JPH06227887A - 結晶引き上げ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 すぐれた結晶性と、低不純物濃度の結晶を確
実に得ることができるようにする。 【構成】 融液１０を収容する容器１１と、融液の加熱
手段１２と、融液に強度勾配を持つ磁場印加を行う磁場
印加手段１３とを有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ半導体単結晶等の
結晶育成に適用して好適な結晶引き上げ方法及び装置に
係わる。

【０００２】

【従来の技術】現在、産業上利用されているＳｉ等の単
結晶の育成方法としては、ＣＺ法（チョクラルスキー
法）が中心的である。

【０００３】このＣＺ法は、目的とする結晶の材料融液
から結晶を回転させながら引き上げ育成させるものであ
るので、熱対流とともに、この回転に伴う対流が生じ
る。

【０００４】従って、この方法による場合、例えばその
融液の収容容器の石英るつぼから対流に伴って酸素の取
り込みが生じ易く、引き上げ育成した結晶中に比較的高
濃度にこの酸素が混入する。

【０００５】このような欠点を解決するものとして、磁
界印加の下で結晶の引き上げを行うＭＣＺ法が開発され
た。

【０００６】このＭＣＺ法は、例えば特公平１ー６００
００号公報にもその開示があるように、電気伝導性を有
する物体例えばイオン化された酸素イオンが磁場中で運
動するときの物体中に生じる電位差による電流によって
新しい力を生じさせ、これによって対流を抑制し、結晶
育成の安定化をはかるとともに、この対流の抑制によっ
て例えば石英るつぼからの酸素の取り込みを制御して、
引き上げ育成された結晶の酸素濃度等の制御を行うとい
うものである。

【０００７】図６に、ＭＣＺ法による結晶引き上げ装置
の一例の略線的断面図を示す。１は石英るつぼ等の容器
で、容器１内に結晶の材料が通電ヒータ等より成る加熱
手段２によって溶融された融液３が収容される。

【０００８】そして、この融液３に種結晶（図示せず）
が浸漬され、回転させながら、これを引き上げ、この引
き上げと共にいわゆる結晶の育成を行う。

【０００９】このとき、磁場印加手段４によって、例え
ば融液３に結晶の引き上げ方向と直交する方向の磁場を
生じさせる。

【００１０】このＭＣＺ法では、その対流が効果的に抑
制されることによってかなり不純物、例えばＳｉ半導体
においてこれに形成する各種半導体素子の特性に大きな
影響を及ぼす酸素の結晶中への混入が回避されるもの
の、このＭＣＺ法によっても、回転引き上げ法では、結
晶の育成引き上げにおける回転に伴う対流は避け難いこ
とから、引き上げ育成された結晶中への上述したような
不純物の取り込みが避けられない場合があり、これに伴
い結晶の電気的特性の不均一性の問題、制御の問題、異
常な不純物の取り込みによる結晶欠陥、転位ループの発
生等を必ずしも回避できない場合がある。

【００１１】ところが、昨今、益々半導体装置の小型化
が進むにつれ、結晶性や、不純物濃度の特性への影響が
大きくなり、これにより、結晶引き上げにおいて効率良
く、確実に低不純物濃度で結晶性にすぐれた結晶育成の
要求が高まっている。

【００１２】そして、従来のＭＣＺ法においては、与え
ている磁場は、上述したように、電気伝導性を有する物
体例えばイオン化された酸素イオンが磁場中で運動する
ときの物体中に生じる電位差による電流によって新しい
力を生じさせ、これによって対流を抑制させるものであ
ることから、基本的にはその磁場の作用部において磁場
強度に積極的に勾配を持たせるというものではない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶引き上
げにおいて、すぐれた結晶性と、低不純物濃度の結晶を
確実に得ることができるようにした結晶引き上げ方法と
この方法を実施することのできる装置とを提供するもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、強度勾
配を持つ磁場印加中で結晶の引き上げを行う。

【００１５】第２の本発明は、その磁場の強度勾配の形
成方向を、結晶の引き上げ方向とする。

【００１６】第３の本発明は、その磁場の強度勾配の形
成方向を、結晶の引き上げ方向と直交する方向とする。

【００１７】ここで、磁場の強度勾配の形成方向を、結
晶の引き上げ方向、あるいはこの結晶の引き上げ方向と
直交する方向にするとはいえ、これら方向において多少
のずれ、例えば機械的、磁気的誤差はは許容できること
は言うまでもない。

【００１８】また、その磁場の強度勾配の形成方向を、
結晶の引き上げ方向と、この結晶の引き上げ方向と直交
する方向の双方について同時に形成することもできる。

【００１９】そして、第４の本発明は、図１にその一例
の構成図を示すように、融液１０を収容する容器１１
と、融液の加熱手段１２と、融液に強度勾配を持つ磁場
印加を行う磁場印加手段１３とを有する構成とする。

【００２０】

【作用】本発明構成によれば、融液中に例えばＳｉの単
結晶成長における不要不純物の主要物の大きな帯磁性χ
を持つ常磁性体の酸素、更に強磁性体の重金属の例えば
Ｆｅなどであるため、磁場Ｈの中においては、これらの
物質には、単位体積当たりに下記（数１）の力Ｆが働
く。

