TWI822373B - 單結晶的製造裝置用磁石、單結晶的製造裝置及單結晶的製造方法 - Google Patents
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Abstract
[課題]提供即使在構成單結晶的製造裝置的磁石之線圈的配置受到限制的情況下也能夠提高磁場分布的設計的自由度之單結晶的製造裝置用磁石。
[解決手段]特徵在於其為用於在單結晶的製造裝置中施加水平磁場的單結晶的製造裝置用磁石1，其中前述單結晶的製造裝置在對容納於坩堝之單結晶的原料的熔液施加水平磁場的同時提拉單結晶，且其特徵在於前述單結晶的製造裝置用磁石1具備：線圈2，其為4個以上的線圈2，且前述4個以上的線圈2的至少1個線圈2的高度Hi相對於寬度Wi的比超過1；和控制部，能夠對各個前述4個以上的線圈2相互獨立地產生磁場。
Description
本發明是關於單結晶的製造裝置用磁石、單結晶的製造裝置及單結晶的製造方法。
一般而言，作為半導體裝置的基板，使用以矽等的半導體的單結晶構成之物。作為製造這種半導體的單結晶之代表性方法，可以列舉柴可斯基(Czochralski，CZ)法。CZ法是將半導體的原料容納到坩堝並熔融，且將晶種觸液於熔融的單結晶的原料並提拉，藉此在晶種的下方生長並製造單結晶的方法。
作為容納上述單結晶的原料的坩堝，一般而言使用石英製之物。因此，如果容納於坩堝之單結晶的原料熔液快速對流，則石英製的坩堝所含的氧的溶解量增加，單結晶的氧濃度提高。接著，在對坩堝內的原料熔液施加水平磁場以控制原料熔液的對流的同時提拉單結晶，藉此控制單結晶的氧濃度。
第1圖顯示出水平磁場施加方式的單結晶的製造裝置的一範例。顯示於此圖的單結晶的製造裝置100具備：坩堝12，在腔室11內容納單結晶(例如，矽)16的原料(例如，多結晶矽)；加熱器14，將上述坩堝12內的原料加
熱成原料熔液13；坩堝旋轉機構15，設置於坩堝12的下部，使坩堝12在圓周方向上旋轉；晶種保持器18，保持用於單結晶16的生長的晶種17；絲繩(wire rope)19，在前端安裝有上述晶種保持器18；和捲取機構20，在使上述絲繩19旋轉的同時使單結晶16、晶種17及晶種保持器18旋轉，同時提拉單結晶16、晶種17及晶種保持器18。此外，在腔室11的下部外側，配置有對坩堝12中的矽熔液13施加水平磁場(橫磁場)之具有複數個線圈22的磁石21。
使用這樣的單結晶的製造裝置100，能夠如下所述製造單結晶16。也就是，首先，在坩堝12中容納預定量的單結晶的原料且以加熱器14加熱成原料熔液13的同時，以磁石21對原料熔液13施加預定的水平磁場。
接著，在對原料熔液13施加水平磁場的狀態下，將晶種保持器18所保持的晶種17浸漬於原料熔液13。接著，一邊以坩堝旋轉機構15使坩堝12以預定的旋轉速度旋轉，一邊在使晶種17(即單結晶16)以預定的旋轉速度旋轉的同時以捲取機構20捲取，提拉晶種17以及在上述晶種17下成長的單結晶16。如此一來，能夠製造具有預定的直徑的單結晶。
作為構成上述磁石21的線圈22，廣泛使用環狀(繞線管(bobbin)型)線圈。舉例而言，在專利文獻1中記載了一種方法，其中利用具備被配置為點對稱之偶數個環狀的線圈的磁場施加裝置，形成磁場以使磁場的集束密度達到最大的面(MGP)位於距離半導體熔液的表面之預定的高度位置，且對坩堝內的預定的位置的半導體熔液施加預定的強度的磁場，藉此製造高品質的半導體單結晶鑄錠(ingot)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開2009-173536號公報
施加於原料熔液13之磁場的分布雖然能夠透過將線圈配置於適當的位置來設計，但配置線圈的位置有時會因為裝置構成上的制約而受到限制。在這種情況，如果線圈要是專利文獻1所記載的那樣的環狀，為了實現所需的磁場分布，有必要減小線圈的寬度，也就是直徑。
但是，如果減小環狀線圈的直徑，由於線圈的高度也會同時變小，會影響對於容納於坩堝12的原料熔液13之高度方向的磁場施加。如此一來，在構成磁石21的線圈22為環狀的情況下，有施加於原料熔液13的磁場分布的設計的自由度較低的問題。
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提出即使是在構成單結晶的製造裝置的磁石之線圈的配置受到限制的情況下也能夠提高磁場分布的設計的自由度之單結晶的製造裝置用磁石。
解決上述問題的本發明如下所述。
[1]一種單結晶的製造裝置用磁石，其為用於在單結晶的製造裝置中施加水平磁場的單結晶的製造裝置用磁石，其中前述單結晶的製造裝置在對容納於坩堝之單結晶的原料的熔液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶，且其特徵在於前述單結晶的製造裝置用磁石具備：線圈，其為4個以上的線圈，且前述4個以上的線圈的至少1個線圈的高度相對於寬度的比超過1；和控制部，能夠對各個前述4個以上的線圈相互獨立地產生磁場。
[2]如上述[1]記載之單結晶的製造裝置用磁石，其中前述線圈為矩形環狀。
[3]如上述[1]或[2]記載之單結晶的製造裝置用磁石，其中前述高度為600mm以上。
[4]如上述[1]~[3]的任一項記載之單結晶的製造裝置用磁石，其中當在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上。
[5]一種單結晶的製造裝置，具備：容納單結晶的原料的熔液的坩堝、和配置於前述坩堝的周圍之上述[1]~[4]的任一項記載之磁石，且在以前述磁石對前述熔液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶。
[6]一種單結晶的製造方法，其為使用如上述[5]記載之單結晶的製造裝置且以柴可斯基法製造單結晶的方法，以前述磁石對前述熔液施加前述水平磁場並提拉單結晶，使得當在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上。
[7]如上述[6]記載之單結晶的製造方法，其中前述單結晶為矽單結晶。
根據本發明，即使是在構成單結晶的製造裝置的磁石之線圈的配置受到限制的情況下也能夠提高磁場分布的設計的自由度。
1,21:磁石
2,2A,2B,2C,2D,2E,2F,2G,2H,2I,2J,2K,2L,22:線圈
2a:開口部
2b:外表面
2c:內表面
2d:外周面
2e:內周面
3:第1部分
4:第2部分
5:連接部分
10,100:單結晶的製造裝置
11:腔室
12:坩堝
13:原料熔液
14:加熱器
15:坩堝旋轉機構
16:單結晶
17:晶種
18:晶種保持器
19:絲繩
20:捲取機構
A,B:區域
Da,Db:距離
Hi,Ho:高度
W,Wi,Wo:寬度
x,y,z:方向
第1圖是顯示水平磁場施加方式的單結晶的製造裝置的一範例的圖。
第2圖是顯示根據本發明之構成磁石的線圈的適當的一範例的圖，(a)為全體圖，(b)為正面圖，(c)為側面圖，(d)為下視圖。
第3圖是構成磁石之複數個線圈的配置例，(a)是關於線圈為4個的情況，(b)是關於線圈為12個的情況。
第4圖是說明顯示於第3(a)圖的線圈的配置關係與以線圈圍繞的區域的磁束密度的關係的圖。
第5圖是對於Da<Db的情況顯示以線圈圍繞的區域的磁束密度的圖，(b)、(c)分別是沿著x軸方向、y軸方向的磁束密度。
第6圖是對於Da>Db的情況顯示以線圈圍繞的區域的磁束密度的圖，(b)、(c)分別是沿著x軸方向、y軸方向的磁束密度。
第7圖是說明顯示於第3(b)圖的線圈的輸出關係與以線圈圍繞的區域的磁束密度的關係的圖，(b)、(c)分別是沿著x軸方向、y軸方向的磁束密度。
第8圖是顯示根據本發明之單結晶的製造裝置的一範例。
