JPH04114992A - Method for controlling single crystal production device - Google Patents

Method for controlling single crystal production device

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JPH04114992A
JPH04114992A JP23403090A JP23403090A JPH04114992A JP H04114992 A JPH04114992 A JP H04114992A JP 23403090 A JP23403090 A JP 23403090A JP 23403090 A JP23403090 A JP 23403090A JP H04114992 A JPH04114992 A JP H04114992A
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JP
Japan
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crucible
temperature
heater
single crystal
sensing member
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Application number
JP23403090A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirobumi Harada
博文 原田
Kiyoshi Kojima
清 小島
Takeshi Yamauchi
剛 山内
Satoshi Kato
智 加藤
Seiji Shinoyama
篠山 誠二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Siltronic Japan Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
NSC Electron Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp, NSC Electron Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To uniform oxygen concentration, stabilize quality and improve yield of a single crystal by controlling electric power amounts of a bottom heater and side heater so as to coincide temperature of a crucible side part with temperature of a crucible bottom. CONSTITUTION:An emitting light signal emitted from a side heater 4 for heating the side part of a crucible 3 is detected by the first temperature sensing member 26 provided opposite to through hole 4 opened in a heating chamber 2a and heat insulating cylinder 5 and the detected value is input to a temperature converter 27 to measure the temperature. On the one hand, the bottom of crucible 3 is heated with a bottom heater 22a and the temperature is detected with the second temperature sensing member 28 and input to a controller 30. Then signal from the converter 27 is operated in a operating device 29 and input to the controller 30. Electric powder amounts of the side heater 4 and bottom heater 22a are controlled so as to keep objective temperature of crucible bottom and temperature of crucible bottom measured by the sensing member 28 in a range previously set.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、チョクラルスキー法(CZ法)により単結晶
を製造するための装置を制御する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method of controlling an apparatus for producing a single crystal by the Czochralski method (CZ method).

(従来の技術) シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などのの単結晶
を製造する方法として、石英製ルツボ内の原料融液から
単結晶を成長させつつ引上げるチョクラルスキー法(C
Z法)が広く行なわれている。
(Prior art) As a method for manufacturing single crystals of silicon, germanium, gallium arsenide, etc., the Czochralski method (Czochralski method) is used to grow and pull a single crystal from a raw material melt in a quartz crucible.
Z method) is widely practiced.

このCZ法を実施する従来の製造装置としては、例えば
第4図に模式的に示すものが用いられている。
As a conventional manufacturing apparatus for carrying out this CZ method, for example, the one schematically shown in FIG. 4 is used.

この装置1は、加熱チャンバ2aと引上げチャンバ2b
とからなるチャンバ2を有し、加熱チャンバ2a内には
、石英製ルツボ3a及びこれを保護する黒鉛製ルツボ3
bから構成されたルツボ3と、このルツボ3の側部を囲
繞する筒状のサイドヒータ4と、このサイドヒータ4の
外周に立設された断熱保護筒5とが設けられている。
This device 1 includes a heating chamber 2a and a pulling chamber 2b.
The heating chamber 2a includes a quartz crucible 3a and a graphite crucible 3 that protects it.
A crucible 3 composed of a crucible 3, a cylindrical side heater 4 surrounding the side of the crucible 3, and a heat insulating protection cylinder 5 erected on the outer periphery of the side heater 4 are provided.

ルツボ3は、チャンバ2外に位置する駆動装置6とチャ
ンバ底部7を貫通して延長される回転軸8を介して連結
され、この駆動装置6を作動することにより回転及び昇
降自在とされている。
The crucible 3 is connected to a drive device 6 located outside the chamber 2 via a rotating shaft 8 extending through the chamber bottom 7, and can be rotated and raised and lowered by operating the drive device 6. .

なお、引上げチャンバ2bは、ルツボ3内の原料融液に
種結晶を浸漬して成長させたシリコン単結晶が引上げら
れる部分である。
Note that the pulling chamber 2b is a portion where a silicon single crystal grown by immersing a seed crystal in the raw material melt in the crucible 3 is pulled.

この製造装置1のサイドヒータ4は、一般にカーボン製
のものが使用され、これに電源接続部9を介して電流を
流すことにより加熱するようにしているが、このカーボ
ン製ヒータは、ルツボを加熱した際に溶出される二酸化
珪素(Si02 )の酸素と反応して二酸化炭素(CO
2)を発生させ、次第に消耗され、断面積が小さくなる
。このため、細くなった部分の電気抵抗が他の部分より
増大し、この部分の発熱量が大きくなり、高温化する。
The side heater 4 of this manufacturing apparatus 1 is generally made of carbon, and is heated by passing an electric current through it through the power supply connection part 9. This carbon heater heats the crucible. When silicon dioxide (Si02) is eluted, it reacts with oxygen and produces carbon dioxide (CO2).
2) is gradually consumed and the cross-sectional area becomes smaller. For this reason, the electrical resistance of the thinned portion increases compared to other portions, and the amount of heat generated in this portion increases, resulting in a high temperature.

しかも、この高温化した部分は益々酸化され細くなり、
発熱量が大きくなるという傾向を有している。
Moreover, this heated part becomes more and more oxidized and becomes thinner.
There is a tendency for the amount of heat generated to increase.

このように、サイドヒータ4の消耗による加熱温度の変
化が生じると、ルツボ3の温度状態が全体的に不均一に
なり、ルツボ3の側部は高温に、底部は低温となる。こ
の結果、原料溶解時の溶解遅れや単結晶引上時の温度状
態の不安定、またこれに起因する結晶の有転位化、直径
変動が生じ、歩留りの低下を来すという不具合がある。
As described above, when the heating temperature changes due to wear and tear of the side heater 4, the temperature state of the crucible 3 becomes non-uniform as a whole, with the sides of the crucible 3 being at a high temperature and the bottom being at a low temperature. As a result, there are problems such as a delay in dissolution during raw material melting, an unstable temperature state during pulling of the single crystal, and dislocations and diameter fluctuations in the crystal due to this, resulting in a decrease in yield.

