JPH0218381A - 半導体単結晶の製造装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チョクラルスキー法による半導体単結晶の製
造装置に係り、さらに詳しくは、ワイヤロープによって
引上げられる半導体単結晶の回転振れの防止装置を備え
た半導体単結晶の製造装置に関するものである。

〔従来の技術〕

チョクラルスキー法による半導体単結晶（以下単に単結
晶ということがある）の製造方法においては、育成され
た単結晶を剛性を有する金属製の棒材や、ワイヤロープ
、ボールチェン等の可撓性を有し巻取可能な材料などを
用いて、単結晶を回転させながら引上げている。

金属製の棒材を用いる場合は、チャンバとの真空シール
が複雑であり、また単結晶の育成に伴なって棒材が上昇
するため装置自体の高さが高くなり、機械設計上も種々
問題があった。このためワイヤロープやボールチェン等
（以下ワイヤという）を用い、装置内の上部に設けた巻
取装置によってワイヤを巻取って単結晶を引上げる、い
わゆる巻上げ法が多用されている。

しかしながら、このような可撓性材料を用いて単結晶を
回転させながら引上げると単結晶が回転振れを生じるこ
とがあり、特に大振幅の場合は単結晶の育成が阻害され
るという問題があった。近年、単結晶の育成にあたって
は、添加物として混入する不純物の均一性が問題となっ
ており、そのため単結晶を安定して高速で回転（例えば
３０ｒ、ｐ、■、）することが要求されており、この面
からも上述のような回転振れの抑制対策の早期実現が強
く望まれている。

このような回転振れの抑制対策の一例として、特開昭５
８−２２（８９１号、特開昭８１−１１１９９０号、特
開昭８１−１２２１８４号公報に開示された発明がある
。

特開昭５８−２２３６９１号（以下前者という）に開示
された発明は、種結晶固定具の一部に突出部を設け、こ
の突出部がチューブ・チャンバ内壁面を周動するように
したものである。

また、特開昭８１−１１１９９０号及び特開昭８１−１
２２１８４号（以下後者という）公報に開示された発明
は、何れも引上軸又は単結晶にガスを吹付けて回転振れ
を防止するようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ 前者の発明は単結晶が回転振れを生じたときは、突出部
がチューブ・チャンバの内壁面に衝接してこれを抑制す
るようにしたものであり、チューブ・チャンバの内壁面
（又は突出部）が損傷するおそれがあり、場合によって
はこれによって生じた金属粉等が半導体融液に落下して
健全な半導体の育成を阻害することもあり、好ましくな
い。

また、後者の発明は何れも構造が複雑で高価になるとい
う問題がある。

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、磁
気を利用した簡単な構造により、単結晶の回転振れを防
止できる装置を備えた半導体単結晶の製造装置を得るこ
とを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、る
つぼ内の半導体融液を可撓性のワイヤ等で引上げて半導
体単結晶を製造する装置において、前記ワイヤ等の先端
部に設けた種結晶の保持具の一部又は全部を磁石で構成
し、該磁石の周囲にこれに反発する極性の磁石を配設し
てなる回転振れ防止装置を備えた半導体単結晶の製造装
置を提供するものである。

［作　用］ 保持具に設けた磁石とその周囲に設けた磁石とは互いに
反発しあい、保持具を常に中心部に拘束し保持する。こ
のため、単結晶を引上げるワイヤ等の見掛は上の長さが
短かくなり、回転振れのための支点が保持具の直上に位
置するため、共鳴振動を生ずる回転数が非常に高くなる
。この結果、単結晶を高速回転しても共鳴振動を生ずる
ことがなく、シたがって単結晶が回転振れを起すことは
ない。

［発明の実施例］ 第１図は本発明に係る半導体単結晶の回転振れ防止装置
を備えた半導体単結晶製造装置の一例を示す模式図であ
る。図において、１は加熱炉のチャンバで、上部中央部
には引上げチャンバ２が設けられている。３は内部に半
導体融液６が収容された石英製のるつぼで、上下動かつ
回転可能な支持軸５に取付けられた黒鉛るつぼ４内にセ
ットされている。７は黒鉛るつぼ４の周囲に設けられ、
るつぼ３内の半導体融液６を加熱するヒータ、８はヒー
タ７の外周に配設された断熱材である。

