JPS6033287A - 単結晶半導体の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は単結晶半導体の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体装置の製造に用いられる単結晶半導体は主にチョ
クラルスキー法（Ｃ２法）Ｋよって製造されている。従
来、このＣ２法には第１図に示すような単結晶半導体引
上装置が用いられている。

すなわち、図中１は上部と下部が開口したチャンバ（あ
る。このチャンバー１の下部開口からは回転自在な支持
棒２が挿入されておシ、この支持棒２上には保護体３が
支持され、石英ルツボ４を保護している。前記保護体３
の外周には筒状のヒータ５及び保温筒６が順次配設され
ている。また、前記チャンバー１の上部開口からは例え
ばチェーン７が吊下されておシ、種結晶８を保持してい
る。

上記引上装置を用いたＣＺ法は、単結晶シリコンを製造
する場合を例にとれば、ルツボ４内にシリコン原料を入
れ、ヒータ５によりシリコン原料を溶融させ、この溶融
シリコン９に種結晶８を浸し、ルツボ４と種結晶８とを
逆方向に回転させながらチェーン７を引上げることによ
シ単結晶シリコン１０を引上げるものである、ところで
、近年、単結晶半導体を用いた素子の微細化に伴い、単
結晶半導体中の不純物（例えば石英ルツボから溶出して
取込まれた酸素）の分布を均一にすることが望まれてい
るが、上述した従来の製造方法では不純物濃度の変動が
大きいという欠点がある。この不純物濃度の変動要因は
多々あるが、主たるものは融液中の対流モードの変動と
されている。この対流には融液内の熱分布から発生する
熱対流と結晶回転、ルツボ回転等に起因する強制対流が
ある。

考こで、この対流モードの変動を抑制する目的で、結晶
育成中の融液に１０００エルステッド以上の磁場を印加
し、磁気粘性を高める試みがなされている。例えば、溶
融シリコンに水平方向の磁場を印加し、育成された単結
晶シリコン中の不純物分布変動を抑制するという報告が
なされている（Ｔ、　５ｕＺｕｋｉ、　’ＣＺ　５ｉｌ
ｉｃｏｎ　ＣｒｙｓｔａＪｓｉｎ　ａ　Ｔｒａｎｓｖｅ
ｒｓｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄ’　、　ＥＣ８
ｈｂｓｔｒａｃｔ　ｐ、９０〜９９（１９８０））　こ
の方法においては対流を全て抑制することによシ対流モ
ード変動起因の不純物分布の微小変動を抑制している。

したがって、強制対流を抑えるために種結晶（及び育成
される単結晶シリコン）の回転数を低くし、熱対流を抑
えるために通常１０００エルステッド以上の磁場を印加
している。しかし。

このような方法では対流が非常に小さくなるため、融液
面内の不純物の分布が非常に不拘−忙なっている。この
結果、育成された単結晶シリコン中の不純物は径方向に
おいて不均一性が大きい。

−４，溶融シリコンに１０００エルステッド以上の磁場
を印加した状態で、種結晶（及び育成される単結晶シリ
コン）の回転数を５ｒｐｍ以上の高速にすると、磁気粘
性が高い状態で無理に融液を攪拌することになる。この
結果、育成された単結晶シリコンの径方向の不純物分布
の均一性はよいが、結晶回転に同期した不純物の微小変
動分布（ストリエーション）が観測される。

こ１は・結晶と融液と９界面にｋ　ｔ、？・５゛わゆる
１ステイツキング現象′が起シ、結晶の回転が不安定に
なるために発生するものと考えられる。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ夛、径方向
の不純物分布の均一性がよく、しかも不純物濃度の微小
変動のない単結晶半導体を製造し得る方法を提供【１．
ようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明の単結晶半導体の製造方法は１種結晶（及び育成
される単結晶半導体）の回転数を５ｒｐｍ以上とすると
ともにルツボ内の溶融半導体原料に鉛直方向に磁場を印
加し、融液面における磁場の強さを１５０〜８００エル
ステツドの範囲とすることを骨子とするものである。

本発明において、種結晶（及び育成される単結晶半導体
）の回転数を５　ｒｐｍ以上としたのは、５　ｒｐｍ未
満では不純物分布の均一性が悪くなるためである。

また、本発明において溶融半導体原料に印加する磁場の
強さを１５０〜８００エルステツドとしたのは、１５０
工ルステツド未満又は８００エルステツドを超えると、
不純物の微小変動中が大きくなるためである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図〜第４図を蓼照して説明
する。力お、第２図において、既述した第１図と同一の
部材には同一番号を付」−て説明を省略する。

