JPS62171986A - 単結晶の製造方法 - Google Patents
単結晶の製造方法Info
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Landscapes
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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】
［産業上の利用分野］
本発明は、シリコンやゲルマニウム等の単結晶の製造方
法に関する。
法に関する。
［従来の技術］
従来、シリコン等の単結晶の製造方法としては、引上げ
法（ＣＩ法：チョクラルスキー法〉が知られている。引
上げ法は、るつぼ内で材料（多結晶）を溶解すると共に
、この融液に種子結晶を浸漬し、種子結晶を回転させな
がらゆっくり引上げて単結晶を成長させる方法である。
法（ＣＩ法：チョクラルスキー法〉が知られている。引
上げ法は、るつぼ内で材料（多結晶）を溶解すると共に
、この融液に種子結晶を浸漬し、種子結晶を回転させな
がらゆっくり引上げて単結晶を成長させる方法である。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、上記従来の引上げ法においては、種子結晶の回
転により融液の中心部でるつぼの底から単結晶に向かっ
て上昇すると共に、液面付近でるつぼの内周面に向かっ
て移動し、かつるつぼの内周面に沿って下降する対流が
生じている。このため、単結晶直下の融液にお（ブる単
結晶の成長軸方向の温度勾配及び温度変動幅（温度のバ
ラツキ）が大きくなり、引上げ速度（結晶化又は成長速
度〉の低下と結晶欠陥の多発を招来している。
転により融液の中心部でるつぼの底から単結晶に向かっ
て上昇すると共に、液面付近でるつぼの内周面に向かっ
て移動し、かつるつぼの内周面に沿って下降する対流が
生じている。このため、単結晶直下の融液にお（ブる単
結晶の成長軸方向の温度勾配及び温度変動幅（温度のバ
ラツキ）が大きくなり、引上げ速度（結晶化又は成長速
度〉の低下と結晶欠陥の多発を招来している。
すなわち、ヒータ等の熱源から融液に供給される放射熱
と、融液面からの放射及び結晶等からの伝導によって失
われる熱との間には、単結晶の成長軸をＺ軸にとると、
一般に、次式が成立する。
と、融液面からの放射及び結晶等からの伝導によって失
われる熱との間には、単結晶の成長軸をＺ軸にとると、
一般に、次式が成立する。
ここで、Ｋ、及びＫｓは融液及び単結晶の熱伝導率、Δ
Ｈは潜熱、ａ”ｒ、／ａｚ及Ｄ”ａＴ３／δＺは融液中
及び単結晶中の温度勾配、ρ、は単結晶の密度、■は単
結晶の成長速度である。
Ｈは潜熱、ａ”ｒ、／ａｚ及Ｄ”ａＴ３／δＺは融液中
及び単結晶中の温度勾配、ρ、は単結晶の密度、■は単
結晶の成長速度である。
したがって、単結晶の成長速度■は、
・・・（１）′
で表わされ、単結晶中の温度勾配ａＴｓ／δ２が一定で
あれば、融液中の温度勾配ａ Ｔｃ ／ ａ ｚが大き
い程低下することがわかる。
あれば、融液中の温度勾配ａ Ｔｃ ／ ａ ｚが大き
い程低下することがわかる。
又、温度変動に起因する成長速度の変動■ｆは、次式で
表わされる。
表わされる。
Ｖｆ ＝ （ＫＩ Ａ／ρＳΔＨｊδ）Ｓｉｎ （ω１
＋＄）・・・（２） ここで、Ｋ、は融液の熱伝導率、Ａは温度変動幅、ρＳ
は単結晶の密度、ΔＨｆは凝固熱、δは拡散境界層厚、
ωは温度変動の振動数である。
＋＄）・・・（２） ここで、Ｋ、は融液の熱伝導率、Ａは温度変動幅、ρＳ
は単結晶の密度、ΔＨｆは凝固熱、δは拡散境界層厚、
ωは温度変動の振動数である。
したがって、単結晶の成長速度を■とすると、ＶＶｆ＞
Ｏならば固液界面における再溶解ひいては結晶欠陥が生
じないことがわかると共に、Ｖｆ＝Ｏとすることにより
成長速度■を大きくし得ることがわかり、かつＶｆ＝０
とするためには、（２）式において温度変動幅ＡをＯに
すればよいことがわかる。
Ｏならば固液界面における再溶解ひいては結晶欠陥が生
じないことがわかると共に、Ｖｆ＝Ｏとすることにより
成長速度■を大きくし得ることがわかり、かつＶｆ＝０
とするためには、（２）式において温度変動幅ＡをＯに
すればよいことがわかる。
そこで、本発明は、単結晶直下の融液における成長軸方
向の温度勾配及び温度変動幅を小さくすることにより、
単結晶の引上げ速度を増大し、かつ結晶欠陥の発生を少
なくし得るようにした単結晶の製造方法を提供しようと
するものである。
向の温度勾配及び温度変動幅を小さくすることにより、
単結晶の引上げ速度を増大し、かつ結晶欠陥の発生を少
なくし得るようにした単結晶の製造方法を提供しようと
するものである。
［問題点を解決するための手段］
本発明の単結晶の製造方法は、前記問題点を解決するた
め、るつぼ内の融液に種子結晶を浸漬し、種子結晶を回
転させながらゆっくり引上げて単結晶を成長させる単結
晶の製造方法において、前記融液に単結晶の成長軸に対
して垂直な磁束密度２０００ガウス以上の磁場を印加し
、単結晶を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎの引上げ速度で
引上げる方法である。
め、るつぼ内の融液に種子結晶を浸漬し、種子結晶を回
転させながらゆっくり引上げて単結晶を成長させる単結
晶の製造方法において、前記融液に単結晶の成長軸に対
して垂直な磁束密度２０００ガウス以上の磁場を印加し
、単結晶を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎの引上げ速度で
引上げる方法である。
［作 用コ
中心部においてるつぼの底から単結晶に向って上昇する
融液の流れに、単結晶の成長軸に対して垂直な磁束密度
２０００ガウス以上の磁場が印加されると、電気伝導性
が高い融液の上昇流が磁場を横切ることとなり、磁場と
直角な水平方向の電流が流れ、この電流が磁場を横切る
ことにより上昇流と逆向きの力が融液に作用する。
融液の流れに、単結晶の成長軸に対して垂直な磁束密度
２０００ガウス以上の磁場が印加されると、電気伝導性
が高い融液の上昇流が磁場を横切ることとなり、磁場と
直角な水平方向の電流が流れ、この電流が磁場を横切る
ことにより上昇流と逆向きの力が融液に作用する。
この結果、融液の対流が抑制され、伝熱が対流支配から
伝導支配となり、単結晶直下の融液における成長軸方向
の温度勾配及び温度変動幅が小さくなる。
伝導支配となり、単結晶直下の融液における成長軸方向
の温度勾配及び温度変動幅が小さくなる。
又、単結晶の引上げ速度を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎ
とすることにより、単結晶直下の融液が所要の過冷却状
態に保持され、良好な結晶の成長が行われる。
とすることにより、単結晶直下の融液が所要の過冷却状
態に保持され、良好な結晶の成長が行われる。
引上げ速度が１．７ｍｍ／ｍｉｎ未溝の場合は、潜熱が
大きくなるので過冷却状態がくずれ、再溶解等によって
転位が発生する。又、引上げ速度が２゜５ｍｍ／ｍ ｉ
ｎを越える場合は、潜熱が小さくなるので過冷却にな
りすぎ、転位が発生する。
大きくなるので過冷却状態がくずれ、再溶解等によって
転位が発生する。又、引上げ速度が２゜５ｍｍ／ｍ ｉ
ｎを越える場合は、潜熱が小さくなるので過冷却にな
りすぎ、転位が発生する。
［実施例コ
以下、本発明の単結晶の製造方法の一実施例を説明する
。
。
石英るつぼ内でシリコンの多結晶を溶解すると共に、シ
リコン融液にシリコン単結晶の成長軸に対して垂直な所
要磁束密度の磁場を印加し、かつシリコン融液に種子結
晶を浸漬し、種子結晶を所要の回転数で回転させながら
所要速度で引上げてシリコン単結晶を成長させた。
リコン融液にシリコン単結晶の成長軸に対して垂直な所
要磁束密度の磁場を印加し、かつシリコン融液に種子結
晶を浸漬し、種子結晶を所要の回転数で回転させながら
所要速度で引上げてシリコン単結晶を成長させた。
上記実施例において磁束密度を２５００ガウスとした場
合のシリコン単結晶真下のシリコン融液における成長軸
方向の温度分布は、第１図に示すようになった。図中折
れ線Ａは、本発明方法による温度分布を、折れ線Ｂは、
従来方法による温度分布を示す。
合のシリコン単結晶真下のシリコン融液における成長軸
方向の温度分布は、第１図に示すようになった。図中折
れ線Ａは、本発明方法による温度分布を、折れ線Ｂは、
従来方法による温度分布を示す。
従って、本発明方法による温度勾配（：Ｔｈ１０〜ｂ
７０”Ｃ／ｃｍ）よりはるかに小さくなっていることが
わかり、特に、引上げ速度に大きな影響を与えるシリコ
ン単結晶直下的５ｍｍの温度勾配が小さくなっているこ
とがわかる。
わかり、特に、引上げ速度に大きな影響を与えるシリコ
ン単結晶直下的５ｍｍの温度勾配が小さくなっているこ
とがわかる。
又、磁場の磁束密度を変化させた場合のシリコン単結晶
直下におけるシリコン融液の温度変動幅は、第２図に示
すようになり、かつ磁束密度を２５００ガウスとした場
合、固液界面の温度変動による再溶解に起因すると思わ
れるシリコン単結晶の欠陥密度は、従来方法によるそれ
が１０２〜１０３ケ／ｃｍ２テａル（Ｄニ対し、１０ケ
／Ｃ１１１２以下トなった。
直下におけるシリコン融液の温度変動幅は、第２図に示
すようになり、かつ磁束密度を２５００ガウスとした場
合、固液界面の温度変動による再溶解に起因すると思わ
れるシリコン単結晶の欠陥密度は、従来方法によるそれ
が１０２〜１０３ケ／ｃｍ２テａル（Ｄニ対し、１０ケ
／Ｃ１１１２以下トなった。
従って、磁束密度を２０００ガウス以上とすることによ
り、温度変動幅を従来方法による場合（温度変動幅１．
０℃）の１／３ ＪＸ下とし得、かつ欠陥密度を極めて
微少とし得ることがわかる。
り、温度変動幅を従来方法による場合（温度変動幅１．
０℃）の１／３ ＪＸ下とし得、かつ欠陥密度を極めて
微少とし得ることがわかる。
更に、シリコン単結晶直下のシリコン融液は、通常メル
ティングポイントより３〜５℃低い過冷却状態に保持さ
れることを要し、かつシリコン単結晶の引上げ速度■は
、（１）式を変形した次式からもわかるように、 ・・・（１）” シリコン融液の温度勾配が小さくなった場合、過冷却状
態を良好に保持すべく潜熱△Ｈを一定に保持するために
は、大きくする必要があるが、最適の引上げ速度は、１
．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎであった。
ティングポイントより３〜５℃低い過冷却状態に保持さ
れることを要し、かつシリコン単結晶の引上げ速度■は
、（１）式を変形した次式からもわかるように、 ・・・（１）” シリコン融液の温度勾配が小さくなった場合、過冷却状
態を良好に保持すべく潜熱△Ｈを一定に保持するために
は、大きくする必要があるが、最適の引上げ速度は、１
．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎであった。
引上げ速度■がＬ ７ｍｍ／…ｉｎ未満で引上げ、方位
＜１００〉の場合は、生産性が低下し、引上げ方位＜１
１１ ＞の場合は、潜熱Δ目が大きくなるので過冷却状
態がくずれ、転位が発生する。又、引上げ速度＼ｌが２
．５ｍｍ／ｍｉｎを越える場合は、いずれの引上げ方位
の場合も潜熱Δ目が小さくなるので過冷却になりすぎ、
転位が発生する。
＜１００〉の場合は、生産性が低下し、引上げ方位＜１
１１ ＞の場合は、潜熱Δ目が大きくなるので過冷却状
態がくずれ、転位が発生する。又、引上げ速度＼ｌが２
．５ｍｍ／ｍｉｎを越える場合は、いずれの引上げ方位
の場合も潜熱Δ目が小さくなるので過冷却になりすぎ、
転位が発生する。
［発明の効果］
以上のように本発明の単結晶の製造方法によれば、シリ
コン融液の対流が抑制されて、伝熱が対流支配ｈｓｒら
伝導支配となり、単結晶直下の融液における成長軸方向
の温度勾配及び温度変動幅が小さくなるので、引上げ速
度を増大し、かつ結晶欠陥の発生を少なくすることがで
きると共に、引上げ速度を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎ
にプることで、過冷却状態が良好に保持され、転位等の
発生を極めて微少にすることができ、ひいては生産性及
び品質を大幅に向上することができる。
コン融液の対流が抑制されて、伝熱が対流支配ｈｓｒら
伝導支配となり、単結晶直下の融液における成長軸方向
の温度勾配及び温度変動幅が小さくなるので、引上げ速
度を増大し、かつ結晶欠陥の発生を少なくすることがで
きると共に、引上げ速度を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎ
にプることで、過冷却状態が良好に保持され、転位等の
発生を極めて微少にすることができ、ひいては生産性及
び品質を大幅に向上することができる。
第１図は本発明方法と従来方法によるシリコン融液の成
長軸方向の温度勾配を示す図、第２図は磁束密度と温度
変動幅の関係を示す図である。 出願人 東芝セラミックス株式会社 第１図 鋼２図 磁束密度（ガウス） 手続補正書（自船 昭和６１年 ６月 ４日 １、事件の表示 昭和６１年特許願第１１６３５号 ２、発明の名称 単結晶の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都新宿区西新宿１丁目２６番２号氏
名（名称）東芝セラミックス株式会社４、代理人〒１０
３ 住 所 東京都中央区日本橋本町２丁目１番地７、
補正の内容 （１）明細書第１頁第１４行目中に「ゲルマニウム等」
とあるのを、「ゲルマニウム、ガリウム・ヒ素等１と補
正する。 （２）明細書第５頁第９行目に「くなる。」とあるのを
、ｒくなる。しかして、融液表面とるつぼ底との温度差
を３０℃以下とすることが望ましく、このようにするこ
とによりるつぼの成分である石英の溶解量が減少し、単
結晶中の酸素濃度が低減すると共に、ボロン、アルミニ
ウム等の不純物の単結晶中への混入が少なくなる。１と
補正する。 以上
長軸方向の温度勾配を示す図、第２図は磁束密度と温度
変動幅の関係を示す図である。 出願人 東芝セラミックス株式会社 第１図 鋼２図 磁束密度（ガウス） 手続補正書（自船 昭和６１年 ６月 ４日 １、事件の表示 昭和６１年特許願第１１６３５号 ２、発明の名称 単結晶の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都新宿区西新宿１丁目２６番２号氏
名（名称）東芝セラミックス株式会社４、代理人〒１０
３ 住 所 東京都中央区日本橋本町２丁目１番地７、
補正の内容 （１）明細書第１頁第１４行目中に「ゲルマニウム等」
とあるのを、「ゲルマニウム、ガリウム・ヒ素等１と補
正する。 （２）明細書第５頁第９行目に「くなる。」とあるのを
、ｒくなる。しかして、融液表面とるつぼ底との温度差
を３０℃以下とすることが望ましく、このようにするこ
とによりるつぼの成分である石英の溶解量が減少し、単
結晶中の酸素濃度が低減すると共に、ボロン、アルミニ
ウム等の不純物の単結晶中への混入が少なくなる。１と
補正する。 以上
Claims (1)
- るつぼ内の融液に種子結晶を浸漬し、種子結晶を回転さ
せながらゆつくり引上げて単結晶を成長させる単結晶の
製造方法において、前記融液に単結晶の成長軸に対して
垂直な磁束密度２０００ガウス以上の磁場を印加し、単
結晶を１．７〜２．５ｍｍ／ｍｉｎの引上げ速度で引上
げることを特徴とする単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163586A JPS62171986A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163586A JPS62171986A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62171986A true JPS62171986A (ja) | 1987-07-28 |
Family
ID=11783403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1163586A Pending JPS62171986A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62171986A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0943703A2 (en) * | 1998-03-20 | 1999-09-22 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Silicon single crystal and method for producing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60221391A (ja) * | 1984-04-18 | 1985-11-06 | Toshiba Corp | 化合物半導体単結晶育成装置 |
| JPS60221392A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-06 | Toshiba Corp | 単結晶生成方法 |
-
1986
- 1986-01-22 JP JP1163586A patent/JPS62171986A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60221392A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-06 | Toshiba Corp | 単結晶生成方法 |
| JPS60221391A (ja) * | 1984-04-18 | 1985-11-06 | Toshiba Corp | 化合物半導体単結晶育成装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0943703A2 (en) * | 1998-03-20 | 1999-09-22 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Silicon single crystal and method for producing the same |
| EP0943703A3 (en) * | 1998-03-20 | 2002-03-20 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Silicon single crystal and method for producing the same |
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