ー５には、交流が与えられるものであり、この場合にお
いて、上述した磁場を与えても融液面に振動が生ずる。

これは、磁場中において交流の流れるヒーター５が振動
し、これが容器２に伝達されることによる。

又、磁場が強いときにはこの振動によってヒーター５が
破損される。

本発明においては、上述したように、加熱手段４のヒー
ター５に、はぼ直流の電流を与え、且つ単結晶育成部に
磁界をかけるものであって、このようにすることによっ
て融液面に振動がなく、欠陥の殆どない良質の単結晶を
安定に成長させることができるものである。

そして、この場合、ヒーター５への通電電流は、そのリ
ップル分が４％以下の直流電流であれば良いことが確め
られた。

また、上述したように磁場の印加によって安定した良質
の単結晶を成長させることができるのは、導電性を有す
る液に、磁場を与えると、磁気流体効果によってその見
掛けの粘性が高められることにより表面張力が高められ
ると共に融液の対流が減少することによると考えられる
。

これらによって単結晶シードの融液面の温度の変動や振
動が抑制され、更に後述する酸素の含有を減じ得る。

すなわち、磁界中の導電性を有する流体の粘性はレーリ
ー−シェフリーズ（Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｊｅｆｆｒｅｙ
ｓ ）の式による量ηＨに依存する。

ηＨ＝（４／２７） （ｄ”／７ｒ２） （σμ２Ｈ２
／ｃ２） ＝（１）（ここでｄは融液の深さ、σは融液
の電気伝導度（Ｓｉにおいては約１２０００（ｊ−’Ｃ
ｒＩＬ−” ）、μは透磁率、Ｈは磁場の強さ） したがって、半導体融液、例えばＳｉ融液に磁界が掛け
られることによって、この融液の粘性が増し、加熱手段
４を直流駆動にして振動の激減化をはかったことと相俟
って上述した対流及び振動が抑えられ、温度の安定化が
はかられ、これらによって成長単結晶体の再溶融等も回
避できる。

半導体、例えばシリコンの単結晶体において、酸素濃度
が高い場合、この単結晶体によって半導体装置を製造す
る過程での熱処理において、積層欠陥や、酸素の析出物
等の欠陥発生を招来し、半導体装置の特性に悪影響をも
たらす。

したがって引上法による単結晶半導体においては、でき
るだけ、酸素濃度を低めることが望まれる。

ところが通常の磁場を与えない単結晶の成長方法では、
その酸素濃度は１〜１．５ Ｘ １０” ａｔｏｍｓ／
−程度の比較的高い濃度を有する。

これは、通常、半導体融液の容器として石英るつぼを用
いるものであり、この石英（Ｓｉｎ２）るつぼから酸素
が供給されてこれが結晶中に混入するためである。

ところが、上述した本発明によれば、この酸素濃度を減
少させることができる。

これは本発明において対流及び振動の抑制をはかったこ
とによって石英るつぼ２から融液３への酸素成分の融解
と移動とが減少することによると思われる。

尚、本発明方法においては、容器２と、引上単結晶体１
０（したがってシード８）は、回転しない状態で行うこ
とも両者は相対的に回転させるようにすることもできる
。

因みに、その回転数と、酸素濃度との関係は、第２図に
示すようにその回転数が犬となると濃度が増す。

これは、前述したように回転に伴って石英るつぼからの
酸素のとり込み量が多くなることに因ると思われる。

尚、上述した図示の各側は単結晶体を棒状に引上げ成長
させた場合であるが、この場合において磁場発生手段７
を電磁石によって構成し、結晶の引上げ過程で、この電
磁石に対する通電を一定時間断つ作業を繰返えすことに
よって、引上げ単結晶１０の一部にその軸方向を横切る
ように酸素濃度が高くその後の熱処理で欠陥の発生し易
い層１２を所定間隔を保持するよう形成することもでき
る。

