JPS59137394A - 結晶育成装置 - Google Patents
結晶育成装置Info
- Publication number
- JPS59137394A JPS59137394A JP1118583A JP1118583A JPS59137394A JP S59137394 A JPS59137394 A JP S59137394A JP 1118583 A JP1118583 A JP 1118583A JP 1118583 A JP1118583 A JP 1118583A JP S59137394 A JPS59137394 A JP S59137394A
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- Japan
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- heater
- crystal
- crucible
- melt
- solenoid
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- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は結晶育成装置に関する。
例えば高融点材料の結晶育成方法において、原料材料を
一度溶喫させた後、種結晶を溶融体に接触させて原料の
結晶化が行なわれている。原料の溶融に必要な加熱諒と
しては、抵抗加熱型ヒータ、高周波誘導コイル、ランプ
、レーザ等による光学的加熱装置、等が一般に供されて
いる。
一度溶喫させた後、種結晶を溶融体に接触させて原料の
結晶化が行なわれている。原料の溶融に必要な加熱諒と
しては、抵抗加熱型ヒータ、高周波誘導コイル、ランプ
、レーザ等による光学的加熱装置、等が一般に供されて
いる。
一定加熱能力に対して必要な電力を経済的見地から考え
ると、抵抗加熱型ヒータが後者二方式に比べて数倍以上
メ灸れている為、特殊な事情のｋい限り、抵抗加熱型ヒ
ータが工業的に用いられる小が多く、チョクラルスキー
法によるシリコンやガリウム・リン等の製造において実
用化されている。
ると、抵抗加熱型ヒータが後者二方式に比べて数倍以上
メ灸れている為、特殊な事情のｋい限り、抵抗加熱型ヒ
ータが工業的に用いられる小が多く、チョクラルスキー
法によるシリコンやガリウム・リン等の製造において実
用化されている。
一方、最近、電子素子の超微細化が進行し、さらに歩留
り等生産性の向上に対する要望から、結晶内の不純物、
欠陥等の均一性が強く求められている。結晶内の不均一
性は結晶育成条件の変動に起因するものであり、特に原
料溶社体内の熱対流の影響が大きいと考えられている。
り等生産性の向上に対する要望から、結晶内の不純物、
欠陥等の均一性が強く求められている。結晶内の不均一
性は結晶育成条件の変動に起因するものであり、特に原
料溶社体内の熱対流の影響が大きいと考えられている。
不均一性を抑制する為には、結晶や溶融体を回転させる
墨により強制対流を起し、熱対流を制御する方法、溶融
体内にじゃま板を入れ結晶溶融体界面が対流に直接さら
されない様にする方法などが考えられ、一部実行されて
いるが、いずれも結晶育成条件の制御が困難あるいは不
均一性の改善が十分ではないのが現状である。
墨により強制対流を起し、熱対流を制御する方法、溶融
体内にじゃま板を入れ結晶溶融体界面が対流に直接さら
されない様にする方法などが考えられ、一部実行されて
いるが、いずれも結晶育成条件の制御が困難あるいは不
均一性の改善が十分ではないのが現状である。
これに対して、原料溶融体がシリコン、ガリウム・リン
等の様に電気伝導度が十分低い時には、溶融体に磁場を
かける事により磁気粘性をもだせ熱対流を制御する試み
がなされている。
等の様に電気伝導度が十分低い時には、溶融体に磁場を
かける事により磁気粘性をもだせ熱対流を制御する試み
がなされている。
１９６６年Ｕｔｅｃｈ氏らはインジウム・アンチモンの
結晶育成に対し、磁場をかけ不均一性の大幅な減少を得
ている。（Ｈ、Ｐ 、 Ｕｔｅｃｂ ａｎｄＭ 、 Ｃ
、Ｆｌｅｍｍｉｎｇｏ、３２．Ｊ、Ａｐｐｌ 、ｐｈ７
５ 、２０２ ］（１９６６）参照）。磁場をかける事
は非常に不均一性減少に有効であるが、磁場を発生され
る磁石の価格、電気代等の見地から、工業的に実用化さ
れる事が困難視されていた。特に、シリコンやガリウム
・リン等゛覗子素子に用いられる結晶では大口径化が進
み、大きな結晶育成炉となっている為に、育成炉外に磁
石をおいだ場合、原料溶融体位置で対流を抑制するのに
必要な磁界を発生させるには非常に大型の電磁石が必要