第9圖是說明磁場中性面的中心O、點A、點B及點C的位置的圖，(a)是從上方觀看坩堝的圖，(b)是從側面觀看坩堝的圖。
第10圖是顯示矽單結晶的軸方向的氧濃度的變動的圖，(a)是關於比較例的圖，(b)是關於發明例1的圖，(c)是關於發明例2的圖。
第11圖是以3次元流體模擬顯示固液界面的溫度的時間變動的圖，(a)是關於比較例的圖，(b)是關於發明例1的圖，(c)是關於發明例2的圖。
以下，參照圖式以說明本發明的實施形態。根據本發明之單結晶的製造裝置用磁石是在單結晶的製造裝置中用於施加水平磁場的單結晶的製造裝置用磁石，其中前述單結晶的製造裝置在對容納於坩堝之單結晶的原料的熔
液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶。在此，前述單結晶的製造裝置用磁石具備：線圈，其為4個以上的線圈，且上述4個以上的線圈的至少1個線圈的高度相對於寬度的比超過1；和控制部，能夠對各個上述4個以上的線圈相互獨立地產生磁場。
如上所述，在構成單結晶的製造裝置的磁石之線圈的配置有限制的情況下，如果線圈是繞線管型，會有施加於坩堝內的原料熔液之磁場分布的設計的自由度較低的問題。作為對如何解決上述問題進行深入研究的結果，本發明者提出了將構成磁石的線圈構成為高度相對於寬度的比超過1，也就是使線圈直立的想法。
也就是，藉由使線圈直立，在線圈的配置因為裝置構成的制約而受到限制的情況下，能夠不變更線圈的高度，且藉由僅減小線圈的寬度來處理。如此一來，在調整線圈間的角度以實現所需的磁場分布時，能夠抑制對於在原料熔液的高度方向的磁場施加的影響，且能夠提高磁場分布的設計的自由度。
但是，作為本發明者進一步進行研究的結果，發現僅僅使線圈直立不足以實現所需的磁場分布，且發現以下是必須的：磁石具備4個以上的線圈且使1個以上的線圈直立，且設置對各個上述4個以上的線圈相互獨立地產生磁場的控制部。藉此，完成了本發明。
由上述說明可以得知，本發明的單結晶的製造裝置用的磁石的特徵在於其形狀以及能夠為線圈獨立地產生磁場的控制部，其他的構成並未限定，且能夠適當地使用過去習知技術。以下，儘管具體說明根據本發明之磁石，但本發明並未對此限定。
第2圖顯示構成根據本發明之單結晶的製造裝置用的磁石之線圈的適當的一範例，且分別顯示(a)全體圖、(b)正面圖、(c)側面圖、(d)下視圖。第2圖所示的線圈2被構成為高度相對於寬度的比超過1，也就是被構成為直立。更
具體而言，構成根據本發明之磁石1的線圈2為矩形環狀，具有：2個第1部分3，作為在鉛直方向上延伸的縱向構件；2個第2部分4，作為在水平方向上延伸的橫向構件；和4個連接部分5，連接第1部分3和第2部分4。
在上述線圈2中，第1部分3的長度Hi被構成為大於第2部分4的長度Wi。藉此，線圈2的高度也大於寬度，且高度相對於寬度的比超過1。另外，在本發明中，「線圈的高度」是指環狀的線圈的開口部2a的上下方向(鉛直方向)的最長部分的長度(在第2圖中是第1部分3的長度Hi)，「線圈的寬度」是指開口部2a的水平方向的最長部分的長度(在第2圖中是第2部分4的長度Wi)。另外，在線圈2如第2(d)圖所示往外表面2b側彎曲的情況下，線圈2的寬度為沿著內表面2c的長度。
根據本發明之構成磁石1的線圈2儘管較佳為如第2圖所示的矩形，但並非限定於此，也可以是例如橢圓形。此外，所有的線圈2較佳為直立，且較佳為具有相同的形狀。如此一來，能夠形成對稱性較高的磁場分布。
利用具有這樣的構成的線圈2，即使是在線圈2的配置因為裝置構成的制約而受到限制的情況下，也能夠不減小線圈2的高度而僅減小線圈2的寬度，且抑制了對於原料熔液13之高度方向的磁場施加的影響，能夠提高磁場分布的設計的自由度。
上述線圈2的高度較佳為600mm以上。如此一來，在製造直徑300mm以上(例如，在ψ 300mm晶圓用的矽單結晶的情況下為直徑301~340mm，在ψ 450mm晶圓用的矽單結晶的情況下為直徑451~500mm)的單結晶時，能夠對容納於坩堝12之熔融原料13良好地施加水平磁場。此外，線圈2的高度在製造ψ 300mm晶圓用的矽單結晶的情況下更佳為750~1000mm，在製造ψ 450mm晶圓用的矽單結晶的情況下更佳為1125~1500mm。
另外，線圈2如第2(d)圖所示，第2部分4較佳為往線圈2的外表面
2b側彎曲。如此一來，能夠沿著腔室11的外壁配置線圈2，且能夠在線圈2的配置中節省必要的空間以使磁石1整體緊湊(compact)，但也可以將第2部分4構成為直線狀以形成平坦的線圈2。
線圈2的外形的寬度Wo(也就是第2部分4+2個連接部分5的長度)為磁石1的圓周L的1/4以下，更佳為磁石1的圓周L的1/6以下，再更佳為1/8以下，最佳為1/12以下。藉由相對於磁石的圓周L減小線圈2的外形的寬度Wo，配置更多的線圈2，提高線圈2間的粗細的自由度，能夠提高磁場分布的設計的自由度。
另外，在線圈2如第2(d)圖所示往外表面2b側彎曲的情況下，線圈2的外形的寬度Wo如第2(d)圖所示，為沿著線圈2的內表面2c的長度。藉由相對於磁石的圓周L減小線圈2的外形的寬度Wo，配置更多的線圈2，提高線圈2間的粗細的自由度，能夠提高磁場分布的設計的自由度。此外，「磁石的圓周」在線圈2往其外表面2b側彎曲且4個以上的線圈2的內表面2c構成圓的情況下，是指在俯視磁石1時以線圈2的內表面2c所構成之圓的圓周的長度。此外，在線圈2是平坦的、或線圈2的內表面2c不構成圓的情況下，「磁石的圓周」是指在俯視磁石1時以線圈2的內表面2c的中心(對應內表面2c的線段的中點)所構成之圓(通過4個以上中點的圓)的圓周的長度。
關於上述線圈2的寬度Wo與磁石1的圓周L的關係，線圈2的個數為4個以上。藉由使線圈2的個數為4個以上，能夠確保對容納於坩堝12的原料熔液13施加的磁場分布的設計之充分的自由度。線圈2的個數較佳為2的倍數。藉由使線圈2的個數為2的倍數，能夠以較高的對稱性配置線圈2。線圈2的個數更佳為6個以上，再更加為8個以上，最佳為12個。此外，線圈2的個數較佳為40個以下。如此一來，能夠在避免磁場設計變得複雜的同時以高自由度進行磁場設計，且能夠抑制磁石1的成本。
關於線圈2，準備如第2圖所示的環狀的支撐體，且在如第2圖所
示俯視時，能夠在劃定支撐體的外形的外周面2d、或劃定支撐體的開口部的內周面2e設置凹部，且能夠構成為在上述凹部容納並纏繞繞線。此外，線圈2也可以構成為不設置支撐體，且纏繞成第2圖所示的形狀以樹脂固定。
此外，在將繞線纏繞於支撐體的外周面2d或內周面2e的情況下，構成線圈2之連接部分5的外周面2d或內周面2e較佳為其角部具有弧度(圓度)。此外，在繞線不纏繞於支撐體的情況下，在對應連接部分5的部分較佳為帶有弧度地纏繞。
如上所述，根據本發明之磁石1具備4個以上的線圈2。接著，4個以上的線圈2的各個被連接到控制部(未圖示)，能夠獨立控制各線圈2的電流值。如此一來，能夠由各線圈2產生不同強度及方向的磁場。
複數個線圈2較佳為在俯視磁石1時相對於以下的軸對稱地配置：與通過磁石1的中心且在鉛直方向延伸的軸垂直的軸。如此一來，能夠形成具有對稱性的磁場分布。
第3圖顯示構成根據本發明的磁石1之複數個線圈2的配置例，(a)顯示配置4個線圈2的範例，(b)顯示配置12個線圈2的範例。另外，圖中的箭頭表示水平磁場的方向。
舉例而言，如第3(a)圖所示，在磁石1具備4個線圈2的情況下，如第4圖所示，分別以2個線圈2間的距離Da(也就是不夾住xz面之2個線圈2間的距離)及Db(夾住xz面之2個線圈2間的距離)作為參數來調整，藉此能夠設定任意的磁場分布。也就是，如果縮短距離Da，顯示於第4圖之區域A的磁束密度上升，而區域B的磁束密度降低。具體而言，如第5(a)圖所示，在Da<Db的情況下，磁束密度從磁場中心O沿著x軸方向變小(第5(b)圖)，而磁束密度沿著y軸方向變大(第5(c)圖)。
相反地，如果縮短距離Db，顯示於第4圖之區域B的磁束密度上
