(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場印加による半導体単結晶の製造に際し、肩工程に先立つ絞り工程において、対流による融液表面近傍の温度変動幅を５℃以上にすることにより結晶成長界面の形状に変化を起こさせ、絞りを無転位化させ、無転位化が確認された後、磁場強度を徐々に高め所定の値に復元して半導体単結晶を引き上げることを特徴とする磁場印加による半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体単結晶の製造方法において、横磁場の強度を２０００ガウス以下に下げて絞りを行い、無転位化した後、磁場強度を復元して半導体単結晶を引き上げることを特徴とする磁場印加による半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
磁場印加による半導体単結晶の製造に際し、肩工程に先立つ絞り工程において、対流による融液表面近傍の温度変動幅を５℃以上にすることにより結晶成長界面の形状に変化を起こさせ、絞りを無転位化させる、磁場印加による半導体単結晶の製造方法において、
カスプ磁場を形成する上下の磁石の一方の磁場強度を増加するとともに他方の磁場強度を減少させ、または上下の磁石を垂直方向に移動させることにより、融液表面近傍を縦磁場に近似する状態にして絞りを行い、無転位化した後、上下の磁石の磁場強度または上下の磁石位置を復元して半導体単結晶を引き上げることを特徴とする磁場印加による半導体単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場印加による半導体単結晶の製造方法に係り、特に絞り部の直径を大重量の半導体単結晶の引き上げに耐え得る太さにしても無転位化を達成することが可能な半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁場印加による半導体単結晶の製造方法（以下ＭＣＺ法という）は、半導体単結晶製造装置の周囲に設けた磁石により融液に磁場を印加して融液の動粘性率を高め、チョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）によるシリコン単結晶の引き上げを行う方法である。磁場の作用により融液の対流が抑制されるため、融液表面近傍の温度変動が低減し、安定したシリコン単結晶の育成を進めることができる。また、融液と石英るつぼ（ＳｉＯ2 ）との反応が抑制または促進されるので、シリコン単結晶中の酸素濃度の制御に有効な方法である。
【０００３】
ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げにおいては、ＣＺ法の場合と同様にシードチャックに取り付けた種結晶を多結晶シリコンの融液に浸漬してなじませた後、シードチャックを引き上げてシリコン単結晶を成長させる。種結晶には、融液に浸漬させたときに加えられる熱衝撃によって転位が発生するため、シリコン単結晶を細く長く成長させる絞り工程で無転位化し、肩工程でシリコン単結晶の直径を所定の寸法まで拡大した後、直胴工程に移行する。印加する磁場の強度は各工程とも一定の値に維持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶の製造においては、磁場の印加により融液の対流が抑えられて融液表面近傍の温度変動が小さくなるため固液界面が安定し、種結晶に存在している転位が左右方向に逃げず、シリコン単結晶の内部に残存したままとなることがある。そこで、無転位化を達成するためには、ＣＺ法を用いてシリコン単結晶を引き上げる場合よりも絞り部の直径を更に細くして転位が抜けるまで長く絞らなければならない。ＣＺ法によるシリコン単結晶の製造においては、引き上げるシリコン単結晶の重量が絞り部の直径によって制限され、制限重量を超えると絞り部が破断してシリコン単結晶が落下する危険性があるが、ＭＣＺ法を用いた場合はＣＺ法を用いた場合よりも落下の危険性が一層高くなる。また、近年はシリコン単結晶の大径化に伴ってその重量が増大しており、ＭＣＺ法による大径のシリコン単結晶量の引き上げは一層困難となっている。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、大径、大重量の半導体単結晶を絞り部の破断を起こさずに安全に引き上げることが可能な、ＭＣＺ法による半導体単結晶の製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体単結晶の製造方法は、磁場印加による半導体単結晶の製造に際し、肩工程に先立つ絞り工程において、対流による融液表面近傍の温度変動幅を５℃以上にすることにより結晶成長界面の形状に変化を起こさせ、絞りを無転位化させ、無転位化が確認された後、磁場強度を徐々に高め所定の値に復元して半導体単結晶を引き上げることを特徴とする。
【０００７】
上記半導体単結晶の製造方法において、横磁場を印加している場合は磁場強度を２０００ガウス以下に下げて絞りを行い、無転位化した後、磁場強度を復元して半導体単結晶を引き上げる構成とした。