であり、経済上問題である。又炉内に磁石を設置するの
はヒータとの相対的位置によシ熱的条件から不可能であ
ると考えられる。
結晶育成に対し、磁場をかけ不均一性の大幅な減少を得
ている。（Ｈ、Ｐ 、 Ｕｔｅｃｂ ａｎｄＭ 、 Ｃ
、Ｆｌｅｍｍｉｎｇｏ、３２．Ｊ、Ａｐｐｌ 、ｐｈ７
５ 、２０２ ］（１９６６）参照）。磁場をかける事
は非常に不均一性減少に有効であるが、磁場を発生され
る磁石の価格、電気代等の見地から、工業的に実用化さ
れる事が困難視されていた。特に、シリコンやガリウム
・リン等゛覗子素子に用いられる結晶では大口径化が進
み、大きな結晶育成炉となっている為に、育成炉外に磁
石をおいだ場合、原料溶融体位置で対流を抑制するのに
必要な磁界を発生させるには非常に大型の電磁石が必要
であり、経済上問題である。又炉内に磁石を設置するの
はヒータとの相対的位置によシ熱的条件から不可能であ
ると考えられる。
ところで、抵抗加熱ヒータに流す電流が直流の場合、当
然その電流に起因する磁界が発生する。例えば第１図の
如くコイル状に抵抗体１を配、置して、加熱ヒータとす
れば、融液２に磁場をかけることができる。なお、図に
おいて３はルツボ、４は種子結晶、５は引上げ単結晶、
６はコイル状抵抗体ノを保持する筒状の耐熱性絶縁材を
示している。この場合ヒータ内の中心軸近傍では磁界は
以下の大きさとなる。
然その電流に起因する磁界が発生する。例えば第１図の
如くコイル状に抵抗体１を配、置して、加熱ヒータとす
れば、融液２に磁場をかけることができる。なお、図に
おいて３はルツボ、４は種子結晶、５は引上げ単結晶、
６はコイル状抵抗体ノを保持する筒状の耐熱性絶縁材を
示している。この場合ヒータ内の中心軸近傍では磁界は
以下の大きさとなる。
Ｈ＝Ｔ６−ｎｏ ・Ｉ ・Ｆ （Ｏｏ ）但し、ｎｏ
は単位長さ当シのヒータ線の巻数（回１０ｎ）、■はヒ
ータ電流（４）、Ｆは構造因子である。このようなソレ
ノイド型抵抗加熱ヒータを用いることによシ熱対流をあ
る程度抑制することが可能であるが、以下に列挙する種
々の問題があった。
は単位長さ当シのヒータ線の巻数（回１０ｎ）、■はヒ
ータ電流（４）、Ｆは構造因子である。このようなソレ
ノイド型抵抗加熱ヒータを用いることによシ熱対流をあ
る程度抑制することが可能であるが、以下に列挙する種
々の問題があった。
■ 対流を制御するのに必要な磁気粘性を得るためには
、１キロ工ルステツド以上の磁界が必要である。上述し
た構造のソレノイド型抵抗加熱ヒータにおいては、コイ
ル中の抵抗体間の絶縁を確保しなければならないが、５
００℃以上の抵抗体の場合には加工上、前記式中のｎｏ
を０．５回／ｃＩｎ程度以上にすることは困難である。
、１キロ工ルステツド以上の磁界が必要である。上述し
た構造のソレノイド型抵抗加熱ヒータにおいては、コイ
ル中の抵抗体間の絶縁を確保しなければならないが、５
００℃以上の抵抗体の場合には加工上、前記式中のｎｏ
を０．５回／ｃＩｎ程度以上にすることは困難である。
したがって、十分に対流を抑制するためには、数千アン
ペア以上の電流が必要となるが、こうした大電流の出力
を得る直流電源は高価であシ、結晶育成装置として経済
的に不利である。まだ、大電流の電源が確保されたとし
ても、大電流をヒータに流すことにより、結晶育成の所
期目的の熱条件からそれる可能性がある。即ち、結晶育
成時においてはヒータからの熱の一部は周囲に設置され
たホット・ゾーンを通じて外界に放出され、他の部分は
原料融液及び結晶を通じて外界に放出される。この後者
の熱流において、結晶育成時にはヒータよす入る熱量と
外界に放出される熱量との・ぐランスを保って結晶近傍
の融液のみ過冷打にして他の部分の融液を融点以上に保
持する必要がある。ヒータの抵抗をＲとした時、ヒータ
の発熱量はＲｈ２（ｗ）となるが、■が大きく大電流に
なると、育成時の熱条件を保つためにＲを〉」・さくし
なければならない。既述したソレノイド型抵抗加熱ヒー
タでは加工性の点から形状面よりＲを小さくすることは
困難でアリ、シかも旨温になることからも抵抗体の材質
を変えて比抵抗を小さくしてＲを小さくすることも困難
である。したがって、ソレノイド型抵抗加熱ヒータでは
電流を小さいままで、熱対流抑制に対しては不十分な条
件において結晶育成を行なわなければならない問題があ
った。
ペア以上の電流が必要となるが、こうした大電流の出力
を得る直流電源は高価であシ、結晶育成装置として経済
的に不利である。まだ、大電流の電源が確保されたとし
ても、大電流をヒータに流すことにより、結晶育成の所
期目的の熱条件からそれる可能性がある。即ち、結晶育
