JPS5850953B2 - 結晶成長法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体、特にシリコンの結晶成長法に係わる
。

結晶の成長方法としては、引上法、ゾーン・レベリング
法、ブリッジマン法、デンドライト成長法などが挙げら
れるが、いずれの方法においても、その結晶材料を収容
する容器の組成元素が、結晶材料中に混入し、成長され
た結晶の純度が低下する。

例えばシリコンの結晶をチョクラルスキー法（引上法）
にて成長させる場合、その結晶材料の融液を収容する容
器としては、一般に石英（ＳｉＯ２）るつぼが用いられ
るが、この場合、るつぼから酸素が分解混入され、高純
度の結晶を得るこ゛とができないという欠点がある。

本発明は、このような欠点を回避して高純度の結晶、或
いは所望の純度の結晶を再現性良く得ることのできる結
晶成長法を提供するものである。

すなわち、本発明者は諸種の実験考察を重ねた結果、こ
の不純物の混入は、容器内における結晶材料液の移動、
特に対流による移動に大きく依存するものであることを
究明し、この究明に基いて対流の抑止を磁場の印加によ
って図り、容器戒分の液中への混入を制御する。

すなわち、更に述べるなら、容器内に結晶材料液を収容
する場合、この容器と結晶材料液が少くとも高温に加熱
された部分において、容器の構成成分が、この容器に接
する結晶材料液へと溶解するが、この場合、容器内にお
ける熱対流が比較的激しく生じていると、容器と接触す
る部分に溶解された容器成分が、熱対流によって速やか
に他部へと運び去られ、これによって、結晶材料液の容
器成分の溶解濃度は速やかに一様化され、これに伴って
、結晶材料液の容器との接触部における容器成分の溶解
濃度が低められるので、容器成分の結晶材料液への溶解
が生じ易くなり、その溶解は、飽和溶解度ないしはこれ
に近い状態まで生じ、この時、液全体がほぼ一様の溶解
濃度となっている。

このように結晶材料液の対流が比較的激しい場合は、容
器成分の、この容器と接する液中への溶解が著しく生じ
、またこの成分の液中における他部への移動速度が犬と
なるので、これに伴ってこれより育成される結晶中の容
器成分による不純物濃度が高められることが究明された
。

本発明はこの究明に基いて、上述したように結晶材料液
に磁場を与え、これによって結晶材料液の対流を抑制さ
せる。

このように、磁場の印加によって対流が抑制されるのは
、次の現象に基くものとされている。

すなわち、磁場中で、電気伝導性を有する流体、すなわ
ち導体が運動すると、流体中に電位差が発生し、電流が
流れる。

そして、この磁場を流れる電流によって、この電流を担
う液体が新しい力を受ける。

この力は液体が動く方向と反対の方向であるので流体の
動きは純くなり、見掛上粘性が上ったことになる。

これは磁気粘性といわれる。そして、このように磁気粘
性が生じたことによって流体、すなわち結晶材料液の対
流が生じにくくなる。

因みに、結晶育成を磁場印加の下で行うという方法は、
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ、Ｖｏｌ ３７゜Ｐ ２０２１ （１９６６）、Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ
ｔ Ｖｏｌ、 ５Ｐ８２２ （１９７０）、Ｓｙｍｐｏ
ｓｉｕｍ：”ＧａｌｌｉｕｍＡｒｓｅｎｉｄｅ、”ｆａ
ｓｃ ？ ５ ｔ Ｔｏｍｓｋ 。

Ｐ３４（１９７４）、特公昭４９−４９３０７によって
知られている。

しかし、容器成分の融液中への混入に現しては認識され
ていない。

第１図を参照して本発明による引上法に基く結晶成長法
の一例を説明する。

図中１は本発明方法を実施するに用い得る単結晶成長装
置を全体として示す。

２は成る程度の電気伝導性を有する結晶材料の融液又は
溶液、すなわちＳｉ融液３が収容された容器、例えば石
英るつぼを示す。

この容器２の外周には、加熱手段４が配置される。

この加熱手段４は、通電ヒーター５が、例えばジクザグ
パターンに容器２の外周面に沿う円筒面状をなすように
配置される。

この加熱手段４の外側には必要に応じて例えば円筒状の
熱遮蔽体、或いは水冷等によって冷却されるジャケット
６が配置され、その外側に永久磁石、或いは電磁石より
戒る例えば直流磁場発生手段７が配置される。

