JP2002241190A - Single crystal growth device and single crystal growth method using the same - Google Patents

Single crystal growth device and single crystal growth method using the same

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JP2002241190A
JP2002241190A JP2001032864A JP2001032864A JP2002241190A JP 2002241190 A JP2002241190 A JP 2002241190A JP 2001032864 A JP2001032864 A JP 2001032864A JP 2001032864 A JP2001032864 A JP 2001032864A JP 2002241190 A JP2002241190 A JP 2002241190A
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crucible
single crystal
melt
cooling
crystal growth
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JP2001032864A
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Hideto Sato
秀人 佐藤
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single crystal growth device capable of stably producing a single crystal having excellent quality by, in the process of single crystal growth, allowing the central-symmetric natural convection of a melt and thereby inhibiting variation in temperature of the melt at the growth interface, and also to provide a single crystal growth method using the device. SOLUTION: The single crystal growth device 1 using a Czochralski method is provided with a plurality of cooling tubes 6a-6d for cooling a lower part of the peripheral side face of a crucible 4 and a means for controlling the flow rate and/or temperature of a coolant flowing through the inside of each of the cooling tubes 6a-6d.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法による単結晶の育成装置及びそれを用いた単結晶の育
成方法に関する。
The present invention relates to an apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method and a method for growing a single crystal using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、単結晶の育成方法の一つとし
て、チョクラルスキー法が用いられている。この方法
は、単結晶育成装置において、保温材で囲まれた区域
(以下、ホットゾーンという。)に設けた白金等の貴金
属製坩堝に単結晶原料を入れ、坩堝の周囲に設置した高
周波誘導加熱等の加熱手段により単結晶原料を融解し、
この融液に種結晶を接触させて鉛直方向に引き上げるこ
とによって行う。
2. Description of the Related Art Conventionally, the Czochralski method has been used as one of the methods for growing single crystals. In this method, in a single crystal growing apparatus, a single crystal raw material is put into a noble metal crucible made of platinum or the like provided in an area surrounded by a heat insulating material (hereinafter, referred to as a hot zone), and a high-frequency induction heating placed around the crucible is used. Melting the single crystal raw material by heating means such as
This is performed by bringing a seed crystal into contact with the melt and pulling the melt in the vertical direction.

【0003】品質のよい単結晶を安定して育成するに
は、結晶の成長界面における融液の温度変動をできるだ
け小さくする必要がある。そのためには、融液の温度変
動を引き起こす原因の一つである融液中の対流を制御す
ることが考えられる。
In order to stably grow a high-quality single crystal, it is necessary to minimize the temperature fluctuation of the melt at the crystal growth interface. For this purpose, it is conceivable to control convection in the melt, which is one of the causes of the temperature fluctuation of the melt.

【0004】融液対流には、坩堝周囲からの加熱により
発生する自然対流と、育成中の単結晶の回転により発生
する強制対流とがある。このうち、自然対流は、坩堝の
中心軸方向(以下、軸方向という。)の温度勾配と融液
表面の坩堝径方向(以下、径方向という。)の温度勾配
とにより発生する。
[0004] Melt convection includes natural convection generated by heating from around the crucible and forced convection generated by rotation of the single crystal during growth. Of these, natural convection is generated by a temperature gradient in the central axis direction (hereinafter, referred to as an axial direction) of the crucible and a temperature gradient in a crucible radial direction (hereinafter, referred to as a radial direction) on the surface of the melt.

【0005】坩堝周辺の軸方向の温度勾配は、育成結晶
の潜熱を上方に逃したり、坩堝底からの結晶成長を抑え
るために、加熱装置の位置やホットゾーンの構成によ
り、坩堝下部から融液表面方向に向けて温度が低くなっ
ている。また、融液表面の径方向の温度勾配は、融液を
周囲から加熱していることから、坩堝壁より中心方向に
向けて温度が低くなっている。したがって、融液に発生
する自然対流は、坩堝壁近くで上昇し、融液表面で坩堝
壁から中心部へ向かい、坩堝中心部で下降している。
[0005] The temperature gradient in the axial direction around the crucible is set such that the latent heat of the grown crystal is released upward and the crystal growth from the bottom of the crucible depends on the position of the heating device and the configuration of the hot zone in order to suppress the crystal growth from the bottom of the crucible. The temperature decreases toward the surface. The temperature gradient in the radial direction of the melt surface is lower toward the center than the crucible wall because the melt is heated from the surroundings. Therefore, the natural convection generated in the melt rises near the crucible wall, moves from the crucible wall toward the center on the melt surface, and falls at the crucible center.

