JPH09175885A - 単結晶引上方法 - Google Patents
単結晶引上方法Info
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- JPH09175885A JPH09175885A JP34170095A JP34170095A JPH09175885A JP H09175885 A JPH09175885 A JP H09175885A JP 34170095 A JP34170095 A JP 34170095A JP 34170095 A JP34170095 A JP 34170095A JP H09175885 A JPH09175885 A JP H09175885A
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Abstract
よび内ルツボへのガスの付着等を効果的に抑制すること
を課題とする。 【解決手段】 気密容器の内部に設けられた外ルツボお
よび該外ルツボ内に配された筒状仕切り体である内ルツ
ボで形成された二重ルツボに半導体融液を貯留し、前記
内ルツボ内の半導体融液より半導体単結晶を引き上げる
単結晶引上方法において、内ルツボと外ルツボとを分離
しておき、該外ルツボに入れた半導体原料を融解して半
導体融液を貯留する原料融解工程と、該原料融解工程の
後に、前記外ルツボ内に前記内ルツボを載置して二重ル
ツボを形成する二重ルツボ形成工程と、該二重ルツボ形
成工程の後に、前記外ルツボの外方から半導体融液に磁
場を印加して前記半導体融液の対流を抑制する磁場印加
工程と、該磁場印加工程により磁場を印加した状態で前
記半導体融液を結晶成長の温度に調整する温度調整工程
とを具備する。
Description
を用いて貯留された半導体融液より半導体単結晶を引き
上げる単結晶引上方法に関する。
(GaAs)等の半導体単結晶を成長する方法の一つと
して、CZ法が知られている。このCZ法は、大口径、
高純度の単結晶が無転位あるいは格子欠陥の極めて少な
い状態で容易に得られること等の特徴を有することか
ら、様々な半導体結晶の成長に用いられている方法であ
る。
濃度および不純物濃度等の均一化の要求に伴いこのCZ
法も様々に改良され実用に供されている。上記CZ法の
改良型の一つにいわゆる二重ルツボを用いた連続チャー
ジ型磁界印加CZ法(以下、CMCZ法と略称する)が
提案されている。この方法は、外部からルツボ内の半導
体融液に磁界を印加することにより前記半導体融液内の
対流を抑制し極めて酸素濃度の制御性が良く単結晶化率
が良い単結晶を成長することができ、外側のルツボと内
側のルツボとの間に原料を連続供給し長尺の半導体単結
晶を容易に得ることができる等の特徴を有する。したが
って、大口径かつ長尺の半導体単結晶を得るには最も優
れた方法の一つであると言われている。
記載されている上記のCMCZ法を用いたシリコンの単
結晶引上装置の一例である。この単結晶引上装置1は、
中空の気密容器であるチャンバ2内に、二重ルツボ3、
ヒーター4、原料供給装置5がそれぞれ配置され、該チ
ャンバ2の外部にマグネット6が配置されている。
2)製の外ルツボ11と、図4に示すように、該外ルツ
ボ11内に設けられた円筒状の仕切り体である石英(S
iO2)製の内ルツボ12とから形成され、該内ルツボ
12の側壁には、内ルツボ12と外ルツボ11との間
(原料融解領域)と内ルツボ12の内側(結晶成長領
域)とを連通する連通孔13が複数個形成されている。
部に垂直に立設されたシャフト14上のサセプタ15に
載置されており、前記シャフト14の軸線を中心として
水平面上で所定の角速度で回転する構成になっている。
そして、この二重ルツボ3内には半導体融液(加熱融解
された半導体単結晶の原料)21が貯留されている。
加熱・融解するとともに生じた半導体融液21を保温す
るもので、通常、抵抗加熱が用いられる。原料供給装置
5は、所定量の半導体の原料22を外ルツボ11と内ル
ツボ12との間の半導体融液21面上に連続的に投入す
るものである。
二重ルツボ3内の半導体融液21に磁界を印加すること
で、半導体融液21内で発生するローレンツ力により該
半導体融液21の対流の制御および酸素濃度の制御、液
面振動の抑制等を行うものである。
2としては、例えば、多結晶シリコンのインゴットを破
砕機等で破砕してフレーク状にしたもの、あるいは、気
体原料から熱分解法により粒状に析出させた多結晶シリ
コンの顆粒が好適に用いられ、必要に応じてホウ素
(B)(p型シリコン単結晶を作る場合)やリン(P)
(n型シリコン単結晶を作る場合)等のドーパントと呼
ばれる添加元素がさらに供給される。また、ガリウムヒ
