JPS60171292A - Method and device for producing single crystal - Google Patents

Method and device for producing single crystal

Info

Publication number
JPS60171292A
JPS60171292A JP2568084A JP2568084A JPS60171292A JP S60171292 A JPS60171292 A JP S60171292A JP 2568084 A JP2568084 A JP 2568084A JP 2568084 A JP2568084 A JP 2568084A JP S60171292 A JPS60171292 A JP S60171292A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
magnetic field
single crystal
raw material
material melt
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
JP2568084A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Shikatani
鹿谷 修
Kazuhisa Matsumoto
和久 松本
Masami Sasaki
政美 佐々木
Keigo Hoshikawa
圭吾 干川
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 Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2568084A priority Critical patent/JPS60171292A/en
Publication of JPS60171292A publication Critical patent/JPS60171292A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials

Landscapes

  • 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)

Abstract

PURPOSE:To obtain a single crystal having uniform quality with decreased crystal defects by controlling temp. superposedly with a specified temp. below the m.p. of the crystal of a raw material melt by a heater which is provided around a crucible and does not generate a static magnetic field. CONSTITUTION:A crucible 2 having internally a raw material melt 1, a susceptor 3 for supporting the crucible 3 and a lower revolving shaft 9 supporting freely rotatably and liftably the crucible 2 and the susceptor 3 are provided in a chamber 7. An upper revolving shaft 8 extends downward from the upper part of the chamber 7. The shaft 8 is rotatable and movable vertically and is attached with a seed crystal 4 at the bottom end thereof. When the shaft 8 is risen under rotation, the single crystal 5 grows successively from the bottom surface of the seed crystal. The pressure in the chamber 7 which is a pressure- resistant hermetic vessel is adequately set with the kind of the single crystal to be pulled up. The chamber inside is maintained in a vacuum or under atm. pressure in the case of silicon but a high pressure is often exerted therein in the case of a compd. semiconductor. A heater 6 is further provided in the chamber 7 so as to enclose the crucible 2.

Description

【発明の詳細な説明】 (7)技術分野 この発明はチョコラルスキー法による単結晶製造方法と
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (7) Technical Field The present invention relates to a method and apparatus for producing a single crystal using the Czochralski method.

レーザ、LED、ホトダイオード、トランジスタ、集積
回路(IC)のような半導体製品を製造するには、シリ
コン(Si )やGaAs等の半導体単結晶が基板とし
て用いられる。
To manufacture semiconductor products such as lasers, LEDs, photodiodes, transistors, and integrated circuits (ICs), semiconductor single crystals such as silicon (Si) or GaAs are used as substrates.

基板の状態が半導体製品の特性に影響を及ぼすので、結
晶欠陥の少い均質な半導体単結晶基板が要望される。
Since the condition of the substrate affects the characteristics of semiconductor products, a homogeneous single crystal semiconductor substrate with few crystal defects is desired.

半導体素子の基板は、単結晶インゴットを薄く切断スる
ことによって得られる。結局、大直径で、結晶欠陥の少
ない均一な単結晶を成長させる、という事が強く要求さ
れることになる。
A substrate for a semiconductor device is obtained by cutting a single crystal ingot into thin pieces. As a result, there is a strong demand for growing a uniform single crystal with a large diameter and few crystal defects.

半導体単結晶は、いくつかの製造方法によって作られる
が、チョコラルスキー法(CZ法)は有力なひとつの方
法である。
Semiconductor single crystals can be produced by several manufacturing methods, and the Czochralski method (CZ method) is one of the leading methods.

これは、第4図に示すように、結晶を構成すべき元素を
適当な混合比で配合し、これを溶融した原料融液1をる
つぼ2に入れ、サセプター3で支持し、上方から種結晶
4を原料融液に漬け、回転させながら単結晶5を引上げ
てゆくものである。
As shown in Fig. 4, the elements to form the crystal are blended at an appropriate mixing ratio, the melted raw material melt 1 is placed in a crucible 2, supported by a susceptor 3, and seeded with crystals from above. 4 is immersed in the raw material melt, and the single crystal 5 is pulled up while rotating.

種結晶4、サセプター3は、相対回転し、力)つ相対的
に昇降運動するので、単結晶5が徐々に引上げられる。
Since the seed crystal 4 and the susceptor 3 rotate relative to each other and move up and down relative to each other, the single crystal 5 is gradually pulled up.

これら、るつぼ2、サセプター3の周囲には、加熱装置
があって、原料融液1の温度を適当な値に制御できるよ
うになっている。
A heating device is provided around the crucible 2 and susceptor 3, so that the temperature of the raw material melt 1 can be controlled to an appropriate value.

さらに、全体が耐圧チャンバで囲まれており、内部空間
には、高圧が加わるようになっている。
Furthermore, the entire structure is surrounded by a pressure chamber, and high pressure is applied to the internal space.

シリコン単結晶の他にGaAs 、 GaPなど化合物
半導体単結晶の成長装置としても好適である。本発明は
、化合物及びSi単結晶の成長のために開発されたもの
である。
In addition to silicon single crystals, it is also suitable as a growth device for compound semiconductor single crystals such as GaAs and GaP. The present invention was developed for the growth of compounds and Si single crystals.

ここに示すものは、単なる引上げ法の構成であるが、さ
らに原料融液1の上を、B2O3の融液によって薇い、
蒸気圧の高い原料成分の蒸発を防ぐようにした引上げ法
も知られている。これ番まLEC法(液体封止チョコラ
ルスキー法)と呼ばれる。
What is shown here is a simple configuration of the pulling method, but in addition, the top of the raw material melt 1 is covered with a B2O3 melt,
A pulling method that prevents evaporation of raw material components with high vapor pressure is also known. This is called the LEC method (liquid-filled Czochralski method).

引上げ法によって作られた単結晶インゴットは、円柱形
になる。これを軸方向に対し、垂直に切って基板(ウェ
ハ)にするが、円形のウェハが直ちに得られるから、研
磨などによって失われる部分が少なくて、無駄がない、
という長所がある。これが、ボート法による単結晶イン
ゴット(w「面が変形した0字形)と異なる点である。
Single crystal ingots made by the pulling method have a cylindrical shape. This is cut perpendicular to the axial direction to make a substrate (wafer), and since a circular wafer is immediately obtained, there is less loss of parts due to polishing etc., so there is no waste.
There is an advantage. This is different from the single-crystal ingot produced by the boat method (w" shaped like a 0 with a deformed surface).

また引上げ法によって作った単結晶は、高抵抗のも、の
を容易に得ることができる。ボート法によるものは、高
抵抗の単結晶が得られず、不純物をドーピングして高抵
抗の基板にする。
Furthermore, single crystals made by the pulling method can easily have high resistance. The boat method does not yield a high-resistance single crystal, but is doped with impurities to create a high-resistance substrate.

このように、引上げ法(C2法)には、利点があるが、
反面、転位(dislocation )が多くて、均
一性に於て劣る、という欠点があった。
In this way, the pulling method (C2 method) has advantages, but
On the other hand, it has the disadvantage that it has many dislocations and is poor in uniformity.

(イ)従来のCZ法とその問題点 基板(ウェハ)の結晶欠陥は、エラピット密度(Etc
h Pit Density )を測定する事にヨッテ
評価する事ができる。
(a) Conventional CZ method and its problems Crystal defects in the substrate (wafer) are caused by error pit density (Etc
The yacht can be evaluated by measuring the h Pit Density.

ウェハを適当なエツチング液に漬して表面をエツチング
すると、欠陥に対応した小さいビットがウェハ表面に現
われる(エッチビット)ので、この数を測定する。
When the wafer is immersed in a suitable etching solution and the surface is etched, small bits corresponding to defects appear on the wafer surface (etch bits), and the number of these bits is measured.

CZ法(引上げ法)で作られた単結晶インゴットをウェ
ハに切出して、エッチビット密度を測定すると、次のよ
うな傾向が見出される。
When a single crystal ingot made by the CZ method (pulling method) is cut into wafers and the etch bit density is measured, the following trends are found.

EPDは、ウェハの中心と周縁部で高く、中間部で低い
。グラフに書くと、W字型の分布をする。
EPD is high at the center and periphery of the wafer and low at the middle. When plotted on a graph, it shows a W-shaped distribution.

また、単結晶インゴットの全体についていえば、引上げ
の初期に成長した頭部のEPDは低く、引上げの終期に
成長した尾部のEPDは高い。
Regarding the entire single crystal ingot, the EPD of the head that grows at the beginning of pulling is low, and the EPD of the tail that grows at the end of pulling is high.