【０００８】
また、磁場印加による半導体単結晶の製造に際し、肩工程に先立つ絞り工程において、対流による融液表面近傍の温度変動幅を５℃以上にすることにより結晶成長界面の形状に変化を起こさせ、絞りを無転位化させる、磁場印加による半導体単結晶の製造方法において、
カスプ磁場を形成する上下の磁石の一方の磁場強度を増加するとともに他方の磁場強度を減少させ、または上下の磁石を垂直方向に移動させることにより、融液表面近傍を縦磁場に近似する状態にして絞りを行い、無転位化した後、上下の磁石の磁場強度または上下の磁石位置を復元して半導体単結晶を引き上げる構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明は、特に大径、大重量の半導体単結晶をＭＣＺ法によって引き上げる場合に、絞り部の破断を起こさないように太くし、かつ、種結晶に存在する転位の伝播を防止することを目的とした半導体単結晶の製造方法である。上記構成によれば、ＭＣＺ法による半導体単結晶製造の絞り工程において、融液表面近傍の温度変動を適度に起こさせて結晶成長界面の形状を変化させることにしたので、転位が絞り部の外周面に抜けやすくなる。従って、絞り部を、大重量の半導体単結晶を引き上げるのに適した強度を備えた直径としても無転位化を達成することができる。
【００１０】
横磁場を印加して半導体単結晶を製造する場合は、絞り工程において磁場強度を２０００ガウス以下に下げることにより、結晶成長界面の形状が適度に変化する。これにより、絞り部の直径を通常より太くしても無転位化を達成することができる。
【００１１】
また、カスプ磁場を印加して半導体単結晶を製造する場合は、絞り工程において上下の磁石の磁場強度を変え、または上下の磁石の位置を変えることにより、融液表面近傍に縦磁場に近似する磁場が形成され、結晶成長界面の形状が適度に変化するので、絞り部の直径を通常より太くしても無転位化を達成することができる。
【００１２】
次に、本発明に係る半導体単結晶の製造方法の実施例について図面を参照して説明する。図１は、横磁場を印加する半導体単結晶製造装置の要部断面説明図である。この半導体単結晶製造装置は、ＣＺ法による通常の半導体単結晶製造装置と同様に、メインチャンバ１内に黒鉛るつぼ２が回転および昇降自在に設置され、黒鉛るつぼ２に石英るつぼ３が収容されている。前記黒鉛るつぼ３の周囲には円筒状のヒータ４と保温筒５とが設置されている。また、メインチャンバ１の左右両側には環状の磁石６，６がそれぞれ垂直に立てた状態で設置されている。
【００１３】
石英るつぼ３に原料である塊状の多結晶シリコンを充填し、ヒータ４によって原料を加熱溶解して融液７とする。そして、シードチャック８に取り付けた種結晶９を融液７に浸漬してなじませた後、シードチャック８および黒鉛るつぼ２を互いに同方向または逆方向に回転しつつシードチャック８を引き上げて単結晶を成長させる。磁石６，６に通電した場合、融液７を水平方向に横断する磁界が印加され、磁力線と直交する上下方向の融液対流が抑制されるため、融液７の温度変動が小さくなる。
【００１４】
絞り工程の開始に当たり、融液７の表面近傍における温度変動動幅を５℃以上にするため、磁場強度を２０００ガウス以下に下げる。これにより、融液７の上下方向対流が活発になり、それまで安定状態にあった結晶成長界面の形状が適度に変化する。この状態で種結晶９を徐々に絞り込み、最終的な絞り部１０の直径を４ｍｍφとする。この間に、種結晶９に存在している垂直方向の転位は、絞り部１０の直径が４ｍｍ以上であっても絞り部１０の外周面に抜け、その下方に形成される肩部１１に伝播しない。
【００１５】
絞り部１０の無転位化が確認された後、肩工程に移行する。このとき、磁場強度を徐々に高め、所定の値に復元する。肩工程では、育成する単結晶シリコンの直径を所定の寸法まで徐々に拡大し、引き続いて直胴部１２を形成する。肩工程以降の磁場強度は所定値を維持する。
【００１６】
図２は、カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置の要部断面説明図である。この装置の場合、メインチャンバ１の周囲には環状の上部磁石１３、下部磁石１４が設置されている。通常の場合、上部磁石１３の磁力線は、図２に点線で示すように融液７の表面上方でほぼ水平方向に曲がる。下部磁石１４の磁力線は、融液７の表面下方でほぼ水平方向に曲がり、石英るつぼ３の側壁をほぼ垂直に貫通する。このため、石英るつぼ３の側壁に沿う融液対流が抑制される。一方、結晶成長界面近傍では磁界がほぼ零となるので、融液の対流は抑制されない。
【００１７】
絞り工程の開始に当たり、融液７の温度変動動幅を５℃以上にする第１の方法として、上部磁石１３、下部磁石１４の磁場強度の一方を強く、他方を弱くする。図３は上部磁石１３の磁場強度を強くし、下部磁石１４の磁場強度を弱くした場合のそれぞれの磁力線を示す図で、図３以降は石英るつぼ、融液および磁石のみを示し、その他は記載を省略している。上部磁石１３の磁場強度をＢU 、下部磁石１４の磁場強度をＢL としたとき、磁場強度の増減量は下記の算式を満足する値となるようにする。