このように欠陥層１２を有する単結晶は、スライスして
、例えば一方の主面又は内部に欠陥層１２を有するウェ
ファ−１３を切り出す。

そして、他方の主面にトランジスタ、ダイオード等の各
種半導体素子１４を形成する。

このようにするときは、熱処理過程を経ることによって
酸素濃度の高い欠陥層１２に転位等を発生させることが
でき、良く知られているように、ウェファ−１３中の素
子１４に悪影響を及ぼすＦｅ 、 Ｃｕ 、 Ｎｉ等の
重金属の吸収、すなわちゲラクリングを行うようにする
ことができる。

また、上述の図示の各側は、棒状の単結晶体１０を引上
げる場合を示したものであり、この場合、半導体装置を
得るに当っては、単結晶体１０をスライスしてウェファ
−を得るものであるが、成る場合は、単結晶の成長時に
板状の単結晶体として成長させ、例えば太陽電池を製造
する場合に好適ならしめることができる。

第３図の例では、融液３の液面上にこの液面の移動に伴
って移動できるようにしたガイド板１３ａ及び１３ｂを
設け、板状の単結晶シード８を用いて、ガイド板１３ａ
及び１３ｂ間から板状の単結晶体１０を引上げ成長させ
るようにした場合である。

第３図において第１図と対応する部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。

また、第４図に示す例においては、融液３の表面から横
方向（はぼ水平方向）に単結晶シード８を引き、板状単
結晶体１０を成長させて行くようにした場合で、この第
４図においても第１図と対応する部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。

１５はヒートシンクである。このように板状単結晶体を
得る場合においては特に、融液３の表面における液面に
おける振動、温度等は、単結晶体の特性に大きな影響を
及ぼすので、本発明方法によるときは、前述したように
、特に融液面における安定性を保持でき、良質の板状単
結晶体を得ることができる。

更に、特に、横引きによって単結晶体を得る第４図に示
す例の場合、融液３の液面が一定位置に保持させるため
に容器２に対して図示しないが融液材を補給しつつその
成長を行うものであるが、この補給融液の温度、すなわ
ち融解速度を一定に保つことができるので、本発明方法
の適用は、特に有益となる。

上述したように、本発明方法によれば、安定した半導体
単結晶の成長を行うことができるので、再現性良く特性
の均一な単結晶を能率良く得ることができ工業的利益は
甚大である。

尚、上述した例においては融液がＳｉ融液である場合で
あるが、他の□□□や■−■族化合物半導体、或いは誘
電体、磁性体、各種金属などの、得ようとする結晶に応
じた融液又は溶液である場合もあることは云う迄もない
。

また、ヒーターへの印加電流は直流以外に、磁場の作用
によっても振動の発生を殆んど回避できるのは、１ｋＨ
２以上の交流又は脈流であることも確められた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図は夫々本発明による半導体単結
晶の成長方法の各側を実施する単結晶成長装置の例を示
す路線的構成図、第２図は酸素濃度と回転速度との関係
を示す曲線図である。 １は単結晶成長装置、２は半導体融液３を収容する容器
、４は加熱手段、５はそのヒーター、６はジャケット、
７は磁場発生手段、８は単結晶シードである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体の液状体を収容する容器と、該容器の周囲に
   配された電流路を有する加熱手段と、上記液状体に所定
   方向の磁場を印加する手段と上記液状体とこれに接触す
   る結晶体の力学的な位置変化により上記液状体から結晶
   を成長させる手段とを設け、上記電流路は、上記磁場の
   及ぶ位置にあり、該電流路にはほぼ直流の電流を供給す
   ることを特徴とする結晶成長方法。 ２ 半導体の液状体を収容する容器と、該容器の周囲に
   ジグザグ状にめぐらされた抵抗加熱用ヒーターと、上記
   液状体表面から結晶を引上げる手段と、上記容器及び上
   記ヒーターの外側に配されこれらにほぼ水平方向の直流
   磁場を与える一対の電磁石と、上記ヒーターにほぼ直流
   の電流を供給する手段とを具備することを特徴とする結
   晶成長装置。