このようなEPD分布はCZ法によって成長した単結晶
について共通にみられるが、ボート法などによる単結晶
には、そのような分布は見出されない。
Such an EPD distribution is commonly seen in single crystals grown by the CZ method, but such a distribution is not found in single crystals grown by the boat method or the like.

結晶欠陥が多くなる原因は、第4図に於て、単結晶5と
原料融液1の間の固液界面Sに於ける温度勾配が急にな
りすぎるからである。固液界面Sに於て、液相が固相に
転位するから、ここで温度変化が急激に生ずる。熱応力
が残る原因ともなる。
The reason why the number of crystal defects increases is that the temperature gradient at the solid-liquid interface S between the single crystal 5 and the raw material melt 1 in FIG. 4 becomes too steep. At the solid-liquid interface S, the liquid phase transforms into the solid phase, so that a rapid temperature change occurs here. It also causes thermal stress to remain.

いまひとつの原因は、固液界面Sが平坦でない、という
ことによる。これは、第4図に示すように、中心と周縁
で低く、中間部でより高い、W字型の形状をとる。固液
界面Sは等温度曲面のひとつであるが、これが平坦でな
く、特に下向きの四部が生ずるので、熱歪みが入り、不
均一性が残りやすい。下向き四部が生じないようにする
のが望ましい。
Another reason is that the solid-liquid interface S is not flat. It takes on a W-shaped shape, lower at the center and periphery and higher at the middle, as shown in FIG. The solid-liquid interface S is one of the isotemperature curved surfaces, but it is not flat and has four downward facing parts, so thermal distortion tends to occur and non-uniformity remains. It is desirable to avoid the formation of downward facing quarters.

引上げ法によって単結晶を製造する場合、成長させるべ
き単結晶の直径をdするつぼの内径をDとすると、Dは
dの2倍又はそれ以上必要である。
When producing a single crystal by the pulling method, if the diameter of the single crystal to be grown is d and the inner diameter of the crucible is D, then D needs to be twice or more than d.

るつぼの深さH8は、内径りにほぼ等しいものを用いる
ことが多い。
The depth H8 of the crucible is often approximately equal to the inner diameter.

加熱装置は、抵抗加熱、高周波加熱などが用いられるが
、多くは抵抗加熱である。加熱装置からの熱は、原料融
液1の外側を加熱するので、原料融液1は、外周部が熱
く、中心部でより冷くなる。
As the heating device, resistance heating, high frequency heating, etc. are used, and resistance heating is used in most cases. Since the heat from the heating device heats the outside of the raw material melt 1, the raw material melt 1 is hot at the outer periphery and colder at the center.

このような熱の非平衡状態を緩和するため、原料融液の
中で対流が起る。
In order to alleviate such a thermal non-equilibrium state, convection occurs within the raw material melt.

対流はるつぼの側壁近くでは上方に、上層部では中心に
向い、底部では側壁に向う流れとなる。
Convection flows upward near the side walls of the crucible, toward the center at the top, and toward the side walls at the bottom.

この対流に対応して、単結晶底部の固液界面SがW字型
になるものと考えられる。
Corresponding to this convection, it is thought that the solid-liquid interface S at the bottom of the single crystal becomes W-shaped.

(つ)水平磁場方式とその問題点 原料融液1の対流を抑制すれば、融液の単結晶5の底部
での流れが鎮静化し、固液界面Sが平坦になるはずであ
る。
(1) Horizontal magnetic field method and its problems If the convection of the raw material melt 1 is suppressed, the flow of the melt at the bottom of the single crystal 5 should be suppressed, and the solid-liquid interface S should become flat.

原料融液の熱対流を抑えるために、磁場を印加する、と
いう工夫が提案されている。
A method of applying a magnetic field has been proposed to suppress thermal convection of the raw material melt.

第5図はそのような水平磁場印加式の゛引上げ炉の断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view of such a horizontal magnetic field application type pulling furnace.

原料融液1、るつぼ2、サセプター3の周囲には加熱装
置6が設けられる。これはカーボン抵抗体又は高周波印
加用コイルである。7は高圧に耐えるチャンバであり、
高圧の不活性ガスが内部に充填される。
A heating device 6 is provided around the raw material melt 1, the crucible 2, and the susceptor 3. This is a carbon resistor or a high frequency application coil. 7 is a chamber that can withstand high pressure;
The interior is filled with high-pressure inert gas.

種結晶4は上部回転軸8の下端に固定されている。サセ
プター3は下部回転軸9によって支持される。上部回転
軸8.9ともに回転、昇降可能な軸である。
The seed crystal 4 is fixed to the lower end of the upper rotating shaft 8. The susceptor 3 is supported by a lower rotating shaft 9. Both the upper rotating shafts 8 and 9 are shafts that can be rotated and moved up and down.

以上の構成は通常のCZ法の構成にすぎない。The above configuration is just the configuration of the normal CZ method.

磁場を原料融液に加えるために、2つの電磁石11.1
1を耐圧チャンバ1の外側に、水平方向に互に対向する
ように設置する。2つの電磁石には直流の大電流が流さ
れ、それぞれの対向面がN又はSに磁化される。磁力線
は一方の電磁石11から他方の電磁石11に向けて、チ
ャンバ7の内部を水平に横切る。
Two electromagnets 11.1 are used to apply a magnetic field to the raw melt.
1 are installed outside the pressure chamber 1 so as to face each other in the horizontal direction. A large direct current is passed through the two electromagnets, and their opposing surfaces are magnetized to N or S. The magnetic field lines horizontally cross the interior of the chamber 7 from one electromagnet 11 to the other electromagnet 11 .

高温の原料融液は、半導体単結晶材料であっても良好な
電気伝導性を有する。原料融液が対流によって移動する
と、これは荷電粒子の流れであるから、磁場Hによって
、ローレンツ力 を受ける。
The high temperature raw material melt has good electrical conductivity even if it is a semiconductor single crystal material. When the raw material melt moves by convection, it is subjected to a Lorentz force by the magnetic field H because it is a flow of charged particles.

第5図の装置に於て、水平の磁場が原料融液中に存在す
る。原料融液1の上下方向の流れは、水平の磁場Hに直
交する。このため、ローレンツ力の第2項の力が融液中
の荷電粒子に加わる。これは、正負の荷電粒子を、原料
融液の側面へ押しやる力となる。もしも、粒子が自由空
間で運動するとずれば、電場Eと、これに直交する磁場
Hの存在により、粒子は電場Eの方向には進まず、Eと
Hの両方に直交する軸の方向へ運動する。この軸に沿っ
て半円弧を描きながら移動する。周期は、サイクロトロ
ン周波数eH/mによって与えられる。
In the apparatus of FIG. 5, a horizontal magnetic field is present in the raw material melt. The vertical flow of the raw material melt 1 is orthogonal to the horizontal magnetic field H. Therefore, the second term of the Lorentz force is applied to the charged particles in the melt. This becomes a force that pushes the positively and negatively charged particles toward the sides of the raw material melt. If a particle moves in free space, due to the existence of an electric field E and a magnetic field H perpendicular to it, the particle will not move in the direction of the electric field E, but will move in the direction of an axis perpendicular to both E and H. do. It moves along this axis while drawing a semicircular arc. The period is given by the cyclotron frequency eH/m.

ところが実際には、荷電粒子のサイクロトロン運動は完
全に行われず、有限の緩和時間がある。
However, in reality, the cyclotron motion of charged particles does not occur completely, and there is a finite relaxation time.

緩和時間は、荷電粒子が自由にEとHの作用のみをうけ
て運動する時間である。つまり°、粒子が衝突してから
、次に衝突するまでの時間である。
Relaxation time is the time during which charged particles move freely under the action of E and H only. In other words, ° is the time from one particle collision to the next collision.

磁場Hによるローレンツ力は速度Vに比例するので、緩
和時間が短いと、十分な速度Vにならないので、vH積
は小さい。しかし、それでも、電場Eの方向への移動を
かなり阻止することかできる。
Since the Lorentz force due to the magnetic field H is proportional to the velocity V, if the relaxation time is short, the velocity V will not be sufficient, so the vH product will be small. However, it is still possible to significantly prevent the movement of the electric field E in the direction.

ここで、電場Eというのは、存在しないが、対流を引起
す比重差が実効的な電場に当ると考えてよい。
Here, although the electric field E does not exist, it may be considered that the difference in specific gravity that causes convection corresponds to an effective electric field.

つまり、対流の上昇運動(周縁部)や下降運動が磁場の
鋤らきによって、抑制される。粒子運動を集合的に見る
時、磁場は、流れを鈍くするように作用し、粘性が増加
したように見える。
In other words, the upward movement (at the periphery) and downward movement of convection are suppressed by the plowing of the magnetic field. When looking at particle motion collectively, the magnetic field acts to slow the flow, making it appear as if the viscosity has increased.

