JPH06293589A - 単結晶育成装置 - Google Patents
単結晶育成装置Info
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- JPH06293589A JPH06293589A JP7940893A JP7940893A JPH06293589A JP H06293589 A JPH06293589 A JP H06293589A JP 7940893 A JP7940893 A JP 7940893A JP 7940893 A JP7940893 A JP 7940893A JP H06293589 A JPH06293589 A JP H06293589A
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】チョクラルスキー法を用いた単結晶育成装置に
おいて、単結晶の引上げ速度の高速化を可能とする育成
装置を提供する。 【構成】ルツボ１を加熱するヒータ３の周囲の従来のヒ
ータスリーブの位置に、ヒータ３の高さ方向の温度勾配
を均一化する高反射率・低熱伝導率のセラミックスから
なる熱反射板（断熱材）１１を設けた。このために、ヒ
ータ３の高さ方向の等温度部領域をヒータ長さの６０％
程度（従来は２６％）にまで拡大することができ、結晶
成長速度の高速化が可能となった。なお、２はサセプ
タ、６はトップリング、８は炉壁、１２は結晶を示す。
おいて、単結晶の引上げ速度の高速化を可能とする育成
装置を提供する。 【構成】ルツボ１を加熱するヒータ３の周囲の従来のヒ
ータスリーブの位置に、ヒータ３の高さ方向の温度勾配
を均一化する高反射率・低熱伝導率のセラミックスから
なる熱反射板（断熱材）１１を設けた。このために、ヒ
ータ３の高さ方向の等温度部領域をヒータ長さの６０％
程度（従来は２６％）にまで拡大することができ、結晶
成長速度の高速化が可能となった。なお、２はサセプ
タ、６はトップリング、８は炉壁、１２は結晶を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チョクラルスキー法を
適用した単結晶育成装置に関し、さらに詳しくは、単結
晶の成長速度を高速化する単結晶育成装置に関するもの
である。
適用した単結晶育成装置に関し、さらに詳しくは、単結
晶の成長速度を高速化する単結晶育成装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般的なチョクラルスキー法による単結
晶育成装置は、ルツボ内に収容した原料をヒータによっ
て加熱溶融し、その融液に浸した種結晶を回転させなが
ら上昇させ、種結晶下端に単結晶を成長させるものであ
る。一般に育成装置内は、図６に示すように、原料融液
１３を収容したルツボ１、このルツボ１を支持するサセ
プタ２、ルツボ１を同軸に囲繞するヒータ３が設けら
れ、また、熱損失を抑えるためにヒータ３の回りにヒー
タスリーブ（熱遮蔽板）４、ヒートパック（断熱材）
５、およびヒータ３の上にトップリング（熱遮蔽板また
は断熱材）６、ヒータの下にヒートインシュレータ（熱
遮蔽板または断熱材）７が配置されている。これら、ヒ
ータ３、ヒータスリーブ４、ヒートパック５、トップリ
ング６、ヒートインシュレータ７は、通常炭素製品であ
る。特に、ヒータスリーブ４はグラファイト製であり、
輻射熱の反射率が低くて熱伝導率が高いので断熱材とし
ては適していない。従って、加熱効率が悪く、炉内部品
の消耗は早まりコストが掛かるばかりでなく、結晶育成
が不安定になり易いという欠点があった。
晶育成装置は、ルツボ内に収容した原料をヒータによっ
て加熱溶融し、その融液に浸した種結晶を回転させなが
ら上昇させ、種結晶下端に単結晶を成長させるものであ
る。一般に育成装置内は、図６に示すように、原料融液
１３を収容したルツボ１、このルツボ１を支持するサセ
プタ２、ルツボ１を同軸に囲繞するヒータ３が設けら
れ、また、熱損失を抑えるためにヒータ３の回りにヒー
タスリーブ（熱遮蔽板）４、ヒートパック（断熱材）
５、およびヒータ３の上にトップリング（熱遮蔽板また
は断熱材）６、ヒータの下にヒートインシュレータ（熱
遮蔽板または断熱材）７が配置されている。これら、ヒ
ータ３、ヒータスリーブ４、ヒートパック５、トップリ
ング６、ヒートインシュレータ７は、通常炭素製品であ
る。特に、ヒータスリーブ４はグラファイト製であり、
輻射熱の反射率が低くて熱伝導率が高いので断熱材とし
