JP2005330147A - 単結晶製造装置及び方法並びにシリコン単結晶 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上コイル13a及び下コイル13bは、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を製造するために、互いに逆向きの電流が流されて坩堝11に収容されたシリコン融液Mにカスプ磁場を印加する。上コイル13a及び下コイル13bが形成するカスプ磁場は、その磁場中立面NPがシリコン単結晶20の回転軸LXと対称になり且つ上方に湾曲した形状である。
【選択図】 図1
Description
ここで、前記磁場形成手段は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置(P)における前記磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように前記カスプ磁場を形成することを特徴としている。
又は、前記磁場形成手段は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記回転軸及び前記坩堝の壁位置の中間位置(MP)における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ前記中間位置における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように、前記カスプ磁場を形成することを特徴としている。
また、本発明の単結晶製造装置は、前記磁場形成手段が、前記シリコン融液の固化率に応じて前記磁場中立面の湾曲度を変化させることを特徴としている。
また、本発明の単結晶製造装置は、前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記坩堝を3min−1以下の回転速度で回転させる回転装置(15)を備え、前記磁場形成手段は、前記磁場中立面の高さ位置が固液界面(In)の下方30mmから120mmの範囲内にあり、且つ前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置での磁束密度の水平成分が0.02Tから0.09Tまでの範囲になるよう前記カスプ磁場を形成し、前記引上げ装置は、前記シリコン単結晶を12min−1以上の回転速度で前記坩堝の回転方向と逆方向に回転させつつ引き上げることを特徴としている。
更に、本発明の単結晶製造装置は、前記引上げ装置が、前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状とすることを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の単結晶製造方法は、坩堝(11)に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液(M)とし、当該シリコン融液からシリコン単結晶(20)を回転させつつ引き上げながら成長させる単結晶製造方法において、磁場中立面(NP)が前記シリコン単結晶の回転軸(LX)に対称であり且つ上方に湾曲したカスプ磁場を前記シリコン融液に印加しつつ前記シリコン単結晶を引き上げながら成長させることを特徴としている。
ここで、前記カスプ磁場は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置(P)における前記磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように形成されることを特徴としている。
又は、前記カスプ磁場は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記回転軸及び前記坩堝の壁位置の中間位置(MP)における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ前記中間位置における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように形成されることを特徴としている。
また、本発明の単結晶製造方法は、前記シリコン融液の固化率に応じて前記磁場中立面の湾曲度を変化させることを特徴としている。
また、本発明の単結晶製造方法は、前記磁場中立面の高さ位置が固液界面(In)の下方30mmから120mmの範囲内にあり、且つ前記坩堝の壁位置における磁束密度の水平成分が0.02Tから0.09Tまでの範囲になるよう前記カスプ磁場を形成し、前記坩堝を3min−1以下の回転速度で回転させるとともに、前記シリコン単結晶を12min−1以上の回転速度で前記坩堝の回転方向と逆方向に回転させながら前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴としている。
更に、本発明の単結晶製造方法は、前記固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状として前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴としている。
本発明のシリコン単結晶は、上記の何れかに記載の単結晶製造方法を用いて製造されてなることを特徴としている。
この発明によると、磁場中立面がシリコン単結晶の回転軸に対称であり且つ上方に湾曲したカスプ磁場をシリコン融液に印加しつつシリコン単結晶を引き上げながら成長させているため、坩堝の壁位置近傍の領域において鉛直方向の磁場成分が生じて同領域におけるシリコン融液の水平方向の移動が制御される。これにより、シリコン融液表面において温度の低い領域が広がって鉛直下方向に向かう下降流が促進されて坩堝中心部におけるシリコン融液の上昇流が増大し、固液界面の上凸度をより増すことができて固液界面近傍の鉛直方向における温度勾配をより大きくすることができる。この結果として、シリコン単結晶の引き上げ速度を上昇させることができ、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を効率よく製造することができる。
ここで、シリコン融液の対流を望ましい形に生じさせるためには磁場中立面の湾曲形状を制御する必要がある。このため、本発明は、前記磁場形成手段が、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように前記カスプ磁場を形成し、又は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記回転軸及び前記坩堝の壁位置の中間位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ前記中間位置における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように、前記カスプ磁場を形成している。
この発明によると、カスプ磁場は、回転軸上における磁場中立面の高さ位置と坩堝の壁位置における磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように形成され、又は、回転軸上における磁場中立面の高さ位置と回転軸及び坩堝の壁位置の中間位置における磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ中間位置における磁場中立面の高さ位置と坩堝の壁位置における磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように形成されるため、磁場の鉛直方向成分によりシリコン融液の対流が所望の形に制御され、固液界面近傍の鉛直方向における温度勾配を大きくする上で極めて好適である。
