JP2001328895A - Method for producing single crystal and its producing device - Google Patents
Method for producing single crystal and its producing deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は単結晶の製造方法
および製造装置に関し、特に、ＭＣＺ法（磁場印加チョ
コラルスキー法）を用いて、るつぼ内に収納された半導
体融液から単結晶を製造するに際し、欠陥が少なく均一
な単結晶を得ることのできる単結晶の製造方法および製
造装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal, and more particularly to a method for producing a single crystal from a semiconductor melt contained in a crucible by using an MCZ method (Czochralski method applying a magnetic field). In this regard, the present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal capable of obtaining a uniform single crystal with few defects.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素
（ＧａＡｓ）などの半導体の単結晶を成長させる方法と
して、ＭＣＺ法が知られており、このＭＣＺ法は、特公
平２−１２９２０号公報または特開平１０−３１０４８
６号公報に記載されている。図６は従来のＭＣＺ法で用
いられる装置を示す図である。図６を参照して、従来の
単結晶引上げ装置２００では、チャンバ２０２の内部に
石英るつぼ２０３とヒータ２０４が配置されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an MCZ method has been known as a method for growing a single crystal of a semiconductor such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs). This MCZ method is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-12920 or JP-A-10-31048
No. 6 is described. FIG. 6 is a diagram showing an apparatus used in the conventional MCZ method. Referring to FIG. 6, in a conventional single crystal pulling apparatus 200, a quartz crucible 203 and a heater 204 are arranged inside a chamber 202.
【０００３】石英るつぼ２０３はチャンバ２０２の内部
のほぼ中央部に配置されている。石英るつぼ２０３はサ
セプタ２０５を介して昇降自在かつ回転自在な下軸２０
６に連結されている。この石英るつぼ２０３内には、半
導体融液（半導体単結晶の原料）２２１が貯留されてい
る。[0003] A quartz crucible 203 is arranged at a substantially central portion inside the chamber 202. The quartz crucible 203 is vertically movable and rotatable through the susceptor 205.
6. In the quartz crucible 203, a semiconductor melt (a raw material of a semiconductor single crystal) 221 is stored.
【０００４】ヒータ２０４は、半導体の原料を加熱溶融
するとともに、加熱によって生じた半導体融液２２１を
保温する。石英るつぼ２０３の周囲にヒータ２０４が設
置され、ヒータ２０４とチャンバ２０２との間にはヒー
トシールド２０７が設けられている。[0004] The heater 204 heats and melts the semiconductor raw material and keeps the temperature of the semiconductor melt 221 generated by the heating. A heater 204 is provided around the quartz crucible 203, and a heat shield 207 is provided between the heater 204 and the chamber 202.
【０００５】チャンバ２０２の上部には、単結晶引上げ
機構と、チャンバ２０２内にアルゴンガス（Ａｒ）等の
不活性ガスを導入する導入孔２０２ａが設けられてい
る。単結晶引上げ機構の一部であるワイヤ２３２は回転
しつつ上下動するように構成されている。ワイヤ２３２
の下端部には種結晶２３４が取付けられている。A single crystal pulling mechanism and an introduction hole 202a for introducing an inert gas such as an argon gas (Ar) into the chamber 202 are provided at an upper portion of the chamber 202. The wire 232, which is a part of the single crystal pulling mechanism, is configured to move up and down while rotating. Wire 232
The seed crystal 234 is attached to the lower end of the.
【０００６】チャンバ２０２の外側に１対の電磁石２９
１ａおよび２９１ｂが配置されている。電磁石２９１ａ
および２９１ｂはリング状であり、石英るつぼ２０３の
融液液面に対して等しい距離となるように、所定の距離
だけ離れて配置されている。そして、電磁石２９１ａと
電磁石２９１ｂは励起電流の向きが異なっており、同極
同士が対向する。A pair of electromagnets 29 is provided outside the chamber 202.
1a and 291b are arranged. Electromagnet 291a
And 291b have a ring shape and are arranged at a predetermined distance from the melt surface of the quartz crucible 203 so as to be at the same distance. The direction of the excitation current is different between the electromagnet 291a and the electromagnet 291b, and the same poles face each other.
【０００７】ワイヤ２３２は矢印Ｒ4で示す方向に回転
する。下軸２０６は矢印Ｒ3で示す方向に回転する。[0007] Wire 232 is rotated in the direction indicated by the arrow R 4. Lower shaft 206 rotates in the direction indicated by an arrow R 3.
【０００８】このような単結晶引上げ装置２００では、
チャンバ２０２の導入孔２０２ａからアルゴンガスを供
給するとともに、ヒータ２０４により石英るつぼ２０３
内の半導体原料を溶融し、半導体融液２２１を構成す
る。次いで、石英るつぼ２０３を下軸２０６により矢印
Ｒ3で示す方向に回転させる。種結晶２３４を逆の方向
（矢印Ｒ4で示す方向）に回転させながら引上げ、単結
晶２３５を成長させる。単結晶２３５の引上げ中には、
石英るつぼ２０３の壁面と半導体融液２２１が反応して
半導体融液２２１内に酸素が溶出する。しかしながら、
電磁石２９１ａおよび２９１ｂによりカスプ磁場が印加
されるため、石英るつぼ２０３の底面および側面の両方
に垂直な磁場成分が加わる。これにより、石英るつぼ２
０３の内壁付近の対流が抑制される。すなわち、溶解し
た酸素が石英るつぼ２０３の壁面付近に滞留するため、
さらなる酸素の溶解が起こりにくくなる。In such a single crystal pulling apparatus 200,
An argon gas is supplied from the introduction hole 202a of the chamber 202 and the quartz crucible 203 is heated by the heater 204.
The semiconductor raw material inside is melted to form a semiconductor melt 221. Then, rotating in the direction indicated the quartz crucible 203 by the lower shaft 206 in an arrow R 3. Pulled while rotating the seed crystal 234 in the opposite direction (the direction indicated by the arrow R 4), growing a single crystal 235. During the pulling of the single crystal 235,
The semiconductor melt 221 reacts with the wall surface of the quartz crucible 203 and oxygen is eluted into the semiconductor melt 221. However,
Since a cusp magnetic field is applied by the electromagnets 291a and 291b, a perpendicular magnetic field component is applied to both the bottom and side surfaces of the quartz crucible 203. Thereby, the quartz crucible 2
The convection near the inner wall of No. 03 is suppressed. That is, since the dissolved oxygen stays near the wall surface of the quartz crucible 203,
Further dissolution of oxygen is less likely to occur.
【０００９】これに対して、半導体融液２２１の液面中
央では、磁場がほぼ０となるため、表面の対流はほとん
ど抑制されず、酸素の蒸発が起こりやすくなる。その結
果、融液中の酸素濃度を減少させることがでできる。こ
のように、カスプ磁場を印加することで単結晶中の酸素
濃度をその軸方向に沿ってある程度均一となるように制
御することができる。On the other hand, at the center of the liquid surface of the semiconductor melt 221, the magnetic field is almost zero, so that convection on the surface is hardly suppressed, and oxygen is easily evaporated. As a result, the oxygen concentration in the melt can be reduced. As described above, by applying the cusp magnetic field, the oxygen concentration in the single crystal can be controlled to be uniform to some extent along the axial direction.
【００１０】また、単結晶を成長させると半導体融液２
２１が減少し、半導体融液２２１の液面も低下する。こ
れに伴い、単結晶と半導体融液との界面での磁場を０と
するために、従来の単結晶引上げ装置２００では、半導
体融液２２１の減少に伴って、下軸２０６を矢印２０６
ａで示す方向へ上昇させている。これにより、半導体融
液２２１が減少しても、半導体融液２２１と単結晶２３
５との界面近傍の磁場が０となるようにしている。When a single crystal is grown, the semiconductor melt 2
21 decreases, and the liquid level of the semiconductor melt 221 also decreases. Accordingly, in order to reduce the magnetic field at the interface between the single crystal and the semiconductor melt to zero, in the conventional single crystal pulling apparatus 200, the lower axis 206 is moved to the arrow 206 with the decrease in the semiconductor melt 221.
