JPH0825834B2 - Single crystal pulling device - Google Patents

Single crystal pulling device

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JPH0825834B2
JPH0825834B2 JP14369188A JP14369188A JPH0825834B2 JP H0825834 B2 JPH0825834 B2 JP H0825834B2 JP 14369188 A JP14369188 A JP 14369188A JP 14369188 A JP14369188 A JP 14369188A JP H0825834 B2 JPH0825834 B2 JP H0825834B2
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crucible
single crystal
magnetic field
silicon
crystal pulling
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千尋 西川
充博 大和
隆一 辻
ひろみ 伊藤
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東芝セラミックス株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、シリコン単結晶やゲルマニウム単結晶など
を製造する単結晶引上げ装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single crystal pulling apparatus for producing a silicon single crystal, a germanium single crystal, or the like.

従来の技術 二重ルツボ法は、内ルツボと外ルツボから成る二重構
造のルツボを用いて単結晶の引上げを行う方法である。
内ルツボにドーパントを添加し、偏折係数に従って濃く
なるドーパントを外ルツボからの融液でうすめて結晶を
引上げる。内ルツボ内のドーパント濃度が一定に保たれ
るので、抵抗率が均一な結晶を得ることができる。た
だ、通常のCZ(引上)法に二重ルツボ法を適用すると、
酸素濃度が20×1017(ASTM F121−79以下同様)/cm3
上になってしまい、通常用いられる酸素濃度(5〜18×
1017/cm3)を越えてしまうため問題となっていた。第3
図を参照。ただし第3図で、A領域はCZ法に二重ルツボ
法を適用した場合の酸素濃度の制御範囲、B領域はMCZ
法に二重ルツボ法を適用した場合の酸素濃度の制御範囲
を示している。
2. Description of the Related Art The double crucible method is a method for pulling a single crystal using a double crucible having an inner crucible and an outer crucible.
A dopant is added to the inner crucible, and the dopant that becomes thicker according to the deviation coefficient is diluted with the melt from the outer crucible to pull up the crystal. Since the dopant concentration in the inner crucible is kept constant, a crystal having a uniform resistivity can be obtained. However, if the double crucible method is applied to the ordinary CZ (pull-up) method,
Oxygen concentration is 20 × 10 17 (same as ASTM F121-79 and below) / cm 3 or more, and oxygen concentration usually used (5-18 ×
It was a problem because it exceeded 10 17 / cm 3 ). Third
See figure. However, in FIG. 3, the area A is the control range of the oxygen concentration when the double crucible method is applied to the CZ method, and the area B is the MCZ.
The control range of the oxygen concentration when the double crucible method is applied to the method is shown.

また、二重ルツボ法においては、内ルツボと外ルツボ
の上縁の高さは内ルツボが低いのが常であった。
Moreover, in the double crucible method, the height of the upper edge of the inner crucible and the outer crucible is usually low in the inner crucible.

MCZ法はMagnetic Field Applied Czochralsky Me
thodの略である。MCZ法では、CZ(引上)法による単結
晶引上げの際、融液(例えばシリコン融液)に強力な静
磁場を加える。この静磁場によって熱対流によるシリコ
ン融液の攪拌を抑制し、熱的および化学的に安定した状
態で結晶成長を行う。このMCZ法には、横磁場をかける
方式と縦磁場をかける方式がある。MCZ法によれば、酸
素濃度制御が容易であり、通常のCZ法では製造困難な1
〜10×1017atoms/cm3と酸素濃度が小さい結晶の育成が
可能である。
MCZ method is Magnetic Field Applied Czochralsky Me
Abbreviation for thod. In the MCZ method, a strong static magnetic field is applied to a melt (eg, silicon melt) when pulling a single crystal by the CZ (pull-up) method. This static magnetic field suppresses stirring of the silicon melt due to thermal convection, and crystal growth is performed in a thermally and chemically stable state. The MCZ method includes a method of applying a horizontal magnetic field and a method of applying a vertical magnetic field. According to the MCZ method, it is easy to control the oxygen concentration, and it is difficult to manufacture with the ordinary CZ method.
It is possible to grow crystals with a low oxygen concentration of ~ 10 × 10 17 atoms / cm 3 .