ては適していない。従って、加熱効率が悪く、炉内部品
の消耗は早まりコストが掛かるばかりでなく、結晶育成
が不安定になり易いという欠点があった。
【０００３】さらに、ヒータスリーブ４がグラファイト
製であるために、ヒータ３の高さ方向の温度均一性も悪
いという問題があった。一般に、結晶育成時の引上げ速
度は、引上げ方向の結晶の温度勾配をきつくし、融解高
さ方向温度勾配を緩くすると、高速化できることが知ら
れている。しかし上述の装置では、ヒータ３の高さ方向
の温度均一性が悪いため、ルツボ１を介した融液の温度
勾配が大きくなり、結晶の引上げ速度の高速化が困難で
あった。
製であるために、ヒータ３の高さ方向の温度均一性も悪
いという問題があった。一般に、結晶育成時の引上げ速
度は、引上げ方向の結晶の温度勾配をきつくし、融解高
さ方向温度勾配を緩くすると、高速化できることが知ら
れている。しかし上述の装置では、ヒータ３の高さ方向
の温度均一性が悪いため、ルツボ１を介した融液の温度
勾配が大きくなり、結晶の引上げ速度の高速化が困難で
あった。
【０００４】また、融液温度を下げて引上げ速度を高速
化するために、ヒータ３の温度を全体的に下げると、上
述の装置では、ヒータ３の高さ方向の温度均一性が悪
く、特にヒータ３上部での温度低下が急勾配であるた
め、ルツボ上部が冷えており、融液表面のルツボ１壁近
傍から融液が凝固し易く、結晶育成が困難であった。以
上のように、従来技術ではヒータ高さ方向の温度均一性
が悪かったため、結晶成長速度の高速化が困難で、引上
げ効率が悪いという欠点があった。
化するために、ヒータ３の温度を全体的に下げると、上
述の装置では、ヒータ３の高さ方向の温度均一性が悪
く、特にヒータ３上部での温度低下が急勾配であるた
め、ルツボ上部が冷えており、融液表面のルツボ１壁近
傍から融液が凝固し易く、結晶育成が困難であった。以
上のように、従来技術ではヒータ高さ方向の温度均一性
が悪かったため、結晶成長速度の高速化が困難で、引上
げ効率が悪いという欠点があった。
【０００５】この対策として従来にあっては、加熱ヒー
タの厚みにテーパを付けヒータ上端を薄くすることで、
ヒータ上部の発熱量を増加し、ヒータ高さ方向の温度勾
配を均一にし、引上げ速度を高速化する装置（特開昭６
１−５３１８７号公報）が提案されている。
タの厚みにテーパを付けヒータ上端を薄くすることで、
ヒータ上部の発熱量を増加し、ヒータ高さ方向の温度勾
配を均一にし、引上げ速度を高速化する装置（特開昭６
１−５３１８７号公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】加熱ヒータの厚みにテ
ーパを付ける手段では、メンテナンス時に破損し易く耐
久性に劣るという問題点や、加熱ヒータの温度均一性は
改善されても加熱効率は全く改善されないという問題点
があった。本発明は、前記の問題点を解決し、高さ方向
のヒータ温度勾配を小さくして融液温度勾配を小さくす
ることにより結晶引上げ速度が高速化され、加熱効率を
高めることにより安定した結晶の育成を可能とし、か
つ、コストを低減できる結晶育成装置を提供することを
課題とするものである。
ーパを付ける手段では、メンテナンス時に破損し易く耐
久性に劣るという問題点や、加熱ヒータの温度均一性は
改善されても加熱効率は全く改善されないという問題点
があった。本発明は、前記の問題点を解決し、高さ方向
のヒータ温度勾配を小さくして融液温度勾配を小さくす
ることにより結晶引上げ速度が高速化され、加熱効率を
高めることにより安定した結晶の育成を可能とし、か
つ、コストを低減できる結晶育成装置を提供することを
課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
を解決するもので、結晶原料融液を収容するルツボと、
該ルツボを囲繞して配設された該ルツボの加熱手段と、
該加熱手段を囲繞して配設され該加熱手段の放熱を防止
する保温手段と、該融液から単結晶を引上げる引上げ手
段を備えた単結晶育成装置に適用され、次の技術手段を
採った。すなわち、該保温手段は、該加熱手段の高さ方
向温度勾配を均一化する高反射率、低熱伝導率のセラミ
ックスからなる熱遮蔽板で形成したことを特徴とする単
結晶育成装置である。
を解決するもので、結晶原料融液を収容するルツボと、
該ルツボを囲繞して配設された該ルツボの加熱手段と、
該加熱手段を囲繞して配設され該加熱手段の放熱を防止
する保温手段と、該融液から単結晶を引上げる引上げ手
段を備えた単結晶育成装置に適用され、次の技術手段を
採った。すなわち、該保温手段は、該加熱手段の高さ方
向温度勾配を均一化する高反射率、低熱伝導率のセラミ
ックスからなる熱遮蔽板で形成したことを特徴とする単
結晶育成装置である。
【０００８】熱遮蔽板はセラミックスと炭素材とを組合
せて構成してもよい。
せて構成してもよい。
【０００９】
【作用】図３に示すヒータの高さ方向温度分布実測結果
のように、従来例では、ヒータ３の高さ方向の等温部領
域１０の高さが、ヒータ全体の長さの３０％弱であった
が、図１に示すように、本発明によれば、ヒータ３を囲
繞して設けた熱遮蔽板１１を高反射率・低熱伝導率のセ
ラミックスで構成したので、ヒータ３の高さ方向の等温
部領域１０がヒータ全体の長さの６０％程度まで広が
り、融液高さ方向の温度勾配が緩和できる。しかも、ヒ
ータ３上部における温度低下を緩和できたことによっ
て、融液表面でのルツボ壁近傍からの凝固を抑制でき、
ヒータ温度を従来より低下させることが可能となったた
め、結晶引上げ速度を高速化することができる。
のように、従来例では、ヒータ３の高さ方向の等温部領
域１０の高さが、ヒータ全体の長さの３０％弱であった
が、図１に示すように、本発明によれば、ヒータ３を囲
繞して設けた熱遮蔽板１１を高反射率・低熱伝導率のセ
ラミックスで構成したので、ヒータ３の高さ方向の等温
部領域１０がヒータ全体の長さの６０％程度まで広が
り、融液高さ方向の温度勾配が緩和できる。しかも、ヒ
ータ３上部における温度低下を緩和できたことによっ
て、融液表面でのルツボ壁近傍からの凝固を抑制でき、
ヒータ温度を従来より低下させることが可能となったた
め、結晶引上げ速度を高速化することができる。
【００１０】さらに、ヒータに面する熱遮蔽板１１を高
反射率・低熱伝導率としたので、この熱遮蔽板１１を通
って外側の炉壁へ逃げる熱量が減少するので融液の加熱
効率が向上し、少ないヒータ用電力で結晶が経済的に育
成できる。また、構造が単純なために、応力が特定の箇
所に集中して掛かることがなく破損しにくい炉内構造物
が得られる。
反射率・低熱伝導率としたので、この熱遮蔽板１１を通
って外側の炉壁へ逃げる熱量が減少するので融液の加熱
効率が向上し、少ないヒータ用電力で結晶が経済的に育
成できる。また、構造が単純なために、応力が特定の箇
所に集中して掛かることがなく破損しにくい炉内構造物
が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図面に基づき具体的に説明す
る。図１に示すように、本結晶育成装置の主要な部分
は、本発明の特徴である熱遮蔽板１１と、ヒートパック
５、ヒータ３、トップリング６、ヒートインシュレータ
７、サセプタ２、及びルツボ１よりなる。
る。図１に示すように、本結晶育成装置の主要な部分
は、本発明の特徴である熱遮蔽板１１と、ヒートパック
５、ヒータ３、トップリング６、ヒートインシュレータ
７、サセプタ２、及びルツボ１よりなる。
【００１２】熱遮蔽板１１は、高純度アルミナ製とした
が、ジルコニアやボロンナイトライドといった高温に耐
えられ、反射率が高く、熱伝導率の低い材質であればよ
い。なお、セラミックスの表面をＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等
で被覆しても、ヒータ高さ方向の温度均一化には同等の
効果が得られるが、この場合加熱効率の向上には余り効
果が得られなかった。
が、ジルコニアやボロンナイトライドといった高温に耐
えられ、反射率が高く、熱伝導率の低い材質であればよ
い。なお、セラミックスの表面をＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等
で被覆しても、ヒータ高さ方向の温度均一化には同等の
効果が得られるが、この場合加熱効率の向上には余り効
果が得られなかった。
【００１３】本実施例では、熱遮蔽板１１の形状を、高
さ：５３０ｍｍ、厚さ：１３ｍｍの円筒とし、ヒータ３
との間隔：３８ｍｍとして配置したが、ヒータ３の発熱
部を充分覆う形状・配置であればよい。直径１６インチ
のルツボに、原料としてＳｉ多結晶を４５ｋｇチャージ
し、６インチの結晶を育成する際、本発明と従来例によ
り実施した結果を比較して説明する。
さ：５３０ｍｍ、厚さ：１３ｍｍの円筒とし、ヒータ３
との間隔：３８ｍｍとして配置したが、ヒータ３の発熱
部を充分覆う形状・配置であればよい。直径１６インチ
のルツボに、原料としてＳｉ多結晶を４５ｋｇチャージ
し、６インチの結晶を育成する際、本発明と従来例によ
り実施した結果を比較して説明する。
【００１４】図４は、引上げ速度の比較を示す。本発明
の引上げ速度は、従来例の約１．５倍に高速化できた。
図５は、ヒータパワーの比較を示したものである。本発
明ではヒータパワーを従来例の８０％に削減することが
できた。本発明の応用例として、ヒータスリーブ４だけ
でなく、トップリング６とヒートインシュレータ７のヒ
ータ側にも高反射率・低熱伝導率のセラミックスを用い
ることで、さらなる加熱効率の向上が望まれる。また、
図２に示すように、ヒータ３の特定の領域の温度を高め
るために、従来のカーボン製と組合わせて、温度を高め
たい領域にのみ高反射率・低熱伝導率のセラミックス熱
遮蔽板１１ａを用いることも可能である。例えば、ヒー
タ上部にのみ、熱遮蔽板として高反射率・低熱伝導率の
セラミックスを用いることにより、ヒータ上部の温度低
下を効果的に抑制でき、結晶成長速度の高速化が可能と
なる。さらに、トップリング６のヒータ側に高反射率・
低熱伝導率のセラミックスを用いると一層効果的であ
る。
の引上げ速度は、従来例の約１．５倍に高速化できた。
図５は、ヒータパワーの比較を示したものである。本発
明ではヒータパワーを従来例の８０％に削減することが
できた。本発明の応用例として、ヒータスリーブ４だけ
でなく、トップリング６とヒートインシュレータ７のヒ
ータ側にも高反射率・低熱伝導率のセラミックスを用い
ることで、さらなる加熱効率の向上が望まれる。また、
図２に示すように、ヒータ３の特定の領域の温度を高め
るために、従来のカーボン製と組合わせて、温度を高め
たい領域にのみ高反射率・低熱伝導率のセラミックス熱
遮蔽板１１ａを用いることも可能である。例えば、ヒー
タ上部にのみ、熱遮蔽板として高反射率・低熱伝導率の
セラミックスを用いることにより、ヒータ上部の温度低
下を効果的に抑制でき、結晶成長速度の高速化が可能と
なる。さらに、トップリング６のヒータ側に高反射率・
低熱伝導率のセラミックスを用いると一層効果的であ
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、ヒータ高さ方向の温度
分布が安定に均一化され、また、融液高さ方向の温度勾
配を緩和することが可能となるので、結晶引上げ速度が
高速化され生産性が向上すると共に、結晶育成時のヒー
タ用電力を少なくできるので、経済的な結晶育成が行え
るという優れた効果を奏する。
分布が安定に均一化され、また、融液高さ方向の温度勾
配を緩和することが可能となるので、結晶引上げ速度が
高速化され生産性が向上すると共に、結晶育成時のヒー
タ用電力を少なくできるので、経済的な結晶育成が行え
るという優れた効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例の断面の説明図である。
【図２】本発明の他の実施例の断面の説明図である。
【図３】本発明と従来例における、ヒータの高さ方向の
温度分布の比較図である。
温度分布の比較図である。
【図４】本発明と従来例における、引上げ速度の比較図
である。
である。
【図５】本発明と従来例における、ヒータパワーの比較
図である。
図である。
【図６】従来例の断面の説明図である。
１ ルツボ ２ サセプタ ３ ヒータ ４ ヒータスリ
ーブ ５ ヒートパック ６ トップリン
グ ７ ヒートインシュレータ ８ 炉壁 １０ ヒータの高さ方向の等温部領域 １１、１１ａ 熱遮蔽板（断熱材） １２ 結晶 １３ 融液
ーブ ５ ヒートパック ６ トップリン
グ ７ ヒートインシュレータ ８ 炉壁 １０ ヒータの高さ方向の等温部領域 １１、１１ａ 熱遮蔽板（断熱材） １２ 結晶 １３ 融液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越前谷 一彦 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 関 康之 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内
Claims (2)
- 【請求項１】 結晶原料融液を収容するルツボと、該ル
ツボを囲繞して配設された該ルツボの加熱手段と、該加
熱手段を囲繞して配設され該加熱手段の放熱を防止する
保温手段と、該融液から単結晶を引上げる引上げ手段を
備えた単結晶育成装置において、 該保温手段は、該加熱手段の高さ方向温度勾配を均一化
する高反射率、低熱伝導率のセラミックスからなる熱遮
蔽板で形成したことを特徴とする単結晶育成装置。 - 【請求項２】 該熱遮蔽板はセラミックスおよび炭素材
との組合せからなる請求項１記載の単結晶育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7940893A JPH06293589A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 単結晶育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7940893A JPH06293589A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 単結晶育成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06293589A true JPH06293589A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=13689040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7940893A Withdrawn JPH06293589A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 単結晶育成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06293589A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19539316A1 (de) * | 1995-09-26 | 1997-03-27 | Leybold Ag | Kristallziehanlage |
| CN101886290A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-11-17 | 王敬 | 用于单晶炉的保温筒以及具有其的单晶炉 |
| KR101279389B1 (ko) * | 2011-04-12 | 2013-07-04 | 주식회사 엘지실트론 | 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치 |
| CN103643291A (zh) * | 2013-11-23 | 2014-03-19 | 中山兆龙光电科技有限公司 | 一种单晶炉隔热屏及其制备方法 |
| DE102016001728B3 (de) * | 2016-02-16 | 2017-04-20 | Krasimir Kosev | Einkristallzüchtungsvorrichtung |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP7940893A patent/JPH06293589A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19539316A1 (de) * | 1995-09-26 | 1997-03-27 | Leybold Ag | Kristallziehanlage |
| CN101886290A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-11-17 | 王敬 | 用于单晶炉的保温筒以及具有其的单晶炉 |
| KR101279389B1 (ko) * | 2011-04-12 | 2013-07-04 | 주식회사 엘지실트론 | 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치 |
| CN103643291A (zh) * | 2013-11-23 | 2014-03-19 | 中山兆龙光电科技有限公司 | 一种单晶炉隔热屏及其制备方法 |
| DE102016001728B3 (de) * | 2016-02-16 | 2017-04-20 | Krasimir Kosev | Einkristallzüchtungsvorrichtung |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |