JPS6330393A - Crystal producing device - Google Patents
Crystal producing deviceInfo
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- JPS6330393A JPS6330393A JP17171886A JP17171886A JPS6330393A JP S6330393 A JPS6330393 A JP S6330393A JP 17171886 A JP17171886 A JP 17171886A JP 17171886 A JP17171886 A JP 17171886A JP S6330393 A JPS6330393 A JP S6330393A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、結晶製造装置にかかるものであり、特に引上
げ法ないしCZ法における新しい磁場印加方式を提供す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a crystal manufacturing apparatus, and particularly provides a new magnetic field application method in the pulling method or CZ method.
[従来の技術]
近年、半導体テバイス、特に集積回路に対する需要は急
速に高まっており、これに伴ってシリコン単結晶の需要
も高まっている。また、生産性を向上させるために単結
晶育成炉も大型化しており、引き上げられる単結晶も急
激な大径化の傾向にある。[Prior Art] In recent years, demand for semiconductor devices, especially integrated circuits, has been increasing rapidly, and with this, demand for silicon single crystals has also increased. Furthermore, in order to improve productivity, single crystal growth furnaces are becoming larger, and the diameter of the single crystals being pulled is also rapidly increasing.
他方、集積回路の集積度の高まりに伴って、不純物濃度
その他の緒特性が結晶内で均一であるという高品質化の
要請も大なるものがある。例えばシリコン単結晶では抵
抗率を決定するために添加されるほう素、リン、などの
不純物と、ルツボ材料から混入してくる酸素不純物との
均一性が特に重要であるといわれている。On the other hand, as the degree of integration of integrated circuits increases, there is a growing demand for higher quality such that impurity concentrations and other organic properties are uniform within the crystal. For example, in silicon single crystals, it is said that the uniformity of impurities such as boron and phosphorus added to determine resistivity and oxygen impurities mixed in from the crucible material is particularly important.
これらの均一性を悪化させる原因としては、以前よりシ
リコン溶融体内の熱対流の存在が指摘されている。この
熱対流を抑える手段としては、例えば特開昭57−17
0890号公報、特公昭58−50951号公報あるい
は特開昭59−102893号公報に開示されている磁
場を用いる方法がある。これらの方法は、電気伝導性を
有する融液に磁場を印加することによって該融液の実効
通性を高め、れによって対流が起こりにくくなる現象を
利用したもので、対流抑制には有効な手段である。The existence of thermal convection within the silicon melt has been pointed out as a cause of deteriorating the uniformity. As a means to suppress this heat convection, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-17
There is a method using a magnetic field as disclosed in Japanese Patent Publication No. 0890, Japanese Patent Publication No. 58-50951, or Japanese Patent Application Laid-open No. 102893-1983. These methods utilize the phenomenon that applying a magnetic field to an electrically conductive melt increases the effective permeability of the melt, thereby making convection less likely to occur, and is an effective means for suppressing convection. It is.
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、前述したように、単結晶の大型化を図ろ
うとすると、上述した公報に開示されているような垂直
あるいは横方向に直流磁場を印加する方式では装置が極
めて巨大化、複雑化するという不都合が生ずる。[Problems to be Solved by the Invention] However, as mentioned above, when trying to increase the size of a single crystal, the method of applying a DC magnetic field in the vertical or transverse direction as disclosed in the above-mentioned publication is difficult to use. This results in the inconvenience of becoming extremely large and complex.
また、通常の単結晶引き上げ装置においてバツヂ方式で
処理が行なわれると、ドープされる不純物のマクロ偏析
の問題が生ずる。このため、種々の連続的な引き上げを
行う方式が提案されている。この場合、一方において単
結晶を引き上げながら他方において原料を供給するため
、溶融体の流れがバツヂ方式と比較して一層重要となる
。Furthermore, when processing is carried out in a batch method in a normal single crystal pulling apparatus, a problem arises of macroscopic segregation of doped impurities. For this reason, various methods of continuous lifting have been proposed. In this case, since the single crystal is pulled on one side while the raw material is supplied on the other side, the flow of the melt becomes even more important than in the batch method.