このような水平磁場によって、原料融液の対流を抑え、
単結晶成長させ、欠陥の少い単結晶が得られた、という
報告がなされている。
This horizontal magnetic field suppresses the convection of the raw material melt,
It has been reported that a single crystal with few defects was obtained by growing a single crystal.

しかし、このような水平磁場方式には次のような欠点が
ある。
However, such a horizontal magnetic field method has the following drawbacks.

(1)電磁石はチャンバの外側に配置してあり、電磁石
の磁極間距離が大きくなる。原料融液に必要な大きさの
磁場を印加するには、極めて大きい電磁石を必要とする
。電源装置も大きくなる。
(1) The electromagnet is placed outside the chamber, and the distance between the magnetic poles of the electromagnet is large. An extremely large electromagnet is required to apply a magnetic field of the required magnitude to the raw material melt. The power supply will also be larger.

むしろ、CZ炉本体よりも電磁石の方が大きくなってし
まう。スペース、重量などの点から、大型引上炉では実
現することは困難である。
Rather, the electromagnet becomes larger than the CZ furnace body. This is difficult to achieve with a large pulling furnace due to space and weight considerations.

(2)CZ炉のチャンバの外から磁界を印加するため、
CZ炉のチャンバを形成する材は、非磁性体を使用しな
ければならない。チャンバによって磁気遮蔽されてはな
らないからである。このためステンレス鋼などを使うが
、炉内圧が高い場合、特にチャンバ肉厚を厚くしなけれ
ばならず、極めて高価になる。
(2) To apply a magnetic field from outside the chamber of the CZ furnace,
The material forming the chamber of the CZ furnace must be non-magnetic. This is because the chamber must not be magnetically shielded. For this reason, materials such as stainless steel are used, but when the pressure inside the furnace is high, the chamber wall must be particularly thick, making it extremely expensive.

(3)磁場の強さを急変させると、内部の加熱装置6が
破損する。加熱装置は、例えば高純度カーボン抵抗体で
ある。これにかなりの大電流を流しており、磁場と電流
の相互作用によるローレンツ力をカーボン抵抗体が受け
ている。磁場が急変すると、ローレンツ力も急変し、加
熱装置に衝撃力が加わり、破損する。
(3) If the strength of the magnetic field suddenly changes, the internal heating device 6 will be damaged. The heating device is, for example, a high purity carbon resistor. A fairly large current is passed through this, and the carbon resistor receives the Lorentz force due to the interaction between the magnetic field and the current. When the magnetic field suddenly changes, the Lorentz force also changes suddenly, applying impact force to the heating device and damaging it.

(4)水平方向の磁界は対流の内、上昇、下降運動に働
きかけ、これを抑制する。結晶成長が進行すると原料融
液が減少し、高さHlが低下してゆく。上昇、下降距離
も短かくなる。すると、磁界による対流抑制効果も減少
する。このように、効果が一定しない、という欠点もあ
る。
(4) The horizontal magnetic field acts on and suppresses the upward and downward movements of convection. As crystal growth progresses, the raw material melt decreases and the height H1 decreases. The ascent and descent distances are also shorter. Then, the convection suppressing effect due to the magnetic field also decreases. Thus, there is also the drawback that the effects are not constant.

←)垂直磁場方式とその問題点 水平の磁場は、対流の上下運動を主に抑制するので、直
接的な効果が期待される。
←) Vertical magnetic field method and its problems Horizontal magnetic fields mainly suppress the vertical movement of convection, so they are expected to have a direct effect.

垂直に磁場を加えたとすると、これは、対流の内、水平
面内の流れに対して抑制効果をもたらすと考えられる。
If a magnetic field is applied vertically, it is thought to have a suppressing effect on the flow in the horizontal plane of convection.

対流はしかし、環状の流れなのであるから、上下運動を
抑制するようにしても、水平運動を抑制するようにして
も同じことである。いずれにしても対流の勢いを緩和で
きるはずである。
However, since convection is an annular flow, it is the same whether the vertical movement is suppressed or the horizontal movement is suppressed. In any case, it should be possible to reduce the force of convection.

そこで、第6図に示すような垂直磁場方式のCZ炉が発
明された。
Therefore, a vertical magnetic field type CZ furnace as shown in FIG. 6 was invented.

これは、C2炉の外周に、水平方向に巻いたコイル12
を設けて、CZ炉の内部に垂直方向の磁場を発生させる
ものである。
This is a coil 12 wound horizontally around the outer circumference of the C2 furnace.
is installed to generate a vertical magnetic field inside the CZ furnace.

垂直磁場方式の利点は次のようである。The advantages of the vertical magnetic field method are as follows.

(1) 結晶成長に伴なって、原料融液の高さHlが減
少しても、原料融液の横断面は変化しない。垂直磁場は
原料融液の上面(固液界面Sの近傍)と底面に於ける請
求心運動と遠心運動に対して働きかける。液面の高さH
lに拘わらず、横断面積は一定であるから、垂直磁場に
よる対流抑制効果は変動しない。
(1) Even if the height Hl of the raw material melt decreases with crystal growth, the cross section of the raw material melt does not change. The vertical magnetic field acts on the centrifugal motion and centrifugal motion on the top surface (near the solid-liquid interface S) and bottom surface of the raw material melt. Liquid level height H
Since the cross-sectional area is constant regardless of l, the convection suppressing effect due to the vertical magnetic field does not vary.

(2) D> H+の時に、強い電磁力を得ることがで
きる。
(2) When D>H+, strong electromagnetic force can be obtained.

(3)結晶成長に最も関係の深い固液界面S近傍の液面
の粘性を見掛は上高めることができる。。
(3) The apparent viscosity of the liquid surface near the solid-liquid interface S, which is most closely related to crystal growth, can be increased. .

(4)大口径の低欠陥結晶を安定に成長させることがで
きる。
(4) Large-diameter, low-defect crystals can be stably grown.

などの効果が期待された。しかしながら、第6図に示す
垂直磁場方式のCZ炉には、なお次のような欠点がある
Such effects were expected. However, the vertical magnetic field type CZ furnace shown in FIG. 6 still has the following drawbacks.

(1)cz炉の本体の外部にソレノイドコイルを設ける
ため、コイル径が極めて大きくな°る。
(1) Since the solenoid coil is provided outside the main body of the cz furnace, the coil diameter becomes extremely large.

原料融液に所定の磁場を印加するには極めて大きいソレ
ノイドコイルと励磁電源を必要とする。
Applying a predetermined magnetic field to the raw material melt requires an extremely large solenoid coil and an excitation power source.

(2)cz引上炉の内部だけでなく、周囲にも磁場の強
い影響が及ぶ。
(2) The strong influence of the magnetic field affects not only the inside of the cz pulling furnace but also the surrounding area.

(3)CZ引上炉の外部から磁界を印加するためCZ引
上炉のチャンバを形成する部材は、磁気遮蔽をしない非
磁性材料でなければならない。
(3) Since a magnetic field is applied from outside the CZ pulling furnace, the members forming the chamber of the CZ pulling furnace must be made of non-magnetic material that does not provide magnetic shielding.

(4)磁界の強さを急変させると、内部の加熱装置6が
破損する。加熱装置6は、抵抗加熱のため、大電流が流
れており、これと磁界との作用により、強い力を受けて
いる。磁界の急変により、加熱装置6に強い衝撃力が発
生し、これが破損する。
(4) If the strength of the magnetic field suddenly changes, the internal heating device 6 will be damaged. Due to resistance heating, a large current flows through the heating device 6, and the heating device 6 receives a strong force due to the interaction of this current and a magnetic field. The sudden change in the magnetic field generates a strong impact force on the heating device 6, causing it to break.

これらの欠点は、第5図に示す水平磁場方式のものと同
じである。
These drawbacks are the same as those of the horizontal magnetic field system shown in FIG.

第7図は加熱装置6として通常用いられるカーボン抵抗
体の斜視図である。円筒形のカーボンであるが、軸方向
に、上又は下から深い切欠き21.21が切っであるか
ら、導電路は、軸方向(上下方向)に蛇行する。蛇行す
るように導電路を形成するのは、このカーボン抵抗体を
流れる電流によって、この内部に磁界が発生しないよう
にするためである。導電路の電流は、ビオサバールの法
則に従って、内部に磁界を生ずるが、隣接した導電路で
電流の向きが反対になっているので、磁界同士が打消し
あう。このような理由で、抵抗加熱体はコイル状にはせ
ず蛇行導電路としている。
FIG. 7 is a perspective view of a carbon resistor commonly used as the heating device 6. FIG. Although it is a cylindrical carbon, there are deep notches 21 and 21 cut from the top or bottom in the axial direction, so the conductive path meanders in the axial direction (vertical direction). The reason why the conductive path is formed in a meandering manner is to prevent a magnetic field from being generated inside the carbon resistor due to the current flowing through the carbon resistor. The current in the conductive path generates an internal magnetic field according to Biot-Savart's law, but since the direction of the current is opposite in adjacent conductive paths, the magnetic fields cancel each other out. For this reason, the resistance heating body is not coiled but has a meandering conductive path.

