JP3402041B2 - シリコン単結晶の製造装置 - Google Patents
シリコン単結晶の製造装置Info
- Publication number
- JP3402041B2 JP3402041B2 JP35221195A JP35221195A JP3402041B2 JP 3402041 B2 JP3402041 B2 JP 3402041B2 JP 35221195 A JP35221195 A JP 35221195A JP 35221195 A JP35221195 A JP 35221195A JP 3402041 B2 JP3402041 B2 JP 3402041B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heater
- single crystal
- crucible
- silicon single
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1032—Seed pulling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場を印加しなが
らシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造装置
に係り、特に８″φ以上の大口径のシリコン単結晶を製
造するのに適したシリコン単結晶の製造装置に関する。
らシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造装置
に係り、特に８″φ以上の大口径のシリコン単結晶を製
造するのに適したシリコン単結晶の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの基板として用いられる
シリコン単結晶は、主にチョクラルスキー法（以下ＣＺ
法と略称する）により製造されている。最近は、このＣ
Ｚ法を改良した、シリコン融液に磁場を印加することに
よってシリコン融液の熱対流を抑制してシリコン単結晶
を製造する、いわゆるＭＣＺ法も知られている。近年、
シリコン単結晶は８″φ以上の大口径のものが要求され
ているが、このような大口径のシリコン単結晶を製造す
る際には、シリコン融液の熱対流が抑制できるＭＣＺ法
を用いるのが効果的である。
シリコン単結晶は、主にチョクラルスキー法（以下ＣＺ
法と略称する）により製造されている。最近は、このＣ
Ｚ法を改良した、シリコン融液に磁場を印加することに
よってシリコン融液の熱対流を抑制してシリコン単結晶
を製造する、いわゆるＭＣＺ法も知られている。近年、
シリコン単結晶は８″φ以上の大口径のものが要求され
ているが、このような大口径のシリコン単結晶を製造す
る際には、シリコン融液の熱対流が抑制できるＭＣＺ法
を用いるのが効果的である。
【０００３】このＭＣＺ法は、例えば図４に示した装置
で行われている。すなわち、チャンバー２１の下部開口
から回転軸２２が挿入され、この回転軸の上端に保護体
２３が固定され、その内部に石英ガラス製のルツボ２４
が設けられている。保護体２３の外周には円筒状の黒鉛
製のヒータ２５が設けられている。ヒータ２５は、その
下端の２か所に取り付けられたクランプ２６を介してチ
ャンバー２１の下部から挿入された電極２７，２７’に
接続されている。ヒータ２５の外周には保護筒２８が設
けられている。チャンバー２１の外側には、ルツボに磁
場を印加するために超電導コイル２９，２９’が設けら
れている。そして、チャンバー２１の上部から単結晶を
引き上げるための回転自在の引き上げ軸３１が挿入して
いる。
で行われている。すなわち、チャンバー２１の下部開口
から回転軸２２が挿入され、この回転軸の上端に保護体
２３が固定され、その内部に石英ガラス製のルツボ２４
が設けられている。保護体２３の外周には円筒状の黒鉛
製のヒータ２５が設けられている。ヒータ２５は、その
下端の２か所に取り付けられたクランプ２６を介してチ
ャンバー２１の下部から挿入された電極２７，２７’に
接続されている。ヒータ２５の外周には保護筒２８が設
けられている。チャンバー２１の外側には、ルツボに磁
場を印加するために超電導コイル２９，２９’が設けら
れている。そして、チャンバー２１の上部から単結晶を
引き上げるための回転自在の引き上げ軸３１が挿入して
いる。
【０００４】この装置を用いて、次のようにしてシリコ
ン単結晶が製造される。すなわち、ルツボ２４内に多結
晶シリコン原料を充填した後、電極２７，２７’からヒ
ータ２５に直流電流を供給することによってルツボ２４
内のシリコン原料を溶融してシリコン融液３０とする。
次いで、超電導コイル２９，２９’によりシリコン融液
３０に水平方向の磁場を印加しながら、シリコン融液３
０に、引き上げ軸３１の先端に取り付けられた種結晶３
２を浸し、これをゆっくりと回転しながら引き上げるこ
とによってシリコン単結晶３４を製造する。
ン単結晶が製造される。すなわち、ルツボ２４内に多結
晶シリコン原料を充填した後、電極２７，２７’からヒ
ータ２５に直流電流を供給することによってルツボ２４
内のシリコン原料を溶融してシリコン融液３０とする。
次いで、超電導コイル２９，２９’によりシリコン融液
３０に水平方向の磁場を印加しながら、シリコン融液３
０に、引き上げ軸３１の先端に取り付けられた種結晶３
２を浸し、これをゆっくりと回転しながら引き上げるこ
とによってシリコン単結晶３４を製造する。
【０００５】この装置では、円筒状のヒータ２５に、上
端から下端側へ向かう溝と、下端から上端側へ向かう溝
とが交互に設けられており、電流が、溝で区切られた各
セグメントを上下に流れるため、電流と、シリコン融液
に印加される水平方向の磁場との相互作用によりヒータ
を回転させようとする力が働くことが知られている。そ
