JPS6153188A - 結晶成長法 - Google Patents
結晶成長法Info
- Publication number
- JPS6153188A JPS6153188A JP16610985A JP16610985A JPS6153188A JP S6153188 A JPS6153188 A JP S6153188A JP 16610985 A JP16610985 A JP 16610985A JP 16610985 A JP16610985 A JP 16610985A JP S6153188 A JPS6153188 A JP S6153188A
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- crystal
- container
- melt
- magnetic field
- silicon
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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。
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、半導体、特にシリコンの結晶成長法に係わる
。
。
結晶の成長方法としては、引上法、ゾーン・レベリング
法、ブリッジマン法、デンドライト成長法などが挙げら
れるが、いずれの方法においても、その結晶材料を収容
する容器の組成元素が、結晶材料中に混入し、成長され
た結晶の純度が低下する。例えばシリコンの結晶をチョ
クラルスキー法（引上法）にて成長させる場合、その結
晶材料の融液を収容する容器としては、一般に石英（５
ｔ０２）るつぼが用いられるが、この場合、るつぼから
酸素が分）Ｗ混入され、高純度の結晶を得ることができ
ないという欠点がある。
法、ブリッジマン法、デンドライト成長法などが挙げら
れるが、いずれの方法においても、その結晶材料を収容
する容器の組成元素が、結晶材料中に混入し、成長され
た結晶の純度が低下する。例えばシリコンの結晶をチョ
クラルスキー法（引上法）にて成長させる場合、その結
晶材料の融液を収容する容器としては、一般に石英（５
ｔ０２）るつぼが用いられるが、この場合、るつぼから
酸素が分）Ｗ混入され、高純度の結晶を得ることができ
ないという欠点がある。
本発明は、このような欠点を回避して画純度の結晶、或
いは所望の純度の結晶を再現性良く得ることのできる結
晶成長法を提供するものである。
いは所望の純度の結晶を再現性良く得ることのできる結
晶成長法を提供するものである。
すなわち、本発明者は諸種の実験考察を重ねた結果、こ
の不純物の混入は、容器内における結晶材料液の移動、
特に対流による移動に大きく依存するものであることを
究明し、この究明に基いて対流の抑止を磁場の印加によ
って図り、容器成分の液中への混入を制御する。すなわ
ち、更に述べるなら、容器内に結晶材料液を収容する場
合、この容器と結晶材料液が少くとも高温に加熱された
部分において、容器の構成成分が、この容器に接する結
晶材料液へと溶解するが、この場合、容器内における熱
対流が比較的激しく生じていると、容器と接触する部分
に溶）Ｗされた容器成分が、チ：４５対流によって速や
かに他部へと運び去られ、これによって、結晶材料液の
容器成分の熔解濃度は速やかに一様化され、これに伴っ
て、結晶材料液の容器との接触部における容器成分の熔
解濃度が低められるので、容器成分の結晶材料液への溶
解が生じ易くなり、その溶解は、飽和溶ＩＷ度ないしは
これに近い状態まで生じ、この時、液全体がほぼ一様の
／８解濃度となっている。このように結晶材料液の対流
が比較的激しい場合は、容器成分の、この容器と接する
液中への溶解が著しく生じ、またこの成分の液中におけ
る他部への移動速度が大となるので、これに伴ってこれ
より育成される結晶中の容器成分による不純物濃度が高
められることが究明された。
の不純物の混入は、容器内における結晶材料液の移動、
特に対流による移動に大きく依存するものであることを
究明し、この究明に基いて対流の抑止を磁場の印加によ
って図り、容器成分の液中への混入を制御する。すなわ
ち、更に述べるなら、容器内に結晶材料液を収容する場
合、この容器と結晶材料液が少くとも高温に加熱された
部分において、容器の構成成分が、この容器に接する結
晶材料液へと溶解するが、この場合、容器内における熱
対流が比較的激しく生じていると、容器と接触する部分
に溶）Ｗされた容器成分が、チ：４５対流によって速や
かに他部へと運び去られ、これによって、結晶材料液の