第２図は本発明方法において用いられた単結晶半導体引
上装置でｉｂ、チャンバー１の外周にリング状の電磁石
１１が配設されている。この電磁石１１によシルツボ４
内の溶融シリコン９に鉛直方向に磁場が印加されるよう
になっている。この装置を用いた単結晶シリコンの引上
げは、電磁石１１によシ溶融シリコン９に鉛直方向に磁
場を印加する以外はほぼ通常のＣｚ法と同様に行なわれ
る。

、　上記装置を用いて、溶融シリコン９の融液面におけ
る磁場の強さを０〜１３００エルステツド、種結晶８（
及び育成される単結晶シリコン１０）の回転数を０．２
〜１５ｒｐｍと条件を変化させて３インチ（７，６２ｃ
＋ｎ）径の単結晶シリコン１０を育成した。得られた単
結晶シリコン１０について、不純物の径方向分布及び不
純物の微小変動を以下のようにして評価した。まず、不
純物の径方向分布については、石英ルツボよＦ）　７８
出し、育成中に単結晶シリコン１０に混入した酸素の濃
度を赤外分析法によ請求め、中心部と周辺部における濃
度の比を計算して評価しまた。また、不純物の微小変動
については単結晶シリコンから切出したシリコンウニ八
を鏡面加工した後。

４５０℃で１５時間熱処理を行ない、そのウニ八につい
°Ｃ広がシ抵抗（酸素ドナーの発生状態に対応する）を
測定し、微小変動中（相対値）を評価した。これらの結
果を第３図及び第４図に示す。

第３図は不純物均一性及び微小変動中の磁場依存性を示
すものであり、同図から明らかなように、結晶回転が低
速（２ｒｐｍ　）の場合、微小変動ＩＪは小さいが、中
心酸素ａ団に対して周辺酸素濃度が磁場の強さを強める
に従って小さくなり、不均一性が増加している。これに
対して結晶回転が高速（１５ｒｐｍ　）の場合、磁場が
小さ大きいが、その中間では微小変動［１］が小さくな
っている。また、高速回転においては、磁場の強さにか
かわらず、不純物（酸素）分布の均一性が良好となって
いる。

また、第４図は５００　エルステッドの磁場を印加した
時の不純物均一性及び微小変動中の結晶回転数依存性を
示すものであり、同図から明らかなように、微小変動中
は小さいが、不純物均一性に関しては結晶回転が５ｒｐ
ｍより低い時には周辺部の酸素濃度が低くなっている。

なお、本発明においてルツボの回転数は不純物均一性、
微小変動中にほとんど影響を与えない。

また、本発明において、磁°場の強さの分布はルツボの
回転軸に対し７て非対称でもよく、ル・ンボ内の溶融シ
リコンに鉛直方向に磁場を印加するということが対流の
変動抑制という効果を得るのに重要となっている。

更に、以上の説明では単結晶シリコンを製造する場合に
ついて述べたが、これに限らず対流機構が同様な半導体
材料の単結晶を製造する場合にも同様に適用できること
は勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の単結晶半導体の製造方法によ
れば、径方向の不純物分布が均一で、かつ微小変動中の
極めて小さい単結晶半導体を製造することができ、半導
体装置の特性を向上し得る等顕著々効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単結晶半導体引」１袋ｉｉ’２の断面図
、゛第２図は本発明の実施例において用いられた嚇結晶
半導体引上装置の断面図、第３図は不純物均一性及び微
小変動中の磁場依存性を示す特性図、第４図は不純物均
一性及び微小変動中の結晶回転数依存性を示す特性図で
ある。 １・・・チャ／パー、２・・・支持棒、３・・・保護体
、４・・・石英ルツボ％５・・・ヒータ、６・・・保温
筒、７・・・チェーン、８・・・種結晶、９・・・溶融
シリコン、１０・・・単結晶シリコン、１１・・・電磁
石。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦オ」図 矛２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チャンバー内にルツボを回転自在に支持１〜、該ルツボ
   内の溶融半導体原料にルツボ上方から回転目在処吊下さ
   れた種結晶を浸して該種結晶を引上げることによシ単結
   晶半導体を製造する方法において、前記種結晶の回転数
   を５　ｒｐｍ以上とするとともに前記ルツボ内の溶融半
   導体原料に鉛直方向に磁場を印加し、融液面における磁
   場の強さを１５０〜８００エルステツドの範囲とするこ
   とを特徴とする単結晶半導体の製造方法。