JPH05330976A - Single crystal production system - Google Patents
Single crystal production systemInfo
- Publication number
- JPH05330976A JPH05330976A JP14173692A JP14173692A JPH05330976A JP H05330976 A JPH05330976 A JP H05330976A JP 14173692 A JP14173692 A JP 14173692A JP 14173692 A JP14173692 A JP 14173692A JP H05330976 A JPH05330976 A JP H05330976A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw material
- rod
- melt
- crucible
- heater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶製造装置に係
り、特にるつぼ内に原料を連続的に供給し、均質な半導
体単結晶を連続的に製造する技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing a single crystal, and more particularly to a technique for continuously supplying a raw material into a crucible to continuously produce a homogeneous semiconductor single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体単結晶の育成には、るつぼ内の原
料融液から円柱状の結晶を育成するCZ(チョクラルス
キー引上げ)法が用いられている。通常、半導体単結晶
の育成に際して、育成される単結晶の抵抗率を制御する
という方法が用いられるが、このCZ法を用いた場合に
は、育成される単結晶の抵抗率を制御するために、るつ
ぼ内の原料融液にド―パントと呼ばれる不純物元素を添
加する。しかしながらド―パントは一般に偏析係数が1
でないため、通常のCZ法では、結晶の長さが長くなる
につれ結晶中の濃度が変化する。これは、ド―パント濃
度で抵抗率の制御を行なう半導体単結晶の製造において
は深刻な問題となっている。2. Description of the Related Art A CZ (Czochralski pulling) method for growing a columnar crystal from a raw material melt in a crucible is used for growing a semiconductor single crystal. Usually, a method of controlling the resistivity of a single crystal to be grown is used in growing a semiconductor single crystal. When the CZ method is used, in order to control the resistivity of the single crystal to be grown. An impurity element called dopant is added to the raw material melt in the crucible. However, the dopant generally has a segregation coefficient of 1
Therefore, in the ordinary CZ method, the concentration in the crystal changes as the length of the crystal becomes longer. This is a serious problem in the production of semiconductor single crystals in which the resistivity is controlled by the dopant concentration.
【0003】この問題を解決するために、原料をるつぼ
内に連続的に供給し、原料融液中のド―パント濃度を一
定に保つ連続チャ―ジ法や二重るつぼを用いた技術(特
開昭63−79790)が提案されている。連続チャ―
ジ法における原料供給手段としては、原料溶解場所と単
結晶育成場所を分離し、輸送するもの(特開昭52−5
8080,特開昭56−164097)、棒状の原料を
用いるもの(特開昭56−84397,特開昭62−1
05992)等の提案がある。In order to solve this problem, a technique using a continuous charging method or a double crucible in which the raw material is continuously supplied into the crucible to keep the dopant concentration in the raw material melt constant ( Kai 63-79790) has been proposed. Continuous char
As a raw material supply means in the method D, a raw material melting place and a single crystal growing place are separated and transported (JP-A-52-5).
8080, JP-A-56-164097), those using rod-shaped raw materials (JP-A-56-84397, JP-A-62-1)
05992) and other proposals.
【0004】先にあげた連続チャ―ジ技術のうち、前二
者のものすなわち特開昭52−58080および特開昭
56−164097に記載された技術は、原料溶解用る
つぼと結晶育成用るつぼの2つを必要とし、構造的に複
雑となり、また、供給量の制御が難しいという問題があ
る。後二者のものすなわち特開昭56−84397およ
び特開昭62−105992に記載された技術は、棒状
原料をるつぼ内の融液により溶解するために、るつぼ内
の結晶育成場所と原料溶解場所の温度勾配を大きくする
必要があり、結晶育成中に原料溶解可能な温度勾配を実
現することは非常に困難である。さらに、これらの技術
のうち特開昭62−105992に記載された技術で
は、原料の予備加熱に高周波を用いているが、たとえ
ば、単結晶シリコンの育成に用いられている減圧炉では
放電する危険性が高く実用的でない。また、二重るつぼ
によるものは、育成に用いられる内側るつぼは外側るつ
ぼからの熱で溶融状態を維持するようになっており、ヒ
ータからの熱を十分に伝えることができないため、内壁
から多結晶が発生しやすく成長速度の低下を余儀無くさ
れる。しかも、るつぼ材からの不純物混入量が増大する
という問題もある。Of the continuous charging techniques mentioned above, the former two techniques, that is, the techniques described in JP-A-52-58080 and JP-A-56-164097, are crucibles for melting raw materials and crucibles for growing crystals. However, there is a problem in that it is structurally complicated and it is difficult to control the supply amount. The latter two, that is, the techniques described in JP-A-56-84397 and JP-A-62-105992, are for melting a rod-shaped raw material by a melt in a crucible, and therefore, a crystal growing place and a raw material melting place in the crucible. It is necessary to increase the temperature gradient of No. 3, and it is very difficult to realize the temperature gradient in which the raw materials can be dissolved during crystal growth. Further, among these techniques, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-105992 uses high frequency for preheating the raw material, but for example, there is a risk of discharge in a decompression furnace used for growing single crystal silicon. It is highly practical and not practical. In the double crucible, the inner crucible used for growing is kept in a molten state by the heat from the outer crucible, and the heat from the heater cannot be sufficiently transferred. Is likely to occur and the growth rate is forced to decrease. Moreover, there is a problem that the amount of impurities mixed from the crucible material increases.
