JPH0438719B2 - - Google Patents

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JPH0438719B2
JPH0438719B2 JP62078387A JP7838787A JPH0438719B2 JP H0438719 B2 JPH0438719 B2 JP H0438719B2 JP 62078387 A JP62078387 A JP 62078387A JP 7838787 A JP7838787 A JP 7838787A JP H0438719 B2 JPH0438719 B2 JP H0438719B2
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crystal diameter
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/26Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、チヨクラルスキー法により製造され
る単結晶の径を制御する結晶径制御方法に関す
る。
[従来の技術] 結晶径の変化率が所定値を越えると転位が生ず
る原因となる。
そこで、従来では、結晶の引上速度及び融液温
度を調節して結晶径を制御していた(特開昭55−
130895)。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、結晶の引上速度を調節した場合、速応
性があるものの、結晶欠陥や転位が発生し易い。
一方、融液温度の調節は、むだ時間や時定数が
大きいので、速応性に欠け、コーン部結晶成長時
には安定な制御を行うことが困難である。
本発明は、上記問題点に鑑み、速応性がありし
かも安定度の高い結晶径制御を行うことができ、
かつ、結晶欠陥や転位が生ずるのを防止できる結
晶径制御方法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明では、チヨクラルスキー法により製造さ
れる単結晶の径を制御する結晶径制御方法におい
て、 坩堝内の融液温度及び坩堝回転速度を調節して
単結晶のコーン部結晶径を制御し、コーン部結晶
径が直胴部結晶径に近付くにつれて坩堝回転速度
の調節幅を狭くしていき、直胴部で坩堝回転速度
を一定にすることを特徴としている。
[実施例] 図面に基づいて本発明の好適な一実施例を説明
する。
第1図に示す如く、グラフアイト坩堝10に嵌
入された石英坩堝12には多結晶シリコンが収容
され、グラフアイト坩堝10を囲繞するヒータ1
4により過熱熔融されて融液16となる。このヒ
ータ14は断熱材18に囲まれ、これらはアルゴ
ンガスが流入される容器20内に配設されてい
る。
坩堝10,12は坩堝移動軸22を介してモー
タ24により回転される。
融液16の上方には結晶引上軸26が垂下さ
れ、結晶引上軸26の下端には種ホルダ28を介
して種結晶30が取り付けられており、結晶引上
軸26を降下させて種結晶30の下端を融液16
内に浸漬させ、結晶引上軸26を徐々に引き上げ
ることにより、単結晶32が絞り部、コーン部3
2A、シヨルダー部32B、直胴部32C順に成
長する。この結晶引上軸26はモータ34により
昇降される。結晶引上軸26及び坩堝移動軸22
は石英坩堝12の回転対称軸に一致している。
なお、第1図では、簡単化のために、結晶引上
軸26の回転用モータ及び坩堝移動軸22の昇降
用モータが省略される。
容器20の上方には、該容器20に設けられた
ガラス窓36に対向して工業用テレビカメラ38
が配設されており、そのビデオ信号が直径計測器
40へ供給されて、単結晶32と融液16との界
面に形成された輝環42の直径、すなわち単結晶
32の融液16との界面における直径が計測され
る。
また、容器20の下部側面に設けられたガラス
窓44に対向して放射温度計48が配設されてお
り、断熱財18の側面に形成された凹部46の温
度が検出され、間接的に融液16の温度が検出さ
れる。
結晶径の制御を行うマイクロコンピユータ50
は、CPU52、ROM54,RAM56、入力ポ
ート58及び出力ポート60を備えて周知の如く
構成されており、CPU52は、ROM54に書き
込まれたプログラムに従つて、入力ポート58を
介し、直径計測器40から単結晶32の直径Dを
読み込み、A/D変換器62から融液16の温度
Tを間接的に読み込み、さらに、設定器64によ
り設定される直胴部32の目標直径D0を読み込
む。
ここで、ROM54には単結晶32のコーン部
32Aの直径変化率の目標値を算出する式が書き
込まれており、該算出式に用いられる定数は、前
記目標直径D0により決定される。また、ROM5
4には、第3図に示すような坩堝回転速度の上限
値と下限値を算出する式が書き込まれている。こ
の上下限値は、時間の経過とともに直胴部におけ
る坩堝回転速度の目標値(一定)に収束する。
CPU52は、ROM54に書き込まれたこれら
の算出式を用い、RAM56との間でデータの授
受を行つて演算処理し、ヒータ14への電力供給
量及びモータ24の目標回転速度を算出して出力
ポート60へ操作信号を出力し、駆動回路66を
介してヒータ14及びモータ24を制御する。
なお、モータ34の回転速度は、結晶成長時に
は一定である。
ここで、石英坩堝12の回転速度を速くする
と、融液16の上面中央部の温度は上面周辺部の
温度よりも低くなり、単結晶32の成長速度が速
くなる。この石英坩堝12の回転速度の変化に対
する単結晶32の成長速度の応答は速いが、ヒー
タ14への供給電力の変化に対する単結晶32の
成長速度の応答は遅い。一方、単結晶32に取り
込まれる酸素の量は石英坩堝12の回転速度に依
存するので、直胴部34Cの成長時には石英坩堝
12の回転速度を一定にして成長結晶を均質にす
る必要がある。そこで、コーン部32Aの径が小
さい時には、結晶径制御における石英坩堝12の
回転制御の寄与を大きくして速応性をもたせ、コ
ーン部32Aの径が直胴部32Cの径に近付くに
