JPH05194075A - 単結晶育成法 - Google Patents
単結晶育成法Info
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- JPH05194075A JPH05194075A JP4011301A JP1130192A JPH05194075A JP H05194075 A JPH05194075 A JP H05194075A JP 4011301 A JP4011301 A JP 4011301A JP 1130192 A JP1130192 A JP 1130192A JP H05194075 A JPH05194075 A JP H05194075A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成に
おいて、１０15／ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の
範囲の酸素を含み、かつ成長方向に垂直な面内での酸素
濃度の変動が５％以下のＳｉ単結晶を育成する。 【構成】 チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成に
おいて、ＴｈｅｒｍａｌＲｏｓｓｂｙ数を３０以上にな
るように設定し、Ｓｉ融液２内対流を軸対称流とする。
さらに、石英管７をＳｉ融液中に挿入して酸素濃度を制
御する。この方法により、１０15／ｃｍ3から１０18／
ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を含み、かつ成長方向に
垂直な面内での酸素濃度の変動が５％以下のＳｉ単結晶
を育成することができる。
おいて、１０15／ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の
範囲の酸素を含み、かつ成長方向に垂直な面内での酸素
濃度の変動が５％以下のＳｉ単結晶を育成する。 【構成】 チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成に
おいて、ＴｈｅｒｍａｌＲｏｓｓｂｙ数を３０以上にな
るように設定し、Ｓｉ融液２内対流を軸対称流とする。
さらに、石英管７をＳｉ融液中に挿入して酸素濃度を制
御する。この方法により、１０15／ｃｍ3から１０18／
ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を含み、かつ成長方向に
垂直な面内での酸素濃度の変動が５％以下のＳｉ単結晶
を育成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法を
用いてＳｉ単結晶を育成する方法に関するものである。
用いてＳｉ単結晶を育成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育
成において、従来は、酸素濃度の制御とるつぼ内の融液
温度分布の均一性を得るために、高速でるつぼを回転し
ていた。しかし高速るつぼ回転の場合には、融液対流が
不安定となり、育成した結晶には不規則な成長縞が存在
し、均一に酸素を含んだＳｉ単結晶を得ることができな
かった。
成において、従来は、酸素濃度の制御とるつぼ内の融液
温度分布の均一性を得るために、高速でるつぼを回転し
ていた。しかし高速るつぼ回転の場合には、融液対流が
不安定となり、育成した結晶には不規則な成長縞が存在
し、均一に酸素を含んだＳｉ単結晶を得ることができな
かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のチョクラルスキ
ー法によるＳｉ単結晶育成法では、結晶内の酸素濃度と
融液内の温度分布均一性の両方をるつぼ回転数のみで制
御していた。このため、融液内の対流の制御が行えず、
均一に酸素を含んだＳｉ単結晶が得られなかった。
ー法によるＳｉ単結晶育成法では、結晶内の酸素濃度と
融液内の温度分布均一性の両方をるつぼ回転数のみで制
御していた。このため、融液内の対流の制御が行えず、
均一に酸素を含んだＳｉ単結晶が得られなかった。
【０００４】本発明の目的は、結晶中に１０15／ｃｍ3
から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を含み、か
つ成長方向に垂直な面内での濃度変動が５％以下の均一
なＳｉ単結晶を得る単結晶育成法を提供することにあ
る。
から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を含み、か
つ成長方向に垂直な面内での濃度変動が５％以下の均一
なＳｉ単結晶を得る単結晶育成法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による単結晶成長法においては、チョクラル
スキー法によるＳｉ単結晶育成法において、Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以上でかつ、Ｓｉ融液中に
石英管を挿入して酸素濃度を制御するものである。
め、本発明による単結晶成長法においては、チョクラル
スキー法によるＳｉ単結晶育成法において、Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以上でかつ、Ｓｉ融液中に
石英管を挿入して酸素濃度を制御するものである。
【０００６】
【作用】本発明では、融液内の対流を軸対称流にし、成
長方向に垂直な面内均一に酸素が取り込まれるようにす
る。このために、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数を３
０以上になるように設定する。さらに、円筒状の石英管
を融液に付け込むことによっての任意の範囲の酸素濃度
を得る。この方法により、酸素を１０15／ｃｍ3から１
０18／ｃｍ3までの任意の範囲で含み、さらに成長方向
に垂直な面内で酸素濃度の変動が５％以下の均一な単結
晶を得ることができる。
長方向に垂直な面内均一に酸素が取り込まれるようにす
る。このために、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数を３
０以上になるように設定する。さらに、円筒状の石英管
を融液に付け込むことによっての任意の範囲の酸素濃度
を得る。この方法により、酸素を１０15／ｃｍ3から１
０18／ｃｍ3までの任意の範囲で含み、さらに成長方向
