JP2760948B2 - 対流制御機能を持つルツボを使用する単結晶育成方法 - Google Patents
対流制御機能を持つルツボを使用する単結晶育成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、融液の熱対流を適正に
制御し、一定した品質の単結晶を得るのに適したルツボ
を使用した単結晶育成方法に関する。
制御し、一定した品質の単結晶を得るのに適したルツボ
を使用した単結晶育成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】融液からＳｉ単結晶を育成する代表的な
方法として、チョクラルスキー法がある。 チョクラル
スキー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に
配置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で
支持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５
が同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒー
タ４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、
Ｓｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種
結晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単
結晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回
転巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下
げられ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き
上げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適
宜回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転
速度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６か
ら引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御さ
れる。
方法として、チョクラルスキー法がある。 チョクラル
スキー方法では、図１に示すように密閉容器１の内部に
配置したルツボ２を、回転及び昇降可能にサポート３で
支持する。ルツボ２の外周には、ヒータ４及び保温材５
が同心円状に設けられ、ルツボ２に収容した原料をヒー
タ４で集中的に加熱し、融液６を調製する。融液６は、
Ｓｉ単結晶成長に好適な温度に維持される。融液６に種
結晶７を接触させ、種結晶７の結晶方位を倣ったＳｉ単
結晶８を成長させる。種結晶７は、ワイヤ９を介して回
転巻取り機構１０又は剛性のある引き上げ棒から吊り下
げられ、Ｓｉ単結晶８の成長に応じて回転しながら引き
上げられる。また、ルツボ２も、サポート３を介して適
宜回転しながら下降する。サポート３の降下速度，回転
速度及び種結晶７の回転速度，上昇速度等は、融液６か
ら引上げられるＳｉ単結晶８の成長速度に応じて制御さ
れる。
【０００３】ルツボ２には、石英質のルツボが使用され
る。ルツボ２の内面に融液６が接触する界面では、酸素
供給源となるＳｉＯ２がルツボ２から溶け出す。ＳｉＯ
２の溶出によって所定の酸素濃度をもつ融液から引き上
げられたＳｉ単結晶にも、ルツボ２に起因した酸素が取
り込まれている。Ｓｉ単結晶８に含まれる酸素は、Ｓｉ
単結晶８が熱処理されるときバルク中に析出し、析出欠
陥となる。この析出欠陥は、電子デバイスを構成する半
導体単結晶基板の表面に残存する重金属不純物を捕捉し
て無害化するゲッタリング中心として利用される。ま
た、固溶している酸素は、半導体単結晶基板の強度を向
上させる作用も呈する。逆に固溶酸素量が多すぎるとデ
バイス形成層で析出が生じ、デバイス特性に悪影響を及
ぼす。このようなことから、Ｓｉ単結晶中に取り込まれ
る酸素濃度を適正値に制御する上で、融液の酸素濃度を
適正に維持することが望まれる。Ｓｉ融液の酸素濃度を
高レベルに安定維持する方法として、Ｓｂ含有量と酸素
濃度との関係を利用し、融液のＳｂ含有量から酸素濃度
を算出する方法を、特願平５−６９９２４号で提案し
た。
