JP2547105B2 - 半導体単結晶引上装置 - Google Patents

半導体単結晶引上装置

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JP2547105B2
JP2547105B2 JP1341236A JP34123689A JP2547105B2 JP 2547105 B2 JP2547105 B2 JP 2547105B2 JP 1341236 A JP1341236 A JP 1341236A JP 34123689 A JP34123689 A JP 34123689A JP 2547105 B2 JP2547105 B2 JP 2547105B2
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【発明の詳細な説明】 (1)発明の目的 [産業上の利用分野] 本発明、引上炉に収容されたルツボ装置の周囲に対し
て加熱用ヒータが配設されておりかつ引上炉の周囲に磁
界発生装置が配設されてなる半導体単結晶引上装置に関
し、特に、ルツボ装置及び加熱用ヒータが回転せしめら
れてなる半導体単結晶引上装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、この種の半導体単結晶引上装置としては、引上
炉の外部に配設された適宜の磁界発生装置(たとえば超
伝導コイルもしくは常伝導コイル)によってルツボ装置
の配置位置に磁界を形成することにより、ルツボ装置の
回転と相俟ってルツボ装置に収容された溶融半導体材料
中に対流を均一化せしめ、その熔融半導体材料から引上
げられる半導体単結晶中の酸素濃度を均一化して後続の
熱処理工程で微小な結晶欠陥に成長する潜在核の存在率
を調節せしめてなるものが提案されていた。
また、実開昭59−83977号公報に示されるように引上
げ法単結晶製造に際して、直流強磁界を印加しながら導
電性融液から結晶を引上げる構成とした結晶製造炉にお
いて、融液を収容するルツボと、該ルツボを加熱するた
めに、該ルツボを囲むように配置した円筒状発熱体との
間に、任意の速度で回転可能な均熱回転円筒を設けたこ
とを特徴とする結晶製造装置が提案されていた。
しかしながら、前者の半導体単結晶引上装置では、引
上炉の外部に配設された磁界発生装置によってルツボ装
置の配置位置に磁界を形成していた関係上、ルツボ装置
をなるべく低速度(好ましくは0.1回/分以下の回転速
度)で回転せしめる必要があったので、(i)加熱用ヒ
ータによる発熱ムラあるいは発熱ユラギがルツボ装置内
の熔融半導体材料中に温度ユラギを生じ不均一な対流を
発生せしめてしまう欠点があり、ひいては(ii)半導体
単結晶の無転位化率が低下してしまう欠点があった。
また後者にあっては、円筒状発熱体とルツボとの間に
均熱回転円筒が設けられているため、発熱体からの熱を
ルツボに有効に伝達できないという欠点があった。即
ち、均熱回転円筒は円筒状発熱体からの熱の供給に対し
て遮熱する作用を有するため、ルツボ内のシリコン融液
を加熱するための熱効率を低下させるものであった。ま
た、均熱回転円筒が設けられているため、円筒状発熱体
の径が大きくなり、装置が大型化するという欠点があっ
た。更には、ルツボが回転しないために、融液表面の径
方向の温度勾配を大きくすることができないという欠点
があった。即ち、ルツボが回転しないことにより、融液
表面の温度勾配が緩やかになりすぎ、所望の直径の結晶
を育成することが極めて困難になるという欠点があっ
た。
加えて、ルツボが回転しないために、熔融半導体材料
から引上げられる半導体単結晶中の酸素濃度を均一化で
きないという欠点があった。
そこで、本発明は、前者及び後者の有するこれらの欠
点を除去するために、ルツボ装置及び加熱用ヒータを回
転せしめてなる半導体単結晶引上装置を提供せんとする
ものである。
(2)発明の構成 [問題点の解決手段] 本発明により提供される問題点の解決手段は、 「引上炉に収容されたルツボ装置の周囲に対して加熱