It is raised in the direction indicated by a. Thereby, even if the semiconductor melt 221 decreases, the semiconductor melt 221 and the single crystal 23
The magnetic field near the interface with 5 is set to 0.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
単結晶の製造方法では、単結晶２３５の成長に伴い、半
導体融液２２１の液面が低下するのを補うために、石英
るつぼ２０３が下軸２０６により上昇させられる。した
がって、下軸２０６には、石英るつぼ２０３を回転させ
る機構と上昇させる機構の２軸の機構が必要であり、シ
ステムとして複雑な機構となっていた。また、近年、引
上げる単結晶２３５のサイズが大きくなり、たとえば直
径が３００ｍｍのシリコンの単結晶を引上げる場合に
は、半導体融液２２１の質量を３００ｋｇとする必要が
あり、下軸２０６が支持する重量も増加する。そのた
め、下軸２０６のぶれを少なくするためのメンテナンス
も必要となる。As described above, in the conventional method for manufacturing a single crystal, the quartz crucible 203 is used to compensate for a decrease in the level of the semiconductor melt 221 accompanying the growth of the single crystal 235. Is raised by the lower shaft 206. Therefore, the lower shaft 206 needs a two-axis mechanism of a mechanism for rotating the quartz crucible 203 and a mechanism for raising the quartz crucible 203, and has a complicated mechanism as a system. Further, in recent years, the size of the single crystal 235 to be pulled increases, and when, for example, a single crystal of silicon having a diameter of 300 mm is pulled, the mass of the semiconductor melt 221 needs to be 300 kg, and the lower shaft 206 The weight to do also increases. Therefore, maintenance for reducing the movement of the lower shaft 206 is also required.
【００１２】さらに、単結晶引上げ工程初期のネッキン
グの際には、下軸２０６の上昇時に軸のぶれや振動があ
ると、いわゆるボールチェーンネックが発生して、良質
な単結晶の製造が困難になるという問題があった。Further, during necking in the initial stage of pulling the single crystal, if the lower shaft 206 is raised and the shaft is shaken or vibrated, a so-called ball chain neck is generated, making it difficult to produce a high quality single crystal. There was a problem of becoming.
【００１３】また、従来、単結晶の引上げが進行すると
半導体融液２２１の液面が低下する。この液面に磁場が
０の点が合わせられているため、液面が石英るつぼ２０
３の底面に近づくにつれて石英るつぼ２０３の底面付近
での磁場が小さくなる。これにより、石英るつぼ２０３
の底面付近の半導体融液２２１に対流が生じ、半導体融
液２２１中への酸素の混入が多くなる。この酸素が単結
晶２３５内に入ることにより単結晶中に欠陥が多くなる
という問題があった。Conventionally, as the pulling of a single crystal progresses, the liquid level of the semiconductor melt 221 decreases. Since the point where the magnetic field is 0 is matched to this liquid level, the liquid level is
The magnetic field near the bottom of the quartz crucible 203 becomes smaller as approaching the bottom of the crucible 203. Thereby, the quartz crucible 203
Convection occurs in the semiconductor melt 221 near the bottom of the semiconductor melt 221, and the amount of oxygen mixed into the semiconductor melt 221 increases. When oxygen enters the single crystal 235, there is a problem that defects are increased in the single crystal.
【００１４】そこで、この発明は上述のような問題点を
解決するためになされたものである。この発明の目的
は、良質な単結晶の製造が可能な単結晶の製造方法およ
びその製造装置を提供することである。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a single crystal capable of manufacturing a high-quality single crystal and an apparatus for manufacturing the same.
【００１５】また、この発明の別の目的は、簡単な機構
で単結晶の製造が可能な単結晶の製造方法および製造装
置を提供することである。Another object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing method and a single crystal manufacturing apparatus capable of manufacturing a single crystal with a simple mechanism.
【００１６】また、この発明の別の目的は、半導体融液
の液面が低下しても不純物の混入を防止することができ
る単結晶の製造方法および製造装置を提供することを目
的とするものである。Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a single crystal, which can prevent impurities from being mixed even when the liquid level of the semiconductor melt is lowered. It is.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】この発明に従った単結晶
の製造方法は、以下の工程を備える。A method for producing a single crystal according to the present invention comprises the following steps.
【００１８】（１） 容器内の半導体融液に種結晶を接
触させる工程。 （２） 種結晶を半導体融液から引上げて種結晶に単結
晶を成長させるとともに、半導体融液に接触した種結晶
と半導体融液の液面との界面の位置と、磁場が０の位置
とがほぼ一致するようにカスプ磁場を印加する工程。(1) A step of bringing a seed crystal into contact with a semiconductor melt in a container. (2) The seed crystal is pulled up from the semiconductor melt to grow a single crystal on the seed crystal, and the position of the interface between the seed crystal in contact with the semiconductor melt and the liquid surface of the semiconductor melt and the position where the magnetic field is zero are determined. And applying a cusp magnetic field such that the values substantially match.
【００１９】（３） 容器の位置をほぼ一定に保った状
態で、半導体融液の液面が低下するのに合わせて、半導
体融液に接触した単結晶と半導体融液の液面との界面の
位置と、磁場が０の位置とがほぼ一致するように磁場が
０の位置を単結晶の成長方向に沿って移動させる工程。(3) With the position of the container kept substantially constant, as the liquid level of the semiconductor melt decreases, the interface between the single crystal in contact with the semiconductor melt and the liquid level of the semiconductor melt is adjusted. Moving the position where the magnetic field is zero along the growth direction of the single crystal so that the position of the magnetic field and the position where the magnetic field is zero almost coincide with each other.
【００２０】このような工程に従った単結晶の製造方法
では、容器の位置をほぼ一定に保った状態で単結晶を成
長させるため、従来のように、容器を上昇させる際の軸
のぶれや振動が発生することがない。そのため、単結晶
引上げ工程初期のネッキングにおいて、いわゆるボール
チェーンネックの発生を防止することができ、良質な単
結晶を製造することができる。さらに、半導体融液の液
面が低下するのに合わせて単結晶と半導体融液の液面と
の界面の位置と、磁場が０の位置とがほぼ一致するよう
に磁場が０の位置を単結晶の成長方向に沿って移動させ
るため、半導体融液の液面と種結晶との界面で酸素が蒸
発する。そのため、単結晶中の不純物の濃度をほぼ一定
とすることができる。In the method of manufacturing a single crystal according to such a process, the single crystal is grown while keeping the position of the container substantially constant. No vibration occurs. Therefore, the occurrence of a so-called ball chain neck in necking in the initial stage of the single crystal pulling step can be prevented, and a high-quality single crystal can be manufactured. Further, as the liquid level of the semiconductor melt lowers, the position of the magnetic field is set so that the position of the interface between the single crystal and the liquid level of the semiconductor melt almost coincides with the position of the magnetic field. Oxygen evaporates at the interface between the liquid surface of the semiconductor melt and the seed crystal because it moves along the crystal growth direction. Therefore, the impurity concentration in the single crystal can be made substantially constant.
【００２１】また好ましくは、カスプ磁場を印加する工
程は、容器を取囲むように配置されて単結晶の成長方向
に積層された複数のコイルを用い、半導体融液の液面近
傍に位置するコイルを消磁し、半導体融液の液面上のコ
イルと半導体融液の液面下のコイルとは互いに逆向きの
磁場を発生させることを含む。Preferably, the step of applying a cusp magnetic field uses a plurality of coils that are arranged so as to surround the container and are stacked in the growth direction of the single crystal, and the coil located near the liquid surface of the semiconductor melt is used. And generating coils in opposite directions to the coil above the liquid surface of the semiconductor melt and the coil below the liquid surface of the semiconductor melt.
【００２２】この場合、複数のコイルを用いることによ
り、上述のカスプ磁場を確実に印加することができる。In this case, by using a plurality of coils, the above-mentioned cusp magnetic field can be reliably applied.