け)内部コイル垂直磁場方式(銅管) 前節までに述べた水平、垂直磁場方式のCZ炉の難点は
、結局、磁界を生ずる装置が炉のチャンバの外側にある
事に起因する。
(g) Internal coil vertical magnetic field type (copper tube) The drawbacks of the horizontal and vertical magnetic field type CZ furnaces mentioned in the previous sections are ultimately due to the fact that the device that generates the magnetic field is located outside the furnace chamber.

磁界を生ずるコイルがチャンバの内部にあれば良い。It is sufficient if the coil that generates the magnetic field is located inside the chamber.

引上げ炉の加熱装置として高周波コイルを使うものもあ
る。これは、抵抗加熱とは異なり、高周波磁界を発生さ
せ、金属製(白金、イリジウムなど)のるつぼに渦電流
を生じ、これにより発熱するようにしたものである。
Some pull furnaces use high-frequency coils as heating devices. Unlike resistance heating, this method generates a high-frequency magnetic field to generate eddy currents in a metal (platinum, iridium, etc.) crucible, which generates heat.

高周波コイルは、るつぼのすぐ外側に′設けられる。チ
ャンバの内部にあるから、寸法も小さくできる。高周波
コイルは水冷銅管であることが多い。
A high frequency coil is placed just outside the crucible. Since it is located inside the chamber, its dimensions can also be made smaller. High frequency coils are often water-cooled copper tubes.

高周波コイルのように、水冷鋼管を用いて、直流内部コ
イルを構成できないか、という事がただちに考えられる
。水冷鋼管は、鋼管の内部に常時、水を流して鋼管を冷
却するようにしたものである。
The immediate question is whether it is possible to construct a DC internal coil using water-cooled steel pipes, like a high-frequency coil. A water-cooled steel pipe is one in which water is constantly allowed to flow inside the steel pipe to cool it.

もしも、水冷鋼管をコイル状に巻いて、これをチャンバ
内部に設け、直流(又は脈流)を流して垂直静磁場を生
じさせる、とすれば次の欠点があるだろう、と本発明者
は考える。
The inventor believes that if a water-cooled steel pipe is wound into a coil, placed inside a chamber, and a direct current (or pulsating current) is passed through it to generate a vertical static magnetic field, the following drawbacks will occur: think.

(1) 高周波コイルの場合、僅かな巻数でも、十分な
インピーダンスがとれるから、電流が小さくても、十分
な電圧を与えることができる。このため、電流は小さい
。本発明は、静磁場を発生させなければならないので、
大電流を流さなければならない。
(1) In the case of a high-frequency coil, sufficient impedance can be obtained even with a small number of turns, so a sufficient voltage can be applied even if the current is small. Therefore, the current is small. Since the present invention requires generation of a static magnetic field,
A large current must flow.

炉内は高温高圧である。大電流を流す水冷鋼管の冷却、
電気絶縁などが難しい。
The inside of the furnace is high temperature and pressure. Cooling water-cooled steel pipes that carry large currents,
Electrical insulation is difficult.

(2)CZ炉内にカーボンの抵抗加熱体と、磁界用の水
冷鋼管コイルの2つが設けられる事になる。
(2) Two things will be installed in the CZ furnace: a carbon resistance heating element and a water-cooled steel pipe coil for the magnetic field.

鋼管コイルは水冷されているから低温である。Steel pipe coils are water-cooled, so their temperature is low.

カーボン抵抗体は発熱しているので高温である。The carbon resistor is hot because it generates heat.

このように温度が著しく異なるものが近接して存在する
ので、炉内が均一な熱平衡状態にならない。このためる
つぼ内もより強い非平衡状態になって、結晶成長収率が
低下する。
Since objects with significantly different temperatures exist in close proximity, the inside of the furnace cannot be in a uniform state of thermal equilibrium. As a result, the interior of the crucible also becomes more strongly non-equilibrium, resulting in a decrease in crystal growth yield.

(3) 引上げ炉内の原料融液は高純度結晶材料でなけ
ればならないが、ソレノイドコイル材料から不純物が飛
散し、原料融液を汚染する惧れがある。
(3) Although the raw material melt in the pulling furnace must be made of high-purity crystal material, there is a risk that impurities may scatter from the solenoid coil material and contaminate the raw material melt.

(4)cz炉の内部は、引上げるべき結晶の種類により
、高圧状態に維持される。水冷鋼管は中空であるので耐
圧性が十分でなく、圧力によって歪み或は破壊されるこ
ともある。
(4) The inside of the cz furnace is maintained at a high pressure depending on the type of crystal to be pulled. Since water-cooled steel pipes are hollow, they do not have sufficient pressure resistance, and may be distorted or destroyed by pressure.

(5)加熱装置がより大きくなり、炉が大型化するであ
ろう。
(5) Heating equipment will be larger and furnaces will be larger.

以上の欠点は、水冷鋼管を用いる、とした場合に予想さ
れる欠点である。
The above drawbacks are expected when water-cooled steel pipes are used.

銅は電気抵抗が低く撓みやすいので、コイルにするには
最適である。ただ熱に弱いので、炉内で使う時は内部に
冷却水を通すようにする。しかし、鋼管には前記の難点
があって、CZ炉に静磁場を発生させる、という目的の
ためには不適である。
Copper has low electrical resistance and bends easily, making it ideal for making into coils. However, it is sensitive to heat, so when using it in a furnace, make sure to run cooling water inside. However, steel pipes have the above-mentioned drawbacks and are not suitable for the purpose of generating a static magnetic field in a CZ furnace.

鱒) コイル状カーボン抵抗体方式 高温高圧のCZ炉の中で、汚染などの点も、心配せずに
使用できるのは、カーボン抵抗体である。
Trout) Coiled carbon resistor system Carbon resistors can be used in high-temperature, high-pressure CZ furnaces without worrying about contamination.

従来のカーボン抵抗体は、軸方向の交代切欠き21をつ
けて、内部に磁場が発生するのを極力避けるようにして
きた。
Conventional carbon resistors have been provided with alternating notches 21 in the axial direction to avoid the generation of a magnetic field inside as much as possible.

本発明者は、全く反対に、ヒーター用抵抗体により、熱
と磁場とを発生させるようにすれば良い、と考えた。つ
まり、ヒーター用抵抗体によりソレノイドコイルを構成
するのである。
The inventor of the present invention, on the contrary, thought that it would be sufficient to generate heat and a magnetic field using a heater resistor. In other words, the heater resistor constitutes a solenoid coil.

第8図はそのようなコイル状抵抗体10の斜視図である
。ヒータ一部材をフィル状に機械加工し、螺旋状の空隙
には、スペーサ22を詰めて、隣接コイル間を固定しで
ある。
FIG. 8 is a perspective view of such a coiled resistor 10. One heater member is machined into a fill shape, and the spiral gap is filled with spacers 22 to fix adjacent coils.

スペーサ22はヒータ一部材に固着され・高温、高圧に
耐えなければならないので、例えばアルミナ系のスペー
サなどが選ばれる。その他の耐熱耐圧セラミック材料で
も良い。
Since the spacer 22 is fixed to a member of the heater and must withstand high temperature and high pressure, an alumina-based spacer, for example, is selected. Other heat-resistant and pressure-resistant ceramic materials may also be used.

ヒータ一部材は、従来から使用される高純度カーボン(
C)、炭化ケイ素(SiC)などが用いられる。
The heater part is made of conventionally used high-purity carbon (
C), silicon carbide (SiC), etc. are used.

コイル間にスペーサを充填するのは、次の理由による。The reason for filling spacers between coils is as follows.

ソレノイドコイルに電流を流すと、コイル同士が接近す
る方向に力を及ぼし合う。この引力は電流の強さに比例
する。電流がOであればコイル間引力も0である。コイ
ル状抵抗体10に+1大電流を流さなければならないが
、この電流により、隣接コイル間には強い引力が生ずる
。電流の増減、遮断により引力が変化する。スペーサが
ない場合、コイル状抵抗体が自由に撓むが、両端が固定
されているので、撓みによって大きい応力が生ずる。こ
のため、コイル状抵抗体が破断する惧れがある。
When current is passed through the solenoid coils, forces are exerted on each other in the direction that the coils approach each other. This attractive force is proportional to the strength of the current. If the current is 0, the attractive force between the coils is also 0. A +1 large current must be passed through the coiled resistor 10, and this current generates a strong attractive force between adjacent coils. Attractive force changes by increasing, decreasing, or interrupting the current. Without the spacer, the coiled resistor is free to flex, but since both ends are fixed, the flexure creates a large stress. Therefore, there is a risk that the coiled resistor may break.