このため、従来からルツボ3の加熱温度の均一化を図る
ために、ルツボ3を回転したり、昇降させているが、こ
のようにしてもルツボ3全体を終始均一な温度にするこ
とは困難であった。
For this reason, in order to make the heating temperature of the crucible 3 uniform, the crucible 3 has traditionally been rotated or moved up and down, but even with this method, it is difficult to maintain a uniform temperature throughout the crucible 3. there were.

そこで、最近では、サイドヒータ4の温度を、外部から
放射温度計10により測定し、ルツボ3の位置を制御す
るようにしたものがある(特開昭63−107,888
号公報参照)。
Therefore, recently, there is a system in which the temperature of the side heater 4 is measured from the outside with a radiation thermometer 10 to control the position of the crucible 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-107,888).
(see publication).

この制御方法は、サイドヒータ4の高さ方向に位置を違
えて複数の箇所に放射温度計10を設け、これら放射温
度計10によりサイドヒータ4からの放射光を温度に変
換することにより、ルツボ3の温度分布状態を検知し、
最も加熱効率の良い状態が得られるようにルツボの位置
を変えるようにしたものである。
This control method involves installing radiation thermometers 10 at multiple locations at different heights of the side heater 4, and converting the radiation from the side heater 4 into temperature using these radiation thermometers 10. Detects the temperature distribution state of 3,
The position of the crucible is changed to obtain the most efficient heating condition.

また、他の方法としては、ルツボ3の底部にボトムヒー
ター1を設け、ルツボ3の底部を積極的に加熱したり、
あるいはサイドヒータ4の側部に設けられた断熱保護筒
5の他にルツボ3の底部にボトム断熱部材12を設け、
ルツボ3の底部の温度低下を防止しているものもある(
特開昭5645.893号公報、特開昭61−186.
281号公報等)。
In addition, as another method, a bottom heater 1 is provided at the bottom of the crucible 3 to actively heat the bottom of the crucible 3,
Alternatively, in addition to the heat insulation protection cylinder 5 provided on the side of the side heater 4, a bottom heat insulation member 12 is provided at the bottom of the crucible 3,
Some prevent the temperature from decreasing at the bottom of crucible 3 (
JP-A No. 5645.893, JP-A No. 61-186.
281, etc.).

(発明が解決しようとする課題) しかし、前者の場合のように、放射温度計10によりル
ツボ3の高さ方向の温度分布を検知し、ルツボ3の加熱
効率の向上を図っても、ルツボ底部は側部に比し相対的
に温度が低くなり、ルツボが全体に亘って均一な温度と
はならず、原料溶解時の溶解遅れや単結晶用」二げ時の
温度状態の不安定化、またこれに起因する結晶の有転位
化、直径変動が生じるという不具合がある。
(Problem to be Solved by the Invention) However, as in the former case, even if the radiation thermometer 10 detects the temperature distribution in the height direction of the crucible 3 and attempts to improve the heating efficiency of the crucible 3, the bottom of the crucible The temperature of the crucible is relatively lower than that of the sides, and the temperature is not uniform throughout the crucible, resulting in delayed melting of raw materials and instability of the temperature state during single crystal heating. Further, there is a problem in that crystal dislocations and diameter fluctuations occur due to this.

また、後者の場合、ルツボ3底部にボトムヒータ11や
ボトム断熱部材12を設けると、確かに多結晶シリコン
原料を溶解する場合には効果はあっても、単結晶を引上
げる場合には、ルツボ3及びヒータ4からの輻射熱が下
方に逃げず、加熱過多になり、単結晶の酸素濃度が高く
なる。つまり、ボトムヒーター1やボトム断熱部材12
を設けることにより、ルツボ−3の壁面温度が高くなる
と、この石英製のルツボ3aから原料融液中に溶出する
酸素量が増大し、引上げられる単結晶中の酸素含有量が
増大することになり、必ずしも好ましいものとはなって
いないというのが実情である。
In the latter case, providing a bottom heater 11 or a bottom heat insulating member 12 at the bottom of the crucible 3 is certainly effective when melting the polycrystalline silicon raw material, but when pulling a single crystal, the crucible 3 The radiant heat from the heater 4 does not escape downward, resulting in excessive heating and an increase in the oxygen concentration of the single crystal. In other words, the bottom heater 1 and the bottom insulation member 12
By providing this, when the wall temperature of the crucible 3 increases, the amount of oxygen eluted from the quartz crucible 3a into the raw material melt increases, and the oxygen content in the single crystal to be pulled increases. The reality is that the situation is not necessarily favorable.

