Growth of crystal
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CONSTITUTION: The following means are used in growing a semiconductor single crystal according to the magnetic field-applied type Czochralski process: That is, (1) the application direction of the magnetic field is a transverse magnetic field in which the direction intersects the pulling up direction of the crystal at right angles and (2) the rotative direction of a crucible is in-phase with that of the crystal; the rotational frequency of the crucible is 2-16r.p.m. and the rotational speed of the crystal is higher than that of the crucible. The oxygen concentration in the crystal is controlled to 1.0-1.8×10
18 cm
-3 according to the above means.
COPYRIGHT: (C)1996,JPO，下面是Growth of crystal专利的具体信息内容。
１６ｒｐｍとし、上記結晶の回転速度をるつぼの回転速度より大きくすることにより、上記結晶中の酸素濃度を１．０〜１．８×１０ 18 ｃｍ -3に制御することを特徴とする結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長方法、特にシリコンを結晶成長させる場合に好適な結晶成長方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来、チョクラルスキー法によるシリコンの単結晶成長方法において、磁場を印加しながら行うことによりシリコン中の酸素濃度を制御しようとする方法が提案されている（特公昭５８−５０９５３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記特公昭５８−５０
９５３号公報等には、横磁場中すなわち、シリコン単結晶の引き上げ方向と直交する方向に磁場を印加する方法が例示されている。 この方法によれば、通常シリコン融液を収容するるつぼの回転方向とシリコン単結晶の回転方向とは反対方向（逆相）であり、シリコン中への酸素の特に低濃度（１．０×１０ 17 〜１．０×１０ 18 ｃ
ｍ -3 ）及び高濃度（１．８×１０ 18 〜２．５×１０ 18 ｃ
ｍ -3 ）の制御性に優れている。 しかし、中濃度（１．０
×１０ 18 〜１．８×１０ 18 ｃｍ -3 ）の酸素の制御性については必ずしも良好な結果が得られなかった。 なお、シリコン中に酸素を導入することにより、ゲッタリング作用を持たせることができるため、ゲッタリングの点からは酸素濃度は高い方が好ましいが、高過ぎると欠陥の問題が生じるため、適当な中程度の濃度に抑えている。 本発明は、上記問題点を解決することができる結晶成長方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明においては、上述したように従来の横磁場中、つまり融液からの結晶引き上げ方向に直交する方向の横磁場を印加しながら行うチョクラルスキー法による結晶成長方法において、本発明では、融液を収容するるつぼの回転方向と、
引き上げる単結晶の回転方向とを同相として、結晶の回転速度をるつぼの回転速度より大きくすることにより、
引き上げ単結晶中の酸素濃度を中濃度の１．０×１０ 18
ｃｍ -3 〜１．８×１０ 18 ｃｍ -3に制御することを特徴とする。
【０００５】また、本発明は、上述したように融液に磁場を結晶の引き上げ方向に直交する方向である横磁場に印加しながら行うチョクラルスキー法による結晶成長方法において、融液を収容するるつぼの回転方向と引き上げるシリコン単結晶の回転方向とを同相として、るつぼの回転速度を、２〜１６ｒｐｍとし、結晶の回転速度をるつぼの回転速度より大きくすることにより、引き上げ単結晶中の酸素濃度を中濃度の１．０×１０ 18 ｃｍ -3 〜
１．８×１０ 18 ｃｍ -3に制御することを特徴とする。
【０００６】本発明によれば、良く知られているように、横磁場の印加による場合の、引き上げ成長された単結晶体の半径方向の酸素濃度分布の均一性の効果と共に、融液を収容するるつぼの回転方向と単結晶の回転方向とを従来に反対方向ではなく、同じ方向とし、結晶の回転速度をるつぼの回転速度より大きくし、また、るつぼの回転速度を、２〜１６ｒｐｍとしたことにより、中程度の酸素濃度の制御を精密に行うことが可能になる。
【０００７】
〔実施例〕図１において、曲線Ａは本発明に基づき、シリコン（Ｓｉ）の融液に磁場を結晶の引き上げ方向に直交する方向（横磁場）に印加しながら行うチョクラルスキー法による単結晶シリコンの成長方法において、シリコンに導入すべき酸素の濃度を１．３〜１．５×１０ 18
ｃｍ -3 （換算係数ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９）として、
シリコン融液を収容するるつぼの回転方向（回転速度３．２ｒｐｍ）と引き上げるシリコン単結晶の回転方向（回転速度２５ｒｐｍ）を同じにして、結晶成長を開始してから終了するまでのシリコン単結晶内の長さ方向に対する断面部分における実際に導入された酸素の濃度を測定したものである。 このグラフにより、本発明によれば、横磁場中、るつぼとシリコン単結晶の回転方向を同相とし、結晶の回転速度をるつぼの回転速度より大きくしたことにより、結晶中の酸素濃度を所望の範囲内に制御することができることがわかる。 なお、結晶の直径についても規定の１２５ｍｍに保たれていた。
【０００８】〔比較例〕また、比較例として図１の一点鎖線Ｂに示すように、導入すべき酸素濃度、るつぼとシリコン単結晶の回転速度は、上記実施例と同じであるが、るつぼとるつぼと単結晶の回転方向は従来通り逆方向としてシリコン単結晶の成長開始から終了までにおける結晶内の長さ方向に対する断面部分における酸素濃度を測定したものである。 このグラフによれば、シリコン単結晶中の酸素濃度は、所定の濃度範囲から大幅にずれている部分があり、最大では２．０×１０ 18 ｃｍ -3を越えていた。 そして、この酸素濃度が所定値からずれた不良部分の長さは５ｍｍ〜１５０ｍｍ位にもわたっていた。 これにより良品率が著しく減少すると共に、有転位化し易くなることも判明した。 なお、結晶の直径は規定の１２５ｍｍに対して１３２ｍｍと突然増大し、その後１２２ｍｍと減少し、そして規定の１２５ｍｍに戻った。
【０００９】上記実施例と比較例におけるるつぼの回転速度は、いずれも３．２ｒｐｍであるが、速度を５．６
ｒｐｍに上げた場合にも、酸素濃度と結晶の直径について略同じ結果がえられた。
【００１０】次に図２に示すように、るつぼとシリコン単結晶の回転方向は同相であるが、るつぼの回転速度を変えてシリコン単結晶中の酸素濃度との関係を測定した。 同図で、実線の領域Ｃは本実施例に係るシリコン単結晶中における酸素濃度を示す。 このグラフより、るつぼの回転速度が１６ｒｐｍまでは酸素濃度を精密に制御することができるが、シリコン単結晶中の酸素濃度を２．０×１０ 18 ｃｍ -3にするために、るつぼの回転速度を１６ｒｐｍより大きくしたところ、逆にシリコン融液の流れが変化して酸素濃度のみならず、結晶の直径も変動した。 従って、１．０〜１．８×１０ 18 ｃｍ -3の酸素濃度を得るには、るつぼの回転速度は２〜１６ｒｐｍとする。
【００１１】なお、同図で一点鎖線の領域Ｄは、上記実施例のるつぼと単結晶の回転方向を従来と同じ逆方向として、るつぼの回転速度に対する酸素濃度の制御性について測定したものである。 このグラフより、従来の逆相回転によれば、るつぼの回転速度が２ｒｐｍ未満および１６ｒｐｍより大きい場合では酸素濃度の制御が可能であるが、２〜１６ｒｐｍの範囲では所望の中程度の酸素濃度の制御が困難であることがわかる。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体融液に横磁場を印加しながら行うチョクラルスキー法による結晶成長方法において、単結晶半導体中への中程度の濃度の酸素の導入を精密に制御することが容易になる。 そして、結晶の直径が所定の値に制御され、かつ転位のない良好な半導体結晶が得られる。
【図１】シリコン単結晶の長さ方向に対する断面部分の酸素濃度を測定したグラフを示す。
【図２】るつぼの回転速度に対する酸素濃度を測定したグラフを示す。
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