る。ルツボ２の内面に融液６が接触する界面では、酸素
供給源となるＳｉＯ２がルツボ２から溶け出す。ＳｉＯ
２の溶出によって所定の酸素濃度をもつ融液から引き上
げられたＳｉ単結晶にも、ルツボ２に起因した酸素が取
り込まれている。Ｓｉ単結晶８に含まれる酸素は、Ｓｉ
単結晶８が熱処理されるときバルク中に析出し、析出欠
陥となる。この析出欠陥は、電子デバイスを構成する半
導体単結晶基板の表面に残存する重金属不純物を捕捉し
て無害化するゲッタリング中心として利用される。ま
た、固溶している酸素は、半導体単結晶基板の強度を向
上させる作用も呈する。逆に固溶酸素量が多すぎるとデ
バイス形成層で析出が生じ、デバイス特性に悪影響を及
ぼす。このようなことから、Ｓｉ単結晶中に取り込まれ
る酸素濃度を適正値に制御する上で、融液の酸素濃度を
適正に維持することが望まれる。Ｓｉ融液の酸素濃度を
高レベルに安定維持する方法として、Ｓｂ含有量と酸素
濃度との関係を利用し、融液のＳｂ含有量から酸素濃度
を算出する方法を、特願平５−６９９２４号で提案し
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ルツボ２に収容されて
いる融液６は、ヒータ５に近いほど高温になっており、
比重が小さくなる。そのため、ルツボ２が回転しない場
合、ルツボ２の内壁に沿った上昇流が生じ、図２に点線
で示すような対流がルツボ２の内部に発生する。ルツボ
２を回転させると対流が抑制され、図２に実線で示すよ
うに結晶８の下部領域に到達しない状態になる。このと
き、結晶下部において結晶の凝固点とルツボ底の温度差
に起因した上昇流が発生し、主としてこの対流に乗って
ルツボ２から融液６に供給された酸素も、この対流に乗
って送られ、引上げ中のＳｉ単結晶８に一部が取り込ま
れる。品質が安定したＳｉ単結晶８を得るためには、引
上げ方向に関して酸素濃度を一定にする必要がある。し
かし、ルツボ２から融液６に溶け込む酸素は、融液６内
部の温度条件，対流変動等の影響を受ける。その結果、
融液６とＳｉ単結晶８との固液界面における酸素濃度が
微妙に変わり、この変動がＳｉ単結晶８に持ち込まれ
る。そのため、たとえば引上げ開始からの時間経過に伴
ってＳｉ単結晶８の酸素濃度が変動し、Ｓｉ単結晶８か
ら切り出されたウエハの特性が不安定になる。
いる融液６は、ヒータ５に近いほど高温になっており、
比重が小さくなる。そのため、ルツボ２が回転しない場
合、ルツボ２の内壁に沿った上昇流が生じ、図２に点線
で示すような対流がルツボ２の内部に発生する。ルツボ
２を回転させると対流が抑制され、図２に実線で示すよ
うに結晶８の下部領域に到達しない状態になる。このと
き、結晶下部において結晶の凝固点とルツボ底の温度差
に起因した上昇流が発生し、主としてこの対流に乗って
ルツボ２から融液６に供給された酸素も、この対流に乗
って送られ、引上げ中のＳｉ単結晶８に一部が取り込ま
れる。品質が安定したＳｉ単結晶８を得るためには、引
上げ方向に関して酸素濃度を一定にする必要がある。し
かし、ルツボ２から融液６に溶け込む酸素は、融液６内
部の温度条件，対流変動等の影響を受ける。その結果、
融液６とＳｉ単結晶８との固液界面における酸素濃度が
微妙に変わり、この変動がＳｉ単結晶８に持ち込まれ
る。そのため、たとえば引上げ開始からの時間経過に伴
ってＳｉ単結晶８の酸素濃度が変動し、Ｓｉ単結晶８か
ら切り出されたウエハの特性が不安定になる。
【０００５】同様な問題は、酸化物半導体の引上げに際
しても生じる。たとえば、ＬｉＮｂＯ３融液を収容した
白金製のルツボ内の対流は、定常状態ではルツボ内壁周
辺で上昇流、ルツボ中央部で下降流となる。しかし、結
晶の成長に伴って融液量が減少してくると、対流に乱れ
が生じ、成長界面直下の下降流が不安定になる。その結
果、成長系の熱中心と回転中心との間にズレが生じ、引
き上げられた成長結晶に捩れが導入される。このような
ことから、酸化物結晶を引き上げるとき、融液の熱対流
が弱くならない範囲で結晶成長を終了することが要求さ
れ、引上げ可能な結晶の長さが１５ｃｍ程度に限られて
いた。本発明は、このような問題を解消すべく案出され
たものであり、融液内部に生じた上昇流又は下降流を制
御する機能を備えたルツボを用いて単結晶を引き上げる
ことにより、融液の酸素濃度に応じて融液内部に生じる
対流を制御し、或いは融液の残量に伴って不安定になる
熱対流をルツボの回転で回復させ、安定化した品質を持
つ単結晶を育成することを目的とする。
しても生じる。たとえば、ＬｉＮｂＯ３融液を収容した
白金製のルツボ内の対流は、定常状態ではルツボ内壁周
辺で上昇流、ルツボ中央部で下降流となる。しかし、結
晶の成長に伴って融液量が減少してくると、対流に乱れ
が生じ、成長界面直下の下降流が不安定になる。その結
果、成長系の熱中心と回転中心との間にズレが生じ、引
き上げられた成長結晶に捩れが導入される。このような
ことから、酸化物結晶を引き上げるとき、融液の熱対流
が弱くならない範囲で結晶成長を終了することが要求さ
れ、引上げ可能な結晶の長さが１５ｃｍ程度に限られて
いた。本発明は、このような問題を解消すべく案出され
たものであり、融液内部に生じた上昇流又は下降流を制
御する機能を備えたルツボを用いて単結晶を引き上げる
ことにより、融液の酸素濃度に応じて融液内部に生じる
対流を制御し、或いは融液の残量に伴って不安定になる
熱対流をルツボの回転で回復させ、安定化した品質を持
つ単結晶を育成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、一方向の回転によって下降流を加速し、逆
方向の回転によって下降流を減速するフィンが底部に設
けられたルツボに収容された融液から単結晶を引き上げ
る際、ルツボ底部と結晶界面の温度差に応じてルツボの
回転速度及び／又は回転方向を調整することを特徴とす
る。このルツボは、従来の引上げ法と同様にＳｉ単結晶
引上げ中に回転する。このとき、ルツボ底部と結晶界面
との温度差に応じてルツボの回転方向及び回転速度が調
整されるので、ルツボの中心に生じる流れの方向及び流
速が制御される。その結果、結晶成長界面に供給される
酸素の量が安定化し、引上げ結晶中の酸素濃度を目標値
に制御することができる。化合物融液から単結晶を引き
上げる際には、白金製のルツボを使用する。ルツボに収
容されている融液に生じる熱対流は、一般的に残存する
融液が減少するに従って不安定になる傾向を示す。本発
明では、熱対流をルツボの回転によって回復させ、結晶
成長条件を安定化させる。
成するため、一方向の回転によって下降流を加速し、逆
方向の回転によって下降流を減速するフィンが底部に設
けられたルツボに収容された融液から単結晶を引き上げ
る際、ルツボ底部と結晶界面の温度差に応じてルツボの
回転速度及び／又は回転方向を調整することを特徴とす
る。このルツボは、従来の引上げ法と同様にＳｉ単結晶
引上げ中に回転する。このとき、ルツボ底部と結晶界面
との温度差に応じてルツボの回転方向及び回転速度が調
整されるので、ルツボの中心に生じる流れの方向及び流
速が制御される。その結果、結晶成長界面に供給される
酸素の量が安定化し、引上げ結晶中の酸素濃度を目標値
に制御することができる。化合物融液から単結晶を引き
上げる際には、白金製のルツボを使用する。ルツボに収
容されている融液に生じる熱対流は、一般的に残存する
融液が減少するに従って不安定になる傾向を示す。本発
明では、熱対流をルツボの回転によって回復させ、結晶
成長条件を安定化させる。
【０００７】本発明で使用されるルツボ２は、たとえば
図３に示すように、フィン１１を一体的に設けている。
フィン１１は、回転軸１２を介してルツボ２を回転させ
るとき、回転方向に応じた運動力を融液６に与える。た
とえば、ルツボ２の時計方向回転によって融液６に上昇
力Ｆが与えられると、ルツボ２内の対流に起因した下降
流Ｍは減速され、上昇流Ｎは加速される。上昇力Ｆはル
ツボ２の回転速度に比例して大きくなるので、ルツボ２
の回転速度を調整することによって下降流Ｍ及び上昇流
Ｎの流速が制御される。逆に、融液ルツボ２を反時計方
向に回転させると、反対方向の下降力が融液６に与えら
れる。下降力は、下降流Ｍを加速し、上昇流Ｎを減速す
る。
図３に示すように、フィン１１を一体的に設けている。
フィン１１は、回転軸１２を介してルツボ２を回転させ
るとき、回転方向に応じた運動力を融液６に与える。た
とえば、ルツボ２の時計方向回転によって融液６に上昇
力Ｆが与えられると、ルツボ２内の対流に起因した下降
流Ｍは減速され、上昇流Ｎは加速される。上昇力Ｆはル
ツボ２の回転速度に比例して大きくなるので、ルツボ２
の回転速度を調整することによって下降流Ｍ及び上昇流
Ｎの流速が制御される。逆に、融液ルツボ２を反時計方
向に回転させると、反対方向の下降力が融液６に与えら
れる。下降力は、下降流Ｍを加速し、上昇流Ｎを減速す
る。
【０００８】そこで、ルツボ２底部の温度を適宜の温度
センサー１３で測定し、底部温度Ｔ１を求める。そし
て、底部温度Ｔ１と結晶成長界面の温度Ｔ２との温度差
ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）に基づきルツボ２の回転状態を制
御することにより、Ｓｉ単結晶８に取り込まれる酸素、
ひいてはＳｉ単結晶８の引上げ方向に関する酸素濃度が
安定化する。温度センサー１３としては、たとえばルツ
ボ２底部とサポート３との間に検出端子が配置されたセ
ンサーが使用される。温度センサー１３で測定された底
部温度Ｔ１から結晶成長界面との温度差ΔＴを演算す
る。演算結果は、制御機構１４に入力され、目標値と比
較され、その差がルツボ２の回転数として駆動モータ１
５に出力される。このように、Ｓｉ単結晶８の酸素濃度
を支配する結晶８下部での融液対流をルツボ２の回転数
で制御しながらＳｉ単結晶８を育成するとき、融液対流
が安定化し、Ｓｉ単結晶８の酸素濃度が引上げ方向に関
して均質化される。したがって、得られたＳｉ単結晶８
から切り出されるウエハは、品質特性が安定化する。
センサー１３で測定し、底部温度Ｔ１を求める。そし
て、底部温度Ｔ１と結晶成長界面の温度Ｔ２との温度差
ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）に基づきルツボ２の回転状態を制
御することにより、Ｓｉ単結晶８に取り込まれる酸素、
ひいてはＳｉ単結晶８の引上げ方向に関する酸素濃度が
安定化する。温度センサー１３としては、たとえばルツ
ボ２底部とサポート３との間に検出端子が配置されたセ
ンサーが使用される。温度センサー１３で測定された底
部温度Ｔ１から結晶成長界面との温度差ΔＴを演算す
る。演算結果は、制御機構１４に入力され、目標値と比
較され、その差がルツボ２の回転数として駆動モータ１
５に出力される。このように、Ｓｉ単結晶８の酸素濃度
を支配する結晶８下部での融液対流をルツボ２の回転数
で制御しながらＳｉ単結晶８を育成するとき、融液対流
が安定化し、Ｓｉ単結晶８の酸素濃度が引上げ方向に関
して均質化される。したがって、得られたＳｉ単結晶８
から切り出されるウエハは、品質特性が安定化する。
【０００９】
【実施例】実施例１： フィン１１を装着した内径１４インチの石英ルツボ２
に、５ｋｇの多結晶Ｓｉをチャージした。炉内を真空置
換した後、不活性ガスとしてＡｒを流量５０リットル／
分で導入し、炉内を１０トールの減圧雰囲気に維持し
た。ヒータ４に電力を投入し、多結晶Ｓｉを石英ルツボ
２内で溶解し、石英ルツボ２を回転速度８ｒｐｍで時計
方向に回転させた。先端に種結晶を取り付けた引上げ棒
を降下させ、種結晶をＳｉ融液６になじませた。次い
で、引上げ軸を上昇させ、直径３インチ及び長さ３０ｍ
ｍのＳｉ単結晶８を融液６から引き上げた。得られたＳ
ｉ単結晶の酸素濃度を、引上げ方向に関して測定した。
Ｓｉ単結晶の酸素濃度は、測定結果を示す図４にみられ
るように、引上げ方向の全長にわたり１２×１０１７原
子数／ｃｍ３以下であった。
に、５ｋｇの多結晶Ｓｉをチャージした。炉内を真空置
換した後、不活性ガスとしてＡｒを流量５０リットル／
分で導入し、炉内を１０トールの減圧雰囲気に維持し
た。ヒータ４に電力を投入し、多結晶Ｓｉを石英ルツボ
２内で溶解し、石英ルツボ２を回転速度８ｒｐｍで時計
方向に回転させた。先端に種結晶を取り付けた引上げ棒
を降下させ、種結晶をＳｉ融液６になじませた。次い
で、引上げ軸を上昇させ、直径３インチ及び長さ３０ｍ
ｍのＳｉ単結晶８を融液６から引き上げた。得られたＳ
ｉ単結晶の酸素濃度を、引上げ方向に関して測定した。
Ｓｉ単結晶の酸素濃度は、測定結果を示す図４にみられ
るように、引上げ方向の全長にわたり１２×１０１７原
子数／ｃｍ３以下であった。
【００１０】実施例２： 石英ルツボ２を４ｒｐｍの回転速度で反時計方向に回転
させた他は、実施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引
き上げた。得られたＳｉ単結晶は、図４に示すように、
引上げ方向の全長にわたり酸素濃度が１４×１０１７原
子数／ｃｍ３以上の高酸素結晶であった。 比較例１： フィン１１がない通常の石英ルツボ２を８ｒｐｍの回転
速度で反時計方向に回転させた他は、実施例１と同じ条
件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。得られたＳｉ単結晶
の酸素濃度は、図４に示すように、実施例１と実施例２
の酸素濃度の中間に位置した。
させた他は、実施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引
き上げた。得られたＳｉ単結晶は、図４に示すように、
引上げ方向の全長にわたり酸素濃度が１４×１０１７原
子数／ｃｍ３以上の高酸素結晶であった。 比較例１： フィン１１がない通常の石英ルツボ２を８ｒｐｍの回転
