(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から結晶化する単結晶の回転方向を交互に変えながら回転させる、単結晶の製造方法において、単結晶を周期的に１セットの回転角ずつ回転させ、かつ該セットの１回転角でそれぞれ回転させた後に回転方向を反転し、その際、回転方向の反転が、単結晶の領域上のターニングポイントを定義し、かつターニングポイントの少なくとも１つの繰り返しパターンが生じ、その際、ターニングポイントは、ｚ軸に対して並行に配置されており、かつ相互に一定の間隔を有している４〜４８の直線上に分布して存在することを特徴とする、単結晶の製造方法。
【請求項２】
直線の数は育成エッジの数の倍数に相応する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
回転角のセットは２〜１０の異なった角度を含む、請求項１から２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項４】
単結晶をオーバーラップする運転で回転させ、その際、回転方向を反転させた後で、ｎ×３６０゜＋Δの回転角で回転させ、かつｎは、自然数であり、かつΔは９０゜までの正の値をとる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ターニングポイントの繰り返しパターンが、特定に時間におけるターニングポイントのペアから構成されており、その際、ターニングポイントを極座標の図で観察すると、時間的に連続するペアは相互にずれて向かい合い、この場合、該図の半径は時間軸を表し、かつ該図の角度は単結晶の領域のターニングポイントの位置を表す、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
単結晶を周期的に、角度誤差の合計が±１゜を越えない精度を有する回転角のセットずつ回転させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
単結晶を支持部材により支持し、かつ該支持部材を用いて回転させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
単結晶の回転を制御するために少なくとも１００００パルス／回転の解像度を有する位置記録装置を使用し、該位置記録装置は引き上げ／引き下げ軸および回転方向に応じてパルスを前方もしくは後方でカウントするカウンター構造部材に接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象は、融液から結晶化する単結晶の回転方向を交互に変えながら回転させる、単結晶の製造方法に関する。本発明の対象は特に、るつぼを使用しないフロートゾーン法により、およびるつぼ中に装入された融液からの単結晶の引き上げにより単結晶を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体材料、たとえばケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウムからなる単結晶の引き上げ／引き下げは多くの場合、るつぼを使用しないフロートゾーン法（帯域溶融法、ＦＺ法）によるか、またはるつぼ引き上げ法（チョクラルスキー法、ＣＺ法）により実施する。
【０００３】
ＦＺ法の場合、多結晶の原料棒を高周波パルスにより次第に溶融し、かつ単結晶の種結晶をシーディングし、引き続き再結晶させることにより融液状の材料を単結晶へと変えていく。再結晶の際に、生じる単結晶の直径はまず円錐形に拡大していき（コーン形成）、所望の最終直径に到達する（直胴部の形成）。コーン形成の段階で単結晶は、薄い種結晶の負荷を軽減するために、機械的にも支持される。ＦＺ法の基礎はたとえばＤＥ−３００７３７７に記載されている。
【０００４】
ＣＺ法の場合、半導体材料の融液をるつぼ中で準備し、種結晶を融液表面と接触させ、かつ融液からゆっくり引き上げ、その際、単結晶は種結晶の下側に成長し始める。
【０００５】
ＦＺ法の場合もＣＺ法の場合も、できる限り均質かつ欠陥のない結晶成長を達成するために、単結晶を時間的に制御しながら回転させることは通例である。
【０００６】
ＦＺ法との関連において、ＪＰ−２８２００２７には、ＦＺ法の間に単結晶をその軸を中心にして同一方向に、もしくは回転方向を変えながら回転させることが記載されている。この反転により、融液は効果的に混合され、ひいてはドーパントは均一に分布する。
【０００７】