のため、前記ヒータを回転させようとする力によってヒ
ータが回転しないように、ヒータと電極とをボルトで固
定するなどの方法が提案されている（特開昭６３−２９
７２９１号公報、特開昭６３−２９７２９２号公報、特
開昭６４−４２３８９号公報参照）。
端から下端側へ向かう溝と、下端から上端側へ向かう溝
とが交互に設けられており、電流が、溝で区切られた各
セグメントを上下に流れるため、電流と、シリコン融液
に印加される水平方向の磁場との相互作用によりヒータ
を回転させようとする力が働くことが知られている。そ
のため、前記ヒータを回転させようとする力によってヒ
ータが回転しないように、ヒータと電極とをボルトで固
定するなどの方法が提案されている（特開昭６３−２９
７２９１号公報、特開昭６３−２９７２９２号公報、特
開昭６４−４２３８９号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで今後要求され
る８″φ以上、特に１０″φ〜１６″φといった大口径
のシリコン単結晶を製造するためには、口径が６００ｍ
ｍ以上のルツボを使用しなければならず、いきおい、使
用電力も上昇し、ヒータに流れる電流も大きくなる。ま
た、このような大口径のルツボ内で発生するシリコン融
液の熱対流を抑制するために、高強度の磁場をシリコン
融液に印加する必要がある。このように、高電流、高強
度の磁場が必要となる８″φ以上の大口径のシリコン単
結晶の引き上げでは、前記磁場と電流の相互作用によ
り、ヒータにかかる力もより大きくなり、従来問題とな
らなかった新たな問題として、ヒータに浮き上がる力が
作用し、その結果、放電が生じたり、浮き上がりを防止
するためにヒータと電極とをボルトで固定しても固定部
が破損したりする問題が生じた。本発明はこのような問
題を解決することを目的とする。
る８″φ以上、特に１０″φ〜１６″φといった大口径
のシリコン単結晶を製造するためには、口径が６００ｍ
ｍ以上のルツボを使用しなければならず、いきおい、使
用電力も上昇し、ヒータに流れる電流も大きくなる。ま
た、このような大口径のルツボ内で発生するシリコン融
液の熱対流を抑制するために、高強度の磁場をシリコン
融液に印加する必要がある。このように、高電流、高強
度の磁場が必要となる８″φ以上の大口径のシリコン単
結晶の引き上げでは、前記磁場と電流の相互作用によ
り、ヒータにかかる力もより大きくなり、従来問題とな
らなかった新たな問題として、ヒータに浮き上がる力が
作用し、その結果、放電が生じたり、浮き上がりを防止
するためにヒータと電極とをボルトで固定しても固定部
が破損したりする問題が生じた。本発明はこのような問
題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、高強度の磁場
を印加してもヒータが浮き上がる等の問題の生じない、
シリコン単結晶の製造装置を提供することを目的とし、
本発明者らはこの問題を解決するために種々研究を重ね
た結果、ヒータに直流電流を供給すると、各セグメント
を実際に上下に流れる電流とは別に、全体として、プラ
ス極側からマイナス極側に向かう水平方向の電流が生
じ、この電流と磁場との間の相互作用によって、ヒータ
に上方向の力が働き、浮き上がり現象が生じることを解
明し、本発明を完成させたものである。
を印加してもヒータが浮き上がる等の問題の生じない、
シリコン単結晶の製造装置を提供することを目的とし、
本発明者らはこの問題を解決するために種々研究を重ね
た結果、ヒータに直流電流を供給すると、各セグメント
を実際に上下に流れる電流とは別に、全体として、プラ
ス極側からマイナス極側に向かう水平方向の電流が生
じ、この電流と磁場との間の相互作用によって、ヒータ
に上方向の力が働き、浮き上がり現象が生じることを解
明し、本発明を完成させたものである。
【０００８】すなわち、本発明の要旨とするところは、
シリコン融液を収容するための回転自在のルツボと、ル
ツボの外周を囲繞するように設けられたヒータと、ヒー
タに直流電流を供給する電極と、ルツボに収容されたシ
リコン融液に水平方向に磁場を印加する磁石と、シリコ
ン融液からシリコン単結晶を引き上げるための回転自在
の引き上げ軸からなる、シリコン単結晶の製造装置にお
いて、ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに直
流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが一
致する状態から反時計回り方向に０°より大きく１８０
°より小さい角度（９０°を除く）回転した状態となる
ように電極と磁石を配置することを特徴とする、シリコ
ン単結晶の製造装置である。このような電極と磁石の配
置とすれば、電流と磁場の相互作用による力は、ヒータ
全体としては常に下向きに加わることになり、前記ヒー
タの浮き上がり現象等のトラブルを解消することができ
る。
シリコン融液を収容するための回転自在のルツボと、ル
ツボの外周を囲繞するように設けられたヒータと、ヒー
タに直流電流を供給する電極と、ルツボに収容されたシ
リコン融液に水平方向に磁場を印加する磁石と、シリコ
ン融液からシリコン単結晶を引き上げるための回転自在
の引き上げ軸からなる、シリコン単結晶の製造装置にお
いて、ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに直
流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが一
致する状態から反時計回り方向に０°より大きく１８０
°より小さい角度（９０°を除く）回転した状態となる
ように電極と磁石を配置することを特徴とする、シリコ
ン単結晶の製造装置である。このような電極と磁石の配
置とすれば、電流と磁場の相互作用による力は、ヒータ
