JPH0160000B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0160000B2 JPH0160000B2 JP6659583A JP6659583A JPH0160000B2 JP H0160000 B2 JPH0160000 B2 JP H0160000B2 JP 6659583 A JP6659583 A JP 6659583A JP 6659583 A JP6659583 A JP 6659583A JP H0160000 B2 JPH0160000 B2 JP H0160000B2
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- Japan
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- magnetic field
- coil
- coil body
- container
- crystal
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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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は単結晶、例えば半導体結晶を得る結晶
成長法に係わる。
成長法に係わる。
背景技術とその問題点
例えば半導体単晶を育成させるにチヨクラルス
キー法（CZ法）が広く用いられる。この方法で
は石英るつぼ内で溶解した半導体融液に種結晶を
浸してこれを引き上げることによつて単結晶の育
成させるものであるが、この場合半導体融液と石
英るつぼの反応によつて酸素の混入が多く、引き
上げた結晶中の酸素濃度は1018／cm3の桁になる。
この結晶中の入つた過剰の酸素は集積回路製造過
程等の熱処理工程で種々の欠陥、例えば積層欠
陥、酸素析出物、転位ループなどを発生させ、半
導体装置の特性を劣化させる原因をつくる。また
単結晶半導体ではこのような結晶欠陥のほかに成
長縞と呼ばれる結晶中のミクロな不純物分布の不
均一性が問題になる。この成長縞発生の原因は融
液中の熱対流による。影響が重要であることが知
られている。一方、電気伝導性を有する液状体の
熱対流は、磁場によつて抑制される。即ち、電気
伝導性を有する物体が磁場中で運動するとき、物
体の中に電位差が発生し、電流が流れる。一方、
磁場の中で運動する電流の担体には力が働くから
物体は新しい力を受ける。今CZ法の例をとると、
これに熱対流が生じている場合これを横切る方向
に磁場を加えるとき、電気伝導性をもつ流体が磁
力線を横切ることになつて、その結果流体の運動
方向と磁場に垂直な方向に電流が流れる。そのた
め電流と磁場に垂直な方向に力が発生する。そし
てこの力は熱対流とは逆方向になり対流が抑制さ
れ、見かけ上流体の粘性を大きくするものであ
る。
キー法（CZ法）が広く用いられる。この方法で
は石英るつぼ内で溶解した半導体融液に種結晶を
浸してこれを引き上げることによつて単結晶の育
成させるものであるが、この場合半導体融液と石
英るつぼの反応によつて酸素の混入が多く、引き
上げた結晶中の酸素濃度は1018／cm3の桁になる。
この結晶中の入つた過剰の酸素は集積回路製造過
程等の熱処理工程で種々の欠陥、例えば積層欠
陥、酸素析出物、転位ループなどを発生させ、半
導体装置の特性を劣化させる原因をつくる。また
単結晶半導体ではこのような結晶欠陥のほかに成
長縞と呼ばれる結晶中のミクロな不純物分布の不
均一性が問題になる。この成長縞発生の原因は融
液中の熱対流による。影響が重要であることが知
られている。一方、電気伝導性を有する液状体の
熱対流は、磁場によつて抑制される。即ち、電気
伝導性を有する物体が磁場中で運動するとき、物
体の中に電位差が発生し、電流が流れる。一方、
磁場の中で運動する電流の担体には力が働くから
物体は新しい力を受ける。今CZ法の例をとると、
これに熱対流が生じている場合これを横切る方向
に磁場を加えるとき、電気伝導性をもつ流体が磁
力線を横切ることになつて、その結果流体の運動
方向と磁場に垂直な方向に電流が流れる。そのた
め電流と磁場に垂直な方向に力が発生する。そし
てこの力は熱対流とは逆方向になり対流が抑制さ
れ、見かけ上流体の粘性を大きくするものであ
る。
第１図はこのような磁場中で単結晶の成長を行
う単結晶成長装置を示すもので、１はその単結晶
成長を行うチエンバー、２は電気伝導性を有する
液状体３が収容された石英るつぼ等の容器で、４
は例えばグラフアイト発熱体よりなる液状体３の
加熱手段、５は磁場発生装置でこれより発生させ
た磁場が液状体３に与えられるようになされる。
７は液状体３に浸漬されてこれより引き上げられ