長年の経験にも係わらず、特に直径１００ｍｍ以上を有する単結晶の製造に関して、単結晶の形状安定した成長を達成することが困難である。単結晶はできる限り円筒形に成長すべきである。半径方向に成長フロントが膨張すると、ふくらみによって不格好な、ディスクへの加工が困難であるか、または全くディスクに加工することができない単結晶が生じる。さらに、生じる育成エッジは単結晶の領域においてできる限り幅が狭く、かつ一様であることが所望され、かつ容易に実現することができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は単結晶の膨張を防止し、かつ単結晶の円筒形の外観を実現する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、融液から結晶化する単結晶の回転方向を交互に変えながら回転させる、単結晶の製造方法において、単結晶を周期的に１セットの回転角ずつ回転させ、かつ該セットの１回転角でそれぞれ回転させた後に回転方向を反転し、その際、回転方向の反転が、単結晶の領域上のターニングポイントを定義し、かつターニングポイントの少なくとも１つの繰り返しパターンが生じ、その際、ターニングポイントは、ｚ軸に対して並行に配置されており、かつ相互に一定の間隔を有している直線上に分布して存在することを特徴とする単結晶の製造方法により解決される。
【００１０】
本発明により、所望の円筒形の成長も、幅の狭い育成エッジの発生も保証される。本発明はＦＺ法においてもＣＺ法においても適用可能であり、かつ有利には半導体材料、特にシリコンを製造するために使用する。ＦＺ法の場合、本発明による方法を容易に実現することができる。というのも、単結晶はいずれにせよ、すでにコーン形成の間に支持されており、かつ反転の伝達のためにねじれ剛性の支持部材を使用することができるからである。ＣＺ法の場合、相応する支持部材は単結晶の初期コーンに装着される。重い単結晶の細いネックの負荷を軽減するために通例使用されるねじれ剛性の支持部材が適切である。このためにいわゆるバイコーン(Bikonus)に装着される装置も属する。
【００１１】
【実施例】
以下では図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１および２には、回転角のセットが記載されている。図３、４および５は、極座標の図で、本発明によるターニングポイントのパターンを示している。図６は、軌跡像の図で、その時間的な出現およびその位置に関して有利なターニングポイントを示している。図７には図６との比較例が記載されている。図８は図３、４および５における記載との比較例である。図９は、本発明を技術的に実現するための記載である。
【００１３】
上記課題を解決するために、特殊な交互の反転が必要である。本発明によれば単結晶を１セットの回転角で回転させ、その際、セットのそれぞれの回転の後に回転方向を反転させる。単結晶がセットの最後の回転角で回転した後、単結晶を再度セットの最初の回転角で回転させることにより新たな周期が始まる。回転角のセットは有利には２〜１０の回転角を含む。図１には、２つの回転角α１およびα２のセットのための時間的な展開が記載されている。このようなセットを簡略化して２−角度スキームとよぶ。相応して図２に記載のセットは回転角α１〜α１０を有する１０−角度スキームである。図１に示した例では、単結晶をまず、回転数Ｎ１で時計回りに角度α１だけ回転させる。次いで回転方向を変え、かつ回転数Ｎ２で反時計回りに角度α２だけ回転させ、かつ周期的にα１およびα２の角度で繰り返し回転させる。回転方向を反転する時点を、ターニングポイントとよぶ。単結晶の成長過程において多数のターニングポイントが進行する。
【００１４】
回転角の選択は、本発明によれば偶然に行われるものではなく、ターニングポイントが、ターニングポイントを単結晶の領域上に均一に分散させる、少なくとも１つの繰り返しパターンを形成するように行い、その際、該ターニングポイントはｚ軸に対する平行線である直線上に存在する。この要求は図３におけるような極座標の記載により最も具体的に示すことができる。選択される図において、座標系の半径は結晶成長の期間を表す時間軸に相応する。あるいはまたその代わりに、結晶成長の期間はｚ軸方向の結晶の長さとして記載することもできる。座標系の角度は単結晶の領域上の位置を表す。ターニングポイントは、アルファベットのＲとＬとによる記載で示されており、その際、Ｒは時計回りの回転への回転方向の反転を意味し、かつＬは、反時計回りの回転への回転方向の反転を意味する。ターニングポイントは選択された回転数で３６０秒後にバラの花形のパターンを形成する。このパターンはたとえば回転角α１＝４００゜およびα２＝２６０゜ならびに回転数ＮＲ＝２０回転／分およびＮＬ＝−２０回転／分を有する２−角度スキームに基づいた回転の際に生じる。ターニングポイントは、ｚ方向で単結晶の領域上に２０゜の均等な間隔で配置されている直線上に分布して存在している。図４は、７２０秒後の状況を示している。パターンが角度に忠実に繰り返されていることがわかる。周期的かつ角度に忠実に繰り返される第一の完全なパターンを基本パターン（Spektralfrequenz）とよぶ。たとえば４−角度スキームのターニングポイントＲ、Ｌ、Ｒ２およびＬ２から形成されている図５におけるパターンのように、複数のパターンが重なっていてもよい。パターンの直線は相互に同一の間隔を有しているため、１つのパターンのターニングポイントは単結晶の領域上で規則正しく分布して存在している。