容器成分の熔解濃度は速やかに一様化され、これに伴っ
て、結晶材料液の容器との接触部における容器成分の熔
解濃度が低められるので、容器成分の結晶材料液への溶
解が生じ易くなり、その溶解は、飽和溶ＩＷ度ないしは
これに近い状態まで生じ、この時、液全体がほぼ一様の
／８解濃度となっている。このように結晶材料液の対流
が比較的激しい場合は、容器成分の、この容器と接する
液中への溶解が著しく生じ、またこの成分の液中におけ
る他部への移動速度が大となるので、これに伴ってこれ
より育成される結晶中の容器成分による不純物濃度が高
められることが究明された。
本発明はこの究明に基いて、上述したように結晶材料液
に磁場を与え、これによって結晶材料液の対流を抑制さ
せる。このように、磁場の印加によって対流が抑制され
るのは、次の現象に基くものとされている。
に磁場を与え、これによって結晶材料液の対流を抑制さ
せる。このように、磁場の印加によって対流が抑制され
るのは、次の現象に基くものとされている。
すなわち、磁場中で、電気伝導性を有する流体、すなわ
ち導体が運動すると、流体中に電位差が発生し、電流が
流れる。そして、この磁場を流れる電流によって、この
電流を担う液体が新しい力を受ける。この力は液体が動
く方向と反対の方向であるので流体の動きは鈍くなり、
見掛上粘性が上ったことになる。これば磁気粘性といわ
れる。そして、このように磁気粘性が生じたことによっ
て流体、すなわち結晶材料液の対流が生じにくくなる。
ち導体が運動すると、流体中に電位差が発生し、電流が
流れる。そして、この磁場を流れる電流によって、この
電流を担う液体が新しい力を受ける。この力は液体が動
く方向と反対の方向であるので流体の動きは鈍くなり、
見掛上粘性が上ったことになる。これば磁気粘性といわ
れる。そして、このように磁気粘性が生じたことによっ
て流体、すなわち結晶材料液の対流が生じにくくなる。
因みに、結晶育成を磁場印加の下で行うという方法は゛
、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｂｙｓｉ
ｃｓ、Ｖｏｌ ３７＋Ｐ ２０２１ （１９６６） ＋
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ５ｃｉｅ
ｎｃｅ＋νｏ１．５ Ｐ８２２ （１９７０） ＋ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ ： ” Ｇａｌｌｉｕｍ＾ｒｓｅｎ
ｉｄｅ、 ” ｆａｓｃ＋ ５． Ｔｏｍｓｋ＋ Ｐ３
４ （１９７４） 、特公昭４９−４９３０７によって
知られている。しかし、容器成分の融液中への混入に関
しては認識されていない。
、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｂｙｓｉ
ｃｓ、Ｖｏｌ ３７＋Ｐ ２０２１ （１９６６） ＋
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ５ｃｉｅ
ｎｃｅ＋νｏ１．５ Ｐ８２２ （１９７０） ＋ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ ： ” Ｇａｌｌｉｕｍ＾ｒｓｅｎ
ｉｄｅ、 ” ｆａｓｃ＋ ５． Ｔｏｍｓｋ＋ Ｐ３
４ （１９７４） 、特公昭４９−４９３０７によって
知られている。しかし、容器成分の融液中への混入に関
しては認識されていない。
第１図を参照して本発明による引上法に基く結晶成長法
の一例を説明する０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不ず。（２）は
成る程度の電気伝導性を有する結晶材料の融液又は溶液
、すなわちＳｉ融液（３）が収容さ ５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、ｉｌｌｌｌ−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、その外側に永久磁石
、或いは電磁石より成る例えば直流磁場発生手段（７）
が配置される。（８）は単結晶シード、例えばＳｉ単結
晶シードで、（９）はその引上げチャックである。
の一例を説明する０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不ず。（２）は
成る程度の電気伝導性を有する結晶材料の融液又は溶液
、すなわちＳｉ融液（３）が収容さ ５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、ｉｌｌｌｌ−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、その外側に永久磁石
