JPS6051691A - 単結晶半導体育成装置 - Google Patents
単結晶半導体育成装置Info
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- JPS6051691A JPS6051691A JP15927983A JP15927983A JPS6051691A JP S6051691 A JPS6051691 A JP S6051691A JP 15927983 A JP15927983 A JP 15927983A JP 15927983 A JP15927983 A JP 15927983A JP S6051691 A JPS6051691 A JP S6051691A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- magnetic
- magnetic field
- single crystal
- stainless steel
- Prior art date
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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)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (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〕
本発明は屋結晶半導体育成装置の改良に関する。
半導体装置の製造に用いられる蛍結晶半導体は主にチョ
クラルスキー法（Ｃ２法）により製造されている。この
方法は、単結晶シリコンを製造する場合を例にとれば、
以下のようなものである。すなわち、チャンバー内に石
英ルツボを回転自在に支持し、この石英ルツボ内にシリ
コン原料を入れて周囲に配設されたヒータにより溶融し
、この溶融シリコンにルッデ上方から回転自在に吊下さ
れた種結晶を浸し、この種結晶を引上げることにより単
結晶シリコンを育成するものである。
クラルスキー法（Ｃ２法）により製造されている。この
方法は、単結晶シリコンを製造する場合を例にとれば、
以下のようなものである。すなわち、チャンバー内に石
英ルツボを回転自在に支持し、この石英ルツボ内にシリ
コン原料を入れて周囲に配設されたヒータにより溶融し
、この溶融シリコンにルッデ上方から回転自在に吊下さ
れた種結晶を浸し、この種結晶を引上げることにより単
結晶シリコンを育成するものである。
ところで、この方法では単結晶シリコンの育成中におい
て、溶融シリコン内で回転に伴う強制対流や熱対流が起
こるため、育成される単結晶シリコンの不純物濃度むら
（ストリエーション）が著しくなったシ、不純物濃度を
自由に制御することが困難になるという欠点がある。
て、溶融シリコン内で回転に伴う強制対流や熱対流が起
こるため、育成される単結晶シリコンの不純物濃度むら
（ストリエーション）が著しくなったシ、不純物濃度を
自由に制御することが困難になるという欠点がある。
そこで、巣結晶半導体のＨ酸中に溶融半導体原料に磁場
を印加する技術が知られている（例えば、特開昭５６−
１０４７９１．特開昭５６−１０４７９５ 、特開昭５
６−１２１３３９゜特開昭５７−］ ４９８９４等）。
を印加する技術が知られている（例えば、特開昭５６−
１０４７９１．特開昭５６−１０４７９５ 、特開昭５
６−１２１３３９゜特開昭５７−］ ４９８９４等）。
これら従来の単結晶半導体育成装置の概略構成は第１図
あるいは第２図に示すようなものである。
あるいは第２図に示すようなものである。
すなわち、第１図図示の装置は、チャンバー１内にルツ
デ２が回転自在に支持され、チャンバー１の外側のルッ
？２の両側方に対応する位置に２藺の常電導マグネット
３１＊３２が互いに極性の異なる極を対向させるように
配置されたものである。この装置では、常電導マグネッ
）Ｊ、、、？！によりルツ？２内の溶融半導体原料４に
水平方向の磁場（図中破線で図示）を印加しながら、溶
融半導体原料４に種結晶５を浸し、これを引上げること
により単結晶半導体６が育成される。
デ２が回転自在に支持され、チャンバー１の外側のルッ
？２の両側方に対応する位置に２藺の常電導マグネット
３１＊３２が互いに極性の異なる極を対向させるように
配置されたものである。この装置では、常電導マグネッ
