JPH0633220B2 - 単結晶製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、シリコンによる半導体単結晶を製造
する単結晶製造装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、集積回路（ＩＣ）基板として使用される半導体
の単結晶（単結晶体）は、るつぼ内の原料融液から回転
体によって単結晶を引き上げる際、この単結晶の実効粘
性を高めるために、縦方向又は横方向をなす磁力線によ
る磁場の中を引き上げるようにしており、これによって
単結晶を生成する原料融液の安定化を図り、併せて、る
つぼによる汚染を防止して、単結晶の品質の向上を図る
ようにしている。

一方、コイルに印加して縦方向の磁力線による磁場を生
成した場合、るつぼの内周壁面の温度と単結晶の界面温
度との間に大きな温度差を生じるため、上記単結晶と同
一材質の上記るつぼ自体の温度を高温度にすることを余
儀なくされ、これに起因して、上記るつぼを融解するお
それがある。

他方、磁石に印加して横方向の磁力線による磁場を生成
した場合、単結晶を引き上げながら回転する回転軸の軸
対称融液流に対して非軸対称磁場の印加となるため、原
料融液の半径方向の流れのうち、横方向の磁力線による
磁場を印加したとき、原料融液の半径方向の流れのう
ち、磁場方向と一致する流れに対して効果はなくなり、
非軸対称融液となり、これによって生成された単結晶
は、均一な品質を得ることが困難である。

即ち、従来の磁場印加装置を採用した単結晶の引上げ製
造手段は、第５図に示されるように、加熱ヒータａの内
がわに原料融液ｂを容れたるつぼｃを設置し、この加熱
ヒータａの外がわに異極対極磁石ｄを配設して構成した
ものであって、これによって、このるつぼｃの原料融液
ｂの液面より、単結晶ｗを回転軸ｅで上記異極対向磁石
ｄによる横方向の磁力線の磁場内を回転しながら引き上
げて取出すようになっている（特開昭５８−２１７４９
３号公報）。

しかし、上述した単結晶の引上げ製造手段は、実線で示
される示矢方向に融液流を生じると共に、上記異極対向
磁石ｄによる横方向の磁力線（点線示矢方向）を生じる
ため、上記融液流の流れは、上記磁力線と一致する流れ
に対して効果はなく、融液流に非軸対称性が生じるの
で、均一な円形断面を得ることが困難である。

又一方、第６図に示される従来の磁場印加装置を採用し
た単結晶の他の引上げ製造手段は、単結晶引上炉ｆの外
壁の上・下部に同極対向磁石ｇを設け、上記単結晶引上
炉ｆ内に加熱ヒータｈ及びるつぼｉを同心的に配設し、
このるつぼｉ内に原料融液ｊを容れ、この原料融液ｊ内
に等軸対称的にして、しかも、放射状のカスブ磁場を生
成することにより、原料融液ｊ内の対流を抑制するよう
に構成したものである。

しかしながら、上述した単結晶の引上げ製造手段は、縦
磁力線を形成する関係上、単結晶ｗとるつぼｉとの温度
勾配が大き過ぎて、均質な単結晶育成を妨げて、大口径
の単結晶育成を制御することが困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した難点を解消するために、縦磁場発生
用コイルの磁力線を弯曲したるつぼの底面に略直交する
ように形成して原料融液の結晶界面とるつぼの内壁面と
の温度勾配を緩やかにして、大口径の純度の高い単結晶
を製造することを目的とする単結晶製造装置を提供する
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は、加熱ヒータを備えたるつぼの底面を弯曲して
形成し、このるつぼの原料融液面より上位に縦磁場発生
用コイルを単結晶体を引き上げる回転軸を囲むようにし
て設け、この縦磁場発生用コイルの磁力線を上記底面に
対して略直交するように形成して、高純度な大口径の単
結晶を製造するように構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明する。

第１図乃至第３図において、符号１は、加熱ヒータ２を
備えたるつぼであって、このるつぼ１の底面１ａは弯曲
して形成されており、このるつぼ１内には、例えば、シ
リコン融液による原料融液３が容れられている。又、こ
の原料融液３の液面３ａよりも上位には、縦磁場発生用
コイル４が単結晶体（たんに単結晶ともいう）５を引き
上げる回転軸６を囲むようにして設けられている。従っ
て、上記縦磁場発生用コイル４の磁力線４ａは、上記底
面１ａに対して略直交するように形成されている。