ることによつて単結晶８を成長する種結晶であ
る。
う単結晶成長装置を示すもので、１はその単結晶
成長を行うチエンバー、２は電気伝導性を有する
液状体３が収容された石英るつぼ等の容器で、４
は例えばグラフアイト発熱体よりなる液状体３の
加熱手段、５は磁場発生装置でこれより発生させ
た磁場が液状体３に与えられるようになされる。
７は液状体３に浸漬されてこれより引き上げられ
ることによつて単結晶８を成長する種結晶であ
る。
このような装置においてその磁場発生手段５と
しては、例えば図示のようにチエンバー１を挾ん
でその両側に夫々ポールピースにコイルが巻装さ
れた構成（以下ポールピース型という）をとつて
両者間に発生するほぼ水平方向の磁束が液状体３
を横切るような構成とするか、或いはチエンバー
１の外周を繞つて巻回するコイル体を配置し（以
下ソレノイド型という）、このコイル体に対する
通電によつてコイルの軸心方向（垂直方向）すな
わち重力方向の磁場を液状体３を与えるようにな
す。しかしながらこのようなポールピース型の磁
場装置とする場合も、またコイルを巻回するソレ
ノイド型の磁場装置とする場合においてもいずれ
も長短所を相そなえている。すなわちポールピー
ス型による場合、その重量が大となりまた大型化
されるものであるに比し、ソレノイド型による場
合は、その重量及び全体の大きさにおいてポール
ピース型に比して小さくできるものの、このよう
なソレノイド型構成をとる場合、そのコイルの上
下端において大きな漏洩磁場が発生し、これが他
の電動機や計器類に悪影響を及ぼすという欠点を
有し、この漏洩磁場を遮蔽する大掛りな遮蔽手段
を必要とする。更に消費電力が大きいという欠点
を有する。また、上述したように磁場によつて効
率よく熱対流を抑制するには、この対流の流に対
して直角方向の磁場を加えることが望ましいもの
であるが、上述したポールピース型、或いはソレ
ノイド型は、夫々主として水平方向、或いは垂直
方向のいずれか一方のみをとるものであつて、そ
の効率において問題がある。
しては、例えば図示のようにチエンバー１を挾ん
でその両側に夫々ポールピースにコイルが巻装さ
れた構成（以下ポールピース型という）をとつて
両者間に発生するほぼ水平方向の磁束が液状体３
を横切るような構成とするか、或いはチエンバー
１の外周を繞つて巻回するコイル体を配置し（以
下ソレノイド型という）、このコイル体に対する
通電によつてコイルの軸心方向（垂直方向）すな
わち重力方向の磁場を液状体３を与えるようにな
す。しかしながらこのようなポールピース型の磁
場装置とする場合も、またコイルを巻回するソレ
ノイド型の磁場装置とする場合においてもいずれ
も長短所を相そなえている。すなわちポールピー
ス型による場合、その重量が大となりまた大型化
されるものであるに比し、ソレノイド型による場
合は、その重量及び全体の大きさにおいてポール
ピース型に比して小さくできるものの、このよう
なソレノイド型構成をとる場合、そのコイルの上
下端において大きな漏洩磁場が発生し、これが他
の電動機や計器類に悪影響を及ぼすという欠点を
有し、この漏洩磁場を遮蔽する大掛りな遮蔽手段
を必要とする。更に消費電力が大きいという欠点
を有する。また、上述したように磁場によつて効
率よく熱対流を抑制するには、この対流の流に対
して直角方向の磁場を加えることが望ましいもの
であるが、上述したポールピース型、或いはソレ
ノイド型は、夫々主として水平方向、或いは垂直
方向のいずれか一方のみをとるものであつて、そ
の効率において問題がある。
発明の目的
本発明においては、上述した結晶成長装置にお
いて、その磁場発生装置としてソレノイド型構成
をとり、しかもその改良を図つて、これの磁場で
結晶成長に有効に作用するようにし、全体として
小型軽量で、更に漏洩磁場による他への悪影響を
激減することができ、消費電力の低減化をも図る
ことができるようにした結晶成長装置を提供する
ものである。
いて、その磁場発生装置としてソレノイド型構成
をとり、しかもその改良を図つて、これの磁場で
結晶成長に有効に作用するようにし、全体として
小型軽量で、更に漏洩磁場による他への悪影響を
激減することができ、消費電力の低減化をも図る
ことができるようにした結晶成長装置を提供する
ものである。
発明の概要
本発明においては電気伝導性を示す液状体例え
ばシリコン融液を収容する容器とこの液状体を加
熱する手段と容器を取り囲むように配置するコイ
ル体とを具備してなるものであるが、特にこのコ
イル体において互いに巻回方向（電流方向）が異
なる２つ以上の領域を設け、これら領域の隣り合
う領域が互いにその巻回方向が逆向きとなるよう
にするものであつてコイル体の通電によつて容器
内の液状体に磁場を印加するようになすものであ
る。
ばシリコン融液を収容する容器とこの液状体を加
熱する手段と容器を取り囲むように配置するコイ