升，而區域A的磁束密度降低。具體而言，如第6(a)圖所示，在Da>Db的情況下，磁束密度從磁場中心O沿著x軸方向變大(第6(b)圖)，而磁束密度沿著y軸方向變小(第6(c)圖)。如上所述，分別以2個線圈2間的距離Da及Db作為參數，能夠設定任意的磁場分布。
此外，如第3(b)圖所示，在磁石1具備12個線圈2的情況下，藉由變更線圈2的形狀、流過線圈2的電流值、構成線圈2之繞線的繞數，能夠設定任意的磁場分布。
具體而言，如第7(a)圖所示，在12個線圈2當中，藉由使線圈2A、2C、2D、2F、2G、2I、2J、2L的輸出相對較大，同時使線圈2B、2E、2H、2K的輸出相對較小，調整沿著x軸方向的磁束密度(第7(b)圖)以及沿著y軸方向的磁束密度(第7(c)圖)，能夠設定任意的磁場分布。
有關第7(a)圖所示的12個線圈2，控制部較佳為以第1線圈群和第2線圈群構成為使流過線圈2之電流的方向相反，其中第1線圈群是以鄰接的6個線圈2(線圈2J、2K、2L、2A、2B、2C)所構成，第2線圈群是以剩下的鄰接的6個線圈2(線圈2I、2H、2G、2F、2E、2D)所構成。如此一來，夾住xz面且相對之線圈2的磁力線不會相互抵消，能夠對原料熔液13有效地施加磁場。另外，第7(a)圖儘管記載了線圈數為12個的情況，但在其他的線圈數的情況下也同樣較佳為以第1線圈群(配置於第1象限與第2象限的線圈群)和第2線圈群(配置於第3象限與第4象限的線圈群)構成為使流過線圈2之電流的方向相反。
此外，有關顯示於第7(a)圖的12個線圈2，控制部較佳為構成為使以下3個組合依下述的順序減小電流值：2C、2D、2I及2J的組合；2B、2E、2H及2K的組合；2A、2F、2G及2L的組合。如此一來，能夠抑制原料熔液13的對流變動。另外，第7(a)圖儘管記載了線圈數為12個的情況，但在其他的6個以上的線圈數的情況下也同樣較佳為將夾住xz面且鄰接的線圈2中流過的電流值構成為大於
其他的線圈2。
此外，有關顯示於第7(a)圖的12個線圈2，較佳為將線圈2J與線圈2I之間、以及線圈2C與線圈2D之間的距離構成為比鄰接的其他的線圈2間的距離更短。如此一來，能夠使上述線圈2附近的磁束密度梯度較大，能夠使對流變動的抑制效果提高。另外，第7(a)圖儘管記載了線圈數為12個的情況，在其他的線圈數的情況下也同樣較佳為將夾住xz面且鄰接的線圈2間的距離構成為比鄰接的其他的線圈2間的距離更短。
磁石1雖然能夠是電磁體(正常傳導)，且能夠是超導電磁體，但較佳為超導電磁體，因為能夠形成更強的磁場。在將磁石1構成為超導電磁體的情況下，以鈮系合金等的超導材料構成構成線圈2的繞線。接著，將4個以上的線圈2容納於圓筒型的真空容器內(未圖示)，配置為例如2個線圈2相對。接著，構成為以冷卻溶媒填滿例如線圈2的周圍且能夠透過冷卻裝置將線圈2冷卻到轉移溫度。
(單結晶的製造裝置)
根據本發明之單結晶的製造裝置具備容納單結晶的原料的熔液的坩堝、和配置於上述坩堝的周圍之上述根據本發明的磁石，上述磁石具有4個以上的線圈，且根據本發明之單結晶的製造裝置為在透過上述磁石對上述熔液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶之單結晶的製造裝置。
第8圖顯示出根據本發明之單結晶的製造裝置的一範例。另外，對於與顯示於第1圖之單結晶的製造裝置100相同的構成標示相同的符號。在第8圖所示之單結晶的製造裝置10中，具備上述根據本發明之磁石1以代替第1圖所示之單結晶的製造裝置100中的磁石21。如上所述，磁石1具備高度相對於寬度的比超過1之4個以上的線圈2，4個以上的線圈2的各個被構成為能夠利用控制部以相互獨立地產生磁場。如此一來，即使是在構成單結晶的製造裝置的磁石之
線圈的配置受到限制的情況下，也能夠提高磁場分布的設計的自由度。這樣的具備磁石1之單結晶的製造裝置10對原料熔液13以所需的磁場分布施加磁場，能夠製造具有所需的特性之單結晶，例如無缺陷的單結晶。