【００２３】また好ましくは、磁場が０の位置を単結晶
の成長方向に沿って移動させる工程は、半導体融液の液
面が低下するのに合わせて、消磁されたコイルの数を少
なくすることを含む。この場合、半導体融液の液面が低
下すると、半導体融液の液面と容器の底面との距離が近
くなる。半導体融液の液面の磁場がほぼ０であるため、
液面と容器の底面が近づくと、容器の底面近傍で対流が
起こりやすくなる。この対流により、容器の底面から溶
け出した酸素等の不純物が半導体液面に達し単結晶中に
不純物が混入する。これを防止するために、半導体融液
の液面が低下するのに合わせて消磁されたコイルの数を
少なくするため、半導体融液を通過する磁束の磁束密度
を大きくすることができる。その結果、半導体融液の液
面が低下するのに合わせて、半導体融液の対流を効果的
に抑制することができる。Preferably, the step of moving the position where the magnetic field is zero along the direction of growth of the single crystal includes reducing the number of demagnetized coils in accordance with a decrease in the liquid level of the semiconductor melt. including. In this case, when the liquid level of the semiconductor melt lowers, the distance between the liquid level of the semiconductor melt and the bottom of the container becomes shorter. Since the magnetic field on the liquid surface of the semiconductor melt is almost 0,
When the liquid level and the bottom surface of the container approach, convection tends to occur near the bottom surface of the container. Due to this convection, impurities such as oxygen dissolved from the bottom of the container reach the semiconductor liquid level and are mixed into the single crystal. In order to prevent this, the number of coils that are demagnetized is reduced as the liquid level of the semiconductor melt decreases, so that the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the semiconductor melt can be increased. As a result, convection of the semiconductor melt can be effectively suppressed as the liquid level of the semiconductor melt decreases.
【００２４】また好ましくは、磁場が０の位置を単結晶
の成長方向に沿って移動させる工程は、半導体融液の液
面が低下するのに合わせて、電流値がほぼ０でありかつ
消磁されたコイルの数を少なくすることを含む。Preferably, the step of moving the position where the magnetic field is zero along the growth direction of the single crystal is such that the current value is substantially zero and the demagnetization is performed in accordance with the decrease in the liquid level of the semiconductor melt. Including reducing the number of coils used.
【００２５】また好ましくは、磁場が０の位置を単結晶
の成長方向に沿って移動させる工程は、半導体融液の液
面が低下するのに合わせて、容器の壁面を通過する磁束
の磁束密度を増加させることを含む。Preferably, the step of moving the position where the magnetic field is zero along the growth direction of the single crystal is performed in accordance with a decrease in the liquid level of the semiconductor melt. Including increasing.
【００２６】また好ましくは、カスプ磁場を印加する工
程は、単結晶の成長方向に対して対称形状のカプス磁場
を印加することを含む。Preferably, the step of applying a cusp magnetic field includes applying a cubic magnetic field symmetrical with respect to the growth direction of the single crystal.
【００２７】この発明に従った単結晶の製造装置は、容
器と、引上げ手段と、磁場印加手段と、支持手段とを備
える。容器は半導体融液を保持する。引上げ手段は、一
方端に種結晶を取付可能であり、半導体融液に種結晶を
接触させた状態を保ちつつ種結晶を半導体融液から引上
げることが可能である。磁場印加手段は、半導体融液に
カスプ磁場を印加するために容器の周囲に配置される。
支持手段は、単結晶成長中に容器の位置をほぼ一定に保
つ。磁場印加手段は、容器を取囲むように配置されて単
結晶の成長方向に積層された複数のコイルを含む。An apparatus for producing a single crystal according to the present invention includes a container, pulling means, magnetic field applying means, and supporting means. The container holds the semiconductor melt. The pulling means can attach a seed crystal to one end, and can pull the seed crystal from the semiconductor melt while keeping the seed crystal in contact with the semiconductor melt. The magnetic field applying means is arranged around the container for applying a cusp magnetic field to the semiconductor melt.
The support means keeps the position of the container substantially constant during single crystal growth. The magnetic field applying means includes a plurality of coils arranged so as to surround the container and stacked in the growth direction of the single crystal.
【００２８】このように構成された単結晶の製造装置で
は、単結晶成長中に容器の位置はほぼ一定に保たれるの
で、従来のように、単結晶が成長するのに合わせて容器
が上昇しない。その結果、単結晶引上げ工程初期のネッ
キングの際に軸ぶれや振動が生じることがなく、いわゆ
るボールチェーンネックの発生を防止し、良質な単結晶
を製造することができる。さらに、容器を上昇させるた
めの機構が不要であるため、機械的な機構をより簡素化
することができる。In the single crystal manufacturing apparatus thus configured, the position of the container is kept substantially constant during the growth of the single crystal, so that the container is raised as the single crystal grows as in the conventional case. do not do. As a result, the shaft does not shake or vibrate at the time of necking in the initial stage of the single crystal pulling process, so that a so-called ball chain neck can be prevented, and a high-quality single crystal can be manufactured. Further, since a mechanism for raising the container is not required, a mechanical mechanism can be further simplified.
【００２９】また、磁場印加手段が、容器を取囲むよう
に配置されて単結晶の成長方向に積層された複数のコイ
ルを含むため、このコイルのうち、所定のコイルを消磁
し、他のコイルを励磁することにより、半導体融液近傍
の磁場を０とすることができる。さらに、半導体融液の
液面が低下するのに合わせて、その液面とほぼ同じ高さ
に位置するコイルを消磁することにより、常に、半導体
融液の液面近傍の磁場を０とすることができる。その結
果、半導体融液の対流を抑制しつつ、かつ半導体融液表
面からの不純物の蒸発を妨げず、品質の高い単結晶を製
造することができる。Further, since the magnetic field applying means includes a plurality of coils arranged so as to surround the container and stacked in the growth direction of the single crystal, a predetermined coil among these coils is demagnetized and other coils are demagnetized. , The magnetic field near the semiconductor melt can be reduced to zero. In addition, the magnetic field near the liquid surface of the semiconductor melt is always set to 0 by demagnetizing the coil located at almost the same height as the liquid surface of the semiconductor melt as the liquid surface decreases. Can be. As a result, a high-quality single crystal can be manufactured while suppressing convection of the semiconductor melt and not hindering evaporation of impurities from the surface of the semiconductor melt.
【００３０】また好ましくは、カスプ磁場を印加する複
数のコイルにおいて、半導体融液の液面近傍に位置する
コイルを消磁し、半導体融液の液面上のコイルと半導体
融液の液面下のコイルとは互いに逆向きの磁場を発生さ
せる。この場合、複数のコイルを用いて単結晶の成長方
向に対して対称形状のカスプ磁場を確実に印加すること
ができる。Preferably, in a plurality of coils to which a cusp magnetic field is applied, a coil located near a liquid surface of the semiconductor melt is demagnetized, and a coil on the liquid surface of the semiconductor melt and a coil below the liquid surface of the semiconductor melt are demagnetized. The coils generate magnetic fields in opposite directions to each other. In this case, a cusp magnetic field having a symmetric shape with respect to the growth direction of the single crystal can be reliably applied by using a plurality of coils.
【００３１】また好ましくは、コイルは酸化物超電導線
を巻線して形成される。この場合、酸化物超電導線は、
強力な磁場を発生させることができるため、半導体融液
の対流を効果的に抑制することができる。また、酸化物
超電導線は、いわゆる金属系の超電導線に比べて高温で
超電導特性を発揮するため、冷却のためのコストを低下
させることができる。その結果、低いコストで強い磁場
を確実に発生させることができ、単結晶の製造装置の製
造コストを低下させることができる。Preferably, the coil is formed by winding an oxide superconducting wire. In this case, the oxide superconducting wire is
Since a strong magnetic field can be generated, convection of the semiconductor melt can be effectively suppressed. Further, the oxide superconducting wire exhibits superconducting properties at a higher temperature than a so-called metal-based superconducting wire, so that the cost for cooling can be reduced. As a result, a strong magnetic field can be reliably generated at low cost, and the manufacturing cost of a single crystal manufacturing apparatus can be reduced.
【００３２】また好ましくは、記酸化物超電導線はパン
ケーキ状に巻線される。本発明に従った装置を実現する
ためには、単結晶の成長方向に積層され、個別に電流値
を制御できる複数のコイルが必要となる。パンケーキ状
のコイルは薄いリング状であるため積層することが可能
であり、また、上述の酸化物超電導線はパンケーキ状に
巻かれることにより容易に巻き重ねることができる。Preferably, the oxide superconducting wire is wound in a pancake shape. In order to realize the device according to the present invention, a plurality of coils that are stacked in the single crystal growth direction and that can individually control the current value are required. Since the pancake-shaped coil has a thin ring shape, it can be stacked, and the above-described oxide superconducting wire can be easily wound by being wound in a pancake shape.
