JPH01246192A - 単結晶引上げ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体単結晶をＣＺ（チョクラルスキー法）
により引上げる際、原料融液に磁界を印加するようにし
た単結晶引上げ装置に関する。

（従来の技術） 半導体の単結晶を作る場合に用いられる方法の１つとし
て、従来、チョクラルスキー法が知られている。

この方法は、先端に種結晶が取付けられた引上げ棒をル
ツボ内の原料融液中に浸しつつ、これを回転させながら
ゆっくり引上げて前記種結晶を核として単結晶を成長さ
せることを原理としている。

第５図は、このようなチョクラルスキー法を用いた単結
晶引上げ装置の一例を示す断面図である。

この図に示す装置は、カップ状に形成されるルツボ１０
４と、このルツボ１０４の周囲に配置されるヒータ１０
つと、このヒータ１０９や前記ルツボ１０４を収納する
チャンバ１０３と、このチャンバ１０゛３の外側に配置
される２つの常電導コイル１０１ａ　、１０１ｂと、こ
れら常　Ｓコイル１０１．１０１ｂ間を繋ぐ磁路形成用
の鉄心１０２とを備えている。

そして単結晶生成時には、まずヒータ１０９によってル
ツボ１０４が加熱されて、このルツボ１０４内に入れら
れた原料が溶融され、原料融液１０５が生成される。こ
の後、先端に種結晶が取付けられた引上げ棒１０９が前
記原料溶液１０５中に浸されつつ、回転されながらゆっ
くり引上げられる。これにより、前記種結晶を核として
単結晶１０１が成長し、これがある程度成長した時点で
単結晶インゴットとして取出される。

しかし、この場合、ヒータ１０９によって加熱された原
料融液１０５の中や表面においては、第６図に示す如く
原料融液１０５全体を循環する熱対流Ｐと、原料融液１
０５の表面が激しく波立つ撹乱状！ｇＬとが生じる。

これら熱対流Ｐや、撹乱状態りなどによって、単結晶１
１０の固液界面層が撹乱状態になると、原料融液１０５
内の温度変動が激しくなって成長中の単結晶１１０に、
転位ループや、積層欠陥などが生じる。

また、大ぎな熱対流Ｐは、ルツボ１０４の径方向に対し
て流れるため、この熱対流Ｐによってルツボ１０４の壁
や、原料融液１０５の表面から不純物が取込まれて、こ
れが原料融液１０５中に拡散され、単結晶１１０の純度
が低下してしまうという問題が生じる。

そこで、このような単結晶引上げ装置では、常′Ｍ導コ
イル１０１ａ、１０１ｂと、鉄心１０２とから欄成され
るマグネット１１１により、静磁界Ｇを発生させてルツ
ボ１０４内の原料融液１０５に均一な磁界（磁束密度の
差異が５％以下）を印加し、第７図（ａ　）に示す如く
前記原料融液１０５の熱対流Ｐや、撹乱状態１−を抑制
している。

この場合、この原料融液１０５の熱対流Ｐや、撹乱状態
しに対する抑止力（制動力Ｆ）は、ローレンツの原理に
基づくものであるから、静磁界Ｇに直交でる方向の流れ
に対しては、次式に示す制動力Ｆが働く。

Ｆ＝に−（７−ＶＲ−ＢＺ　　２　　　　−−−　　・
−−＜　　１　　）但し、Ｋ：定数。

σ：原料融液１０５の電気伝導度。

ＶＲ：磁束と直交する流速成分。

Ｂｚ：１１重合度。

そして、原料融液１０５表面の錯乱状態りは、激しい動
きであるから、１０００ガウス程度の比較的低い磁束密
度で充分抑えられるものの、ゆっくりとした熱対流Ｐは
、数千ガウス程度の磁束密度を必要とする。

このため、この種の単結晶引上げ装置では、常Ｉｔｌコ
イル１０１ａ　、１０１ｂによって熱対流Ｐを抑えるこ
とができる数千ガウス程度の磁束密度を発生させて、上
述した不都合が発生しないようにしている。