本発明は、上述した従来技術の欠点、問題点に鑑みてな
されたものであり、CZ法により単結晶を製造するに当
り、ルツボが全体に亘り均一な温度状態となるようにし
、単結晶が有転位化せず、酸素含有率も低く高品質のも
のが得られるようにした単結晶製造装置の制御方法を提
供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above-mentioned drawbacks and problems of the prior art, and it is an object of the present invention to maintain a uniform temperature throughout the crucible when producing a single crystal by the CZ method, so that the single crystal is It is an object of the present invention to provide a method for controlling a single crystal production apparatus that allows a single crystal to be produced without dislocations, with a low oxygen content, and of high quality.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための第1の発明は、単結晶製造装
置の加熱チャンバに開設された通孔に対向して設けられ
た第1温度感知部材によりルツボを加熱するヒータの温
度を測定し、ボトムヒータにより加熱される前記ルツボ
の底部の温度を第2温度感知部材により測定し、前記第
1温度感知部材が測定した温度に対応する前記ルツボ側
部の温度と、前記第2温度感知部祠が測定したルツボ底
部の温度が前もって定めた範囲になるように、前記両と
−タの電力量を制御するようにしたことを特徴とする単
結晶製造装置の制御方法である。
(Means for Solving the Problems) A first invention for achieving the above object detects a crucible by using a first temperature sensing member provided opposite to a through hole formed in a heating chamber of a single crystal manufacturing apparatus. Measuring the temperature of a heating heater, measuring the temperature of the bottom of the crucible heated by the bottom heater with a second temperature sensing member, and determining the temperature of the side of the crucible corresponding to the temperature measured by the first temperature sensing member. , the control of the single crystal manufacturing apparatus, characterized in that the amount of electric power of the two and three heaters is controlled so that the temperature at the bottom of the crucible measured by the second temperature sensing section falls within a predetermined range. It's a method.

また、上記目的を達成するための第2の発明は、単結晶
製造装置の加熱チャンバに開設された通孔に対向して設
けられた第1温度感知部材によりルツボを加熱するサイ
ドヒータの温度を測定するとともに、前記ルツボの底部
の温度を第2温度感知部制により測定し、前記第1温度
感知部祠が測定した温度に対応する前記ルツボ側部の温
度と、前記第2温度感知部材が測定したルツボ底部の温
度が前もって定めた範囲になるように、前記ルツボの下
部域を覆う断熱板と前記ルツボの相対的位置を調節する
ようにしたことを特徴とする単結晶製造装置の制御方法
である。
A second invention for achieving the above object is to control the temperature of a side heater that heats a crucible using a first temperature sensing member provided opposite to a through hole formed in a heating chamber of a single crystal manufacturing apparatus. At the same time, the temperature at the bottom of the crucible is measured by a second temperature sensing part, and the temperature at the side of the crucible corresponding to the temperature measured by the first temperature sensing part and the second temperature sensing part are A method for controlling a single crystal manufacturing apparatus, characterized in that the relative position of a heat insulating plate covering a lower area of the crucible and the crucible is adjusted so that the measured temperature at the bottom of the crucible falls within a predetermined range. It is.

なお、ルツボ側部及び底部の適正設定温度は、装置構成
及び操業条件により異なる。したがって、前もって適正
に設定条件を求める必要がある。
Note that the appropriate set temperatures for the sides and bottom of the crucible vary depending on the device configuration and operating conditions. Therefore, it is necessary to determine the setting conditions appropriately in advance.

この発明において、ルツボの下部域を覆う断熱板は、前
記ルツボからの熱を下部に逃がす開閉構造とすることが
好ましい。
In this invention, it is preferable that the heat insulating plate covering the lower region of the crucible has an opening/closing structure that allows heat from the crucible to escape to the lower part.

(作 用) このように構成した発明にあっては、第1温度感知部材
が測定したヒータの温度に対応するルツボの温度と、第
2温度感知部材により測定したルツボの底部の温度とが
前もって定めた範囲になるように、サイドヒータとボト
ムヒータの電力量を制御するか、あるいはルツボ底部に
設けた断熱板とルツボとの相対的な位置関係を調節する
ようにしたので、いずれにしてもルツボ内の温度は全体
に亘り均一になる。
(Function) In the invention configured as described above, the temperature of the crucible corresponding to the temperature of the heater measured by the first temperature sensing member and the temperature of the bottom of the crucible measured by the second temperature sensing member are determined in advance. We either controlled the power consumption of the side heater and bottom heater, or adjusted the relative positional relationship between the crucible and the heat insulating plate provided at the bottom of the crucible, so that the crucible remained within the specified range. The temperature inside becomes uniform throughout.

したがって、原料溶解時に、熱の逃げが防止されると、
原料の均一な溶解が可能となり、溶解遅れはなく、単結
晶引上時の温度状態の不安定化による単結晶の有転位化
も防止でき、製品歩留りも向上することになる。また、
単結晶の引上げ時には、ルツボの不必要な高温化を防止
し、ルツボ全体の温度の均一化を図れば、石英製ルツボ
から溶出する酸素量の増大をルツボ全体に亘り抑制でき
、これにより単結晶の高酸素化を防止し、単結晶全体の
酸素濃度の均一化を図ることもできる。
Therefore, if heat is prevented from escaping when melting raw materials,
It becomes possible to uniformly melt the raw material, there is no delay in dissolution, it is possible to prevent the formation of dislocations in the single crystal due to the instability of the temperature state during pulling of the single crystal, and the product yield is improved. Also,
When pulling a single crystal, if you prevent unnecessary heating of the crucible and make the temperature uniform throughout the crucible, you can suppress the increase in the amount of oxygen eluted from the quartz crucible throughout the crucible, and this will allow you to pull the single crystal. It is also possible to prevent oxygen from becoming too high and to make the oxygen concentration uniform throughout the single crystal.

(実 施 例) 以下、第1の発明の一実施例を図面に基づいて説明する
(Example) Hereinafter, an example of the first invention will be described based on the drawings.

第1図は第1の発明方法を実施するだめの装置を模式的
示す断面説明図、第2図は同方法の実験結果を示す説明
図であり、第4図に示す部材と同一機能を有する部材に
は同一符号を付し、その説明を一部省略する。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory diagram schematically showing an apparatus for carrying out the first method of the invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing experimental results of the same method, and has the same function as the member shown in FIG. 4. The same reference numerals are given to the members, and some explanations thereof will be omitted.