二重ルツボ法とMCZ法を組合せることにより、2つの
方法の長所を生かし、酸素濃度が低くしかも抵抗率が均
一である単結晶を製造する方法が提案されている。
By combining the double crucible method and the MCZ method, there has been proposed a method for producing a single crystal having a low oxygen concentration and a uniform resistivity, making the most of the advantages of the two methods.

発明が解決しようとする問題点 MCZ法(横磁界)においては、例えばシリコン融液の
(垂直方向)対流が抑制される。このためシリコン溶液
の熱交換は主に水平方向で行われ、通常のCZ法に比べル
ツボの径方向の温度差が小さくなる。
Problems to be Solved by the Invention In the MCZ method (transverse magnetic field), for example, (vertical) convection of a silicon melt is suppressed. Therefore, the heat exchange of the silicon solution is mainly performed in the horizontal direction, and the temperature difference in the radial direction of the crucible is smaller than that in the usual CZ method.

MCZ法と二重ルツボを組み合せて行う場合には、この
径方向の温度差の問題を無視することができなくなる。
すなわち、内ルツボで熱が遮蔽され、MCZ法単独の場合
よりもさらに温度差が小さくなる(熱応答も悪くな
る)。このため結晶引上げに際し内ルツボから多結晶が
析出し易くなり、得られる単結晶の品質に問題があっ
た。また、引上げ速度を大きくすると、いっそう多結晶
が析出し易くなるので引上げ速度を小さく押えなければ
ならず、単結晶の生産能率を上げることができなかっ
た。
When the MCZ method is combined with the double crucible, the problem of the temperature difference in the radial direction cannot be ignored.
That is, the heat is shielded by the inner crucible, and the temperature difference becomes smaller than that in the case of the MCZ method alone (the thermal response becomes worse). Therefore, when pulling up the crystal, a polycrystal is likely to precipitate from the inner crucible, and there is a problem in the quality of the obtained single crystal. Further, when the pulling rate is increased, the polycrystal is more likely to be precipitated, so that the pulling rate must be kept low and the production efficiency of the single crystal cannot be increased.

発明の目的 前述の問題点に鑑み、本発明は酸素濃度が低くしかも
抵抗率が均一である単結晶を効率よく得ることができる
単結晶引上げ装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus that can efficiently obtain a single crystal having a low oxygen concentration and a uniform resistivity.

発明の要旨 前述の目的を達成するために、この発明は請求項に記
載の単結晶引上げ装置を要旨としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a single crystal pulling apparatus described in claims.

問題点を解決するための手段 本発明の単結晶引上げ装置は、内ルツボと外ルツボか
らなる2重ルツボを備えた単結晶引上げ装置において、
2重ルツボの外側に磁石を設け、この磁石が形成する静
磁場内で単結晶の引上げを行う構成にし、さらに内ルツ
ボの上縁を外ルツボの上縁よりも高く構成することを特
徴とする。
Means for Solving the Problems A single crystal pulling apparatus of the present invention is a single crystal pulling apparatus having a double crucible composed of an inner crucible and an outer crucible.
A magnet is provided outside the double crucible, and the single crystal is pulled in a static magnetic field formed by the magnet. Further, the upper edge of the inner crucible is higher than the upper edge of the outer crucible. .

静磁場を発生するための磁石として、超伝導マグネッ
トを用いてもよい。また、静磁場は横磁場と縦磁場のい
ずれでもよい。
A superconducting magnet may be used as the magnet for generating the static magnetic field. The static magnetic field may be either a horizontal magnetic field or a vertical magnetic field.

作用 例として、単結晶シリコンを製造する場合について説
明する。内ルツボ22の上部がヒータ24からの熱を受けて
熱せられ、この熱が内ルツボ22の下部に伝わり、内ルツ
ボ近傍の溶融シリコン23を加熱する。従って、ルツボ内
の溶融シリコン23は内ルツボの内径方向に適当な温度差
を持つことになる。このため、引上げ速度を大きくして
も多結晶が析出しずらくなる。
As an operation example, a case of manufacturing single crystal silicon will be described. The upper portion of the inner crucible 22 is heated by receiving heat from the heater 24, and this heat is transmitted to the lower portion of the inner crucible 22 to heat the molten silicon 23 near the inner crucible. Therefore, the molten silicon 23 in the crucible has an appropriate temperature difference in the inner diameter direction of the inner crucible. Therefore, even if the pulling rate is increased, it becomes difficult for polycrystals to precipitate.