このような事故を防ぎ、機械的強度を増大させるために
、スペーサ22を設けるのである。
The spacer 22 is provided to prevent such accidents and increase mechanical strength.

第9図はコイル状抵抗体のみを内部に有するCZ引上げ
炉の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a CZ pulling furnace having only a coiled resistor inside.

るつぼ2、サセプター3の外側には、第7図に示したよ
うな交代切欠きを有する抵抗体円筒はなく、コイル状抵
抗体10が設けである。コイル状抵抗体10には、電源
23から、直流(又は交流を整流した脈流)電流が流れ
るようになっている。
On the outside of the crucible 2 and susceptor 3, there is no resistor cylinder having alternating notches as shown in FIG. 7, but a coiled resistor 10 is provided. A direct current (or pulsating current obtained by rectifying alternating current) current flows through the coiled resistor 10 from a power source 23 .

このような単一抵抗体ソレノイドによるCZ炉には次の
ような利点が期待される。
A CZ furnace using such a single resistor solenoid is expected to have the following advantages.

(1)垂直磁場発生装置がヒーターを兼ねているから、
ソレノイドコイルを低温にするために冷却する、という
必要がない。
(1) Because the vertical magnetic field generator also serves as a heater,
There is no need to cool the solenoid coil to a low temperature.

(2)炉内の温度環境が変化しないので、従来の結晶引
上技術がそのまま使用できる。水冷鋼管のように、冷却
装置を炉内へ新たに入れるのではなく、抵抗加熱による
温度分布は従来どおり均一になる。
(2) Since the temperature environment inside the furnace does not change, conventional crystal pulling technology can be used as is. Unlike water-cooled steel pipes, a cooling device is not newly inserted into the furnace, and the temperature distribution is uniform as before due to resistance heating.

(3) 汚染度は変化がない。(3) There is no change in the pollution level.

従来から抵抗加熱体として使用されてきたヒーター材料
を使うからである。汚染の可能性については従来法と同
じである。
This is because a heater material that has traditionally been used as a resistance heating element is used. The possibility of contamination is the same as the conventional method.

(4) 耐ガス性も問題ない。(4) There is no problem with gas resistance.

化学的に安定で、高温高圧に強いヒーター材料をコイル
にするからである。
This is because the coil is made from a heater material that is chemically stable and resistant to high temperatures and pressures.

(5)炉本体を改造して大きくする、などの必要性がな
い。従来の引上げ炉を用いる事ができる。
(5) There is no need to modify the furnace body to make it larger. A conventional pulling furnace can be used.

このように優れた長所がある。第9図に示すような単一
ソレノイド抵抗体によるCZ法は特開昭58−1205
92に記載がある。これは、ヒーター材料をソレノイド
コイル状に加工し、同心円状に2重、3重と配置したも
のである。十分な磁場を得るためには、巻数、電流の積
が大きくなくてはならない。巻数を実効的に増加させる
ため、コイル状抵抗体を何重にも配置する。
It has such great advantages. The CZ method using a single solenoid resistor as shown in FIG.
It is described in 92. This is made by processing the heater material into a solenoid coil shape and arranging it in double or triple layers concentrically. In order to obtain a sufficient magnetic field, the product of the number of turns and the current must be large. In order to effectively increase the number of turns, the coiled resistor is arranged in multiple layers.

これは、複数の抵抗体をもつが、抵抗による加熱と、磁
場発生が比例しているので、制御の自由度が少い。複数
のソレノイド抵抗体があっても、単一ソレノイド抵抗体
と制御性の点に関しては変らない。必ず、抵抗発熱と磁
場の強さは比例する。
This has multiple resistors, but since the heating by the resistors and the magnetic field generation are proportional, there is little freedom in control. Even if there are multiple solenoid resistors, there is no difference in controllability compared to a single solenoid resistor. There is always a proportional relationship between resistance heat generation and magnetic field strength.

単結晶引上げ過程に於て、原料融液は徐々に減少するの
で、加熱装置の出力は、徐々に下げてゆく。つまり、抵
抗体を通る電流を下げて゛ゆくことが多い。この電流は
磁場発生にも使われているから、磁場の強さが、これに
伴い減少してゆく。そうすると、結晶成長の全過程に於
て、磁場による対流抑制効果も変動することになる。
In the process of pulling a single crystal, the raw material melt gradually decreases, so the output of the heating device gradually decreases. In other words, the current passing through the resistor is often lowered. This current is also used to generate a magnetic field, so the strength of the magnetic field decreases accordingly. In this case, the convection suppressing effect due to the magnetic field will also vary during the entire process of crystal growth.

むしろ、対流を抑制する磁場粘性は、常に一定であるこ
とが望ましいと考えられる。
Rather, it is considered desirable that the magnetic field viscosity that suppresses convection is always constant.

第9図に示すものは、発熱量と磁場の大きさを独立に制
御する事ができない。
In the device shown in FIG. 9, the amount of heat generated and the magnitude of the magnetic field cannot be controlled independently.

しかし、単結晶を成長させるための最適条件が、発熱量
と磁場粘性が比例する、という条件に合致するのかどう
か明らかでないし、最適条件を見出す場合でも、発熱量
と磁場とが独立に制御しうる、という事が必要である。
However, it is not clear whether the optimal conditions for growing a single crystal meet the condition that the amount of heat generated and the viscosity of the magnetic field are proportional, and even if the optimal conditions are found, the amount of heat generated and the magnetic field must be controlled independently. It is necessary to know.

特開昭57−149894号の結晶成長装置にも同様の
難点がある。
The crystal growth apparatus disclosed in JP-A-57-149894 also has similar drawbacks.

(ト)本発明の単結晶製造装置 本発明の単結晶製造装置は、これら従来技術の欠点を克
服するため、CZ引上げ炉の中に、第7図に示す通常の
加熱装置と、第8図に示すコイル状抵抗体10の両方を
設け、発熱量と磁場の強さを独立に制御できるようにし
たものである。
(G) Single crystal manufacturing device of the present invention In order to overcome the drawbacks of these conventional techniques, the single crystal manufacturing device of the present invention includes a conventional heating device shown in FIG. 7 and a conventional heating device shown in FIG. 8 in a CZ pulling furnace. Both of the coiled resistors 10 shown in FIG. 1 are provided so that the amount of heat generated and the strength of the magnetic field can be controlled independently.

第1図は本発明の実施例に係る引上げ炉の断面図である
FIG. 1 is a sectional view of a pulling furnace according to an embodiment of the present invention.

原料融液1を内部に有するるつぼ2と、るつぼ2を支持
するサセプター3と、るつぼ2、サセプター3とを回転
、昇降自在に支持する下部回転軸9とがチャンバ7の中
に設けられる。チャンバ7の上方からは、上部回転軸8
が下方へ延びている。
A chamber 7 is provided with a crucible 2 having a raw material melt 1 therein, a susceptor 3 supporting the crucible 2, and a lower rotating shaft 9 supporting the crucible 2 and the susceptor 3 so as to be rotatable and movable up and down. From above the chamber 7, the upper rotating shaft 8
extends downward.

上部回転軸8は回転、昇降可能で、軸の下端に種結晶4
が取付けである。上部回転軸8を回転させながら上昇さ
せると、種結晶の下面から、単結晶5が成長してゆく。
The upper rotating shaft 8 can be rotated, raised and lowered, and a seed crystal 4 is attached to the lower end of the shaft.
is the installation. When the upper rotating shaft 8 is rotated and raised, the single crystal 5 grows from the lower surface of the seed crystal.

チャンバ7は耐圧密封容器である。チャンバ内の圧力は
引上げるべき単結晶の種類によって適当に設定される。
Chamber 7 is a pressure-tight sealed container. The pressure within the chamber is appropriately set depending on the type of single crystal to be pulled.

シリコンの場合は真空又は常圧であるが、化合物半導体
の場合は高圧を加えることが多い。チャンバ7の中には
、さらに加熱装置6がるつぼ2を囲むように設けられる
。加熱装置6は従来のものと同じである。第7図に示す
ような交互に切欠き21を設けたカーボン、SiC抵抗
体を用いることができる。
In the case of silicon, vacuum or normal pressure is applied, but in the case of compound semiconductors, high pressure is often applied. A heating device 6 is further provided in the chamber 7 so as to surround the crucible 2 . The heating device 6 is the same as the conventional one. A carbon or SiC resistor having alternating cutouts 21 as shown in FIG. 7 can be used.