従って、何らかの方法で対流を制御する必要があるが、
この方法として前述した磁場を用いる手段による制御が
考えられる。Therefore, it is necessary to control convection in some way.
A conceivable method for this is control using the above-mentioned magnetic field.
しかし、かかる制御を行うとしても、原料供給手段の存
在のため、装置は極めて大型化することとなり、従って
磁場印加手段も大型化せざるを得す、電力損失も極めて
大きくなるという不都合がある。However, even if such control is performed, the apparatus will be extremely large due to the presence of the raw material supply means, and therefore the magnetic field application means will also have to be enlarged, and the power loss will also be extremely large.
更に、前述した磁場印加方式によると、いずれの場合も
磁界中に加熱手段が配置されるため、磁場と、加熱手段
に流れる電流との相互作用による振動が生ずる。これを
防止するためには、加熱用電源として高品位の直流を用
いることが不可欠で、高価な電源装置が必要となるとい
う不都合がある。Furthermore, according to the above-described magnetic field application method, since the heating means is placed in the magnetic field in any case, vibrations occur due to the interaction between the magnetic field and the current flowing through the heating means. In order to prevent this, it is essential to use high-grade direct current as a heating power source, which is disadvantageous in that an expensive power source device is required.
更に、磁場を印加する場合、加熱手段のヒータ電流とし
て、′交流を用いた場合の弊害が特公昭58−5095
1号公報に指摘されている。すなわち、特公昭58−5
0951号公報によると、磁場印加を行ってチョクラル
スキー法により単結晶を引上げる場合に、ヒータ電流と
して交流を用いると、ヒータ電流による磁場との相互作
用によって、ヒータに不要の振動をもたらし、これが融
液面の振動発生要因となり、健全な結晶育成を大幅に阻
害し、さらに磁場の強いときには、ヒータが破損する場
合があるといわれている。Furthermore, when applying a magnetic field, the disadvantages of using alternating current as the heater current of the heating means were disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-5095.
This is pointed out in Publication No. 1. In other words, the special public official court Sho 58-5
According to Publication No. 0951, when applying a magnetic field to pull a single crystal using the Czochralski method, if alternating current is used as the heater current, the interaction between the heater current and the magnetic field causes unnecessary vibrations in the heater. It is said that this causes vibrations on the melt surface, significantly inhibiting healthy crystal growth, and furthermore, when the magnetic field is strong, the heater may be damaged.
このようなヒータの破損を防止するためには、加熱用電
源として高品位の直流を用いることが不可欠となり、高
価な電源装置が必要となるという不都合がある。In order to prevent such damage to the heater, it is essential to use high-quality direct current as a heating power source, which has the disadvantage of requiring an expensive power supply device.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、磁場印
加手段の小型化を図るとともに、溶融体に対する有効な
磁場印加の効率を高め、更には、安価な電源装置を用い
ても加熱手段の破損を生ずることがない単結晶の連続引
上げに好適な結晶製造装置を提供することをその目的と
するものである。The present invention has been made in view of these points, and it aims at miniaturizing the magnetic field applying means, increasing the efficiency of effective magnetic field application to the melt, and furthermore, making it possible to increase the efficiency of the heating means even when using an inexpensive power supply device. The object of the present invention is to provide a crystal manufacturing apparatus suitable for continuous pulling of a single crystal without causing damage.
[問題点を解決するための手段]
本発明は、ルツボの回転中心である支持軸の周囲に磁場
印加手段を設け、この磁場印加手段により支持軸を介し
てルツボに収容された溶融体に対し、磁場を形成するよ
うにしたものである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a magnetic field applying means around a support shaft which is the center of rotation of the crucible, and the magnetic field applying means applies a magnetic field to the melt housed in the crucible via the support shaft. , to form a magnetic field.
[作用]
本発明によれば、磁場印加手段によって発生し・た磁束
は、支持軸を介してルツボ内に収容された溶融体内を透
過し、軸対称的であってかつ放射状の磁場が溶融体内に
形成される。[Function] According to the present invention, the magnetic flux generated by the magnetic field application means passes through the melt housed in the crucible via the support shaft, and the axially symmetrical and radial magnetic field penetrates the melt inside the melt. is formed.
[実施例]
以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。第1図には、本発明の一実施例が斜視図と
して示されている。また第2図には断面図が示されてい
る。−
これら第1図及び第2図において、ルツボ10内には例
えばシリコンなどの融液12が収容されている。このル
ツボ10の外側には加熱用のヒータを有する加熱部14
が配置されている。単結晶16は、ルツボ10の液面中
央から上方に引き上げられる。[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of the invention. FIG. 2 also shows a sectional view. - In these FIGS. 1 and 2, a melt 12 of, for example, silicon is accommodated in a crucible 10. A heating section 14 having a heater for heating is provided on the outside of the crucible 10.
is located. The single crystal 16 is pulled upward from the center of the liquid level of the crucible 10.
・ルツボ10は、断熱材18を介して支持軸20に支持
されており、この支持軸20の回転に伴ってルツボ10
が回転するようになっている。- The crucible 10 is supported by a support shaft 20 via a heat insulating material 18, and as the support shaft 20 rotates, the crucible 10
is set to rotate.
この支持軸20の周囲には、支持@20を磁石のポール
ピースとするようにツレイド磁石22が配置されている
。支持軸20は透磁率のよい材料によって形成されてい
る。A treid magnet 22 is arranged around this support shaft 20 so that the support @20 is a pole piece of the magnet. The support shaft 20 is made of a material with good magnetic permeability.
なお、支持軸20と、ルツボ10との間には断熱材18
が介装されるため、支持軸20は良好に熱的に保護され
るようになっている。Note that a heat insulating material 18 is provided between the support shaft 20 and the crucible 10.
is interposed, so that the support shaft 20 is well thermally protected.
次に上記実施例の全体的作用について説明する。まず、
ルツボ10内の融液12は、加熱部14による加熱によ
って高温の状態に保持されるが、このとき、融液12の
対流が生ずることとなる。他方ソレノイド磁石22によ
る磁束は、支持軸20の透磁率が高いため支持軸20内
を透過して融液12内に達する。そして、矢印FAの方
向に回転するルツボ10の回転中心に対し対象に融液1
2内に拡がる。すなわち、融液12内には、軸対称的か
つ放射状の磁力線24が形成されることとなる。Next, the overall operation of the above embodiment will be explained. first,
The melt 12 in the crucible 10 is maintained at a high temperature by heating by the heating unit 14, and at this time, convection of the melt 12 occurs. On the other hand, the magnetic flux generated by the solenoid magnet 22 passes through the support shaft 20 and reaches the melt 12 because the support shaft 20 has high magnetic permeability. Then, the melt 1 is aimed at the center of rotation of the crucible 10 rotating in the direction of the arrow FA.
Expands within 2. That is, axially symmetrical and radial lines of magnetic force 24 are formed within the melt 12.
この磁力線24による磁場が形成されると、融液12内
の対流が均一に抑制され、軸対称の温度分布が保持され
るようになる。他方、単結晶16は、かかる軸中心から
矢印FBの如く回転して矢印FCの如く引と上げられる
。When a magnetic field is formed by the lines of magnetic force 24, convection within the melt 12 is uniformly suppressed, and an axially symmetrical temperature distribution is maintained. On the other hand, the single crystal 16 is rotated from the center of the axis as shown by the arrow FB and pulled up as shown by the arrow FC.
以上のように、本実施例によれば、単結晶16は、その
断面が均一な円形となるとともに、欠陥の発生も良好に
低減されることとなる。As described above, according to the present embodiment, the single crystal 16 has a uniform circular cross section, and the occurrence of defects is also favorably reduced.
更に、本実施例によれば、ルツボ支持軸20の中心近傍
において磁場が強く、ルツボ10の周辺方向に遠ざかる
につれて磁場が弱くなるため、以下に述べるような効果
が生ずる。Further, according to this embodiment, the magnetic field is strong near the center of the crucible support shaft 20 and becomes weaker as it moves away from the crucible 10, so the following effects are produced.