速度で反時計方向に回転させた他は、実施例１と同じ条
件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。得られたＳｉ単結晶
の酸素濃度は、図４に示すように、実施例１と実施例２
の酸素濃度の中間に位置した。
【００１１】実施例３： フィン１１を持つ石英ルツボ２を温度差ΔＴに基づいて
回転速度を制御しながら時計方向に回転させた他は、実
施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。図５
は、得られたＳｉ単結晶の引上げ方向に関する酸素濃度
を示す。図５から明らかなように、酸素濃度は、引上げ
方向（成長方向）に関し均一化されており、１２×１０
１７原子数／ｃｍ３程度で分布していた。すなわち、全
長にわたって同じ程度に酸素濃度が低い単結晶が得られ
た。 実施例４： フィン１１を持つ石英ルツボ２を温度差ΔＴに基づいて
回転速度を制御しながら反時計方向に回転させた他は、
実施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。こ
の場合に得られたＳｉ単結晶は、図５に示すように、引
上げ方向に関し１７×１０１７原子数／ｃｍ３程度で酸
素濃度が均一化されていた。すなわち、全長にわたって
同じ程度に酸素濃度が高い単結晶が得られた。
回転速度を制御しながら時計方向に回転させた他は、実
施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。図５
は、得られたＳｉ単結晶の引上げ方向に関する酸素濃度
を示す。図５から明らかなように、酸素濃度は、引上げ
方向（成長方向）に関し均一化されており、１２×１０
１７原子数／ｃｍ３程度で分布していた。すなわち、全
長にわたって同じ程度に酸素濃度が低い単結晶が得られ
た。 実施例４： フィン１１を持つ石英ルツボ２を温度差ΔＴに基づいて
回転速度を制御しながら反時計方向に回転させた他は、
実施例１と同じ条件下でＳｉ単結晶８を引き上げた。こ
の場合に得られたＳｉ単結晶は、図５に示すように、引
上げ方向に関し１７×１０１７原子数／ｃｍ３程度で酸
素濃度が均一化されていた。すなわち、全長にわたって
同じ程度に酸素濃度が高い単結晶が得られた。
【００１２】実施例５： 図６（ａ）に示した白金製ルツボ２０を使用し、ＬｉＮ
ｂＯ３融液２１から酸化物結晶２２を引き上げた。白金
製ルツボ２０としては、図６（ｂ）に示した平面形状を
持つＩｒ製のフィン２３を取り付けたものを使用した。
フィン２３は、フィン２３側の爪２６をルツボ２０側の
爪２７と組合せることにより、ルツボ２０の底部に固定
した。定常状態では、回転軸２４を介して白金製ルツボ
２０を毎分３回転の速度で回転させ、酸化物結晶２２を
反対方向に毎分４回転の速度で回転させながら１ｍｍ／
時の速度で引き上げた。単結晶２２の引き上げに伴って
融液２１の残存量が少なくなるが、熱対流２５の中心が
単結晶２２の回転中心に一致するように、ルツボ２０の
回転速度を上昇させることにより熱対流２５を促進させ
た。得られた酸化物結晶２２は、引上げ長さ２５ｃｍの
全長にわたり捩れの発生がみられないため、捩れに起因
したクラックがなく、高い歩留りで光学材料を得ること
ができた。比較のため、ルツボ２０を毎分１回転の一定
速度で回転させる他は、同じ条件下で化合物結晶２２を
引き上げた。この場合に得られた単結晶２２には、融液
２１の残存量が少なくなった特に引き上げ後期に当る部
分で、単結晶の捩れが発生した。捩れの発生は、図６
（ｃ）に示すように、融液２１の残存量が少なくなる
と、ルツボ２０の回転中心に関して熱対流２５が非対称
になり、温度分布のズレが単結晶２２に導入されたこと
に原因があるものと推察される。その結果、欠陥の導入
を防止するため、単結晶２２の引上げ長さを１５ｃｍ以
下にせざるを得なかった。
ｂＯ３融液２１から酸化物結晶２２を引き上げた。白金
製ルツボ２０としては、図６（ｂ）に示した平面形状を
持つＩｒ製のフィン２３を取り付けたものを使用した。
フィン２３は、フィン２３側の爪２６をルツボ２０側の
爪２７と組合せることにより、ルツボ２０の底部に固定
した。定常状態では、回転軸２４を介して白金製ルツボ
２０を毎分３回転の速度で回転させ、酸化物結晶２２を
反対方向に毎分４回転の速度で回転させながら１ｍｍ／
時の速度で引き上げた。単結晶２２の引き上げに伴って
融液２１の残存量が少なくなるが、熱対流２５の中心が
単結晶２２の回転中心に一致するように、ルツボ２０の
回転速度を上昇させることにより熱対流２５を促進させ
た。得られた酸化物結晶２２は、引上げ長さ２５ｃｍの