【0006】この自然対流は、坩堝周辺の温度分布によ
って影響を受け、結晶の成長界面における融液の温度変
動を引き起こし、育成する単結晶の形状や品質を左右す
る。したがって、単結晶の育成においては、自然対流が
最適な流れ方をする必要がある。
This natural convection is affected by the temperature distribution around the crucible, causes a temperature change of the melt at the crystal growth interface, and affects the shape and quality of the single crystal to be grown. Therefore, in growing a single crystal, natural convection needs to flow in an optimal manner.

【0007】自然対流の最適な流れ方としては、中心対
称性を常に得られること、すなわち、自然対流が坩堝の
中心軸に対して常に対称に流れることが、結晶の成長界
面において融液の温度変動を抑制し、単結晶を安定して
育成する上で重要である。
The optimal flow of natural convection is that the central symmetry is always obtained, that is, the natural convection always flows symmetrically with respect to the central axis of the crucible. It is important for suppressing fluctuation and stably growing a single crystal.

【0008】ところが、ホットゾーンや坩堝の加熱手段
などの位置がずれていると、結晶育成に係わる熱的環境
の対称性が成立せず、その結果、自然対流が中心対称性
を得ることができなくなり、単結晶の育成に様々な支障
が出る。
However, if the positions of the hot zone and the heating means for the crucible are shifted, the symmetry of the thermal environment related to the crystal growth is not established, and as a result, the natural convection cannot obtain the central symmetry. Disappears, causing various obstacles to the growth of single crystals.

【0009】例えば、単結晶の直胴部を形成する際、固
液界面の形状をフラットにするため、結晶回転数を制御
して融液の強制対流と自然対流のバランスをとることが
行われる。このとき、自然対流が中心対称性を得られて
いないと、結晶回転数を制御してもフラットな固液界面
を得ることが難しい。また、単結晶の直径を広げて肩部
を形成する際も、自然対流が中心対称性を得られていな
いと、結晶の中心対称性が崩れて異方位成長が発生し易
くなる。
For example, when forming a single crystal straight body, in order to flatten the shape of the solid-liquid interface, the number of crystal rotations is controlled to balance forced convection and natural convection of the melt. . At this time, if natural convection does not have central symmetry, it is difficult to obtain a flat solid-liquid interface even if the number of crystal rotations is controlled. Also, when the shoulder portion is formed by enlarging the diameter of the single crystal, if the natural convection does not have the central symmetry, the central symmetry of the crystal is broken and the hetero-oriented growth is likely to occur.

【0010】これまで、自然対流を制御するいくつかの
対策がとられているが、自然対流の中心対称性を実現す
る手段としては不充分であった。例えば、特開2000
−72586号公報においては、坩堝の外側底部の中心
部に向かって開口する1本のガス供給管をホットゾーン
の下部に配置し、坩堝底部の中心部に対して冷却ガスを
吹き付ける方法が紹介されている。
Heretofore, some countermeasures have been taken to control natural convection, but they have been insufficient as means for realizing the central symmetry of natural convection. For example, JP 2000
JP-A-72586 introduces a method in which one gas supply pipe opening toward the center of the outer bottom of the crucible is arranged below the hot zone, and a cooling gas is blown to the center of the bottom of the crucible. ing.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、自然対流が中心対称性を保って流れていることを
前提に、坩堝底部の中心部を局所的に冷却することによ
り、坩堝の中心部軸方向の融液の温度勾配を緩くして、
この部分の自然対流を抑制しようとするものである。し
たがって、自然対流が中心対称性を保って流れていない
場合には、この方法を用いても、自然対流が中心対称性
を得て流れるようにすることはできない。
However, this method is based on the premise that natural convection flows while maintaining the central symmetry, and locally cools the center of the bottom of the crucible to thereby reduce the center of the crucible. Slow the temperature gradient of the melt in the axial direction,
The purpose is to suppress natural convection in this part. Therefore, when natural convection does not flow while maintaining the central symmetry, even if this method is used, natural convection cannot flow with the central symmetry.

【0012】そこで、本発明の目的は、単結晶育成中
に、融液の自然対流が中心対称性を得られるようにし
て、結晶の成長界面における融液の温度変動を抑制する
ことにより、優れた品質の単結晶を安定して育成するこ
とができる単結晶育成装置と、それを用いた育成方法を
提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an excellent method by controlling the temperature fluctuation of the melt at the crystal growth interface by allowing the natural convection of the melt to have central symmetry during single crystal growth. It is an object of the present invention to provide a single crystal growing apparatus capable of stably growing a single crystal of high quality and a growing method using the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1にお
いて、単結晶育成装置は、チョクラルスキー法による単
結晶育成装置において、坩堝周囲の側面下部を冷却する
複数の冷却管と、前記冷却管を流れる冷却材の量または
温度を制御する手段とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a single crystal growing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the plurality of cooling pipes for cooling a lower side surface around a crucible are provided. Means for controlling the amount or temperature of the coolant flowing through the cooling pipe.