【００１５】
ターニングポイントが少なくとも４、有利には８〜４８の直線上に存在する場合に、特に有利であることが判明した。直線の数が育成エッジの数の倍数に相応する場合にも特に有利である。育成エッジの数は、結晶構造の対称性により規定されている。
【００１６】
図６は図３の記載に相応するが、ただし、ターニングポイントを軌跡によって結合して記載し、かつ半径は６０秒の期間をカバーするのみである点が異なる。この軌跡像の記載は、いわゆるオーバーラップ運転を示しており、これは幅の狭い育成エッジを促進し、かつ転位の形成を阻止するために有利である。オーバーラップ運転の場合、回転方向を変えた後でｎ×３６０゜＋Δの回転角で回転させ、その際ｎは自然数、有利には１または２であり、かつΔは９０゜までの正の値をとることができる。軌跡像の記載では、このことは軌跡が時間的に隣接し、９０゜の大きさのセグメントで観察されるターニングポイントの軌跡がオーバーラップすることにより示されている。これと違って図７には、オーバーラップせず、ギャップを有する運転が示されていることが明らかである。
【００１７】
できる限り円筒形の結晶成長を達成するためにさらに、すでに基本パターンを構成する際にターニングポイントができる限り一定して単結晶の領域上に分布するように、回転角のセットを選択することが有利である。このことは特に、図６に記載されているように、ターニングポイントの時間的に連続するペアがずれて向かい合っている場合に該当する。
【００１８】
回転角のセットが確定している場合、単結晶の回転はできる限り正確に制御すべきであり、このことによって所望の円筒形の単結晶の成長が調整される。回転動作を制御する際に回転方向を変えることによって生じる角度誤差は、合計で±１゜の角度誤差を超えるべきではない。ターニングポイントの規定の角度位置が維持されない場合、これは回転動作が、その表面に長波のネジ山構造を生じる単結晶の成長のきっかけとなることにつながりうる。このような構造はターニングポイントがらせん形のライン上に存在することにつながる角度スキームを使用することによって意図的に生じることも可能である。図８は相応する記載を極座標の図で示している。
【００１９】
本発明の技術的な実現に関して、少なくとも１００００パルス／回転の解像度を有する位置記録装置を有し、該記録装置は引き上げ／引き下げ軸ならびに回転方向に応じてパルスを前方もしくは後方でカウントするカウンター構造要素と接続されている、単結晶を回転させるための装置が提案される。
【００２０】
規格化されたカウンター内部は瞬時の位置を含む。回転方向の反転は有利には一定の角加速度で行う（図９）。回転数レベルＮ１〜１０゜および角加速度φ１、φ２から遅延角度(Verzoegerungswinkel)β１〜１０゜が生じる。回転角α１〜１０および公知の遅延角β１〜１０゜から、明確に定義される時点が生じ、この時点で、回転数がゼロを通過したときに規定の回転角α１〜１０を達成するために、カウンター構造要素により回転数の反転のためのインタラプトを活性化しなくてはならない。所望の基本パターンを実現し、かつ結晶が膨張しないように、角度誤差δ゜は観察される期間中、±１゜以下に維持すべきである。これはインタラプトの使用点を所定の角度スキームの際に次の基準に応じて変更する角度制御系により達成される。
【００２１】
【数１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転角のセットを示す図。
【図２】本発明による回転角のセットを示す図。
【図３】本発明によるターニングポイントのパターンを極座標で示した図。
【図４】本発明によるターニングポイントのパターンを極座標で示した図。
【図５】本発明によるターニングポイントのパターンを極座標で示した図。
【図６】本発明によるターニングポイントの軌跡を示す図。
【図７】本発明によらないターニングポイントの軌跡を示す図。
【図８】本発明によらないターニングポイントのパターンを極座標で示した図。
【図９】本発明の工業的な実現を記載する図。
【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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【図８】
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【図９】
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