【００３３】また好ましくは、複数のコイルのそれぞれ
に独立して電流を流すことが可能である。Preferably, it is possible to supply a current to each of the plurality of coils independently.
【００３４】さらに好ましくは、コイルは冷凍機により
冷却される。この場合、液体ヘリウムが必要でなくな
り、冷凍機のみで運転できるため、装置のランニングコ
ストを低減することができる。More preferably, the coil is cooled by a refrigerator. In this case, liquid helium is not required, and operation can be performed only with the refrigerator, so that the running cost of the apparatus can be reduced.
【００３５】[0035]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３６】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に従った単結晶製造装置を示す図である。図１
を参照して、この発明の実施の形態１に従った単結晶製
造装置１ａは、半導体融液２１を保持する石英るつぼ３
と、一方端に種結晶３４を取付可能であり、半導体融液
２１に種結晶３４を接触させた状態を保ちつつ種結晶３
４を半導体融液２１から引上げることが可能な引上げ手
段３０と、半導体融液２１にカスプ磁場を印加するため
に容器の周囲に配置された磁場印加手段１０１とを備え
る。磁場印加手段１０１は、石英るつぼ３を取囲むよう
に配置されて単結晶３５の成長方向に積層された複数の
コイル１０１ａ〜１０１ｊを含む。(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a single crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
Referring to, single crystal manufacturing apparatus 1 a according to the first embodiment of the present invention includes quartz crucible 3 holding semiconductor melt 21.
The seed crystal 34 can be attached to one end, and the seed crystal 3 is kept in contact with the semiconductor melt 21 while keeping the seed crystal 34 in contact therewith.
4 is provided with a pulling means 30 capable of pulling the semiconductor melt 4 from the semiconductor melt 21 and a magnetic field applying means 101 arranged around the container for applying a cusp magnetic field to the semiconductor melt 21. The magnetic field applying means 101 includes a plurality of coils 101 a to 101 j arranged so as to surround the quartz crucible 3 and stacked in the growth direction of the single crystal 35.
【００３７】単結晶製造装置１ａは、装置の中心部分に
位置するチャンバ２を有する。チャンバ２の上部に引上
げ手段３０が取付けられ、チャンバ２の内部に下軸６、
石英るつぼ３、ヒータ４およびヒートシールド７が設け
られている。The single crystal manufacturing apparatus 1a has a chamber 2 located at the center of the apparatus. The pulling means 30 is attached to the upper part of the chamber 2, and the lower shaft 6 is provided inside the chamber 2.
A quartz crucible 3, a heater 4, and a heat shield 7 are provided.
【００３８】チャンバ２を取囲むように複数のコイル１
０１ａ〜１０１ｊを積層して形成された磁場印加手段１
０１が配置される。A plurality of coils 1 surround the chamber 2
Magnetic field applying means 1 formed by laminating 01a to 101j
01 is arranged.
【００３９】チャンバ２の上部および下部には、アルゴ
ンガス等の不活性ガスを導入するための導入孔２ａおよ
び２ｂが設けられている。また、チャンバ２内の圧力は
所定の圧力に設定されることが可能である。チャンバ２
の下部は円筒状であり、チャンバ２の上部も円筒状であ
る。上部の円筒と下部の円筒では、上部の円筒の径が小
さくなっている。そのため、チャンバ２は、小径の円筒
と大径の円筒とを繋ぎ合わせたような形状となってい
る。なお、２つの円筒の中心軸はほぼ一致している。At the top and bottom of the chamber 2, there are provided introduction holes 2a and 2b for introducing an inert gas such as argon gas. Further, the pressure in the chamber 2 can be set to a predetermined pressure. Chamber 2
Is cylindrical, and the upper part of the chamber 2 is also cylindrical. In the upper cylinder and the lower cylinder, the diameter of the upper cylinder is smaller. Therefore, the chamber 2 has a shape such that a small-diameter cylinder and a large-diameter cylinder are joined. The central axes of the two cylinders are substantially coincident.
【００４０】チャンバ２の上には、引上げ手段３０を構
成するモータ３１が取付けられている。モータ３１はワ
イヤ３２に接続される。モータ３１はワイヤ３２を矢印
Ｒ1で示す方向に回転させることが可能である。また、
モータ３１は、ワイヤ３２を矢印３２ａおよび３２ｂで
示す方向に下降または上昇させることが可能である。ワ
イヤ３２の一方端にはシリコンの単結晶からなる種結晶
３４が取付けられている。なお、モータ３１と接続され
る部分については金属棒により構成し、その金属棒の先
端にワイヤを取付け、そのワイヤの先端に種結晶３４を
取付けることも可能である。ワイヤ３２は鉛直方向に沿
って、モータ３１から半導体融液２１の方向に降ろされ
る。ワイヤ３２はチャンバ２の中心軸に沿って位置決め
されている。A motor 31 constituting the pulling means 30 is mounted on the chamber 2. Motor 31 is connected to wire 32. Motor 31 can be rotated in the direction indicated wire 32 in an arrow R 1. Also,
The motor 31 is capable of lowering or raising the wire 32 in the directions indicated by arrows 32a and 32b. A seed crystal 34 made of single crystal silicon is attached to one end of the wire 32. The portion connected to the motor 31 may be formed of a metal rod, a wire may be attached to the tip of the metal rod, and the seed crystal 34 may be attached to the tip of the wire. The wire 32 is lowered from the motor 31 in the direction of the semiconductor melt 21 along the vertical direction. Wire 32 is positioned along the central axis of chamber 2.
【００４１】チャンバ２の内部には下軸６により石英る
つぼ３が支持されている。支持手段としての下軸６は、
石英るつぼ３を矢印Ｒ2で示す方向に回転して支持す
る。単結晶成長中には、石英るつぼ３の位置は下軸６に
よりほぼ一定に保たれる。下軸６の中心軸は、ワイヤ３
２の中心軸と一致している。下軸６の中心軸およびワイ
ヤ３２の中心軸は、それぞれ、チャンバ２を構成する円
筒の中心軸とも一致している。下軸６の端部に容器とし
ての石英るつぼ３が取付けられる。石英るつぼ３は椀状
または有底筒状である。石英るつぼ３の側壁は円筒形状
であり、その円筒の中心軸は下軸６の中心軸およびワイ
ヤ３２の中心軸と一致している。The quartz crucible 3 is supported by the lower shaft 6 inside the chamber 2. The lower shaft 6 as a support means is
The quartz crucible 3 is rotated in the direction indicated by the arrow R 2 support. During single crystal growth, the position of the quartz crucible 3 is kept almost constant by the lower shaft 6. The central axis of the lower shaft 6 is the wire 3
2 coincides with the central axis. The central axis of the lower shaft 6 and the central axis of the wire 32 also coincide with the central axes of the cylinders constituting the chamber 2, respectively. The quartz crucible 3 as a container is attached to the end of the lower shaft 6. The quartz crucible 3 has a bowl shape or a bottomed cylindrical shape. The side wall of the quartz crucible 3 has a cylindrical shape, and the central axis of the cylinder coincides with the central axis of the lower shaft 6 and the central axis of the wire 32.
【００４２】石英るつぼ３に取囲まれた空間にはシリコ
ンの半導体融液２１が貯留されている。半導体融液２１
は、多結晶のシリコンを融解させて形成されており、そ
の液面２１ａは、水平面である。A semiconductor melt 21 of silicon is stored in a space surrounded by the quartz crucible 3. Semiconductor melt 21
Is formed by melting polycrystalline silicon, and its liquid surface 21a is a horizontal surface.