〈発明が解決しようとする課題） ところで、従来の単結晶引上げ装置にお゛いては、熱対
流Ｐを抑える必要性からルツボ１０４内が数千ガウス程
度の磁束密度となるようにマグネット１１１によって静
磁場を与えている。

しかしながら、熱対流Ｐを止めるということは、ヒータ
１０９によって得られた熱が熱伝導のみでしか中心部に
伝わらなくなるため、ルツボ１０４の径が大きくなると
、熱の伝達が不充分になり、原料融液１０５の周辺温度
と、中心温度とが数十度近く、異なってしまうことがあ
る。

このため、このような単結晶引上げ装置においては、原
料融液１０５を安定、かつ均一な温度状態にするために
、引上げ捧１０８によって単結晶１１０を回転させて原
料融液１０５を攪拌している。

ところが、この場合、第７図（ｂ）に示す如く単結晶１
１０を回転させることによって生じる攪拌流Ｍは、第７
図（ｂ）の左右部分において静磁界Ｇの方向と直交し、
また第７図（ｂ　）の上下部分において前記静磁界Ｇの
方向と並行となるため、静磁界Ｇと直交する部分で、攪
拌流Ｍの回転が阻害されて、径方向に向かう乱流が生じ
る。

そこで、このような乱流を防止するために、静磁界Ｇの
大きさを小さくすることも考えられるが、このようにす
ると、上述した理由により径方向に向かうゆっくりとし
た熱対流Ｐを抑制することができなくなってしまう。

本発明は上記の事情に鑑み、単結晶の生成時に有害とな
る原料融液表面の熱攪乱や、径方向に流れるゆっくりと
した熱対流を抑えることができるとともに、攪拌流の流
れが乱れないようにすることができ、これによって原料
融液の温度分布を安定化させて、良好な単結晶を生成す
ることができる単結晶引上げ装置を提供することを目的
としている。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段） 上記の目的をｊ構成するために本発明による単結晶引上
げ装置は、単結晶を引上げるための単結晶引上げ部と、
この単結晶引上げ部を囲むようにほぼ水平に配置される
４つ以上の極を有するマグネット部とを備えたことを特
徴としている。

（作用） 上記の構成において、４つ以上の極を有づるマグネット
部によって単結晶引上げ部の中心部からの距離に応じて
強くなる静磁界を生成し、単結晶引上げ部内にある原料
融液が径方向に流れるのを防止するとともに、原料融液
中心付近での攪拌流が乱れないようにする。

（実施例） 第１図は本発明による単結晶引上げ装置の一実施例を示
す縦断面図である。

この図に示す単結晶引上げ装置は、カップ状に形成され
るルツボ２と、このルツボ２の周囲に配置されるヒータ
３と、このヒータ３や前記ルツボ２を収納するチャンバ
４と、このチャンバ４の外側に配置される４つの常電導
コイル５ａ〜５ｄ（第２図参照）と、これら各常電導コ
イル５ａ〜５ｄの磁路となる鉄心６とを備えている。

そして、第２図に示す如く前記各常電導コイル５ａ〜５
ｄは、前記ルツボ２を中心として９０度毎に、かつＳ極
と、Ｎ極とが交互になるように配置され、これら各常電
導コイル５ａ〜５ｄによって前記ルツボ２に静磁界Ｇ＋
　、Ｇ２を印加し得るようになっている。

この場合、各静磁界Ｇｌ　、Ｇ２は、ルツボ２の中心部
分において、互いに反発するので、これらの各静磁界Ｇ
＋　、Ｇ２によってルツボ２には、第３図に示す如く中
心部で弱く、かつ、この中心部からの距離に応じて強く
なる同心円状の磁場が発生ずる。