、或いは電磁石より成る例えば直流磁場発生手段（７）
が配置される。（８）は単結晶シード、例えばＳｉ単結
晶シードで、（９）はその引上げチャックである。
加熱手段（４）の通電ヒーター（５）への通電は、リッ
プル分が４％以下に抑えられたほぼ直流の電流、或いは
１ｋｌｌｚ以上の交流又は脈流とする。このような通電
電流とするときは、加熱手段（４）が磁場との作用で生
ずる不用の振動を回避できることを確めた。
プル分が４％以下に抑えられたほぼ直流の電流、或いは
１ｋｌｌｚ以上の交流又は脈流とする。このような通電
電流とするときは、加熱手段（４）が磁場との作用で生
ずる不用の振動を回避できることを確めた。
このようにして、Ｓｉシード（８）を、Ｓｉ融液面から
所要の速度で引上げることによってＳｉ結晶（１０）の
成長を行う。この場合、容器（２）と、引上単結晶体（
１０） （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。酸素濃度を低くする場合にはその回転
を小さくすればよいし、所望の酸素濃度に応じてその回
転数を選ぶことができる。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大と
なると濃度が増す。第２図中実線曲線は、４０００Ｇ
（ガウス）の磁場を与えた場合で、破線曲線は磁場が零
の場合で、両者を比較することによって明らかなように
磁場を与えた場合は、与えない場合に比し酸素濃度が低
くなる。また、従来の方法では得られなかった所望の酸
素濃度範囲の結晶を、磁場の強さと、容器（２）とＳｉ
結晶（１０）の相対的回転とを制御することにより得る
ことができる。
所要の速度で引上げることによってＳｉ結晶（１０）の
成長を行う。この場合、容器（２）と、引上単結晶体（
１０） （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。酸素濃度を低くする場合にはその回転
を小さくすればよいし、所望の酸素濃度に応じてその回
転数を選ぶことができる。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大と
なると濃度が増す。第２図中実線曲線は、４０００Ｇ
（ガウス）の磁場を与えた場合で、破線曲線は磁場が零
の場合で、両者を比較することによって明らかなように
磁場を与えた場合は、与えない場合に比し酸素濃度が低
くなる。また、従来の方法では得られなかった所望の酸
素濃度範囲の結晶を、磁場の強さと、容器（２）とＳｉ
結晶（１０）の相対的回転とを制御することにより得る
ことができる。
このように磁場の印加の一トで育成されたＳｉ結晶（１
０）は、結晶材料液（３）の容器（２）、すなわぢ石英
るつぼの構成成分の酸素Ｏの濃度が激減されることが確
められた。これは前述したように結晶材料液（３）に磁
場が与えられたことによって、液（３）の見掛上の粘性
が河まり、液（３）の動きが鈍（なり、対流が減少し、
これに伴って容器成分′１！ｆＩ索０の液（３）におけ
る移動速度が低下し、また溶解が進行しにくくなり、こ
れら相俟って液（３）の、特に、Ｓｉの固相一液相界面
における酸素濃度を低下させることに基くと思われる。
０）は、結晶材料液（３）の容器（２）、すなわぢ石英
るつぼの構成成分の酸素Ｏの濃度が激減されることが確
められた。これは前述したように結晶材料液（３）に磁
場が与えられたことによって、液（３）の見掛上の粘性
が河まり、液（３）の動きが鈍（なり、対流が減少し、
これに伴って容器成分′１！ｆＩ索０の液（３）におけ
る移動速度が低下し、また溶解が進行しにくくなり、こ
れら相俟って液（３）の、特に、Ｓｉの固相一液相界面
における酸素濃度を低下させることに基くと思われる。
因みに、磁場印加を行わない場合、すなわち熱対流が比
鮫的激しく生じている場合、Ｓｔの固相一液相界面には
、容器（２）と接触する部分で／８解した酸素Ｏが、著
しい速さ、実験によれば約０．５ｃｍ／秒の速さで到達
したものが、４０００Ｇ （ガウス）程度の磁場印加で
、その移動速度が測定不能程度に遅くなった。このよう
に本発明の方法では、液面の振動が少く、又その温度変
動が小さいので、結晶成長を安定にすることができる。
鮫的激しく生じている場合、Ｓｔの固相一液相界面には
、容器（２）と接触する部分で／８解した酸素Ｏが、著
しい速さ、実験によれば約０．５ｃｍ／秒の速さで到達
したものが、４０００Ｇ （ガウス）程度の磁場印加で
、その移動速度が測定不能程度に遅くなった。このよう