【0014】また、請求項2において、前記冷却管は、
坩堝の中心軸に対して対称に配設されたことを特徴とす
る。
Further, in claim 2, the cooling pipe is
The crucible is provided symmetrically with respect to the central axis.

【0015】また、請求項3において、前記冷却管は、
坩堝側面を直接または間接に冷却するように配設された
ことを特徴とする。
Further, in claim 3, the cooling pipe is
The crucible is provided so as to directly or indirectly cool the side surface thereof.

【0016】また、請求項4において、単結晶の育成方
法は、前記単結晶育成装置を用いて、原料融液の対流ま
たは温度分布を確認しながら、前記原料融液の対流また
は温度分布が坩堝の中心軸に対して対称になるように、
複数の冷却管を流れる冷却材の量または温度を制御し、
単結晶を育成することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for growing a single crystal, the convection or the temperature distribution of the raw material melt is checked while the convection or the temperature distribution of the raw material melt is checked using the single crystal growing apparatus. So that it is symmetrical about the central axis of
Controlling the amount or temperature of the coolant flowing through the plurality of cooling pipes,
It is characterized by growing a single crystal.

【0017】これにより、単結晶育成中に、坩堝周囲の
側面下部を複数箇所、局所的に冷却して坩堝側面の融液
の温度勾配を緩和し、坩堝側面を軸方向上方に向かう自
然対流の強さを制御して、自然対流が中心対称性を得ら
れるようにすることができる。
Thus, during the growth of the single crystal, the lower part of the side surface around the crucible is locally cooled to reduce the temperature gradient of the melt on the side surface of the crucible, and the side surface of the crucible is naturally convected upward. The strength can be controlled so that natural convection can achieve central symmetry.

【0018】また、冷却管を坩堝の中心軸に対して対称
に配設することにより、自然対流の中心対称性を制御す
るために必要な冷却管を効果的に使用することができ
る。
Further, by disposing the cooling pipe symmetrically with respect to the central axis of the crucible, the cooling pipe required for controlling the central symmetry of natural convection can be effectively used.

【0019】さらに、冷却管が坩堝側面を直接または間
接に冷却するように配設することにより、冷却材の種類
に応じて坩堝を効果的に冷却することができる。
Further, by disposing the cooling pipe so as to directly or indirectly cool the side surface of the crucible, the crucible can be effectively cooled according to the type of the coolant.

【0020】そして、上記のような単結晶育成装置を用
いて単結晶育成することで、融液の自然対流や温度分布
の中心対称性を維持し易くなるので、結晶の成長界面に
おける融液の温度変動を抑制して優れた品質の単結晶を
安定して生産することができる。
By growing a single crystal using the above-described single crystal growing apparatus, it becomes easy to maintain the natural convection of the melt and the central symmetry of the temperature distribution. A single crystal of excellent quality can be stably produced by suppressing temperature fluctuation.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】融液の自然対流は、融液の温度勾
配によって発生する。そのため、融液を保持する坩堝自
身の温度分布が、融液内の温度勾配に影響し、さらに自
然対流の強弱分布に影響を与える。したがって、坩堝の
温度分布を制御することにより、自然対流を制御するこ
とが可能になる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Natural convection of a melt is generated by a temperature gradient of the melt. Therefore, the temperature distribution of the crucible itself that holds the melt affects the temperature gradient in the melt, and further affects the strength distribution of natural convection. Therefore, natural convection can be controlled by controlling the temperature distribution of the crucible.

【0022】よって、発明者は、単結晶育成中に、坩堝
周囲の側面下部を、複数の冷却管で冷却材の量や温度を
調整しながら冷却することにより、坩堝側面の軸方向の
融液の温度勾配を制御して、坩堝側面を軸方向上方に向
かう自然対流の強さを変化させることができると考え
た。
Accordingly, the inventor of the present invention cools the lower portion of the side surface around the crucible while adjusting the amount and temperature of the coolant with a plurality of cooling pipes during the growth of the single crystal. It was thought that the strength of natural convection flowing upward in the axial direction of the crucible could be changed by controlling the temperature gradient of the crucible.

【0023】図1は、本発明に係る単結晶育成装置の一
例を示す断面図であり、図2は、図1の坩堝と坩堝周囲
の側面下部に配設された冷却管を示す部分斜視図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a single crystal growing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a partial perspective view showing the crucible of FIG. It is.

