JPS6270286A - 単結晶製造装置 - Google Patents
単結晶製造装置Info
- Publication number
- JPS6270286A JPS6270286A JP21058285A JP21058285A JPS6270286A JP S6270286 A JPS6270286 A JP S6270286A JP 21058285 A JP21058285 A JP 21058285A JP 21058285 A JP21058285 A JP 21058285A JP S6270286 A JPS6270286 A JP S6270286A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- single crystal
- raw material
- magnetic field
- magnetic
- 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.)
- Granted
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明はシリコンや砒化ガリウムなどの単結晶を、磁場
を印加することによって製造する単結晶製造装置に関す
る。
を印加することによって製造する単結晶製造装置に関す
る。
現在よく用いられている単結晶の製造方法の一つとして
チョクラルスキー法（ＣＺ法）と呼ばれる方法がある。
チョクラルスキー法（ＣＺ法）と呼ばれる方法がある。
これは高温に加熱されたルツボ内の原料融液を結晶化し
、生成する単結晶とルツボを互いに逆方向にまたは同方
向に回転させつつ前記単結晶を徐々に引き上げ成長させ
るようにした方法である。この方法は、結晶育成に当り
結晶の材料となる原料融液の入ったルツボを使用する点
が特徴であり、大きな直径の結晶が得られる等の多くの
利点がある。
、生成する単結晶とルツボを互いに逆方向にまたは同方
向に回転させつつ前記単結晶を徐々に引き上げ成長させ
るようにした方法である。この方法は、結晶育成に当り
結晶の材料となる原料融液の入ったルツボを使用する点
が特徴であり、大きな直径の結晶が得られる等の多くの
利点がある。
しかし、このＣＺ法による単結晶においては、ルツボの
外から熱を加えるので、僅かの入熱変動や外乱により、
ルツボ内の融液の自然対流による上野流は乱されて温度
変動を生ずるという問題がある。
外から熱を加えるので、僅かの入熱変動や外乱により、
ルツボ内の融液の自然対流による上野流は乱されて温度
変動を生ずるという問題がある。
この温度変動を抑制し、単結晶を生成する原料融液の安
定化を図り併せて、ルツボによる汚染を防止して単結晶
の品質の向上を図るため、ルツボに垂直な方向または水
平方向に磁場を印加して融液の実効粘性を高めることが
提案されている（特公昭５８−５０９５１号公報）。そ
の結果、温度変動は抑υｊされたが、垂直方向のＩａ場
、すなわち縦磁場を印加した場合、ルツボの内周壁面の
温度と単結晶の界面温度との間に大きな温度差が生じる
ため、単結晶生成のためにはルツボ自体の温度を高温度
にすることを余儀なくされ、これに起因して上記ルツボ
が融解するおそれがある。
定化を図り併せて、ルツボによる汚染を防止して単結晶
の品質の向上を図るため、ルツボに垂直な方向または水
平方向に磁場を印加して融液の実効粘性を高めることが
提案されている（特公昭５８−５０９５１号公報）。そ
の結果、温度変動は抑υｊされたが、垂直方向のＩａ場
、すなわち縦磁場を印加した場合、ルツボの内周壁面の
温度と単結晶の界面温度との間に大きな温度差が生じる
ため、単結晶生成のためにはルツボ自体の温度を高温度
にすることを余儀なくされ、これに起因して上記ルツボ
が融解するおそれがある。
これに対処するために等軸対象的かつ放射状のカスブ磁
場を印加して融液面に対して水平方向の磁力線を作るこ
とが提案されている（特開昭５８−２１７４９３号公報
）。
場を印加して融液面に対して水平方向の磁力線を作るこ
とが提案されている（特開昭５８−２１７４９３号公報
）。
ところがこの方法は、マグネットが上下に２個必要なた
め、高さ方向に充分なスペースが必要となる。しかも、
ルツボ融液面の低下に伴い磁場中心を移動させるべくマ
グネットを移動しなければならない。さらに融液面に対
して垂直方向上部のマグネットによって発生する磁力線
は炉の下方または上方まで洩れて磁束を発生され、これ
が炉の下部または上部に設けたセンサー類やコントロー
ル礪能を有する機器に悪影響を与えるおそれがある。ま
たマグネットが２段になるため、Ｓ４造コストが増大す
るという問題もある。
め、高さ方向に充分なスペースが必要となる。しかも、
ルツボ融液面の低下に伴い磁場中心を移動させるべくマ
グネットを移動しなければならない。さらに融液面に対
して垂直方向上部のマグネットによって発生する磁力線
は炉の下方または上方まで洩れて磁束を発生され、これ
が炉の下部または上部に設けたセンサー類やコントロー