【0005】そこで、従来の連続チャ―ジ技術の問題点
を解決し、長さ方向にわたって不純物濃度がほぼ均一な
単結晶を連続的に製造することを目的として、引上装置
内のるつぼ内融液充填域に先端部を開放した保護筒内
に、抵抗加熱ヒ―タを設け、該抵抗加熱ヒ―タが保護筒
先端部より上方に位置し原料が溶融可能なように温度設
定できるようにし、保護筒内に装填した原料多結晶棒が
この保護筒内下部で徐々に溶融され、るつぼ内融液面に
供給されるようにしたものが提案されている。この装置
では、単結晶引上時には、融液中に前記保護筒の先端部
が位置することにより、保護筒内の気相部すなわち原料
供給機構の気相部と引上装置内の気相部とが融液により
隔てられて、互いに独立する。Therefore, in order to solve the problems of the conventional continuous charging technique and to continuously produce a single crystal in which the impurity concentration is substantially uniform over the length direction, melting in a crucible in a pulling apparatus is performed. A resistance heating heater is provided in the protective cylinder whose tip is opened in the liquid filling area, and the resistance heating heater is located above the tip of the protection cylinder so that the temperature can be set so that the raw material can be melted. It has been proposed that the raw material polycrystalline rod loaded in the protective cylinder is gradually melted in the lower portion of the protective cylinder and supplied to the melt surface in the crucible. In this apparatus, when the single crystal is pulled, the tip of the protective cylinder is located in the melt, so that the vapor phase part in the protective cylinder, that is, the vapor phase part of the raw material supply mechanism and the vapor phase part in the pulling device And are separated by a melt and are independent of each other.
【0006】これにより、引上開始と同時に、るつぼ内
融液の減少が始まっても、この減少量に見合うよう、原
料棒の送り速度を調整し、さらに抵抗加熱ヒ―タへの電
力を制御しつつ原料棒を溶融して、連続的に原料を供給
していくようになっており、また、保護筒の先端部はる
つぼ内融液中に維持されているため、溶融原料は保護筒
内の融液面に落ちる。従って、落下異物があってもこの
保護筒内に留まるため、高純度の単結晶を得ることがで
きる。As a result, even if the melt in the crucible begins to decrease at the same time when the pulling is started, the feed rate of the raw material rod is adjusted so as to meet this decrease, and the electric power to the resistance heating heater is controlled. While melting the raw material rod while continuously supplying the raw material, and since the tip of the protective cylinder is maintained in the melt in the crucible, the molten raw material is kept inside the protective cylinder. To the melt surface. Therefore, even if there is a falling foreign substance, it stays in this protective cylinder, so that a high-purity single crystal can be obtained.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な装置においても、育成単結晶の径大化が進むにつれて
必要とするるつぼの径が大きくなって、装置が大型化す
ると、これに伴い原料を溶融状態に維持するために必要
な熱量も大きくなり、製造コストが増大するという問題
があった。すなわち、原料棒先端から、溶融せしめられ
た原料融液が、連続的に垂れ下がるのではなく、液滴と
して分断した状態で供給されると、原料供給部近傍はる
つぼ内の液面からの跳ね上がりが生じ、液面が振動し気
泡を生じるなど不安定となり、育成単結晶の純度が低下
したり欠陥が生じ易くなったりする。このように、原料
棒先端から溶融された溶融原料がるつぼ内の原料融液液
面まで垂れ下がり、静かに供給されるのが望ましいが、
そのためには原料棒の加熱制御および降下速度制御が極
めて困難であり、実際には制御不可能であるという問題
があった。However, even in such an apparatus, the diameter of the crucible required increases as the diameter of the grown single crystal increases, and when the apparatus becomes larger, the raw materials are melted accordingly. There has been a problem that the amount of heat required to maintain the state also increases and the manufacturing cost increases. That is, if the melted raw material melt is supplied from the tip of the raw material rod in a divided state as a droplet, rather than continuously dripping, the vicinity of the raw material supply part will jump up from the liquid surface in the crucible. The resulting liquid becomes unstable, such as the liquid surface vibrating to generate bubbles, which lowers the purity of the grown single crystal and easily causes defects. In this way, it is desirable that the molten raw material melted from the tip of the raw material rod hangs down to the liquid surface of the raw material melt in the crucible and is gently supplied,
For that purpose, there is a problem that it is extremely difficult to control the heating and the descending speed of the raw material bar, and it is impossible to control in practice.
【0008】またこの液面からの溶融原料の跳ね上がり
によって、溶融原料がヒータに付着し溶解の障害となる
という問題があった。Further, there is a problem that the molten raw material adheres to the heater due to the splashing of the molten raw material from the liquid surface, which becomes an obstacle to melting.
【0009】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、連続的に高純度高品質の単結晶を得ることができる
単結晶製造装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an apparatus for producing a single crystal capable of continuously obtaining a high-purity and high-quality single crystal.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、光学
的検出手段によって原料棒からのシリコン融液の垂れ下
がり状態を観察し、この検出結果に応じて原料棒加熱ヒ
ータ温度等のヒータ駆動条件または原料棒降下速度を制
御するようにしている。Therefore, in the present invention, the hanging state of the silicon melt from the raw material rod is observed by the optical detecting means, and the heater driving condition such as the raw material rod heating heater temperature or the like is determined according to the detection result. The material rod descent speed is controlled.