用ヒータが配設されておりかつ引上炉の周囲に磁界発生
装置が配設されてなる半導体単結晶引上装置において、
ルツボ装置が回転されると共に、加熱用ヒータが回転さ
れてなることを特徴とする半導体単結晶引上装置」であ
る。
[作用] 本発明にかかる半導体単結晶引上装置は、上述の[問
題点の解決手段]に明示したごとく、引上炉に収容され
たルツボ装置の周囲に対して加熱用ヒータが配設されか
つ引上炉の周囲に磁界発生装置が配設されており、ルツ
ボ装置及び加熱用ヒータが回転されてなるので、 (i)加熱用ヒータにおける発熱ムラないし発熱ユラギ
がルツボ装置に収容された熔融半導体材料中に温度ユラ
ギを生じて対流を不均一することを抑制する作用 (ii)半導体単結晶の無転位化率を向上せしめる作用 (iii)半導体単結晶中の酸素濃度を均一化せしめる作
用 (iv)加熱ヒータからの熱を能率よくルツボに伝達させ
る作用 (v)半導体単結晶引上装置全体を小型化する作用 (vi)所望の直径を有する結晶を育成する作用 をなす。
[実施例] 次に、本発明にかかる半導体単結晶引上装置につい
て、その好ましい実施例を挙げ、添付図面を参照しつ
つ、具体的に説明する。しかしながら、以下に説明する
実施例は、本発明の理解を容易化ないし促進化するため
に記載されるものであって、本発明を限定するために記
載されるものではない。換言すれば、以下に説明される
実施例において開示される各要素は、本発明の精神なら
びに技術的範囲に属する全ての設計変更ならびに均等物
置換を含むものである。
(添付図面の説明) 第1図は、本発明にかかる半導体単結晶引上装置の一
実施例を示すための断面図である。
(実施例の構成) まず、第1図を参照しつつ、本発明にかかる半導体単
結晶引上装置の一実施例について、その構成を詳細に説
明する。
10は、本発明にかかる半導体単結晶引上装置であっ
て、引上チャンバ(図示せず)に連通された引上孔21が
上底部に対して形成されかつ排気手段としての真空ポン
プ(図示せず)に連通された排気管22が下底部の外周部
23Aに対して開口された引上炉20と、引上炉20の内部空
間に対して配設されており半導体材料を保持して熔融
(熔融された半導体材料を“溶融半導体材料W"という)
せしめるためのルツボ装置30と、ルツボ装置30の周囲に
対し回転可能に配置されておりルツボ装置30に収容され
た半導体材料を加熱して溶融するための加熱用ヒータ40
と、引上炉20の外側に配設されておりルツボ装置30に収
容された熔融半導体材料Wに対し適宜の磁界を与えるた
めの磁界発生装置50とを備えている。
引上炉20は、引上孔21を介して引上チャンバから延長
されており先端部に取付けられた半導体種結晶(図示せ
ず)をルツボ装置30中の熔融半導体材料Wに浸漬せしめ
たのち半導体単結晶Mを引上げるために緩徐に引上げて
なる引上用線部材21Aと、下底部の外周部23Aおよび中央
部23Bに対してそれぞれベアリング23a,23bを介して回転
可能に配設された環状部23Cと、ベアリング23a,23bの上
側に配設されておりベアリング23a,23bを介して内部に
ダストならびに外気が侵入することを防止するための環
状シール部材24A,24Bとを包有している。
ルツボ装置30は、熔融半導体材料Wを収容するための
石英ルツボ31と、石英ルツボ31を包囲するための黒鉛ル
ツボ32と、黒鉛ルツボ32の下面に連結され引上炉20の下
底部の中央部23Bに配設されスラストベアリング23cを介
して外部へ延長された回転シャフト33と、回転シャフト
33の他端部に配設されており熔融半導体材料W中の対流
を均一化するために石英ルツボ31および黒鉛ルツボ32を
緩徐に(好ましくは0.1回/分以下の回転速度で)回転
せしめかつ熔融半導体材料Wの液面高さを維持するため
に石英ルツボ31および黒鉛ルツボ32を昇降せしめるため
のルツボ回転昇降装置34とを包有している。
加熱用ヒータ40は、ルツボ装置30を回転可能に包囲し
