[发明专利]单晶拉制装置以及单晶拉制方法

说明书

本发明提供一种单晶拉制装置，其具备：拉制炉，其配置有收容熔融的单晶材料的坩埚且具有中心轴；以及磁场产生装置，其设置在拉制炉周围且具有超导线圈，磁场产生装置以如下方式产生磁场分布：在将含有超导线圈的线圈轴的水平面内的中心轴上的磁力线方向作为X轴时，X轴上的磁通密度分布为向上凸的分布，在将水平面内的中心轴上的磁通密度作为磁通密度设定值的情况下，X轴上的磁通密度在坩埚壁中为磁通密度设定值的80％以下，同时在水平面内与X轴正交且通过中心轴的Y轴上的磁通密度分布为向下凸的分布，Y轴上的磁通密度在坩埚壁中为磁通密度设定值的140％以上。由此，能够降低生成的单晶中的氧浓度且能够抑制生成的单晶中的生长条纹。

技术领域

本发明涉及一种单晶拉制装置、以及使用其的单晶拉制方法。

背景技术

硅或砷化镓等的半导体由单晶构成，用于从小型到大型的计算机 的存储器等，当前需求存储装置大容量化、低成本化以及高品质化。

以往，作为用于制造满足这些对半导体需求的单晶的单晶拉制方 法的一种，已知如下方法：对收容在坩埚内的熔融状态的半导体材料 施加磁场，由此抑止在熔融液中产生的热对流，从而制造大口径且高 品质的半导体(一般称为施加磁场柴可拉斯基法(MCZ)法)。

使用图10对以往的使用CZ法的单晶拉制装置的一例进行说明。 图10的单晶拉制装置100具备上面能够开闭的拉制炉101，该拉制 炉101内为内藏有坩埚102的结构。而且，在拉制炉101的内侧，在 坩埚102的周围设置有用于加热熔融坩埚102内的半导体材料的加热 器103，在拉制炉101的外侧，配置有将一对超导线圈104(104a、 104b)内藏于作为圆筒型容器的制冷剂容器(以下称为圆筒型制冷剂 容器)105的超导磁体130。

在制造单晶时，在坩埚102内加入半导体材料106并用加热器 103加热，使半导体材料106熔融。将未图示的晶种从例如坩埚102 的中央部上方下降插入该熔融液中，用未图示的拉制机构以规定的速 度向拉制方向108的方向拉制晶种。由此，晶体在固体·液体边界层 生长，生成单晶。这时，若产生由加热器103的加热所引起的熔融液 的流体运动、即热对流，则被拉制的单晶容易发生位错，单晶生成的 成品率降低。

因此，作为其对策，使用超导磁体130的超导线圈104。即，熔 融液的半导体材料106会由于因向超导线圈104通电而产生的磁力线 107而受到动作抑止力，不会在坩埚102内对流，生长单晶随着晶种 的拉制而被慢慢地向上方拉制，作为固体的单晶109而被制造。此外， 虽未图示，在拉制炉101的上方，设置有用于沿着坩埚中心轴110拉 制单晶109的拉制机构。

接着，通过图11，对图10所示的单晶拉制装置100所使用的超 导磁体130的一例进行说明。该超导磁体130设置为在圆筒型真空容 器119中通过圆筒形的制冷剂容器收纳超导线圈104(104a、104b) 的结构。在该超导磁体130中，收纳有介由真空容器119内的中心部而彼此相向的一对超导线圈104a、104b。该等超导线圈104a、104b 是产生沿着横向的同一方向的磁场的亥姆霍兹型磁力线圈，如图10 所示，其产生相对于拉制炉101以及真空容器119的中心轴110轴对 称的磁力线107(将该中心轴110的位置称为磁场中心)。

此外，该超导磁体130如图10、11所示的那样具备：向两个超 导线圈104a、104b导入电流的电流引线111；用于冷却被收纳在圆筒 型制冷剂容器105内部的第一辐射屏蔽件117及第二辐射屏蔽件118 的小型氦制冷机112；放出圆筒型制冷剂容器105内的氦气的气体放 出管113、以及具有补给液氮的补给口的服务接口114等。在这样的 超导磁体130的孔115内，配设有图10所示的拉制炉101。