ル体とを具備してなるものであるが、特にこのコ
イル体において互いに巻回方向（電流方向）が異
なる２つ以上の領域を設け、これら領域の隣り合
う領域が互いにその巻回方向が逆向きとなるよう
にするものであつてコイル体の通電によつて容器
内の液状体に磁場を印加するようになすものであ
る。
実施例
第２図を参照して本発明による結晶成長装置の
一例を説明すると、第２図において第１図と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。
一例を説明すると、第２図において第１図と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。
本発明においては、電気伝導性を有する液状体
３、例えばシリコン半導体融液を収容する容器２
の外周、図においては発熱体４の外周に、コイル
体１０すなわちソレノイド型磁場発生装置を、そ
の巻回軸心方向が第２図の例においては垂直方向
に沿う結晶引き上げ方向の中心、すなわち容器２
の中心と一致するように巻回配置する。そして、
特に本発明においては、このコイル体１０を、そ
の軸心方向に関して、例えば軸心方向の中央部
と、その上下両端との３領域１０Ａ，１０Ｂ，１
０Ｃによつて構成し、その隣り合う領域１０Ａと
１０Ｂ，１０Ａと１０Ｃとが相互に逆向きの巻回
方向となるようにする。すなわち、第２図におい
てこのコイル体１０は○印及び●印によつて示す
もので、○印は例えば第２図において紙面の上方
から下方に向かう通電方向を示すものとすると
き、●はこれと逆に紙面の下方から上方に向う通
流方向を示すものとする。
３、例えばシリコン半導体融液を収容する容器２
の外周、図においては発熱体４の外周に、コイル
体１０すなわちソレノイド型磁場発生装置を、そ
の巻回軸心方向が第２図の例においては垂直方向
に沿う結晶引き上げ方向の中心、すなわち容器２
の中心と一致するように巻回配置する。そして、
特に本発明においては、このコイル体１０を、そ
の軸心方向に関して、例えば軸心方向の中央部
と、その上下両端との３領域１０Ａ，１０Ｂ，１
０Ｃによつて構成し、その隣り合う領域１０Ａと
１０Ｂ，１０Ａと１０Ｃとが相互に逆向きの巻回
方向となるようにする。すなわち、第２図におい
てこのコイル体１０は○印及び●印によつて示す
もので、○印は例えば第２図において紙面の上方
から下方に向かう通電方向を示すものとすると
き、●はこれと逆に紙面の下方から上方に向う通
流方向を示すものとする。
コイル体１０の上下端より漏洩磁束を大幅に減
少させることができる。すなわち、コイルより発
生する磁場の分布は、コイルの中心軸上に関して
次のように表わすことができる。
少させることができる。すなわち、コイルより発
生する磁場の分布は、コイルの中心軸上に関して
次のように表わすことができる。
ここでμ0は透磁率、ｎはコイルの巻数、Ｉは通
電電流値、ｒはコイル半径、ｌはコイルの長さで
ある。
電電流値、ｒはコイル半径、ｌはコイルの長さで
ある。
第３図は、コイルとその中心軸上における磁場
分布との関係を示すもので、この例では、その長
さｌと直径が等しいすなわちｌ＝2rのコイル２１
と、長さが短い、ｌ＝（1/2）ｒのコイル２２とが
隣り合うように配置されたものにおいて、その軸
心上における磁場分布を示すものである。この場
合、コイル２１に関しての軸心上の磁場分布は、
曲線ａで与えられる。但し、この場合、コイルの
中心点x0の磁場強度を１として規格化したもので
ある。一方、流さがこれの1/4のコイル２２のみ
の同様の中心軸上の磁場分布を、同図中曲線ｂに
示す。この場合においても、コイル２１の中心x0
の磁場強度でその規格化を行つたものである。
今、コイル２１に対してコイル２２と逆方向に電
流を流し、逆方向の磁場を発生させたとすると、
そのときの中心軸上の磁場部分は、第３図中曲線
ｃに示すように両曲線ａ及びｂの差の分布、すな
わち曲線ｃに示すようになる。すなわち、この場
合コイル２１だけにおけるコイル軸心上の端部
Yeにおける磁場強度はa0となるに比し、コイル
２２において逆方向磁場を発生させたときの磁場
強度は点c0で与えられる。従つてこの場合Ye点
での磁場強度c0はa0に対して約1/4となる。この
ようにしてコイル２１の上下端部に逆巻きのコイ
ルを設けたことによつてコイル２１における外側
の磁場強度は減少させることができることがわか
る。つまり、第２図で説明したように磁場発生装
置としてのコイル体１０が中央における領域１０
Ａに対してこれの両側の領域１０Ｂ及び１０Ｃに
実質的にその電流の向きが逆向きとされたことに
よりコイル体１０の上下両側から発生する磁場強
度の減少、すなわち漏洩磁束の発生が激減し得る
ことがわかる。
分布との関係を示すもので、この例では、その長
さｌと直径が等しいすなわちｌ＝2rのコイル２１