第1図に示す第1の発明方法を実施するための単結晶製
造装置20は、大径の加熱チャンバ2a及び小径の引上
げチャンバ2bからなるチャンバ2を有している。加熱
チャンバ2a内には石英製ルツボ3aの外周を黒鉛製ル
ツボ3bが覆い保護した断面U字状のルツボ3が設けら
れている。このルツボ3は回転軸8と連結され、駆動装
置6により昇降及び回転されるようになっている。ルツ
ボ3の周囲には、石英製ルツボ3a内に収容した原料を
溶融するためのサイドヒータ4が設けられているが、こ
のサイドヒータ4は、抵抗加熱法あるいは誘導加熱法等
種々のものを用いることができるが、大型の連続引上装
置に適用する場合には経済性を考慮して抵抗ヒータとす
ることが好ましい。
A single crystal manufacturing apparatus 20 for carrying out the first invention method shown in FIG. 1 has a chamber 2 consisting of a large diameter heating chamber 2a and a small diameter pulling chamber 2b. A crucible 3 having a U-shaped cross section is provided in the heating chamber 2a, and the outer periphery of the quartz crucible 3a is covered and protected by a graphite crucible 3b. This crucible 3 is connected to a rotating shaft 8, and is moved up and down and rotated by a drive device 6. A side heater 4 is provided around the crucible 3 for melting the raw material contained in the quartz crucible 3a, and this side heater 4 uses various methods such as a resistance heating method or an induction heating method. However, when applied to a large continuous pulling device, it is preferable to use a resistance heater in consideration of economic efficiency.

このサイドヒータ4の外周は、支持台21上に立設され
た断熱筒5により覆われている。
The outer periphery of this side heater 4 is covered with a heat insulating tube 5 erected on a support base 21.

一方、ルツボ3の下部には、少なくともルツボ3から下
部への熱放散を阻止するようにしたボトムヒータ22a
が設けられている。このボトムヒータ22aは、ルツボ
3の底部温度を細かく調節できるように、ルツボ3に対
し高さ位置が調節可能となっている。つまり、ボトムヒ
ータ22aの下面に作動棒23を取付け、この作動棒2
3をモータ等の駆動部材24により昇降させるようにし
ている。
On the other hand, a bottom heater 22a is provided at the bottom of the crucible 3 to prevent at least heat dissipation from the crucible 3 to the bottom.
is provided. The height position of the bottom heater 22a relative to the crucible 3 can be adjusted so that the bottom temperature of the crucible 3 can be finely adjusted. That is, the operating rod 23 is attached to the bottom surface of the bottom heater 22a, and the operating rod 23 is attached to the bottom surface of the bottom heater 22a.
3 is raised and lowered by a drive member 24 such as a motor.

特に、本実施例では、前記加熱チャンバ2a及び断熱筒
5に開設された通孔25に放射温度計等の第1温度感知
部材26が対設され、この第1温度感知部材26により
サイドヒータ4から放射される放射光信号を検知するよ
うにし、これを温度変換器27に入力して温度に換算し
ている。一方、ルツボ3の底部には、例えば熱電対等の
第2温度感知部材28を設けられ、これによりルツボ3
底部の温度を測定している。前記温度変換器27からの
信号はルツボ3の側部の温度に対応するように演算器2
9により演算され、制御器3oに入力される。一方、こ
の制御器30には、第2温度感知部材28が検知したル
ツボ底部の温度も入力されている。この場合の信号入力
方法としては、熱電対ではスリップリングSを用いて行
なう方法が好ましく、またルツボ3の底部に送信機を取
付けて無線で行なってもよい。
In particular, in this embodiment, a first temperature sensing member 26 such as a radiation thermometer is provided opposite to the through hole 25 opened in the heating chamber 2a and the heat insulating cylinder 5, and this first temperature sensing member 26 allows the side heater 4 to be A synchrotron radiation signal emitted from the sensor is detected, and this signal is input to a temperature converter 27 and converted into temperature. On the other hand, a second temperature sensing member 28 such as a thermocouple is provided at the bottom of the crucible 3.
Measuring the temperature at the bottom. The signal from the temperature converter 27 is sent to the computing unit 2 so as to correspond to the temperature of the side of the crucible 3.
9 and input to the controller 3o. On the other hand, the temperature at the bottom of the crucible detected by the second temperature sensing member 28 is also input to the controller 30 . In this case, as a signal input method, it is preferable to use a slip ring S for the thermocouple, or a transmitter may be attached to the bottom of the crucible 3 to perform the signal input wirelessly.

この制御器30は、演算器29から指示されるルツボ底
部目標温度と、第2温度感知部材28が測定したルツボ
底部の温度を前もって定めた範囲になるようにサイドヒ
ータ4とボトムヒータ22aの電力量を制御するように
なっている。
The controller 30 controls the power consumption of the side heater 4 and the bottom heater 22a so that the crucible bottom target temperature instructed by the calculator 29 and the temperature of the crucible bottom measured by the second temperature sensing member 28 fall within a predetermined range. is designed to be controlled.

ただし、両ヒータ4,22aの電力量のみでなく、合せ
てボトムヒータ22a用の駆動部材24とルツボ3用の
駆動装置6を作動させ、」二下位置を調節してもよい。
However, the lower position may be adjusted by operating not only the electric power of both heaters 4 and 22a, but also the drive member 24 for the bottom heater 22a and the drive device 6 for the crucible 3.

