以来坩堝容器として使用される場合、内部では対流が発生しますが、生成される単結晶のサイズが大きくなるにつれて、熱対流や温度勾配の均一性の制御が難しくなります。磁場を加えて導電性融液にローレンツ力を作用させることにより、対流を遅くしたり、対流をなくしたりして高品質の単結晶シリコンを製造することができます。
磁場の種類に応じて、水平磁場、垂直磁場、CUSP 磁場に分けることができます。
垂直磁場は構造上の理由から主対流を排除することができず、ほとんど使用されません。
水平磁場の磁場成分の方向は、るつぼ壁の主な熱対流と部分的な強制対流に対して垂直であるため、動きを効果的に抑制し、成長界面の平坦性を維持し、成長縞を減らすことができます。
CUSP 磁場はその対称性により、融液の流れと熱伝達がより均一になるため、垂直磁場と CUSP 磁場に関する研究が連携して進められています。
中国では西安理工大学が磁場を利用したシリコン単結晶の製造と結晶引き上げ実験をいち早く実現した。主力製品は太陽電池用シリコンウェーハ市場向けの普及型6～8インチタイプです。米国のKAYEXやドイツのCGSなど海外では、超大規模集積回路や半導体レベルの単結晶シリコンロッドに適した8～16インチが主力製品となっている。大口径高品質単結晶育成のための磁場分野では独占的であり、最も代表的なものである。
単結晶成長システムのるつぼ領域の磁場分布は、るつぼの端、るつぼの中心、および適切な磁場の強度と均一性を含む、磁石の最も重要な部分です。液面下の距離。全体的に水平で均一な横磁場、磁力線は結晶成長軸に対して垂直です。磁気効果とアンペールの法則によれば、コイルはるつぼの端に最も近く、磁場の強度は最大になります。距離が離れると空気磁気抵抗が増加し、磁場の強さは徐々に減少し、中心で最も小さくなります。
超電導磁場の役割
熱対流の抑制: 外部磁場がない場合、溶融シリコンは加熱中に自然対流を発生させ、不純物の不均一な分布や結晶欠陥の形成につながる可能性があります。外部磁場によりこの対流が抑制され、融液内の温度分布がより均一になり、不純物の偏在が軽減されます。
結晶成長速度の制御: 磁場は結晶成長の速度と方向に影響を与える可能性があります。磁場の強度と分布を正確に制御することにより、結晶成長プロセスを最適化し、結晶の完全性と均一性を向上させることができます。単結晶シリコンの成長中、酸素は主に融液とるつぼの相対運動を通じてシリコン融液に入ります。磁場は、溶融物の対流を減少させることにより、酸素がシリコン溶融物に接触する機会を減少させ、それにより酸素の溶解を減少させる。場合によっては、外部磁場は溶融物の表面張力を変化させるなどして溶融物の熱力学的条件を変化させることができ、これにより酸素の揮発が促進され、溶融物中の酸素含有量が減少する可能性があります。
酸素およびその他の不純物の溶解を減らす: 酸素はシリコン結晶の成長において一般的な不純物の 1 つであり、結晶の品質劣化の原因となります。磁場により融液中の酸素含有量が減少し、それによって結晶中の酸素の溶解が減少し、結晶の純度が向上します。
結晶の内部構造を改善する: 磁場は、転位や粒界などの結晶内部の欠陥構造に影響を与える可能性があります。これらの欠陥の数を減らし、その分布に影響を与えることで、結晶の全体的な品質を向上させることができます。
結晶の電気的特性の改善: 磁場は結晶成長中の微細構造に大きな影響を与えるため、高性能半導体デバイスの製造に重要な抵抗率やキャリア寿命などの結晶の電気的特性を改善できます。
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投稿日時: 2024 年 7 月 24 日