に垂直な面内で酸素濃度の変動が５％以下の均一な単結
晶を得ることができる。
【０００７】本発明によれば、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓ
ｓｂｙ数を３０以上にすることにより融液内対流を軸対
称にできることをＸ線透視法により確認している。この
ような軸対称流は、融液内に溶けている酸素を均一に輸
送するため、結晶中への酸素の混入を成長方向に対して
垂直な面内で濃度変動を５％以下にすることができる。
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数（ＲｏＴ）は、以下の
式で決定される。
ｓｂｙ数を３０以上にすることにより融液内対流を軸対
称にできることをＸ線透視法により確認している。この
ような軸対称流は、融液内に溶けている酸素を均一に輸
送するため、結晶中への酸素の混入を成長方向に対して
垂直な面内で濃度変動を５％以下にすることができる。
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数（ＲｏＴ）は、以下の
式で決定される。
【０００８】ＲｏＴ＝ｇｄβΔＴ／ω2ｒ2 ここで、ｇ：重力加速度 β：熱膨張率 ΔＴ：温度差 ｄ：融液の高さ ｒ：融液の半径 ω：るつぼ回転数 である。このＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数は、浮力
による自然対流に対するるつぼ回転の効果を表す無次元
数と考えてよく、大きくなるほどに自然対流が優勢とな
り、軸対称流が起こりやすくなることが予想される。
による自然対流に対するるつぼ回転の効果を表す無次元
数と考えてよく、大きくなるほどに自然対流が優勢とな
り、軸対称流が起こりやすくなることが予想される。
【０００９】このように軸対称流が起きている状況でさ
らに石英管を溶かし込むことにより酸素濃度を１０15／
ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲で任意に選ぶ
ことができる。したがって、１０15／ｃｍ3から１０18
／ｃｍ3までの範囲の任意の濃度の酸素を含み、かつ成
長方向に対して垂直な面内での酸素濃度の変動が５％以
下のＳｉ単結晶を得ることができる。
らに石英管を溶かし込むことにより酸素濃度を１０15／
ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲で任意に選ぶ
ことができる。したがって、１０15／ｃｍ3から１０18
／ｃｍ3までの範囲の任意の濃度の酸素を含み、かつ成
長方向に対して垂直な面内での酸素濃度の変動が５％以
下のＳｉ単結晶を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明す
る。図１は、本発明で用いる装置図である。図におい
て、本発明装置は、Ｓｉ融液を保持する石英るつぼ１，
Ｓｉ融液２，Ｓｉ単結晶３，ヒーター４，石英るつぼを
固定するカーボン持具５，石英るつぼを回転させるシャ
フト６，酸素を供給するための石英管７から構成されて
いる。
る。図１は、本発明で用いる装置図である。図におい
て、本発明装置は、Ｓｉ融液を保持する石英るつぼ１，
Ｓｉ融液２，Ｓｉ単結晶３，ヒーター４，石英るつぼを
固定するカーボン持具５，石英るつぼを回転させるシャ
フト６，酸素を供給するための石英管７から構成されて
いる。
【００１１】実施例としてこの方法により、３インチの
石英るつぼ１を使用し、融液の半径と高さとの比が１：
１になるようにＳｉ融液２を作製し、直径２インチのＳ
ｉ単結晶３を育成した場合について説明する。この時、
融液２内の上下温度差を５５Ｋと８０Ｋの場合につい
て、るつぼ回転数を０から８ｒｐｍまで変化させた。
石英るつぼ１を使用し、融液の半径と高さとの比が１：
１になるようにＳｉ融液２を作製し、直径２インチのＳ
ｉ単結晶３を育成した場合について説明する。この時、
融液２内の上下温度差を５５Ｋと８０Ｋの場合につい
て、るつぼ回転数を０から８ｒｐｍまで変化させた。
【００１２】さらに、酸素濃度が１０16／ｃｍ3になる
ように石英管７を融液表面から３ｍｍの位置に設置し
た。この時の結晶育成の条件をＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓ
ｓｂｙ数とＴａｙｌｏｒ数の関係でまとめたものが図２
である。
ように石英管７を融液表面から３ｍｍの位置に設置し
た。この時の結晶育成の条件をＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓ
ｓｂｙ数とＴａｙｌｏｒ数の関係でまとめたものが図２
である。
【００１３】Ｔａｙｌｏｒ数とは、次のような式で決定
される。
される。
【００１４】Ｔａ＝（ｒ／ｄ）４ω2ｒ4／ν2 ここで、νは、Ｓｉ融液の動粘性係数である。Ｓｉ融液
の場合動粘性係数は、温度によってあまり変化がなく、
一定と見なせるのでＴａｙｌｏｒ数は、融液の形状と回
転数を表す無次元数と考えられる。図中、右下がりの斜
めの線は、温度差一定のラインを表している。
の場合動粘性係数は、温度によってあまり変化がなく、
一定と見なせるのでＴａｙｌｏｒ数は、融液の形状と回
転数を表す無次元数と考えられる。図中、右下がりの斜
めの線は、温度差一定のラインを表している。
【００１５】実施例として、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓ
ｂｙ数が３０以上となるこの線上の丸印の点で結晶育成
を行った。この条件で育成した結晶の成長方向に対し垂
直な面内での酸素濃度の変動を、走査型のＦＴ−ＩＲで
測定した結果を表１に示す。
ｂｙ数が３０以上となるこの線上の丸印の点で結晶育成
を行った。この条件で育成した結晶の成長方向に対し垂
直な面内での酸素濃度の変動を、走査型のＦＴ−ＩＲで
測定した結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】また、比較例として図２中に三角印で示し
た、非軸対称流となるＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数
が３０以下の条件でＳｉ単結晶３を育成した場合につい
ても併記した。この表からＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂ
ｙ数が３０以上の場合に育成したＳｉ単結晶３中の酸素