成時においてはヒータからの熱の一部は周囲に設置され
たホット・ゾーンを通じて外界に放出され、他の部分は
原料融液及び結晶を通じて外界に放出される。この後者
の熱流において、結晶育成時にはヒータよす入る熱量と
外界に放出される熱量との・ぐランスを保って結晶近傍
の融液のみ過冷打にして他の部分の融液を融点以上に保
持する必要がある。ヒータの抵抗をＲとした時、ヒータ
の発熱量はＲｈ２（ｗ）となるが、■が大きく大電流に
なると、育成時の熱条件を保つためにＲを〉」・さくし
なければならない。既述したソレノイド型抵抗加熱ヒー
タでは加工性の点から形状面よりＲを小さくすることは
困難でアリ、シかも旨温になることからも抵抗体の材質
を変えて比抵抗を小さくしてＲを小さくすることも困難
である。したがって、ソレノイド型抵抗加熱ヒータでは
電流を小さいままで、熱対流抑制に対しては不十分な条
件において結晶育成を行なわなければならない問題があ
った。
■ 前記■で述べた如く結晶育成中は結晶近傍の融液の
み過冷却にして他の部分の融液は融点以上に保つ熱条件
を確保する必要がある。結晶が育成されるに伴ない原料
融液及び結晶の形状が時間的に変化していき、その結果
、融液・結晶から外界へ放出される熱量が変化していく
。
み過冷却にして他の部分の融液は融点以上に保つ熱条件
を確保する必要がある。結晶が育成されるに伴ない原料
融液及び結晶の形状が時間的に変化していき、その結果
、融液・結晶から外界へ放出される熱量が変化していく
。
通常の育成方法においては、この変化に応じてヒータに
流す電流を変化させ、結晶育成時の熱条件を確保する。
流す電流を変化させ、結晶育成時の熱条件を確保する。
ところが、前述したソレノイド型抵抗加熱ヒータでは、
熱条件を確保すべくヒータ電流を変化させると、融液中
の磁気粘性が変化して、抑制していた対流が電流変化に
応じて過渡的に発生する。したがって、ソレノイド型抵
抗加熱ヒータを用いた場合には、できる限りヒータ電流
を変化させないようにするため、育成結晶の形状に関し
て充分制御できない問題があった。
熱条件を確保すべくヒータ電流を変化させると、融液中
の磁気粘性が変化して、抑制していた対流が電流変化に
応じて過渡的に発生する。したがって、ソレノイド型抵
抗加熱ヒータを用いた場合には、できる限りヒータ電流
を変化させないようにするため、育成結晶の形状に関し
て充分制御できない問題があった。
本発明は均一性の優れた結晶を得ることが可能な結晶育
成装置を提供しようとするものである。
成装置を提供しようとするものである。
本発明はルッ？の周囲に鉛直方向に軸をもつソレノイド
型抵抗加熱ヒータを配設すると共に、該ルツボを収納し
たチャンバー外周にソレノイドコイルを前記ヒータに対
して同軸的に配設し、前記ソレノイド型抵抗加熱ヒータ
の電圧・電流を結晶可成に適切な熱条件となる値に制御
し、かつ前記ソレノイドコイルにより前記ヒータによる
磁界を補償して融液の対流抑制に必要な磁界を融液内に
安定的に発生することによって、均一性の優れた結晶を
目的とした形状で安価に引上げることを企図したもので
ある。
型抵抗加熱ヒータを配設すると共に、該ルツボを収納し
たチャンバー外周にソレノイドコイルを前記ヒータに対
して同軸的に配設し、前記ソレノイド型抵抗加熱ヒータ
の電圧・電流を結晶可成に適切な熱条件となる値に制御
し、かつ前記ソレノイドコイルにより前記ヒータによる
磁界を補償して融液の対流抑制に必要な磁界を融液内に
安定的に発生することによって、均一性の優れた結晶を
目的とした形状で安価に引上げることを企図したもので
ある。
以下、本発明の実施例を第２図を参照して説明する。
図中の１１はチャンバーであり、とのチャンバー１１内
には回転軸１２により回転されるルツボ１３が配設され
ている。このルツボ１３の外周にはアルミナからなる筒
状の断熱性絶縁材１４に保持された炭素層のコイル状抵
抗加熱ヒータ（ソレノイド型抵抗加熱ヒータ）１５が鉛
直方向に軸をもつように配設されている。なお、この加
熱ヒータの巻き数は例えばｎｏ＝０．５回／ｃｒｎであ
る。また前記加熱ヒータ１５の外周には筒状断熱材ノロ
が配設されている。そして、前記チャンバー１１の外周
にはンレノイドコ、・イルノアが前記ヒータ１５に対し
て同軸的に配設されている。なお、図中の１８は加熱ヒ
ータ用醒源、ノ９はソレノイドコイル用電源である。
には回転軸１２により回転されるルツボ１３が配設され
ている。このルツボ１３の外周にはアルミナからなる筒
状の断熱性絶縁材１４に保持された炭素層のコイル状抵
抗加熱ヒータ（ソレノイド型抵抗加熱ヒータ）１５が鉛
直方向に軸をもつように配設されている。なお、この加