上記の無欠陥領域をシリコン単結晶の長さ方向全体に亘って形成する為には、シリコン単結晶の引き上げを開始してから終了するまで固液界面近傍の鉛直方向における大きな温度勾配を維持する必要がある。このため、本発明は、本発明の単結晶製造装置が、前記磁場形成手段が、前記シリコン融液の固化率に応じて前記磁場中立面の湾曲度を変化させている。
この発明によると、シリコン融液の固化率に応じて磁場中立面の湾曲度が変化するため、シリコン融液の固化率に応じたシリコン融液の対流制御が行われ、その結果としてシリコン単結晶の引き上げを開始してから終了するまで固液界面近傍の鉛直方向における大きな温度勾配が維持される。
上記の磁場中立面を湾曲させれば坩堝の壁位置近傍の領域において鉛直方向の磁場成分が得られて同領域におけるシリコン融液の水平方向の移動が制御され、坩堝中心部におけるシリコン融液の上昇流を増大させることができるが、固液界面近傍の鉛直方向におけるより大きな温度勾配を得るにはシリコン融液の対流をより具体的に制御する必要がある。このため、本発明は、前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記坩堝を3min−1以下の回転速度で回転させる回転装置を備え、前記磁場形成手段は、前記磁場中立面の高さ位置が固液界面の下方30mmから120mmの範囲内にあり、且つ前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置での磁束密度の水平成分が0.02Tから0.09Tまでの範囲になるよう前記カスプ磁場を形成し、前記引上げ装置は、前記シリコン単結晶を12min−1以上の回転速度で前記坩堝の回転方向と逆方向に回転させつつ引き上げている。これによりシリコン融液の対流が効果的に制御され、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を効率的に製造する上で極めて好適である。
また、本発明は、前記引上げ装置が、前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状としている。
この発明によると、固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状としてシリコン単結晶を引き上げるため、固液界面近傍の鉛直方向における温度勾配が大きくなり、高い引き上げ速度でシリコン単結晶を引き上げることができる。
h1≧10[mm] ……(1)
h2≦10[mm] ……(2)
12 ヒータ(加熱装置)
13a 上コイル(磁場形成手段)
13b 下コイル(磁場形成手段)
14 引上げ装置
15 回転装置
20 シリコン単結晶
In 固液界面
LX 回転軸
M シリコン融液
MP 中間位置
NP 磁場中立面
P 外周部(壁位置)
Claims (13)
- 坩堝に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液とする加熱装置と、前記シリコン融液からシリコン単結晶を回転させつつ引き上げながら成長させる引上げ装置とを備える単結晶製造装置において、
前記シリコン融液に印加するカスプ磁場を、磁場中立面が前記シリコン単結晶の回転軸と対称になり且つ上方に湾曲した形状に形成する磁場形成手段を備えることを特徴とする単結晶製造装置。 - 前記磁場形成手段は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように前記カスプ磁場を形成することを特徴とする請求項1記載の単結晶製造装置。
- 前記磁場形成手段は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記回転軸及び前記坩堝の壁位置の中間位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ前記中間位置における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように、前記カスプ磁場を形成することを特徴とする請求項1記載の単結晶製造装置。
- 前記磁場形成手段は、前記シリコン融液の固化率に応じて前記磁場中立面の湾曲度を変化させることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の単結晶製造装置。
- 前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記坩堝を3min−1以下の回転速度で回転させる回転装置を備え、
前記磁場形成手段は、前記磁場中立面の高さ位置が固液界面の下方30mmから120mmの範囲内にあり、且つ前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置での磁束密度の水平成分が0.02Tから0.09Tまでの範囲になるよう前記カスプ磁場を形成し、
前記引上げ装置は、前記シリコン単結晶を12min−1以上の回転速度で前記坩堝の回転方向と逆方向に回転させつつ引き上げる
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の単結晶製造装置。 - 前記引上げ装置は、前記シリコン単結晶を引き上げる際に、前記固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状とすることを特徴とする請求項5記載の単結晶製造装置。
- 坩堝に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液とし、当該シリコン融液からシリコン単結晶を回転させつつ引き上げながら成長させる単結晶製造方法において、
磁場中立面が前記シリコン単結晶の回転軸に対称であり且つ上方に湾曲したカスプ磁場を前記シリコン融液に印加しつつ前記シリコン単結晶を引き上げながら成長させることを特徴とする単結晶製造方法。 - 前記カスプ磁場は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が15mm以上となるように形成されることを特徴とする請求項7記載の単結晶製造方法。
- 前記カスプ磁場は、前記回転軸上における前記磁場中立面の高さ位置と前記回転軸及び前記坩堝の壁位置の中間位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以下となり、且つ前記中間位置における前記磁場中立面の高さ位置と前記坩堝の壁位置における前記磁場中立面の高さ位置との差が10mm以上となるように形成されることを特徴とする請求項7記載の単結晶製造方法。
- 前記シリコン融液の固化率に応じて前記磁場中立面の湾曲度を変化させることを特徴とする請求項7から請求項9の何れか一項に記載の単結晶製造方法。
- 前記磁場中立面の高さ位置が固液界面の下方30mmから120mmの範囲内にあり、且つ前記坩堝の壁位置における磁束密度の水平成分が0.02Tから0.09Tまでの範囲になるよう前記カスプ磁場を形成し、
前記坩堝を3min−1以下の回転速度で回転させるとともに、前記シリコン単結晶を12min−1以上の回転速度で前記坩堝の回転方向と逆方向に回転させながら前記シリコン単結晶を引き上げる
ことを特徴とする請求項7から請求項10の何れか一項に記載の単結晶製造方法。 - 前記固液界面の形状を周辺部に対して中央部の高さが10mmを超える上凸状として前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする請求項11記載の単結晶製造方法。
- 請求項7から請求項12の何れか一項に記載の単結晶製造方法を用いて製造されてなることを特徴とするシリコン単結晶。
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