まず第一に、単結晶16を半連続的に育成する連続引き
上げを行う場合、結晶成長界面近傍においては、可能な
限り融液12の流動を防止するとともに、原料を添加す
るルツボ周辺部においては、ドーパント均一混合の観点
からある程度の攪拌が必要となるが、このような要求を
本実施例は満すものである。First of all, when performing continuous pulling to grow the single crystal 16 semi-continuously, the flow of the melt 12 should be prevented as much as possible near the crystal growth interface, and the flow of the melt 12 should be prevented as much as possible in the vicinity of the crucible where raw materials are added. Although a certain degree of stirring is required from the viewpoint of uniform dopant mixing, this embodiment satisfies such requirements.
また、本実施例では、既述のように、支持軸20から遠
ざかるにつれて、即ち、加熱部14に近づくにしたがっ
て、磁場の強さが急激に減衰するため、加熱部14と磁
場との相互作用は極めて小さい。従って、加熱部14に
印加する電流として交流を用いることも可能である。ま
た、直流を用いる場合も、特公昭58−50951号公
報に指摘されているように、リップル分が4%以下であ
る必要性は全くなく、低品位の直流で十分である。Furthermore, in this embodiment, as described above, the strength of the magnetic field rapidly attenuates as it moves away from the support shaft 20, that is, as it approaches the heating section 14, so the interaction between the heating section 14 and the magnetic field increases. is extremely small. Therefore, it is also possible to use alternating current as the current applied to the heating section 14. Furthermore, when direct current is used, as pointed out in Japanese Patent Publication No. 58-50951, there is no need for the ripple content to be 4% or less, and low-grade direct current is sufficient.
このように、本実施例によると、低品位の直流もしくは
、商用周波数の交流を加熱用電源として用いることが可
能であるた゛め、極めて安価な設備対応で済み、更に、
極めてコンパクトな磁石をルツボ10の下部に配置する
ことでその目的を達成することが可能である。従って、
今後増々大型化する傾向にある単結晶引上装置、特に原
料の連続チャージによる連続的な単結晶の引上げを行う
装置においては、工業的に極めて有用である。As described above, according to this embodiment, since it is possible to use low-grade direct current or commercial frequency alternating current as the heating power source, extremely inexpensive equipment is required, and furthermore,
By placing a very compact magnet at the bottom of the crucible 10, it is possible to achieve this purpose. Therefore,
It is extremely useful industrially for single crystal pulling equipment, which is expected to become larger in size in the future, especially for equipment that continuously pulls single crystals by continuously charging raw materials.
また、一般的に、加熱部14のヒータには例えば100
0アンペア以上の大電流が流れており、もし外部磁場が
作用すると、上述したようにローレンツ力によりヒータ
を破損するおそれがある。Generally, the heater of the heating section 14 has a heating capacity of 100
A large current of 0 ampere or more is flowing, and if an external magnetic field is applied, there is a risk of damaging the heater due to the Lorentz force as described above.
しかしながら本実施例では、上述したように、ルツボ中
心から遠ざかるにつれて、すなわち加熱部14の配置位
置においては、磁場が急激に弱くなるため、ヒータ破損
の危険性は大幅に低下する。However, in this embodiment, as described above, the magnetic field rapidly weakens as it moves away from the center of the crucible, that is, at the location where the heating section 14 is located, so the risk of heater damage is significantly reduced.
なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、融液12のうち、磁石22から離れた位置
では磁場の影響が低下する。Note that the present invention is not limited to the above embodiments in any way. For example, in the melt 12, the influence of the magnetic field is reduced at a position away from the magnet 22.
このような場合には、単結晶16をとり囲こむメニスカ
ス近傍位置に空芯ソレノイド磁石を配置するようにして
もよい。In such a case, an air-core solenoid magnet may be placed near the meniscus surrounding the single crystal 16.
ま生、加熱部14のヒータをらせん構造とし、このヒー
タに直流電流を印加することにより、ヒータ自体を磁石
化して、下部に設置されたソレノイド磁石22による磁
場の減衰を防止してもよい。Alternatively, the heater of the heating section 14 may have a spiral structure, and by applying a direct current to this heater, the heater itself may be magnetized to prevent the attenuation of the magnetic field by the solenoid magnet 22 installed at the bottom.