熱ヒータの巻き数は例えばｎｏ＝０．５回／ｃｒｎであ
る。また前記加熱ヒータ１５の外周には筒状断熱材ノロ
が配設されている。そして、前記チャンバー１１の外周
にはンレノイドコ、・イルノアが前記ヒータ１５に対し
て同軸的に配設されている。なお、図中の１８は加熱ヒ
ータ用醒源、ノ９はソレノイドコイル用電源である。
このような構成によればルツボ１３内にシリコンを入れ
、電源１８からソレノイド型抵抗加熱ヒータ１５に結晶
育成に適切な熱条件となるように電圧・電流を制御して
通電すると、ルツボ１３内のシリコンが溶融してシリコ
ン融液２０となる。こうした状態で、電源１９からソレ
ノイドコイル１７に前記ヒータノ５がらの磁界を補償す
る電流条件で通電すると共に、種子結晶２ノを融液２θ
に接触させ、ルツボ７．９を２０の表面がほとんど振動
しない状態でシリコン単結晶２３を引き上げることがで
き、均質で目的とした形状のシリコン単結晶を得ること
ができた。
、電源１８からソレノイド型抵抗加熱ヒータ１５に結晶
育成に適切な熱条件となるように電圧・電流を制御して
通電すると、ルツボ１３内のシリコンが溶融してシリコ
ン融液２０となる。こうした状態で、電源１９からソレ
ノイドコイル１７に前記ヒータノ５がらの磁界を補償す
る電流条件で通電すると共に、種子結晶２ノを融液２θ
に接触させ、ルツボ７．９を２０の表面がほとんど振動
しない状態でシリコン単結晶２３を引き上げることがで
き、均質で目的とした形状のシリコン単結晶を得ること
ができた。
事実、以下に示す実験によシ均質で目的とした形状のシ
リコン単結晶を引上けることを確認した。
リコン単結晶を引上けることを確認した。
まず、ルツボ１３内にシリコンを２ ｋｇ入れ、電源１
８から約１００ＯＡの条件でソレノイドコイル型抵抗加
熱ヒータＪ５に通電してルツボ１３内のシリコンを溶融
してシリコン融液２０とした。この時、融液２０に加わ
るヒータ１５の電流による磁場は約５００エルステツド
程度であり、融液２０の表面を観、察すると、磁気無誘
導型ヒータを用いた場合に比べて多少液面の振動が抑え
られていた。このような状態で、電源１９からソレノイ
ドコイル１７に前記ヒータ７．５と同方向の電源を流し
て融液２０内の磁場を強めたところ、融液２ｏの表面振
動が全くなくなった。こうしたヒータ１５及びソレノイ
ドコイル１７への通電状態で１．抽子結晶２ノにより引
上げを行なったところ、抵抗値変動が１チ以内で極めて
小さく、かつ高品質で所定形状のシリコン単結晶２３を
得ることができた。
８から約１００ＯＡの条件でソレノイドコイル型抵抗加
熱ヒータＪ５に通電してルツボ１３内のシリコンを溶融
してシリコン融液２０とした。この時、融液２０に加わ
るヒータ１５の電流による磁場は約５００エルステツド
程度であり、融液２０の表面を観、察すると、磁気無誘
導型ヒータを用いた場合に比べて多少液面の振動が抑え
られていた。このような状態で、電源１９からソレノイ
ドコイル１７に前記ヒータ７．５と同方向の電源を流し
て融液２０内の磁場を強めたところ、融液２ｏの表面振
動が全くなくなった。こうしたヒータ１５及びソレノイ
ドコイル１７への通電状態で１．抽子結晶２ノにより引
上げを行なったところ、抵抗値変動が１チ以内で極めて
小さく、かつ高品質で所定形状のシリコン単結晶２３を
得ることができた。
また、本発明の育成装置ｉｆは従来の磁気無誘導型ヒー
タを用い、外部から磁場を加えた育成装置に比べて育成
中の電力整゛約半分にでき、経済的に高品質のシリコン
単結晶を得ることができ〔発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明によれば均一性の優れた結晶
を目的とした形状で安価に得ることができる結晶育成装
置を提供できる。
タを用い、外部から磁場を加えた育成装置に比べて育成
中の電力整゛約半分にでき、経済的に高品質のシリコン
単結晶を得ることができ〔発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明によれば均一性の優れた結晶
を目的とした形状で安価に得ることができる結晶育成装
置を提供できる。
第１図は従来の結晶育成装置の要部を示す断面図、第２
図は本発明の一実施例を示す結晶育成装置の概略図であ
る。 １１・・・チャンバー、Ｊ３−・・ルツボ、１５・・・
ソレノイド型抵抗加熱ヒータ、１７・・・ソレノイドコ
イル、１８．１９・・・’ｔ４１Ｌ ２ ｏ・・・シ
リコン融液、２ノ・・・柚子結晶、２３・・・シリコン
単結晶。
図は本発明の一実施例を示す結晶育成装置の概略図であ
る。 １１・・・チャンバー、Ｊ３−・・ルツボ、１５・・・