【００４３】石英るつぼ３の外周面を取囲むようにヒー
タ４が配置されている。ヒータ４は半導体の原料を加熱
溶融するとともに、加熱によって生じた半導体融液２１
を保温する働きをする。ヒータ４は、石英るつぼ３の外
周全体を取囲むように形成される。ヒータ４に電流が流
されることにより、ヒータ４が発熱して半導体融液２１
を加熱および保温することができる。The heater 4 is arranged so as to surround the outer peripheral surface of the quartz crucible 3. The heater 4 heats and melts the semiconductor raw material, and generates the semiconductor melt 21 generated by the heating.
It works to keep warm. The heater 4 is formed so as to surround the entire outer periphery of the quartz crucible 3. When an electric current is applied to the heater 4, the heater 4 generates heat and the semiconductor melt 21 is heated.
Can be heated and kept warm.
【００４４】ヒータ４の外側には、筒状のヒートシール
ド７が設けられる。ヒートシールド７は断熱材により構
成され、半導体融液２１の熱エネルギが外部へ逃げるの
を防止する働きをするとともに、ヒータ４が発生させる
熱が外部へ逃げるのを防止する働きをする。ヒートシー
ルド７はヒータ４および石英るつぼ３に対面し、これら
を取囲むように形成されている。Outside the heater 4, a cylindrical heat shield 7 is provided. The heat shield 7 is made of a heat insulating material, and has a function of preventing heat energy of the semiconductor melt 21 from escaping to the outside, and a function of preventing heat generated by the heater 4 from escaping to the outside. The heat shield 7 faces the heater 4 and the quartz crucible 3 and is formed so as to surround them.
【００４５】チャンバ２の外部には、チャンバ２を取囲
むようなリング状のコイル１０１ａ〜１０１ｊが積層さ
れて設けられている。コイル１０１ａ〜１０１ｂの各々
は酸化物超電導線を巻線して形成される。この酸化物超
電導線としてさまざまなものが考えられるが、比較的高
温で超電導特性を示すビスマス系酸化物超電導線とする
ことが望ましい。また、コイル１０１ａの各々は、テー
プ状の酸化物超電導線をパンケーキ状に巻線して形成さ
れている。コイル１０１ａ〜１０１ｊは、図１では１０
個が積層されているが、コイルの数はこれに限られるも
のではなく、それぞれのコイルを薄くして、さらに多く
のコイルを積層してもよい。コイル１０１ａ〜１０１ｊ
は、それぞれ円形状であり、その円の内部にチャンバ２
が位置するように位置決めされる。それぞれのコイル１
０１ａ〜１０１ｊの中心軸と、下軸６の中心軸とワイヤ
３２の中心軸とは一致している。図の右側に位置するコ
イル１０１ａ〜１０１ｊと、図１の左側に位置するコイ
ル１０１ａおよび１０１ｊとはそれぞれ繋がっている。
それぞれのコイル１０１ａ〜１０１ｊはスラスト方向に
積層されている。また、これらのコイル１０１ａ〜１０
１ｊのそれぞれに独立して電流を流すことが可能であ
る。なお、コイル１０１ａ〜１０１ｊは、それぞれ冷凍
機により冷却されて超電導特性を発揮する。Outside the chamber 2, ring-shaped coils 101a to 101j surrounding the chamber 2 are stacked and provided. Each of coils 101a to 101b is formed by winding an oxide superconducting wire. Various oxide superconducting wires are conceivable, but it is desirable to use a bismuth-based oxide superconducting wire that exhibits superconductivity at a relatively high temperature. Each of the coils 101a is formed by winding a tape-shaped oxide superconducting wire in a pancake shape. The coils 101a to 101j are 10 in FIG.
Although the number of coils is stacked, the number of coils is not limited to this, and each coil may be thinned and more coils may be stacked. Coils 101a to 101j
Are circular in shape, and the chamber 2
Is positioned so as to be located. Each coil 1
The central axes of 01a to 101j, the central axis of the lower shaft 6, and the central axis of the wire 32 coincide with each other. The coils 101a to 101j located on the right side of FIG. 1 are connected to the coils 101a and 101j located on the left side of FIG.
Each of the coils 101a to 101j is stacked in the thrust direction. In addition, these coils 101a to 101a
1j can be independently supplied with current. The coils 101a to 101j are each cooled by a refrigerator and exhibit superconducting characteristics.
【００４６】図２および図３は図１で示す単結晶製造装
置１ａを用いて単結晶を製造する工程を示す図である。
図２を参照して、単結晶を製造するには、導入孔２ａお
よび２ｂからアルゴン等の不活性ガスを導入する。ヒー
タ４により半導体融液２１が一定の温度で保持される。FIGS. 2 and 3 are views showing the steps of manufacturing a single crystal using the single crystal manufacturing apparatus 1a shown in FIG.
Referring to FIG. 2, in order to produce a single crystal, an inert gas such as argon is introduced from introduction holes 2a and 2b. The semiconductor melt 21 is maintained at a constant temperature by the heater 4.
【００４７】石英るつぼ３を下軸６により矢印Ｒ2で示
す方向に回転させる。ワイヤ３２を矢印Ｒ1で示す方向
に回転させながら下降させて、石英るつぼ３内の半導体
融液２１に種結晶３４を接触させる。同時にコイル１０
１ａ〜１０１ｃおよび１０１ｆ〜１０１ｈに電流を流
す。また、コイル１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｉおよび
１０１ｊに流れる電流値はほぼ０である。１０１ａ〜１
０１ｃに流れる電流の向きと、１０１ｆ〜１０１ｈに流
れる電流の向きとは逆である。すなわち、半導体融液２
１の液面２１ａ近傍に位置するコイル１０１ｄおよび１
０１ｅは消磁される。半導体融液２１の液面２１ａ上の
コイル１０１ａ〜１０１ｃと、半導体融液２１の液面２
１ａ下のコイル１０１ｆ〜１０１ｈとは互いに逆向きの
磁場を発生させる。このカスプ磁場は、単結晶の成長方
向に対して対称形状となる。これにより、二点鎖線１５
２で示すようにカスプ磁場が生じる。このカスプ磁場に
おいて、中心点１５１での磁場は０となる。この中心点
１５１は、半導体融液２１に接触した種結晶３４と半導
体融液２１の液面２１ａの界面の位置とほぼ一致する。
ワイヤ３２を矢印Ｒ1で示す方向に回転させながら種結
晶３４を半導体融液２１から引上げて種結晶３４に単結
晶を成長させる。また、石英るつぼ３の高さは一定とさ
れ、石英るつぼ３は下軸６により矢印Ｒ2で示す方向に
回転させられる。The quartz crucible 3 is rotated by the lower shaft 6 in the direction indicated by the arrow R 2 . The wire 32 is lowered while being rotated in the direction indicated by the arrow R 1, contacting a seed crystal 34 in the semiconductor melt 21 in the quartz crucible 3. At the same time coil 10
A current is passed through 1a to 101c and 101f to 101h. The value of the current flowing through the coils 101d, 101e, 101i, and 101j is substantially zero. 101a-1
The direction of the current flowing through 01c is opposite to the direction of the current flowing through 101f to 101h. That is, the semiconductor melt 2
The coils 101d and 1 located near the liquid level 21a
01e is demagnetized. Coils 101a to 101c on liquid surface 21a of semiconductor melt 21 and liquid surface 2 of semiconductor melt 21
Magnetic fields in directions opposite to those of the coils 101f to 101h below 1a are generated. The cusp magnetic field has a symmetric shape with respect to the single crystal growth direction. Thereby, the two-dot chain line 15
As shown by 2, a cusp magnetic field is generated. In this cusp magnetic field, the magnetic field at the center point 151 is zero. The center point 151 substantially coincides with the position of the interface between the seed crystal 34 in contact with the semiconductor melt 21 and the liquid surface 21 a of the semiconductor melt 21.
While rotating in the direction indicated the wire 32 in an arrow R 1 to grow a single crystal seed crystal 34 Te pulled from the semiconductor melt 21 in the seed crystal 34. The height of the quartz crucible 3 is kept constant, the quartz crucible 3 is rotated in the direction indicated by the arrow R 2 by the lower shaft 6.