此外，如第9圖所示，根據本發明之磁石1較佳為在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上的磁石。如此一來，在能夠抑制單結晶的提拉方向的氧濃度的變動的同時，也能夠抑制單結晶的提拉速度的變動並製造無缺陷的單結晶。有關點A、點B、磁場中性面的細節，如後續所詳述。
(單結晶的製造方法)
根據本發明之單結晶的製造方法為使用上述根據本發明之單結晶的製造裝置且以柴可斯基法製造單結晶的方法，其特徵在於以上述磁石對原料的熔液施加水平磁場並提拉單結晶，使得在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上。
如上所述，藉由使用根據本發明之單結晶的製造裝置10，以所需的磁場分布將磁場施加到原料熔液13，能夠製造具有所需的特性之單結晶。本發明者發現：使用上述製造裝置10以將適當的磁場分布施加到原料熔液13，藉此能夠製造氧濃度的變動較小的單結晶。
也就是，本發明者發現：如第9圖所示，藉由以磁石1對原料的熔液施加水平磁場並提拉單結晶，使得在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上，在能夠抑制單結晶的提拉方向的氧濃度的變動的同時，能夠抑制單結晶的提拉速度的變動以製造
無缺陷的單結晶。
另外，上述「磁場中性面」是指包含所有構成磁石1之各線圈2的重心的面，「磁場中性面的中心」是指磁場中性面與結晶旋轉軸相交的點。線圈2較佳為配置為所有的線圈2的重心的高度位置相同且磁場中性面為水平面。
另外，將磁石1配置於單結晶的製造裝置10，且在施加水平磁場的同時製造單結晶的情況下，一般而言磁石1的中心軸與結晶旋轉軸一致。也就是，通過根據本發明之磁石1的中心且在鉛直方向上延伸的軸可以當作是與結晶旋轉軸相同。因此，一般而言磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)換句話說可以是磁場中性面、和通過磁石1的中心且在鉛直方向上延伸的軸相交的點。特別是，在從單結晶的製造裝置取出磁石1的情況下，也就是磁石1單體的情況下，磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)為磁場中性面、和通過磁石1的中心且在鉛直方向上延伸的軸，也就是磁石1的中心軸相交的點。
此外，關於點A及B，在磁場中性面上，以磁場中性面的中心之磁場中心為原點O，以通過原點O且平行於磁場的方向的軸為y軸、垂直於磁場的方向的軸為x軸，以通過原點O且垂直於磁場中性面的軸為z軸，在結晶提拉開始時，z軸上的坩堝12內側(內面)的點為點A，x軸上的坩堝12內側(內面)的點為點B。另外，在磁場中性面為水平面的情況下，z軸與結晶旋轉軸一致。
在上述點A及點B的磁束密度的要件能夠藉由使磁場中性面與原料熔液13的表面的高度相同且線圈2間的角度為90°以上來達成。
此外，較佳為使與點B高度相同之y軸上的坩堝12內側的點C(0mm,400mm,0mm)的磁束密度比點B的磁束密度更小。如此一來，能夠進一步抑制原料熔液13的對流變動。
上述單結晶16儘管只要是以CZ法製造就沒有特別限定，但可以
適當地製造氧濃度的變動較小之半導體用矽的單結晶。
以下，儘管是說明有關本發明的實施例，但本發明並非限定於實施例。
(發明例1)
使用具備具有第2圖所示之縱型的矩形環狀線圈的磁石之單結晶的製造裝置，進行直徑310mm的矽單結晶的製造。矩形環狀型線圈是構成為磁場中性面的高度與第9(b)圖之點A相同，且以線圈角度60°配置4個線圈。另外，各線圈為縱型且相同形狀，且磁場中性面構成為水平面。接著，調整流過線圈的電流的大小及方向，產生在點A的磁束密度為0.58M、在點B的磁束密度為1.47M之磁場分布。在這樣的狀態下熔融作為容納於坩堝的矽原料之多結晶矽且使晶種觸液於熔融矽並提拉，在晶種的下方生長矽單結晶。