全長にわたり捩れの発生がみられないため、捩れに起因
したクラックがなく、高い歩留りで光学材料を得ること
ができた。比較のため、ルツボ２０を毎分１回転の一定
速度で回転させる他は、同じ条件下で化合物結晶２２を
引き上げた。この場合に得られた単結晶２２には、融液
２１の残存量が少なくなった特に引き上げ後期に当る部
分で、単結晶の捩れが発生した。捩れの発生は、図６
（ｃ）に示すように、融液２１の残存量が少なくなる
と、ルツボ２０の回転中心に関して熱対流２５が非対称
になり、温度分布のズレが単結晶２２に導入されたこと
に原因があるものと推察される。その結果、欠陥の導入
を防止するため、単結晶２２の引上げ長さを１５ｃｍ以
下にせざるを得なかった。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、融液に上昇力又は下降力を付与するフィンを底部に
設けたルツボを用いて単結晶を引き上げることにより、
融液内部に発生する対流をルツボの回転によって制御し
ている。そのため、Ｓｉ単結晶に引上げにあっては、結
晶界面の酸素濃度を適正に維持することができ、育成さ
れたＳｉ単結晶の酸素濃度が引上げ方向に関して安定化
する。得られたＳｉ単結晶は、半導体デバイスの動作中
にリークした電子のトラップや重金属類のゲッタリング
等に有効な酸素を含んでいることから、リーク電流に対
して敏感なパワー用デバイスや基板内のチャンネルを利
用したバイポーラデバイス等に適した半導体材料として
使用される。白金製ルツボを使用した酸化物結晶の引上
げにあっては、残存融液の減少に伴って不安定化する熱
対流をルツボの回転速度調節で回復させることにより、
安定した条件下での引上げが可能となる。その結果、捩
れが発生することなく、品質が安定した長尺酸化物単結
晶の引上げが可能になる。
は、融液に上昇力又は下降力を付与するフィンを底部に
設けたルツボを用いて単結晶を引き上げることにより、
融液内部に発生する対流をルツボの回転によって制御し
ている。そのため、Ｓｉ単結晶に引上げにあっては、結
晶界面の酸素濃度を適正に維持することができ、育成さ
れたＳｉ単結晶の酸素濃度が引上げ方向に関して安定化
する。得られたＳｉ単結晶は、半導体デバイスの動作中
にリークした電子のトラップや重金属類のゲッタリング
等に有効な酸素を含んでいることから、リーク電流に対
して敏感なパワー用デバイスや基板内のチャンネルを利
用したバイポーラデバイス等に適した半導体材料として
使用される。白金製ルツボを使用した酸化物結晶の引上
げにあっては、残存融液の減少に伴って不安定化する熱
対流をルツボの回転速度調節で回復させることにより、
安定した条件下での引上げが可能となる。その結果、捩
れが発生することなく、品質が安定した長尺酸化物単結
晶の引上げが可能になる。
【図１】 融液からＳｉ単結晶を引き上げるチョクラル
スキー法
スキー法
【図２】 ルツボ内融液に生じる対流
【図３】 本発明に従ったルツボを使用してＳｉ単結晶
を引き上げている状態
を引き上げている状態
【図４】 フィンを装着したルツボの時計方向回転，反
時計方向回転及び通常のルツボによる回転の引上げ方向
に関する酸素濃度に与える影響を表したグラフ
時計方向回転及び通常のルツボによる回転の引上げ方向
に関する酸素濃度に与える影響を表したグラフ
【図５】 ルツボの回転制御により酸素濃度が引上げ方
向に均一化されることを表したグラフ
向に均一化されることを表したグラフ
【図６】 白金ルツボを使用した酸化物結晶の引上げを
示し、残存量が少なくなった状態での融液内の熱対流
（ａ），熱対流を促進させるためにルツボ底部に設けた
フィン（ｂ）及びフィンを備えていないルツボ内で生じ
る非対称的な熱対流（ｃ）をそれぞれ示す。
示し、残存量が少なくなった状態での融液内の熱対流
（ａ），熱対流を促進させるためにルツボ底部に設けた
フィン（ｂ）及びフィンを備えていないルツボ内で生じ
る非対称的な熱対流（ｃ）をそれぞれ示す。
１：密閉容器 ２：ルツボ ３：サポート ４：
ヒータ ５：保温材６：融液 ７：種結晶 ８：
Ｓｉ単結晶 ９：ワイヤ又は引き上げ棒１０：回転巻
取り機構 １１：ファン １２：回転軸 １３：
温度センサー １４：制御機構 １５：駆動モータ
２０：白金製ルツボ ２１：化合物融液 ２２：化
合物結晶 ２３：フィン ２４：回転軸 ２５：
熱対流 ２６：フィンを固定するために設けられたフ
ィン側の爪 ２７：フィンを固定するために設けられ
たルツボ側の爪Ｆ：上昇力 Ｍ：下降流 Ｎ：上昇
流
ヒータ ５：保温材６：融液 ７：種結晶 ８：
Ｓｉ単結晶 ９：ワイヤ又は引き上げ棒１０：回転巻