【0011】すなわち、るつぼの周縁部の上方に設置さ
れた原料結晶棒と、この周りに環回され原料結晶棒を溶
解して溶融原料を前記るつぼに補給するためのヒータと
からなる原料補給部を具備した単結晶製造装置におい
て、原料補給部に設置された光学的検出手段によって原
料棒からの原料融液の垂れ下がり状態を観察し、この検
出結果に応じて原料棒加熱ヒータの駆動条件または原料
棒降下速度を制御するようにしている。That is, a raw material replenishing section comprising a raw material crystal rod installed above the peripheral portion of the crucible and a heater which is circulated around this to melt the raw material crystal rod and replenish the molten raw material to the crucible. In the single crystal manufacturing apparatus equipped with, the observing the hanging state of the raw material melt from the raw material rod by the optical detection means installed in the raw material replenishment section, drive conditions of the raw material rod heating heater or the raw material according to the detection result The rod descent speed is controlled.
【0012】[0012]
【作用】本発明は、原料棒からの溶融原料が、原料融液
との液界面から内部に入り込む位置で外周囲の輝度が高
くなる点に着目し、光学的検出手段を用いてこの輝度の
高い領域を測定するようにしたことを特徴とするもので
ある。In the present invention, attention is paid to the fact that the brightness of the outer periphery becomes high at the position where the molten raw material from the raw material rod enters inside from the liquid interface with the raw material melt. It is characterized in that the high area is measured.
【0013】上記構成によれば、光学的検出手段を用い
て溶融原料の垂れ下がり形状を検出し、加熱ヒータの駆
動条件または原料棒降下速度を調整するようにしている
ため、溶融原料の分断が防止され、原料棒先端から溶融
された溶融原料がるつぼ内の原料融液液面まで垂れ下が
り、落下時の液はねを生じることなく、静かに供給さ
れ、原料融液液面の安定状態を良好に維持することがで
きる。また加熱ヒータに付着することもない。ここでヒ
ータの駆動条件とは加熱温度あるいはヒータ上の位置あ
るいは時間に応じた温度プロファイルなどを含むものと
する。According to the above construction, since the drooping shape of the molten raw material is detected by using the optical detecting means and the driving condition of the heater or the descending speed of the raw material rod is adjusted, the fragmentation of the molten raw material is prevented. The molten raw material melted from the tip of the raw material rod drips down to the surface of the raw material melt in the crucible, and is gently supplied without splashing when falling, improving the stable state of the raw material melt surface. Can be maintained. Also, it does not adhere to the heater. Here, the heater driving condition includes a heating temperature, a position on the heater, or a temperature profile according to time.
【0014】また原料供給部での液面の安定化をはかる
ことができるため、結晶育成部と原料供給部とをより近
接することが可能となり、結晶育成部と原料供給部との
径方向の距離を調節することが可能となり、原料の供給
位置の自由度が大きくなり結晶育成条件に応じて最適供
給位置を選定することができる。Further, since the liquid surface in the raw material supply section can be stabilized, the crystal growth section and the raw material supply section can be closer to each other, and the crystal growth section and the raw material supply section can be arranged in the radial direction. The distance can be adjusted, the degree of freedom of the raw material supply position is increased, and the optimum supply position can be selected according to the crystal growth conditions.
【0015】また、原料の供給位置の自由度が大きくな
ることから、より小さい径のるつぼを用いることができ
るため、原料を溶融状態に維持するために必要な熱量を
低減し、製造コストの節減をはかることができる。Further, since the degree of freedom of the feed position of the raw material is increased, a crucible having a smaller diameter can be used, so that the amount of heat required to maintain the raw material in a molten state is reduced and the manufacturing cost is reduced. Can be measured.
【0016】また、望ましくは、この加熱ヒータを下方
に向かって縮径した二重らせん構造のヒータとすること
により、より液面に近い位置で原料である多結晶棒を溶
解するように最高温度点の高さを設定することができ、
これによっても落下時の液はね等の不具合を抑えること
ができる。Further, it is desirable that the heating heater is a heater having a double-helical structure in which the diameter is reduced downward so that the maximum temperature is set so as to melt the polycrystalline rod as a raw material at a position closer to the liquid surface. You can set the height of the points,
This also makes it possible to prevent problems such as liquid splash when dropped.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【0018】本発明実施例の単結晶育成装置は、図1に
示すように、単結晶製造装置本体100と、この内部に
設けられた原料融液部200と、原料供給機構300
と、引上げ部400とから構成されており、原料供給機
構内部の原料融液の液面を検出する光センサ(CCD)
を用いたテレビカメラ2を具備した垂れ下がり径測定部
と、これに基づく制御部とを有し、この制御部によって
原料棒としてのシリコン多結晶棒301先端から溶融さ
れた溶融原料と原料融液の液面との界面近傍を観察する
ことにより、垂れ下がり径を測定し、この大きさに応じ
て、ヒータ13およびシリコン多結晶棒の送り速度を制
御するようにしたことを特徴とする。なお、単結晶育成
部等については簡略化して記載する。As shown in FIG. 1, the single crystal growing apparatus according to the embodiment of the present invention has a single crystal manufacturing apparatus main body 100, a raw material melt portion 200 provided therein, and a raw material supply mechanism 300.