濃度の変動が、５％以下に抑えられていることがわか
る。
た、非軸対称流となるＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数
が３０以下の条件でＳｉ単結晶３を育成した場合につい
ても併記した。この表からＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂ
ｙ数が３０以上の場合に育成したＳｉ単結晶３中の酸素
濃度の変動が、５％以下に抑えられていることがわか
る。
【００１８】また表２に融液内温度で差５５Ｋ，るつぼ
回転数１ｒｐｍに固定し、石英管７を融液表面から１ｍ
ｍから１０ｍｍまで変化させ融液中に溶け込む量を調整
し、実施例５，６，７として１ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ
で育成したＳｉ単結晶３中の酸素濃度と成長方向に対し
て垂直な面内での酸素濃度の変動を走査型ＦＴ−ＩＲで
測定した結果を表２に示す。
回転数１ｒｐｍに固定し、石英管７を融液表面から１ｍ
ｍから１０ｍｍまで変化させ融液中に溶け込む量を調整
し、実施例５，６，７として１ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ
で育成したＳｉ単結晶３中の酸素濃度と成長方向に対し
て垂直な面内での酸素濃度の変動を走査型ＦＴ−ＩＲで
測定した結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】この表から、石英管７を溶かす量によって
単結晶中３の酸素濃度を１０15／ｃｍ3から１０18／ｃ
ｍ3まで任意に選べることがわかる。
単結晶中３の酸素濃度を１０15／ｃｍ3から１０18／ｃ
ｍ3まで任意に選べることがわかる。
【００２１】さらにるつぼ１の直径を１５インチと２０
インチの大型のものを使用して結晶育成を行った。この
時、育成した結晶は、それぞれ直径が８インチ，１０イ
ンチである。また酸素濃度が１０17／ｃｍ3になるよう
に石英管７を融液表面から７ｍｍの位置に設置した。温
度差を５５Ｋに固定し、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ
数を３０以上になるように設定した場合について、実施
例７，８，９として表３にまとめた。
インチの大型のものを使用して結晶育成を行った。この
時、育成した結晶は、それぞれ直径が８インチ，１０イ
ンチである。また酸素濃度が１０17／ｃｍ3になるよう
に石英管７を融液表面から７ｍｍの位置に設置した。温
度差を５５Ｋに固定し、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ
数を３０以上になるように設定した場合について、実施
例７，８，９として表３にまとめた。
【００２２】
【表３】
【００２３】この表から、大型のるつぼを使用した場合
についても、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以
上であれば酸素濃度変動が５％以下の均一なＳｉ単結晶
３が得られることが確認された。
についても、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以
上であれば酸素濃度変動が５％以下の均一なＳｉ単結晶
３が得られることが確認された。
【００２４】以上のように、融液対流を軸対称流とした
場合に、単結晶中に酸素を１０15／ｃｍ3から１０18／
ｃｍ3までの範囲の任意の濃度で含み、かつ成長方向に
対して垂直な面内での濃度変動が５％以下に抑えられた
均一なＳｉ単結晶を育成できることを確認した。
場合に、単結晶中に酸素を１０15／ｃｍ3から１０18／
ｃｍ3までの範囲の任意の濃度で含み、かつ成長方向に
対して垂直な面内での濃度変動が５％以下に抑えられた
均一なＳｉ単結晶を育成できることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、１０15／
ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を成長
方向に対し、垂直な面内で濃度変動が５％以下に抑えら
れた均一なＳｉ単結晶をチョクラルスキー法によって育
成できる効果を有する。
ｃｍ3から１０18／ｃｍ3までの任意の範囲の酸素を成長
方向に対し、垂直な面内で濃度変動が５％以下に抑えら
れた均一なＳｉ単結晶をチョクラルスキー法によって育
成できる効果を有する。
【図１】本発明に用いる結晶育成装置の概念的断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明を説明するための図である。
１ 石英るつぼ ２ Ｓｉ融液 ３ Ｓｉ単結晶 ４ ヒーター ５ カーボン持具 ６ シャフト ７ 石英管
Claims (1)
- 【請求項１】 チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育
成法において、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０
以上でかつ、Ｓｉ融液中に石英管を挿入して酸素濃度を
制御することを特徴とする単結晶育成法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4011301A JPH05194075A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 単結晶育成法 |
| US08/004,439 US5367979A (en) | 1992-01-24 | 1993-01-14 | Monocrystal growing method |
| DE69326786T DE69326786T2 (de) | 1992-01-24 | 1993-01-18 | Einkristallziehungsverfahren |