従って、今、上記るつぼ１を回転すると共に、上記回転
軸６を回転することにより、第２図に示されるように、
るつぼ１内の原料融液３は、示矢方向に循環流を生成す
る。つまり、上記るつぼ１の底面１ａの近傍では反時計
針方向に旋回流を生じ、他方、上記回転軸６と共に回転
する単結晶体５の近傍では時計針方向に旋回流を生じ
る。このような旋回流に対して、上記縦磁場発生コイル
４の磁力線４ａが上記旋回流の流れに対して略直角方向
に流れるため、磁場に対して直角となるように流れるよ
うになる。

これを数式で表すと下記の通りになる。

Ｆ＝−σｖＢ^２ 但し、Ｆ：電磁力 σ：電気伝導率 ｖ：融液の流速 Ｂ：磁束密度 を示す。

このように、本発明による融液界面（但し、単結晶の界
面は除く）での流れは、さほど電磁力の影響を受けず、
上記加熱ヒータ２により加熱された融液界面は、従来の
縦磁場による単結晶の引上げ手段に比べて円滑に流れ、
大きな温度勾配を作らない方向に作用する。又、上記融
液界面から不活性ガスの吹きつけによって汚染物を除去
しやすくなっている。さらに、上記るつぼ１の内壁面近
傍の流れは、減速され、しかも、均一化されるために、
上記るつぼ１からの汚染物を低減することができる。

次に、第３図に示される図は、本発明による原料融液３
内の等温度分布曲線を示したものであり、この等温度分
布曲線は、上記るつぼ１の内周壁がわで高温度となり、
上記単結晶５がわで低温度となり、しかも、等温曲線層
を形成するようになっている。

通常、磁場を印加すると、上記原料融液３の温度分布
は、熱伝導解に近づくことは知られており、上記るつぼ
１の底面１ａは、弯曲面を形成しているため、第３図に
示されるように、るつぼ１の内壁面から単結晶５の融液
界面までの温度勾配を略同じにすることができる。

従って、本発明による単結晶体５の界面下の温度が上記
原料融液３中のいずれの地点でも同じになるため、結晶
化が促進されるようになっている。

次に、第４図に示される本発明の他の実施例は、加熱ヒ
ータ２の側位に磁気シールド部材７を設けて、これによ
って、上記るつぼ１の壁面と単結晶体５の融液界面との
温度勾配をさらに小さくし、横磁場的な長所を延すよう
にしたものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、加熱ヒータ２を備え
たるつぼ１の底面１ａを弯曲して形成し、このるつぼ１
の原料融液面３ａより上位に縦磁場発生用コイル４を単
結晶体５を引き上げる回転軸６を囲むようにして設け、
この縦磁場発生用コイル４の磁力線を上記底面１ａに対
して略直交するように形成してあるので、上記回転軸６
の軸対称融液流れと均一な温度分布層が得られるばかり
でなく、単結晶体と同一素材によるるつぼ１から単結晶
体５への不純物汚染が少なくなり、均質にして、しか
も、大口径による高純度の単結晶を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による単結晶製造装置の断面図、第２
図は、本発明のるつぼ内の原料融液の流れ分布を示す
図、第３図は、本発明の原料融液の等温線分布を示す
図、第４図は、本発明の他の実施例を示す図、第５図及
び第６図は、従来の単結晶製造手段を示す各線図であ
る。 １……るつぼ、２……加熱ヒータ、３……原料融液、４
……縦磁場発生コイル、５……単結晶体、６……回転
軸、７……磁気シールド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱ヒータを備えたるつぼの底面を弯曲し
   て形成し、このるつぼの原料融液面より上位に縦磁場発
   生用コイルを単結晶体を引き上げる回転軸を囲むように
   して設け、この縦磁場発生用コイルの磁力線を上記底面
   に対して略直交するように形成したことを特徴とする単
   結晶製造装置。