ており発熱してルツボ装置30を加熱するためのヒータ本
体41と、ヒータ本体41の下部を支持しかつ引上炉20の下
底部の環状部23Cを貫通して外部へ延長されたヒータ保
持体42と、ヒータ保持体42に連結されており周面に対し
歯車43aが形成されたヒータ回転体43と、ヒータ回転体4
3の歯車43aに対して出力軸44aの歯車44bが噛み合わされ
ておりヒータ本体41を所望の回転速度(すなわち0.01〜
20回/分の回転速度;好ましくは1〜10回/分の回転速
度)で回転せしめるためのヒータ回転駆動源44と、回転
シャフト33の周囲に配置されておりヒータ保持体42にそ
ってヒータ本体41から延長された引出線41a,41bにそれ
ぞれ接続されたスリップリング45A,45Bと、回転シャフ
ト33の周囲に配置されかつスリップリング45A,45Bに対
して接触され回転シャフト33に対してスラスト方向およ
び回転方向に関し相対移動可能な固定リング45a,45bに
対しそれぞれ接続線46a,46bを介して接続された加熱電
源46とを包有している。ヒータ本体41が0.01回/分以上
の回転速度で回転される根拠は、0.01回/分未満の回転
速度では半導体単結晶Mの無転位化率を実質的に改善で
きないことにある。これに対し、ヒータ本体41が20回/
分以下の回転速度で回転される根拠は、20回/分を超え
る回転速度ではヒータ本体41の回転に伴なう機械的振動
の影響が大きくなって半導体単結晶Mの無転位化率が悪
化してしまうことにある。ちなみに、無転位化率とは、
ルツボ装置30に収容された半導体材料の重量に対する半
導体単結晶の無転位部分の重量の比率をいう。
磁界発生装置50は、周知の構造から所望に応じて選択
すればよいが、たとえば、引上炉20の外側近傍に配設さ
れた鉄芯51と、鉄芯51に巻回されたコイル52とを包有し
ておればよい。
(実施例の作用) 更に、第1図を参照しつつ、本発明にかかる半導体単
結晶引上装置の一実施例について、その作用を詳細に説
明する。
引上炉20を開放し、ルツボ装置30の石英ルツボ31中に
半導体材料(たとえばシリコン材料)を適当量だけ収容
する。
引上炉20を閉鎖し、引上炉20中の真空度が10〜20Torr
となるまで、排気手段(図示せず)によって排気管22か
ら矢印A方向に向けて排気する。
引上炉20には、排気がある程度まで進行したのち、引
上チャンバおよび引上孔21を介して不活性ガス源から不
活性ガス(たとえばアルゴンガス)を矢印B1方向に供給
し始める。引上炉20では、不活性ガスが矢印B21,B22;B
31,B32で示すごとく、ルツボ装置30の周囲および加熱用
ヒータ40の周囲を移動したのち、排気管22を介して矢印
A方向に排除される。
ルツボ回転昇降装置34によって回転シャフト33を介し
ルツボ装置30を矢印X1方向に向けて緩慢に(好ましくは
0.1回/分以下の回転速度で)回転しかつ溶融半導体材
料Wの液面高さを維持するよう矢印X2方向に向けて移動
しながら、ヒータ回転駆動源44によって加熱用ヒータ40
を矢印Y1方向に向けて回転せしめ始める。すなわち、ヒ
ータ回転駆動源44は、出力軸44a(ひいては歯車44b)を
矢印Y2方向に向けて回転せしめることにより、ヒータ回
転体43を矢印Y1方向に向けて所望の回転速度(すなわち
0.01〜20回/分の回転速度)で回転せしめ、これに伴な
ってヒータ保持体42を介しヒータ本体41を矢印Y1方向に
向けて回転せしめ始める。
ルツボ装置30に収容された半導体材料が十分に熔融さ
れると、引上炉20の引上孔21を介して引上チャンバから
引上用線部材21Aを垂下し、その先端部に取付けられた
半導体種結晶(図示せず)を熔融半導体材料Wに対して
浸漬したのち、引上チャンバに向けて緩徐に引上げ始め
る。これに伴なって、半導体単結晶Mが熔融半導体材料
Wから成長形成される。
このとき、ルツボ装置30の石英ルツボ31に収容された
熔融半導体材料Wが磁界発生装置50によって発生された