）Ｊ、、、？！によりルツ？２内の溶融半導体原料４に
水平方向の磁場（図中破線で図示）を印加しながら、溶
融半導体原料４に種結晶５を浸し、これを引上げること
により単結晶半導体６が育成される。
また、第２図図示の装置は第１図図示の装置における２
個の常電導マグネットＪ １ ＊ ３２の代わりにチャ
ンバー１の外周にリング状の常電導あるいは超電導マグ
ネット７を配設したものである。この装置では常電導あ
るｂは超電導マグネット７によりルッど２内の溶融半導
体原料４に鉛直方向の磁場（図中破線で図示）を印加し
ながら、溶融半導体原料４に種結晶を浸し、これを引上
げることにより単結晶半導体６が育成される。
個の常電導マグネットＪ １ ＊ ３２の代わりにチャ
ンバー１の外周にリング状の常電導あるいは超電導マグ
ネット７を配設したものである。この装置では常電導あ
るｂは超電導マグネット７によりルッど２内の溶融半導
体原料４に鉛直方向の磁場（図中破線で図示）を印加し
ながら、溶融半導体原料４に種結晶を浸し、これを引上
げることにより単結晶半導体６が育成される。
これらの装置では、溶融半導体原料４内の対流を抑制す
ることができるので育成される単結晶半導体中のストリ
エーションの発生を少なくしたり、不純物濃度の高低を
制御することが容易になるという効果がある。
ることができるので育成される単結晶半導体中のストリ
エーションの発生を少なくしたり、不純物濃度の高低を
制御することが容易になるという効果がある。
しかしながら、従来の装置には以下のような問題点があ
る。
る。
（１）第１図図示の装置ではチャンバーの左右に２個の
常電導マグネットを配置しているため、装置全体が極め
て大型となる。また、チャンバーとマグネットで冷却が
別系統となるのでエネルギー消費が大きくなる。また、
第２図図示の装置では超電導マグネットを用−１マグネ
ツトの冷却用冷媒を閉回路とした場合、エネルギー消費
は小さいが、常電導マグネットを用いた場合には、第１
図図示の装置と同様にエネルギー消費が大きい。
常電導マグネットを配置しているため、装置全体が極め
て大型となる。また、チャンバーとマグネットで冷却が
別系統となるのでエネルギー消費が大きくなる。また、
第２図図示の装置では超電導マグネットを用−１マグネ
ツトの冷却用冷媒を閉回路とした場合、エネルギー消費
は小さいが、常電導マグネットを用いた場合には、第１
図図示の装置と同様にエネルギー消費が大きい。
（１１） 育成装置にはコンピュータ制御を実行するた
めの各種センサが設置されている。しかし、第１図及び
第２図図示の装置ではいずれも溶融半導体原料から遠く
離れた位置にも磁場が作用するため、こうした漏洩磁場
によりセンサが誤動作を起こしたり、ＴＶセンサの画像
歪曲等の現象が発生し、例えば直径制御が不能となる場
合がある。したがって、センサをよシ遠い位置に設置す
るか、もしくはセンサごとに遮蔽体を設けなければなら
ないという欠点がある。
めの各種センサが設置されている。しかし、第１図及び
第２図図示の装置ではいずれも溶融半導体原料から遠く
離れた位置にも磁場が作用するため、こうした漏洩磁場
によりセンサが誤動作を起こしたり、ＴＶセンサの画像
歪曲等の現象が発生し、例えば直径制御が不能となる場
合がある。したがって、センサをよシ遠い位置に設置す
るか、もしくはセンサごとに遮蔽体を設けなければなら
ないという欠点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、制御用
の各種センサに悪影響を及ばずことなく、しかも少ない
エネルギー消費で高品質の昆結晶半導体を育成し得る拒
結晶半導体育成装置’（ｉ＝４％供しようとするもので
ある。
の各種センサに悪影響を及ばずことなく、しかも少ない
エネルギー消費で高品質の昆結晶半導体を育成し得る拒
結晶半導体育成装置’（ｉ＝４％供しようとするもので
ある。
本発明の単結晶半導体育成装置は、チャンバーを非磁性
体とその外側を囲む磁性体とで形成し、前記磁性体のル
ッデ側面の互いに対向する位置に極性の異なる極が発生
するように前記磁性体の内面側に一対のコイルを巻回し
て溶融半導体原料に磁場を印加するとともに、前記非磁
性体内又は非磁性体と磁性体との間に冷媒を流すことを
特徴とするものである。
体とその外側を囲む磁性体とで形成し、前記磁性体のル
ッデ側面の互いに対向する位置に極性の異なる極が発生