And a pulling unit 400, and an optical sensor (CCD) for detecting the liquid level of the raw material melt inside the raw material supply mechanism.
It has a sagging diameter measuring unit equipped with a television camera 2 using the above, and a control unit based on the hanging diameter measuring unit. The control unit controls the molten raw material and the raw material melt melted from the tip of the silicon polycrystalline rod 301 as a raw material rod. The sagging diameter is measured by observing the vicinity of the interface with the liquid surface, and the feeding speed of the heater 13 and the silicon polycrystalline rod is controlled according to this size. It should be noted that the single crystal growth portion and the like are simply described.
【0019】図2はこの測定原理を示す説明図、図3は
多結晶シリコン棒の先端部を示す拡大図であり、原料融
液部200すなわちるつぼ内のシリコン融液液面への液
滴1の周囲に輝度が高いことを利用し、周囲径を光セン
サによって測定するもので、液滴1の部分にピークが形
成されている。図2(b) は液滴が大きいとき、図2(c)
は液滴が小さいとき、図2(d) は液滴がないときの出力
を示す。FIG. 2 is an explanatory view showing the principle of this measurement, and FIG. 3 is an enlarged view showing the tip of the polycrystalline silicon rod. Droplets 1 on the surface of the raw material melt portion 200, that is, the silicon melt liquid in the crucible. The peripheral diameter is measured by an optical sensor by utilizing the high brightness in the surroundings, and a peak is formed in the portion of the droplet 1. Fig. 2 (b) shows that when the droplet is large, Fig. 2 (c)
2D shows the output when the droplet is small, and FIG. 2D shows the output when there is no droplet.
【0020】また、垂れ下がり径測定部は、単位画素毎
の受光光量を光電変換するテレビカメラ2と、この出力
を増幅する増幅器3と、この出力があらかじめ設定され
た閾値(以下閾値)以上であるか否かを比較し閾値以
上、もしくは以下で0または1の2値化を行う比較回路
4と、この2値化された出力波形を整える波形整形回路
5と、シフトレジスタ6とを具備し、この出力を入出力
ポート7を介して第1のCPU8に出力するようになっ
ている。Further, the sagging diameter measuring section has a television camera 2 for photoelectrically converting the amount of received light for each unit pixel, an amplifier 3 for amplifying the output, and the output being equal to or more than a preset threshold value (hereinafter referred to as a threshold value). A comparison circuit 4 for performing a binary conversion of 0 or 1 above or below a threshold value and comparing it with a threshold value, a waveform shaping circuit 5 for adjusting the binarized output waveform, and a shift register 6, This output is output to the first CPU 8 via the input / output port 7.
【0021】さらに原料供給機構近傍には、感温素子9
が配設されヒータの温度検出を行うようになっており、
さらにこの出力を増幅する増幅器10と、出力をホール
ドするサンプルホールド回路11と、A/Dコンバータ
12とが配設され、A/Dコンバータ12の出力はさら
に入出力ポート7を介して第1のCPU8に出力するよ
うになっている。Further, in the vicinity of the raw material supply mechanism, the temperature sensitive element 9
Is arranged to detect the temperature of the heater,
Further, an amplifier 10 for amplifying this output, a sample hold circuit 11 for holding the output, and an A / D converter 12 are provided, and the output of the A / D converter 12 is further passed through the input / output port 7 to the first output. The data is output to the CPU 8.
【0022】そして第1のCPU8では出力波形のピー
ク間距離を測定し垂れ下がり径を算出し、この大きさに
応じてさらに加熱すべきか、シリコン多結晶棒の供給速
度を調整すべきかを判定し信号を出力するように構成さ
れている。Then, the first CPU 8 measures the peak-to-peak distance of the output waveform, calculates the sagging diameter, and determines whether to further heat or to adjust the supply rate of the silicon polycrystalline rod according to this size, and then the signal Is configured to output.
【0023】また、前記テレビカメラの出力による垂れ
下がり径および感温素子9によるヒータ温度に基づき第
1のCPU8から入出力ポート7を介して出力される信
号は、入出力ポート15を介して第2のCPU16によ
って処理され、さらに入出力ポート15を介してヒータ
回路14に出力され、多結晶シリコン棒融解用のヒータ
13を駆動するようになっている。A signal output from the first CPU 8 via the input / output port 7 based on the sagging diameter of the output of the television camera and the heater temperature of the temperature sensitive element 9 is output via the input / output port 15 to the second input / output port 15. Is processed by the CPU 16 and further output to the heater circuit 14 through the input / output port 15 to drive the heater 13 for melting the polycrystalline silicon rod.
【0024】また原料供給機構のシリコン多結晶棒は、
引上げ装置21によって所定の速度で引上げを行うよう
になっているが、この引上げ装置21は引上げ速度を検
出するタコメータ25と、増幅器24と、波形整形回路
23と、シフトレジスタ22と、入出力ポート18と、
第3のCPU17とを具備し、この引上げ速度と前記テ
レビカメラの出力による垂れ下がり径および感温素子9
によるヒータ温度に基づいて第1のCPU8から入出力
ポート7を介して出力される信号を入出力ポート18を
介して第3のCPU17によって処理しさらに入出力ポ
ート18を介して制御されるスィッチ素子19によって
モータ20をオンオフするようになっている。The silicon polycrystalline rod of the raw material supply mechanism is
The pulling device 21 pulls at a predetermined speed. The pulling device 21 detects the pulling speed, a tachometer 25, an amplifier 24, a waveform shaping circuit 23, a shift register 22, and an input / output port. 18,
The third CPU 17 is provided, and the pulling speed, the diameter of the sag by the output of the television camera, and the temperature sensitive element 9
A switch element in which a signal output from the first CPU 8 via the input / output port 7 is processed by the third CPU 17 via the input / output port 18, and further controlled via the input / output port 18 based on the heater temperature by The motor 20 is turned on and off by 19.