【0024】図1に示すように、単結晶育成装置1は、
主として、単結晶原料を加熱して融解する高周波誘導コ
イル2、アルミナの保温材3とそれにより囲まれたホッ
トゾーン3a、原料融液を保持する坩堝4、先端に種結
晶を保持して単結晶を引き上げる、上下移動及び回転機
構を備えた引き上げ回転軸5を備えている。
As shown in FIG. 1, a single crystal growing apparatus 1 comprises:
Mainly, a high-frequency induction coil 2 for heating and melting a single crystal raw material, a heat insulating material 3 of alumina and a hot zone 3a surrounded by it, a crucible 4 for holding a raw material melt, and a single crystal for holding a seed crystal at the tip. And a lifting rotary shaft 5 provided with a vertical movement and rotation mechanism.

【0025】ホットゾーン3aの内部には、外部から雰
囲気ガスを供給する4本の冷却管6a〜6dが配設され
ている(図中、冷却管6aの位置は坩堝4の向こう側、
また、冷却管6cの位置は坩堝4の手前側に配設されて
いる。)。また、冷却管6a〜6dは、ホットゾーン3
aの外部において、供給する雰囲気ガスの量を調節する
ためのバルブ8a〜8dを備えている。
Inside the hot zone 3a, there are provided four cooling pipes 6a to 6d for supplying an atmospheric gas from the outside (in the figure, the cooling pipe 6a is located on the opposite side of the crucible 4,
Further, the position of the cooling pipe 6 c is disposed on the front side of the crucible 4. ). In addition, the cooling pipes 6a to 6d
Outside of a, valves 8a to 8d for adjusting the amount of supplied atmospheric gas are provided.

【0026】図2に示すように、冷却管6a〜6dは、
坩堝4の中心軸に対してそれぞれ対称となる坩堝側面付
近に配設され、先端には開口部7a〜7dが設けられて
坩堝4の中心軸方向に曲げられている。なお、図1、図
2中、冷却管における矢印はガスが流れる方向を示して
いる。
As shown in FIG. 2, the cooling pipes 6a to 6d
The crucible 4 is disposed near the side of the crucible that is symmetrical with respect to the central axis of the crucible 4. Openings 7 a to 7 d are provided at the tip and bent in the direction of the central axis of the crucible 4. 1 and 2, arrows in the cooling pipe indicate the direction in which the gas flows.

【0027】冷却管6a〜6dを流れてきた雰囲気ガス
は、開口部7a〜7dから坩堝4に吹き付けられてホッ
トゾーン内に供給されるとともに、バルブを調節してガ
ス供給量を増加させた冷却管からは、より多くの雰囲気
ガスが吹き付けられて、坩堝4の側面下部を直接冷却す
る。この場合、雰囲気ガスには酸素の含有率の低い不活
性ガスを使用することが好ましい。その理由は、酸素の
含有率の高いガス体を使用すると、貴金属製の坩堝が酸
化して坩堝の寿命が短くなるからである。
The atmosphere gas flowing through the cooling pipes 6a to 6d is blown from the openings 7a to 7d to the crucible 4 and supplied into the hot zone, and the cooling is performed by adjusting the valve to increase the gas supply amount. More atmospheric gas is blown from the tube to directly cool the lower side of the crucible 4. In this case, it is preferable to use an inert gas having a low oxygen content as the atmosphere gas. The reason is that when a gas body having a high oxygen content is used, the crucible made of a noble metal is oxidized and the life of the crucible is shortened.

【0028】次に、図3は、本発明に係る単結晶育成装
置の他の例を示す断面図であり、図4は、図3の坩堝と
坩堝周囲の側面下部に配設された冷却管を示す部分斜視
図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付し説
明を省略する。
Next, FIG. 3 is a sectional view showing another example of the single crystal growing apparatus according to the present invention, and FIG. 4 is a crucible of FIG. FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0029】この単結晶育成装置11の基本的な構造
は、図1に示したものと同じであるが、ホットゾーン3
aに対する冷却管の配管構造に違いがある。すなわち、
図1の単結晶育成装置1では、冷却管6a〜6dは、ホ
ットゾーン3a内に雰囲気ガスを供給する役割と、必要
に応じて坩堝に吹き付けるガスの量を増加させ、坩堝4
の側面の特定箇所を冷却する役割とを兼ねている。これ
に対して、図3の単結晶育成装置11では、ホットゾー
ン3aに雰囲気ガスを供給するガス管12と、坩堝4を
冷却するガスを供給する4本の冷却管13a〜13dと
は別々に配管されており、冷却管13a〜13dは、再
びホットゾーン3aの下部から外部へ出て行くようにな
っている。また、冷却管13a〜13dは、ホットゾー
ン3aの外部において、それぞれホットゾーン3aへ供
給する冷却ガスの量を調節するためのバルブ14a〜1
4dを備えている。
The basic structure of the single crystal growing apparatus 11 is the same as that shown in FIG.
There is a difference in the piping structure of the cooling pipe for a. That is,
In the single crystal growing apparatus 1 of FIG. 1, the cooling pipes 6 a to 6 d serve to supply the atmospheric gas into the hot zone 3 a and increase the amount of the gas blown to the crucible as needed, and
It also serves to cool a specific portion of the side surface of the device. On the other hand, in the single crystal growing apparatus 11 of FIG. 3, the gas pipe 12 for supplying the atmosphere gas to the hot zone 3a and the four cooling pipes 13a to 13d for supplying the gas for cooling the crucible 4 are separately provided. The cooling pipes 13a to 13d are arranged so as to go out from the lower part of the hot zone 3a to the outside again. The cooling pipes 13a to 13d are provided outside the hot zone 3a with valves 14a to 1d for adjusting the amount of cooling gas supplied to the hot zone 3a.
4d.

