JPH0420875B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0420875B2 JPH0420875B2 JP57166110A JP16611082A JPH0420875B2 JP H0420875 B2 JPH0420875 B2 JP H0420875B2 JP 57166110 A JP57166110 A JP 57166110A JP 16611082 A JP16611082 A JP 16611082A JP H0420875 B2 JPH0420875 B2 JP H0420875B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- pulling
- diameter
- melt
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
- C30B15/16—Heating of the melt or the crystallised materials by irradiation or electric discharge
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明は単結晶成長方法に係り、特に、異常結
晶の成長を抑制でき且つ均一な径をもつ単結晶バ
ルクが得られる成長方法に関する。
晶の成長を抑制でき且つ均一な径をもつ単結晶バ
ルクが得られる成長方法に関する。
(b) 技術の背景
IC、トランジスタなどの半導体素子はシリコ
ン（Si）、ガリウム砒素（GaAs）などの単結晶
基板（ウエハ）を用いて形成されているが、これ
らの単結晶はチヨクラルスキー法（略称CZ法）
か或はフローテイングゾーン法（略称FZ法）に
よつて作られている。
ン（Si）、ガリウム砒素（GaAs）などの単結晶
基板（ウエハ）を用いて形成されているが、これ
らの単結晶はチヨクラルスキー法（略称CZ法）
か或はフローテイングゾーン法（略称FZ法）に
よつて作られている。
こゝでCZ法は大直径化の点でまたFZ法は高純
度のものが得られ易い点に特徴があるが現在大部
分の用途に対してはCZ法により得られた単結晶
が用いられている。
度のものが得られ易い点に特徴があるが現在大部
分の用途に対してはCZ法により得られた単結晶
が用いられている。
第１図はCZ法により単結晶の引上げを行う際
の単結晶と坩堝との関係図を示すもので、石英
（SiO2）或は窒化硅素（Si3N4）などからなる坩
堝１の中に育成すべき単結晶と同一材料からなる
多結晶を入れ、アルゴン（Ar）などの不活性雰
囲気中でカーボンヒータ２に電流を通じて坩堝１
を加熱するか、或は高周波加熱などの方法により
坩堝１を加熱して多結晶材料を溶融して融液３と
する。
の単結晶と坩堝との関係図を示すもので、石英
（SiO2）或は窒化硅素（Si3N4）などからなる坩
堝１の中に育成すべき単結晶と同一材料からなる
多結晶を入れ、アルゴン（Ar）などの不活性雰
囲気中でカーボンヒータ２に電流を通じて坩堝１
を加熱するか、或は高周波加熱などの方法により
坩堝１を加熱して多結晶材料を溶融して融液３と
する。
次に単結晶の育成は結晶成長させようとする結
晶方位をもつ種結晶４の先端を融液３につけるこ
とにより行なわれるが、この際の融液３の温度は
種結晶４の先端が僅かに融解しつゝ均り合いが保
たれる温度に設定してあり、平衡に達した後、比
較的速い上げ速度で結晶を細く絞つて種結晶にあ
る転位を外周に追い出すと共に転位の発生を抑え
て無転位化する。
晶方位をもつ種結晶４の先端を融液３につけるこ
とにより行なわれるが、この際の融液３の温度は
種結晶４の先端が僅かに融解しつゝ均り合いが保
たれる温度に設定してあり、平衡に達した後、比
較的速い上げ速度で結晶を細く絞つて種結晶にあ
る転位を外周に追い出すと共に転位の発生を抑え
て無転位化する。
なお融液３の均一化と温度差を少くするため
に、種結晶４を保持する引上げ軸と坩堝１とは互
に反対方向に低速回転させている。さて引上げ結
晶は無転位化された後融液の温度を下げることに
より希望する直径にまで太らせると共に一定の速
度で引き上げることにより長さ方向に単結晶を成
長させる。こゝで育成された単結晶についての必
要条件としては転位などの欠陥や径方向かつ引上
げ方向での抵抗率変動及び酸素不純物などの分布
が少いことがなどが挙げられるが、結晶成長に際
して径の変動が少いことおよび異常結晶の成長を
伴わぬことなども必要である。
に、種結晶４を保持する引上げ軸と坩堝１とは互
に反対方向に低速回転させている。さて引上げ結
晶は無転位化された後融液の温度を下げることに
より希望する直径にまで太らせると共に一定の速
度で引き上げることにより長さ方向に単結晶を成
長させる。こゝで育成された単結晶についての必
要条件としては転位などの欠陥や径方向かつ引上
げ方向での抵抗率変動及び酸素不純物などの分布
が少いことがなどが挙げられるが、結晶成長に際
して径の変動が少いことおよび異常結晶の成長を
伴わぬことなども必要である。
(c) 従来技術と問題点
本発明は各種の単結晶成長に適用できるが、
こゝでは代表的な半導体であるSiの場合について
説明する。
こゝでは代表的な半導体であるSiの場合について
説明する。
Siは1410〔℃〕の融点をもつ半導体であり、第
２図に示すような引上げ装置を用いて単結晶の引
上げが行われている。Si単結晶は４〔インチ〕径
のものが普通であり５〔インチ〕径のものも作ら