に本発明の方法では、液面の振動が少く、又その温度変
動が小さいので、結晶成長を安定にすることができる。
第３図は、磁場を与えない状態におけるるつぼ（容器（
２））内におりｉる液（３）の酸素濃度の測定結果を示
し、この場合、点ａ及びｂで示す容器（２）の壁面との
接触の近傍における周辺部での濃度も、点Ｃで示す中心
部における濃度もほぼ一様で１８ｉい濃度のＩ Ｘ １
０” ａｔｏｍｓ ／ ｃｒＡを示ずに比し、本発明方
法によって４０００Ｇの磁場印加を行った場合の同様の
各点ａ、ｂ及びＣの酸素濃度の測定結果は、第４図に示
すように周辺で９ Ｘ １０” ａｔｏｍｓ ／ ａｄ
であるに比し、中心部で６．６Ｘ １０１０１７ａｔｏ
／ ｃｓｄという低い値°を示している。このことか
らも本発明によるときは、容器（２）からの容器成分の
酸素Ｏの移動が小さいことがわかる。尚、この場合、容
器（２）、ずなわぢ石英るつぼは直径１２３＋ｕのもの
を用いた。
２））内におりｉる液（３）の酸素濃度の測定結果を示
し、この場合、点ａ及びｂで示す容器（２）の壁面との
接触の近傍における周辺部での濃度も、点Ｃで示す中心
部における濃度もほぼ一様で１８ｉい濃度のＩ Ｘ １
０” ａｔｏｍｓ ／ ｃｒＡを示ずに比し、本発明方
法によって４０００Ｇの磁場印加を行った場合の同様の
各点ａ、ｂ及びＣの酸素濃度の測定結果は、第４図に示
すように周辺で９ Ｘ １０” ａｔｏｍｓ ／ ａｄ
であるに比し、中心部で６．６Ｘ １０１０１７ａｔｏ
／ ｃｓｄという低い値°を示している。このことか
らも本発明によるときは、容器（２）からの容器成分の
酸素Ｏの移動が小さいことがわかる。尚、この場合、容
器（２）、ずなわぢ石英るつぼは直径１２３＋ｕのもの
を用いた。
また、第５図は、引上げられたＳｉ結晶中の不純物濃度
の測定結果を不ずもので横軸は、Ｓｉ結晶の引上げ方向
に沿う位置を示し、領域Ａの部分では（６場を１″ｉ・
えない状態で結晶の育成を行ったｒ＋＋＋分をボし、領
域Ｂの部分では本発明方法によって４０００Ｇの磁場を
与えた状態で結晶育成を行った部分を示ず。同図におい
て縦軸は酸素濃度をボす。これより明らかなように磁場
印加を行う場合は、行わない場合に比し、酸素濃度を低
めることができ、結晶の純度を高めることができること
がわかる。
の測定結果を不ずもので横軸は、Ｓｉ結晶の引上げ方向
に沿う位置を示し、領域Ａの部分では（６場を１″ｉ・
えない状態で結晶の育成を行ったｒ＋＋＋分をボし、領
域Ｂの部分では本発明方法によって４０００Ｇの磁場を
与えた状態で結晶育成を行った部分を示ず。同図におい
て縦軸は酸素濃度をボす。これより明らかなように磁場
印加を行う場合は、行わない場合に比し、酸素濃度を低
めることができ、結晶の純度を高めることができること
がわかる。
上述したように本発明によれば、結晶中の酸素濃度を低
（できるので、酸素のドナー化による比 ７
低抗の減少を抑えることができ、又インゴット内での比
抵抗の分布変化を少くすることができる。
（できるので、酸素のドナー化による比 ７
低抗の減少を抑えることができ、又インゴット内での比
抵抗の分布変化を少くすることができる。
又、熱処理中の酸素の析出によるウェーハのそりを少な
くすることができる。
くすることができる。
上述したように本発明方法によるときは、容器内の結晶
材料液に磁場印加を行うことによってそのＵＡ掛上の粘
性を高めて対流の抑制を行うので、容器の成分の結晶材
料液中への溶解と移動とを制御することができ、良質、
高純度の結晶を得ることができると共に冒頭に述べたよ
うに所望の純度の結晶を再現性良（得ることができ、こ
の酸素濃度の制御は容器と相対的にシリコン結晶体を回
転させることによってその制御範囲は広いものとなって
いる。
材料液に磁場印加を行うことによってそのＵＡ掛上の粘
性を高めて対流の抑制を行うので、容器の成分の結晶材
料液中への溶解と移動とを制御することができ、良質、
高純度の結晶を得ることができると共に冒頭に述べたよ
うに所望の純度の結晶を再現性良（得ることができ、こ
の酸素濃度の制御は容器と相対的にシリコン結晶体を回
転させることによってその制御範囲は広いものとなって
いる。
ｆｆ１１図は本発明による結晶成長法の各別の結晶成長
装置の構成図、第２図は酸素濃度と回転数との関係を示
す図、第３図及び第４図は夫々結晶材料液の酸素濃度分
布図、第５図は結晶の酸素濃度分布図である。 （１）は結晶成長装置、（２）は結晶材料液（３）の収
容容器、（４）は加熱手段、（５）はそのヒーター、（
７）は磁場発生手段である。
装置の構成図、第２図は酸素濃度と回転数との関係を示
す図、第３図及び第４図は夫々結晶材料液の酸素濃度分
