TW470788B - Magnetic field applied fabrication method for a semiconductor single crystal - Google Patents

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製 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於藉由施加磁場之半導體單結晶的製 造方法，特別是有關於拉製收縮部的直徑可承受非常重 的半導體單結晶的拉引’且即使拉製收縮部較粗也可達 成無差排化的半導體單結晶的製造方法。 利用施加磁場的半導體單結晶製造方法（以下稱 MCZ法），是藉由在半導體單結晶製造裝置周圍所設置的 磁石，施加磁場於融液，使得融液的動黏度提高，再藉 由CZ〇Chralski(簡稱Cz法）將石夕單結晶拉引的方法。因為 藉由磁場的作用抑制融液的對流，所以減少融液表面附 近的溫度變動’而可增進石夕單結晶穩定地成長。又，可 促進或抑制融液與石英坩堝間的反應，所以也是一種可 有效控制矽單結晶中氧濃度的方法。 利用MCZ法將石夕單結晶的拉引步驟，與口法相同， 將安裝於種晶夾具上的種晶浸潰於多結晶融液融合之 後，將種晶夾具拉引以成長料結晶。種晶浸潰於融液 時，受f外加的熱衝擊而產生差排’所以利用拉製收縮 步驟將早結晶成長為細長而無差排化，然後以形成肩部 步驟將單結晶的直徑擴大至敎的尺寸，之後，進入形 成結晶本體步驟。所施加的磁場強度在每一步驟都維持 在一定值。 、 《發明解決的問題》 ，是，利用MCZ法製造石夕單結晶，由於磁場的施加抑制 融液的對流，且融液表面附近溫度的變動變小，所以固 液界面安定，無法避免存在於種晶的左右方向差排，且 ----^---^----.t------IT------^ -. T :· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} i紙張尺度適财料（CNS (21Gx297公着） 五、發明説明（2) 殘存在矽單結晶的内部。因此，為了達成無差排 製收須採用使比起—般利用cz法拉引單結晶時拉 二使直二變得更細，且直到賴^ 吏用CZ法之矽單結製造，所拉引的矽單結晶 量雙限於拉製收縮部的直徑，若超過限制重量會產生 拉製收縮部斷裂而單址a茨 β 曰曰落下之危險，使用MCZ法比起 J的场合更加具有落下的危險性。而且，伴隨近年來 石夕單結晶大直徑化而使其重量增加，所以 MU法拉 引石夕早結晶則變得更加困難。 本發明針對上述習知的問題點，所以本發明的目的 疋日供種半導體單結晶的製造方法，其不會發生因拉 引大直彳i、非常重的半導體單結晶使拉製收縮部斷裂， 而可安全地進行拉引步驟。 《解決問題的方法》 為達上述目的，關於本發明的半導體單結晶製造 方法，在利用施加磁場之半導體單結晶的製造時，對於 形成肩部步驟之前的拉製收縮步驟，其特徵在於：使因 對流引起融液表面附近的溫度變動幅度大於5 I，藉此 使結晶成長界面的形狀發生變化，且該拉製收縮部無差 排化。 而上述的半導體單結晶製造方法之中，將橫磁場的 強度降低為2000高斯（gauss)以下以進行拉製收縮，在無 差排化之後’將磁場強度恢復以進行半導體單纟士晶的技 引。 ' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 、發明説明（3) 且’上述之半導體單結晶製造方法之中，藉由將形 成會切磁場的上下磁石其中一者的磁場強度增加，另— 者減少，或是將上下磁石往垂直方向移動，使融液表面 附近的形成近似縱磁場的狀態以進行拉製收縮，在無差 排化之後，將上下磁石的磁場強度恢復或是將上下磁石 的位置恢復以進行半導體單結晶的拉引。 《發明的實施例形態與實施例》 。本發月疋利用MCZ法將特別大直徑、非常重的半導 !單、、’。b曰拉引的場合’不會引起拉製收縮部斷裂的粗細 J ^且以防止存在於種晶差排的傳導為目的半導體 單結晶製造方法。絲據上述之構成，在㈣MCZ法之 半導，單結晶製造之拉製收縮步驟之中，使融液表面附 近的溫度？丨起i|度的變動，且結晶成長界面的形狀發生 變化，所以將在拉製收縮部的外周面的差排消除變得容 “因此即使將拉製收縮部設置成適合承受非常重的 半導體單結晶拉引所需的直徑時，也可達成無差排化的 目的0 在施加橫磁場的半導體單結晶製造時，拉製收縮步 =之中，將磁場強度降低為2〇〇〇高斯以下，藉此，使結 成長界面的形狀引起適度的變化。因此，即使拉製收 縮4的直;^較__般還粗，也可以達成無差排化的目的。 又，施加會切磁場的半導體單結晶製造時，在拉製收縮 jL·. mh . , 々 ’將上下磁場的強度變化或是將上下磁石的位 改變’藉此’將融液表面附近形成近似縱磁場，且結 I明説明（4) 晶成長界面的形狀發生適度的變化，因此，即使拉製收 縮部的直徑較一般還粗，也可以達成無差排化的目的。 實施例 以下參照各圖式說明關於本發明之半導體單結晶的 襄· 4方法實施例。第1圖為施加橫磁場的半導體單結晶 製造裝置之要部斷面說明圖。此半導體單結晶製造裝置 與一般利用CZ法的半導體單結晶製造裝置相同，在主反 應室（main chamber)l之内設置可以自由轉動與昇降的石 墨坩堝2，在石墨坩堝2内置放一石英坩堝3，而在石墨 坩堝2的周圍設置一圓筒狀加熱器4與保溫筒5。又，在 主反應室1的左右兩側各別設置直立狀態的環狀磁石 6、6 〇 在石英坩堝3内充填入塊狀的多結晶矽原料，利用 加熱器4將原料加熱熔解成融液7。然後，將安裝於種 晶夾具8的種晶9浸潰於融液7，待融合之後，將種晶夾 具8與石墨坩堝2以同方向或逆方向轉動，而將種晶夾 具8拉引而成長單結晶。磁石6、6通電之後的場合對 融液7施加水平方向橫斷的磁場，因為與磁力線直交的 上下方向融液的對流被抑制，所以融液7的溫度變動變 小 0 拉製收縮步驟開始時，為了將融液7表面附近的溫 度變動巾田度調整為5 °C以上，所以將磁場強度降低為2〇〇〇 高斯以下。藉此，融液7的上下方向對流變得激烈，直 到結晶成長界面的形狀適度變化為安定狀 以上述 經濟部中央標準局員Η消費合作杜印製 A7 ~~ ' —~"丄一---一 _ B7 五、發明説明（” ~ ~-*--一·—— ^將種θθ 9慢慢拉製進人’最終使拉製收縮部μ的直 :大約形成為4mm0。此期間存在於種晶9垂直方向的 排，在直徑大於4mm的拉製收縮部1〇外周面消失，而 不往形成於下方的肩部傳導。 /確認拉製收縮部1()無差排化之後，接著進行形成肩 卩乂驟此時’磁場強度漸漸地上升，而恢復至預定的 值。在形成肩部步驟之中，將占I6士曰 = 7鄉之甲將成長的皁結晶矽的直徑慢 慢擴大至預定的尺寸，緊接著形成本體部12。形成肩部 步驟之後的磁場強度維持在預定值。 第2圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 要部斷面說明圖。此裝置在主反應室i _圍設置環狀 的上部磁石13與下部磁石14。通常，上部磁石13的磁 力線為如第2圖在融液7表面的上方而大略成水平方向 X彎曲虛線表不，而下部磁石14的磁力線是在融液7表 面的下方以大略成水平方向彎曲，且大略垂直貫通於石 英坩：3的側壁。因此’可抑制沿石英坩堝3側壁的融 液對"IL另方面，結晶成長界面附近的磁場大略為零， 所以此處並不會抑制融液的對流。 拉製收縮步驟開始時’調整融液7的溫度變動溫度幅度 .、’勺大於5 C的第-方法，將上部磁石13與下部磁石14 的磁場強度的其中一者增強，另一者減弱。第3圖是將 上部磁石13的磁場強度增強而將下部磁石14的強度減 弱的情況，且各別顯示其磁力線的圖形，第3圖以後只 顯不石英坩堝3、融液7、以及磁石，其他的部份則省 國家標準（CNS ) A4規格（2丨0><297公酱） HI n H ! . HI 11 I 1·*^8 I 1 1—I I I--X. -· . ~ , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 略記載。將上部磁石13的磁場強度以BU表示，而下部磁 石14的磁場強度以BL表示，則可以使用下式計算磁場強 度的增減，以滿足所需的數值： 1 ·0 < BU + BLS3.0 上部磁石13的磁力線從上方大略成垂直進入融液7, 向融液7表面下方大略成水平方向彎曲，而大略垂直貫通 於石英料3的難。藉此，融液7表面附近成為接近縱 磁場的狀態，而使融液7上下對流激烈化。所以，結晶成 長的界面形狀適度變化，且即使拉製收縮部1〇的直徑大於 4mm，也可達成無差排化的目的。 第4圖是將上部磁石13的磁場強度減弱而將下部磁石 14的強度增強的情況，且各别顯示其磁力線的圖形。將上 部磁石13的磁場強度以BU表示，而下部磁石14的磁場強 度以BL表示，則可以使用下式計算磁場強度的增減，以滿 足所需的數值： 1.0<BL-rBU<3.0 下部磁石14的磁力線從石英坩堝3下方大略成垂直進 入融液7，而將融液7貫通而大略成水平方向彎曲。藉此， 融液7表面附近成為接近縱磁場的狀態，而使融液7上下 對流激烈化。所以，結晶成長的界面形狀適度變化，且即 使拉製收縮部10的直徑大於4mm，也可達成無差排化的目 的。 在施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之中，使融 液溫度變動幅度大於5。〇的第二方法，將上部磁石與下部 五、發明説明（7 ) 磁石同時往垂直方向移動也可以。第5圖為融液面與磁 石位置關係的說明圖，使上部磁石丨3與下部磁石14的 間隔成為2d ’而從上下磁石之間的中心線直到融液 的距離成為a， ο < a<2d 在滿足上式的範圍之内將上下磁石移動。 第6圖為顯示上部磁石13與下部磁石14往下方移 動的情況，上部磁石13的磁力線與第3圖相同，從上方 大略成垂直進入融液7，向融液7表面下方大略成水平 方向彎曲，而大略垂直貫通石英坩堝3的側壁。又，第7 圖為顯示上部磁石13與下部磁石14往下方移動的情 況，下部磁石14的磁力線與第4圖相同，從石英坩堝3 下方大略成垂直進入融液7，而將融液7貫通而大略成 水平方向f曲。上絲何—鋪況，都使歸7表面附 近成為接近縱磁場的狀態，而導致融液7上下對流激烈 化，所以結晶成長的界面形狀適度變化，且即使拉製收 縮部10的直徑大於4mm，也可達成無差排化的目的。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 、如上所述，在拉製收縮步驟使用横磁場的情況，將 磁場強度降到2000高斯以下，且在會切磁場的情況，藉 由將上下磁石的強度增減或是將上下磁石同時往垂直方 向移動，使融液表面附近的形成接近縱磁場的狀態，而 將結晶成長方向的形狀變化變大。無論以上任一種情 况，都使其無差排化率與習知施加磁場時的5〇%相比， 提局為90%。 __ 11 I紙張尺度適财酬家轉（CNS) A4規格（2—公酱y A7