以上の構成は、一般的なCZ引上げ炉と同じである。本
発明に於ては、さらに、るつぼ2を囲むように、チャン
バ7の内部に独立したコイル状抵抗体10を設けている
。これが新規な点である。
The above configuration is the same as a general CZ pulling furnace. In the present invention, an independent coiled resistor 10 is further provided inside the chamber 7 so as to surround the crucible 2. This is a new point.

加熱装置6とコイル状抵抗体10は、いずれが内方で、
いずれが外方であってもよい。
Which of the heating device 6 and the coiled resistor 10 is inward,
Either one may be on the outside.

コイル状抵抗体10には電源23によって、直流(又は
交流を整流した脈流)電流が与えられる。
A direct current (or pulsating current obtained by rectifying alternating current) current is applied to the coiled resistor 10 by a power source 23 .

コイル状抵抗体10で消費される電力をPa lする。Let Pal be the power consumed by the coiled resistor 10.

これは抵抗体を流れる電流によるジュール熱として、大
部分が消費される。僅かな部分は、磁場を作ることによ
り、原料融液の荷電粒子に作用し、粒子移動によって消
費される。いずれにしても最終的には熱に転化する。結
局、電力Paはコイル状抵抗体10による発熱量に等し
い。
Most of this is consumed as Joule heat due to the current flowing through the resistor. A small portion acts on the charged particles of the raw melt by creating a magnetic field and is consumed by particle movement. In either case, it will eventually be converted into heat. After all, the electric power Pa is equal to the amount of heat generated by the coiled resistor 10.

加熱装置6には、電源24によって電力が供給される。Electric power is supplied to the heating device 6 by a power source 24 .

これは第7図に示すような抵抗体であるから、磁場を生
じない。加熱装置6で消費される電力をpbとする。こ
れも全て熱に変化するエネルギーである。
Since this is a resistor as shown in FIG. 7, it does not generate a magnetic field. Let pb be the power consumed by the heating device 6. This is all energy that turns into heat.

本発明の単結晶製造装置は、 (1)原料融液1を保持するるつぼ2と、(2) るつ
ぼ2を支持する下部回転軸9と、(3)種結晶4が下端
に取付けられ該種結晶4を原料融液1につけて引上げる
ことにより単結晶5を成長させる回転昇降可能な上部回
転軸8と、(4) るつぼの周囲に設けられ原料融液1
の中に垂直静磁場を発生するコイル状抵抗体10よりな
る加熱装置と、 (5) るつぼの周囲に設けられ静磁場を発生しない加
熱装置6と、 (6)原料融液1、るつぼ2、上、下部回転軸8.9、
加熱装置6及びコイル状抵抗体10とを内部に含む耐圧
チャンバ7 とよりなっている。
The single crystal manufacturing apparatus of the present invention includes (1) a crucible 2 that holds a raw material melt 1, (2) a lower rotating shaft 9 that supports the crucible 2, and (3) a seed crystal 4 attached to the lower end. (4) an upper rotating shaft 8 that can be rotated up and down to grow a single crystal 5 by dipping the crystal 4 into the raw material melt 1 and pulling it up;
(5) a heating device 6 provided around the crucible that does not generate a static magnetic field; (6) a raw material melt 1, a crucible 2, Upper and lower rotating shafts 8.9,
It consists of a pressure chamber 7 containing a heating device 6 and a coiled resistor 10 therein.

し)温度制御方法 本発明に於ては、静磁場を発生しない加熱装置6と、垂
直静磁場を発生する加熱装置がある。前者の電力をpb
1後者の電力をPaとする。独立の電源を用いて、これ
らを独立に制御する。
(b) Temperature control method In the present invention, there are a heating device 6 that does not generate a static magnetic field and a heating device that generates a vertical static magnetic field. The power of the former is pb
1. Let Pa be the power of the latter. These are controlled independently using independent power supplies.

原料融液1の温度は、単結晶成長の各ステップに於て、
最適の温度に調整されなければならない。
The temperature of the raw material melt 1 is determined at each step of single crystal growth.
It must be adjusted to the optimum temperature.

温度変化のためには、Paとpbの和(Pa+Pb)を
変動させればよい。
To change the temperature, it is sufficient to vary the sum of Pa and pb (Pa+Pb).

一方融液の実効的な粘性を増加させるための磁場Hの強
さは、Paのみによって決まる。従って、融液内の温度
Tと、磁場Hは独立に制御できる。
On the other hand, the strength of the magnetic field H for increasing the effective viscosity of the melt is determined only by Pa. Therefore, the temperature T in the melt and the magnetic field H can be controlled independently.

第2図は本発明の装置に於て、単結晶成長時の原料融液
の温度制御例を示すグラフである。横軸は成長のはじめ
から、終りまでの時間、縦軸は原料融液1の温度Tであ
る。
FIG. 2 is a graph showing an example of controlling the temperature of the raw material melt during single crystal growth in the apparatus of the present invention. The horizontal axis represents the time from the beginning to the end of growth, and the vertical axis represents the temperature T of the raw material melt 1.

折線t1〜 t5は温度Tの制御値である。To以下の
斜線部は静磁場を発生する加熱装置(コイル状抵抗体1
0)による発熱(Pa)によるものである。
Broken lines t1 to t5 are temperature T control values. The shaded area below To is a heating device (coiled resistor 1) that generates a static magnetic field.
This is due to heat generation (Pa) caused by 0).

Toと折線に囲まれる部分は非静磁場加熱装置6による
発熱(pb )によるものである。
The portion surrounded by To and the broken line is due to heat generation (pb) by the non-static magnetic field heating device 6.

温度Tと、加熱装置の電力6.10とはディメンジョン
が違うので直接等しい、とはいえないが、はぼ比例関係
にあるので、温度Tのうちどのような割合を、Paによ
り或はpbにより維持することができるか、を予め規定
することができる。
Temperature T and heating device power 6.10 cannot be said to be directly equal because they have different dimensions, but since they have a roughly proportional relationship, what proportion of temperature T should be determined by Pa or by pb? It is possible to predefine whether the information can be maintained or not.

(1)結晶原料はるつぼ内で、tlにまで加熱され、安
定した融液状態になる。
(1) The crystal raw material is heated to tl in the crucible and becomes a stable melt.

(2)種結晶によるシーディングを行ってから、結晶肩
部Kを成長させる。肩部にの成長中は、温度をt2のよ
うに下降させる。
(2) After seeding with a seed crystal, the crystal shoulder K is grown. During growth on the shoulder, the temperature is lowered at t2.

(3) 肩部の成長が進み、目的の結晶径になった時に
、t3のように一時温度を一定に保つ。温度が一定なの
で、結晶径は一定になり直胴部Mが成長しはじめる。
(3) When the growth of the shoulder progresses and the desired crystal diameter is reached, the temperature is temporarily kept constant as at t3. Since the temperature is constant, the crystal diameter becomes constant and the straight body portion M begins to grow.

(4) その後、直胴部Mの成長にともなって、t4の
ように徐々に昇温させる。
(4) Thereafter, as the straight body portion M grows, the temperature is gradually increased as at t4.

(5)直胴部の尾部に至ると、一定温度t5に保持する
(5) When it reaches the tail of the straight body, it is maintained at a constant temperature t5.

このように、結晶成長の過程に於て、t1〜 t5の変
化をするよう温度プログラム制御を行う。
In this manner, temperature program control is performed to vary the temperature from t1 to t5 during the crystal growth process.

温度Tは、2つの加熱装置の電力の和(Pa +Pb)
によって決まる。
Temperature T is the sum of the power of the two heating devices (Pa + Pb)
Determined by

第2図に示す例では、コイル状抵抗体10に与える電力
Paは一定している。これによって得られる融液の温度
T、は結晶材料の融点以下になるよう1投定する。
In the example shown in FIG. 2, the electric power Pa applied to the coiled resistor 10 is constant. The temperature T of the resulting melt is set to be equal to or lower than the melting point of the crystal material.

Paを一定にすると、コイル電流が一定であるから、コ
イル中に形成される垂直磁場の大きさは一定になる。従
って、原料融液の熱対流に抗する抑制力は一定である。
When Pa is constant, the coil current is constant, so the magnitude of the vertical magnetic field formed in the coil is constant. Therefore, the suppressing force against thermal convection of the raw material melt is constant.

抑制力が一定であるので、結晶成長モデルによって、操
業条件を安定して把握しやすい、という長所がある。ま
た、実際に、ウェハのインゴット頭部、尾部から切り出
したものを比較すると、EPDの分布の差が少なくなっ
ていることが分る。
Since the suppressing force is constant, the crystal growth model has the advantage of making it easier to stably understand operating conditions. Further, when actually comparing the ingots cut out from the head and tail of the wafer, it can be seen that the difference in EPD distribution is smaller.