れるようになつた。こゝで４〔インチ〕径の成長
の場合、高純度のSi多結晶粉末約20〔Kg〕を石英
製の坩堝１に充填した後、吸気孔５よりニートル
バルブ或はガスフローメーターを通してArガス
を供給し、排気口６より真空ポンプを用いて排気
することにより装置内の真空度を約20〔Torr〕に
保ち、カーボンヒート２に通電することにより多
結晶Siを融解する。
２図に示すような引上げ装置を用いて単結晶の引
上げが行われている。Si単結晶は４〔インチ〕径
のものが普通であり５〔インチ〕径のものも作ら
れるようになつた。こゝで４〔インチ〕径の成長
の場合、高純度のSi多結晶粉末約20〔Kg〕を石英
製の坩堝１に充填した後、吸気孔５よりニートル
バルブ或はガスフローメーターを通してArガス
を供給し、排気口６より真空ポンプを用いて排気
することにより装置内の真空度を約20〔Torr〕に
保ち、カーボンヒート２に通電することにより多
結晶Siを融解する。
次に保持棒７に固定されている種結晶４は融液
３に浸漬した後モータ８により保持棒７を保持し
ているモリブデン（Mo）線９を回転させ乍ら引
上げることにより結晶成長が行われている。
３に浸漬した後モータ８により保持棒７を保持し
ているモリブデン（Mo）線９を回転させ乍ら引
上げることにより結晶成長が行われている。
なお坩堝１もモータ１０により支持台ごと回転
するように構成されている。
するように構成されている。
かゝる装置を用いて予定する径寸法をもつSi単
結晶を引上げる場合は種結晶４の先端が僅かに融
解し乍ら均り合いが保たれている融液３の温度を
平衡状態を保ち乍ら徐々に降下させて希望する直
径にまで太らせると共に種結晶を引上げることに
より行われている。
結晶を引上げる場合は種結晶４の先端が僅かに融
解し乍ら均り合いが保たれている融液３の温度を
平衡状態を保ち乍ら徐々に降下させて希望する直
径にまで太らせると共に種結晶を引上げることに
より行われている。
こゝで単結晶成長における直径制御は融液３の
温度と引上げ速度の両者で行うことが可能である
が、融液３の温度制御は融液３の重量がこの場合
約20〔Kg〕と大きくそのため熱容量が大で応答性
はよくない。そこで殆んどは引上げ速度の調整に
より直径制御が行われている。
温度と引上げ速度の両者で行うことが可能である
が、融液３の温度制御は融液３の重量がこの場合
約20〔Kg〕と大きくそのため熱容量が大で応答性
はよくない。そこで殆んどは引上げ速度の調整に
より直径制御が行われている。
然し引上げ速度を大幅に変化させると結晶の縦
方向にドーパント不純物や酸素、炭素などの不純
物の濃度むらが現われ特性の均一性を損う点から
好ましくない。さて以上のような直径制御は装置
の上部に設けられている覗き窓１１を通じ輻射高
温計１２で測温すると共に目視により行われてい
るが目標の直径をもつ直胴形の単結晶を得ること
は技術的に相当の熟練が必要であつた。
方向にドーパント不純物や酸素、炭素などの不純
物の濃度むらが現われ特性の均一性を損う点から
好ましくない。さて以上のような直径制御は装置
の上部に設けられている覗き窓１１を通じ輻射高
温計１２で測温すると共に目視により行われてい
るが目標の直径をもつ直胴形の単結晶を得ること
は技術的に相当の熟練が必要であつた。
(d) 発明の目的
本発明は引上げ速度を一定にし均一径をもつ直
胴形の単結晶を得る成長方法を提供することを目
的とする。
胴形の単結晶を得る成長方法を提供することを目
的とする。
(e) 発明の構成
本発明の目的は単結晶の引き上げを行う際、所
望の径より大きくなるような引き上げ速度にする
共に、引き上げ結晶と融液とが接するメニスカス
ラインにレーザ照射を行い、成長する結晶の外周
部を溶融させながら結晶の引き上げを行う方法を
用いることにより達成される。
望の径より大きくなるような引き上げ速度にする
共に、引き上げ結晶と融液とが接するメニスカス
ラインにレーザ照射を行い、成長する結晶の外周
部を溶融させながら結晶の引き上げを行う方法を
用いることにより達成される。
(f) 発明の実施例
以下、本発明の一実施例を説明する。第３図は
本実施例に使用される装置の概略断面図である。
本実施例に使用される装置の概略断面図である。
同図に於いて、２１は坩堝、２２はカーボンヒ
ータ、２３は結晶成長用融液、２４は種結晶、２
５は吸気孔、２６は排気口、２７は保持棒、２８
は種結晶２４を回転させるモータ、２９はMo
線、３０は坩堝２１を回転させるモータ、３１は
覗き窓、３２は輻射温度計、３３はメニスカスラ
イン、３４はレーザ光発生源、３５はレーザ光を
それぞれ示す。
ータ、２３は結晶成長用融液、２４は種結晶、２
５は吸気孔、２６は排気口、２７は保持棒、２８
は種結晶２４を回転させるモータ、２９はMo
線、３０は坩堝２１を回転させるモータ、３１は
覗き窓、３２は輻射温度計、３３はメニスカスラ
イン、３４はレーザ光発生源、３５はレーザ光を
それぞれ示す。
本発明は引上げ装置に備えられている石英製の
覗き窓３１の１つを用い、メニスカスライン３３
にレーザ光発生源３４から出射されるレーザ光３
５を照射し乍ら成長を行うことにより異常成長を
抑制すると共に横方向へ成長した余分な単結晶を
溶解させるものである。
覗き窓３１の１つを用い、メニスカスライン３３
にレーザ光発生源３４から出射されるレーザ光３
５を照射し乍ら成長を行うことにより異常成長を
抑制すると共に横方向へ成長した余分な単結晶を
溶解させるものである。
すなわち透明石英製の覗き窓３１を通して炭酸
ガスレーザ或はYAGレーザを用い、結晶の引上