【００４８】図３を参照して、ワイヤ３２を矢印３２ｂ
で示す方向に徐々に引上げつつ、ワイヤ３２を矢印Ｒ1
で示す方向に回転させる。これにより、種結晶３４に単
結晶３５が成長する。単結晶３５が成長するのに伴い、
半導体融液２１の液面２１ａは低下する。このとき、下
軸６は石英るつぼ３の位置を一定に保ちつつ石英るつぼ
３を矢印Ｒ2で示す方向に回転させる。半導体融液２１
の液面２１ａが低下するのに合わせて、半導体融液２１
に接触した単結晶３５と半導体融液２１の液面２１ａと
の界面の位置と、磁場が０の中心点１５１とがほぼ一致
するように中心点１５１を単結晶３５の成長方向に沿っ
て移動させる。具体的には、図２で示す状態から液面２
１ａが低下すると、その液面２１ａ近傍に位置するコイ
ル１０１ｅおよび１０１ｆを消磁する。液面２１ａ上の
コイル１０１ｂ〜１０１ｄと液面２１ａ下に位置するコ
イル１０１ｇ〜１０１ｉにそれぞれ逆向きの電流を流
し、逆向きの磁場を発生させる。さらに液面２１ａが低
下すると、図３で示すように、液面２１ａ近傍に位置す
るコイル１０１ｆおよび１０１ｇを消磁する。半導体融
液２１の液面２１ａ上のコイル１０１ｃ〜１０１ｅと半
導体融液２１の液面２１ａ下のコイル１０１ｈ〜１０１
ｊにそれぞれ逆向きの電流を流し、逆向きの磁場を発生
させる。このように、液面２１ａが低下するのに合わせ
て、消磁されるコイルおよび励磁されるコイルを連続的
に変化させ、単結晶３５を製造する。Referring to FIG. 3, wire 32 is connected to arrow 32b.
While slowly pulling in the direction indicated by the wire 32 arrow R 1
Rotate in the direction indicated by. Thereby, the single crystal 35 grows on the seed crystal 34. As the single crystal 35 grows,
The liquid surface 21a of the semiconductor melt 21 drops. At this time, the lower shaft 6 rotates the quartz crucible 3 while maintaining the position of the quartz crucible 3 to be constant in the direction indicated by the arrow R 2. Semiconductor melt 21
As the liquid level 21a of the semiconductor melt 21 decreases.
The center point 151 is moved along the growth direction of the single crystal 35 so that the position of the interface between the single crystal 35 and the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21 that has come into contact with the semiconductor crystal 21 substantially coincides with the center point 151 of zero magnetic field. Let it. Specifically, from the state shown in FIG.
When 1a drops, the coils 101e and 101f located near the liquid surface 21a are demagnetized. Reverse currents are applied to the coils 101b to 101d on the liquid surface 21a and the coils 101g to 101i located below the liquid surface 21a, respectively, to generate reverse magnetic fields. When the liquid level 21a further decreases, the coils 101f and 101g located near the liquid level 21a are demagnetized as shown in FIG. Coils 101c to 101e above liquid level 21a of semiconductor melt 21 and coils 101h to 101 below liquid level 21a of semiconductor melt 21
A current in the opposite direction is supplied to j to generate a magnetic field in the opposite direction. As described above, the coil to be demagnetized and the coil to be excited are continuously changed in accordance with the decrease in the liquid level 21a, and the single crystal 35 is manufactured.
【００４９】このように構成された単結晶の製造方法お
よび製造装置では、まず、単結晶を製造させる際に、下
軸６は石英るつぼ３の位置をほぼ一定に保つ。そのた
め、従来のように、石英るつぼ６を上方向に移動させる
ための機構を必要としない。その結果、引上げ回数が増
しても、下軸６の摩耗等により軸ぶれが発生することが
ない。そのため、メンテナンス費用を削減することがで
き、装置の歩留まりを向上させることができる。In the method and apparatus for manufacturing a single crystal configured as described above, first, when the single crystal is manufactured, the position of the lower shaft 6 of the quartz crucible 3 is kept substantially constant. Therefore, unlike the related art, a mechanism for moving the quartz crucible 6 upward is not required. As a result, even if the number of times of pulling increases, shaft runout due to wear of the lower shaft 6 does not occur. Therefore, maintenance costs can be reduced, and the yield of the device can be improved.
【００５０】また、引上げ工程初期のネッキング工程で
軸ぶれや振動が生じにくくなるため、ボールチェーンネ
ック等が発生せず、良質の単結晶を製造することができ
る。In addition, since shaft deflection and vibration hardly occur in the necking step at the initial stage of the pulling step, a high-quality single crystal can be produced without generating a ball chain neck or the like.
【００５１】さらに、コイル１０１ａ〜１０１ｊは、酸
化物超電導線により構成される。この酸化物超電導線に
より構成されるコイルは、比較的高温で強力な磁場を発
生させることができるため、上述の単結晶製造装置１ａ
を低いコストで運転することが可能となる。Further, the coils 101a to 101j are constituted by oxide superconducting wires. Since the coil constituted by the oxide superconducting wire can generate a strong magnetic field at a relatively high temperature, the above-described single crystal manufacturing apparatus 1a
Can be operated at low cost.
【００５２】さらに、従来の方法では、半導体融液のう
ち、単結晶として引上げることができるものは７０％程
度であるのに対し、本発明では、７５％〜８０％の半導
体融液を引上げて単結晶を製造することができるため、
半導体融液の大部分を単結晶とすることができるという
効果がある。In the conventional method, about 70% of the semiconductor melt can be pulled as a single crystal, whereas in the present invention, 75% to 80% of the semiconductor melt is pulled. To produce a single crystal,
There is an effect that most of the semiconductor melt can be made into a single crystal.
【００５３】（実施の形態２）図４は、この発明の実施
の形態２に従った単結晶製造装置を示す図である。図４
を参照して、この発明の実施の形態２に従った単結晶製
造装置１ｂでは、磁場印加手段２０１の構造が図１で示
す単結晶製造装置１ａと異なる。すなわち、実施の形態
２に従った単結晶製造装置１ｂでは、磁場印加手段２０
１が、２０個のリング状のコイル２０１ａ〜２０１ｖに
より構成されている。それぞれのコイル２０１ａ〜２０
１ｖは、図１で示すコイル１０１ａ〜１０１ｊの厚みを
薄くしたものである。これらのコイル２０１ａ〜２０１
ｖは、酸化物超電導線をパンケーキ状に巻線して構成さ
れている。また、それぞれのコイル２０１ａ〜２０１ｖ
に独立して電流を流すことが可能であり、これらのコイ
ル２０１ａ〜２０１ｖは冷凍機により冷却されている。(Second Embodiment) FIG. 4 is a diagram showing a single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG.
Referring to, in single crystal manufacturing apparatus 1b according to the second embodiment of the present invention, the structure of magnetic field applying means 201 is different from single crystal manufacturing apparatus 1a shown in FIG. That is, in single crystal manufacturing apparatus 1b according to the second embodiment,
1 is composed of 20 ring-shaped coils 201a to 201v. Each coil 201a-20
1v is obtained by reducing the thickness of the coils 101a to 101j shown in FIG. These coils 201a to 201
v is configured by winding an oxide superconducting wire in a pancake shape. Also, each of the coils 201a to 201v
The coils 201a to 201v can be cooled independently by a refrigerator.
【００５４】このような装置を用いて単結晶を製造する
場合には、単結晶を製造するには、導入孔２ａおよび２
ｂからアルゴン等の不活性ガスを導入する。ヒータ４に
より半導体融液２１が一定の温度で保持される。When a single crystal is produced using such an apparatus, the production of the single crystal requires the introduction holes 2a and 2a.
An inert gas such as argon is introduced from b. The semiconductor melt 21 is maintained at a constant temperature by the heater 4.
