Method for growing single crystal
专利汇可以提供Method for growing single crystal专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To provide a Czochralski process for growing an Si single crystal having an oxygen content arbitrarily controllable within the range of 10
15 /cm
3 to 10
18 /cm and a variation of oxygen concentration of ≤5% in a plane perpendicular to the direction of growth.
CONSTITUTION: In the growth of an Si single crystal by a Czochralski process, the Thermal Rossby number is set to be ≥30 and the convection flow in the molten Si 2 is made to have axial symmetry. A quartz pipe 7 is inserted into the molten Si to control the oxygen concentration. An Si single crystal having an oxygen content arbitrarily controllable within the range of 10
15 /cm
3 to 10
18 /cm and a variation of oxygen concentration of ≤5% in a plane perpendicular to the direction of growth can be grown by this process.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO&Japio，下面是Method for growing single crystal专利的具体信息内容。
以上でかつ、Ｓｉ融液中に石英管を挿入して酸素濃度を制御することを特徴とする単結晶育成法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法を用いてＳｉ単結晶を育成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成において、従来は、酸素濃度の制御とるつぼ内の融液温度分布の均一性を得るために、高速でるつぼを回転していた。 しかし高速るつぼ回転の場合には、融液対流が不安定となり、育成した結晶には不規則な成長縞が存在し、均一に酸素を含んだＳｉ単結晶を得ることができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のチョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成法では、結晶内の酸素濃度と融液内の温度分布均一性の両方をるつぼ回転数のみで制御していた。 このため、融液内の対流の制御が行えず、
均一に酸素を含んだＳｉ単結晶が得られなかった。
【０００４】本発明の目的は、結晶中に１０ 15 ／ｃｍ 3
から１０ 18 ／ｃｍ 3までの任意の範囲の酸素を含み、かつ成長方向に垂直な面内での濃度変動が５％以下の均一なＳｉ単結晶を得る単結晶育成法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明による単結晶成長法においては、チョクラルスキー法によるＳｉ単結晶育成法において、Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以上でかつ、Ｓｉ融液中に石英管を挿入して酸素濃度を制御するものである。
【０００６】
【作用】本発明では、融液内の対流を軸対称流にし、成長方向に垂直な面内均一に酸素が取り込まれるようにする。 このために、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数を３
０以上になるように設定する。 さらに、円筒状の石英管を融液に付け込むことによっての任意の範囲の酸素濃度を得る。 この方法により、酸素を１０ 15 ／ｃｍ 3から１
０ 18 ／ｃｍ 3までの任意の範囲で含み、さらに成長方向に垂直な面内で酸素濃度の変動が５％以下の均一な単結晶を得ることができる。
【０００７】本発明によれば、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓ
ｓｂｙ数を３０以上にすることにより融液内対流を軸対称にできることをＸ線透視法により確認している。 このような軸対称流は、融液内に溶けている酸素を均一に輸送するため、結晶中への酸素の混入を成長方向に対して垂直な面内で濃度変動を５％以下にすることができる。
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数（ＲｏＴ）は、以下の式で決定される。
【０００８】ＲｏＴ＝ｇｄβΔＴ／ω 2 ｒ 2ここで、ｇ：重力加速度 β：熱膨張率 ΔＴ：温度差 ｄ：融液の高さ ｒ：融液の半径 ω：るつぼ回転数 である。 このＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数は、浮力による自然対流に対するるつぼ回転の効果を表す無次元数と考えてよく、大きくなるほどに自然対流が優勢となり、軸対称流が起こりやすくなることが予想される。