全体としては常に下向きに加わることになり、前記ヒー
タの浮き上がり現象等のトラブルを解消することができ
る。
【０００９】本発明では、ヒータの破損防止のため、ヒ
ータを支えるための絶縁された支持体が備えられている
ことが好ましい。これは、本発明ではヒータに下向きの
力が作用するためで、特に大型化した黒鉛ヒータを用い
る大口径結晶の引き上げでは、ヒータの自重が重い上、
下向きの力がかかることになり、機械的強度の弱い黒鉛
の破損を防止する必要があるからである。
ータを支えるための絶縁された支持体が備えられている
ことが好ましい。これは、本発明ではヒータに下向きの
力が作用するためで、特に大型化した黒鉛ヒータを用い
る大口径結晶の引き上げでは、ヒータの自重が重い上、
下向きの力がかかることになり、機械的強度の弱い黒鉛
の破損を防止する必要があるからである。
【００１０】また本発明は、８″φ〜１６″φの大口径
のシリコン単結晶を製造する場合に、またはルツボの口
径が６００ｍｍ以上である場合に、特に好適である。ま
た本発明によれば、水平方向に印加される磁場の強度が
ルツボの中心軸で２０００Ｇ以上および／またはヒータ
に供給される直流電流が２０００Ａ以上の場合に特に有
効である。これは、今後要求される８″φ以上、特に１
０″φ〜１６″φといった大口径のシリコン単結晶を製
造するためには、口径が６００ｍｍ以上のルツボを使用
しなければならず、また必要とされるヒータ電流も２０
００Ａ以上となる。さらに、このような大口径のルツボ
内で発生するシリコン融液の熱対流を抑制するために
は、２０００Ｇ以上の高強度の磁場をシリコン融液に印
加する必要がある。このように、高電流、高強度の磁場
が必要となる８″φ以上の大口径のシリコン単結晶の引
き上げでは、前記磁場と電流の相互作用による、ヒータ
にかかる浮き上がる力が大きくなるからである。
のシリコン単結晶を製造する場合に、またはルツボの口
径が６００ｍｍ以上である場合に、特に好適である。ま
た本発明によれば、水平方向に印加される磁場の強度が
ルツボの中心軸で２０００Ｇ以上および／またはヒータ
に供給される直流電流が２０００Ａ以上の場合に特に有
効である。これは、今後要求される８″φ以上、特に１
０″φ〜１６″φといった大口径のシリコン単結晶を製
造するためには、口径が６００ｍｍ以上のルツボを使用
しなければならず、また必要とされるヒータ電流も２０
００Ａ以上となる。さらに、このような大口径のルツボ
内で発生するシリコン融液の熱対流を抑制するために
は、２０００Ｇ以上の高強度の磁場をシリコン融液に印
加する必要がある。このように、高電流、高強度の磁場
が必要となる８″φ以上の大口径のシリコン単結晶の引
き上げでは、前記磁場と電流の相互作用による、ヒータ
にかかる浮き上がる力が大きくなるからである。
【００１１】このようなシリコン単結晶の製造装置によ
れば、８”φ以上といった大口径シリコン単結晶をＭＣ
Ｚ法で製造する場合に、操業中、常にヒータには下向き
の力が加わる結果、例え使用磁場強度が２０００Ｇ以
上、供給電力が２０００Ａ以上となっても、ヒータの浮
き上がりは生じることはなく、放電等の危険はない。よ
って、ヒータと電極とをあえてボルトで固定する必要も
ないという有利性も与えられる。
れば、８”φ以上といった大口径シリコン単結晶をＭＣ
Ｚ法で製造する場合に、操業中、常にヒータには下向き
の力が加わる結果、例え使用磁場強度が２０００Ｇ以
上、供給電力が２０００Ａ以上となっても、ヒータの浮
き上がりは生じることはなく、放電等の危険はない。よ
って、ヒータと電極とをあえてボルトで固定する必要も
ないという有利性も与えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に基づ
いて説明する。本発明に係るシリコン単結晶の製造装置
の概略的な構成は、電極の位置および支持体を除いては
図４に示す通りであるので、説明を省略する。図１は、
本発明に係るシリコン単結晶の製造装置のヒータ、電
極、磁石および支持体の配置の一例を示す平面図であ
る。図１中、５はヒータ、７，７’は電極、９，９’は
磁石、１２は支持体である。また、矢印１３はヒータに
直流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きを
示し、矢印１４は磁力線の向きを示す。図１中、電極と
磁石は、ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに
直流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが
一致する状態から反時計回り方向に３０°回転した状態
となるように配置されている。
いて説明する。本発明に係るシリコン単結晶の製造装置
の概略的な構成は、電極の位置および支持体を除いては
図４に示す通りであるので、説明を省略する。図１は、
本発明に係るシリコン単結晶の製造装置のヒータ、電
極、磁石および支持体の配置の一例を示す平面図であ
る。図１中、５はヒータ、７，７’は電極、９，９’は
磁石、１２は支持体である。また、矢印１３はヒータに
直流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きを
示し、矢印１４は磁力線の向きを示す。図１中、電極と
磁石は、ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに
直流電流を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが
一致する状態から反時計回り方向に３０°回転した状態
となるように配置されている。
【００１３】シリコン融液を収容するためのルツボ（図
示せず）は、一般に石英ガラス製である。ルツボの直径