ル礪能を有する機器に悪影響を与えるおそれがある。ま
たマグネットが２段になるため、Ｓ４造コストが増大す
るという問題もある。
さらにまた、従来の横磁場印加の場合には、ルツボの周
方向の磁界が不均一になるという欠点がある。
方向の磁界が不均一になるという欠点がある。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、ル
ツボの外側部に磁気シールドを設けることにより原料融
液の結晶界面とルツボの内壁面との温度勾配を緩やかに
して、大口径かつ純度の高い単結晶の製造に好適な単結
晶製造装■を提供することを目的とする。
ツボの外側部に磁気シールドを設けることにより原料融
液の結晶界面とルツボの内壁面との温度勾配を緩やかに
して、大口径かつ純度の高い単結晶の製造に好適な単結
晶製造装■を提供することを目的とする。
本発明者は、ルツボの外側部に設けられた磁界発生用コ
イルによって生成される磁界内に磁気シールドを配設す
ることによって、磁力線の向きを原料融液面と略水平方
向に屈曲させ、これによりルツボ内の原料融液の温度分
布を結晶成長にとつて最適の状態にすることができるこ
とを見出した。
イルによって生成される磁界内に磁気シールドを配設す
ることによって、磁力線の向きを原料融液面と略水平方
向に屈曲させ、これによりルツボ内の原料融液の温度分
布を結晶成長にとつて最適の状態にすることができるこ
とを見出した。
本発明は、上記知見に基いてなされたものであり、より
詳しくは、高温に加熱されるルツボ内の原料融液を結晶
化し、該結晶を成長させつつ徐々にルツボから引き上げ
るようにした単結晶製造装置において、前記ルツボの外
側部に、該ルツボ内に磁界を発生させる磁界発生用コイ
ルと、該磁界発生用コイルから発生する磁力線の方向が
少なくともルツボ内の原料＠液表面近傍において該液面
に対して略水平方向に向くように該磁力線を屈曲させる
磁気シールドとが配設されてなることを特徴とするしの
である。
詳しくは、高温に加熱されるルツボ内の原料融液を結晶
化し、該結晶を成長させつつ徐々にルツボから引き上げ
るようにした単結晶製造装置において、前記ルツボの外
側部に、該ルツボ内に磁界を発生させる磁界発生用コイ
ルと、該磁界発生用コイルから発生する磁力線の方向が
少なくともルツボ内の原料＠液表面近傍において該液面
に対して略水平方向に向くように該磁力線を屈曲させる
磁気シールドとが配設されてなることを特徴とするしの
である。
以下、本発明を図面に示す一実施例に基いて詳細に説明
する。
する。
第１図において、符号１は、加熱ヒータ２によって加熱
されるルツボであって、これらは炉３内に内包されてい
る。またルツボ１内には、例えば、シリコン融液からな
る原料融液４が容れられている。単結晶体（単に単結晶
ともいう）５を引き上げる回転軸６ならびにルツボ１を
回転させる回転軸７を軸中心として磁気シールド８が設
けられ、磁気シールドの形状は、円筒状、柵状あるいは
網状のいずれであってもよく、磁力線の方向を屈曲させ
るのに有効な形状、材質が選ばれる。また、磁気シール
ドの位置は、磁界発生用コイル９によって発生する磁力
線９ａの方向が原料融液４の液表面近傍で液面と略平行
となるように配設される。
されるルツボであって、これらは炉３内に内包されてい
る。またルツボ１内には、例えば、シリコン融液からな
る原料融液４が容れられている。単結晶体（単に単結晶
ともいう）５を引き上げる回転軸６ならびにルツボ１を
回転させる回転軸７を軸中心として磁気シールド８が設
けられ、磁気シールドの形状は、円筒状、柵状あるいは
網状のいずれであってもよく、磁力線の方向を屈曲させ
るのに有効な形状、材質が選ばれる。また、磁気シール
ドの位置は、磁界発生用コイル９によって発生する磁力
線９ａの方向が原料融液４の液表面近傍で液面と略平行
となるように配設される。
磁力線の方向が最適の態様になるように、ルツボ１もし
くは磁気シールド８および（または）コイル９は上下左
右に移動できるように形成されていることが好ましい。
くは磁気シールド８および（または）コイル９は上下左
右に移動できるように形成されていることが好ましい。
磁界が第１図に示すような態様の場合、ルツボ１および
（または）単結晶５を回転軸７および（または）６をお
互いに両方向または逆方向に回転することにより、ルツ
ボ１内の原料融液４内には、第２図に示す矢示方向に循
環流が生成する。
（または）単結晶５を回転軸７および（または）６をお
互いに両方向または逆方向に回転することにより、ルツ
ボ１内の原料融液４内には、第２図に示す矢示方向に循
環流が生成する。
つまり、上記ルツボ１の底面１ａの近傍あるいは小結晶
５の界面５ａの近傍ではルツボ１ないし単結晶５の回転
による遠心力により半径方向外側の流れを生じ、また、
ルツボ１の側壁面１ｂの近傍では加熱ヒータ２により鉛
直上向きの自然対流が生じる。このような流れに対して
、磁場発生用コイル９の磁力線９ａが上記流れに対して
略直角方向の場合、融液の流れに制動がかかり、流速が
小さくなる。