素(GaAs)の場合も同様で、この場合、添加元素は
亜鉛(Zn)もしくはシリコン(Si)等となる。
12の上方かつ軸線上に配された引上軸24に種結晶2
5を吊り下げ、半導体融液21上部において種結晶25
を核として半導体単結晶26を成長させる。
は、特開昭63−303894公報に記載されているよ
うに、単結晶を成長する前工程において、外ルツボ11
に予め多結晶シリコン塊等の多結晶原料を融解させて半
導体融液21を貯留した後、マグネット6により外ルツ
ボ11内の半導体融液2に一定の磁場を印加してその対
流を抑制し(流速が約10分の1に減速される)、ヒー
ター4によって外ルツボ11内の半導体融液21の温度
を調整している。そして、半導体融液21の温度調整
後、外ルツボ11の上方に配された内ルツボ12を、外
ルツボ11内に載置して、二重ルツボ3を形成してい
る。
形成するのは、原料を完全に融解して半導体融液21を
得るために、ヒーター4によって外ルツボ11内の原料
を単結晶成長温度以上の温度まで高温加熱する必要があ
り、この際に、予め内ルツボ12を外ルツボ11内に載
置させていると、内ルツボ12に大きな熱変形が生じて
しまうからである。
ーター4による加熱をある程度弱めてから内ルツボ12
を外ルツボ11に載置させることによって、初期原料融
解時の高温加熱を避け、内ルツボ12の変形を抑制して
いる。
の温度調整は以下のように行っている。 〔原料融解工程〕まず、外ルツボ11内の原料を完全に
融解して半導体融液21とするためにヒーター4によ
り、例えばシリコン原料の場合は、融点1420℃に対
して外ルツボ11の中央液面23付近を1470℃程度
の高温状態となるように加熱している。このとき、図4
の実線に示すように、外ルツボ11の液面における径
方向の融液温度の分布は、高温状態の外ルツボ11外周
近傍では高く、中央液面23付近では低くなる。
後、マグネット6により半導体融液21に磁場を印加す
ると、半導体融液21の熱対流が抑制され攪拌効果が低
下するため、上記融液温度の分布(図中の一点鎖線)
は、ヒーター4の出力を一定とすると、外ルツボ11外
周近傍ではさらに高くなるとともに、中央液面23付近
では逆に低くなる。なお、前記原料溶解工程中に磁場印
加を行わないのは、磁場印加に伴って中央液面23付近
の融液温度が下がることにより、中央液面23付近の浮
遊原料が十分に融解されないため、ヒーター4の出力を
上げて加熱し、中央液面23付近の温度を磁場印加前の
温度に戻す調整を行う必要があるからである。
状態で外ルツボ11内に内ルツボ12を載置して二重ル
ツボ3を形成する際、内ルツボ12の下部が半導体融液
21に接触すると、内ルツボ12によって半導体融液2
1の熱が吸収されるとともに、局所的な温度低下を引き
起こし内ルツボ12の下部において結晶成長が始まって
しまうおそれもある。このため、ヒーター4の出力をさ
らに上げて、内ルツボ12の熱吸収による温度低下に対
しても結晶成長が生じない十分に高い温度(図中の一点
鎖線)に加熱しておく必要がある。
力を下げるとともに、結晶成長に適した融液温度に下げ
(図中の二点鎖線)、安定した時点で結晶成長工程へ
移行する。
単結晶引上方法には、以下のような課題が残されてい
る。すなわち、上述したように、内ルツボ載置時には、
温度低下を防ぐためヒーター4の高い出力を要するとと
もに、これに伴って炉内部材等に過剰な加熱が長時間加
わりこれらの早期劣化を引き起こす原因ともなる。
入れる際に、顕著に対流が生じていると雰囲気ガスであ
るアルゴン等のガス(気泡)が内ルツボ12に付着し難
いが、予め磁場によって対流が抑制されていると、前記
ガスの付着抑制効果が低減されてしまう。
ので、炉内部材の劣化および内ルツボへのガスの付着等
を効果的に抑制し、長尺大口径の単結晶を安定して引き
上げる方法を提供することを目的とする。
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載の単結晶引上装置では、気密容器の内部に設けら
れた外ルツボおよび該外ルツボ内に配された筒状仕切り
体である内ルツボで形成された二重ルツボに半導体融液
を貯留し、前記内ルツボ内の半導体融液より半導体単結
晶を引き上げる単結晶引上方法において、内ルツボと外
ルツボとを分離しておき、該外ルツボに入れた半導体原
料を融解して半導体融液を貯留する原料融解工程と、該
原料融解工程の後に、前記外ルツボ内に前記内ルツボを
載置して二重ルツボを形成する二重ルツボ形成工程と、
該二重ルツボ形成工程の後に、前記外ルツボの外方から
前記半導体融液に磁場を印加して半導体融液の対流を抑
制する磁場印加工程と、該磁場印加工程により磁場を印
