JPS61275188A - 単結晶の引上げ方法 - 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Ｓｉ等の如きＩＶ族の半導体、あるいはＧａＡ
Ｓ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ等の如き■−ｖ族化合物などの化
合物半導体の単結晶を引き上げる単結晶の引上げ方法に
関するものである。

〔発明の技術的背景〕

一般に半導体ウェハを製造するためには、まず所定径お
よび所定長の半導体単結晶棒（インボラトンを成形し、
この単結晶棒を所定の厚さで切断してウェハを作る必要
がある。

以下、添付図面の第４図乃至第６図を参照して従来技術
を説明する。なお、図面の説明において同一要素は同一
符号で示す。

第４図は単結晶を引き上げる様子を説明するためのもの
で、第４図（ａ）は側面から見た図であり、第４１Ｋ　
（ｂ）は上面から見た図である。加熱体（図示せず）に
よって側面から加熱されたルツボ１内に、目的とする単
結晶を含有する融液２を充填し、この融液２を８２０３
等の不活性液体７で被覆する。そして融液２に種結晶を
浸漬し、次いで種結晶をゆっくり回転しながら徐々に上
昇させる。しかしながら、融液２内には矢印で示すよう
にルツボ１の外側で上昇し、表面で外側から中心に向か
って流れた後、表面の中心から下方向に流れる対流が生
じている。このため、表面の中心部（結晶棒８の中心）
付近等で熱的不均衡が生じ、従って均一な単結晶を得る
ことが難しい。

このため従来は、例えば第５図に示すように引上炉の外
側に異極が相対向する磁石３．４を配設し、この磁石３
，４の磁場によって対流を抑制している。寸なわち、第
５図においてチャンバー５内には加熱体６が設けられ、
この加熱体６の間にはルツボ１が設けられている。そし
て、ルツボ１内には融液２と、この融液２を被覆する不
活性液体７とが充填されている。単結晶棒８の引上げは
、引上炉の外側に配設された異極対向磁石３．４のＷ４
場で融液２の対流を抑制しながら行なう。なお、磁場に
よる導電性流体の対流抑制の原理は、電磁見学のレンツ
の法則により理解できる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記従来の方法では、異極対向磁石が定
位置に固定されているため、加熱等によるルツボ内の融
液の対流を均一に抑制することができない。第６図はこ
の状態を示すものであり、磁石３．４を結ぶ軸（×軸）
と水平面内で直交する軸（ｙ軸）の方向、およびこれら
の軸によって形成される平面と直交する軸（Ｚ軸）の方
向の対流は、磁石３．４の磁場によって抑制される。し
かし、磁石３．４を結ぶ軸（Ｘ輪）と平行な方向の対流
は磁場によって抑制されない。そして、この対流の不均
一が存在する状態で単結晶を引き上げると、磁場の方向
と略直交する方向に長軸が位置した楕円柱形状の単結晶
が成長し、目的の形状昨−結晶が得られない。また、単
結晶をゆっくり回転゛させながら引き上げると、結晶棒
の断面は真円状となるが、融液が均一な温度分布となら
ないため、単結晶の品質が低下するという問題点がある
。

（発明の目的〕 ・本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、ルツボ内での全ての方向の融液の対流を抑制して融液
を均一な温度分布とし、高品質の単結晶棒を引き上げる
ことを可能にした単結晶の引上げ方法を提供することを
目的としている。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は、異極が相対向する磁
気要素を引上炉の外側に設け、これによってルツボの融
液内に生じる磁場の方向を水平方向の面内で少なくとも
９０度の角度で切り換えるようにし、これによってルツ
ボの融液内に生じる対流を均一に抑制するようにした単
結晶の引上げ方法を提供するものでる。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面の第１図乃至第３図を参照して本発明の
実施例を具体的に説明する。

第１図は本発明が適用される装置の一例の断面図である
。ルツボ１内には半導体が溶解された融液２と、融液２
を被覆する不活性液体７とが充填される。このルツボ１
は加熱体６内に挿入され、融液２と不活性液体７との加
熱が行なわれる。ルツボ１と加熱体６とはチャンバー５
内に挿入され、これらによって引上炉が形成されている
。この引上炉の外側には異極がそれぞれ対向した異極対
向磁石３．４が配設されている。各磁石３，４は支柱９
に支持されてルツボ１と略同等の高さとなっており、こ
れにより、ルツボ１内の融液２に水平方向の磁場が生ず
るようになっている。そして、各支柱９は基台１１上に
設けられたレール１ｏに支承され、レール１０上をスラ
イドするようになつている。このレール１０はルツボ１
を中心とした円弧線上に設けられており、支柱９がレー
ル１０上をスライドすると各磁石３．４がルツボを中心
に回転運動を行なうようになっている。

この回転運動は磁石３，４を結ぶ軸と平行な方向の対流
を抑制するためのものであり、このため、少なくともル
ツボに対して９０度の往復運動を行なうように制御され
る。

第２図はこの磁石３．４を９０度の首振り回転運動をさ
せた状態を示す平面図である。この首撮り回転運動は、
融液２内から単結晶を引き上げる際に行なわれる。すな
わち、第２図（ａ）から同図（ｂ）を経て同図（Ｃ）ま
で行なわれ、次いで同図（Ｃ）から同図（、ｂ）を経て
同図（ａ）まで復帰するサイクルを繰り返すものである
。このような首振り回転運動によって、磁石３．４を結
ぶ軸と平行な方向に発生する対流は周期的に抑制され融
液の不均一および温度分布の不均一を防止することがで
き、従って高品質の単結晶を成長させることができる。

