單晶提拉裝置及單晶提拉方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)是一種單晶提拉裝置，具備：提拉爐，其具有中心軸；以及磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其設(shè)置于該提拉爐的周圍，且具有超導(dǎo)線圈，通過對(duì)熔融的半導(dǎo)體原料施加水平磁場(chǎng)，從而抑制在坩堝內(nèi)的對(duì)流，超導(dǎo)線圈是鞍型形狀，設(shè)有2組對(duì)置配置的鞍型形狀的超導(dǎo)線圈的對(duì)，2組超導(dǎo)線圈的對(duì)中的2根所述線圈軸包含在相同的水平面內(nèi)，在水平面內(nèi)，在將提拉爐的中心軸的磁力線方向設(shè)為X軸時(shí)，2根線圈軸間的夾著X軸的中心角度α為100度以上、120度以下。由此，提供能夠通過提高磁場(chǎng)產(chǎn)生效率來減小線圈高度，而能夠?qū)⒋艌?chǎng)中心提高至半導(dǎo)體原料的熔融液面附近，從而能夠獲得氧濃度比以往更低的單晶的單晶提拉裝置及單晶提拉方法。及單晶提拉方法。及單晶提拉方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】單晶提拉裝置及單晶提拉方法


[0001]本專利技術(shù)涉及單晶提拉裝置、及使用該單晶提拉裝置的單晶提拉方法。

技術(shù)介紹

[0002]硅或砷化鎵等半導(dǎo)體以單晶構(gòu)成，用于小型至大型的計(jì)算機(jī)的內(nèi)存等，而要求記憶裝置的大容量化、低成本化、高質(zhì)量化。以往，作為用于制造滿足這些半導(dǎo)體的要求的單晶的單晶提拉方法之一，已知以下的方法：對(duì)收容在坩堝內(nèi)的熔融狀態(tài)的半導(dǎo)體原料施加磁場(chǎng)，由此，抑制產(chǎn)生于熔融液的熱對(duì)流，而制造大口徑且高質(zhì)量的半導(dǎo)體(一般稱為磁場(chǎng)施加切克勞斯基(MCZ)法)。
[0003]通過圖8說明基于現(xiàn)有的CZ法的單晶提拉裝置的一例。該單晶提拉裝置100是包含上表面開口的提拉爐101，并在此提拉爐101內(nèi)裝設(shè)有坩堝102的結(jié)構(gòu)。另外，在提拉爐101的內(nèi)側(cè)，用于將坩堝102內(nèi)的半導(dǎo)體原料106加熱熔融的加熱器103設(shè)置于坩堝102的周圍，在提拉爐101的外側(cè)配置有在作為圓筒型容器的制冷劑容器(以下也稱為圓筒型制冷劑容器)105內(nèi)裝設(shè)有一對(duì)(2個(gè))超導(dǎo)線圈104(104a、104b)的超導(dǎo)磁鐵130。
[0004]在制造單晶時(shí)，將半導(dǎo)體原料106放入坩堝102內(nèi)，通過加熱器103加熱，而使半導(dǎo)體原料106熔融。將未圖示的晶種從例如坩堝102的中央部上方下降而接觸至此熔融液中，以未圖示的提拉機(jī)構(gòu)將晶種以預(yù)定速度向提拉方向108的方向提拉。由此，結(jié)晶生長(zhǎng)于固體、液體交界層，而生成單晶。此時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生因加熱器103的加熱而引發(fā)的熔融液的流體運(yùn)動(dòng)、即熱對(duì)流時(shí)，被提拉的單晶容易發(fā)生位錯(cuò)，單晶生成的成品率降低。
[0005]因此，作為其對(duì)策，使用超導(dǎo)磁鐵130的超導(dǎo)線圈104。即，熔融液的半導(dǎo)體原料106以通過對(duì)超導(dǎo)線圈104的通電而產(chǎn)生的磁力線107，承受動(dòng)作制止力，不致在坩堝102內(nèi)發(fā)生對(duì)流，隨著晶種的提拉而緩緩地向上方提拉，而制造為固體的單晶109。此外，雖未圖示，在提拉爐101的上方設(shè)有用于將單晶109沿著坩堝中心線(提拉爐101的中心軸110)提拉的提拉機(jī)構(gòu)。