実施例 以下図面を参照して本発明による単結晶引上げ装置の
実施例についても説明する。
Embodiments Embodiments of a single crystal pulling apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

単結晶引上げ装置10は磁石11を有している。磁石11は
静磁場を形成し、その静磁場の中でシリコン等の半導体
の単結晶を引上げる構成になっている。磁石11として
は、超電導マグネットを用いることも可能である。磁場
の方向は横磁場、縦磁場のいずれでもよいが、通常は横
磁場の中で引上げを行う。
The single crystal pulling apparatus 10 has a magnet 11. The magnet 11 forms a static magnetic field, and pulls a single crystal of a semiconductor such as silicon in the static magnetic field. A superconducting magnet may be used as the magnet 11. The direction of the magnetic field may be either a horizontal magnetic field or a vertical magnetic field, but the pulling is usually performed in the horizontal magnetic field.

磁石11の内側には減圧容器27を設けてある。減圧容器
27には、容器室内28を所定雰囲気に設定するためのポン
プ系が接続しているが、図面では省略している。
A decompression container 27 is provided inside the magnet 11. Decompression container
A pump system for setting the inside of the container chamber 28 to a predetermined atmosphere is connected to 27, but is omitted in the drawing.

減圧容器27の中央部には、内ルツボ22と外ルツボ21か
らなる2重ルツボが設けてある。
A double crucible consisting of an inner crucible 22 and an outer crucible 21 is provided at the center of the decompression container 27.

ルツボの回りには、半導体材料(例えばシリコン23)
を加熱するためのヒータ24が設けてある。
Around the crucible is a semiconductor material (eg silicon 23)
A heater 24 is provided for heating the.

ヒータ24の外側には断熱材29が設置してある。 A heat insulating material 29 is installed outside the heater 24.

内ルツボ22の上縁は外ルツボ21の上縁よりも高く(例
えば30〜70mm程度)形成してある。従って、内ルツボの
上部はヒータ24からの熱を直接受ける。この熱は内ルツ
ボの上部から下部へ伝わり、内ルツボの近傍の溶融シリ
コン23を加熱する。従って、ルツボ内の溶融シリコン23
は内ルツボの内径方向に適当な温度差を持つことにな
る。ただし、引上げを行う際、直胴部が終る直前までル
ツボの先端はヒータの高さをこえてはいけない。
The upper edge of the inner crucible 22 is formed higher (for example, about 30 to 70 mm) than the upper edge of the outer crucible 21. Therefore, the upper part of the inner crucible directly receives heat from the heater 24. This heat is transferred from the upper part to the lower part of the inner crucible and heats the molten silicon 23 near the inner crucible. Therefore, the molten silicon in the crucible 23
Has an appropriate temperature difference in the inner diameter direction of the inner crucible. However, when pulling up, the tip of the crucible must not exceed the height of the heater until just before the end of the straight body part.

内ルツボ22と外ルツボ21は石英ガラスやカーボン等の
材料で構成することができる。また、内ルツボの下部に
は、例えば直径6mm、長さ150mmの管を設置し、内ルツボ
と外ルツボを連絡する。しかし、図面では簡単のために
図示していない。
The inner crucible 22 and the outer crucible 21 can be made of a material such as quartz glass or carbon. A tube with a diameter of 6 mm and a length of 150 mm is installed below the inner crucible to connect the inner crucible and the outer crucible. However, it is not shown in the drawings for simplicity.

なお、内ルツボ22の上縁の高さと外ルツボ21の上縁の
高さを調整することにより、溶融シリコン23の温度分布
を所望の分布にすることができる。また、内ルツボ上部
に熱伝導のよいもの(例えばカーボンなど)をかぶせ、
ヒータからの輻射を吸収し易くしてもよい。
By adjusting the height of the upper edge of the inner crucible 22 and the height of the upper edge of the outer crucible 21, the temperature distribution of the molten silicon 23 can be set to a desired distribution. Also, cover the upper part of the inner crucible with something with good thermal conductivity (such as carbon),
You may make it easy to absorb the radiation from a heater.

2重ルツボの上方には単結晶つり上げ装置25が設けて
ある。また、2重ルツボの下方にはルツボ回転支持装置
26が設置されている。
A single crystal lifting device 25 is provided above the double crucible. Further, a crucible rotation support device is provided below the double crucible.
26 are installed.