するように前記磁性体の内面側に一対のコイルを巻回し
て溶融半導体原料に磁場を印加するとともに、前記非磁
性体内又は非磁性体と磁性体との間に冷媒を流すことを
特徴とするものである。
このような装置によれば、チャンバー自体がヨークとな
るので、磁場漏洩のおそれがなく、制御用の各種センサ
に悪影響を及ぼすことがない。また、非磁性体内又は非
磁性体と磁性体との間に冷媒を流すことにより、チャン
バー全体を冷却することができ、ヒータ及びコイルによ
る温度上昇を同時に防止することができるので、エネル
ギー消費が少ない。
るので、磁場漏洩のおそれがなく、制御用の各種センサ
に悪影響を及ぼすことがない。また、非磁性体内又は非
磁性体と磁性体との間に冷媒を流すことにより、チャン
バー全体を冷却することができ、ヒータ及びコイルによ
る温度上昇を同時に防止することができるので、エネル
ギー消費が少ない。
以下、本発明の実施例を第３図及び第４図を参照して説
明する。
明する。
第３図中１１は内径６］０＋ａの非磁性体ステンレスス
チール１２とその外側を囲む厚さ１５調以上の磁性体ス
テンレススチール１３とからなり、上部と下部が開口し
たチャンバーである。
チール１２とその外側を囲む厚さ１５調以上の磁性体ス
テンレススチール１３とからなり、上部と下部が開口し
たチャンバーである。
このチャンバー１１の下部開口からは支持棒１４が回転
自在に挿入されて黒鉛製保護体１５を支持しており、こ
の保護体１５は内部の直径１２インチ（３０４，８ｍ＋
）の石英ルツ？１６を保護している。前記保護体１５の
外周にはヒータ１７及び保温筒１８が順次配設されてい
る。また、前記チャンバー１１の上部開口からは例えば
チェーン１９が吊下されており、種結晶２０ケ保持して
いる。
自在に挿入されて黒鉛製保護体１５を支持しており、こ
の保護体１５は内部の直径１２インチ（３０４，８ｍ＋
）の石英ルツ？１６を保護している。前記保護体１５の
外周にはヒータ１７及び保温筒１８が順次配設されてい
る。また、前記チャンバー１１の上部開口からは例えば
チェーン１９が吊下されており、種結晶２０ケ保持して
いる。
また、前記チャンバー１１を構成する非磁性体ステンレ
ススチール１２の内部には冷却水流路２ノが設けられ冷
却水が流れるようになっている。更に、チャンバー１１
を構成する磁性体ステンレススチール１３の内面側ニは
ルツビ１６側面の互込に対向する位置に極性の異なる核
が発生するように巻線溝に１対のコイル２２゜２３が巻
回されている。これらコイル２２゜２３にけ２０Ａ以上
の直流電流を通電することができるようになっている。
ススチール１２の内部には冷却水流路２ノが設けられ冷
却水が流れるようになっている。更に、チャンバー１１
を構成する磁性体ステンレススチール１３の内面側ニは
ルツビ１６側面の互込に対向する位置に極性の異なる核
が発生するように巻線溝に１対のコイル２２゜２３が巻
回されている。これらコイル２２゜２３にけ２０Ａ以上
の直流電流を通電することができるようになっている。
上記装置を用いた単結晶半導体の育成は以下のようにし
て行なわれる。捷ず、ルッゲ１６内に例えばシリコン原
料を入れ、例えばアルゴンガス雰囲気中でヒータ１７に
より溶融する。この溶融シリコン２４に第４図に示すよ
うにコイル２２．２３による水平方向の磁場（図中敏腕
で示す）を印加し、非磁性体ステンレススチール１２内
に冷却水を流す。こうした状態で、溶融シリコン２４に
種結晶２ｏを浸し、ルッピ１６と種結晶２０とを逆方向
に回転しながら種結晶２０を引上げることにより単結晶
シリコン２５を育成する。
て行なわれる。捷ず、ルッゲ１６内に例えばシリコン原
料を入れ、例えばアルゴンガス雰囲気中でヒータ１７に
より溶融する。この溶融シリコン２４に第４図に示すよ
うにコイル２２．２３による水平方向の磁場（図中敏腕
で示す）を印加し、非磁性体ステンレススチール１２内
に冷却水を流す。こうした状態で、溶融シリコン２４に
種結晶２ｏを浸し、ルッピ１６と種結晶２０とを逆方向
に回転しながら種結晶２０を引上げることにより単結晶
シリコン２５を育成する。
しかして、上記装置によれば、チャンバー１１を構成す
る磁性体ステンレススチール１３にコイル２２．２３ｆ
巻回し、磁性体ステンレススチール１３自体がヨークと
なり、その内部を磁場の閉回路として使用できるので、
外部への磁場漏洩のおそれがない。このため、制御用の
各種センサに悪影ｆ＃を及ぼすことがな（、例えば直径