は、従来は１０〜１８″（約２５０〜４５０ｍｍ）φで
あったが、８″φ以上の直径のシリコン単結晶の製造に
は２０″（５００ｍｍ）φ以上、１０″φ以上の口径の
シリコン単結晶の製造には２４″（６００ｍｍ）φ以上
の口径のルツボが使用される。ヒータ５は、一般に円筒
状の黒鉛製のものである。ヒータに流れる電流は、従来
は２０００Ａ未満であったが、８″φ以上のシリコン単
結晶の製造においては、２０００Ａ以上の大電流が必要
となっている。シリコン融液に水平方向に磁場を印加す
る磁石９，９’としては、一般に超電導コイルが用いら
れる。印加される磁場の強度は、ヒータの中心軸、すな
わちルツボの中心軸で、従来は、数百〜２０００Ｇ未満
で十分であったが、８″φ以上のシリコン単結晶の引き
上げでは、２０００Ｇ以上の磁場の強度が、シリコン融
液の熱対流を有効に制御するために必要である。
示せず）は、一般に石英ガラス製である。ルツボの直径
は、従来は１０〜１８″（約２５０〜４５０ｍｍ）φで
あったが、８″φ以上の直径のシリコン単結晶の製造に
は２０″（５００ｍｍ）φ以上、１０″φ以上の口径の
シリコン単結晶の製造には２４″（６００ｍｍ）φ以上
の口径のルツボが使用される。ヒータ５は、一般に円筒
状の黒鉛製のものである。ヒータに流れる電流は、従来
は２０００Ａ未満であったが、８″φ以上のシリコン単
結晶の製造においては、２０００Ａ以上の大電流が必要
となっている。シリコン融液に水平方向に磁場を印加す
る磁石９，９’としては、一般に超電導コイルが用いら
れる。印加される磁場の強度は、ヒータの中心軸、すな
わちルツボの中心軸で、従来は、数百〜２０００Ｇ未満
で十分であったが、８″φ以上のシリコン単結晶の引き
上げでは、２０００Ｇ以上の磁場の強度が、シリコン融
液の熱対流を有効に制御するために必要である。
【００１４】本発明においては、ヒータに常に下向きの
力が加わるように電極７，７’と磁石９，９’とを配置
する。具体的には、ルツボの中心を通る磁力線の向き
と、ヒータに直流電流を供給した時に水平方向に生じる
電流の向きが一致する状態から反時計回り方向に０°よ
り大きく１８０°より小さい角度回転した状態となるよ
うに配置する。このように配置すると、フレミングの左
手の法則に従って常にヒータには下向きに力がかかる結
果、ヒータの浮き上がりは生じることがなく、放電等が
起こらない。なお、本発明における電極と磁石の配置可
能な位置を図２に示す。図２中、線１５はプラス極７が
配置可能な位置を示し、線１５’はマイナス極７’が配
置可能な位置を示している。回転角度は、好ましくは３
０〜１５０°である。なぜならば、電流密度は電極部で
一番大きく、磁場強度は磁石に近いほど強く、回転角度
が３０°＞または１５０°＜である場合には、電極部で
上方または下方に向かって流れる電流と、シリコン融液
に印加される水平方向の磁場との相互作用による、ヒー
タを回転させようとする力が大きくなり、ヒータの変形
やひいては破損が生じる可能性が高くなるからである。
よって、できるだけ電極を磁石から遠ざけた方がよい。
力が加わるように電極７，７’と磁石９，９’とを配置
する。具体的には、ルツボの中心を通る磁力線の向き
と、ヒータに直流電流を供給した時に水平方向に生じる
電流の向きが一致する状態から反時計回り方向に０°よ
り大きく１８０°より小さい角度回転した状態となるよ
うに配置する。このように配置すると、フレミングの左
手の法則に従って常にヒータには下向きに力がかかる結
果、ヒータの浮き上がりは生じることがなく、放電等が
起こらない。なお、本発明における電極と磁石の配置可
能な位置を図２に示す。図２中、線１５はプラス極７が
配置可能な位置を示し、線１５’はマイナス極７’が配
置可能な位置を示している。回転角度は、好ましくは３
０〜１５０°である。なぜならば、電流密度は電極部で
一番大きく、磁場強度は磁石に近いほど強く、回転角度
が３０°＞または１５０°＜である場合には、電極部で
上方または下方に向かって流れる電流と、シリコン融液
に印加される水平方向の磁場との相互作用による、ヒー
タを回転させようとする力が大きくなり、ヒータの変形
やひいては破損が生じる可能性が高くなるからである。
よって、できるだけ電極を磁石から遠ざけた方がよい。
【００１５】さらに、本発明のシリコン単結晶の製造装
置のより好適な実施の態様では、ヒータを支えるための
絶縁された１つ以上の支持体１２を備えている。ヒータ
は黒鉛でできており機械的強度が低く、しかもスリット
が入っているので、下向きの強い力が加わると破損の危
険があるからである。特に、大口径結晶の製造では、ヒ
ータも大型化しており、自重が大きいことも一層ヒータ
の破損の危険を増大させている。よって、ヒータに加わ
る下向きの力を、ヒータが電極に接触している部分だけ
でなく支持体に接触している部分にも分散させるのが望
ましい。特に、８”φ以上の大口径のシリコン単結晶を
製造する場合のように、ルツボの中心軸で２０００Ｇ以
上の高強度の磁場を印加し、２０００Ａ以上の大電流を
流す場合に、このような支持体を設けることが、操業中
のヒータの破損防止に有効である。この場合、支持体の
数は問わないが、好ましくは複数個、特に偶数個で対称
位置に設置するのがよい。また、支持体は当然ながら、
耐熱性絶縁材料で作製される必要があり、炭化けい素、
窒化けい素、アルミナ等のセラミックスが好適である。
置のより好適な実施の態様では、ヒータを支えるための
絶縁された１つ以上の支持体１２を備えている。ヒータ
は黒鉛でできており機械的強度が低く、しかもスリット
が入っているので、下向きの強い力が加わると破損の危
険があるからである。特に、大口径結晶の製造では、ヒ
ータも大型化しており、自重が大きいことも一層ヒータ
の破損の危険を増大させている。よって、ヒータに加わ
る下向きの力を、ヒータが電極に接触している部分だけ