磁界中に配置され、かつ加熱用ヒータ40が回転せしめら
れているので、熔融半導体材料W中の温度ユラギを抑制
でき、ひいては熔融半導体材料W中の対流を均一化で
き、結果的に半導体単結晶Mの無転位化率を向上でき
る。
(具体例) 加えて、本発明にかかる半導体単結晶引上装置の一実
施例について、一層十分に理解を深めるために、具体的
な数値などを挙げ説明する。
実施例 石英ルツボ内に33kgのポリシリコンの半導体材料とし
て収容し、ルツボ装置を0.1回/分の回転速度で回転せ
しめつつ加熱用ヒータに含まれたヒータ本体を緩慢に回
転せしめることにより、5インチの半導体シリコン単結
晶を引上げた。
半導体単結晶の無転位化率は、加熱用ヒータに含まれ
たヒータ本体の回転速度の変化に伴なって、第2図のご
とく変化していた。すなわち、半導体単結晶の無転位化
率は、ヒータ本体の回転速度が1回/分のとき82%とな
り、またヒータ本体の回転速度が0.01〜20回/分のとき
71%を超えていた。
比較例 加熱用ヒータに含まれたヒータ本体を静止せしめたこ
とを除き、実施例が反復された。
半導体単結晶の無転位化率は、第2図に示したごと
く、71%であった。
実施例と比較例との比較 実施例と比較例とを比較すれば明らかなごとく、本発
明によれば、ヒータ本体の回転速度が0.01〜20回/分で
あれば、ヒータ本体が静止されている場合に比べ、半導
体単結晶の無転位化率を改善できることが判明した。
(3)発明の効果 上述より明らかなように、本発明にかかる半導体単結
晶引上装置では、上述の「問題点解決手段」に明示した
ごとく、引上炉に収容されたルツボ装置の周囲に対して
加熱用ヒータが配設されかつ引上炉の周囲に磁界発生装
置が配設されており、ルツボ装置及び加熱用ヒータが回
転されてなるので、 (i)加熱ヒータにおける発熱ムラないし発熱ユラギが
ルツボ装置に収容された熔融半導体材料に生じる対流を
不均一することを抑制する効果、 (ii)半導体単結晶の無転位化率を向上できる効果、 (iii)半導体単結晶中の酸素濃度を均一化できる効果 (iv)加熱ヒータからの熱を能率よくルツボに伝達でき
る効果、 (v)半導体単結晶引上装置全体を小型化できる効果、 (vi)所望の直径を有する結晶を育成できる効果、 を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる半導体単結晶引上装置の一実施
例を示すための断面図、第2図は第1図実施例の作用を
説明するためのグラフである。10 ……半導体単結晶引上装置20 ……引上炉 21……引上孔 22……排気孔 23A……外周部 23B……中央部 23C……環状部 23a,23b……ベアリング 23c……スラストベアリング 24A,23B……環状シール部材30 ……ルツボ装置 31……石英ルツボ 32……黒鉛ルツボ 33……回転シャフト 34……ルツボ回転昇降装置40 ……加熱用ヒータ 41……ヒータ本体 42……ヒータ保持体 43……ヒータ回転体 43a……歯車 44……ヒータ回転駆動源 44a……出力軸 44b……歯車 45A,45B……スリップリング 45a,45b……固定リング 46……加熱電源 46a,46b……接続線50 ……磁界発生装置 51……鉄芯 52……コイル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】引上炉に収容されたルツボ装置の周囲に対
    して加熱用ヒータが配設されておりかつ引上炉の周囲に
    磁界発生装置が配設されてなる半導体単結晶引上装置に
    おいて、ルツボ装置が回転されると共に加熱用ヒータが
    回転されてなることを特徴とする半導体単結晶引上装
    置。
JP1341236A 1989-12-28 1989-12-28 半導体単結晶引上装置 Expired - Lifetime JP2547105B2 (ja)

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