| EP93100679A EP0553677B1 (en) | 1992-01-24 | 1993-01-18 | Monocrystal growing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4011301A JPH05194075A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 単結晶育成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05194075A true JPH05194075A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=11774176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4011301A Pending JPH05194075A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 単結晶育成法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5367979A (ja) |
| EP (1) | EP0553677B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05194075A (ja) |
| DE (1) | DE69326786T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5501172A (en) * | 1994-03-11 | 1996-03-26 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of growing silicon single crystals |
| JP2885240B1 (ja) * | 1998-03-16 | 1999-04-19 | 日本電気株式会社 | 半導体結晶育成装置および育成方法 |
| KR100917087B1 (ko) * | 2000-09-19 | 2009-09-15 | 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 | 산화 유발 적층 흠이 거의 없는 질소 도핑 실리콘 |
| EP1669478B1 (en) * | 2000-09-19 | 2010-03-17 | MEMC Electronic Materials, Inc. | Nitrogen-doped silicon substantially free of oxidation induced stacking faults |
| JP2023549193A (ja) * | 2020-11-11 | 2023-11-22 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | 坩堝の腐食を低減させた単結晶シリコンインゴットを形成する方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2608965A1 (de) * | 1976-03-04 | 1977-09-08 | Wacker Chemitronic | Verfahren zur bestimmung des donatorgehaltes von hochreinem polykristallinem silicium fuer halbleiterzwecke |
| DE3069547D1 (en) * | 1980-06-26 | 1984-12-06 | Ibm | Process for controlling the oxygen content of silicon ingots pulled by the czochralski method |
| CA1191075A (en) * | 1980-12-29 | 1985-07-30 | Roger A. Frederick | Method for regulating concentration and distribution of oxygen in czochralski grown silicon |
| SU1592414A1 (ru) * | 1986-11-26 | 1990-09-15 | Vni Pk T I Elektrotermicheskog | Cпocoб bыpaщиbahия пpoфилиpobahhыx kpиctaллob tугoплabkиx coeдиhehий и уctpoйctbo для eгo ocущectbлehия |
| DE3712668A1 (de) * | 1987-04-14 | 1988-10-27 | Hans J Scheel | Verfahren und vorrichtung zur zuechtung von kristallen nach der czochralski-methode |
| JPH0639352B2 (ja) * | 1987-09-11 | 1994-05-25 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造装置 |
| JPH0777994B2 (ja) * | 1989-11-16 | 1995-08-23 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の酸素濃度コントロール方法及び装置 |
-
1992
- 1992-01-24 JP JP4011301A patent/JPH05194075A/ja active Pending
-
1993
- 1993-01-14 US US08/004,439 patent/US5367979A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-18 EP EP93100679A patent/EP0553677B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-18 DE DE69326786T patent/DE69326786T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69326786D1 (de) | 1999-11-25 |
| EP0553677A3 (en) | 1995-03-29 |
| EP0553677B1 (en) | 1999-10-20 |
| EP0553677A2 (en) | 1993-08-04 |
| DE69326786T2 (de) | 2000-06-15 |
| US5367979A (en) | 1994-11-29 |
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