なお、磁石３．４は３６０度の周回運動をさせてもよく
、磁石は２個１対に限らず４個２対等であってもよい。

又、引上炉の周囲に適宜の開隔で複数の電磁石を配設し
、この電磁石の極性を順次、切り換えて回転する磁場を
生じさせ、ルツボ内の融液の対流を抑制してもよい。

第３図は磁場によって融液の対流が抑υ１される様子を
説期するためのもので、ルツボおよび引き上げられた単
結晶棒の断面図である。

磁場によって対流が抑制されていないときは、融液２は
第３図（ａ）に矢印で示すように対流する。従って引き
上げられる単結晶棒８は、図中に点線で示すようにして
成長する。これに対して、磁場による対流の抑制が全て
の方向についてなされているときは、融液２は第３図（
ｂ）に矢印で示すように対流する。従って引き上げられ
る単結晶棒８は、図中に点線で示すように成長するので
、結晶状態がよく良質の半導体ウェハを切り出すことが
できる。

なお、融液内に生じる磁場の方向を変えるための方法と
して、磁石を固定にしてルツボを回転させることにより
相対的に磁場を回転させる方法が考えられる。しかしこ
のようにすると、ルツボおよび結晶棒の回転駆動に特別
の注意を払う必要がある。また、融液内の温度勾配も大
きく、良好な結果が得られない。

以下、本発明を実施例につき、さらに具体的に説明する
。

実施例１ ＧａＡｓを溶解させた融液Ｉ　Ｋｙをルツボ内に充填し
、この融液をＢ２Ｏ２からなる不活性液体で被覆し、圧
力３〜３０Ｋｇ／ａＩのＡｒガス（Ｎ２ガスでもよい）
雰囲気中で加熱体により加熱した。

そして種結晶棒を融液内に浸漬し、次いで徐々に引き上
げ単結晶を引き上げた。この場合、異極対向磁石で約２
０００ガウスの強度の磁場を印加すると共に、磁石を回
転速度をｉ　ｒｐａ＋として９０度の首振り回転をさせ
た。得られた単結晶は直径５０　ｍ　、重１８０（ｌの
真円柱であり、単結晶も均一で単結化も８０％以上であ
った。

実施例２ 実施例１と同様な条件で単結晶の引上げを行なったが、
磁石を１ｒｐｍの速度で首振り回転運動させると共に、
種結晶棒も速度１「ｐＩｍで回転ささた。

得られた単結晶は実施例１．と同様な高品質であった。

、実施例３ 実施例１および実施例２と同様な条件で引上げを行なっ
たが、ルツボも引上げと共に所定の角度で回転させ。こ
のルツボの回転速度は２　ｒｏｍ以下が良好であり、２
　ｒｐｍ以上の場合には融液の温度が安定せず高品質の
単結晶が得られなかった。

比較例１ 実施例１と同様な条件であるが、磁石および種結晶棒を
いずれも回転させないで単結晶を引上げた。得られた単
結晶は長軸が磁場の方向と直交し、短軸が磁場の方向と
一致する楕円形状であり、しかも途中に多結晶化した部
分を含Ｉυでいた。

比較例２ 実施例１と同様な条件であるが、種結晶軸を１〜１０ｒ
Ｅ）ＩＩＩの速度で回転させながら単結晶を引上げた。

得られた単結晶は略円形状であるが、途中に多結易化し
た部分を含むと共に、結晶状態は明らかに不均一であっ
た。これは、結晶の特定位置（シーム）が磁場の方向と
直交する方向であるときに突起状の結晶が生成し、磁場
の方向と一致する方向になると溶けるためであると考え
られる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、ルツボの融液内に生じた磁
場の方向を水平方向の平面内で少なくとも９０度切り換
えるようにしたので、あらゆる方向の融液の対流を抑制
することができ、従って高品質の単結晶を引き上げるこ
とが可能な単結晶の引上げ方法が得られる。

特に上述の効果は、ルツボをＯ〜２　ｒｐｍの速度で回
転させ、かつ磁場の方向を０．５〜２．０ｒｐｍの速度
で回転させるときに著しいことが実験により明らかにな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に適用される装置の一例の断面図、
第２図はその作動を示す平面図、第３図は磁場を加えた
ときのルツボ内の融液の対流と結晶成長の様子を説明す
る断面図、第４図は磁場を加えないときの融液の対流の
様子を説明する断面図、第５図は従来方法に適用される
装置の一例の断面図、第６図は第５図の装置の作動を説
明する断面図である。 １・・・ルツボ、２・・・融液、３，４・・・異極対向
磁石、６・・・加熱体、８・・・単結晶棒。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、融液が充填されたルツボとこのルツボを加熱する加
   熱体とを備える引上炉の水平方向外側に、異極が相対向
   する磁気要素を配設し、前記融液内に水平方向の磁場を
   発生させながら単結晶を引き上げる単結晶の引上げ方法
   において、 前記融液内の磁場の方向を水平方向の平面で少なくとも
   ９０度切り換えながら単結晶を引き上げることを特徴と
   する単結晶の引上げ方法。 ２、前記磁気要素を、前記ルツボを中心にして水平方向
   の平面で少なくとも９０度の首振り回転運動をさせる特
   許請求の範囲第１項記載の単結晶の引上げ方法。 ３、前記磁気要素の首振り回転速度を０．５ｒｐｍ以上
   ２２．０ｒｐｍ以下とする特許請求の範囲第２項記載の
   単結晶の引上げ方法。 ４、前記ルツボをこのルツボの垂直方向の中心軸を中心
   として２ｒｐｍ以下の速度で回転させる特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれかに記載の単結晶の引上げ方
   法。 ５、前記相対向して配置された磁気要素が前記引上炉の
   水平方向外側に配設された複数対の電磁石からなり、こ
   の電磁石の磁極を前記複数の対ごとに順次切り換える特
   許請求の範囲第１項記載の単結晶の引上げ方法。