このように制御器30からの信号によりルツボ3の底部
温度を適切な温度に制御すると、原料の溶解から単結晶
の引−ヒげまでルツボ3全体の温度分布が均一化し、単
結晶化率の向上を図ることができる。
By controlling the bottom temperature of the crucible 3 to an appropriate temperature using the signal from the controller 30 in this way, the temperature distribution throughout the crucible 3 from melting of the raw material to pulling out of the single crystal becomes uniform, thereby reducing the single crystallization rate. You can improve your performance.

まず、原料供給装置から所定量の多結晶シリコンと必要
に応じてこれに添加すべきドーパントを石英製ルツボ3
aに供給し、サイドヒータ4及びボトムヒータ22aを
作動させて溶解する場合には、ボトムヒータ22aは、
外部の駆動部材24により上昇し、ルツボ3に近づけた
状態とする。
First, a predetermined amount of polycrystalline silicon and a dopant to be added thereto as needed are supplied from a raw material supply device to a quartz crucible 3.
a, and when melting by operating the side heater 4 and bottom heater 22a, the bottom heater 22a:
It is raised by an external drive member 24 and brought close to the crucible 3.

両ヒータ4,22aからの熱は、ルツボ3の周囲から輻
射されるが、電力量を制御しつつ加熱作用を行なうので
、ルツボ3は全体に亘り略均−に加熱され、原料の溶解
も均−行なわれる。このため、原料の一部に溶解遅れが
生じることはない。
The heat from both heaters 4 and 22a is radiated from around the crucible 3, but since the heating effect is performed while controlling the amount of electricity, the crucible 3 is heated almost uniformly throughout, and the raw materials are evenly melted. - to be carried out. Therefore, there will be no delay in dissolving some of the raw materials.

原料融液31が形成されると、種結晶を原料融液31中
に浸漬し、種結晶の下端に単結晶を成長させ、ルツボ3
および種結晶を相対的に回転させながら引上げ作業を開
始する。単結晶の引上げ操作は、初期段階は、引上げ速
度を速く設定し、かつ/または原料融液温度を高くする
ことにより、単結晶の径を細く絞り、転位を単結晶表面
に追い出して無転位化する。続いて、引上げ速度および
/または原料融液温度を下げることにより、所望の径を
有する単結晶に成長させる。この場合も、駆動装置6に
よりルツボ3を回転させ、原料融液31の攪拌と温度の
均一化を図ることが好ましい。
When the raw material melt 31 is formed, a seed crystal is immersed in the raw material melt 31, a single crystal is grown at the lower end of the seed crystal, and the crucible 3
Then, the pulling operation is started while rotating the seed crystal relative to each other. In the initial stage of single crystal pulling, the diameter of the single crystal is narrowed by setting a high pulling rate and/or increasing the raw material melt temperature, and dislocations are driven out to the single crystal surface to eliminate dislocations. do. Subsequently, by lowering the pulling rate and/or the temperature of the raw material melt, a single crystal having a desired diameter is grown. In this case as well, it is preferable to rotate the crucible 3 using the drive device 6 to stir the raw material melt 31 and equalize the temperature.

この引上げの際には、加熱チャンバ2a内にアルゴンガ
スを吹き込むとともに加熱チャンバ2aを減圧アルゴン
雰囲気または常圧アルゴン雰囲気にする。また、ボトム
ヒータ22aは、駆動部材24を操作することにより所
定量下降し、また必要に応じ電力量を低下させルツボ3
が不必要に加熱されないようにする。このようにすれば
、石英製ルツボ3aから溶出する酸素量が抑制され、こ
の結果、単結晶の高酸素化が防止されるという副次的効
果も生じる。
During this pulling, argon gas is blown into the heating chamber 2a and the heating chamber 2a is made into a reduced pressure argon atmosphere or a normal pressure argon atmosphere. In addition, the bottom heater 22a is lowered by a predetermined amount by operating the drive member 24, and the amount of electric power is lowered as necessary.
prevent it from being heated unnecessarily. In this way, the amount of oxygen eluted from the quartz crucible 3a is suppressed, and as a result, a secondary effect of preventing the single crystal from becoming highly oxygenated also occurs.

なお、引上げ中に吹き込まれたアルゴンガスにより、原
料融液上面からの蒸発物は仕送されて系外に排出され、
蒸発物に起因する単結晶の高炭素化、高酸素化、有転位
化、多結晶化が防止される。
In addition, the evaporated matter from the upper surface of the raw material melt is sent out and discharged from the system by the argon gas blown during pulling.
High carbonization, high oxygen content, dislocations, and polycrystalization of the single crystal caused by evaporated substances are prevented.

第2図は、実験結果を示す説明図で、原料から融液を形
成する場合のサイドヒータ4とボトムヒータ22aに加
える電力量と、第1温度感知部材26及び第2温度感知
部材28が検知する温度との関係を示すものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the experimental results, and shows the amount of electric power applied to the side heater 4 and the bottom heater 22a when forming a melt from raw materials, and the amount of power detected by the first temperature sensing member 26 and the second temperature sensing member 28. This shows the relationship with temperature.

なおどこの実験では、サイドヒータ4とボトムヒータ2
2aに加える電力量の総和が略70Kwとなるようにし
ている。
In this experiment, side heater 4 and bottom heater 2
The total amount of electric power added to 2a is approximately 70Kw.

この図から明らかなように、本発明方法による加熱(図
中実線で示す)は、例えば原料のチャージ数が0〜30
の範囲では、サイドヒータ4に加える電力量を50Kw
とし、ボトムヒータ22aに加える電力量を20Kwと
すれば、サイドヒータ22aの温度は、1550℃で、
ルツボ3の底部の温度は1460℃となった。このサイ
ドヒータ22aの温度をルツボ3の側部の温度に換算す
れば、はぼ1460℃であり、ルツボ全体が均一な温度
状態となったことが判る。
As is clear from this figure, heating according to the method of the present invention (indicated by the solid line in the figure) can be performed, for example, when the number of charges of the raw material is 0 to 30.
In the range of 50Kw, the amount of power applied to the side heater 4
If the amount of electric power applied to the bottom heater 22a is 20Kw, the temperature of the side heater 22a is 1550°C,
The temperature at the bottom of crucible 3 was 1460°C. If the temperature of the side heater 22a is converted to the temperature of the side of the crucible 3, it is approximately 1460° C., which indicates that the entire crucible is in a uniform temperature state.