ソレノイド型抵抗加熱ヒータ、１７・・・ソレノイドコ
イル、１８．１９・・・’ｔ４１Ｌ ２ ｏ・・・シ
リコン融液、２ノ・・・柚子結晶、２３・・・シリコン
単結晶。
Claims (1)
- チャンバー内のルツボに収容した結晶原料を加熱融麿さ
せ、その融液に種子結晶を接触させて結晶引き上げを行
なう結晶育成装置において、前記ルツボの周囲に鉛直方
向に軸をもつソレノイド型抵抗加熱ヒータを配設すると
共に前記チャンバー外周にソレノイドコイルを前記ヒー
タに対して同軸的に配設したことを特徴とする結晶育成
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118583A JPS59137394A (ja) | 1983-01-26 | 1983-01-26 | 結晶育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1118583A JPS59137394A (ja) | 1983-01-26 | 1983-01-26 | 結晶育成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59137394A true JPS59137394A (ja) | 1984-08-07 |
Family
ID=11771006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1118583A Pending JPS59137394A (ja) | 1983-01-26 | 1983-01-26 | 結晶育成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59137394A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0628645A1 (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-14 | Texas Instruments Incorporated | Spiral heater for use in Czochralski crystal pullers |
| DE102007028547A1 (de) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen |
| CN114318504A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 西安交通大学 | 一种用于直拉法生长晶体的热磁耦合加热装置及配置方法 |
-
1983
- 1983-01-26 JP JP1118583A patent/JPS59137394A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0628645A1 (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-14 | Texas Instruments Incorporated | Spiral heater for use in Czochralski crystal pullers |
| US5571320A (en) * | 1993-06-01 | 1996-11-05 | Texas Instruments Incorporated | Spiral heater for use in czochralski crystal pullers |
| DE102007028547A1 (de) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen |
| DE102007028547B4 (de) * | 2007-06-18 | 2009-10-08 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen |
| CN114318504A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 西安交通大学 | 一种用于直拉法生长晶体的热磁耦合加热装置及配置方法 |
| CN114318504B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-09-26 | 西安交通大学 | 一种用于直拉法生长晶体的热磁耦合加热装置及配置方法 |
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