[0006]接著，通過圖9對(duì)在圖8所示的單晶提拉裝置100中使用的超導(dǎo)磁鐵130的一例進(jìn)行說明。該超導(dǎo)磁鐵130是經(jīng)由圓筒型的制冷劑容器將超導(dǎo)線圈104(104a、104b)收納于圓筒型真空容器119的結(jié)構(gòu)。在該超導(dǎo)磁鐵130中，收納有隔著圓筒型真空容器119內(nèi)的中心部相互相對(duì)的一對(duì)超導(dǎo)線圈104a、104b。這些一對(duì)超導(dǎo)線圈104a、104b是產(chǎn)生了沿著橫向的同一方向的磁場(chǎng)的亥姆霍茲型磁場(chǎng)線圈，如圖8所示，產(chǎn)生了相對(duì)于提拉爐101及圓筒型真空容器119的中心軸110呈左右對(duì)稱的磁力線107(將該中心軸110的位置稱為磁場(chǎng)中心)。
[0007]此外，如圖8、圖9所示，該超導(dǎo)磁鐵130具有將電流導(dǎo)入至2個(gè)超導(dǎo)線圈104a、104b的電流引線111、用于冷卻收存至圓筒型真空容器119的內(nèi)部的第1輻射罩117及第2輻射罩118的小型氦冷凍機(jī)112、釋放圓筒型制冷劑容器105內(nèi)的氦氣的氣體釋放管113及具有補(bǔ)給液體氦的補(bǔ)給口的維護(hù)端口114等。在這樣的超導(dǎo)磁鐵130的孔115內(nèi)(孔的內(nèi)徑以D表示)配
設(shè)有圖8所示的提拉爐101。
[0008]圖10顯示了上述現(xiàn)有的超導(dǎo)磁鐵130的磁場(chǎng)分布。如該圖10所示，在現(xiàn)有的超導(dǎo)磁鐵130中，由于配置有相互相對(duì)的一對(duì)超導(dǎo)線圈104a、104b，因此在各線圈配置方向(圖10的X方向)上，磁場(chǎng)向兩側(cè)逐漸增大，在與此方向正交的方向(圖10的Y方向)上，磁場(chǎng)向上下方向逐漸縮小。在這樣的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，如圖9、圖10所示，由于孔115內(nèi)的范圍的磁場(chǎng)梯度過大，因此在熔融液中產(chǎn)生的熱對(duì)流抑制不均衡，且磁場(chǎng)效率差。即，如圖10中以斜線所示，由于在磁場(chǎng)中心附近的區(qū)域，磁場(chǎng)均一性不佳(即，在圖10，形成為上下、左右細(xì)長(zhǎng)的十字形)，因此熱對(duì)流的抑制精確度差，有無法提拉高質(zhì)量的單晶的問題點(diǎn)。
[0009]專利文獻(xiàn)1公開了用于解決上述問題點(diǎn)的技術(shù)。參照?qǐng)D11A、圖11B說明專利文獻(xiàn)1所公開的技術(shù)。其顯示超導(dǎo)磁鐵的另一例，圖11A是立體圖，圖11B顯示圖11A的A
?
A橫截面。在專利文獻(xiàn)1中，為解決上述問題點(diǎn)，如圖11A、圖11B所示，公開了將超導(dǎo)線圈104的數(shù)量設(shè)為4個(gè)以上(例如104a、104b、104c、104d這4個(gè))，將各超導(dǎo)線圈104的中心配置在同軸地設(shè)置于提拉爐的周圍的圓筒型真空容器119內(nèi)的平面上，并且將該配置的各超導(dǎo)線圈104設(shè)定為隔著圓筒型真空容器119的軸心對(duì)置的朝向，且將超導(dǎo)線圈的相互相鄰的各一對(duì)彼此之間朝向圓筒形真空容器119的內(nèi)側(cè)的配設(shè)角度θ(參照?qǐng)D11B)設(shè)定為100
°?
130
°
的范圍(即，夾著X軸而相鄰的線圈軸間的中心角度α(參照?qǐng)D11B)為50
°?