【００５５】石英るつぼ３を下軸６により矢印Ｒ2で示
す方向に回転させる。ワイヤ３２を矢印Ｒ1で示す方向
に回転させながら下降させて、石英るつぼ３内の半導体
融液２１に種結晶３４を接触させる。このとき、半導体
融液２１に接触した種結晶３４と半導体融液２１の液面
２１ａの位置と、磁場が０の中心点１５１の位置がほぼ
一致するようにカスプ磁場を印加する。具体的には、半
導体融液２１の液面２１ａ近傍に位置するコイル２０１
ｅ〜２０１ｎに流れる電流値をほぼ０としてこれらのコ
イル２０１ｅ〜２０１ｎを消磁する。また、半導体融液
２１の液面２１ａ上に位置するコイル２０１ａ〜２０１
ｄと、半導体融液２１の液面２１ａ下側に位置するコイ
ル２０１ｐ〜２０１ｓとにそれぞれ逆向きの電流を流す
ことにより、逆向きの磁場を発生させる。これにより、
二点鎖線１５２で示すカスプ磁場の中心点１５１で磁場
が０となり、この中心点１５１が半導体融液２１に接触
した種結晶３４と半導体融液２１の液面２１ａとの界面
近傍に位置する。この状態でワイヤ３２を矢印Ｒ1で示
す方向に回転させながら種結晶３４を引上げる。The quartz crucible 3 is rotated by the lower shaft 6 in the direction indicated by the arrow R 2 . The wire 32 is lowered while being rotated in the direction indicated by the arrow R 1, contacting a seed crystal 34 in the semiconductor melt 21 in the quartz crucible 3. At this time, a cusp magnetic field is applied so that the position of the seed crystal 34 in contact with the semiconductor melt 21 and the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21 substantially coincide with the position of the center point 151 where the magnetic field is zero. Specifically, the coil 201 located near the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21
These coils 201e to 201n are demagnetized by setting the value of the current flowing to the coils e to 201n to substantially zero. Further, the coils 201 a to 201 located on the liquid surface 21 a of the semiconductor melt 21.
By passing currents in opposite directions to d and the coils 201p to 201s located below the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21, respectively, an opposite magnetic field is generated. This allows
The magnetic field becomes zero at the center point 151 of the cusp magnetic field indicated by the two-dot chain line 152, and the center point 151 is located near the interface between the seed crystal 34 in contact with the semiconductor melt 21 and the liquid surface 21 a of the semiconductor melt 21. Pulling the seed crystal 34 while rotating in the direction indicated the wire 32 in an arrow R 1 in this state.
【００５６】図５を参照して、単結晶３５を成長させる
と半導体融液２１の２１ａが低下する。これに伴い、半
導体融液２１に接触した単結晶３５と半導体融液２１の
液面２１ａとの界面の位置と、磁場が０であるカスプ磁
場の中心点１５１とがほぼ一致するように中心点１５１
を単結晶３５の成長方向に沿って移動させる。具体的に
は、実施の形態１と同様に、消磁されたコイルの中心点
を液面２１ａが低下するのにあわせて低下させる。つま
り、図４で示す状態から液面２１ａが低下すると、コイ
ル２０１ｆ〜２０１ｎを消磁する。液面２１ａ上のコイ
ル２０１ａ〜２０１ｅと液面２１ａの下側に位置するコ
イル２０１ｐ〜２０１ｔにそれぞれ逆向きの電流を流す
ことにより逆向きの磁場を発生させる。液面２１ａがさ
らに低下すると、コイル２０１ｇ〜２０１ｎを消磁す
る。液面２１ａ上のコイル２０１ａ〜２０１ｆと液面２
１ａの下のコイル２０１ｐ〜２０１ｕにそれぞれ逆向き
の電流を流すことにより逆向きの磁場を発生させる。こ
のような工程を繰り返し、図５で示す位置まで液面２１
ａが低下すると、液面２１ａ近傍に位置するコイル２０
１ｎに流れる電流値をほぼ０としてコイル２０１ｎを消
磁する。また、液面２１ａ上のコイル２０１ｆ〜２０１
ｍと液面２１ａの下のコイル２０１ｐ〜２０１ｖにそれ
ぞれ逆向きの電流を流すことにより逆向きの磁場を発生
させる。このとき、半導体融液２１の液面２１ａが低下
するのに合わせて、消磁されたコイルの数は少なくされ
る。つまり、半導体融液２１の液面２１ａが低下するの
に合わせて、電流値がほぼ０でありかつ消磁されたコイ
ルの数が少なくなる。これにより、半導体融液２１の液
面２１ａが低下するのに合わせて石英るつぼ３の壁面を
通過する磁束の磁束密度は増加する。以上の工程に従っ
て、単結晶３５を製造することができる。Referring to FIG. 5, when single crystal 35 is grown, 21a of semiconductor melt 21 decreases. Accordingly, the position of the interface between the single crystal 35 in contact with the semiconductor melt 21 and the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21 is substantially equal to the center point 151 of the cusp magnetic field where the magnetic field is zero. 151
Is moved along the growth direction of the single crystal 35. Specifically, similarly to the first embodiment, the center point of the degaussed coil is lowered in accordance with the decrease in the liquid level 21a. That is, when the liquid level 21a drops from the state shown in FIG. 4, the coils 201f to 201n are demagnetized. Reverse-direction magnetic fields are generated by flowing reverse-direction currents through the coils 201a to 201e on the liquid surface 21a and the coils 201p to 201t located below the liquid surface 21a. When the liquid level 21a further decreases, the coils 201g to 201n are demagnetized. Coil 201a-201f on liquid level 21a and liquid level 2
A reverse magnetic field is generated by flowing reverse currents through the coils 201p to 201u below 1a, respectively. These steps are repeated until the liquid level 21 reaches the position shown in FIG.
a decreases, the coil 20 located near the liquid level 21a
The value of the current flowing through 1n is set to almost 0, and the coil 201n is demagnetized. Also, the coils 201f to 201 on the liquid level 21a
A reverse magnetic field is generated by flowing currents in opposite directions to the coils 201p to 201v below the liquid level 21a and the liquid surface 21a, respectively. At this time, as the liquid level 21a of the semiconductor melt 21 decreases, the number of demagnetized coils is reduced. That is, as the liquid level 21a of the semiconductor melt 21 decreases, the current value is substantially zero and the number of degaussed coils decreases. Accordingly, the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the wall surface of the quartz crucible 3 increases as the liquid surface 21a of the semiconductor melt 21 decreases. According to the above steps, the single crystal 35 can be manufactured.
【００５７】以上のような単結晶の製造方法および製造
装置に従えば、まず、実施の形態１で示した単結晶の製
造方法および製造装置と同様の効果がある。According to the method and apparatus for manufacturing a single crystal as described above, the same effects as those of the method and apparatus for manufacturing a single crystal described in the first embodiment can be obtained.
【００５８】さらに、図５で示すように、半導体融液２
１の量が低下すると、磁場がほぼ０である液面２１ａの
点と石英るつぼ３の底面との距離が小さくなる。そのた
め、図５で示す状態では、半導体融液２１に対流が生じ
やすい。対流を防止するためには、半導体融液２１の量
が少なくなるに従って、半導体融液２１に印加する磁場
を強くする必要がある。この実施の形態では、半導体融
液２１の液面２１ａが低下するのに合わせて、石英るつ
ぼ３の壁面を通過する磁束密度を増加させているため、
より半導体融液２１の対流を防止することができる。そ
の結果、半導体融液の量が少なくなっても半導体融液２
１への酸素の混入を防止することができ、品質の高い単
結晶を製造することができる。Further, as shown in FIG.
When the amount of 1 decreases, the distance between the point on the liquid surface 21a where the magnetic field is almost 0 and the bottom surface of the quartz crucible 3 decreases. Therefore, in the state shown in FIG. 5, convection easily occurs in the semiconductor melt 21. In order to prevent convection, it is necessary to increase the magnetic field applied to the semiconductor melt 21 as the amount of the semiconductor melt 21 decreases. In this embodiment, as the liquid level 21a of the semiconductor melt 21 decreases, the magnetic flux density passing through the wall surface of the quartz crucible 3 is increased.
The convection of the semiconductor melt 21 can be further prevented. As a result, even if the amount of the semiconductor melt decreases, the semiconductor melt 2
1 can be prevented from being mixed with oxygen, and a high-quality single crystal can be manufactured.
