JPS5964589A - 結晶の成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明は結晶の成長方法に関する。

（）〕）技術の背景 現在の半導体集積回路はシリコン−（Ｓｉ）、ガリウム
砒素（ＧａＡｓ　）　＊　インジウム燐（ＩｎＰ）など
の単体半導体或は化合物半導体の単結晶から切り出した
一定の結晶方位をもつ単結晶基板（ウェハ）を用いて形
成されている。

こ＼で単結晶の成長方法にはチョクラルスキー法（略称
ＣＺ法）とフローティングゾーン法（略称Ｆ’　Ｚ法）
の２つがあり、前者は大きな直径のものが得やすい点で
また後者は高純度のものが得易い点に特色がある。

本発明はＣＺ法による単結晶の成長方法に関するもので
ある。

（ｃ）従来技術と問題点 単結晶の成長に使用される坩堝は溶融させる材料により
白金（ｐｔ）＋石英（Ｓ１０２）ｌ窒化硼素（ＢＮ）な
ど各種の耐熱材料が使用され、この中に単結晶と同じ材
料からでる粉末を入れて加熱溶融し、この中に種結晶を
接触させ、徐々に引上げ　　　　　　、。

ることにより結晶成長が行われている。

こ＼で半導体集積回路などの半導体デバイスは何れも量
産されているものであｐ、特性の均等化およびコスト低
減の見地からバッチ生産に使用されるウェハの直径は益
々大型化に指向している。

例えば３ｉ　について言えば径５〔インチ〕までの結晶
成長技術は既に実用化されており、現在径８〔インチ〕
の結晶成長を目指して努力がなされている。

以下５ｉｊｌ’結晶の成長を例にとり結晶成長方法を説
明する。

第１図は抵抗加熱形Ｃ２炉の引上げ機構を示す断面図で
あって、坩堝ｌは石英（Ｓｉ０２）からな９、特に酸素
（０〕混入を嫌う場合は窒化硅素（Ｓｉ３Ｎ４）が内張
すされている。

こ＼で径４〔インチ〕或は５〔インチ〕の結晶成長に使
用される坩堝は径約３００［：ａｍ：］でありまた高さ
は２　（ｌ　Ｏ［龍］を越える。

か＼る坩堝１の中に多結晶シリコンを入れ、坩堝１を取
り囲んで設けられているカーボンヒータ２に゛ｒ２シ流
金通じて坩堝１を加熱することにより多結晶シリコンを
溶融して融液３とする。

こ＼で加熱はアルゴン（Ａｒ　）雰囲気中で行い、温度
は輻射高温計を用いて±ｏ、　２　Ｃ’Ｃ）以下に制御
されている。

さて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の先端葡融液３に接触させるが、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＼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、
毎分３〜５〔罷〕の速い引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金
抑えて無転位化する。

また第１図矢印５の方向に起っている熱対流や乱流によ
って生ずる融液３と引上げ結晶６との界面での熱の揺ぎ
を防ぐために種結晶４と坩堝１とをそれぞれ反対方向に
低速回転させて融液３の中に横方向の強制流を形成する
。

次に引上げ速度全下げ、また温度も徐々に下げて希望す
る直径にまで太らせ冷と共に長さ方向に単結晶を成長せ
しめる。

か＼る成長方法を用いて直径の大きい単結晶を引上ける
場合に必要なことは、不純物が少く且つ不純物？農産分
布が均一で、更に長さが従来と略同程度又は長い結晶を
得ることで段）る。

すなわちＳｉ増結晶の引上げにおいては適正値の酸素含
有量に保たれ且つ不純物濃度分布の異る成長縞のない均
一な特性をもつ結晶を作ることが必要である。

然し乍ら結晶引上げに際しては初期において特にｔ１′
￥′累ｄ度が市くなυ一方熟熱対流よる成長縞の発生が
起り易い。

こ＼で従来の５〔インチ）　Ｅ７の結晶成長に対し８〔
インチ〕径の大きな直径を有する結晶を成長させるには
使用する坩堝の直径を大きくするだけでは達成すること
ができない。

例えば５〔インチ〕径の結晶成長に使用される坩堝に１
ｌｉ１８〜２０（ｋ１７）のシリコン（ＳＬ）多結晶粉
末が充填（ｊＥ用され、この場合、融液の上下において
Ｆｊ、　４０〜８０〔℃〕の温度差があるとされている
が、これをそのま＼８〔インチ〕径の結晶成長・に適用
すると熱対流の影響が顕著となり高品質の結晶ｆ：得る
ことは難しい。

（ｄ）　　発明の目的 本発明は直径が大きく且つ長さが従来と略同程度又は従
来よフ長い高品質な単結晶の引上げが可能な成長方法を
提供することを目的とする。

（ｅ）　　発明の溶成 本発明の目的は坩堝に収容された結晶成分からかる融液
に種結晶を接触させて該種結晶に結晶を成長させる際、
前す己坩堝の内部側面と結晶成長部との間に対流防止用
の隔壁を設け、前記坩堝のノ戊面又は側面から該坩堝内
に前記融液を補給することにより達成される。