第1図は例として、単結晶シリコン23′が単結晶つり
上げ装置25によってつり上げられている状態を模式的に
示している。
As an example, FIG. 1 schematically shows a state in which a single crystal silicon 23 'is lifted by a single crystal lifting device 25.

次に、本発明の単結晶引上げ装置を用いて単結晶シリ
コンを製造した実験例について述べる。
Next, an experimental example of producing single crystal silicon using the single crystal pulling apparatus of the present invention will be described.

第1図に示した単結晶引上げ装置の内ルツボ及び外ル
ツボに20kg polyシリコンをチャージし、ドーパントと
してリン(P)を添加した。横磁界の静磁場0.3T(テス
ラ)かけ、方位(111)で5インチの結晶を引上げた。
The inner crucible and the outer crucible of the single crystal pulling apparatus shown in FIG. 1 were charged with 20 kg poly silicon, and phosphorus (P) was added as a dopant. A static magnetic field of 0.3 T (tesla) was applied as a transverse magnetic field to pull up a 5-inch crystal in the orientation (111).

シリコン単結晶の引上げは、平均引上げ速度1.08mm/m
inで行った。これは、通常のMCZ法による2重ルツボ引
上げ速度約0.8mm/minに比べ35%大きい速度である。
The average pulling speed of silicon single crystal is 1.08mm / m.
I went in. This is a speed 35% higher than the pulling speed of the double crucible of about 0.8 mm / min by the usual MCZ method.

また、引上げ結晶の抵抗率分布は第2図のようになり
ほぼ一定となり良好であった。
The resistivity distribution of the pulled crystal was as shown in FIG. 2 and was almost constant, which was good.

本発明は前述の実施例に限定されない。例えば、本発
明の2重ルツボの構成は通常の2重ルツボ法(CZ法)に
よる単結晶引上げ装置に適用することもできる。
The invention is not limited to the embodiments described above. For example, the structure of the double crucible of the present invention can be applied to a single crystal pulling apparatus by a normal double crucible method (CZ method).

発明の効果 本発明の単結晶引上げ装置によれば、酸素濃度が低く
しかも抵抗率が均一である単結晶を効率よく得ることが
できる。また、引上げ速度を大幅に向上することができ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the single crystal pulling apparatus of the present invention, a single crystal having a low oxygen concentration and a uniform resistivity can be efficiently obtained. In addition, the pulling speed can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による単結晶引上げ装置の実施例を示す
概念図,第2図は第1図に示した単結晶引上げ装置及び
通常の単結晶引上げ装置によって製造した単結晶シリコ
ンの抵抗率を示すグラフ、第3図はCZ法に二重ルツボ法
を適用した場合の酸素濃度の制御範囲(領域A)とMCZ
法に二重ルツボ法を適用した場合の酸素濃度の制御範囲
(領域B)を示すグラフである。 10……単結晶引上げ装置 29……断熱材 21……外ルツボ 22……内ルツボ 23……溶融シリコン 23′……単結晶シリコン 24……ヒータ 25……単結晶つり上げ装置 26……ルツボ回転支持装置 27……減圧容器 28……容器室内
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention, and FIG. 2 shows the resistivity of single crystal silicon produced by the single crystal pulling apparatus shown in FIG. 1 and a normal single crystal pulling apparatus. The graph shown in Fig. 3 is the oxygen concentration control range (area A) and MCZ when the double crucible method is applied to the CZ method.
6 is a graph showing a control range (region B) of oxygen concentration when a double crucible method is applied to the method. 10 …… Single crystal pulling device 29 …… Insulation material 21 …… Outer crucible 22 …… Inner crucible 23 …… Molten silicon 23 ………… Single crystal silicon 24 …… Heater 25 …… Single crystal lifting device 26 …… Crucible rotation Supporting device 27 ... decompression container 28 ... container chamber

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内ルツボと外ルツボからなる2重ルツボを
備えたMCZ法の単結晶引上げ装置において、内ルツボの
上縁を外ルツボの上縁よりも高く構成することを特徴と
する単結晶引上げ装置。
1. A single crystal pulling apparatus for MCZ method having a double crucible consisting of an inner crucible and an outer crucible, wherein the upper edge of the inner crucible is higher than the upper edge of the outer crucible. Lifting device.
JP14369188A 1988-06-13 1988-06-13 Single crystal pulling device Expired - Fee Related JPH0825834B2 (en)

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