８は単結晶シード、例えばＳｉ単結晶シードで、９はそ
の引上げチャックである。

加熱手段４の通電ヒーター５への通電は、リップル分が
４％以下に抑えられたほぼ直流の電流、或いは１ ｋＨ
ｚ以上の交流又は脈流とする。

このような通電電流とするときは、加熱手段４が磁場と
の作用で生ずる不要の振動を回避できることを確めた。

このようにして、Ｓｉシード８を、Ｓｉ融液面から所要
の速度で引上げることによってＳｉ結晶１０の成長を行
う。

この場合、容器２と、引上単結晶体１０（したがってシ
ード８）は、回転しない状態で行うことも、両者は相対
的に回転させるようにすることもできる。

因みに、その回転数と、酸素濃度との関係は、第２図に
示すようにその回転数が犬となると濃度が増す。

第２図中実線曲線は、４０００Ｇ（ガウス）の磁場を与
えた場合で、破線曲線は磁場が零の場合で、両者を比較
することによって明らかなように磁場を与えた場合は、
与えない場合に比し酸素濃度が低くなる。

このように磁場の印加の下で育成されたＳｉ結晶１０は
、結晶材料液３の容器２、すなわち石英るつぼの構成成
分の酸素Ｏの濃度が激減されることが確められた。

これは前述したように結晶材料液３に磁場が与えられた
ことによって、液３の見掛上の粘性が高まり、液３の動
きが純くなり、対。

流が減少し、これに伴って容器成分酸素Ｏの液３におけ
る移動速度が低下し、また溶解が進行しにくくなり、こ
れら相俟って液３の、特に、Ｓｉの固相一液相界面にお
ける酸素濃度を低下させることに基くと思われる。

因みに、磁場の印加を行わない場合、すなわち熱対流が
比較的激しく生じている場合、Ｓｉの固相一液相界面に
は、容器２と接触する部分で溶解した酸素Ｏが、著しい
速さ、実験によれば約０．５ｃｒｒＬ／秒の速さで到達
したものが、４０００Ｇ（ガウス）程度の磁場印加で、
その移動速度が測定不能程度に遅くなった。

このように本発明の方法では、液面の振動が少く、ノ又
その温度変動が小さいので、結晶成長を安定にすること
ができる。

第３図は、磁場を与えない状態におけるるつぼ（容器２
）内における液３の酸素濃度の測定結果を示し、この場
合、点ａ及びｂで示す容器２の壁面との接触の近傍にお
ける周辺部での濃度も、点Ｃで示す中心部における濃度
もほぼ一様で高い濃度のＩ Ｘ １０１８ａｔｏｍｓ
／−を示すに比し、本発明方法によって４０００Ｇの磁
場印加を行った場合の同様の各点ａ、 ｂ及びＣの酸素
濃度の測定結果は、第４図に示すように周辺で９ Ｘ
１０１７ａ ｔ ｏｍｓ ／ｃｌ’７７ｉであるに比し
、中心部で６．６ Ｘ １０１７ａｔｏｍｓ／ｆｆｌと
いう低い値を示している。

このことからも本発明によるときは、容器２からの容器
成分の酸素Ｏの移動が小さいことがわかる。

尚、この場合、容器２、すなわち石英るつぼは直径１２
３間のものを用いた。

また、第５図は、引上げられたＳｉ結晶中の不純物濃度
の測定結果を示すもので横軸は、Ｓｉ結晶の引上げ方向
に沿う位置を示し、領域Ａの部分では磁場を与えない状
態で結晶の育成を行った部分を示し、領域Ｂの部分では
本発明方法によって４０００Ｇの磁場を与えた状態で結
晶育成を行った部分を示す。

同図において縦軸は酸素濃度を示す。

これより明らかなように磁場印加を行う場合、行わない
場合に比し、酸素濃度を低めることができ、結晶の純度
を高めることができることがわかる。

上述したように本発明によれば、結晶中の酸素濃度を低
くできるので、酸素のドナー化による比抵抗の減少を抑
えることができ、又インゴット内での比抵抗の分布変化
を少くすることができる。

又、熱処理中の酸素の析出によるウェーバのそりを少く
することができる。

上述したように本発明方法によるときは、容器内の結晶
材料液に磁場印加を行うことによってその見掛上の粘性
を高めて対流の抑制を行うので、容器の成分の結晶材料
液中への溶解と移動とを制御することができ、良質、高
純度の結晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による結晶成長法の各側の結晶成長装置
の構成国、第２図は酸素濃度と回転数との関係を示す図
、第３図及び第４図は夫々結晶材料液の酸素濃度分布図
、第５図は結晶の酸素濃度分布図である。 １は結晶成長装置、２は結晶材料液３の収容容器、４は
加熱手段、５はそのヒーター ７は磁場発生手段である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン融液とそれを入れる石英の容器を有し、容
   器と相対的に回転させてシリコン結晶体を引き上げ、上
   記融液に所定方向の磁場を印加し、それにより上記容器
   から上記融液中への酸素の溶解を制御する結晶成長法。