取り機構 １１：ファン １２：回転軸 １３：
温度センサー １４：制御機構 １５：駆動モータ
２０：白金製ルツボ ２１：化合物融液 ２２：化
合物結晶 ２３：フィン ２４：回転軸 ２５：
熱対流 ２６：フィンを固定するために設けられたフ
ィン側の爪 ２７：フィンを固定するために設けられ
たルツボ側の爪Ｆ：上昇力 Ｍ：下降流 Ｎ：上昇
流
フロントページの続き (73)特許権者 000205351 住友シチックス株式会社 兵庫県尼崎市東浜町１番地 (72)発明者 十河 慎二 茨城県つくば市今鹿島4182−３ (72)発明者 泉妻 宏治 茨城県稲敷郡阿見町荒川沖1770−１− 502 (72)発明者 川西 荘六 茨城県つくば市東光台１−16−２ (72)発明者 寺嶋 一高 神奈川県海老名市中野206−３ (72)発明者 木村 茂行 茨城県つくば市竹園３−712 (56)参考文献 特開 昭55−140793（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (3)
- 【請求項１】 一方向の回転によって下降流を加速し、
逆方向の回転によって下降流を減速するフィンが底部に
設けられたルツボに収容された融液から単結晶を引き上
げる際、ルツボ底部と結晶界面の温度差に応じてルツボ
の回転速度及び／又は回転方向を調整する単結晶育成方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の融液がＳｉ融液であり、
石英製のルツボを使用する単結晶育成方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の融液が酸化物融液であ
り、白金製のルツボを使用する単結晶育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6096966A JP2760948B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 対流制御機能を持つルツボを使用する単結晶育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6096966A JP2760948B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 対流制御機能を持つルツボを使用する単結晶育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277876A JPH07277876A (ja) | 1995-10-24 |
| JP2760948B2 true JP2760948B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=14178982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6096966A Expired - Fee Related JP2760948B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 対流制御機能を持つルツボを使用する単結晶育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760948B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004002135A (ja) | 2001-08-28 | 2004-01-08 | Canon Inc | 液相成長方法及び液相成長装置 |
| CN113981525A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-28 | 双良硅材料(包头)有限公司 | 一种降氧拉晶工艺和石英坩埚 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55140793A (en) * | 1979-04-18 | 1980-11-04 | Toshiba Corp | Single crystal pulling device |
-
1994
- 1994-04-11 JP JP6096966A patent/JP2760948B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07277876A (ja) | 1995-10-24 |
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