80
°
)。
[0010]由此，可在孔115內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度小且均一性良好的橫向磁場(chǎng)，并可在平面上產(chǎn)生同心圓狀或正方形的磁場(chǎng)分布，而可大幅抑制不均衡電磁力。另外，其結(jié)果為，提拉方向的均一磁場(chǎng)區(qū)域提高，并且橫向磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng)大致水平，通過對(duì)不均衡電磁力的抑制，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的單晶的制造，另外，也公開了根據(jù)此單晶提拉方法，能夠以良好成品率提拉高質(zhì)量的單晶體。此外，圖11B中的符號(hào)d是超導(dǎo)線圈的直徑(內(nèi)徑)，符號(hào)1是一對(duì)線圈間的距離。根據(jù)此方法，由于施加于熔融的半導(dǎo)體原料的磁場(chǎng)分布均一化，而抑制不均衡電磁力，因此與使用2個(gè)線圈的現(xiàn)有技術(shù)相比，即使以較低的磁通密度，熱對(duì)流也得到抑制。
[0011]然而，即使是如此均一的磁場(chǎng)分布，在磁力線朝向X軸方向的橫向磁場(chǎng)中，通過包含三維的熔融液對(duì)流的綜合傳熱分析可知，在與X軸平行的截面內(nèi)及平行于Y軸的截面內(nèi)熱對(duì)流存在差異(參照專利文獻(xiàn)2)。在磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)電性流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在與磁力線以及垂直于磁力線的速度成分正交的方向產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)使用具有電絕緣性的石英坩堝時(shí)，由于坩堝壁與熔融的半導(dǎo)體原料的自由表面形成為絕緣壁，因此與這些正交的方向的感應(yīng)電流不再流動(dòng)。因此，在熔融的半導(dǎo)體原料的上部，基于電磁力的對(duì)流抑制力減弱，另外，如果比較平行于X軸的截面(相對(duì)于磁力線平行的截面)與垂直于X軸的截面(相對(duì)于磁力線垂直的截面)，垂直于X軸的截面內(nèi)(與磁力線垂直的截面內(nèi))的對(duì)流較強(qiáng)。
[0012]如此，在通過上述四線圈形成均勻的磁場(chǎng)分布的情況下，雖然對(duì)流的速度差稍微變小，但即便如此也在周向上形成不均勻的流速分布。特別是由于因在垂直于磁力線的截面內(nèi)殘留從坩堝壁連結(jié)生長(zhǎng)界面的流場(chǎng)，而從石英坩堝溶出的氧到達(dá)結(jié)晶，因此因磁場(chǎng)施加所致的氧濃度降低效果有限，而如最近要求增多的功率組件或影像傳感器用半導(dǎo)體結(jié)晶
那樣，難以應(yīng)對(duì)極低濃度的氧濃度要求。另外，關(guān)于在周向上存在不均勻的流場(chǎng)這一點(diǎn)，在一邊使晶體旋轉(zhuǎn)一邊提拉的晶體中成為生長(zhǎng)條紋的原因，當(dāng)評(píng)價(jià)平行于生長(zhǎng)方向的截面內(nèi)時(shí)，由于觀察結(jié)晶旋轉(zhuǎn)周期的電阻率、氧濃度變動(dòng)，因此在與生長(zhǎng)方向垂直地切片的晶片面內(nèi)成為環(huán)狀的分布。
[0013]在專利文獻(xiàn)2中，為了解決此問題，公開有如圖12A、圖12B所示的單晶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】1.一種單晶提拉裝置，具備：提拉爐，其配置有加熱器及容納熔融的半導(dǎo)體原料的坩堝，且具有中心軸；以及磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其設(shè)置于該提拉爐的周圍，且具有超導(dǎo)線圈，通過對(duì)所述超導(dǎo)線圈通電而對(duì)所述熔融的半導(dǎo)體原料施加水平磁場(chǎng)，從而抑制所述熔融的半導(dǎo)體原料在所述坩堝內(nèi)的對(duì)流，其特征在于，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的所述超導(dǎo)線圈是沿著所述提拉爐的外形彎曲的鞍型形狀，在所述提拉爐的周圍設(shè)有2組對(duì)置配置的所述鞍型形狀的超導(dǎo)線圈的對(duì)，在將通過該對(duì)置配置的成對(duì)的超導(dǎo)線圈的中心彼此的軸設(shè)為線圈軸時(shí)，該2組超導(dǎo)線圈的對(duì)中的2根所述線圈軸包含在相同的水平面內(nèi)，在該水平面內(nèi)，在將所述提拉爐的所述中心軸上的磁力線方向設(shè)為X軸時(shí)，2根所述線圈軸間的夾著所述X軸的中心角度α為100度以上、120度以下。2.一種單晶提拉裝置，具備：提拉爐，其配置有加熱器及容納熔融的半導(dǎo)體原料的坩堝，且具有中心軸；以及磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其設(shè)置于該提拉爐的周圍，且具有超導(dǎo)線圈，通過對(duì)所述超導(dǎo)線圈通電而對(duì)所述熔融的半導(dǎo)體原料施加水平磁場(chǎng)，從而抑制所述熔融的半導(dǎo)體原料在所述坩堝內(nèi)的對(duì)流，其特征在于，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的所述超導(dǎo)線圈是以比沿著所述提拉爐的外形的形狀大的曲率彎曲的鞍型形狀，在所述提...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高野清隆，菅原孝世，鐮田洋之，小內(nèi)駿英，太田友彥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：信越半導(dǎo)體株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：