Paは一定であるから、温度もt1〜 t5に変化させ
るのは、もっばら、磁場(直流)を生じない加熱装置6
の電力pbをHfmすることによってなされる。
Since Pa is constant, the reason for changing the temperature from t1 to t5 is mainly the heating device 6 that does not generate a magnetic field (DC).
This is done by converting the electric power pb into Hfm.

第3図も単結晶成長時の、原料融液の温度制御例を示す
グラフである。これも、温度プログラムに従い、電力P
a、Pbを適当に制御して、温度をt1〜 t、に変化
させるものである。
FIG. 3 is also a graph showing an example of temperature control of the raw material melt during single crystal growth. This also follows the temperature program and the power P
The temperature is changed from t1 to t by appropriately controlling a and Pb.

この例では、肩部K(7)成長が始まって後、徐々に電
力Paを減少させるようにしている。減少速度は肩部で
は徐々に増え、直胴部では一定である。
In this example, after the shoulder K(7) starts to grow, the power Pa is gradually decreased. The rate of decrease gradually increases in the shoulder region and remains constant in the straight trunk region.

このようにするのは、結晶成長とともに原料融液が減少
し、液面H1が下降してゆくので、深さに比例して、対
流抑制力を減少させてゆくためである。
The reason for doing this is that as the crystal grows, the raw material melt decreases and the liquid level H1 decreases, so that the convection suppressing force decreases in proportion to the depth.

この他にも、様々なPa、Pbの温度制御プログラムが
考えられる。Paを一定にするのが良いか、Paを漸減
させる方が良いか、という事は原料融液の成分に依存す
る。
In addition to this, various temperature control programs for Pa and Pb can be considered. Whether it is better to keep Pa constant or gradually decrease Pa depends on the components of the raw material melt.

前記の電力Paを融液の高さHlに比例する制御方法で
は、Paを一定値として、 Pa = pa? + kH,(1) とする。融液の高さH3は、結晶引上げの為の上部回転
軸にロードセルがあって、単結晶の重さを常時計測して
いるから、この量から残りの融液量を計算することによ
ってめられる。
In the control method described above in which the electric power Pa is proportional to the height Hl of the melt, Pa = pa? + kH, (1). The height H3 of the melt can be determined by calculating the amount of remaining melt from this amount since there is a load cell on the upper rotating shaft for pulling the crystal and constantly measures the weight of the single crystal. .

実際には、単結晶の直径は温度によって厳密に制御しな
がら行われるので、上部回転軸の高さが分かれば引上げ
られた単結晶の重量が分り、液面高さHlもわかる。
In reality, the diameter of the single crystal is determined while strictly controlling the temperature, so if the height of the upper rotating shaft is known, the weight of the pulled single crystal can be determined, and the liquid level height Hl can also be determined.

(1)式の線型制御のかわりに、正の数αにより、Pa
 = pa? + h Hl(2)となるように制御し
てもよい。液面高さHと、静磁場を生ずるヒーターの電
力Paとを一定の方法で関係ずければよいのである。
Instead of the linear control in equation (1), Pa
= pa? +hHl(2) may be controlled. It is only necessary to relate the liquid level height H and the electric power Pa of the heater that generates the static magnetic field in a certain way.

ケ) 実 施 例 3インチ径のGaAs結晶をCZ法で成長させる例につ
いて述べる。
i) Example 3 An example of growing a GaAs crystal with a diameter of 3 inches by the CZ method will be described.

コイルピッチ l T/1M 原料融液(GaAs) 6 kg コイル電流 約1000 A 融液温度 1238.4°C以上 磁 場 1500〜2500ガウス これによって単結晶を引上げると、固液界面が全体とし
て下方へ突出し、凹部がなくなる。第4図の破線で示す
固液界面Sのようになった。
Coil pitch l T/1M Raw material melt (GaAs) 6 kg Coil current Approximately 1000 A Melt temperature 1238.4°C or higher Magnetic field 1500 to 2500 Gauss When the single crystal is pulled up by this, the solid-liquid interface as a whole is downward. It protrudes to the top and the recess disappears. The solid-liquid interface S is now shown by the broken line in FIG.

(コ)効 果 (1) 本発明に於ては、独立に制御できる2つの加熱
装置を使用する。垂直静磁場の大きさ制御と、原料融液
の温度制御を独立に行うことができる。
(J) Effects (1) In the present invention, two heating devices that can be controlled independently are used. The magnitude of the vertical static magnetic field and the temperature of the raw material melt can be controlled independently.

垂直磁場の大きさは一定にするか、或いは液面高さHl
に関係付けて減少させるようにしている。
The magnitude of the vertical magnetic field should be constant or the liquid level height Hl
We are trying to reduce this by relating it to

このため、対流抑制力を一定に保持し、結晶欠陥の少い
単結晶をσ[上げることができる。
Therefore, the convection suppressing force can be kept constant and the single crystal with few crystal defects can be increased in σ[.

(2) 磁場発生コイルがヒーターを兼ねているから、
コイルを冷却する必要がない。炉内の温度環境が変化し
ない。このため、従来からの結晶引上技術が使用できる
(2) Because the magnetic field generating coil also serves as a heater,
No need to cool the coil. The temperature environment inside the furnace does not change. For this reason, conventional crystal pulling techniques can be used.

(3) 汚染度はこれによって影會を受けない。(3) The degree of contamination is not affected by this.

(4) 耐ガス性も問題がない。(4) There is no problem with gas resistance.

(5)炉本体を改造する必要がない。(5) There is no need to modify the furnace body.

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

第1図は本発明の実施例に係る単結晶製造装置の縦断面
図。 第2図は本発明の単結晶製造装置を用いて単結晶を引上
げる際の原料融液の温度変化プログラムを示すグラフ。 横軸は時間、縦軸は原料融液の温度を示す。Paは原料
融液をT。に保持するためコイル状抵抗体から供給され
る電力部分を示す。pbは変動分の温度に対応する熱を
与えるため加熱装置6から与えられる電力部分を示す。 t2は肩部形成温度tいt4は直胴部形成温度である。 第3図は本発明の単結晶製造装置を用いて単結晶をす1
上げる際の原料融液の温度変化プログラムを示すグラフ
。垂直静磁場を生ずる加熱装置Paのパワーが成長とと
もに*減してゆく。 第4図は結晶引上げ炉のるつぼ、単結晶の部分のみを示
す拡大断面図。 第5図は水平磁場を原料融液に印加するようにした公知
のCZ引上げ炉の断面図。 第6図は外部コイルにより垂直磁場を発生させて、原料
融液中に垂直磁場を印加させるようにした公知のcz炉
の断面図。 第7図は公知のカーボン、SiC抵抗体の斜視図。 第8図は本発明に於て用いられるコイル状抵抗体の斜視
図。 第9図は内部フィルによる垂直磁場方式のcZ炉の公知
例を示す断面図。 1 ・・・・・・・・・ 原 料 融 液2 ・・ ・
・ ・ る つ ぼ 3 ・・・・・・・・ サセプター 4 ・・・・・・・ 種 結 晶 5 ・・・・・・・・・ 単 結 晶 6 ・・・・・・・・・ 加 熱 装 置7 ・・・ 
・・・ ・・・ チ ャ ン バ8 ・・・・・・・・
・上部、回転軸 9 ・・・・・・・・・下部回転軸 10 ・・・・・・・・ コイル状抵抗体12 ・・ 
・・ ・・・ コ イ ル21 ・・ ・・ ・・ 切
 欠 き 22 ・・・ ・・・ ・・・ ス ヘーサ23 ・・
・・・・・・・ コイル状抵抗体の電源24 ・・・・
・・・・・ 静磁場を生じない加熱装置の電源D ・・
・・・・・・・ るつぼの内径Ho・・・・・・・・・
 るつぼ高さ Hl ・・・・・・・・・ 原料融液の深さK ・・・
・・・・・ 単結晶の肩部 M ・・・・・・・・・ 単結晶の直胴部S ・・・・
・・・・・ 固 液 界 面Pa ・・・・・・・・・
 静磁場を生じる加熱装置の電ヵPb ・・・ ・ 静
磁場を生じない加熱装置の電力発明者 鹿 谷 修 松 本 和 久 佐々木 政 美 千 川 圭 吾 特許出願人 住友電気工業株式会社 日本電信電話公社 第9図 第1図 第2図 プ了 第3図 )了 イ 第5図 第6図 第7図 第8図 、、−A0 手続補正書(自発) 昭和60年2月27日 1、事件の表示 特願昭59−25680 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 居 所大阪市東区北浜5丁目15番地 名 称(213)住友電気工業株式会社代表者社長川上
哲部 他1名 4、代 理 人 曇537
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing a temperature change program of the raw material melt when pulling a single crystal using the single crystal manufacturing apparatus of the present invention. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the temperature of the raw material melt. Pa is the raw material melt T. This shows the part of the power supplied from the coiled resistor to maintain the voltage. pb indicates the portion of electric power given from the heating device 6 to provide heat corresponding to the temperature fluctuation. t2 is the shoulder forming temperature t4, and t4 is the straight trunk forming temperature. Figure 3 shows how to prepare a single crystal using the single crystal manufacturing apparatus of the present invention.
A graph showing a temperature change program of the raw material melt during heating. The power of the heating device Pa that generates the vertical static magnetic field decreases with growth. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing only the crucible and single crystal portion of the crystal pulling furnace. FIG. 5 is a sectional view of a known CZ pulling furnace in which a horizontal magnetic field is applied to the raw material melt. FIG. 6 is a sectional view of a known cz furnace in which a vertical magnetic field is generated by an external coil and applied to the raw material melt. FIG. 7 is a perspective view of a known carbon, SiC resistor. FIG. 8 is a perspective view of a coiled resistor used in the present invention. FIG. 9 is a sectional view showing a known example of a vertical magnetic field type CZ furnace using an internal fill. 1 ・・・・・・・・・ Raw material Melt 2 ・・・・
・ ・ Crucible 3 ...... Susceptor 4 ...... Seed Crystal 5 ...... Single crystal 6 ...... Addition Heat device 7...
...... Chamber 8...
・Upper rotation shaft 9 ・・Lower rotation shaft 10 ・・・・・ Coiled resistor 12 ・・・
... Coil 21 ... Notch 22 ... ... Heater 23 ...
...... Coiled resistor power supply 24 ...
...Power source D for the heating device that does not generate a static magnetic field...
・・・・・・Inner diameter of crucible Ho・・・・・・・・・
Crucible height Hl ・・・・・・・・・ Depth of raw material melt K ・・・
・・・・・・ Shoulder part M of single crystal ・・・・・・ Straight body part S of single crystal ・・・・・・
・・・・・・ Solid-liquid interface Pa ・・・・・・・・・
Electric power Pb of a heating device that generates a static magnetic field ... - Electric power of a heating device that does not generate a static magnetic field Inventor Osamu Shikatani Moto Kazu Kusasaki Masaru Michikawa Kei Patent applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd. Nippon Telegraph and Telephone Public corporation Figure 9 Figure 1 Figure 2 (Figure 3) Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8, -A0 Procedural amendment (voluntary) February 27, 1985 1, Incident Patent Application No. 59-25680 3. Relationship with the case of the person making the amendment Patent Applicant Residence 5-15 Kitahama, Higashi-ku, Osaka Name (213) Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Representative President Tetsube Kawakami and one other person 4. Agent Cloud 537