【０００９】このように軸対称流が起きている状況でさらに石英管を溶かし込むことにより酸素濃度を１０ 15 ／
ｃｍ 3から１０ 18 ／ｃｍ 3までの任意の範囲で任意に選ぶことができる。 したがって、１０ 15 ／ｃｍ 3から１０ 18
／ｃｍ 3までの範囲の任意の濃度の酸素を含み、かつ成長方向に対して垂直な面内での酸素濃度の変動が５％以下のＳｉ単結晶を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明する。 図１は、本発明で用いる装置図である。 図において、本発明装置は、Ｓｉ融液を保持する石英るつぼ１，
Ｓｉ融液２，Ｓｉ単結晶３，ヒーター４，石英るつぼを固定するカーボン持具５，石英るつぼを回転させるシャフト６，酸素を供給するための石英管７から構成されている。
【００１１】実施例としてこの方法により、３インチの石英るつぼ１を使用し、融液の半径と高さとの比が１：
１になるようにＳｉ融液２を作製し、直径２インチのＳ
ｉ単結晶３を育成した場合について説明する。 この時、
融液２内の上下温度差を５５Ｋと８０Ｋの場合について、るつぼ回転数を０から８ｒｐｍまで変化させた。
【００１２】さらに、酸素濃度が１０ 16 ／ｃｍ 3になるように石英管７を融液表面から３ｍｍの位置に設置した。 この時の結晶育成の条件をＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓ
ｓｂｙ数とＴａｙｌｏｒ数の関係でまとめたものが図２
である。
【００１３】Ｔａｙｌｏｒ数とは、次のような式で決定される。
【００１４】Ｔａ＝（ｒ／ｄ）４ω 2 ｒ 4 ／ν 2ここで、νは、Ｓｉ融液の動粘性係数である。 Ｓｉ融液の場合動粘性係数は、温度によってあまり変化がなく、
一定と見なせるのでＴａｙｌｏｒ数は、融液の形状と回転数を表す無次元数と考えられる。 図中、右下がりの斜めの線は、温度差一定のラインを表している。
【００１５】実施例として、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓ
ｂｙ数が３０以上となるこの線上の丸印の点で結晶育成を行った。 この条件で育成した結晶の成長方向に対し垂直な面内での酸素濃度の変動を、走査型のＦＴ−ＩＲで測定した結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】また、比較例として図２中に三角印で示した、非軸対称流となるＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以下の条件でＳｉ単結晶３を育成した場合についても併記した。 この表からＴｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂ
ｙ数が３０以上の場合に育成したＳｉ単結晶３中の酸素濃度の変動が、５％以下に抑えられていることがわかる。
【００１８】また表２に融液内温度で差５５Ｋ，るつぼ回転数１ｒｐｍに固定し、石英管７を融液表面から１ｍ
ｍから１０ｍｍまで変化させ融液中に溶け込む量を調整し、実施例５，６，７として１ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ
で育成したＳｉ単結晶３中の酸素濃度と成長方向に対して垂直な面内での酸素濃度の変動を走査型ＦＴ−ＩＲで測定した結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】この表から、石英管７を溶かす量によって単結晶中３の酸素濃度を１０ 15 ／ｃｍ 3から１０ 18 ／ｃ
ｍ 3まで任意に選べることがわかる。
【００２１】さらにるつぼ１の直径を１５インチと２０
インチの大型のものを使用して結晶育成を行った。 この時、育成した結晶は、それぞれ直径が８インチ，１０インチである。 また酸素濃度が１０ 17 ／ｃｍ 3になるように石英管７を融液表面から７ｍｍの位置に設置した。 温度差を５５Ｋに固定し、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ
数を３０以上になるように設定した場合について、実施例７，８，９として表３にまとめた。
【００２２】
【表３】
【００２３】この表から、大型のるつぼを使用した場合についても、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｏｓｓｂｙ数が３０以上であれば酸素濃度変動が５％以下の均一なＳｉ単結晶３が得られることが確認された。
【００２４】以上のように、融液対流を軸対称流とした場合に、単結晶中に酸素を１０ 15 ／ｃｍ 3から１０ 18 ／
ｃｍ 3までの範囲の任意の濃度で含み、かつ成長方向に対して垂直な面内での濃度変動が５％以下に抑えられた均一なＳｉ単結晶を育成できることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、１０ 15 ／
ｃｍ 3から１０ 18 ／ｃｍ 3までの任意の範囲の酸素を成長方向に対し、垂直な面内で濃度変動が５％以下に抑えられた均一なＳｉ単結晶をチョクラルスキー法によって育成できる効果を有する。
【図１】本発明に用いる結晶育成装置の概念的断面図である。
【図２】本発明を説明するための図である。
１ 石英るつぼ ２ Ｓｉ融液 ３ Ｓｉ単結晶 ４ ヒーター ５ カーボン持具 ６ シャフト ７ 石英管
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