【0025】さらに原料供給機構のシリコン多結晶棒を
加熱融解せしめるヒータ回路14は図4に示すように、
3相,200V,50ヘルツの電源26と、ブレーカ2
7と、サイリスタ28と、サイリスタ28を制御するサ
イリスタコントロールユニット29と、所望の電圧に変
換する変圧器30と、直流に変換するダイオードスタッ
ク31とから構成されており、シリコン多結晶棒301
を融解せしめるようになっている。302は保護筒であ
る。Further, as shown in FIG. 4, the heater circuit 14 for heating and melting the polycrystalline silicon rod of the raw material supply mechanism is as shown in FIG.
3-phase, 200 V, 50 Hz power supply 26 and breaker 2
7, a thyristor 28, a thyristor control unit 29 for controlling the thyristor 28, a transformer 30 for converting to a desired voltage, and a diode stack 31 for converting to a direct current.
Is designed to melt. 302 is a protective tube.
【0026】次にこの装置を用いた単結晶引上げ方法に
ついて説明する。Next, a method of pulling a single crystal using this apparatus will be described.
【0027】ここでは、原料融液部に引上げ棒の先端に
取り付けた種結晶を浸漬し、所定の速度で引上げ棒を引
き上げつつ、制御部で原料供給機構を制御しながら、種
結晶表面に単結晶を成長させていくようにする。Here, the seed crystal attached to the tip of the pulling rod is immersed in the raw material melt portion, and the pulling rod is pulled up at a predetermined speed, while controlling the raw material supply mechanism by the control unit, and the seed crystal surface is single-crystallized. Let the crystals grow.
【0028】まず、石英るつぼ内を加熱するためのヒー
タをオンし、るつぼ内の多結晶シリコンを溶解したの
ち、このヒータに電力13KWを投入して融液および炉
内全体の温度環境を安定化させる。このようにして原料
融液を得、この原料融液内に種結晶を浸漬し、引上げ部
300によって所定の速度で引き上げることにより単結
晶を育成すると共に、抵抗加熱ヒ―タ13をオンし所定
の温度プロファイルをもつようにし、原料棒として4イ
ンチの棒状多結晶シリコン(引上げ単結晶と同一の不純
物濃度を有するもの)13を原料棒送りによって所定の
速度で抵抗加熱ヒ―タ13内の空間に送る。そして所定
の時間が経過すると多結晶シリコン棒の先端部がつらら
状となり、融液表面に到達した。その後融解したシリコ
ンはこのつららを伝わって原料融液部にながれこんでい
くのが確認され定常状態となる。この定常状態を維持す
るように制御部でコントロールする。First, a heater for heating the inside of the quartz crucible is turned on to melt the polycrystalline silicon in the crucible, and then 13 KW of electric power is supplied to this heater to stabilize the temperature environment of the melt and the entire furnace. Let Thus, a raw material melt is obtained, a seed crystal is immersed in this raw material melt, and a single crystal is grown by pulling at a predetermined speed by the pulling unit 300, and at the same time, the resistance heating heater 13 is turned on. 4 inch rod-shaped polycrystalline silicon (having the same impurity concentration as that of the pulled single crystal) 13 as a raw material rod with a temperature profile of Send to. Then, after a lapse of a predetermined time, the tip of the polycrystalline silicon rod became icicle-shaped and reached the surface of the melt. After that, it is confirmed that the melted silicon propagates through these icicles and spills into the raw material melt portion, and becomes a steady state. The control unit controls so as to maintain this steady state.
【0029】まず、テレビカメラ2の単位画素毎の受光
光量を光電変換後、増幅器3で増幅し、比較回路4でこ
の出力が閾値以上であるか否かを比較し、閾値以上、も
しくは以下で0または1の2値化を行い、この2値化さ
れた出力波形を波形整形回路5で整え、シフトレジスタ
6に入力する。そしてさらに同様にして次の列にある単
位画素の出力をシリアルにシフトレジスタ6に入力する
動作を順次繰り返す。First, the received light amount for each unit pixel of the television camera 2 is photoelectrically converted, amplified by an amplifier 3, and compared by a comparison circuit 4 to determine whether or not this output is above a threshold value. Binarization of 0 or 1 is performed, and the binarized output waveform is adjusted by the waveform shaping circuit 5 and input to the shift register 6. Then, similarly, the operation of serially inputting the output of the unit pixel in the next column to the shift register 6 is sequentially repeated.
【0030】シフトレジスタ6に必要な信号数が入力さ
れると、パラレル信号として入出力ポート7を介して第
1のCPU8に入力される。When the required number of signals is input to the shift register 6, the parallel signals are input to the first CPU 8 via the input / output port 7.