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)加熱装置によって周囲から加熱されたるつぼ2内
の原料融液1に種結晶4を漬は種結晶4を引上げながら
単結晶を成長させる単結晶製造方法に於て、るつぼ2の
周囲に設けたコイル状抵抗体10により結晶融点以下の
一定温度To環境と1000ガウス以上の一定垂直静磁
場を与え、るつぼ2の周囲に設けた静磁場を生じない加
熱装置6によって前記一定温度T。 に重畳して温度制御を行うことを特徴とする単結晶製造
方法。
(1) In a single crystal manufacturing method in which a seed crystal 4 is immersed in a raw material melt 1 in a crucible 2 heated from the surroundings by a heating device, and a single crystal is grown while pulling up the seed crystal 4, the surroundings of the crucible 2 are heated. The provided coiled resistor 10 provides an environment of a constant temperature To below the crystal melting point and a constant vertical static magnetic field of 1000 Gauss or more, and the constant temperature T is maintained by the heating device 6 provided around the crucible 2 that does not generate a static magnetic field. A single crystal manufacturing method characterized by controlling temperature by superimposing the temperature on the
(2)加熱装置によって周囲から加熱されたるつぼ2内
の原料融液1に種結晶4を漬は種結晶4を引上げながら
単結晶を成長させる単結晶製造方法に於て、るつぼ2の
周囲に設けたコイル状抵抗体10により原料融液1のる
つぼ2内の深さHlに関係づけて変化する温度環境と垂
直静磁場を与え、るつぼ2の周囲に設けた静磁場を生じ
ない加熱装置6によって前記温度環境に重畳して温度制
御を行うことを特徴とする単結晶製造方法。
(2) In the single crystal production method in which the seed crystal 4 is immersed in the raw material melt 1 in the crucible 2 heated from the surroundings by a heating device and the single crystal is grown while pulling the seed crystal 4, the surroundings of the crucible 2 are heated. A heating device 6 provided around the crucible 2 that provides a temperature environment and a vertical static magnetic field that change in relation to the depth Hl of the raw material melt 1 in the crucible 2 using the provided coiled resistor 10, and does not generate a static magnetic field provided around the crucible 2. A single crystal manufacturing method characterized in that temperature control is performed superimposed on the temperature environment by:
(3)原料融液1を保持するるつぼ2と、るつぼ2を支
持する下部回転軸9と、種結晶4が下端に取付けられ該
種結晶4を原料融液1につけて引上げることにより単結
晶5を成長させる回転昇降可能な上部回転軸8と、るつ
ぼ2の周囲に設けられ原料融液1の中に垂直静磁場を発
生するコイル状抵抗体10よりなる加熱装置と、るつぼ
2の周囲に設けられ静磁場を発生しない加熱装置6と、
原料融液1、るつぼ2、上、下部回転軸8.9、加熱装
置6及びコイル状抵抗体10とを内部に含むチャンバ7
と、コイル状抵抗体10に電力を供給する電源23と、
静磁場を発生しなし)加熱装置6に電力を供給する電源
24とより構成される事を特徴とする単結晶製造装置。
(3) A crucible 2 that holds the raw material melt 1, a lower rotating shaft 9 that supports the crucible 2, and a seed crystal 4 are attached to the lower end, and by dipping the seed crystal 4 into the raw material melt 1 and pulling it up, a single crystal is produced. an upper rotating shaft 8 that can be rotated up and down to grow 5; a heating device 6 that is provided and does not generate a static magnetic field;
A chamber 7 containing therein a raw material melt 1, a crucible 2, upper and lower rotating shafts 8.9, a heating device 6, and a coiled resistor 10.
and a power source 23 that supplies power to the coiled resistor 10.
A single crystal manufacturing apparatus characterized by comprising a power source 24 that supplies power to a heating device 6 (which does not generate a static magnetic field).
JP2568084A 1984-02-13 1984-02-13 Method and device for producing single crystal Pending JPS60171292A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2568084A JPS60171292A (en) 1984-02-13 1984-02-13 Method and device for producing single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2568084A JPS60171292A (en) 1984-02-13 1984-02-13 Method and device for producing single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60171292A true JPS60171292A (en) 1985-09-04

Family

ID=12172497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2568084A Pending JPS60171292A (en) 1984-02-13 1984-02-13 Method and device for producing single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60171292A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20100045399A (en) Manufacturing method of silicon single crystal
JP6436031B2 (en) Single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method
JPH05194077A (en) Method for manufacture of single crystal silicon rod
JP2007031274A (en) Silicon single crystal ingot and wafer, growing apparatus and method thereof
KR100204522B1 (en) Process and apparatus for growing single crystals
JPS61222984A (en) Unit for single crystal production
US5268063A (en) Method of manufacturing single-crystal silicon
JPS5850953B2 (en) crystal growth method
JP2567539B2 (en) FZ method silicon single crystal ingot growth method and apparatus
JPS60171292A (en) Method and device for producing single crystal
JP7160006B2 (en) Single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method
JP2002104896A (en) Method of growing single crystal and growing device
JP2000044387A (en) Production of silicon single crystal
JP2003277185A (en) Method for growing single crystal
JPH10287488A (en) Pulling up of single crystal
JP3585731B2 (en) Magnetic field application type single crystal manufacturing equipment
TW202100822A (en) Semiconductor crystal growing apparatus
JP2009292684A (en) Silicon single crystal production method and production apparatus therefore
JPS63215587A (en) Production of single crystal
JPS6270286A (en) Apparatus for producting single crystal
JPS6360189A (en) Production of semiconductor single crystal
EP0511663A1 (en) Method of producing silicon single crystal
JPH10167875A (en) Device for producing single crystal
JPH0543377A (en) Method for growing silicon single crystal rod
JP2005306669A (en) Apparatus for pulling up silicon single cryststal and method therefor