と、長さが短い、ｌ＝（1/2）ｒのコイル２２とが
隣り合うように配置されたものにおいて、その軸
心上における磁場分布を示すものである。この場
合、コイル２１に関しての軸心上の磁場分布は、
曲線ａで与えられる。但し、この場合、コイルの
中心点x0の磁場強度を１として規格化したもので
ある。一方、流さがこれの1/4のコイル２２のみ
の同様の中心軸上の磁場分布を、同図中曲線ｂに
示す。この場合においても、コイル２１の中心x0
の磁場強度でその規格化を行つたものである。
今、コイル２１に対してコイル２２と逆方向に電
流を流し、逆方向の磁場を発生させたとすると、
そのときの中心軸上の磁場部分は、第３図中曲線
ｃに示すように両曲線ａ及びｂの差の分布、すな
わち曲線ｃに示すようになる。すなわち、この場
合コイル２１だけにおけるコイル軸心上の端部
Yeにおける磁場強度はa0となるに比し、コイル
２２において逆方向磁場を発生させたときの磁場
強度は点c0で与えられる。従つてこの場合Ye点
での磁場強度c0はa0に対して約1/4となる。この
ようにしてコイル２１の上下端部に逆巻きのコイ
ルを設けたことによつてコイル２１における外側
の磁場強度は減少させることができることがわか
る。つまり、第２図で説明したように磁場発生装
置としてのコイル体１０が中央における領域１０
Ａに対してこれの両側の領域１０Ｂ及び１０Ｃに
実質的にその電流の向きが逆向きとされたことに
よりコイル体１０の上下両側から発生する磁場強
度の減少、すなわち漏洩磁束の発生が激減し得る
ことがわかる。
また、上述したようにコイル体１０が逆方向通
電すなわち複数の逆巻きコイル領域より構成した
ので、各領域による磁束の磁場の向きが混在する
ことによつて容器２内における導電性液状体２へ
の印加磁場は、この液状体の対流の水平及び垂直
両方向のほぼ全域において与えられる。言い換え
れば対流のほぼ全行程に関してこれと直交する方
向の磁場が効率よく与えられることになつてい
て、これによつて対流の抑制を、より効果的に行
うことができる。
電すなわち複数の逆巻きコイル領域より構成した
ので、各領域による磁束の磁場の向きが混在する
ことによつて容器２内における導電性液状体２へ
の印加磁場は、この液状体の対流の水平及び垂直
両方向のほぼ全域において与えられる。言い換え
れば対流のほぼ全行程に関してこれと直交する方
向の磁場が効率よく与えられることになつてい
て、これによつて対流の抑制を、より効果的に行
うことができる。
尚、上述した例においては、コイル体１０を、
その中央部１０Ａとその両側１０Ｂ及び１０Ｃの
３領域によつて構成した場合であるが、例えば第
４図に示すように更に中央部のコイルにおいて互
いに逆向きの２領域１０Ａ，１０A2より構成し
て全体として４つの領域に区分するとか、３また
は４領域に限らず、多領域に区分することができ
る。また同図に示すように中央のコイル領域を大
径とし、その上下両側のコイル領域を、この大径
のコイル領域と同心的に配置するも、これよりそ
の巻き径を小にして漏洩磁束の発生をより効果的
に抑制するようになすこともできる。
その中央部１０Ａとその両側１０Ｂ及び１０Ｃの
３領域によつて構成した場合であるが、例えば第
４図に示すように更に中央部のコイルにおいて互
いに逆向きの２領域１０Ａ，１０A2より構成し
て全体として４つの領域に区分するとか、３また
は４領域に限らず、多領域に区分することができ
る。また同図に示すように中央のコイル領域を大
径とし、その上下両側のコイル領域を、この大径
のコイル領域と同心的に配置するも、これよりそ
の巻き径を小にして漏洩磁束の発生をより効果的
に抑制するようになすこともできる。
また、上述した例においては、引き上げ法に本
発明を適用した場合について説明したがいわゆる
横型ボート法すなわち水平ブリツジマン法等に適
用することもでき、この場合にはコイル体１０は
横方向配置の構成がとられればよい。
発明を適用した場合について説明したがいわゆる
横型ボート法すなわち水平ブリツジマン法等に適
用することもでき、この場合にはコイル体１０は
横方向配置の構成がとられればよい。
尚、上述の構成によるコイル体１０は、例えば
超電導線によるコイルを用い、これをチエンバー
の外周に設けた冷却用ヘリウムが収容される容器
内に配置するようにすることもできる。
超電導線によるコイルを用い、これをチエンバー
の外周に設けた冷却用ヘリウムが収容される容器
内に配置するようにすることもできる。
発明の効果
上述したように本発明によれば、コイル体１０
によつて磁場発生装置を構成したソレノイド型構
成をとるので軽量小型に構成し得るものであり、
またこのようなソレノイド型構成をとるにも拘ら
ず、互いに逆向きのコイル領域が隣り合う配置と
したことによつて漏洩磁束の発生を効果的に減少
させることができ、且つまたは水平垂直両方向に
関して液状体３すなわち例えば半導体融液に磁場