５の界面５ａの近傍ではルツボ１ないし単結晶５の回転
による遠心力により半径方向外側の流れを生じ、また、
ルツボ１の側壁面１ｂの近傍では加熱ヒータ２により鉛
直上向きの自然対流が生じる。このような流れに対して
、磁場発生用コイル９の磁力線９ａが上記流れに対して
略直角方向の場合、融液の流れに制動がかかり、流速が
小さくなる。
これを数式で表すと下記の通りになる。
Ｆ−一σ■Ｂ２
Ｆ：電磁力 σ：電気伝導率。
■：融液の流速 Ｂｅｔａ束密度
このように、本発明によると、融液界面での流れはさほ
ど電磁力の影響を受けず、上記加熱ヒータ２により加熱
された融液界面は、従来の縦磁場による単結晶の引上げ
手段に比べて円滑に流れ、大きな温度勾配を作らない方
向に作用する。また、上記ルツボ１の側壁面１ｂは高温
にさらされているため、ルツボ壁面かにのコンタミネー
ションが横磁場を印加しない限り問題となるが、本発明
によると、上記側壁面１ｂ近傍の原料融液４は減速され
、これによりコンタミネーションを低減することができ
る。
ど電磁力の影響を受けず、上記加熱ヒータ２により加熱
された融液界面は、従来の縦磁場による単結晶の引上げ
手段に比べて円滑に流れ、大きな温度勾配を作らない方
向に作用する。また、上記ルツボ１の側壁面１ｂは高温
にさらされているため、ルツボ壁面かにのコンタミネー
ションが横磁場を印加しない限り問題となるが、本発明
によると、上記側壁面１ｂ近傍の原料融液４は減速され
、これによりコンタミネーションを低減することができ
る。
第３図に示される図は、本発明の装置によって生ずる原
料融液４内の！Ｉｔ！型的な等温度分布曲線を示したも
のであり、この等温度分布曲線１０ａは、上記ルツボ１
の原料融液４の界面での温度勾配が小さく、加熱ヒータ
２からむやみに加熱する必要が無いことを示している。
料融液４内の！Ｉｔ！型的な等温度分布曲線を示したも
のであり、この等温度分布曲線１０ａは、上記ルツボ１
の原料融液４の界面での温度勾配が小さく、加熱ヒータ
２からむやみに加熱する必要が無いことを示している。
また、本発明によれば一１単結晶５の海面下の温度が上
記原料融液４中のいずれの位−置でも略同じになるため
、結晶化が一層促進されるという効果がある。
記原料融液４中のいずれの位−置でも略同じになるため
、結晶化が一層促進されるという効果がある。
ところで、第１図に示す本発明の実施例は、磁束密度を
略均−にするような磁束分布になるように形成されてい
るが、第４図に示す別の実施例は、加熱ヒータ２と磁気
シールド８の配置を上下逆に構成した場合の例である。
略均−にするような磁束分布になるように形成されてい
るが、第４図に示す別の実施例は、加熱ヒータ２と磁気
シールド８の配置を上下逆に構成した場合の例である。
この例の場合、ルツボ１の回転中心部では縦磁場効果が
、またルツボ１の周辺部では横磁場効果が得られるとい
う特長がある。
、またルツボ１の周辺部では横磁場効果が得られるとい
う特長がある。
本発明の磁気シールド８は交番磁界内では渦電流損によ
り、一種の熱源となり得るため、加熱ヒータ２の代わり
、またはその補助ヒータとして適用できる。なお、図中
には示されていないが、上記磁気シールドを炉内に置く
方がいい場合もある。
り、一種の熱源となり得るため、加熱ヒータ２の代わり
、またはその補助ヒータとして適用できる。なお、図中
には示されていないが、上記磁気シールドを炉内に置く
方がいい場合もある。
さらに、底部のある磁気シールドも他の一実施例であり
、この場合、磁束を略直角に横切る面で発熱作用が大と
なり、熱源として有用である。
、この場合、磁束を略直角に横切る面で発熱作用が大と
なり、熱源として有用である。
磁場発生用コイル９は常電導の他、超Ｔｉ導あるいは永
久磁石によっても代用することができる。
久磁石によっても代用することができる。
ざらに磁力線９ａの改良のため積層鉄心を上記コイル９
の近傍に設けることもできる。
の近傍に設けることもできる。
本発明の単結晶製造装置は、磁界発生用コイルから発生
する磁力線の方向を、原料融液表面近傍において該液面
に対して略水平方向に屈曲させる磁気シールドを有して
いるので、ルツボ内の原料融液の温分布を結晶成長にと
って最適の状態にすることができ、ルツボからのコンタ
ミネーションを防止して均質にして高ＩＩＩ Ｉｆｆで
しかも大口径の単結晶を製造することができる。
する磁力線の方向を、原料融液表面近傍において該液面
に対して略水平方向に屈曲させる磁気シールドを有して
いるので、ルツボ内の原料融液の温分布を結晶成長にと
って最適の状態にすることができ、ルツボからのコンタ
ミネーションを防止して均質にして高ＩＩＩ Ｉｆｆで
しかも大口径の単結晶を製造することができる。
第１図は、本発明に係る単結晶製造装置の断面図、第２
図は、本発明のルツボ内の原料融液の流れ分布と磁力線
分布を示す図、第３図は、本発明の原料融液の等温線分
布を示す図、第４図は、本発明の他の実施例に係る単結
晶製造装置の断面図である。 １・・・ルツボ、１ａ・・・ルツボ底部、１ｂ・・・ル
ツボ側壁部、２・・・加熱ヒータ、３・・・炉、４・・
・原料融液、５・・・単結晶体、６・・・単結晶引き上
げ回転軸、７・・・ルツボ回転軸、８・・・磁気シール
ド、９・・・！１１中生用コイル、９ａ・・・磁力線、
１０ａ・・・等混線。 出願人代理人 佐 藤 −雄 第３図 第４図
図は、本発明のルツボ内の原料融液の流れ分布と磁力線
分布を示す図、第３図は、本発明の原料融液の等温線分
布を示す図、第４図は、本発明の他の実施例に係る単結
晶製造装置の断面図である。 １・・・ルツボ、１ａ・・・ルツボ底部、１ｂ・・・ル
ツボ側壁部、２・・・加熱ヒータ、３・・・炉、４・・
・原料融液、５・・・単結晶体、６・・・単結晶引き上
げ回転軸、７・・・ルツボ回転軸、８・・・磁気シール
ド、９・・・！１１中生用コイル、９ａ・・・磁力線、
１０ａ・・・等混線。 出願人代理人 佐 藤 −雄 第３図 第４図
Claims (1)
- 高温に加熱されるルツボ内の原料融液を結晶化し、該結
晶を成長させつつ徐々にルツボから引き上げるようにし
た単結晶製造装置において、前記ルツボの外側部に、該
ルツボ内に磁界を発生させる磁界発生用コイルと、該磁
界発生用コイルから発生する磁力線の方向が少なくとも
ルツボ内の原料融液表面近傍において該液面に対して略
水平方向に向くように該磁力線を屈曲させる磁気シール
ドとが配設されてなることを特徴とする、単結晶製造装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21058285A JPS6270286A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21058285A JPS6270286A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 単結晶製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270286A true JPS6270286A (ja) | 1987-03-31 |
| JPH055796B2 JPH055796B2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=16591699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21058285A Granted JPS6270286A (ja) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | 単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6270286A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| US6086671A (en) * | 1997-04-25 | 2000-07-11 | Sumitomo Sitix Corporation | Method for growing a silicon single crystal |
| US7771530B2 (en) * | 2001-01-18 | 2010-08-10 | Siltronic Ag | Process and apparatus for producing a silicon single crystal |
| JP2021046342A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | 信越半導体株式会社 | 単結晶引上げ装置および単結晶引上げ方法 |
-
1985
- 1985-09-24 JP JP21058285A patent/JPS6270286A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| US6086671A (en) * | 1997-04-25 | 2000-07-11 | Sumitomo Sitix Corporation | Method for growing a silicon single crystal |
| US7771530B2 (en) * | 2001-01-18 | 2010-08-10 | Siltronic Ag | Process and apparatus for producing a silicon single crystal |
| JP2021046342A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | 信越半導体株式会社 | 単結晶引上げ装置および単結晶引上げ方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055796B2 (ja) | 1993-01-25 |
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