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 《發明的效果》

法將若根據本發明，相對於習知-般利用CZ 的首心、:°Ba拉引的場合’比起必須將拉製收縮部 、生而!·、田化以達到無差排化的Mcz法之半導體單結晶製 :’將磁場強度變弱或是不改變磁場強度而改變磁 =亩使結晶成長界面引起適度的變化，即使拉製收 =的直徑比起f知較大也容㈣成無差排化的目的。 必不會產生拉製收縮部由於大直徑 體單結晶而斷裂的情況，所料w ^^千導 所以可達到安全拉引的效果、 且k昇半導體單結晶的生產效率。 《圖式之簡單說明》 第1圖為施加橫磁場的半導體單結晶製造裝置之要 部斷面說明圖； 第2圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 要部斷面說明圖； 第3圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 中’使融液溫度變動幅度變大的第_方法之—例的 «♦ 第4圖為施加會切磁場时㈣單結晶製造裝置之 中’使融液溫度變動幅度變大的第—方法之其他例子的 說明圖； 第5圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 中’使融液溫度變動幅度變大的第二方法之融液面與磁 石位置關係的說明圖； ml- i HI n^i n^i atn ^n· ma-*· r ft 、言 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁：5 12 A7 B7 克、發明説明（9) 第6圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 中’使融液溫度變動幅度變大的第二方法之一例的說明 圖；以及 第7圖為施加會切磁場的半導體單結晶製造裝置之 中，使融液溫度變動幅度變大的第二方法之其例子的說 明圖。《符號之說明》 請 先 閱 之 注 3 石英坩堝 6 磁石 7 融液 8 種晶 10 拉製收縮部 11 、肩部 13 上部磁石 14 下部磁石 雖然本發明已以一 項 再 ά 寫 本 頁 裝 訂 經 部 中 央 標 準 局 員 工 消 f 合 作 社 印 製 狂1她例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發 明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 準0 ^7---______ 13 本紙張尺度適用中國γ

Claims (1)

1. g丨號申請專利範圍修正本A8 B8 C8 修正日

   六、申請專利範圍 1· 一種藉由施加磁場之半導體單結晶的製造方 法’在施加磁場之半導體單結晶的製造時 部步驟之前的拉製收縮步驟，其特徵在於：成肩 。，因對流引起融液表面附近的溫度變動幅度大於 5C，藉此使結晶成長界面的形狀發生變化，且該 收縮部無差排化； a 其中，藉由將形成會切磁場的上下磁石其中一者 的磁場強度增加，另-者減少，或是將上下磁石往垂直 方向移動’使融液表面附近的形成近似 進行拉製收縮，其中上部磁石的磁場強度以即表;， 下部磁石的磁場強度WBL表示，以1〇<黯心3 〇 或.〇<BL‘ BUS3.〇s十异磁3最強度的增減；在無差排化 之後，將上下磁石的磁場強度恢復或是將上下磁石的位 置恢復以進行半導體單結晶的拉引。 2.如申請專利範圍第丨項所述之製造方法，其中 將橫磁場的強度降低為纖高斯以下以進行拉製收 '、、馆在無差排化之後，將磁場強度恢復以進行半導體單 結晶的拉引。 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 I牙 頁I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印4-J取 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛〉