JP2002160993A - ゾーンプーリングによる単結晶のプーリング法 - Google Patents
ゾーンプーリングによる単結晶のプーリング法Info
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Abstract
た融液を少なくとも1つの回転する磁界にさらしかつ硬
化させ、かつ融液の硬化の際に生じる単結晶を回転させ
ることによる、ゾーンプーリングによる単結晶のプーリ
ング法を提供する。 【解決手段】 単結晶及び磁界を反対方向で回転させ
る。
Description
で発生した融液を少なくとも1つの回転する磁界にさら
しかつ硬化させ、かつ融液の硬化の際に生じる単結晶を
回転させることにより、ゾーンプーリング(Zonenziehe
n)により単結晶をプーリングする方法に関する。
使用することは、DD−263310A1に記載されて
いる。もちろん、この刊行物に提案された方法は拡散縁
部層厚さの均一化を目的としているが、本発明は、融液
内及び単結晶内でのドーピング物質の極めて均一な分布
を達成する課題を解決する。
晶回転により、誘導コイルの結晶軸に対して相対的な移
動により及び誘導コイルの形の変化により達成すること
が試みられた。これらの手段の欠点は、該手段がしばし
ば転位率の上昇及びプロセス安定性の低下をもたらすこ
とにある。
の従来の技術の欠点を排除することである。
イルで発生した融液を少なくとも1つの回転する磁界に
さらしかつ凝固させ、かつ融液の凝固の際に生じる単結
晶を回転させることにより、ゾーンプーリングにより単
結晶をプーリングする方法に関し、該方法は単結晶及び
磁界を反対方向で回転させることを特徴とする。
詳細に説明する。図1は、本発明による方法を実施する
ために適当である装置を示す。図2〜5は、融液内のシ
ミュレーション計算した流動関係を示し、その際それぞ
れ融液の断面の2つの対称半分の1つだけが示されてい
る。図6〜8は、本発明による方法の半径方向の抵抗分
布、ひいてはドーピング物質の分布に対する作用を明ら
かにするものである。
該単結晶は融液3を介して多結晶貯蔵棒との1と結合さ
れている。融液は誘導コイル2によって形成される。単
結晶が沈降する際に、融液の一部は凝固し、その際単結
晶の体積は増大する。同時に、誘導コイルは、貯蔵棒の
材料を溶融せしめかつこうして融液も体積を増大させ
る。本発明によれば、少なくとも1つの多極磁石5、例
えば、単結晶の回転方向に対して反対方向に回転する磁
界を発生する多極ステータを有する三相電動機が設けら
れるべきである。図面には、磁界の磁力線6が矢印によ
り示されている。
の流動関係により及び縁部層拡散により影響を受ける。
熱、マランゴニ力及び電磁力により発生される融液内の
流れは、特に大きな直径を有する単結晶の場合には、図
2に示されている典型的な2渦流構造を有する。多結晶
貯蔵棒と接触する中心部の渦流10内においては、ドー
ピング物質濃度は外側の渦流20におけるよりも低い。
これらの濃度差が両者の渦流内に存在する限り、半径方
向のドーピング物質均一化に関する拡散縁部層厚さの均
一化は作用を受けずに残る。
の中心内で下方に向けられた流れを有する典型的な2渦
流構造を変化させ、それによりドーピング物質分布の半
径方向均一性を明らかに改善することができることを見
出した。
められる。最適であるのは、全融液体積に作用する体積
力である。さらに、融液の中心部の流れは上に(貯蔵棒
に向かって)向けられるように努力されるべきである。
それというのも、さもなければ融液は直接貯蔵棒から下
向きに(単結晶に向かって)運ばれるからである。本発
明によれば、このことは、DD−263310A1に記
載された方法とは異なり、単結晶の回転方向に対して反
対向きに回転させねばならない、少なくとも1つの回転
する磁界の使用により達成される。単結晶を交番回転
(回転方向の周期的変換)させる(このことも本発明に
よれば可能である)場合には、結晶回転方向の定義のた
めの時間的に確認される結晶回転が重要である。磁界と
単結晶の反対方向の回転を行わないと、融液中心部にお
ける流動方向は下向きに進行する。ドーピング物質の少
ない融液は直接単結晶の中心部に導かれかつひいては半
径方向のドーピング物質組込みの均一性は明らかに劣化
される。さらに、貯蔵棒から直接単結晶に達する未溶融
粒子による、そのままでは発生する転位の危険はさらに
高められる。
磁界は、融液内で方位方向の体積力を惹起する。本方法
の特に好ましい実施態様によれば、この体積力を、融液
の中心部で上向きに延びる流れで、融液内で強制された
対流により唯一の渦流を発生させるために利用する。融
液の中心部において貯蔵棒に向けられた前記流れは、貯
蔵棒から由来する、未溶融粒子及びドーピング物質の少
ない溶融範囲を直接単結晶に向かって搬送せず、まず融
液内に十分に混入せしめる。それにより、粒子は、完全
に溶融する十分な時間を得る。2渦流構造の1渦流構造
への好ましい変化を達成するために、磁界の磁界強度を
既存のプロセス条件に合わせねばならない。最適な磁界
強度は、別のプロセスパラメータ、例えば磁界の周波
数、単結晶の直径及び回転速度、プーリング速度及び使
用される誘導コイルの形に依存する。従って、これはテ
スト実験により確認すべきである。発明者の実験によれ