次に、チャージ数が30〜50の範囲では、サイドヒー
タ4に加える電力量を48KWとし、ボトムヒータ22
aに加える電力量を22Kwとした。この場合のサイド
ヒータ4の温度もルツボ3の底部の温度も前記チャージ
数が1〜30の範囲の場合と同様となった。
Next, when the number of charges is in the range of 30 to 50, the amount of power applied to the side heater 4 is set to 48KW, and the amount of power applied to the side heater 4 is set to 48KW.
The amount of electric power added to a was set to 22Kw. In this case, the temperature of the side heater 4 and the temperature of the bottom of the crucible 3 were the same as in the case where the number of charges was in the range of 1 to 30.

チャージ数が50〜70の範囲では、サイドヒータ4に
加える電力量を46Kwとし、ボトムヒータ22aに加
える電力量を25Kwとした結果も先の場合と同様の結
果が得られた。
When the number of charges was in the range of 50 to 70, the same results as in the previous case were obtained when the amount of power applied to the side heater 4 was set to 46 Kw and the amount of power applied to the bottom heater 22a was set to 25 Kw.

これに対し、比較例1(図中破線で示す)のものは、サ
イドヒータに加える電力量を70Kwで一定にして加熱
したところ、ヒータがSiOとの反応により局部的に損
耗した結果、サイドヒータの温度が1550℃から15
70°Cと上昇した。
On the other hand, in Comparative Example 1 (indicated by the broken line in the figure), when heating was performed with the amount of power applied to the side heater constant at 70Kw, the heater was locally worn out due to the reaction with SiO, and as a result, the side heater The temperature of 1550℃ to 15
The temperature rose to 70°C.

また、比較例2(図中−点鎖線で示す)のものは、サイ
ドヒータの温度が一定となるようにチャージ数に応じて
サイドヒータの電力量を下げた。
Furthermore, in Comparative Example 2 (indicated by the dotted chain line in the figure), the power amount of the side heater was lowered according to the number of charges so that the temperature of the side heater was constant.

この結果、ルツボの底部の温度が低下した。その結果、
比較例1,2両者において、約50チヤージ前後からル
ツボ底部の温度が下がり温度不安定が起り、単結晶歩留
りが低下した。
As a result, the temperature at the bottom of the crucible decreased. the result,
In both Comparative Examples 1 and 2, the temperature at the bottom of the crucible decreased after about 50 charges, temperature instability occurred, and the yield of single crystals decreased.

かかる点から明らかなように、本実施例においては、チ
ャージ数如何に拘らず、第1温度感知部材26と第2温
度感知部材28の測定値からルツボの側部と底部の温度
が前もって定めた範囲になるようにサイドヒータ4とボ
トムヒータ2.2aに加える電力量を制御しているので
、ルツボ3を全体に回り均一に加熱することができ安定
した引上作業ができることが判る。
As is clear from this point, in this embodiment, regardless of the number of charges, the temperatures at the sides and bottom of the crucible are determined in advance from the measured values of the first temperature sensing member 26 and the second temperature sensing member 28. It can be seen that since the amount of power applied to the side heaters 4 and bottom heaters 2.2a is controlled so as to maintain the range, the crucible 3 can be heated uniformly over the entire crucible 3, and stable pulling work can be performed.

しかも、比較例1、比較例2では、約50チヤージを越
えると、ヒータの局部的減肉のため、単結晶歩留りが著
しるしく低下するため、ヒータを新品に交換しなければ
ならなかったが、本実施例では、約70チヤージまでヒ
ータを使用しても特に大きな問題は起らなかった。即ち
、本発明によれば、ヒータの寿命が延び、単結晶製造コ
ストも下がるといえる。
Moreover, in Comparative Examples 1 and 2, when the charge exceeds about 50, the single crystal yield drops significantly due to local thinning of the heater, so the heater had to be replaced with a new one. In this example, no particular problem occurred even when the heater was used up to about 70 charges. That is, according to the present invention, it can be said that the life of the heater is extended and the manufacturing cost of the single crystal is reduced.

第2の発明方法を実施するための装置は、特に図示はし
ないが、第1図を参照して説明すれば、この装置は、前
記第1の発明方法の装置におけるボトムヒータ22aを
断熱板2’2bにしたものである。この断熱板22bは
、黒鉛製シートを積み重ねて形成した板材を使用するこ
とが好ましい。
Although the apparatus for carrying out the second method of the invention is not particularly shown in the drawings, it will be described with reference to FIG. 2b. It is preferable to use a board material formed by stacking graphite sheets as the heat insulating board 22b.

この断熱板22bは、ルツボ3あるいはヒータ4から輻
射される熱が下方に逃げるのを防止するのみであるため
、ルツボ3の温度を制御するには、断熱板22bのルツ
ボ3に対する位置を調節することにより行なう。つまり
、この断熱板22bも先の発明と同様に、下面に作動棒
23を設け、この作動棒23をモータ等の駆動部材24
により昇降させるようにする。
Since this heat insulating plate 22b only prevents the heat radiated from the crucible 3 or the heater 4 from escaping downward, in order to control the temperature of the crucible 3, the position of the heat insulating plate 22b relative to the crucible 3 must be adjusted. Do it by doing this. In other words, similarly to the previous invention, this heat insulating plate 22b is also provided with an operating rod 23 on the lower surface, and this operating rod 23 is connected to a drive member such as a motor.
to raise and lower it.

このようにすれば、ルツボ3あるいはヒータ4から輻射
される熱は、断熱板22bにより遮断され下方へ逃げる
ことはなく、断熱板22bを駆動部材24により昇降さ
せると、ルツボ3は全体が略均−に加熱されることにな
る。
In this way, the heat radiated from the crucible 3 or the heater 4 is blocked by the heat insulating plate 22b and does not escape downward, and when the heat insulating plate 22b is raised and lowered by the driving member 24, the crucible 3 as a whole becomes approximately even. -It will be heated to -.

このため、原料の一部に溶解遅れが生じることはない。Therefore, there will be no delay in dissolving some of the raw materials.

ただし、このルツボ全体を均一に加熱する場合に、より
好ましくは断熱板22bが単に昇降するのみでなく、ル
ツボ3等からの輻射熱を下方に逃すようにすることが好
ましい。したがって、この第2の発明における断熱板2
2bの具体例としては、例えば、第3図A、B、Cに示
すように、開閉機構を有するものにより構成することが
好ましい。
However, when heating the entire crucible uniformly, it is more preferable that the heat insulating plate 22b not only simply move up and down, but also allow the radiant heat from the crucible 3 and the like to escape downward. Therefore, the heat insulating board 2 in this second invention
As a specific example of 2b, it is preferable to configure it with an opening/closing mechanism, as shown in FIGS. 3A, B, and C, for example.

これら断熱板22bは、開状態とすることによリルツボ
3等からの輻射熱を下部に放出することができ、ルツボ
3の内部温度の制御をより細かに精度良く行なうことが
できる。
By opening these heat insulating plates 22b, the radiant heat from the crucible 3 and the like can be released to the lower part, and the internal temperature of the crucible 3 can be controlled more precisely.

第3図(A)に示す断熱板22bは、円板状の黒鉛製可
動遮熱板40aを、6ピースに分割し、各ピースをシャ
フト41を介して、例えばモータ等の駆動部側42と連
結し、この駆動部材42を駆動することにより各ピース
をシャフト41を中心として回動するようにしたもので
ある。ただし、この駆動部材42は、複数個設けること
なく、1つの駆動部材42により前記複数のシャフト4
1を同時に作動させてもよい。
The heat insulating plate 22b shown in FIG. 3(A) is constructed by dividing a disc-shaped graphite movable heat insulating plate 40a into six pieces, and connecting each piece to a drive unit side 42 such as a motor through a shaft 41. By connecting the pieces and driving the drive member 42, each piece is rotated about a shaft 41. However, instead of providing a plurality of drive members 42, one drive member 42 can be used to drive the plurality of shafts 4.
1 may be operated simultaneously.

第3図(B)に示すものは、2分割した円板状の黒鉛製
可動遮熱板40bにシャフト41を連結し、これをモー
タ等の駆動部材42により回動させるようにしたもので
ある。
The one shown in FIG. 3(B) has a shaft 41 connected to a disk-shaped movable heat shield plate 40b made of graphite divided into two parts, and is rotated by a driving member 42 such as a motor. .

また、第3図(C)に示すものは、ボス部43から半径
方向外方に向って所定のスペース44を介して放射状片
45を突出した上下一対の可動遮熱板40c、40dを
有し、いずれか一方、例えば下部の可動遮熱板40dを
リンク46等を介して回動操作し、両可動遮熱板40c
、40dの放射状片45相互の重なり状態によりルツボ
3等から輻射される熱を制御するようにしたものである
The one shown in FIG. 3(C) has a pair of upper and lower movable heat shield plates 40c and 40d with radial pieces 45 projecting radially outward from the boss portion 43 through a predetermined space 44. , for example, the lower movable heat shield plate 40d is rotated via the link 46 etc., and both movable heat shield plates 40c are rotated.
, 40d, the heat radiated from the crucible 3 etc. is controlled by the overlapping state of the radial pieces 45 of 40d.

なお、前記発明は、説明した実施例のみに限定されるも
のでではなく、種々改変することが可能である。
Note that the invention is not limited to the described embodiments, and can be modified in various ways.

例えば、第1温度感知部材26は放射温度計を、第2温
度感知部材28は熱電対を使用しているが、これを逆に
し、第1温度感知部材26を熱電対に、第2温度感知部
材28を放射温度計にしてもよく、あるいは両者を熱電
対又は放射温度計を使用してもよい。
For example, the first temperature sensing member 26 uses a radiation thermometer and the second temperature sensing member 28 uses a thermocouple. Member 28 may be a radiation thermometer, or both may be thermocouples or radiation thermometers.

前記実施例は、ルツボ3の高さ位置は固定状態として、
断熱板22bを昇降させるものであるが、このルツボ3
と断熱板22bとの位置関係は相対的になもので、いず
れを昇降させてもよいことは言うまでもない。
In the above embodiment, the height position of the crucible 3 is fixed,
This crucible 3 is used to raise and lower the heat insulating plate 22b.
It goes without saying that the positional relationship between the heat insulating plate 22b and the heat insulating plate 22b is relative, and either one may be raised or lowered.

(発明の効果) 以上のように、第1の発明は、CZ法による単結晶の製
造に際して、第1温度感知部材により測定したルツボ側
部の温度と、第2温度感知部材により測定したルツボの
底部の温度とが一致するように、ボトムヒータとサイド
ヒータの電力量を制御し、第2の発明では、断熱板のル
ツボに対する相対的な位置を制御しているので、これら
はいずれもルツボ内の温度が全体に亘り均一になり、原
料の溶解遅れ、石英製ルツボの不必要な高温化を防止し
、単結晶の有転“位置、高酸素化を防ぎ、単結晶全体の
酸素濃度の均一性を向上させ、品質の良い安定した単結
晶の育成と単結晶製造の歩留りの向上を図ることができ
る。また、原料溶解から単結晶の引上げまでの一連の作
業を温度制御の下で行なうことので、単結晶化率の向上
を図ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, in the first invention, when producing a single crystal by the CZ method, the temperature at the side of the crucible measured by the first temperature sensing member and the temperature at the crucible side measured by the second temperature sensing member are The electric power of the bottom heater and the side heater is controlled so that the temperature at the bottom matches the temperature at the bottom, and in the second invention, the relative position of the heat insulating plate to the crucible is controlled, so both of these are controlled within the crucible. The temperature becomes uniform throughout, preventing delays in dissolution of raw materials and unnecessary heating of the quartz crucible, preventing the rotation of the single crystal, preventing high oxygen content, and making the oxygen concentration uniform throughout the single crystal. It is possible to grow stable single crystals of good quality and improve the yield of single crystal manufacturing.In addition, the series of operations from melting raw materials to pulling single crystals is performed under temperature control. , it is possible to improve the single crystallization rate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1の発明方法を実施するための装置を模式的
示す断面説明図、第2図は第1図に示す実施例の実験結
果を示す説明図、第3図A、  B。 Cは断熱板の変形例を示す斜視図、第4図は従来の装置
を示す概略断面図である。 2.2a、2b・・・加熱チャンバ、 3.3a、3b・・・ルツボ、 4・・・サイドヒータ、  5・・・断熱保護筒、6・
・・駆動装置、   22a・・・ボトムヒータ、22
b・・・断熱板   25・・・通孔、26・・・第1
温度感知部材、 28・・・第2温度感知部材。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view schematically showing an apparatus for carrying out the first method of the invention, FIG. 2 is an explanatory view showing experimental results of the example shown in FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B. C is a perspective view showing a modification of the heat insulating plate, and FIG. 4 is a schematic sectional view showing a conventional device. 2.2a, 2b... Heating chamber, 3.3a, 3b... Crucible, 4... Side heater, 5... Heat insulation protection cylinder, 6...
...Drive device, 22a...Bottom heater, 22
b...Insulation board 25...Through hole, 26...First
Temperature sensing member, 28... second temperature sensing member.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)単結晶製造装置の加熱チャンバ(2a)に開設され
た通孔(25)に対向して設けられた第1温度感知部材
(26)によりルツボ(3)の側部を加熱するサイドヒ
ータ(4)の温度を測定し、ボトムヒータ(22a)に
より加熱されたルツボ(3)の底部の温度を第2温度感
知部材(28)により測定し、前記第1温度感知部材(
26)が測定した温度に対応する前記ルツボ側部の温度
と、前記第2温度感知部材(28)が測定したルツボ底
部の温度が前もって定めた範囲になるように、前記両ヒ
ータ(4、22a)の電力量を制御するようにしたこと
を特徴とする単結晶製造装置の制御方法。 2)単結晶製造装置の加熱チャンバ(2a)に開設され
た通孔(25)に対向して設けられた第1温度感知部材
(26)によりルツボ(3)を加熱するサイドヒータ(
4)の温度を測定するとともに、前記ルツボ(3)の底
部の温度を第2温度感知部材(28)により測定し、前
記第1温度感知部材(26)が測定した温度に対応する
前記ルツボ側部の温度と、前記第2温度感知部材(28
)が測定したルツボ底部の温度が所定の範囲になるよう
に、前記ルツボ(3)の下部域を覆う断熱板(22b)
と前記ルツボ(3)の相対的位置を調節するようにした
ことを特徴とする単結晶製造装置の制御方法。 3)前記断熱板は、前記ルツボ(3)からの熱を下部に
逃がす開閉構造としたことを特徴とする請求項第2項に
記載の単結晶製造装置の制御方法。
[Scope of Claims] 1) The side of the crucible (3) is controlled by the first temperature sensing member (26) provided opposite to the through hole (25) opened in the heating chamber (2a) of the single crystal manufacturing apparatus. The second temperature sensing member (28) measures the temperature of the bottom of the crucible (3) heated by the bottom heater (22a), and the first temperature sensing member (28) measures the temperature of the side heater (4) that heats the crucible (3).
Both heaters (4, 22a ) A method for controlling a single crystal manufacturing apparatus, characterized in that the amount of electric power is controlled. 2) A side heater (
4), and also measure the temperature at the bottom of the crucible (3) by a second temperature sensing member (28), and measure the temperature at the bottom of the crucible (3) corresponding to the temperature measured by the first temperature sensing member (26). temperature of the second temperature sensing member (28
) a heat insulating plate (22b) covering the lower area of the crucible (3) so that the temperature at the bottom of the crucible measured by
A method for controlling a single crystal manufacturing apparatus, characterized in that the relative positions of the crucible (3) and the crucible (3) are adjusted. 3) The method of controlling a single crystal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the heat insulating plate has an opening/closing structure that releases heat from the crucible (3) to a lower part.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3396029A1 (en) * 2017-04-26 2018-10-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sic single crystal production method and production apparatus
CN109750350A (en) * 2019-03-20 2019-05-14 丽江隆基硅材料有限公司 A kind of method and single crystal growing furnace adjusting single crystal furnace heater power
CN112176400A (en) * 2020-09-30 2021-01-05 刘博旸 Czochralski method single crystal furnace and melt temperature gradient control method thereof

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