【0031】ここで、第1のCPU8は直ちに径を演算
し、規格内にあるか否かを判断し、規格内にあれば、ヒ
ータ温度およびシリコン棒の下降速度はそのままの状態
を保つ。Here, the first CPU 8 immediately calculates the diameter to determine whether it is within the standard, and if it is within the standard, the heater temperature and the descending speed of the silicon rod are maintained as they are.
【0032】一方規格外である場合、輝度ピークから判
定される径が大きすぎるとき、もしくは小さすぎると
き、規格値を下げ、もしくは入出力ポート7を介して加
熱ヒータ用の第2のCPU16に加熱温度の上昇若しく
は下降の命令を下す。第2のCPU16は命令を受けヒ
ータ回路中に存在するサイリスタ28のゲート回路をコ
ントロールすることにより、多結晶シリコン棒融解用ヒ
ータ13の温度を制御する。On the other hand, when the diameter is judged to be outside the standard, if the diameter judged from the brightness peak is too large or too small, the standard value is lowered or the second CPU 16 for the heater is heated via the input / output port 7. Give an instruction to raise or lower the temperature. The second CPU 16 receives a command and controls the gate circuit of the thyristor 28 existing in the heater circuit to control the temperature of the polycrystalline silicon rod melting heater 13.
【0033】さらに感温素子9からの出力電圧を増幅器
10で増幅しサンプルアンドホールド回路11で所定時
間保持し、そのアナログ値をADコンバータ12でデジ
タル信号に変え、その値を入出力ポート7を介して第1
のCPU8に入力し設定温度とのずれが許容範囲内であ
るか否かを確認する。Further, the output voltage from the temperature sensitive element 9 is amplified by the amplifier 10, held by the sample-and-hold circuit 11 for a predetermined time, the analog value thereof is converted into a digital signal by the AD converter 12, and the value is input to the input / output port 7. Through the first
It is input to the CPU 8 to check whether the deviation from the set temperature is within the allowable range.
【0034】そして図3に示すように、原料供給機構3
00は、抵抗加熱ヒ―タ13とこの周りを覆う保温筒
と、さらにこの保温筒の、周りを覆う保護筒302と、
この保護筒を支持する保持管(図示せず)と、原料棒と
しての棒状多結晶を抵抗加熱ヒ―タ13内の空間に送る
原料棒送り(図示せず)とより構成されている。ここ
で、抵抗加熱ヒ―タ13は、育成単結晶への熱的影響を
できるだけ抑えるため上方では絶縁管(図示せず)を介
して保温筒に保持され、さらにこの保温筒は、保護筒内
に納められている。このように、抵抗加熱ヒ―タ13、
絶縁管及び保温筒は、保護筒内に保持されている。さら
に保護筒の先端部は円筒状供給部としてるつぼの原料融
液充填域内に位置しており、原料棒の溶融により液滴が
落下しても、るつぼ融液中に生ずる温度の不均一や、液
面振動を抑え、またこの液面振動、さらには落下異物が
育成単結晶に達することをも防止している。Then, as shown in FIG.
00 is a resistance heating heater 13 and a heat insulating cylinder that covers the resistance heating heater 13, and a protective cylinder 302 that surrounds the heat insulating cylinder.
It is composed of a holding tube (not shown) that supports this protective cylinder, and a material rod feed (not shown) that feeds a rod-shaped polycrystal as a material rod into the space inside the resistance heating heater 13. Here, the resistance heating heater 13 is held by a heat insulating cylinder through an insulating tube (not shown) above in order to suppress thermal influence on the grown single crystal as much as possible. Is stored in. In this way, the resistance heating heater 13,
The insulating tube and the heat insulation cylinder are held in the protection cylinder. Furthermore, the tip of the protective cylinder is located in the raw material melt filling region of the crucible as a cylindrical supply unit, and even if the liquid drops fall due to melting of the raw material rod, uneven temperature generated in the crucible melt, The liquid level vibration is suppressed, and the liquid level vibration and the falling foreign matter are prevented from reaching the grown single crystal.
【0035】さらに、抵抗加熱ヒ―タ13は、左右1つ
づつ分離して形成され、下方に向かって縮径するととも
に内方に偏心させた筒状を呈した、二重らせん構造を形
成しており、上端がそれぞれの電極になっている。原料
棒は、原料融液200の量を一定に保つよう育成単結晶
の重量を重量センサ(図示せず)で検出し、この検出値
の変化および前記垂れ下がり径に応じて原料棒送りの送
り量が調整されて、前記垂れ下がり径が所望の値となる
ように温度制御された抵抗加熱ヒ―タ中に送り込まれ、
加熱部の下部で溶融状態になり、原料融液部200中に
供給される。Further, the resistance heating heater 13 is formed by separating the left and right ones one by one, forming a double spiral structure having a cylindrical shape which is reduced in diameter downward and is eccentric inward. And the upper end is each electrode. The raw material rod detects the weight of the grown single crystal with a weight sensor (not shown) so as to keep the amount of the raw material melt 200 constant, and the feed amount of the raw material rod feed according to the change in the detected value and the sagging diameter. Is adjusted and fed into a resistance heating heater whose temperature is controlled so that the sagging diameter has a desired value,
The material is melted in the lower part of the heating part and supplied into the raw material melt part 200.
【0036】さらに、原料融液部200は、ヒータ(図
示せず)内に、ペディスタル(るつぼ支持台)(図示せ
ず)に支持された黒鉛るつぼ(図示せず)内にさらに石
英るつぼ(図示せず)を装着し、この石英るつぼ(図示
せず)内部で原料を溶融せしめ原料融液として保持する
ようになっている。Further, the raw material melt portion 200 further includes a quartz crucible (not shown) in a heater (not shown) and a graphite crucible (not shown) supported by a pedestal (crucible support base) (not shown). (Not shown) is attached, and the raw material is melted and held as a raw material melt inside the quartz crucible (not shown).
【0037】さらに、引上げ部400はこの原料融液内
に種結晶を浸漬し所定の速度で引き上げることにより単
結晶を育成するようになっている。Further, the pulling section 400 is adapted to grow a single crystal by immersing a seed crystal in the raw material melt and pulling it at a predetermined speed.
【0038】このようにして育成した単結晶は極めて高
純度で品質の良好なものとなっている。通常のCZ法で
は、成長とともに抵抗率が大きく変化するのに対して、
本発明を用いて育成した単結晶ではほぼ一定である。The single crystal thus grown has a very high purity and a good quality. In the normal CZ method, the resistivity changes significantly with growth, whereas
It is almost constant for single crystals grown using the present invention.
【0039】さらに、この抵抗加熱ヒ―タは二重らせん
構造を採用しているため、形状をコンパクトにできる
上、ヒ―タ最先端の温度を最高温度に設定でき、それに
より原料の溶融部を融液面に近づけることができ、原料
融液直上での溶解が可能となり、液はねや液面振動の発
生を低減することができる。Furthermore, since this resistance heating heater has a double helix structure, the shape can be made compact, and the temperature at the tip of the heater can be set to the maximum temperature. Can be brought close to the surface of the melt, and it is possible to dissolve the raw material directly above the melt, and it is possible to reduce the occurrence of liquid splash and liquid surface vibration.
【0040】また、保護筒及び抵抗加熱ヒ―タを下に向
かって縮径させているため、原料供給量の制御が容易に
なる。Further, since the diameter of the protective cylinder and the resistance heating heater are reduced downward, the control of the raw material supply amount becomes easy.
【0041】しかも二重るつぼによるものに較べ、るつ
ぼ材からの不純物混入量の低減、高速成長が可能とな
る。Moreover, as compared with the double crucible, it is possible to reduce the amount of impurities mixed from the crucible material and to grow at a high speed.
【0042】以上のような効果により、本発明では、連
続チャ―ジ式半導体単結晶製造装置において最大の問題
である原料供給が、小型のるつぼを用いても、育成中の
単結晶に悪影響を与えることなく可能となる。その結
果、るつぼ内の原料融液中のド―パント濃度が制御で
き、単結晶の軸方向の抵抗率は一定となる。Due to the above-mentioned effects, in the present invention, the supply of raw materials, which is the biggest problem in the continuous charge type semiconductor single crystal manufacturing apparatus, adversely affects the single crystal during growth even if a small crucible is used. It is possible without giving. As a result, the dopant concentration in the raw material melt in the crucible can be controlled, and the resistivity of the single crystal in the axial direction becomes constant.
【0043】なお、本発明の装置において、保護筒の材
質としては石英、カ―ボンが望ましいが、特にその先端
部の融液に触れる部分については高純度の石英にすると
良い。また抵抗加熱ヒ―タは、通常のカ―ボンヒ―タに
用いられている材質のもので良い。そしてまた保温筒に
ついては、カ―ボン、炭化シリコン等を使用することが
できる。In the apparatus of the present invention, quartz and carbon are preferable as the material of the protective cylinder, and particularly, the high-purity quartz is preferably used for the portion of the tip portion that comes into contact with the melt. Further, the resistance heating heater may be made of the material used for a normal carbon heater. Further, carbon, silicon carbide or the like can be used for the heat insulating cylinder.
【0044】なお、前記実施例では原料棒の送り速度
を、センサ出力と、引上げ単結晶の重量変化との測定結
果に応じて、加熱温度とともに制御し、垂れ下がり径が
所望の値となるように調整したが、送り速度は一定にし
て加熱温度のみを調整してもよい。In the above embodiment, the feed rate of the raw material rod is controlled together with the heating temperature according to the measurement results of the sensor output and the weight change of the pulled single crystal so that the sagging diameter becomes a desired value. Although it is adjusted, the feeding speed may be kept constant and only the heating temperature may be adjusted.
【0045】また前記実施例では原料供給機構に円錐型
ヒータを用いるようにしたが、図5(a) および(b) に変
形例を示すように、円筒型ヒータを用いるようにしても
よい。 さらに、本発明は前記実施例に限定されること
なく、種々の応用例、例えば、シリコン以外の単結晶の
育成、磁場の印加等においても適用可能である。Although the conical heater is used for the raw material supply mechanism in the above embodiment, a cylindrical heater may be used as shown in a modified example in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but can be applied to various application examples, for example, growth of a single crystal other than silicon, application of a magnetic field, and the like.
【図1】本発明の実施例の単結晶育成装置のシステムブ
ロック図。FIG. 1 is a system block diagram of a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】同装置の原理説明図。FIG. 2 is an explanatory view of the principle of the device.
【図3】同装置の抵抗加熱ヒータ部の拡大説明図。FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a resistance heater part of the apparatus.
【図4】同装置のヒータ回路のブロック説明図。FIG. 4 is a block diagram of a heater circuit of the device.
【図5】抵抗加熱ヒータ部の変形例を示す図。FIG. 5 is a view showing a modified example of a resistance heater part.
100 単結晶製造装置本体 200 原料融液部 300 原料供給機構 301 原料多結晶シリコン棒 302 保護筒 400 引上げ部 1 液滴 2 テレビカメラ 3 増幅器 4 比較器 5 波形整形回路 6 シフトレジスタ 7 入出力ポート 8 第1のCPU 9 感温素子 10 増幅器 11 サンプルアンドホールド回路 12 A/Dコンバータ 13 多結晶シリコン融解ヒータ 14 ヒータ回路 15 入出力ポート 16 第2のCPU 17 第3のCPU 18 入出力ポート 19 スィッチ素子 20 モータ 21 引上げ装置 22 シフトレジスタ 23 波形整形回路 24 増幅器 25 タコメータ 100 Main body of single crystal manufacturing apparatus 200 Raw material melt section 300 Raw material supply mechanism 301 Raw material polycrystalline silicon rod 302 Protective cylinder 400 Pulling section 1 Droplet 2 Television camera 3 Amplifier 4 Comparator 5 Waveform shaping circuit 6 Shift register 7 Input / output port 8 1st CPU 9 Temperature-sensitive element 10 Amplifier 11 Sample and hold circuit 12 A / D converter 13 Polycrystalline silicon melting heater 14 Heater circuit 15 Input / output port 16 Second CPU 17 Third CPU 18 Input / output port 19 Switch element 20 motor 21 pulling device 22 shift register 23 waveform shaping circuit 24 amplifier 25 tachometer
Claims (1)
原料融液を形成する第1の加熱ヒ―タと、 前記るつぼ内の原料融液に種結晶を浸漬して単結晶を引
上げる引上機構と、 前記るつぼの周縁部の上方に設置された原料結晶棒と、
この周りに装着され原料結晶棒を溶解して溶融原料を前
記るつぼに補給する第2のヒータとからなる原料補給部
とを具備した単結晶製造装置において、 前記原料融液の液面までの前記溶融原料の垂れ下がり状
態を光学的に検出する検出手段と、 前記検出手段の出力に応じて前記第2のヒータの駆動ま
たは前記原料結晶棒の送り速度を制御する制御手段とを
具備したことを特徴とする単結晶製造装置。1. A crucible filled with a raw material melt, a first heating heater which is arranged around the crucible and melts the raw material in the crucible to form a raw material melt, and the raw material in the crucible. A pulling mechanism for pulling a single crystal by immersing a seed crystal in a melt, and a raw material crystal rod installed above the peripheral portion of the crucible,
In a single crystal manufacturing apparatus equipped with a raw material replenishing section which is mounted around this and which melts a raw material crystal rod and replenishes the crucible with a molten raw material, It is provided with a detection means for optically detecting the hanging state of the molten raw material, and a control means for controlling the driving of the second heater or the feed speed of the raw material crystal rod according to the output of the detection means. And a single crystal manufacturing device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14173692A JP2821962B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Single crystal manufacturing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14173692A JP2821962B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Single crystal manufacturing equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05330976A true JPH05330976A (en) | 1993-12-14 |
JP2821962B2 JP2821962B2 (en) | 1998-11-05 |
Family
ID=15299016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14173692A Expired - Lifetime JP2821962B2 (en) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | Single crystal manufacturing equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2821962B2 (en) |
-
1992
- 1992-06-02 JP JP14173692A patent/JP2821962B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2821962B2 (en) | 1998-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190136407A1 (en) | Single crystal ingots with reduced dislocation defects and methods for producing such ingots | |
US5714004A (en) | Process for producing polycrystalline semiconductors | |
EP0712945B1 (en) | Method and apparatus for recharging of silicon granules in Czochralski single crystal growing | |
JP2001342095A (en) | Monocrystal pulling device | |
JP2821962B2 (en) | Single crystal manufacturing equipment | |
JPH04154687A (en) | Apparatus for producing semiconductor single crystal | |
JPH0524969A (en) | Crystal growing device | |
JP2606046B2 (en) | Control method of single crystal oxygen concentration during single crystal pulling | |
JPH089169Y2 (en) | Single crystal manufacturing equipment | |
JPH05139879A (en) | Unit and method for growing single crystal | |
JP2000211994A (en) | Melting of polycrystalline silicon before silicon single crystal growth and apparatus for growing silicon single crystal | |
JPH0665640B2 (en) | Semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JP2004203634A (en) | Method of producing semiconductor single crystal | |
JP2747626B2 (en) | Single crystal manufacturing equipment | |
JPH11255577A (en) | Apparatus for pulling silicon single crystal and pulling up thereof | |
JP2024018607A (en) | silicon single crystal | |
JPH05221781A (en) | Device for pulling up single crystal | |
JP2000072587A (en) | Device for pulling single silicon crystal and pulling of the crystal | |
JPH05124890A (en) | Semiconductor single crystal growing device | |
JPH0524972A (en) | Method for growing crystal | |
JPH08259371A (en) | Method for growing single crystal excellent in sr uniformization | |
JPH04154688A (en) | Apparatus for producing semiconductor single crystal |