【００５９】以上、この発明の実施の形態について説明
したが、ここで示した実施の形態はさまざまなに変形す
ることが可能である。まず、単結晶の製造方法として、
シリコン単結晶の製造方法について説明したが、これに
限られるものではなく、ガリウム砒素やインジウムリン
等の化合物半導体の単結晶の製造方法に本発明を用いて
もよい。また、半導体融液２２１には、所定の不純物が
少量ドープされていてもよい。Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment shown here can be variously modified. First, as a method of manufacturing a single crystal,
Although the method for manufacturing a silicon single crystal has been described, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to a method for manufacturing a single crystal of a compound semiconductor such as gallium arsenide or indium phosphide. The semiconductor melt 221 may be doped with a predetermined impurity in a small amount.
【００６０】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
【００６１】[0061]
【発明の効果】この発明に従えば、品質の高い単結晶を
低コストでかつ確実に製造することができる。According to the present invention, a high-quality single crystal can be reliably manufactured at low cost.
【図１】 この発明の実施の形態１に従った単結晶製造
装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の実施の形態１に従った単結晶の製
造方法の第１工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first step of the method for producing a single crystal according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の実施の形態１に従った単結晶の製
造方法の第２工程を示す図である。FIG. 3 is a view showing a second step of the method for producing a single crystal according to the first embodiment of the present invention.
【図４】 この発明の実施の形態２に従った単結晶製造
装置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図５】 この発明の実施の形態２に従った単結晶の製
造方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for illustrating a method for producing a single crystal according to a second embodiment of the present invention.
【図６】 従来の単結晶の製造装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional single crystal manufacturing apparatus.
１ａ，１ｂ 単結晶製造装置、３ 石英るつぼ、２１
半導体融液、２１ａ液面、３０ 引上げ手段、３１ モ
ータ、３２ ワイヤ、３４ 種結晶、３５単結晶、１０
１，２０１ 磁場印加手段、１０１ａ〜１０１ｊ，２０
１ａ〜２０１ｖ コイル。1a, 1b Single crystal manufacturing apparatus, 3 quartz crucible, 21
Semiconductor melt, 21a liquid level, 30 pulling means, 31 motor, 32 wire, 34 seed crystal, 35 single crystal, 10
1,201 Magnetic field applying means, 101a to 101j, 20
1a-201v coil.
Claims (12)
る工程と、 種結晶を半導体融液から引上げて種結晶に単結晶を成長
させるとともに、半導体融液に接触した種結晶と半導体
融液の液面との界面の位置と、磁場が０の位置とがほぼ
一致するようにカスプ磁場を印加する工程と、 前記容器の位置をほぼ一定に保った状態で、半導体融液
の液面が低下するのに合わせて、半導体融液に接触した
単結晶と半導体融液の液面との界面の位置と、磁場が０
の位置とがほぼ一致するように磁場が０の位置を単結晶
の成長方向に沿って移動させる工程とを備えた、単結晶
の製造方法。A step of bringing a seed crystal into contact with the semiconductor melt in the container, growing the seed crystal from the semiconductor melt to grow a single crystal in the seed crystal, and contacting the seed crystal with the semiconductor melt in contact with the semiconductor melt. Applying a cusp magnetic field such that the position of the interface with the liquid surface of the liquid and the position of the magnetic field are substantially equal to each other; and, while maintaining the position of the container substantially constant, the liquid surface of the semiconductor melt And the position of the interface between the single crystal in contact with the semiconductor melt and the liquid surface of the semiconductor melt and the magnetic field become zero.
Moving the position where the magnetic field is zero along the growth direction of the single crystal so that the position almost coincides with the position of the single crystal.
容器を取囲むように配置されて単結晶の成長方向に積層
された複数のコイルを用い、半導体融液の液面近傍に位
置する前記コイルを消磁し、半導体融液の液面上の前記
コイルと半導体融液の液面下の前記コイルとは互いに逆
向きの磁場を発生させることを含む、請求項１に記載の
単結晶の製造方法。2. The method of applying a cusp magnetic field, comprising: using a plurality of coils arranged so as to surround the container and stacked in a growth direction of a single crystal, wherein the plurality of coils are positioned near a liquid surface of a semiconductor melt. 2. The production of a single crystal according to claim 1, comprising demagnetizing a coil, wherein the coil on the liquid surface of the semiconductor melt and the coil on the liquid surface of the semiconductor melt generate mutually opposite magnetic fields. Method.
に沿って移動させる工程は、半導体融液の液面が低下す
るのに合わせて、消磁された前記コイルの数を少なくす
ることを含む、請求項２に記載の単結晶の製造方法。3. The step of moving the position where the magnetic field is 0 along the direction of growth of the single crystal includes reducing the number of degaussed coils as the liquid level of the semiconductor melt decreases. The method for producing a single crystal according to claim 2, comprising:
に沿って移動させる工程は、半導体融液の液面が低下す
るのに合わせて、電流値がほぼ０でありかつ消磁された
前記コイルの数を少なくすることを含む、請求項３に記
載の単結晶の製造方法。4. The step of moving the position where the magnetic field is 0 along the growth direction of the single crystal in the step of moving the position where the current value is almost 0 and demagnetizing as the liquid level of the semiconductor melt decreases. 4. The method for producing a single crystal according to claim 3, comprising reducing the number of coils.
に沿って移動させる工程は、半導体融液の液面が低下す
るのに合わせて、容器の壁面を通過する磁束の磁束密度
を増加させることを含む、請求項１から４のいずれか１
項に記載の単結晶の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the step of moving the position where the magnetic field is zero along the direction of growth of the single crystal comprises: changing a magnetic flux density of a magnetic flux passing through a wall surface of the container as the liquid level of the semiconductor melt decreases. 5. Any one of claims 1 to 4, including increasing.
13. The method for producing a single crystal according to the above item.
晶の成長方向に対して対称形状のカプス磁場を印加する
ことを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の単
結晶の製造方法。6. The single crystal according to claim 1, wherein the step of applying a cusp magnetic field includes applying a cubic magnetic field having a symmetric shape with respect to a growth direction of the single crystal. Production method.
液に種結晶を接触させた状態を保ちつつ種結晶を半導体
融液から引上げることが可能な引上げ手段と、 前記半導体融液にカスプ磁場を与えるために前記容器の
周囲に配置された磁場印加手段と、 単結晶成長中に前記容器の位置をほぼ一定に保つ支持手
段とを備え、 前記磁場印加手段は、前記容器を取囲むように配置され
て単結晶の成長方向に積層された複数のコイルを含む、
単結晶の製造装置。7. A container for holding a semiconductor melt, and a seed crystal can be attached to one end, and the seed crystal is pulled up from the semiconductor melt while keeping the seed crystal in contact with the semiconductor melt. Pulling means capable of applying a cusp magnetic field to the semiconductor melt, a magnetic field applying means arranged around the container, and supporting means for keeping the position of the container substantially constant during single crystal growth. The magnetic field applying means includes a plurality of coils arranged so as to surround the container and stacked in a single crystal growth direction,
Single crystal manufacturing equipment.
イルは、半導体融液の液面近傍に位置する前記コイルを
消磁し、半導体融液の液面上の前記コイルと半導体融液
の液面下の前記コイルとは互いに逆向きの磁場を発生さ
せるように構成されている、請求項７に記載の単結晶の
製造装置。8. The plurality of coils for applying the cusp magnetic field demagnetize the coils located near the liquid surface of the semiconductor melt, and the coils on the liquid surface of the semiconductor melt and the liquid surface of the semiconductor melt. The apparatus for producing a single crystal according to claim 7, wherein the apparatus is configured to generate a magnetic field in a direction opposite to that of the lower coil.
る、請求項７または８に記載の単結晶の製造方法。9. The method for producing a single crystal according to claim 7, wherein the coil is a winding of an oxide superconducting wire.
巻かれた巻線である、請求項９に記載の単結晶の製造装
置。10. The apparatus for producing a single crystal according to claim 9, wherein said oxide superconducting wire is a winding wound in a pancake shape.
て電流を流すことが可能である、請求項９または１０に
記載の単結晶の製造装置。11. The apparatus for producing a single crystal according to claim 9, wherein a current can be supplied to each of the plurality of coils independently.
る、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の単結晶の製
造装置。12. The apparatus for producing a single crystal according to claim 9, wherein said coil is cooled by a refrigerator.
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|---|---|---|---|---|
| JP2004165538A (en) * | 2002-11-15 | 2004-06-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Superconducting magnet device |
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