また、磁界を結晶成長面に効果的に作用させる目的で、
支持軸20の先端部を必要に応じて凹凸形状に加工する
ことも、本発明の作用効果を何ら妨なげろものではない
。In addition, in order to make the magnetic field effectively act on the crystal growth surface,
Processing the tip end of the support shaft 20 into an uneven shape as necessary does not impede the effects of the present invention.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明による結晶製造装置によれ
ば、融液に対して効果的に磁場を印加することができる
とともに、磁場印加装置の小型化を図ることができ、更
には単結晶の連続引上げにも良好に対応できるという効
果がある。[Effects of the Invention] As explained above, according to the crystal manufacturing apparatus according to the present invention, a magnetic field can be effectively applied to the melt, and the magnetic field applying apparatus can be downsized. Furthermore, it has the effect of being able to cope well with continuous pulling of single crystals.
また、本発明によれば、ルツボ中心において磁場の強度
が強く、周辺になるに従って弱くなるため、結晶界面近
傍では溶液の流動が良好に防止されるとともに、原料を
添加するルツボ周辺部では、ドーパントの均一混合に都
合のよい攪伴が行われることとなり、更には、加熱部破
損の危険性が大幅に低下するという効果がある。In addition, according to the present invention, the strength of the magnetic field is strong at the center of the crucible and becomes weaker toward the periphery, so that the flow of the solution is effectively prevented near the crystal interface, and at the periphery of the crucible where raw materials are added, the magnetic field is Stirring is performed which is convenient for uniform mixing of the components, and furthermore, the risk of damage to the heating section is significantly reduced.
¥S1図には本発明にかかる結晶製造装置の一実施例を
示す一部破断した主要部分の斜視図、第2図は第1図の
装置の断面図である。
10・・・ルツボ、融液12・・・融液、14・・・加
熱部、16・・・単結晶、18・・・断熱材、20・・
・支持軸、22・・・ソレノイド磁石、24・・・磁力
線。Figure S1 is a partially cutaway perspective view of the main parts of an embodiment of the crystal manufacturing apparatus according to the present invention, and Figure 2 is a sectional view of the apparatus shown in Figure 1. 10... Crucible, melt 12... Melt, 14... Heating section, 16... Single crystal, 18... Heat insulating material, 20...
- Support shaft, 22... Solenoid magnet, 24... Lines of magnetic force.
Claims (3)
により加熱し、前記ルツボを支持する支持軸を回転させ
て溶融体を回転させつつ単結晶を引き上げ製造する結晶
製造装置において、 前記支持軸の周囲に、該支持軸を主要な磁路として前記
溶融体に対し磁場を印加する磁場印加手段を配置したこ
とを特徴とする結晶製造装置。(1) In a crystal manufacturing apparatus that heats a crucible containing a molten material serving as a raw material by a heating means, and pulls and produces a single crystal while rotating the molten material by rotating a support shaft that supports the crucible, the support A crystal manufacturing apparatus characterized in that a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the melt using the support shaft as a main magnetic path is arranged around the shaft.
特許請求の範囲第1項記載の結晶製造装置。(2) The crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the support shaft is made of a magnetic material.
いずれかが印加される特許請求の範囲第1項又は第2項
記載の結晶製造装置。(3) The crystal manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein either alternating current or low-grade direct current is applied to the heating means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17171886A JPS6330393A (en) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | Crystal producing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17171886A JPS6330393A (en) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | Crystal producing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6330393A true JPS6330393A (en) | 1988-02-09 |
Family
ID=15928381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17171886A Pending JPS6330393A (en) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | Crystal producing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6330393A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8887863B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-11-18 | Ibiden Co., Ltd. | Mat member, method for manufacturing the mat member, muffler and method for manufacturing the muffler |
-
1986
- 1986-07-23 JP JP17171886A patent/JPS6330393A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8887863B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-11-18 | Ibiden Co., Ltd. | Mat member, method for manufacturing the mat member, muffler and method for manufacturing the muffler |
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