ば、該方法は単結晶を好ましくは0.1〜20mT、特
に好ましくは1〜5mTでプーリングする際に、少なく
とも3″(76.2mm)の直径を有するシリコンから
なる単結晶のプーリングのために好ましく使用されこと
が判明した。回転する磁界の周波数は、好ましくは10
〜1000Hz、特に好ましくは50〜500Hzであ
る。
する2つの回転する磁界を同時に使用することにより、
融液の混合及びドーピング物質の半径方向の均一化をな
お一層、しかも融液内での1渦流構造又は2渦流構造の
存在には無関係に、改良することができる。異なる周波
数を有する磁界は、融液内に種々異なる侵入深さを有
し、それに従って種々異なる融液領域に作用する。
る磁界を使用することにより発生せしめられた一つだけ
の渦流が融液内に存在する場合には、両者の磁界の1つ
の磁界強度及び/又は周波数を渦流構造内の流動関係に
さらに影響を与えかつドーピング物質分布を一層精確に
調整することができる。
異なる周波数及び/又は異なる振幅を有する2つの回転
する磁界を融液に、融液の内部部分が融液の外側部分に
対して反対方向に回転するように、印加することができ
る。振幅及び/又は周波数の時間的変更により、速度磁
界の変換点を時間的に変化させ、それに伴い融液の混合
を半径方向で調節することができる。それにより両者の
渦流の間のドーピング物質濃度内の差が調整される。
物質分布を表すために、シミュレーション計算を実施し
た。まず、溶融ゾーンの形を計算した。引き続き、融液
内の流れ及び凝固前面でのドーピング物質分布を時間に
依存して計算した。シミュレーションの際に、有限要素
法(Finite-Elemente-Methode)を適用した。計算に
は、周辺条件として4″(101.6mm)の結晶直
径、5rpmの結晶回転及び50Hzの回転磁界の周波
数を基礎とした。磁界の回転方向は結晶回転の対して反
対方向であると仮定した。計算の結果は、図2〜8に示
されている。図2〜5には、メリジオナル(r,z)面
における流れの流れ関数が示されている。流れ関数の線
は、流れ方向に対して平行でありかつ2つの線の間を同
じ質量流が貫流する。矢印は流れの方向を示す。図2に
は回転する磁界を有しない流れが示されている。中央部
の渦流10と外側の渦流20を有する2渦流構造が認識
される。図3においては、磁界の誘導は1mTでありか
つ流れへの影響は小さい。図4においては、磁界の誘導
は2mTでありかつ融液の中心部に向けられた外側の流
れへは大きくなっている。図5においては、磁界の誘導
は3.5mTでありかつ1渦流構造が発生している。
前面での無次元の(規格化された)抵抗分布を示す。該
抵抗は、ドーピング物質濃度に対して反比例する。図6
においては磁界の誘導は0mTであり、図7においては
該誘導の値は1mTであり、かつ図8においては3mT
である。図6〜8は、半径方向の抵抗分布は回転する磁
界の磁界強度が増大するに伴い均一になることを証明す
る。
の略示断面図である。
ーション計算で計算した流動関係を示すグラフである。
さい場合の、融液内のシミュレーション計算で計算した
流動関係を示すグラフである。
向けれた外側の渦流が大きい場合の、融液内のシミュレ
ーション計算で計算した流動関係を示すグラフである。
生した場合の、融液内のシミュレーション計算で計算し
た流動関係を示すグラフである。
てはドーピング物質の分布に対する作用を示す、磁界の
誘導が0mTである場合のグラフである。
するグラフである。
するグラフである。
4 単結晶、 5 多極磁石、 6 磁力線、 10
中央部の渦流、 20 外側の渦流
Claims (8)
- 【請求項1】 誘導コイルで発生した融液を少なくとも
1つの回転する磁界にさらしかつ凝固させ、かつ融液の
凝固の際に生じる単結晶を回転させることにより、ゾー
ンプーリングにより単結晶をプーリングする方法におい
て、単結晶と磁界を反対方向で回転させることを特徴と
する、ゾーンプーリングによる単結晶のプーリング法。 - 【請求項2】 単結晶を少なくとも3″(76.2m
m)の直径でプーリングすることを特徴とする請求項1
記載の方法。 - 【請求項3】 磁界の磁界強度が0.1〜20mTの範
囲内にあることを特徴とする請求項1又は2記載の方
法。 - 【請求項4】 磁界の周波数が10〜1000Hzの範
囲内にあることを特徴とする請求項1から3までのいず
れか1項記載の方法。 - 【請求項5】 融液をもう1つの回転する磁界にさらす
ことを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項6】 磁界を、融液の内部領域が融液の外側の
領域に対して反対方向に回転するよう融液に印加し、そ
の際外側の領域と内側の領域の間に混合ゾーンが生じる
ことを特徴とする請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 混合ゾーンを磁界の振幅及び/又は周波
数の変化により半径方向に移動させることを特徴とする
請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 混合ゾーンの半径方向位置を時間的に変
更させることを特徴とする請求項6記載の方法。
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