を与えるようにしたので前述したように効率よく
対流の抑制を行うことができ、これらが相乗して
更に消費電力の減少化を図ることができる。
によつて磁場発生装置を構成したソレノイド型構
成をとるので軽量小型に構成し得るものであり、
またこのようなソレノイド型構成をとるにも拘ら
ず、互いに逆向きのコイル領域が隣り合う配置と
したことによつて漏洩磁束の発生を効果的に減少
させることができ、且つまたは水平垂直両方向に
関して液状体３すなわち例えば半導体融液に磁場
を与えるようにしたので前述したように効率よく
対流の抑制を行うことができ、これらが相乗して
更に消費電力の減少化を図ることができる。
また、漏洩磁束の発生を減少したことによつて
この漏洩磁束を遮蔽する電磁遮蔽手段の簡易化が
図られるために、更に小型軽量化の促進を図るこ
とができる。
この漏洩磁束を遮蔽する電磁遮蔽手段の簡易化が
図られるために、更に小型軽量化の促進を図るこ
とができる。
第１図は本発明の説明に供する従来の結晶成長
装置の略線的構成図、第２図は本発明による結晶
成長装置の一例の要部の略線的構成図、第３図は
その説明に供するコイルと磁界分布との関係を示
す、第４図は本発明の他の例の要部の略線的構成
図である。 １はチエンバー、２は電気伝導性液状体３を収
容するるつぼ、４は発熱体、１０はコイル体、１
０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃはその各コイル領域であ
る。
装置の略線的構成図、第２図は本発明による結晶
成長装置の一例の要部の略線的構成図、第３図は
その説明に供するコイルと磁界分布との関係を示
す、第４図は本発明の他の例の要部の略線的構成
図である。 １はチエンバー、２は電気伝導性液状体３を収
容するるつぼ、４は発熱体、１０はコイル体、１
０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃはその各コイル領域であ
る。
Claims (1)
- １ 電気伝導性を示す液状体を収納する容器と、
該液状体を加熱する手段と、上記容器をとり囲む
ように配置された磁場発生装置を有してなり、該
磁場発生装置は少くともコイル体を有し、該コイ
ル体は隣りと巻回方向の異なる少くとも２つの領
域を有し、該コイル体に電流を流して上記液状体
に磁場を印加するようにした結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6659583A JPS59195595A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6659583A JPS59195595A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59195595A JPS59195595A (ja) | 1984-11-06 |
| JPH0160000B2 true JPH0160000B2 (ja) | 1989-12-20 |
Family
ID=13320438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6659583A Granted JPS59195595A (ja) | 1983-04-15 | 1983-04-15 | 結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59195595A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6081086A (ja) * | 1983-10-07 | 1985-05-09 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の成長方法および装置 |
| JP3418084B2 (ja) * | 1997-03-27 | 2003-06-16 | 株式会社スーパーシリコン研究所 | 機器又は素子の取り付け位置及び配置方向決定方法 |
| JP3824412B2 (ja) * | 1998-02-17 | 2006-09-20 | 株式会社東芝 | 結晶引上装置用超電導磁石装置 |
| JP4990194B2 (ja) * | 2008-03-07 | 2012-08-01 | 株式会社神戸製鋼所 | 磁石位置測定方法 |
-
1983
- 1983-04-15 JP JP6659583A patent/JPS59195595A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59195595A (ja) | 1984-11-06 |
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