布図、第５図は結晶の酸素濃度分布図である。 （１）は結晶成長装置、（２）は結晶材料液（３）の収
容容器、（４）は加熱手段、（５）はそのヒーター、（
７）は磁場発生手段である。
Claims (1)
- 石英の容器に収容されたシリコン融液に水平方向の磁
場を印加し、シリコン結晶体を上記容器と相対的に回転
させて上記シリコン融液から引き上げて上記シリコン結
晶体の酸素濃度を制御する結晶成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16610985A JPS6153188A (ja) | 1985-07-27 | 1985-07-27 | 結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16610985A JPS6153188A (ja) | 1985-07-27 | 1985-07-27 | 結晶成長法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP857880A Division JPS5850953B2 (ja) | 1979-09-20 | 1980-01-28 | 結晶成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6153188A true JPS6153188A (ja) | 1986-03-17 |
Family
ID=15825184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16610985A Pending JPS6153188A (ja) | 1985-07-27 | 1985-07-27 | 結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6153188A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62256787A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 単結晶の育成方法及びその装置 |
| US5025592A (en) * | 1988-05-09 | 1991-06-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Machine tool having workpiece machining dimension and tool length measuring functions |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850953A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-03-25 | 株式会社ナシヨナル技研 | 人工歯牙 |
-
1985
- 1985-07-27 JP JP16610985A patent/JPS6153188A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850953A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-03-25 | 株式会社ナシヨナル技研 | 人工歯牙 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62256787A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 単結晶の育成方法及びその装置 |
| US5025592A (en) * | 1988-05-09 | 1991-06-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Machine tool having workpiece machining dimension and tool length measuring functions |
| US5097632A (en) * | 1988-05-09 | 1992-03-24 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Machine tool having workpiece machining dimension and tool length measuring functions |
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