加した状態で前記半導体融液を結晶成長の温度に調整す
る温度調整工程とを具備する。
後に、外ルツボ内に内ルツボを載置し、その後に半導体
融液に磁場印加を行い、この状態で融液温度の調整をす
るので、内ルツボ載置時において、半導体融液が原料融
解工程後では融点より十分高い高温状態であるため、内
ルツボの熱吸収による半導体融液の局所的な温度低下が
生じても融点より十分高い温度が維持され、内ルツボの
下部で結晶成長が始まることがないとともに、ヒーター
の出力をさらに上げる必要がなく、炉内部材に過剰な加
熱が加わらない。また、磁場が印加される前であるた
め、熱対流が顕著に生じて、内ルツボに付着したガスが
容易に離脱するとともに、半導体融液に含まれるガスの
液面からの蒸発が促進される。
方法の一形態におけるシリコンの単結晶を成長させる方
法について図1および図2を参照して説明する。
ン塊の多結晶原料を所定量だけ外ルツボ11内に入れ、
チャンバ2内を真空ポンプ等で排気し真空状態とする。
また、該チャンバ2内にアルゴン(Ar)等の不活性ガ
スを導入し、シャフト14を軸線を中心として所定の角
速度で水平面上で回転させることで外ルツボ11を所定
の角速度で回転させながら、ヒーター4に通電し外ルツ
ボ11内の多結晶原料を単結晶成長温度以上の温度まで
加熱し、この原料を完全に融解する。すなわち、該半導
体融液21の中央液面23付近の温度を、シリコンの融
点である1420℃に対して、1470℃程度となるよ
うに加熱する。このときの外ルツボ11の径方向におけ
る半導体融液21の温度分布は、図1の実線Aに示すよ
うに、中央液面23付近が低く、外ルツボ11外周近傍
が高い状態となる。
した後、外ルツボ11の上方に軸線を同じくして配され
る内ルツボ12を半導体融液21内に載置し、二重ルツ
ボ3を形成する。なお、ヒーター4の出力は変えずに、
前記初期原料融解工程と同じ出力で加熱を行う。このと
き、半導体融液21が原料融解工程後では融点より十分
高い高温状態であるため、内ルツボ12の熱吸収による
半導体融液21の局所的な温度低下が生じても、融点よ
り十分高い温度が維持され、内ルツボ12の下部で結晶
成長が始まることがないとともに、ヒーター4の出力を
さらに上げる必要がなく、炉内部材に過剰な加熱が加わ
らない。
導体融液21の熱対流が顕著に生じて、内ルツボ12に
付着したガスが容易に離脱するとともに、半導体融液2
1に含まれるガスの液面からの蒸発が促進される。
後、マグネット6に通電し所定の磁界を半導体融液21
に印加し、該半導体融液21の対流を抑制する。このと
き、前記半導体融液21の温度分布は、原料融解工程に
比べて、中央液面23付近がより低く(1450℃)、
外ルツボ11外周近傍はより高い状態となる(図中の一
点鎖線B)。
後、ヒーター4の出力を若干下げて半導体融液21の中
央液面23付近を単結晶成長温度(1440℃)に調整
する(図中の二点鎖線C)。
液温度が単結晶成長温度に安定した後、引上軸24によ
り吊り下げられた種結晶25を半導体融液21になじま
せた後、この種結晶25を核として半導体単結晶26を
成長させる。ここでは、種結晶を無転位化した後にこの
単結晶の径を徐々に大口径化し所定の径の半導体単結晶
26とする。
結晶26の成長量(引上量)に応じてシリコンの粒状の
原料22が連続的に投入され(必要に応じてドーパント
を入れる。)、この投入された原料22は内ルツボ12
の外側で融解し、連通孔13を通って内ルツボ12内に
連続的に供給される。以上により、良質な長尺大口径の
半導体単結晶26を成長することができる。
料融解工程の後で、外ルツボ内に内ルツボを載置し、そ
の後に半導体融液に磁場印加を行い、この状態で融液温
度の調整をするので、内ルツボ載置時において、半導体
融液が十分に高温状態であるため、内ルツボの下部で結
晶成長が始まることがなく、不要な結晶成長を防止する
ことができる。また、ヒーターの出力を原料融解工程よ
り上げる必要がないので、加熱による炉内部材の劣化が
抑制されることから、部材の交換時期を長期化でき、設
備費等の低コスト化を図ることができる。さらに、磁場
が印加される前に内ルツボを載置するため、活発な半導
体融液の熱対流により、内ルツボへのガスの付着を抑制
することができる。
外ルツボ内の径方向における半導体融液の温度分布を示
すグラフである。
単結晶引上装置の断面図である。
単結晶引上装置の内ルツボを示す斜視図である。
外ルツボ内の径方向における半導体融液の温度分布を示
すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 気密容器の内部に設けられた外ルツボお
よび該外ルツボ内に配された筒状仕切り体である内ルツ
ボで形成された二重ルツボに半導体融液を貯留し、前記
内ルツボ内の半導体融液より半導体単結晶を引き上げる
単結晶引上方法において、 内ルツボと外ルツボとを分離しておき、該外ルツボに入
れた半導体原料を融解して半導体融液を貯留する原料融
解工程と、 該原料融解工程の後に、前記外ルツボ内に前記内ルツボ
を載置して二重ルツボを形成する二重ルツボ形成工程
と、 該二重ルツボ形成工程の後に、前記外ルツボの外方から
前記半導体融液に磁場を印加して半導体融液の対流を抑
制する磁場印加工程と、 該磁場印加工程により磁場を印加した状態で前記半導体
融液を結晶成長の温度に調整する温度調整工程とを具備
することを特徴とする単結晶引上方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34170095A JP3885245B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 単結晶引上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34170095A JP3885245B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 単結晶引上方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09175885A true JPH09175885A (ja) | 1997-07-08 |
JP3885245B2 JP3885245B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=18348106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34170095A Expired - Fee Related JP3885245B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 単結晶引上方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3885245B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5997640A (en) * | 1997-06-02 | 1999-12-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Device and method for liquefying and crystallizing substances |
WO2003095717A1 (fr) * | 2002-05-10 | 2003-11-20 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Procede et dispositif de production destines a un monocristal |
JP2004175620A (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34170095A patent/JP3885245B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5997640A (en) * | 1997-06-02 | 1999-12-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Device and method for liquefying and crystallizing substances |
WO2003095717A1 (fr) * | 2002-05-10 | 2003-11-20 | Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Procede et dispositif de production destines a un monocristal |
JP2004175620A (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の製造方法 |
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---|---|
JP3885245B2 (ja) | 2007-02-21 |
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