【0030】図4に示すように、坩堝4を冷却する冷却
管13a〜13dは、坩堝4の側面下部で折り返すよう
に配設されている。なお、図3、図4中、ガス管と冷却
管における矢印はガスが流れる方向を示している。
As shown in FIG. 4, the cooling pipes 13a to 13d for cooling the crucible 4 are disposed so as to be folded back at the lower side of the crucible 4. 3 and 4, the arrows in the gas pipe and the cooling pipe indicate the direction in which the gas flows.

【0031】冷却管13a〜13dを流れてきた冷却ガ
スは、坩堝4のそばを通過するときに坩堝4の側面下部
を間接冷却する。なお、これらの冷却管は、坩堝4の側
面に接して配設してもよいし、坩堝から若干離して配設
してもよい。冷却ガスは、ホットゾーンの外部で回収し
たガスを再び冷却して繰り返し使用してもよいし、一
度、冷却に使用したガスは都度排気して、新しい冷却ガ
スを供給するようにしてもよい。なお、冷却ガスを繰り
返し使用する場合は、坩堝を冷却後に奪った熱を放熱す
るためのフィン等を冷却管表面に設けることが必要にな
る。
The cooling gas flowing through the cooling pipes 13 a to 13 d indirectly cools the lower side portion of the crucible 4 when passing by the crucible 4. Note that these cooling tubes may be provided in contact with the side surface of the crucible 4 or may be provided slightly away from the crucible. As the cooling gas, the gas collected outside the hot zone may be cooled again and used repeatedly, or the gas once used for cooling may be exhausted each time and a new cooling gas may be supplied. When the cooling gas is used repeatedly, it is necessary to provide fins or the like for radiating heat taken after cooling the crucible on the surface of the cooling pipe.

【0032】以下、本発明の実施の形態を実施例にもと
づき説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.

【0033】(実施例1)育成する単結晶には、酸化物
単結晶でCa3Ga2Ge414結晶構造を有するランガ
サイト構造のランタン・ガリウム・シリコン酸化物(L
3Ga5SiO14)を選び、そのための単結晶育成用原
料として、La23を1537.1g、Ga23を14
73.9g、及びSiO2を189.0g、それぞれ秤
量して準備した。そして、これらの原料を乾式混合し、
得られた混合原料をプレス成形した後、外径100m
m、厚み2mm、高さ100mmの白金ロジウム製坩堝
に充填した。
(Example 1) The single crystal to be grown was a lanthanum gallium silicon oxide (L) having a langasite structure having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 crystal structure as an oxide single crystal.
a 3 Ga 5 SiO 14) to select, as the single crystal growth for raw material therefor, a La 2 O 3 1537.1g, Ga 2 O 3 and 14
73.9 g and 189.0 g of SiO 2 were weighed and prepared. And dry-mix these ingredients,
After press-molding the obtained mixed raw material, the outer diameter is 100 m.
m, a thickness of 2 mm, and a height of 100 mm into a platinum rhodium crucible.

【0034】次に、図1に示した単結晶育成装置1の冷
却管6a〜6dから、雰囲気ガスとして、N2ガスに2
vol%のO2ガスを混入した混合ガスを、0.5リッ
トル/分でホットゾーン3a内に流した。
Next, N 2 gas is supplied from the cooling pipes 6a to 6d of the single crystal growing apparatus 1 shown in FIG.
A mixed gas mixed with vol% O 2 gas was flowed into the hot zone 3a at 0.5 liter / min.