９は引上げチャンバ２の上部に設けられた巻取装置で、
巻取ドラムＩＯと、この巻取ドラム１０を正逆に回転さ
せるモータ１１とからなっている。１２は一端が巻取装
置９の巻取ドラムＩＯに巻かれたワイヤで、他端には種
結晶１４の保持具１３を備えている。

１５は半導体融液６から育成された半導体単結晶である
。２０は引上げチャンバ２内に設けられたワイヤの回転
振れ防止装置である。

第２図は上記の回転振れ防止装置の実施例を模式的に示
した断面図、第３図はそのＡ−Ａ断面図である。図、に
おいて、２１は中心部にワイヤ１２の径よりや−大きい
径の貫通穴２２を有し、下部に円錐状の切除部２３が設
けられた円筒状の永久磁石で、図の如く上部がＳ極に、
下部がＮ極に着磁されている。２４ａ、２４ｂ、２４ｅ
は永久磁石２１に放射状に取付けられた複数本の腕部で
、外端部には引上げチャンバ２の内壁に摺接するローラ
２５が設けられている。２８ａ、２８ｂは永久磁石２１
とローラ２５との間おいて、腕部２４ａ〜２４ｃに設け
られた重錘である。２７は上部が永久磁石２１の切除部
２３の形状に整合して円錐状に形成された永久磁石で、
上部はＮ極に、下部はＳ極に着磁されており、種結晶１
４の保持具ｌ３と一体的に構成され、永久磁石２１の貫
通穴２２に挿通されたワイヤ１２に取付けられている。

なお、上述の永久磁石２１及び２７はアルニコ系の材料
がらなっており、キューり点は８００　’Ｃ以上と高く
、残留磁束密度もｌｏＫＧ以上と大きいものが使用され
ている。

上記のように構成した回転振れ防止装置２ｏにおいては
、永久磁石２１は引上げチャンバ２内に上下に移動可能
に配置され、自重及び重錘２６ａ〜２８ｅにより常に下
降する力が作用している。しがしながら、切除部２３内
に同極性が対向する永久磁石２７が位置しているため互
いに反発され、この反発力と重錘２６ａ〜２６ｃとが平
衡した位置で停止し、永久磁石２７、したがってワイヤ
１２は常に永久磁石２１の中心に拘束保持される。そし
て、ワイヤ１２が上昇又は下降すれば、これに追従して
永久磁石２１も上昇又は下降する。

次に、上記のように構成した回転振れ防止装置２０を備
えた半導体単結晶製造装置の作用を第１図により説明す
る。先するつぼ３内に塊状の半導体多結晶を装入し、ヒ
ータ７で加熱して溶解する。

次に、巻取装置９を巻戻してワイヤ１２を下降させ、先
端部に取付けた種結晶１４を半導体融液の液面に接触さ
せ、ついで、種結晶１４を回転（例えば３０ｒ、ｐ、ｍ
、）させながら巻取装置９により徐々に引上げると、種
結晶１４に柱状の半導体単結晶が育成される。このとき
、ワイヤ１２は回転振れ防止装置２０によって抑制され
て常に中心部に拘束保持されているので、半導体単結晶
１５に回転振れを生ずることはない。

ところで、半導体単結晶製造装置において発生する単結
晶の回転振れは、以下の理由によるものである。可撓性
のワイヤを上部より吊下げて半導体単結晶を引上げる方
式では、ワイヤは第１図に示すように吊下げ部分の長さ
ｇに応じた実際の１５ｃｍ程度の大口径単結晶の製造装
置においては、ｇは２ｍ程度、ｇは重力加速度で９．８
ｍ／Ｓ　であるから、固有振動数は約０．ｔ５５ｅｃ−
’、即ち、約２１ｍ１ｎ−’であり、単結晶の回転が２
１ｒ、Ｉ）、１゜近傍のときに共鳴振動を生じ、回転振
れを生じる。

このようなことから、単結晶を高速で回転させながら回
転振れの発生を防止するために、本発明においては、前
述のように種結晶１４の保持具１３を、永久磁石からな
る回転振れ防止装置２０により水平面内ではゾ固定し、
ワイヤ１２の長さを見掛は上短かくして共鳴振動を生ず
る単結晶１５の回転数を高くしたものである。例えば、
見掛は上のワイヤ■２の長さを０．１　ｍにすれば、共
鳴を起す単結晶の回転数は計算上９０ｒ、ｐ、ｍ、以上
となる。

このように、本発明においては種結晶１４の保持具１３
に回転振れ防止装置を設けることにより、回転振れのた
めの支点を保持具１３の直上に位置させるようにして見
掛は上のワイヤの長さを極めて短かくしたので、単結晶
１５を高速回転（例えば３０ｒ、ｐ、ｍ、以上）させな
がら引上げても回転振れを生ずることがなく、健全な単
結晶を引上げることができた。

第４図は本発明に係る回転振れ防止装置２０の別の実施
例を示す模式図である。本実施例は、種結晶１４の保持
具１３の一部又は全部を永久磁石３０で構成し、例えば
上部をＮ極、下部をＳ極に磁化する。

また、この保持具Ｉ３の周囲に、中心部に保持具１３の
外径よりや−大きい内径の貫通穴２９を有し、上部がＮ
極、下部がＳ極に磁化された円筒状の永久磁石２８を配
設し、この永久磁石２８を先端部に引上げチャンバ２の
内壁に摺接するローラ２５を備えた腕部２４ａ〜２４ｃ
で支持させ、この腕部２４ａ〜２４ｃを保持具Ｉ３の上
方においてワイヤ１２に取付けた永久磁石３１により、
ワイヤ３２ａ〜３２ｅで支承させたものである。なお、
３３は永久磁石３１と保持具１３との間において、ワイ
ヤ１２に取付けた永久磁石である。

本実施例の作用は第１図の実施例の場合とはＶ同様であ
るが、保持具１３は磁気の反発力で上方へ移動しないよ
うに、充分重くしである。

上記の実施例では、本発明に係る回転振れ防止装置を、
第１図に示す半導体単結晶の製造装置に実施した場合を
示したが、育成れさた単結晶をワイヤで引上げる方式の
ものであれば、他の構造の装置にも実施することができ
る。

［発明の効果］ 上記の説明から明らかなように、本発明は育成された単
結晶をワイヤで引上げる方式の単結晶製造装置において
・、種結晶の保持具の一部又は全部を磁石で構成し、そ
の周囲に配設された磁石との反発作用により保持具を中
心部に拘束保持し、半導体単結晶の回転振れを防止する
ようにしたので、引上げる半導体結晶を高速度で回転す
ることが可能になり、大口径かつ高品位の半導体単結晶
を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を模式的に示した断面図、第２図
は本発明の要部をなす回転振れ防止装置の実施例を模式
的に示した断面図、第３図はそのＡ−Ａ断面図、第４図
は回転振れ防止装置の他の実施例を模式的に示した断面
図である。 １：チャンバ、２：引上げチャンバ、３：るつぼ、６：
半導体融液、７：ヒータ、９：巻取装置、１２：ワイヤ
、１３：種結晶の保持具、１５：半導体単結晶、２０：
回転振れ防止装置、２１．２７．２８，３０　：永久磁
石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. るつぼ内の半導体融液を可撓性のワイヤ等で引上げて半
   導体単結晶を製造する装置において、前記ワイヤ等の先
   端部に設けた種結晶の保持具の一部又は全部を磁石で構
   成し、該磁石の周囲にこれに反発する極性の磁石を配設
   してなる回転振れ防止装置を備えたことを特徴とする半
   導体単結晶の製造装置。