制御を良好に行なうことができる。また、チャンバー１
１を構成する非磁性体ステンレススチール１２内部に冷
却水を流しているので、チャンバ−１１全体を冷却する
ことができる。このため、ヒータ１７による＠度上昇と
コイル２２．２３による温度上昇を同時に防止すること
ができるのでエネルギー消費が少ない。
る磁性体ステンレススチール１３にコイル２２．２３ｆ
巻回し、磁性体ステンレススチール１３自体がヨークと
なり、その内部を磁場の閉回路として使用できるので、
外部への磁場漏洩のおそれがない。このため、制御用の
各種センサに悪影ｆ＃を及ぼすことがな（、例えば直径
制御を良好に行なうことができる。また、チャンバー１
１を構成する非磁性体ステンレススチール１２内部に冷
却水を流しているので、チャンバ−１１全体を冷却する
ことができる。このため、ヒータ１７による＠度上昇と
コイル２２．２３による温度上昇を同時に防止すること
ができるのでエネルギー消費が少ない。
また、磁場を印加することにより、溶融シリコン２４中
の対流を抑制して単結晶シリコン２５の品質を向上する
ことができる。
の対流を抑制して単結晶シリコン２５の品質を向上する
ことができる。
事実、上記装置を用い、ルツデ１６内に２０ゆの高純度
シリコン原料をチャージし、ダッシュ法による通常の無
転位短結晶育成法でコイル２２ 、２３により１５００
ガウスの磁場を印加しながら、直径１０３±１閣、比抵
抗率１〜３Ω・ｃｍ ＋ Ｎ型、結晶方位（１００）を
目標として単結晶シリコンを育成したところ下記第１表
のような結果が得られた。なお、下記第１表中参照例は
磁場を印加しない通常のＣ２法によるものである。
シリコン原料をチャージし、ダッシュ法による通常の無
転位短結晶育成法でコイル２２ 、２３により１５００
ガウスの磁場を印加しながら、直径１０３±１閣、比抵
抗率１〜３Ω・ｃｍ ＋ Ｎ型、結晶方位（１００）を
目標として単結晶シリコンを育成したところ下記第１表
のような結果が得られた。なお、下記第１表中参照例は
磁場を印加しない通常のＣ２法によるものである。
上記第１表から比抵抗率のばらつき、微小比抵抗率分布
が改善されてｂることがわかる。
が改善されてｂることがわかる。
また、第１図に示した従来の装置（比較例）と装置寸法
、漏洩磁場、冷却経費を比較したところ下記第２表のよ
うな結果が得られた。
、漏洩磁場、冷却経費を比較したところ下記第２表のよ
うな結果が得られた。
上記第２表から本発明の単結晶半導体育成装置は従来の
装置と比較して装置寸法がコンパクトであり、漏洩磁場
、冷却経費の点ではるかに優れていることがわかる。
装置と比較して装置寸法がコンパクトであり、漏洩磁場
、冷却経費の点ではるかに優れていることがわかる。
なお、上記実施例ではチャンバーを構成する非磁性体ス
テンレススチールの内部に冷却水を流したが、これに限
らず非磁性体ステンレススチールと磁性体ステンレスス
チールの間に冷却水を流してもよい。また、これらに加
えて磁性体ステンレススチールの内部にも冷却水を流し
て主にコイルによる温習上昇を防止してもよい。
テンレススチールの内部に冷却水を流したが、これに限
らず非磁性体ステンレススチールと磁性体ステンレスス
チールの間に冷却水を流してもよい。また、これらに加
えて磁性体ステンレススチールの内部にも冷却水を流し
て主にコイルによる温習上昇を防止してもよい。
更に、以上の説明では単結晶シリコンを育成する場合に
ついて述べたが、これに限らすＧａＡｓ等他の単結晶半
導体の育成にも本発明の装置を用いることができること
は勿論である。
ついて述べたが、これに限らすＧａＡｓ等他の単結晶半
導体の育成にも本発明の装置を用いることができること
は勿論である。
以上詳述した如く、本発明の凰結晶半導体育成装置によ
れば、制御用の各種センサに悪影響を及ぼすことなく、
シかも少ないエネルギー消費で高品質の単結晶半導体を
育成し得る等顕著な効果を奏するものである。
れば、制御用の各種センサに悪影響を及ぼすことなく、
シかも少ないエネルギー消費で高品質の単結晶半導体を
育成し得る等顕著な効果を奏するものである。
第１図及び第２図はそれぞれ従来の単結晶半導体育成装
置の概略構成図、第３図は本発明の実施例における単結
晶半導体育成装置の断面図、第４図は同装置における磁
場の状態を示す説明図である。 １ノ・・・チャンバ ｓ１２・・・非磁性体ステンレス
スチール、１３・・・磁性体ステンレススチール、１４