（４）発明の実１１！２例 成長装釘を用いて単結晶の引上げを行う場合、結晶は太
きｆ！直径で且つ長さが長いことが必要であり、均一の
酸素含有量の結晶を得る見地からもまた一ｋＪ　Ｍｒの
見地からも長さの短い結晶では直径を大きくする意味が
ない。現在径４〔インチ〕および５〔インチ〕の８１単
結晶については長さ１〔ｎ１〕程度のものが作られてい
る。

さて発明者等はかねてよｐＳ１単結晶の引上げに際し熱
対流或は乱流の結晶への影響を緩和する方法どして隅壁
を設けることを提案している。。

第２南回は隔壁１７を有する坩堝１１を用いて結晶成長
を行う場合の坩堝１１の断面図、第２図（Ｂ）は隔壁１
７の斜視図を示している。

すなわち隔壁１７は／組部１８と直胴部１９かりなり中
火部に例えば８〔インチ〕径の単結晶を成長させようと
する」易合、結晶引上げ用の面径約１０〔インチ〕の開
口２０が設けてル）る。

こ＼で隔壁１７の必要争件は１ｉｉ７ｉｉ　１３よりも
低比、ＩＳ（で引上げ結晶１６を中心として′１・ＩＳ
に浮上していること及び結晶成長中を通じメニスカスラ
インの観測の支障とならぬように引上げ結晶１６と４号
部１８との間には光分な間隙をもつ開口２０　ｋ　ｒｉ
２けることが必要である。

本実施例の場合、隔壁１７は石英（Ｓ’０２　＋比重２
、２０　）　！、　９なりｓｉ　（比ｍ、　２．３３　
）　Ｊ：　Ｊ）軽いため常に融液１３上に浮いている。

それでか＼る隔壁１７が存在すると坩堝１１の側壁に沿
って矢印１５の方向に流れる熱対流および乱流を阻止で
きる。

然し長さの長い結晶を成長させるには通常の大きさの坩
堝即ち径３００（ｍｍ）高さ２００　Ｃｔｎｍ’ゴの坩
堝を用いる限り融液１３の量が不足する。

そこで本発明は坩堝の側面は底面に連結管を設は別に設
けた坩堝より融液を−（ｌｌｔ給する。

第３図（はこの実施例であって１ｉｔ堝の側面に設けら
れている例えば径５〔インチ〕の連結管２３．７（通じ
て別な坩堝、例えば径３００　Ｃｍｒｎ　：］、高さ２
００（ｍｍ〕の坩堝２２よりＴ、独液１３が供給さ捗る
。

こ＼で２つの坩堝１１．．２２ｉｄ一体化して作られて
分り、Ｓｉ　　原料のｌｕ；給・５１本実施例の場合多
結晶８１　　ロッド１ゴを引上げ結晶１６の引上げ速度
に対応させて融液１３の中に浸漬することにより行って
いるが、３ｉ粉末を少量ずつ連続的にイ↓（給する方法
を用いてもよい。

尚、本実施例では融液の補給を坩堝１１の側面から坩堝
１１内へ導入しているが坩堝１１の底面から補給しても
よい。

このように融液３全自動供給し液位を一定にして結晶引
上げを行えば径８〔インチ〕のＬうに大きな結晶で成長
する場合でも従来の坩堝を用いること・ゲでき、また更
に浅い坩堝を用いても十分本発明の目的を達成できる。

また、隔壁１７を使用するため熱対流の発生が少く坩堝
を回転しなくても熱対流や乱流の影響を無くすことがで
きる。そして本実力用例によれば約１〜２〔ｍ〕の長さ
の単結晶を得ろことをｉ」能にする。

（ｇ）　　発明の効果 本発明は結晶成長が行われる坩堝内に隔壁を設且つ従来
と略同程度又は従来より長い高品質の結晶を得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は結晶の引上げ成長を説明する１８’ｒ面図、第
２図は本発明に係る隔壁使用の説明図で囚は結晶成長を
説明する断ｉｒＵ園、（Ｂ）は隔壁の斜視図、第３図は
本発明に係る坩堝を用いた結晶成長を示す断面図である
。 図において ］、、１１．２２Ｆｉ坩堝、２はカーボンヒータ、３．
１３は融液、６，１６は引上げ結晶、１７は隔壁、１８
１ｔ４ｉ：４部、１９は直胴部、２１は連結管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 坩堝に収容された結晶成分からなる融液に種結晶を接触
   させて該種結晶に結晶を成長させる際、前記坩堝の内部
   側面と結晶成長部との間に対流防止用の隔壁ｆ：１１ツ
   け、前記坩堝の底面又は側面から該坩堝内に前記融液を
   補給することを荷動とする結晶の成長方法。