１．０＜ＢU ÷ＢL ≦３．０
上部磁石１３の磁力線は上方から融液７にほぼ垂直に入り、融液７の表面下方でほぼ水平方向に曲がり、石英るつぼ３の側壁をほぼ垂直に貫通する。これにより、融液７の表面近傍が縦磁場に近い状態となり、融液７の上下対流が活発化する。従って、結晶成長界面の形状が適度に変化し、絞り部の直径が４ｍｍ以上であっても無転位化が達成される。
【００１８】
図４は上部磁石１３の磁場強度を弱くし、下部磁石１４の磁場強度を強くした場合のそれぞれの磁力線を示す図である。上部磁石１３の磁場強度をＢU 、下部磁石１４の磁場強度をＢL としたとき、磁場強度の増減量は下記の算式を満足する値となるようにする。
１．０＜ＢL ÷ＢU ≦３．０
下部磁石１４の磁力線は石英るつぼ３の下方から融液７にほぼ垂直に入り、そのまま融液７を貫通して融液表面上方でほぼ水平方向に曲がる。これにより、融液表面近傍が縦磁場に近い状態となり、融液７の上下対流が活発化して、結晶成長界面の形状が適度に変化するので、絞り部の直径が４ｍｍ以上であっても無転位化が達成される。
【００１９】
カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を５℃以上にする第２の方法として、上部磁石と下部磁石とを同時に垂直方向に移動させてもよい。図５は融液面と磁石との位置関係を説明する図で、上部磁石１３と下部磁石１４との間隔を２ｄ、上下磁石間の中心線から融液表面までの距離をａとすると、
０＜ａ≦２ｄ
を満足する範囲で上下の磁石を移動させるものとする。
【００２０】
図６は、上部磁石１３および下部磁石１４を下方に移動させた状態を示し、上部磁石１３の磁力線は図３と同様に上方から融液７にほぼ垂直に入り、融液７の表面下方でほぼ水平方向に曲がり、石英るつぼの３の側壁をほぼ垂直に貫通する。また、図７は、上部磁石１３および下部磁石１４を上方に移動させた状態を示し、下部磁石１４の磁力線は、図４と同様にるつぼの下方から融液７にほぼ垂直に入り、そのまま融液７を貫通して融液表面上方でほぼ水平方向に曲がる。いずれの場合も融液表面近傍が縦磁場に近い状態となり、融液７の上下対流が活発化するので、結晶成長界面の形状が適度に変化し、絞り部の直径が４ｍｍ以上であっても無転位化が達成される。
【００２１】
上記のように、絞り工程において横磁場の場合は磁場強度を２０００ガウス以下に下げ、カスプ磁場の場合は上下の磁石の磁場強度を増減するか、または上下の磁石をともに垂直方向に移動して融液表面近傍を縦磁場に近い状態とすることにより、結晶成長界面の形状変化が大きくなる。いずれの場合も、無転位化率は従来の磁場印加引き上げ時の５０％に対して９０％に向上した。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、通常のＣＺ法による半導体単結晶引き上げの場合よりも絞り部直径を細くして無転位化する必要があったＭＣＺ法の半導体単結晶製造において、磁場強度を弱め、または磁場強度の変更ないし磁石位置を変更して結晶成長界面に適度の変化を起こさせることにしたので、従来よりも絞り部直径を太くしても容易に無転位化が達成できる。これにより、大径、大重量の半導体単結晶を絞り部で破断することなく、安全に引き上げることができ、半導体単結晶の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】横磁場を印加する半導体単結晶製造装置の要部断面説明図である。
【図２】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置の要部断面説明図である。
【図３】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を大きくする第１の方法の一例を説明する図である。
【図４】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を大きくする第１の方法の他の例を説明する図である。
【図５】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を大きくする第２の方法の融液面と磁石との位置関係を説明する図である。
【図６】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を大きくする第２の方法の一例を説明する図である。
【図７】カスプ磁場を印加する半導体単結晶製造装置において、融液の温度変動動幅を大きくする第２の方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
３  石英るつぼ
６  磁石
７  融液
９  種結晶
１０  絞り部
１１  肩部
１３  上部磁石
１４  下部磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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