JP2018111611A - 単結晶製造方法及び単結晶引き上げ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水平磁場印加チョクラルスキー法による単結晶製造方法であって、ヒーター4が、垂直方向の部分の上スリットの下端位置8bが垂直方向以外の部分の上スリットの下端位置8aよりも高くすなどの手段により、水平磁場の磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内で磁力線に垂直な垂直方向における石英坩堝2bの外周面の熱中心高さを、単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝2b底から湯面までの高さを100%とするとき、100%以上130%以下の高さとし、かつ、磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内であり垂直方向以外の方向における石英坩堝2bの外周面の熱中心高さを、60%以上80%以下の高さとする単結晶製造方法。
【選択図】図1
Description
・坩堝直径:32インチ(約800mm)
・原料チャージ量:400kg
・単結晶直径:306mm
・解析時点:直胴40cm時点
・磁束密度:3000Gauss
・結晶回転速度:6rpm
・坩堝回転速度:0.03rpm
・解析ソフト:FEMAG−TMF
なお、図16に示されている速度は、断面内(坩堝の直径方向)の流速であり坩堝の周方向速度は除外されている。
本発明の単結晶引き上げ装置を用いてシリコン単結晶の引き上げを行った。実施例1〜6では、垂直方向の上スリットの下端位置が垂直方向以外の上スリットの下端位置よりも高いヒーターを用いた。さらに、ヒーターの高さ位置を調整した。ヒーターのスリットの構成とヒーターの高さ位置を調整することで、垂直方向における石英坩堝の外周面の熱中心高さを、単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、100%以上130%以下の高さとした。同時に、垂直方向以外における石英坩堝の外周面の熱中心高さを、単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、60%以上80%以下の高さとした。
・坩堝直径:32インチ(約800mm)
・シリコン多結晶原料チャージ量:400kg
・シリコン単結晶直径:306mm
・磁束密度:3000Gauss
・結晶回転速度:6rpm
・坩堝回転速度:0.03rpm
垂直方向における石英坩堝の外周面の熱中心高さ及び磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内であり垂直方向以外の方向における石英坩堝の外周面の熱中心高さの少なくとも一方が本発明に規定する範囲外となるようにヒーター種類及びヒーターの高さを調整したこと以外は、実施例と同様の条件下でシリコン単結晶インゴットの引き上げを行い、実施例と同様に結晶中酸素濃度と操業性とを評価した。
3…チャンバ、 4…ヒーター、 4a…垂直方向以外のヒーター上端位置、
4b…垂直方向のヒーター上端位置、
5…磁場発生装置、 6…回転軸、 7…断熱材、
8…上スリット、 8a…垂直方向以外の上スリットの下端位置、
8b…垂直方向の上スリットの下端位置、
9…下スリット、 10…上部断熱材、 10a…上部断熱材の下端面、
11…下部断熱材。
Claims (12)
- チャンバ内に配置された黒鉛坩堝に嵌合された石英坩堝に原料を収容し、該原料を前記坩堝の周囲を取り囲むヒーターで加熱して融液とし、前記チャンバ外に前記坩堝を挟んで同軸的に対向配備した超電導コイルを有する磁場発生装置により前記融液に水平磁場を印加しつつ、前記融液に種結晶を着液して回転させながら引き上げる単結晶引き上げ装置により、単結晶インゴットを引き上げるチョクラルスキー法による単結晶製造方法であって、
前記水平磁場の磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内で該磁力線に垂直な方向における前記石英坩堝の外周面の熱中心高さを、前記単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、100%以上130%以下の高さとし、かつ、
前記磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内であり前記垂直方向以外の方向における前記石英坩堝の外周面の熱中心高さを、前記単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、60%以上80%以下の高さとすることを特徴とする単結晶製造方法。 - 前記磁場発生装置により、前記単結晶引き上げ装置の中心軸における磁束密度が1000Gauss以上の水平磁場を印加することを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造方法。
- 前記ヒーターの、前記垂直方向の部分の上スリットの下端位置を前記垂直方向以外の部分の上スリットの下端位置よりも高くするか、又は、前記垂直方向の部分のヒーター上端の位置を前記垂直方向以外の部分のヒーター上端位置よりも高くすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単結晶製造方法。
- 前記ヒーターの外周に配置される断熱材の上部に、前記垂直方向の部分の厚さが該垂直方向以外の部分よりも厚いリング状の上部断熱材を、該上部断熱材の下端面の一部が前記ヒーターの上端の上方に位置するように配置することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。
- 前記坩堝の下方に、前記垂直方向の部分の厚さが該垂直方向以外の部分の厚さよりも薄いか、又は、前記垂直方向の部分の一部に切り欠きを有する下部断熱材を配置することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。
- 前記石英坩堝の外周面の前記熱中心高さを、前記単結晶引き上げ装置の前記垂直方向の断面と前記垂直方向以外の断面について、前記単結晶引き上げ装置の構造が該単結晶引き上げ装置の中心軸に対して軸対称であると仮定し、かつ、前記融液の熱対流を無視した総合伝熱解析によって得られる温度分布から、前記石英坩堝の外周面の温度分布を抽出し、該温度分布における最高温度を示す高さ位置として求めることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。
- 前記原料をシリコン多結晶原料とし、シリコン単結晶インゴットを引き上げることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。
- 黒鉛坩堝に嵌合された石英坩堝から成る、原料を収容するための坩堝が配置されるチャンバと、前記坩堝の周囲を取り囲むよう配置され、前記原料を加熱して融液とするヒーターと、前記チャンバ外に前記坩堝を挟んで同軸的に対向配備され、前記融液に水平磁場を印加する超電導コイルを有する磁場発生装置と、を具備し、前記坩堝内の前記原料を前記ヒーターにより加熱して融液とし、該融液に前記磁場発生装置により水平磁場を印加しつつ種結晶を着液して回転させながら引き上げることで、単結晶インゴットを引き上げるチョクラルスキー法による単結晶引き上げ装置であって、
前記水平磁場の磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内で該磁力線に垂直な方向における前記石英坩堝の外周面の熱中心高さが、前記単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、100%以上130%以下の高さであり、かつ、
前記磁力線と超電導コイルの中心軸を含む水平面内であり前記垂直方向以外の方向における前記石英坩堝の外周面の熱中心高さが、前記単結晶インゴットの直胴の引上げ開始時における石英坩堝底から湯面までの高さを100%とするとき、60%以上80%以下の高さのものであることを特徴とする単結晶引き上げ装置。 - 前記磁場発生装置が、前記単結晶引き上げ装置の中心軸における磁束密度が1000Gauss以上の水平磁場を印加できるものであることを特徴とする請求項8に記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記ヒーターが、前記垂直方向の部分の上スリットの下端位置が前記垂直方向以外の部分の上スリットの下端位置よりも高いものであるか、又は、前記垂直方向の部分のヒーター上端の位置が前記垂直方向以外の部分のヒーター上端位置よりも高いものであることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記ヒーターの外周部に配置された断熱材を具備し、該断熱材の上部に、前記垂直方向の部分の厚さが該垂直方向以外の部分よりも厚いリング状の上部断熱材が、該上部断熱材の下端面の一部が前記ヒーターの上端の上方に位置するように配置されたものであることを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の単結晶引き上げ装置。
- 前記坩堝の下方に、前記垂直方向の部分の厚さが該垂直方向以外の部分の厚さよりも薄いか、又は、前記垂直方向の部分の一部に切り欠きを有する下部断熱材を具備するものであることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の単結晶引き上げ装置。
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