・・・支持棒、１５・・・保饅体、１６・・・ルツデ、
１７・・・ヒータ、１８・・・保温筒、１９・・・チェ
ーン、２０・・・種結晶、２ノ・・・冷却水流路、２２
、２３・・・コイル、２４・・・溶融シリコン、２５
・・・単結晶シリコン。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第２１ｉｉｌ 第 ３ 図
置の概略構成図、第３図は本発明の実施例における単結
晶半導体育成装置の断面図、第４図は同装置における磁
場の状態を示す説明図である。 １ノ・・・チャンバ ｓ１２・・・非磁性体ステンレス
スチール、１３・・・磁性体ステンレススチール、１４
・・・支持棒、１５・・・保饅体、１６・・・ルツデ、
１７・・・ヒータ、１８・・・保温筒、１９・・・チェ
ーン、２０・・・種結晶、２ノ・・・冷却水流路、２２
、２３・・・コイル、２４・・・溶融シリコン、２５
・・・単結晶シリコン。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第２１ｉｉｌ 第 ３ 図
Claims (1)
- チャンバー内にルッゲを回転自在に支持し、該ルツボ内
の溶融半導体原料にルッぎ上方から回転自在に吊下され
た種結晶を浸して核種結晶を引上げることにょシ単結晶
半導体を育成する装置において、前記チャンバーを非磁
性体とその外側を囲む磁性体とで形成し、前記磁性体の
ルツ？側面の互いに対向する位置に極性の異なる極が発
生するように前記磁性体の内面側に一対のコイルを巻回
して溶融半導体原料に磁場を印加するとともに、前記非
磁性体内又は非磁性体と磁性体との間に冷媒を流すこと
を特徴とする単結晶半導体育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15927983A JPS6051691A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 単結晶半導体育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15927983A JPS6051691A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 単結晶半導体育成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6051691A true JPS6051691A (ja) | 1985-03-23 |
Family
ID=15690313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15927983A Pending JPS6051691A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 単結晶半導体育成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051691A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| EP0936290A1 (en) * | 1998-02-17 | 1999-08-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting magnet device for crystal pulling device |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP15927983A patent/JPS6051691A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| EP0936290A1 (en) * | 1998-02-17 | 1999-08-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting magnet device for crystal pulling device |
| CN1320172C (zh) * | 1998-02-17 | 2007-06-06 | 东芝株式会社 | 拉晶装置用的超导磁体装置 |
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