つれて、石英坩堝12の回転速度の変化よりもヒ
ータ14の寄与を大きくする。このようにして、
製品として利用されないコーン部32Aの体積を
小さくすることが可能となるとともに、品質の良
い直胴部の結晶径制御に移行させることができ
る。
次に、マイクロコンピユータ50のソフトウエ
アの構成を第2図に基づいて説明する。第2図
は、ROM54に書き込まれたプログラムに対応
した、コーン部形成のフローチヤートである。
最初にステツプ100で、設定器64を操作して
直胴部直径の目標値D0を設定する。次にステツ
プ102で、この目標値D0を読み込み、RAM56
に書き込む。次にステツプ104で、ROM54に
書き込まれた算出式に従つて直径変化率の目標値
及び坩堝回転速度の上下限値を算出する。
次にステツプ106で、入力ポート58を介して
直径計測器40から結晶直径Dを読み込み、
RAM56に書き込む。
次にステツプ108で、RAM56に書き込まれ
ている今回、前回及び前々回の結晶直径Dの値か
ら結晶直径Dの一次微分係数及び二次微分係数を
算出する。
次にステツプ110で、ステツプ104及びステツプ
108において算出した値を用いてP(比例)D(微
分)動作の操作量を算出し、この操作量に応じた
融液温度の目標値を算出する。すなわち、カスケ
ード設定を行う。
次にステツプ112で、A/D変換器62から間
接的に融液温度Tを読み取り、該温度が前記目標
温度になるようヒータ14へ電力を供給して融液
16の温度調節を行う。
次にステツプ114で、ステツプ104及びステツプ
108において算出した値を用いてP動作の操作量
を算出し、これに応じた坩堝回転速度の目標値V
を算出する。すなわちカスケード設定をおこな
う。
次にV1≦V≦V2である場合には、ステツプ
116,118,124へ進み、V<V1の場合にはステツ
プ116,120でVをV1とした後ステツプ124へ進
み、V<V2の場合にはステツプ116,118,122へ
進んでVをV2とした後ステツプ124へ進む。ステ
ツプ124では、石英坩堝12の回転速度がVにな
るようモータ24を駆動する。
次にステツプ104へ戻り、以上の処理を繰り返
す。
なお、ステツプ110において、坩堝回転速度の
上下限値が収束するに伴い徐々に大ききなつて収
束時点で1になる係数を算出結果に乗じてこれを
融液温度の目標値とすることにより、直胴部に近
付くにつれて融液温度の調節割合をさらに大きく
するようにしてもよい。
また、上記実施例では坩堝回転速度の上限値及
び下限値を、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近
付くつれて該上下限値が所定値に収束するように
設定する場合を説明したが、本発明は結晶径が直
胴部結晶径に近付くにつれて坩堝回転速度の調節
幅を狭くするものであればよく、例えば、坩堝回
転速度のゲインを、コーン部結晶径が直胴部に近
付くにつれて小さくするようにしてもよいことは
勿論である。
[発明の効果] 本発明に係る結晶径制御方法では、坩堝内の融
液温度及び坩堝回転速度を調節して単結晶のコー
ン部結晶径を制御し、コーン部結晶径が直胴部結
晶径に近付くにつれて坩堝回転速度の調節幅を狭
くしていくようになつており、コーン部結晶径が
小さい時には結晶径制御における坩堝回転速度調
節の寄与が大きいので、速応性を有し、安定に結
晶径を制御できる、結晶欠陥や転位の発生を防止
できるという優れた効果がある。
そのうえ、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近
付くにつれて坩堝回転速度の調節幅が狭くなり、
直胴部で坩堝回転速度が一定になるので、良品質
の単結晶を得る直胴部結晶径制御に滑らかに移行
することができるという優れた効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明の一実施例に係り、
第1図は全体構成部、第2図はマイクロコンピユ
ータ50のソフトウエア構成を示すフローチヤー
ト、第3図は坩堝回転数の上下限値を示す線図で
ある。 12……石英坩堝、14……ヒータ、16……
融液、32……単結晶、38……工業用テレビカ
メラ、48……放射温度計、50……マイクロコ
ンピユータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チヨクラルスキー法により製造される単結晶
    の径を制御する結晶径制御方法において、 坩堝内の融液温度及び坩堝回転速度を調節して
    単結晶のコーン部結晶径を制御し、コーン部結晶
    径が直胴部結晶径に近付くにつれて坩堝回転速度
    の調節幅を狭くしていき、直胴部で坩堝回転速度
    を一定にすることを特徴とする結晶径制御方法。 2 前記坩堝回転速度の上限値及び下限値を、コ
    ーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて該
    上下限値が所定値に収束するように設定すること
    により、前記調節幅を狭くしていくことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の結晶径制御方
    法。 3 前記坩堝回転速度のゲインを、コーン部結晶
    径が直胴部に近付くにつれて小さくすることによ
    り、前記調節幅を狭くしていくことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の結晶径制御方法。
JP62078387A 1987-03-31 1987-03-31 結晶径制御方法 Granted JPS63242991A (ja)

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EP88104931A EP0285943B1 (en) 1987-03-31 1988-03-26 Crystal diameter controlling method
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