【００２１】

【数１】Ｆ＝χ∇Ｈ² （Ｆ及び∇はベクトル）

【００２２】今、例えば図２に示すように、融液１０に
おいてその結晶引き上げ部の中心軸にｙ軸をとり、磁場
印加手段の中心をＡ点とし、その結晶引き上げ方向（ｙ
軸方向）に関して強度勾配を有する磁場を形成するよう
に、すなわち例えば図３にｙ軸上の磁場の強度分布例を
示すような磁場の強度勾配を形成したとすると、このと
きのｙ軸上で磁場により磁性体が受ける力は、図４に示
すようになる。

【００２３】したがって常磁性体は、ｙ軸下方に力を受
け、反磁性体はこれとは逆向きの力を受ける。したがっ
て、常磁性体の酸素等の不純物は、容器１１の底面に、
これが静止した状態であっても、下方に引き寄せられて
集められる。

【００２４】したがって、結晶の引き上げを上方に行う
と、結晶中には、不純物が取り込まれることなく、確実
に低不純物濃度で、これによって結晶欠陥、転位ループ
等の発生が殆どないすぐれた結晶の育成を行うことがで
きる。

【００２５】そして、結晶引き上げが融液底部に達する
と、不純物が集中した高濃度の結晶が育成されることに
なるので、ここでその育成を停止するか、この結晶育成
をそのまま継続してその終端部については、良質の結晶
性、低不純物濃度の均一性を要求する結晶としては使用
しないなどの考慮を払えば良い。

【００２６】

【実施例】図１及び図５を参照して本発明方法を実施す
る本発明装置の例を説明する。

【００２７】本発明は、融液１０を収容する例えば石英
るつぼ等より成る容器１１と、融液の通電ヒータ等の周
知の構成による加熱手段１２と、融液に強度勾配を持つ
磁場印加を行う磁場印加手段１３とを設ける。

【００２８】図１及び図５のいずれの場合も、例えば有
底円筒状の容器１１の中心軸上のｙ軸上に上方に結晶１
４の引き上げを行う場合である。

【００２９】すなわち、ｙ軸上において、引き上げ棒１
５の下端に配置した種結晶を、容器１１内の融液１０の
表面に浸漬し、引き上げ棒１５を回転させながら、この
種結晶から結晶１４を育成させつ引き上げいく。

【００３０】図１の例では図２〜図４で説明したよう
に、結晶引き上げ方向のｙ軸方向に磁場の強度勾配が生
じるようにした場合で、この場合磁場発生手段１３は、
容器１１と同軸心上にこれの周囲に、例えば相対向する
側が一方の磁極の例えばＮ極で外側が他方の磁極の例え
ばＳ極の一対以上の磁石を軸心のｙ軸に対して対称的に
配置するとか内周が一方の磁極の例えばＮ極、外周がＳ
極に着磁されたリング状の永久磁石によって構成でき
る。

【００３１】また、図５の例では、結晶引き上げ方向の
ｙ軸方向と直交する方向に磁場の強度勾配が生じるよう
にした場合で、この場合磁場発生手段１３は、容器１１
のｙ軸上の上下に関して同様に互いに対向する側を一方
の磁極とし反対側を他方の磁極とする磁石によって構成
し得る。

【００３２】これら本発明装置によって結晶１４の引き
上げを行うと、融液中に存在する主要不純物の高帯磁率
の常磁性体の例えば酸素、もしくは強磁性体の例えばＦ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等が、上述したように、図１の例では結
晶の引き上げ方向すなわちｙ軸方向に関して強い磁場強
度の勾配を形成して下方にまたは上方に不純物を磁気的
に引き寄せて集中させることができ、図５の例ではこれ
と直交する方向に関して形成した強い磁場強度勾配の形
成と磁極の配置関係の選定によって外周部へと不純物を
集中させることができる。

【００３３】したがって、これによって引き上げ育成さ
れた結晶１４は、少なくとも予め決められた所定の大部
分において、不純物が排除され、結晶性にすぐれた結晶
１４を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】上述した本発明方法によれば、また上述
の本発明装置によれば、育成された結晶の少なくとも予
め決められた所定の部位、実際においてはその殆どの部
分において、不純物が排除され、結晶性にすぐれた結晶
１４を得ることができるので、例えばＳｉ等の半導体結
晶において、このようにして育成した結晶１４をスライ
スして得たウェファ上に半導体素子を形成するときは、
目的とする特性の半導体素子を確実、かつ収率良く製造
することができるものであり、その工業的利益は極めて
大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一例の略線的断面図である。

【図２】その磁場の説明図である。

【図３】その説明に供する磁場強度勾配図である。

【図４】磁場強度勾配によって受ける力の分布図であ
る。

【図５】本発明装置の他の例の略線的断面図である。

【図６】従来装置の略線的断面図である。

【符号の説明】

１０ 融液 １１ 容器 １２ 加熱手段 １３ 磁場発生手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強度勾配を持つ磁場印加中で結晶の引き
   上げを行うことを特徴とする結晶引き上げ方法。
2. 【請求項２】 上記磁場の強度勾配の形成方向を、上記
   結晶の引き上げ方向としたことを特徴とする請求項１に
   記載の結晶引き上げ方法。
3. 【請求項３】 上記磁場の強度勾配の形成方向を、上記
   結晶の引き上げ方向と直交する方向としたことを特徴と
   する請求項１に記載の結晶引き上げ方法。
4. 【請求項４】 融液を収容する容器と、 上記融液の加熱手段と、 上記融液に強度勾配を持つ磁場印加を行う磁場印加手段
   とを具備することを特徴とする結晶引き上げ装置。