でなく支持体に接触している部分にも分散させるのが望
ましい。特に、８”φ以上の大口径のシリコン単結晶を
製造する場合のように、ルツボの中心軸で２０００Ｇ以
上の高強度の磁場を印加し、２０００Ａ以上の大電流を
流す場合に、このような支持体を設けることが、操業中
のヒータの破損防止に有効である。この場合、支持体の
数は問わないが、好ましくは複数個、特に偶数個で対称
位置に設置するのがよい。また、支持体は当然ながら、
耐熱性絶縁材料で作製される必要があり、炭化けい素、
窒化けい素、アルミナ等のセラミックスが好適である。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらに限定されるものではない。 実施例１ ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに直流電流
を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが一致する
状態から反時計回り方向に１５０°回転した状態となる
ように、電極と超電導コイルを配置した。２つの支持体
を２つの電極を結ぶ線に直行する位置に配置した。この
場合のヒータ５、電極７，７’、超電導コイル１０，１
０’および支持体１２、１２の配置を図３（ａ）に示
す。黒鉛ヒータと電極とはクランプを介して連結させ
る。ヒータとクランプはテーパー状に接し、ヒータは自
重によってクランプにはめ込まれ、ヒータとクランプの
ボルト等による固定はしなかった。
はこれらに限定されるものではない。 実施例１ ルツボの中心を通る磁力線の向きと、ヒータに直流電流
を供給した時に水平方向に生じる電流の向きが一致する
状態から反時計回り方向に１５０°回転した状態となる
ように、電極と超電導コイルを配置した。２つの支持体
を２つの電極を結ぶ線に直行する位置に配置した。この
場合のヒータ５、電極７，７’、超電導コイル１０，１
０’および支持体１２、１２の配置を図３（ａ）に示
す。黒鉛ヒータと電極とはクランプを介して連結させ
る。ヒータとクランプはテーパー状に接し、ヒータは自
重によってクランプにはめ込まれ、ヒータとクランプの
ボルト等による固定はしなかった。
【００１７】口径６００ｍｍの石英ルツボに１５０ｋｇ
の多結晶シリコン原料を入れ、電極から黒鉛ヒータに３
５００Ａの直流電流を供給することによってルツボ内の
シリコン原料を溶融してシリコン融液とした。このシリ
コン融液に、超電導コイルにより、ルツボの中心軸での
磁場の強度が最大４０００Ｇになるように、水平方向の
磁場を印加した。この時ルツボを加熱するヒータには約
２０００〜６０００Ｇの強度の磁場がかかることにな
る。このように、高強度の磁場、高電流下で８″φの結
晶を引き上げたが、操業中ヒータには全く異常は生ぜ
ず、問題なく８″φの大口径シリコン単結晶を製造で
き、ヒータ浮き上がりの問題を解消することができた。
の多結晶シリコン原料を入れ、電極から黒鉛ヒータに３
５００Ａの直流電流を供給することによってルツボ内の
シリコン原料を溶融してシリコン融液とした。このシリ
コン融液に、超電導コイルにより、ルツボの中心軸での
磁場の強度が最大４０００Ｇになるように、水平方向の
磁場を印加した。この時ルツボを加熱するヒータには約
２０００〜６０００Ｇの強度の磁場がかかることにな
る。このように、高強度の磁場、高電流下で８″φの結
晶を引き上げたが、操業中ヒータには全く異常は生ぜ
ず、問題なく８″φの大口径シリコン単結晶を製造で
き、ヒータ浮き上がりの問題を解消することができた。
【００１８】比較例１
実施例１と同様の装置を用い、ルツボの中心を通る磁力
線の向きと、ヒータに直流電流を供給した時に水平方向
に生じる電流の向きが一致する状態から時計回り方向に
３０°（反時計回り方向に３３０°）回転した状態とな
るように、電極と超電導コイルを配置した。ヒータ５、
電極７，７’、超電導コイル１０，１０’および支持体
１２、１２の配置を図３（ｂ）に示す。実施例１と同様
にしてシリコン融液に高強度の磁場を印加すると、直ち
にヒータが浮き上がって放電し、単結晶の製造は継続不
能となった。
線の向きと、ヒータに直流電流を供給した時に水平方向
に生じる電流の向きが一致する状態から時計回り方向に
３０°（反時計回り方向に３３０°）回転した状態とな
るように、電極と超電導コイルを配置した。ヒータ５、
電極７，７’、超電導コイル１０，１０’および支持体
１２、１２の配置を図３（ｂ）に示す。実施例１と同様
にしてシリコン融液に高強度の磁場を印加すると、直ち
にヒータが浮き上がって放電し、単結晶の製造は継続不
能となった。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のシリコン単
結晶の製造装置によれば、高電流、高強度の磁場をシリ
コン融液に印加してもヒータに上向きの力がかからない
ために、ヒータが浮き上がらず、その結果放電等を起こ
すこともなく、大口径のシリコン単結晶を高品質で製造
できる。
結晶の製造装置によれば、高電流、高強度の磁場をシリ
コン融液に印加してもヒータに上向きの力がかからない
ために、ヒータが浮き上がらず、その結果放電等を起こ
すこともなく、大口径のシリコン単結晶を高品質で製造
できる。
【図１】本発明に係るシリコン単結晶の製造装置のヒー
タ、電極、磁石および支持体の配置の一例を示す平面図
である。
タ、電極、磁石および支持体の配置の一例を示す平面図
である。
【図２】本発明に係るシリコン単結晶の製造装置におい
て電極と磁石の配置可能な位置を示す図である。
て電極と磁石の配置可能な位置を示す図である。
【図３】（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１における
ヒータ、電極、超電導コイルおよび支持体の配置を示す
平面図である。
ヒータ、電極、超電導コイルおよび支持体の配置を示す
平面図である。
【図４】ＭＣＺ法を実施するための従来のシリコン単結
晶の製造装置の概略断面図である。
晶の製造装置の概略断面図である。
５ ヒータ ７，７’
電極 ９，９’ 磁石 １０，１０’
超電導コイル １２ 支持体 ２１
チャンバー ２２ 回転軸 ２３
保護体 ２４ ルツボ ２５
ヒータ ２６ クランプ ２７，２７’
電極 ２８ 保護筒 ２９，２９’
超電導コイル ３０ シリコン融液 ３１
引き上げ軸 ３２ 種結晶 ３４
シリコン単結晶
電極 ９，９’ 磁石 １０，１０’
超電導コイル １２ 支持体 ２１
チャンバー ２２ 回転軸 ２３
保護体 ２４ ルツボ ２５
ヒータ ２６ クランプ ２７，２７’
電極 ２８ 保護筒 ２９，２９’
超電導コイル ３０ シリコン融液 ３１
引き上げ軸 ３２ 種結晶 ３４
シリコン単結晶
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 太田 友彦
福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平
150 信越半導体株式会社 白河工場内
(56)参考文献 特開 昭63−297292（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−42389（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−260687（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−297291（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−11772（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン融液を収容するための回転自在
のルツボと、ルツボの外周を囲繞するように設けられた
ヒータと、ヒータに直流電流を供給する電極と、ルツボ
に収容されたシリコン融液に水平方向に磁場を印加する
磁石と、シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる
ための回転自在の引き上げ軸からなる、シリコン単結晶
の製造装置において、ルツボの中心を通る磁力線の向き
と、ヒータに直流電流を供給した時に水平方向に生じる
電流の向きが一致する状態から反時計回り方向に０°よ
り大きく１８０°より小さい角度（９０°を除く）回転
した状態となるように電極と磁石を配置することを特徴
とする、シリコン単結晶の製造装置。 - 【請求項２】 ヒータを支えるための絶縁された支持体
が備えられている、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 シリコン融液から引き上げられるシリコ
ン単結晶の直径が８″φ〜１６″φである、請求項１ま
たは２記載の装置。 - 【請求項４】 水平方向に印加される磁場の強度が、ル
ツボの中心軸で２０００Ｇ以上である、請求項１〜３の
いずれか１項に記載の装置。 - 【請求項５】 ルツボの口径が６００ｍｍ以上である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 ヒータに供給される直流電流が２０００
Ａ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35221195A JP3402041B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | シリコン単結晶の製造装置 |
| US08/760,959 US5766346A (en) | 1995-12-28 | 1996-12-05 | Apparatus for producing silicon single crystal |
| DE69609937T DE69609937T2 (de) | 1995-12-28 | 1996-12-13 | Vorrichtung zur Herstellung Silizium Einkristallen |
| EP96309093A EP0781874B1 (en) | 1995-12-28 | 1996-12-13 | Apparatus for producing silicon single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35221195A JP3402041B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | シリコン単結晶の製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09183691A JPH09183691A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3402041B2 true JP3402041B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=18422524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35221195A Expired - Lifetime JP3402041B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | シリコン単結晶の製造装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5766346A (ja) |
| EP (1) | EP0781874B1 (ja) |
| JP (1) | JP3402041B2 (ja) |
| DE (1) | DE69609937T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09263491A (ja) * | 1996-03-27 | 1997-10-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶の製造装置 |
| JP2000044387A (ja) * | 1998-07-27 | 2000-02-15 | Nippon Steel Corp | シリコン単結晶製造方法 |
| US6287382B1 (en) * | 1998-10-13 | 2001-09-11 | Memc Electronic Materials, Inc. | Electrode assembly for electrical resistance heater used in crystal growing apparatus |
| US6482261B2 (en) | 2000-12-29 | 2002-11-19 | Ebara Solar, Inc. | Magnetic field furnace |
| KR100783646B1 (ko) * | 2002-11-11 | 2007-12-07 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 냉동기 냉각형 초전도 자석장치 |
| JP4889553B2 (ja) * | 2007-04-16 | 2012-03-07 | コバレントマテリアル株式会社 | 単結晶引上装置 |
| WO2008146371A1 (ja) | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Sumco Corporation | シリコン単結晶引上装置 |
| JP5131170B2 (ja) | 2008-12-05 | 2013-01-30 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造用上部ヒーターおよび単結晶製造装置ならびに単結晶製造方法 |
| JP5293615B2 (ja) * | 2010-01-08 | 2013-09-18 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置 |
| US9611565B2 (en) * | 2010-08-26 | 2017-04-04 | Gtat Corporation | Crystal growth apparatus with ceramic coating and methods for preventing molten material breach in a crystal growth apparatus |
| CN110359082A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-22 | 胡正阳 | 一种热场稳定的单晶炉 |
| CN117822126B (zh) * | 2024-03-02 | 2024-06-04 | 山东华特磁电科技股份有限公司 | 一种磁拉晶永磁装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4606037A (en) * | 1983-01-18 | 1986-08-12 | Agency Of Industrial Science & Technology | Apparatus for manufacturing semiconductor single crystal |
| JPS6144797A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-04 | Toshiba Corp | 単結晶育成装置およびその制御方法 |
| JPS63297291A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-05 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコン単結晶引上装置 |
| JPS63297292A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-05 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコン単結晶引上装置 |
| JPS6442389A (en) * | 1987-08-06 | 1989-02-14 | Toshiba Ceramics Co | Pulling device for silicon single crystal |
| JP2546736B2 (ja) * | 1990-06-21 | 1996-10-23 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶引上方法 |
| US5196085A (en) * | 1990-12-28 | 1993-03-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Active magnetic flow control in Czochralski systems |
| JPH0772116B2 (ja) * | 1991-02-15 | 1995-08-02 | 信越半導体株式会社 | 単結晶引上装置 |
| JPH08143391A (ja) * | 1993-06-01 | 1996-06-04 | Texas Instr Inc <Ti> | チョクラルスキ結晶引上げ装置に使用する螺旋加熱器 |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP35221195A patent/JP3402041B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-12-05 US US08/760,959 patent/US5766346A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-12-13 EP EP96309093A patent/EP0781874B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-12-13 DE DE69609937T patent/DE69609937T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69609937D1 (de) | 2000-09-28 |
| JPH09183691A (ja) | 1997-07-15 |
| DE69609937T2 (de) | 2001-03-22 |
| US5766346A (en) | 1998-06-16 |
| EP0781874A2 (en) | 1997-07-02 |
| EP0781874B1 (en) | 2000-08-23 |
| EP0781874A3 (en) | 1998-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3402041B2 (ja) | シリコン単結晶の製造装置 | |
| KR101574749B1 (ko) | 단결정 제조용 상부히터, 단결정 제조장치 및 단결정 제조방법 | |
| KR100482812B1 (ko) | 실리콘단결정제조장치 | |
| JPH10101482A (ja) | 単結晶シリコンの製造装置および製造方法 | |
| JP3598972B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JPS6153187A (ja) | 単結晶成長装置 | |
| JP3760769B2 (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JPS62256787A (ja) | 単結晶の育成方法及びその装置 | |
| TW202041724A (zh) | 一種半導體晶體生長裝置和方法 | |
| JP3132412B2 (ja) | 単結晶引き上げ方法 | |
| JP4889553B2 (ja) | 単結晶引上装置 | |
| JPS59121183A (ja) | 結晶成長方法 | |
| EP1201795B1 (en) | Semiconductor single crystal pulling apparatus | |
| WO1999037833A1 (fr) | Appareil de tirage de cristal unique | |
| JPS63159285A (ja) | 単結晶製造装置 | |
| JPS62256788A (ja) | 単結晶の育成装置 | |
| JPS63297292A (ja) | シリコン単結晶引上装置 | |
| JPS63159286A (ja) | シリコン単結晶引上装置 | |
| JP2547105B2 (ja) | 半導体単結晶引上装置 | |
| JPS6330393A (ja) | 結晶製造装置 | |
| JPH0660080B2 (ja) | 単結晶成長装置 | |
| JPH09227282A (ja) | 単結晶引上げ装置 | |
| JPS62256791A (ja) | 単結晶の育成装置 | |
| JPH0798716B2 (ja) | シリコン単結晶引上装置 | |
| JP2002265294A (ja) | 半導体結晶育成装置および半導体結晶育成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080229 Year of fee payment: 5 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080229 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080229 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090228 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100228 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100228 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110228 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120229 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120229 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130228 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140228 Year of fee payment: 11 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |