JPH1095688A - 単結晶体の製造方法 - Google Patents

単結晶体の製造方法

Info

Publication number
JPH1095688A
JPH1095688A JP27137396A JP27137396A JPH1095688A JP H1095688 A JPH1095688 A JP H1095688A JP 27137396 A JP27137396 A JP 27137396A JP 27137396 A JP27137396 A JP 27137396A JP H1095688 A JPH1095688 A JP H1095688A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
single crystal
center
temperature
wall
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.)
Pending
Application number
JP27137396A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshifumi Maejima
善文 前島
Koichi Kawasaki
宏一 川崎
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.)
TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO
TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO KK
Original Assignee
TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO
TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO, TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO KK filed Critical TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO
Priority to JP27137396A priority Critical patent/JPH1095688A/ja
Publication of JPH1095688A publication Critical patent/JPH1095688A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピンホールや内部歪みが少ない大口径の単結
晶体を種結晶を用いずに簡単な設備で安価に収率良く製
造する方法を提供すること、およびこの様な方法を実施
するために好適な坩堝を提供すること。 【解決手段】 内面が非晶質の物質で覆われ、坩堝底部
のほぼ中央が最も熱の放散が大きく、外周方向に向かっ
て熱の放散が順次少なくなり、壁面における熱の放散が
最も少なくなるようにした坩堝を用いて、溶融体を徐冷
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶体の製造方法
およびそれに用いる坩堝に関する。更に詳しくは、シリ
コンやゲルマニウムの大口径単結晶体を製造する方法お
よびそれに用いる坩堝に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコンやゲルマニウムの単結晶体は半
導体材料、太陽電池、赤外線光学材料等に広く用いられ
る。これらの単結晶体の製造技術においては大口径の単
結晶体を製造する方法が求められており、現在、主とし
て Floating Zone 法や Czockralski 法が用いられてい
る。しかしながら、これらの方法は種結晶を必要とする
ばかりでなく、設備も複雑で高価であるため、得られる
単結晶体は高価なものとなる。
【0003】本発明者は先に、内面に黒鉛ウールを配設
した黒鉛坩堝内で溶融ゲルマニウムを底部側から徐冷す
ることにより、黒鉛ウールとの接触面に結晶核を生成さ
せ結晶成長させることにより、比較的大きなサイズのゲ
ルマニウム単結晶体を得ることに成功し特許出願を行っ
た(特開平1−290583号)。この方法によれば設
備的にも簡単で安価に大口径のゲルマニウム単結晶を得
ることができる。しかながら、この方法は炉内の温度分
布をコントロールすることにより坩堝を底部側から徐冷
するので、坩堝の温度コントロールが必ずしも所期のと
おり行われず、ゲルマニウムの内部よりも表面が先に固
化してしまうため、得られた単結晶体は歪みが大きい、
ピンホールが生じる等の問題があり、光学材料の用途と
してはなお品質的には十分ではない。また、結晶の成長
開始点は必ずしも1ヶ所ではなく、往々にして複数の点
から成長することがあり、完全な単結晶の収率が低い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はシリコ
ンやゲルマニウムの大口径の単結晶体を種結晶を用いず
に簡単な設備で安価に製造する方法を提供することであ
る。本発明の他の目的はピンホールや内部歪みが極めて
少ない単結晶体を収率良く得る方法を提供することであ
る。本発明の更に他の目的はこの様な方法を実施するた
めに好適な坩堝を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記発明の目的は、単結
晶体を生成しうる物質を坩堝内で溶融し、これを徐冷し
て単結晶体を生成する方法において、坩堝内面を非晶質
の物質で覆い、且つ坩堝の温度プロファイルを、坩堝底
部のほぼ中央が最も低温で、外周方向に向かって温度が
高くなり、壁面がさらに底部よりも温度が高くなるよう
にして徐冷することにより、坩堝底部中央から単結晶体
を成長させることを特徴とする単結晶体の製造方法、お
よび内面が非晶質の物質で覆われており、底部の中央に
おいて熱の放散が最も大きく、外周方向に向かって熱の
放散が順次少なくなり、壁面における熱の放散が最も少
なくなるようにした、単結晶体を製造するための坩堝に
よって達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の製造方法に好適に供される坩堝の一例を
表した図で、(a)は縦断面図、(b)は本体5の底面
図、(c)はA−A’断面図ある。坩堝本体5は坩堝受
け皿6の上に一体的に配せられている。坩堝の底面内側
はほぼ平らである。坩堝の底面外側には連通溝7が
(b)に示すように凹設されており、坩堝本体5と受け
皿6を一体としたときに該溝7と受け皿の上面で冷却用
ガスの連通路7を形成する。受け皿の中央には冷却用ガ
ス導入口8が設けられており、冷却用ガスはここから連
通路に導入され、外周部の出口9より排出される。連通
溝の深さは底面の中央部で最も深くなっており、外周方
向に向かって浅くなっている。即ち、底面の連通溝部分
の肉厚は中央部で最も薄く、外周部で最も厚い。 従っ
て、伝熱による底面からの熱の放散は中央部が最も大き
く、周辺部になるに従い小さくなる。連通溝の形状は必
ずしも図1(b)のようなものに限られるものではな
く、例えばスパイラル状でもよく、要は熱の放散が底部
中央で最も大きく、外周部で最も小さくなるような構造
であればよい。坩堝本体及び受け皿の材質はシリコンや
ゲルマニウム等の単結晶体を生成しうる物質の溶融温度
に十分耐えることができるものであれば特に制限はな
く、例えば黒鉛、石英、またはこれらの組み合わせ等が
挙げられる。
【0007】坩堝の内側面には断熱のための保温筒3が
配設されており、側面からの熱の放散を最小限にしてい
る。保温筒外面は縦に溝10を凹設することにより、側
面からの熱の放散を極力少なくするようにしている。こ
の溝は横に設けてもまた縦横に設けてもよい。また必ず
しも溝でなくても例えば多数の突起状のものを設けても
よく、要は保温筒の外面全体が坩堝内側面に密着せず、
以て断熱効果が向上するような形状にしてあれば、保温
筒として好ましく使用できる。保温筒の材質としては単
結晶体を生成しうる物質の溶融温度に十分耐えかつ断熱
性に優れたものであれば特に制限はなく、例えば黒鉛、
石英、またはこれらの組み合わせ等が挙げられる。
【0008】さらにその内面に非晶質の材質からなる内
袋4を配設し、内容物が直接坩堝や保温筒の内面と接触
しないようにする。これは溶融したシリコンやゲルマニ
ウム等が直接黒鉛等の結晶に接触するのを防止し、各所
から結晶が成長してきれいな単結晶とならなくなるのを
防ぐためである。内袋の材質は非晶質でかつ単結晶体を
生成しうる物質と反応しないものである必要がある。例
えばゲルマニウム単結晶を製造する場合は黒鉛ウールの
内袋を使用するのが好ましい。またシリコンの場合は石
英ウールが好ましい。
【0009】坩堝には溶融した単結晶体を生成しうる物
質が直接雰囲気ガスと接触しないように上蓋1が断熱材
2と組み合わせて配設される。蓋1と断熱材2の中央部
には内部を観察するとともにガス置換するための穴11
が設けられている。上蓋の材質はシリコンやゲルマニウ
ム等の単結晶体を生成しうる物質の溶融温度に十分耐え
ることができるものであれば特に制限はなく、坩堝本体
と同様のものを使用できる。また、断熱材の材質も単結
晶体を生成しうる物質の溶融温度に十分耐えることがで
きるものであれば特に制限はなく、例えば黒鉛フェルト
が使用できる。
【0010】次に、この様な坩堝を用いて単結晶を製造
する方法を説明する。坩堝内にゲルマニウムやシリコン
のような単結晶体を生成しうる物質を入れ、加熱炉内で
不活性ガス雰囲気下に、溶融温度以上に加熱し、完全に
溶融させる。不活性ガスとしては、通常冷却用ガスと同
じガスが用いられる。完全に溶融したら、冷却用ガス導
入口8から冷却ガスを流しつつ、炉の温度を徐々に低下
させて徐冷していく。核となる最初の結晶は最も温度の
低い坩堝の底部中央に発生し、そこから成長する。
【0011】冷却用ガスは結晶化に伴う凝固熱を奪い取
る作用をする。冷却用ガスとしては単結晶体を生成しう
る物質と反応しないガスで、ゲルマニウムの場合は窒
素、水素、アルゴンまたはこれらの混合ガス、シリコン
の場合はアルゴン等が用いられる。冷却用ガスの流量は
冷却速度や結晶の成長速度等にあわせて適宜定めればよ
い。通常は1000〜3000L/Hrである。
【0012】炉の冷却速度は結晶の成長速度等を勘案し
て適宜定めることができる。あまり早すぎると溶融体の
内部よりも表面が先に固化するため、ピンホールや歪み
の原因となり好ましくなく、遅すぎると生産性が低下す
る。好ましくは0.01〜0.1℃/min、さらに好
ましくは0.03〜0.05℃/minである。また、
冷却速度は必ずしも一定である必要はなく、結晶の成長
等に合わせて適宜変動させてもよい。
【0013】結晶の成長が終了した後、必要に応じてア
ニールして内部歪みが入らないようにしてもよい。アニ
ールは通常融点を℃で表したときにその80〜95%で
の温度、好ましくは約90%での温度で行う。この様に
して、ピンホールや歪みの少ない大口径の単結晶を極め
て容易に製造することができる。
【0014】
【実施例】以下に本発明を実施例で説明するが、本発明
はこの実施例により何等制限されない。
【0015】実施例1 図1に示したものと同様の、本体、受け皿、保温筒が黒
鉛製で、内部に黒鉛ウール内袋を有する坩堝にゲルマニ
ウムを入れ、黒鉛フェルトと黒鉛の上蓋で蓋をし、7%
の水素を含む窒素ガス雰囲気下、炉内で1100℃に加
熱し、完全に溶融させた。冷却用ガス導入口8から7%
の水素を含む常温の窒素ガスを流量約1000L/Hr
で導入しつつ、炉の温度を0.04℃/minの速度で
徐冷し結晶化させた。この様にして直径130mmで高
さが60mmのゲルマニウム単結晶を得た。
【0016】このゲルマニウム単結晶の上部と下部を切
断し、砂かけ後、CP−2(HF:H22:H2O=
1:1:4)でエッチングし断面を観察したところ、図
2に写真で示すように上下の切断面とも結晶粒は見あた
らず、完全な1個の結晶であった。さらにX線回折で
(111)面を検索し切り出した。その面は成長面に対
して約45゜ずれていた。(111)面のエッチピット
密度は800/cm2で、口径が大きいにもかかわらず
引き上げ法で成長させた単結晶より少なく均一であっ
た。この単結晶のフィゾー型赤外線干渉計で撮った干渉
縞から、Twyman-Perryの方程式を用いて屈折率変動(Δ
n)を求めたところ、赤外線ビーム径(19φ)内で0
〜9×10-4の範囲であった。これを更にアニール(8
50℃で3日間および500℃で7日間)しても屈折率
の変動は殆ど見られなかった。このことはこの結晶成長
法では内部歪みがほとんど入らないことを示している。
【0017】実施例2、3 炉の冷却速度を0.03℃/min、および0.05℃
/minとした以外は実施例1と全く同様にしてゲルマ
ニウムの単結晶を得た。これらの単結晶は実施例1で得
られたものと殆ど同じであった。
【0018】実施例4 冷却用の7%の水素を含む常温の窒素ガスの流量を約3
000L/Hrで導入した以外は実施例1と同様にして
ゲルマニウムの単結晶を得た。この単結晶は実施例1で
得られたものと殆ど同じであった。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明により簡単な装置
で高品質の大口径単結晶を製造できる。また、炉内温度
分布を複雑なプロフィルとすることが不要なので、温度
コントロールも極めて簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の坩堝の一態様を表した図で、(a)は
縦断面図、(b)は本体5の底面図、(c)はA−A’
断面図である。
【図2】本発明により得られるゲルマニウム単結晶の結
晶の状態を表した写真である。
【符号の説明】 1 上蓋 2 断熱材 3 保温筒 4 内袋 5 坩堝本体 6 受け皿 7 連通路 8 ガス道入口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶体を生成しうる物質を坩堝内で溶
    融し、これを徐冷して単結晶体を生成する方法におい
    て、坩堝内面を非晶質の物質で覆い、且つ坩堝の温度プ
    ロファイルを、坩堝底部のほぼ中央が最も低温で、外周
    方向に向かって温度が高くなり、壁面がさらに底部より
    も温度が高くなるようにして徐冷することにより、坩堝
    底部のほぼ中央から単結晶体を成長させることを特徴と
    する単結晶体の製造方法。
  2. 【請求項2】 単結晶体がゲルマニウムまたはシリコン
    の単結晶体であることを特徴とする請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 内面が非晶質の物質で覆われており、底
    部の中央において熱の放散が最も大きく、外周方向に向
    かって熱の放散が順次少なくなり、壁面における熱の放
    散が最も少なくなるようにした、単結晶体を製造するた
    めの坩堝。
JP27137396A 1996-09-21 1996-09-21 単結晶体の製造方法 Pending JPH1095688A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27137396A JPH1095688A (ja) 1996-09-21 1996-09-21 単結晶体の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27137396A JPH1095688A (ja) 1996-09-21 1996-09-21 単結晶体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1095688A true JPH1095688A (ja) 1998-04-14

Family

ID=17499174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27137396A Pending JPH1095688A (ja) 1996-09-21 1996-09-21 単結晶体の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1095688A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011006076A8 (de) 2010-04-01 2013-02-07 Deutsche Solar Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Blöcken
CN103628127A (zh) * 2013-11-26 2014-03-12 江苏大学 一种定向凝固法准单晶硅生长炉及准单晶硅的生长方法
CN108950681A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 镇江仁德新能源科技有限公司 多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉
CN110965119A (zh) * 2020-01-07 2020-04-07 浙江普智能源装备有限公司 一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011006076A8 (de) 2010-04-01 2013-02-07 Deutsche Solar Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Blöcken
DE102011006076B4 (de) * 2010-04-01 2016-07-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken
CN103628127A (zh) * 2013-11-26 2014-03-12 江苏大学 一种定向凝固法准单晶硅生长炉及准单晶硅的生长方法
CN108950681A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 镇江仁德新能源科技有限公司 多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉
CN108950681B (zh) * 2017-05-27 2020-12-15 镇江仁德新能源科技有限公司 多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉
CN110965119A (zh) * 2020-01-07 2020-04-07 浙江普智能源装备有限公司 一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011042560A (ja) サファイア単結晶の製造方法およびサファイア単結晶の製造装置
KR100942185B1 (ko) 실리콘 잉곳 성장방법
EP0992618A1 (en) Method of manufacturing compound semiconductor single crystal
JP2008508187A (ja) 溶融物から単結晶を成長させる方法
US8555674B2 (en) Quartz glass crucible for silicon single crystal pulling operation and process for manufacturing the same
JPH02180789A (ja) Si単結晶の製造方法
JPS63166711A (ja) 多結晶シリコン鋳塊の製造法
JP6286514B2 (ja) 多結晶シリコンインゴットの製造方法
JPH1095688A (ja) 単結晶体の製造方法
US6755910B2 (en) Method for pulling single crystal
JP2003286024A (ja) 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板及びスパッタリング用ターゲット素材
JP2023539379A (ja) シリコン充填物を覆うためのカバー部材を有する結晶引上げシステム、及びシリコン溶融物をるつぼアセンブリ内で成長させるための方法
JPH11240790A (ja) 単結晶製造装置
KR100428699B1 (ko) 수직-수평 온도구배를 갖는 대형 결정 육성장치 및 그육성방법
US5968260A (en) Method for fabricating a single-crystal semiconductor
KR100843019B1 (ko) 쵸크랄스키법에 의한 반도체 단결정 잉곳 제조 장치에사용되는 열 환경 제공 모듈 및 이를 이용한 장치
JP2007284323A (ja) 半導体単結晶の製造装置及び製造方法
JP2001080987A (ja) 化合物半導体結晶の製造装置及びそれを用いた製造方法
JPS6379794A (ja) 材料処理炉と単結晶シリコンの球を形成する方法
KR20230111038A (ko) 실리콘 융액을 수용하는 외부 도가니 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치
JP2773441B2 (ja) GaAs単結晶の製造方法
JP2014156373A (ja) サファイア単結晶の製造装置
JPH0449185Y2 (ja)
KR20220041649A (ko) 반도체 링 제조장치 및 그를 이용한 반도체 링 제조방법
JPH0380180A (ja) 単結晶製造装置