【0035】坩堝4の加熱は、高周波誘導コイル2を使
った高周波誘導加熱により行い、原料を融解させた。種
結晶21として、<001>面方位に垂直な棒状のLa
3Ga5SiO14単結晶(寸法:5mm角、長さ50m
m)を引き上げ回転軸5の先端に取り付け、これを降下
させて坩堝4内の融液22aと接触させた。そして、単
結晶育成装置に備えた融液表面モニター(図示せず)に
より、坩堝4内の融液22aの表面を観察した。
The crucible 4 was heated by high-frequency induction heating using the high-frequency induction coil 2 to melt the raw materials. As the seed crystal 21, a rod-shaped La perpendicular to the <001> plane orientation is used.
3 Ga 5 SiO 14 single crystal (dimensions: 5 mm square, length 50 m)
m) was attached to the tip of the rotary shaft 5, which was lowered to contact the melt 22 a in the crucible 4. Then, the surface of the melt 22a in the crucible 4 was observed with a melt surface monitor (not shown) provided in the single crystal growing apparatus.

【0036】図5は、このときの融液表面に現れた自然
対流のスポークパターンを示す平面図である。図中、坩
堝4の周囲に配設した冷却管6aと6c、及び6bと6
dとを結ぶ2本の破線の交点は、坩堝4の中心軸の位置
を示し、中心軸の右上部分から周辺へ放射状に延びる複
数の線はスポークパターンを示している。
FIG. 5 is a plan view showing a spoke pattern of natural convection appearing on the melt surface at this time. In the figure, cooling pipes 6a and 6c and 6b and 6
The intersection of two dashed lines connecting d and d indicates the position of the central axis of the crucible 4, and a plurality of lines extending radially from the upper right portion of the central axis to the periphery indicate a spoke pattern.

【0037】このスポークパターンにより、自然対流の
中心23aが坩堝の中心軸からずれていることがわかっ
たので、融液表面モニターを見ながら、図1に示すバル
ブ8cと8dを調節して、図5に示す冷却管6cと6d
を流れるガス量を、当初の0.5リットル/分から0.
8リットル/分に増加させて、坩堝4の側面下部の当該
箇所を冷却した。
The spoke pattern revealed that the center 23a of natural convection was displaced from the central axis of the crucible. By observing the melt surface monitor, the valves 8c and 8d shown in FIG. 1 were adjusted. Cooling pipes 6c and 6d shown in FIG.
From the initial 0.5 l / min to 0.1 g / min.
At a rate of 8 liters / min, the portion at the lower side of the crucible 4 was cooled.

【0038】このようにして、坩堝の側面下部から温度
を奪うことで、坩堝側面軸方向の融液の温度勾配を緩和
し、坩堝側面を軸方向上方へ向かう自然対流の強さを制
御して、自然対流の中心を坩堝の中心軸に一致させた。
In this way, by taking the temperature from the lower part of the side of the crucible, the temperature gradient of the melt in the axial direction of the crucible is reduced, and the strength of natural convection flowing upward in the axial direction of the crucible is controlled. The center of natural convection was aligned with the central axis of the crucible.

【0039】その後、結晶回転数19rpm、引き上げ
速度1.5mm/時間で単結晶の引き上げを行い、肩部
の形成において融液の温度を徐々に下げることによっ
て、単結晶の直径を50mmまで広げた。続いて、その
結晶径を維持しながら、30時間かけて直胴部の引き上
げを行い、最後に単結晶を融液から切り離して徐冷し
た。
Thereafter, the single crystal was pulled up at a crystal rotation speed of 19 rpm and a pulling speed of 1.5 mm / hour, and the diameter of the single crystal was increased to 50 mm by gradually lowering the temperature of the melt in forming the shoulder. . Subsequently, while maintaining the crystal diameter, the straight body was pulled up over 30 hours, and finally the single crystal was separated from the melt and gradually cooled.

【0040】得られた育成単結晶を、引き上げ方向と平
行にカットし、両面研磨して確認したところ、固液界面
の形状がフラットなものが得られており、また、結晶の
中心対称性も保たれていた。
The obtained grown single crystal was cut in parallel with the pulling direction and polished on both sides to confirm that the solid-liquid interface had a flat shape, and that the crystal had a central symmetry. Was kept.

【0041】(実施例2)育成する単結晶には実施例1
と同じ組成のものを選び、実施例1と同じ原料を同様に
して乾式混合し、その混合原料をプレス成形した後、実
施例1と同じ寸法の白金ロジウム製坩堝に充填した。
Example 2 Example 1 was applied to a single crystal to be grown.
The same raw material as in Example 1 was selected, and the same raw materials as in Example 1 were dry-blended in the same manner. The mixed raw material was press-molded, and then filled in a platinum rhodium crucible having the same dimensions as in Example 1.

【0042】次に、図3に示した単結晶育成装置11の
ガス管12から、実施例1と同じ雰囲気ガスを、2.5
リットル/分でホットゾーン3a内に流した。冷却管1
3a〜13dには冷却ガスを流さずに、実施例1と同様
にして原料を融解した。続いて実施例1と同種で同寸法
の種結晶21を、実施例1と同様にして融液22bと接
触させた。そして、実施例1と同様にして坩堝4内の融
液22bの表面を観察した。
Next, the same atmospheric gas as in the first embodiment was supplied from the gas pipe 12 of the single crystal growing apparatus 11 shown in FIG.
It flowed into the hot zone 3a at liter / minute. Cooling pipe 1
Raw materials were melted in the same manner as in Example 1 except that no cooling gas was flowed through 3a to 13d. Subsequently, a seed crystal 21 of the same type and the same size as in Example 1 was brought into contact with the melt 22b in the same manner as in Example 1. Then, the surface of the melt 22b in the crucible 4 was observed in the same manner as in Example 1.

【0043】図6は、このときの融液表面に現れた自然
対流のスポークパターンを示す平面図である。図中、坩
堝4の周囲に配設した冷却管13aと13c、及び13
bと13dとを結ぶ2本の破線の交点は、坩堝4の中心
軸の位置を示し、中心軸の左下部分から周辺へ放射状に
延びる複数の線はスポークパターンを示している。
FIG. 6 is a plan view showing a spoke pattern of natural convection appearing on the melt surface at this time. In the figure, cooling pipes 13a and 13c and 13 provided around the crucible 4 are shown.
The intersection of two broken lines connecting b and 13d indicates the position of the central axis of the crucible 4, and a plurality of lines extending radially from the lower left portion of the central axis to the periphery indicate a spoke pattern.

【0044】このスポークパターンにより、自然対流の
中心23bが坩堝4の中心軸からずれていることがわか
ったので、融液表面モニターを見ながら、図3に示すバ
ルブ14aと14bを開き、図6に示す冷却管13aと
13bにそれぞれ0.7リットル/分と0.5リットル
/分のN2ガスを流し、坩堝4の側面下部の当該箇所を
冷却した。
Since it was found from the spoke pattern that the center 23b of natural convection was displaced from the central axis of the crucible 4, the valves 14a and 14b shown in FIG. flowing each 0.7 l / min 0.5 l / min of N 2 gas to the cooling pipe 13a and 13b shown in and cooling the portion of the lower side of the crucible 4.

【0045】このようにして、坩堝の側面下部から温度
を奪うことで、坩堝側面軸方向の融液の温度勾配を緩和
し、坩堝側面を軸方向上方へ向かう自然対流の強さを制
御して、自然対流の中心を坩堝の中心軸に一致させた。
In this way, by taking the temperature from the lower side of the crucible, the temperature gradient of the melt in the axial direction of the crucible is reduced, and the strength of natural convection flowing upward in the axial direction of the crucible is controlled. The center of natural convection was aligned with the central axis of the crucible.

【0046】その後、実施例1と同様にして単結晶を引
き上げ、肩部の形成、直胴部の引き上げを経て、最後に
単結晶を融液から切り離して徐冷した。
Thereafter, the single crystal was pulled in the same manner as in Example 1, the shoulder was formed, and the straight body was pulled. Finally, the single crystal was separated from the melt and gradually cooled.

【0047】得られた育成単結晶を、実施例1と同様に
カット、両面研磨して確認したところ、固液界面の形状
がフラットなものが得られており、また、結晶の中心対
称性も保たれていた。
The obtained grown single crystal was cut and polished on both sides in the same manner as in Example 1. As a result, a flat solid-liquid interface was obtained, and the central symmetry of the crystal was also confirmed. Was kept.

【0048】なお、上記実施例では、冷却管に流す冷却
材としてガス体を使用したが、本発明はこれに限るもの
ではなく、冷却管の構造や配管方法により、ガスの代わ
りに液体を冷却材として用いることもできる。
In the above embodiment, the gas is used as the coolant flowing through the cooling pipe. However, the present invention is not limited to this, and the liquid may be cooled instead of the gas by the structure of the cooling pipe and the piping method. It can also be used as a material.

【0049】また、冷却管に流す冷却材の量を制御する
機構のほかに、冷却材の温度を制御する機構を設けても
よく、両方の機構を備えて併用すれば、坩堝の冷却をよ
り精緻に制御することができる。
In addition to the mechanism for controlling the amount of coolant flowing through the cooling pipe, a mechanism for controlling the temperature of the coolant may be provided. If both mechanisms are provided and used together, the crucible can be cooled more efficiently. It can be controlled precisely.

【0050】また、単結晶育成中に、例えば、熱電対を
用いて融液の温度分布の変動を検知し、融液の温度分布
の偏りを本発明の坩堝の冷却方法を用いて是正しなが
ら、融液の温度分布が中心対称性を得るようにすること
もできる。
Further, during the growth of the single crystal, for example, the fluctuation of the temperature distribution of the melt is detected by using a thermocouple, and the bias of the temperature distribution of the melt is corrected using the crucible cooling method of the present invention. Alternatively, the temperature distribution of the melt may have a central symmetry.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、チョクラルスキー法に
よる単結晶育成において、坩堝側面を軸方向上方へ向か
う融液の自然対流の強さを制御して、自然対流が中心対
称性を得られるようにすることが可能になる。したがっ
て、中心対称性を崩した自然対流が引き起こす、結晶の
成長界面における融液の温度変動を抑制し、品質の優れ
た単結晶を安定して製造することができる。
According to the present invention, in growing a single crystal by the Czochralski method, the natural convection is controlled by controlling the strength of the natural convection of the melt flowing upward in the axial direction on the side of the crucible to obtain the central symmetry. It will be possible to be. Therefore, temperature fluctuation of the melt at the crystal growth interface caused by natural convection in which the central symmetry is broken can be suppressed, and a single crystal having excellent quality can be stably manufactured.

【0052】また、坩堝周囲に配設したそれぞれの冷却
管の冷却能力を調節できるので、坩堝の側面を軸方向上
方へ向かう自然対流の強さだけでなく、融液の坩堝内周
に沿った対流の強さも制御して、この方向の温度分布の
変動も抑制することが可能になる。
Also, since the cooling capacity of each cooling pipe disposed around the crucible can be adjusted, not only the strength of natural convection flowing upward in the axial direction on the side of the crucible, but also the inner circumference of the crucible along the crucible. By controlling the strength of convection, it is possible to suppress the fluctuation of the temperature distribution in this direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る単結晶育成装置の一例を示す断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a single crystal growing apparatus according to the present invention.

【図2】図1の坩堝と坩堝周囲の側面下部に配設された
冷却管を示す部分斜視図である。
FIG. 2 is a partial perspective view showing the crucible of FIG. 1 and a cooling pipe disposed at a lower portion of a side surface around the crucible.

【図3】本発明に係る単結晶育成装置の他の例を示す断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing another example of the single crystal growing apparatus according to the present invention.

【図4】図3の坩堝と坩堝周囲の側面下部に配設された
冷却管を示す部分斜視図である。
FIG. 4 is a partial perspective view showing the crucible of FIG. 3 and a cooling pipe disposed at a lower portion of a side surface around the crucible.

【図5】実施例1の融液のスポークパターン示す平面図
である。
FIG. 5 is a plan view showing a spoke pattern of the melt of Example 1.

【図6】実施例2の融液のスポークパターン示す平面図
である。
FIG. 6 is a plan view showing a spoke pattern of a melt of Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 単結晶育成装置 4 坩堝 6a〜6d,13a〜13d 冷却管 22a〜22c 融液 1,11 Single crystal growing apparatus 4 Crucible 6a-6d, 13a-13d Cooling pipe 22a-22c Melt

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法による単結晶育成装
置において、坩堝周囲の側面下部を冷却する複数の冷却
管と、前記冷却管を流れる冷却材の量または温度を制御
する手段とを備えたことを特徴とする、単結晶育成装
置。
1. An apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method, comprising: a plurality of cooling pipes for cooling a lower side portion around a crucible; and means for controlling an amount or a temperature of a coolant flowing through the cooling pipe. An apparatus for growing a single crystal, comprising:
【請求項2】 前記冷却管は、坩堝の中心軸に対して対
称に配設されたことを特徴とする、請求項1記載の単結
晶育成装置。
2. The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the cooling pipe is disposed symmetrically with respect to a central axis of the crucible.
【請求項3】 前記冷却管は、坩堝側面を直接または間
接に冷却するように配設されたことを特徴とする、請求
項1または2に記載の単結晶育成装置。
3. The single crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the cooling pipe is disposed so as to directly or indirectly cool the side surface of the crucible.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の単結晶
育成装置を用いて、原料融液の対流または温度分布を確
認しながら、前記原料融液の対流または温度分布が坩堝
の中心軸に対して対称になるように、複数の冷却管を流
れる冷却材の量または温度を制御し、単結晶を育成する
ことを特徴とする、単結晶の育成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the convection or temperature distribution of the raw material melt is adjusted to the center of the crucible while confirming the convection or temperature distribution of the raw material melt. A method for growing a single crystal, comprising growing a single crystal by controlling the amount or temperature of a coolant flowing through a plurality of cooling pipes so as to be symmetric with respect to an axis.
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