JPS6081086A - 単結晶の成長方法および装置 - Google Patents

単結晶の成長方法および装置

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JPS6081086A
JPS6081086A JP18794083A JP18794083A JPS6081086A JP S6081086 A JPS6081086 A JP S6081086A JP 18794083 A JP18794083 A JP 18794083A JP 18794083 A JP18794083 A JP 18794083A JP S6081086 A JPS6081086 A JP S6081086A
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JP
Japan
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single crystal
melt
magnetic field
molten body
crucible
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Pending
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JP18794083A
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English (en)
Inventor
Giichi Kando
貫洞 義一
Shozo Shirai
省三 白井
Takehiko Futaki
剛彦 二木
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305Stirring of the melt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

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】 本発明は導電性の物質を加熱して溶融し、その融体から
単結晶を引上げ成長させる方法および装置に関する。
融体から単結晶を引上げ成長させる方法の代表・的なも
のはチョクラルスキー法である。この方法では、ルツボ
内で単結晶材料を加熱溶融すると。
ルツボも一部溶融しルツボを構成する物質が融体内に混
入することは避けられない。
たとえば石英ルツボで高純度の多結晶シリコンを溶融し
、シリコン単結晶を引上げ成長させる場合には、ルツボ
の酸素が融体内に混入し、これが結晶界面に運ばれて成
長する単結晶中にとりこま位の発生・増殖ン抑制し、ま
た酸素の析出により半導体基板表面の汚染不純物vB収
する働きがあるため有用な不純物とされている。
したがってこの方法による単結晶は、酸素含有竜の少い
フローティングゾーン法による単結晶よりも、LSI素
子の製造に多く用いられている。
しかしこの酸素も多過ぎると析出による欠陥の発生乞招
きL’SI素子に悪影響を与え、少な過ぎると何ら効果
を示さない。そのためLSI素子用として良質の単結晶
χ得るためには、適当量の酸素が混入するよう制御され
なければならない。
従来、導電性の融体から単結晶全引上げる際に。
垂直または水平に均一の直流磁場を印加して融体の実効
粘性を高め、熱対流によるルツボの溶融を抑制する方法
が公知である(日本特開昭56−45889および特開
昭57−149894. )。しかしこれらの方法では
、融体全体に均一な一定方向の磁場を印加するが、融液
の動く方向は場所により異なるので、抑制力が有効に働
くのは一部分であり、全体として融液の熱対流を効果的
に抑制するには相当に強い磁場を発生しなければならず
、たとえば直径100期の単結晶を成長させる場合に、
水平磁場では1500ガウス以上の磁束密度乞要し、し
たがって20トン以上の磁場装置を設けなければならな
い。また垂直磁場では1000ガウス以上の磁束密度で
2トン以上の磁場装置となる。
今後シリコン単結晶の直径は増大する傾向にあるので、
磁場印加のための装Wはますます巨大化し、工業上甚だ
取扱いにくいものとなる。加えて従来の均一磁場を用い
た方法では融体内の熱対流が融体全体にわたって抑制さ
れるため、ヒーターの発熱むらが結晶成長に直接悪影響
を与える。このため均一磁場の結晶成長に対する効果全
十分に発揮させるためには、ヒーター自体の改造が必要
となり、かつ制御も複雑になってしま)(特開昭56−
104795)。
次にルツボの溶融を効率良く調節する上からは融体全体