、次に、第４図を参照しながらこの実施例の動作を説明
する。

まず、前記各常電導コイル５ａ〜５ｄをオンさせて静磁
界Ｇ＋　、Ｇ２を発生さぜながらヒータ３によってルツ
ボ２を加熱して、このルツボ２内に入れられた原料を溶
融する。これによって、原料融液７が生成される。

この後、先端に種結晶が取付けられた引上げ棒８を前記
原料融液５内に浸しつつ、これを回転されながらゆっく
り引上げて前記種結晶を核と゛して単結晶９を成長させ
る。

このとき、前記各常電導コイル５ａ〜５ｄによってルツ
ボ２の径方向に静磁界Ｇ＋　、Ｇ２が形成されているの
で、原料融液７の径方向に対する熱対流に対して、前記
（１）式で示される制動力Ｆが働ぎ、対流が抑制される
。

また、このとき、前記各静磁界Ｇ＋　、Ｇ２によってル
ツボ２の中心から離れるにしたがって強くなるように磁
場が形成されているので、単結晶９を回転させることに
よって生じる攪拌流Ｍに対しては、ルツボ２の中心から
離れるにしたがって、大きな制動力Ｆが働く。しかしこ
の場合、ルツボ２の中心部分においては、制動力Ｆがほ
とんど働かない。

これによって、ルツボ２内にある原料融液７の中心部分
においては、単結晶９の回転に起因して同心円状の攪拌
流Ｍが生じ、この攪拌流Ｍによって原料融液７の温度勾
配を前記単結晶９の芯を中心として同心円状にすること
ができる。

このようにこの実施例においては、ルツボ２の中心部か
らの距離に応じて強くなるように静磁界Ｇ＋　、Ｇ２を
生成したので、単結晶９を回転させたとき、第４図の特
性曲線Ｐ＋　に示す如く、ルツボ２の周縁部分での攪拌
流Ｍの速度を撓めて小さくすることができる。

ここで、この特性曲線Ｐ１と、ルツボ２に静磁界を印加
しないときの特性曲線Ｐ３と、従来のマグネットにより
ルツボ２に静磁界を印加したときの特性曲線Ｐ２とを比
較すれば、明らかなように、本発明による単結晶引上げ
装置においては、ルツボ２の周縁部分での攪拌流Ｍの速
度を極めて小さくすることができ、これによってルツボ
２内にある原料融液７が径方向に流れるのを完全に防止
することができる。

なお、上述した実施例においては、常電導コイル５ａ〜
５ｄによって静磁界Ｇ１．Ｇ２を生成しているが、超電
導コイルによって、これらの静磁界Ｇ＋　、Ｇ２を生成
するようにしても良い。

また、上述した実施例においては、４つの常電導コイル
５ａ〜５ｄによって静磁界を生成σているが、常電導コ
イルの数をもっと多くして、更に多極化しても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、単結晶の生成時に
有害となる原料融液表面の熱攪乱や、径方向に流れるゆ
っくりとした熱対流を抑えることができるとともに、攪
拌流の流れが乱れないようにすることができ、これによ
って原料融液の温度分布を安定化させて、良好な単結晶
を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単結晶引上げ装置の一実施例を示
す縦断面図、第２図は第１図に示す単結晶引上げ装置の
コイル配置例を示す模式図、第３図は同実施例の磁界強
度例を示づ図、第４図は同実施例の効果を説明づるため
の模式図、第５図は従来からある単結晶引上げ装置の一
例を示づ縦断面図、第６図は第５図に示す単結晶引上げ
装置の熱対流と表面擾乱状態とを示す模式図、第７図は
第５図に示す単結晶引上げ装置の静磁界効果を説明する
ための模式図である。 ２・・・単結晶引上げ部（ルツボ） ５ａ〜５ｄ・・・マグネッ１〜部（常電導コイル）９・
・・単結晶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　単結晶を引上げるための単結晶引上げ部と、この単結
   晶引上げ部を囲むようにほぼ水平に配置される４つ以上
   の極を有するマグネット部とを備えたことを特徴とする
   単結晶引上げ装置。