JPS5954694A - 単結晶成長方法 - Google Patents
単結晶成長方法Info
- Publication number
- JPS5954694A JPS5954694A JP16611082A JP16611082A JPS5954694A JP S5954694 A JPS5954694 A JP S5954694A JP 16611082 A JP16611082 A JP 16611082A JP 16611082 A JP16611082 A JP 16611082A JP S5954694 A JPS5954694 A JP S5954694A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- single crystal
- growth
- pulling
- laser beam
- 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.)
- Granted
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)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- 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】
（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。
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
ＪＣ，トランジスタなと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（ウェ
ハ）を用いて形成されているが、これらの単結晶はチョ
クラルスキー法（略称ＣＺ法）か或はフローティングゾ
ーン法（略称ＦＺ法）によって作られている。
）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの単結晶基板（ウェ
ハ）を用いて形成されているが、これらの単結晶はチョ
クラルスキー法（略称ＣＺ法）か或はフローティングゾ
ーン法（略称ＦＺ法）によって作られている。
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。
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
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。
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
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、比較的速い引き上げ速度で結晶を細く
絞っ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。
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、比較的速い引き上げ速度で結晶を細く
絞っ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および酸素不純物などの分布が少い
こと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。
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および酸素不純物などの分布が少い
こと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。
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った。
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った。
こゝで４〔インチ〕径の成長の場合、高程度の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よりニードルバルブ或はガスフローメータを通
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〔Ｔｏｒ
ｒ〕に保ち、カーボンヒータ２に通電することにより多
結晶Ｓｉを融解する。
晶粉末約２０〔ｋｇ〕を石英製の坩堝１に充填した後、
吸気孔５よりニードルバルブ或はガスフローメータを通
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〔Ｔｏｒ
ｒ〕に保ち、カーボンヒータ２に通電することにより多
結晶Ｓｉを融解する。
次に保持枠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。
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。
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品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。
引上げる場合は種結品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
上げ速度の両端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。
上げ速度の両端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ト
ーバント不純物や酸素，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持つ直胴型の単結晶を得
ることは技術的に相当の熟練が必要であった。
ーバント不純物や酸素，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持つ直胴型の単結晶を得
ることは技術的に相当の熟練が必要であった。
（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。
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上げを行う際に引上げ結晶と
融液とが接するメニスカスラインをレーザ光線で照射し
つゝ引上げを行う方法を用いることにより達成される。
融液とが接するメニスカスラインをレーザ光線で照射し
つゝ引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。
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、２
３は結晶成長用融液、２４は種結晶、２５は吸気孔、２
６は排気口、２７は保持棒、２８は種結晶２４を回転さ
せるモータ、２ｐ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はレーザ発生源、３５はレーザ光
をそれぞれ示す。
３は結晶成長用融液、２４は種結晶、２５は吸気孔、２
６は排気口、２７は保持棒、２８は種結晶２４を回転さ
せるモータ、２ｐ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３
１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３５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。
１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３５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
ザ或ば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のスポット
を当てる。
ザ或ば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のスポット
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。
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っておけばよい。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のスポラトラメニスカスライン３３
に合わせて一定の引上げ速度で結晶成長型行えばよい。
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っておけばよい。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のスポラトラメニスカスライン３３
に合わせて一定の引上げ速度で結晶成長型行えばよい。
（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胴形の単結晶が得られるよ
うになった。
き、また目標の直径をもつ直胴形の単結晶が得られるよ
うになった。
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、８，１０，２
８，３０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、１４，３
５はレーザ光線、３４はレーザ光発生源。 茅／ｆＪ （〕 第２図 、Ｐ３図
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、８，１０，２
８，３０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、１４，３
５はレーザ光線、３４はレーザ光発生源。 茅／ｆＪ （〕 第２図 、Ｐ３図
Claims (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上げ成長を行う
際、引上げ結晶と融液とが接するメニスカスラインをレ
ーザ照射を行いつつ引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 true JPS5954694A (ja) | 1984-03-29 |
| JPH0420875B2 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) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5043949A (ja) * | 1973-07-16 | 1975-04-21 | ||
| 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
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5043949A (ja) * | 1973-07-16 | 1975-04-21 | ||
| JPS5560096A (en) * | 1978-10-26 | 1980-05-06 | Ricoh Co Ltd | Crystal diameter controlling method with laser beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0420875B2 (ja) | 1992-04-07 |
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