にわたって強い磁場を印加しな(とも、ルツボ壁近くの
みに磁場を印加することで十分にその目的?達し得るし
、結晶成長界面付近のヒーターの発熱むらの問題は結晶
成長界面付近で磁場に依る効果を無くしたり、対流の方
向全制御する方法でも十分に解決できる。
これらのことから、融体内にはそれぞれの場所毎に結晶
成長に合った形で適当な磁場ン印加することは非常に有
効であり、かつこの方法によれば現有結晶成長装置の改
造は最少限で済む。
本発明は均一磁場の際装置の改造乞伴う欠点を除き、装
置の巨大化、複雑化をふせぎ、単結晶の品質の均一化を
はかること奢目的とするものであって、$1の発明は導
電性を有する物質の融体から単結晶を引上げる単結晶の
成長方法において、融体内の各部に磁界の強さおよび方
向の異なる磁場を印加することt特徴とする単結晶の成
長方法に関し、第2の発明は上記方法?実施する装置に
関するものである。
これによりLSI素子用としてすぐれた単結晶を成長さ
せることができる。 ・ 以下に不発明を肉面に暴いて詳細に説明する。
第1因はチョクラルスキー法の単結晶成長装置に結晶成
長方向に平行な磁場を加える従来の装置のうち、縦磁場
乞利用した装置の縦断面肉である。
この装置を使用する方法ではルツボ1の中に高純度の多
結晶の半導体材料を入れ、これ全ヒーター2によって加
熱溶融し融体6をつくる。七から種結晶4を支持した支
持体5を降下させ、融体表面に一旦接触させた後回転さ
せながら引上げると単結晶6が成長する。このときヒー
ター2の外側に設けた円筒状のソレノイドコイル7によ
り、結晶成長方向に平行に均一の直流磁場を加えろと、
磁気力線8が垂直に貫き融体の実効粘性が増し融体全体
の熱対流がおさえられる。
これに対し本発明は融体内の各場所に適当な磁場Z印加
するという原則にのっとり第2図にm個f 示ス装置α
乞使用するものであって、ヒーター2の外側のソレノイ
ドコイルを複数個たとえば10個に分割してコイル集合
体10とし、各コイルにそれぞれ独立に異なった大きさ
と方向の電流を流す。すると嘲体内の各部にはそれぞれ
異なった磁界の方向と大きさの磁場が印加される。矢印
8は磁力線の方向の一例!示すが、この磁力線の方向は
各コイルの電流によって十分満足できる程度に変えるこ
とができる。たとえば第3図(alはソレノイドコイル
を20段に分割し、3〜5番のコイルと11〜20番の
コイルの電流の方向を逆にした時の融体内の各場所の磁
界乞ベクトルで示したものであり、第3図1blは1〜
9番のコイルと13〜20番のコイルの電流を逆にした
場合の磁界をベクトルで示したものである。また第4図
はソレノイドコイル12の近傍にヨーク13を設けたと
きの磁力線の方向を示し、第5図は4極の電磁石14.
15,16.17がそれらの中心軸を水平に設けられた
時の磁力線の方向7示す。
このように本発明は、ソレノイドコイルならびにヨーク
の数と配置およびソレノイドコイルに流す電流の大きさ
と方向の様々な組合せにより、融体内の各場所に必要な
磁場を十分満足できる程度に発生させて印加し、品質が
均一なLSI素子としてすぐれた単結晶を成長させるこ
とができる。
しかも磁場による融液の動きの抑制は磁界の方向全調節
するため多くの場所において荷動に働き、したがって磁
界の強さとしてはたかだか400ガウスの磁束密度で十
分目的は達せられ、磁場発生装置の巨大化は避けられる
またチョクラルスキー法では引上結晶の成長につれて融
体の表面が下降するが、これに対しては第2図(=示す
ように、多段コイル10の移動機構18によってコイル
の位置を結晶の成長方向に調節し、常に融体に最適の磁
場を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知の垂直磁場を加えるチョクラルスキー法に
よる装置の縦断面図であり、第2図は本発明の改良され
たチョクラルスキー法による装置の縦断面図であり、第
3図1al 、 +blは分割したソレノイドコイルに
よる融体内の磁界の一例ン示すベクトル図であり、第4
1閾はソレノイドコイルの近傍にヨーク!設けた時の磁
場の状況χ示す図面であり、第51図は多極電磁石のう
ち4極電磁石を使用した場合の磁場の状況?示す図面で
ある。 1・・・ルツボ、 2・・・ヒーター、 6・・・融体
。 4・・・種結晶、 5・・・支持体、6・・・単結晶。 7・・・ソレノイドコイル、 8・・・磁力線、9・・
・中心軸、 10・・・ソレノイドコイルの集合体、1
1・・・絶縁材、12・・・ソレノイドコイル、13・
・・ヨーク、 14・・・4極電磁石の4極部、15・
・・4極電磁石の電極部。 16・・・ 〃 17・・・ 〃 18・・・駆動1幾構。 特許出願人 信越半導体株式会社 fIt軸よりのビ、!! (Cml →f+c−寸由よ
・」の珍9發 (cml−;F−屁、5ネ市j1王基) 昭和59年12月27日 特許庁長官 志 賀 学 殿 ■、小事件表示 昭和58年特許願第18794.0号 2、発明の名称 単結晶の成長方法および装置 3、補正をする者 4、代理人 5、補正の対象 明細18*E J″″′″′図血 6゜、1.56、補
正の内容 1)明細書第9頁第1行と第2tjの間に別紙事項を4
111人する。 2)明細書第9頁第11行の「状況を示す図面である。 」を「状況を示す図面であり、第6図(a)は実施例1
において分割コイルに同方向の電流を流した場合の中心
軸よりの距離による酸素濃度分イ11を示す図面であり
、第6図(b)は実施例1において分割コイルの2.3
番に1番と逆方向の電流を流した場合の中心軸よりの距
離による酸素濃度分イ1】を示す図面であり、第7図は
実施例2においてルツボの回転数に対する酸素濃度分布
を示す図面である。」ど補j「する。 3)第6図(a)、(b)および第7図を別紙のとおり
追加する。 (別紙) 実施例 1 :(段に分割したソレノイドコイルを、チョタラルスキ
ー法屯結晶成長装置(国際電気製DP−3010V)の
炉体部を囲んで設け、各コイルに3001’lの電流を
流してシリコンVd’、体に磁場を加え、中結晶を製造
した。引上げた’l’A?i品の中心軸よりの′Ajt
ritによる酸素濃瓜の分イIIを赤外θミで411定
し、その結果を第6図に示す。同図(a)はずへての分
割コイルに同方向の電流を流した場合であり、(b)は
2、;(番のコイルに1番のコイルと逆ツノ゛向の電流
を流した場合である。(zl)の場合は結晶周辺から中
心+11+に向って酸素濃度が増加しているか、([〕
)の場合は均一にしかも低濃度に抑制されていることが
わかる。 実施例2 実施例Iの(b)の場合と回し条件で、ルツボの回転数
による長さ方向の酸素I負度分布をB111定した。 種結晶の回転数は3Orpmに固定し、ルツボの回転数
は種結晶と逆方向(負号で示す)に−20,−IQ、−
2および同方向に] Or p mの4種jfi k 
這んた。このl)”l’!果を第7図に示す。これによ
ると、iφ方向回転の場合、回転数によって酸素11度
が、)としく変化していることがわかる。 上記2つの実施例から明らかなようtこ、本発明によれ
ば、分割ソレノイドコイルの電流の大きさと方向を調1
fして各部の磁界の強さと入c′:さを変えることによ
り、引上単結晶のM J製織を低くかつ中心軸に垂直な
面内で均一に抑えることも、また結晶回転数を調節して
酸素濃度を広範囲に制御することもできる。 実施例では酸素にのみ着1」シたが、本発明によ」しば
、ルツボから溶出するであろう酸素以外の不純物による
結晶の品質劣化をふせぎ、またへ・型、1ノ型用不純物
を添加する場合には、同時に均一な添加を行うことも+
j(能である。このようにして良なりな超1.s[索子
のためのシリコン゛V、導体月利用Q5. 結晶をW 
lff1することができる。 また、本発明はシリコンに限定することな(、(rUP
、GaAs、GaAsPその他各種の組み合せの化合物
゛14専体]11結晶あるいは酸化物1”f’F体’l
、tl’を品に対しても有効である。 第6図 (a) 中n;I/#+jソC’7NIlltTmm)(b) 4G−50−40−3040−to Oto 20 3
0 40 60 11101へυ′軸よりf)饗巨島虻
(mm+

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、導電性を有する物質の融体から単結晶を引上げる単
    結晶の成長方法において、融体内の各部に磁界の強さお
    よび方向の異なる磁場を印加することを特徴とする単結
    晶の成長方法。 2 導電性を有する物質の融体から単結晶を引上げる単
    結晶の成長装置において、融体内の各部に磁界の強さお
    よび方向の異なる磁場を印加する装置ン備えていること
    ?特徴とする単結晶の成長装置。 3、前記の磁場乞印加する装置が、単結晶の成長方向に
    移動可能な複数個のソレノイドコイルあるいはその近傍
    にヨークを有するソレノイドコイルまたは多極構フ蚕磁
    石であること乞特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    装置。
JP18794083A 1983-10-07 1983-10-07 単結晶の成長方法および装置 Pending JPS6081086A (ja)

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