(發明例2)
與發明例1同樣地製造矽單結晶。但是，變更相對於磁場中性面的點A的高度，使在點A的磁束密度為磁場中心O的磁束密度M的0.64倍、使在點B的磁束密度為2.23倍。其他的條件與發明例1都相同。
(比較例1)
與發明例1同樣地製造矽單結晶。但是，變更相對於磁場中性面的點A的高度，使在點A的磁束密度為磁場中心O的磁束密度M的0.53倍、使在點B的磁束密度為1.03倍。其他的條件與發明例1都相同。
<單結晶的軸方向的氧濃度>
第10圖顯示出矽單結晶的軸方向的氧濃度的變動，(a)是關於比較例，(b)是關於發明例1，(c)是關於發明例2。另外，在第10圖之單結晶的軸方向的位置及氧濃度分別是以預定的值標準化。有關第10(a)圖所示的比較例，單結晶軸方向的氧濃度的變動較大，不在預定的氧濃度範圍內。另一方面，有關第10(b)及10(c)
圖所示的發明例1及發明例2，與比較例相比氧濃度的變動降低，特別是有關發明例2，氧濃度的變動與比較例相比減少到1/5的程度。
<固液界面的溫度的時間變動>
第11圖顯示出根據3次元流體模擬之固液界面的溫度的時間變動，(a)是關於比較例，(b)是關於發明例1，(c)是關於發明例2。另外，在第11圖之時間及固液界面的溫度分別是以預定的值標準化。有關第11(a)圖所示的比較例可以理解：固液界面的溫度的時間變動較大，因為這個溫度的變動，結晶提拉速度的變動較大，無法得到無缺陷的矽單結晶。另一方面，有關第11(b)及11(c)圖所示的發明例1及發明例2，可以理解：與比較例相比，固液界面的溫度的時間變動降低且結晶提拉速度的變動較小，在發明例1及發明例2皆可以得到無缺陷的矽單結晶。特別是有關發明例2，固液界面的溫度的時間變動與比較例相比減少到1/50的程度。
根據本發明，即使是在構成單結晶的製造裝置的磁石之線圈的配置受到限制的情況下也能夠提高磁場分布的設計的自由度，因此在半導體晶圓製造業中是有用的。
1:磁石
2:線圈
2a:開口部
2b:外表面
2c:內表面
2d:外周面
2e:內周面
3:第1部分
4:第2部分
5:連接部分
Hi,Ho:高度
Wi,Wo:寬度
Claims (6)
- 一種單結晶的製造裝置用磁石，其為用於在單結晶的製造裝置中施加水平磁場的單結晶的製造裝置用磁石，其中前述單結晶的製造裝置在對容納於坩堝之單結晶的原料的熔液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶，且其特徵在於前述單結晶的製造裝置用磁石具備：線圈，其為4個以上的線圈，且前述4個以上的線圈的至少1個線圈的高度相對於寬度的比超過1；和控制部，能夠對各個前述4個以上的線圈相互獨立地產生磁場，其中當在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上。
- 如請求項1之單結晶的製造裝置用磁石，其中前述線圈為矩形環狀。
- 如請求項1或2之單結晶的製造裝置用磁石，其中前述高度為600mm以上。
- 一種單結晶的製造裝置，具備：容納單結晶的原料的熔液的坩堝、和配置於前述坩堝的周圍之如請求項1或2之磁石，且在以前述磁石對前述熔液施加水平磁場的同時提拉前述單結晶。
- 一種單結晶的製造方法，其為使用如請求項4之單結晶的製造裝置且以柴可斯基(Czochralski)法製造單結晶的方法，以前述磁石對前述熔液施加前述水平磁場並提拉單結晶，使得當在磁場中性面的中心O(0mm,0mm,0mm)的磁束密度為M時，在點A(0mm,0mm,-400mm)的磁束密度為0.58×M以上，且在點B(400mm,0mm,0mm)的磁束密度為1.47×M以上。
- 如請求項5之單結晶的製造方法，其中前述單結晶為矽單結晶。
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