げが行われているメニスカスライン３３にこのレ
ーザ光３５のスポツトを当てる。
ガスレーザ或はYAGレーザを用い、結晶の引上
げが行われているメニスカスライン３３にこのレ
ーザ光３５のスポツトを当てる。
こゝで本発明は異常結晶が結晶と融液２３とが
接するメニスカスライン３３から横方向に成長し
易いのをレーザ照射により溶解して、たとえ発生
したとしても直ちにその根源を無くする働きをす
る以外に引上げている単結晶の径が目標値より太
ることを防ぐ働きをする。
接するメニスカスライン３３から横方向に成長し
易いのをレーザ照射により溶解して、たとえ発生
したとしても直ちにその根源を無くする働きをす
る以外に引上げている単結晶の径が目標値より太
ることを防ぐ働きをする。
そのためには結晶の引上げ速度を標準値より幾
分低めにして結晶を太り加減にし、レーザ照射に
より常にその極く一部分が溶解している状態に保
つておけばよい。すなわち種結晶２４を含めて成
長が行われている結晶は装置上部のモータ２８に
より毎分10回転程度で回転しているが、レーザ光
３５のスポツトをメニスカスライン３３に合わせ
て一定の引上げ速度で結晶成長を行えばよい。
分低めにして結晶を太り加減にし、レーザ照射に
より常にその極く一部分が溶解している状態に保
つておけばよい。すなわち種結晶２４を含めて成
長が行われている結晶は装置上部のモータ２８に
より毎分10回転程度で回転しているが、レーザ光
３５のスポツトをメニスカスライン３３に合わせ
て一定の引上げ速度で結晶成長を行えばよい。
(g) 発明の効果
本発明の実施により異常結晶の成長を無くする
ことができ、また目標の直径をもつ直銅形の単結
晶が得られるようになつた。
ことができ、また目標の直径をもつ直銅形の単結
晶が得られるようになつた。
第１図は単結晶引上げを行う坩堝と融液の関係
を示す断面図また第２図は従来の結晶成長方法に
用いた結晶成長装置の構成図、第３図は本実施例
に用いた結晶成長装置の構成図である。 図において、１，２１は坩堝、２，２２はカー
ボンヒータ、３，２３は融液、４，２４は種結
晶、８，１０，２８，３０はモータ、１１，３１
は覗き窓、１２，３２は輻射高温計、１３，３３
はメニスカスライン、１４，３５はレーザ光線、
３４はレーザ光発生源。
を示す断面図また第２図は従来の結晶成長方法に
用いた結晶成長装置の構成図、第３図は本実施例
に用いた結晶成長装置の構成図である。 図において、１，２１は坩堝、２，２２はカー
ボンヒータ、３，２３は融液、４，２４は種結
晶、８，１０，２８，３０はモータ、１１，３１
は覗き窓、１２，３２は輻射高温計、１３，３３
はメニスカスライン、１４，３５はレーザ光線、
３４はレーザ光発生源。
Claims (1)
- １ チヨクラルスキー法により種結晶を用いて溶
融している坩堝中の結晶成長用融液より単結晶の
引き上げ成長を行う際、所望の径より大きくなる
ような引き上げ速度にする共に、引き上げ結晶と
融液とが接するメニスカスラインにレーザ照射を
行い、成長する結晶の外周部を溶融させながら結
晶の引き上げを行うことを特徴とする単結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16611082A JPS5954694A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 単結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16611082A JPS5954694A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 単結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5954694A JPS5954694A (ja) | 1984-03-29 |
| JPH0420875B2 true JPH0420875B2 (ja) | 1992-04-07 |
Family
ID=15825202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16611082A Granted JPS5954694A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 単結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5954694A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2336169A1 (de) * | 1973-07-16 | 1975-02-06 | Siemens Ag | Laserstrahlschmelzvorrichtung |
| JPS5560096A (en) * | 1978-10-26 | 1980-05-06 | Ricoh Co Ltd | Crystal diameter controlling method with laser beam |
-
1982
- 1982-09-24 JP JP16611082A patent/JPS5954694A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5954694A (ja) | 1984-03-29 |
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