JPS6096596A - 単結晶引上げ軸 - Google Patents

単結晶引上げ軸

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JPS6096596A
JPS6096596A JP58203161A JP20316183A JPS6096596A JP S6096596 A JPS6096596 A JP S6096596A JP 58203161 A JP58203161 A JP 58203161A JP 20316183 A JP20316183 A JP 20316183A JP S6096596 A JPS6096596 A JP S6096596A
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JP
Japan
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shaft
single crystal
pulling
tube
heat
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JP58203161A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Kotani
敏弘 小谷
Masami Tatsumi
雅美 龍見
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/90—Apparatus characterized by composition or treatment thereof, e.g. surface finish, surface coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y10T117/1068—Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明ヲ表、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と称す
）又は液体カブ七ルチョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ
法と、称す）により単結＋Ｓｆ＋　ｋ引上げる除、使用
される引上げ軸に曲するものである。
（背景技術） ＣＺ法は、第１図に示すように、原料融液ｌの表面を必
要によりＢ２Ｏ３融液（図示せず）でおあ・い（ＬＥＣ
法の場合）、融液１表１ｈｉＤこ引上げ軸２に取付けた
種結晶３を浸漬し、なじませた後、禅結晶３を回転しな
がら引上げて単結晶４を引」二げる方法である。
一般に、このような単結晶引上げ時の結晶１’Ｊ　Ｗ；
、’Ｓ　ｊ＋ｃは第１図に示すようになっている。融γ
ｄｌの凝固熱Ｑ１および固数界面での凝１１ｊ熱Ｑ２に
よる熱流入と、単結晶４表面からの輻射熱Ｑ３又（Ｊニ
ガス対ｂ１シによる冷却熱量Ｑ４および引上げ軸２を通
しての移動熱徂Ｑ５とのバランスから単結晶４が）成長
する。
結晶欠陥の低減を目的としたゆ、６やかな温度勾配の下
での結晶引上げでは、熱ＱＢ　＋　Ｑ４　＋　０５の熱
移動量が減少するため、結晶径の増大が１シＪ１１とな
り、結晶の大型１ヒが困離となる。
このため、引上げ軸２を強制冷却することにより、熱Ｑ
５を増大させることにより、結晶の大型化を計ることが
提案されている（例、特開昭５５−１５８１９６゜Ｊ、
　Ｃｒｙｓｔ、　Ｇｒｏｗｔｈ　５１．６３５　（１９
８１）、　Ａ、　Ｊ。
５ＩＮＧＨ）。
これらはεｆｆｚ　２図（イ）、（ロ）にし１を示すよ
うな構造のものである。（イ）図に示すものは冷却フィ
ン付き引上げ軸で、引上げ軸５は熱伝導性良好な、例え
ばモリブデンより成り、上部に冷却フィン７を数句けた
ものである。引上げ軸５の下り一にはシードホルダー６
を介して種結晶３が取付けられている。しかしこの引上
げ軸では引上げ軸側面からの熱流入カ太キ＜、シードｍ
ｌ；の冷却効果が小さい。
（ロ）図に示すものは２重管式引上げ軸で、引上げ軸８
は２重量−′より賊り、しｌえは中心管９の上部より冷
却用ガス又は冷却液を導入し、下方より外管１０に入り
、上方に上って排出される。イ■結晶３は（イ）図と同
、’ｖＪｊに取付けられる。しかし単なる２重管方式に
よる冷却式引上げ軸では、ゆるやがな温度勾配全笑現す
る引上げ炉（例えばアフターヒーター等のシ段ヒーター
奮有する引上げ炉）に使用した場合、引上げ軸８全体又
は冷却用のガスもしくは）ａが高温の雰囲気にさらされ
る７こめ、’Ｍ！　結晶３ヶ通しての冷却効果が十分に
得られず、結晶の大型化が困難であることが判明しンこ
。
（発明の開示） 本発明は、上述の問題点を解決する７こめノ戊されたも
ので、内ｌｉｄの引上げ主輔自捧がヒーター等から熱を
父けることを断熱層により防止し、性結晶、引上げ−を
通しての冷却効果が人さく、’ｉ＋ｊにゅるや〃・な温
度勾１ｃの下での単結晶の引上げが’ｊｊ’　ｍ　７，
１：引上げ軸を提供せんとするものである。
本発明は、チョクラルスキー′法により単結晶を引上げ
る引上げ軸にあ・いて、内側の引上げ主軸とその外側の
−「熱層とより成ることｔ行値とする単結ｊＬ引上げ軸
である。
本うしψ」を用いて引上げる早ル＋’ｉ　＋４ｕは、囲
えばＧａＡｓ。
ＧａＰ、　ＩｎＳｂ、　ＩｎＰ、　ＩｎＡｓ等の周ノｉ
＋１律表のｍ−ｖカ入化合物半等体、ｆｙｕえばＺｎＳ
、　Ｚｎ５ｅ、　ＣｄＳ、　ＣｄＳｅ等の１ｌ−Ｖｌ族
化合物、例えばＳｉ、Ｇｅ等の第１Ｖ族半４を体、ｋ化
物、窒化物、硼化物、炭化物などより成るもので、Ｃ２
法又はＬＥＣ法により引上げるものである。
以下、本発明を図面を用いて′−Ａ施ｖｌｌにより最６
明する。第３図は本発明の実施例を示す縦断面画である
。Ｉｇｌにおいて、引上げ軸１０は３重管構造となって
いる。１１は内側の２重管構造より成る強制冷却ｉｉ、
Ｉｉ＋　（引上げ主軸）で、中心管１２と外管１３と より成る。中心管１２硅外管１３は共に熱伝導性の良好
な材ｊ・・Ｆ、闘えばモリブデンより成り、外管１３は
肉厚の管である。冷却用ガス又は冷却液１４は中心管１
２の上方より導入され、下方に下がり、その下１ｑｉｔ
より外管Ｉ３内に入り、外管Ｉ３内金上方に上って上方
より排出されることにより、冷却軸１１を強調的に冷却
する。
最外側には、最外管１５が同心状に配置され、それと内
−ｂｔ＋＋の冷却軸１１の外’Ｑ”　＋　８との間には
、内側に旨熱拐１６が充填され、その外側に輻射シール
ド（ｉ）Ｉ１１白金等）１７が設けられている。最外ｖ
１５は熱伝導率の低い拐料、例えばステンレス銅、セラ
ミックス、肉薄のモリブデン等より成っている。強制冷
却軸１１の下端にはシードホルダー６、種結晶３が取付
けられる。
外側の一１熱拐１６、輻射シールド１７および最外″ｄ
１５より成る断熱層は、強’＋１ｉｉｌ冷却軸■１を外
部雰囲気１８より熱Ｋｌｉするもので、ヒーター苛より
の熱が外部雰囲気１８を通って強ｕ＋：Ｊ冷却＋ｉｑｉ
＋　Ｉ　Ｉにσに人するのを遮断する。こｉ′シにより
冷去１１用ガス又は冷却液による冷却効果が相殺される
ことなく、種結晶３、シードホルダー６を超しての単結
晶の冷却が有効に行なわれる。
従って低温度勾配の下での結晶引上げ時でも、強制冷却
軸（引上げ主軸）ＩＩは高温のタト部ｄメ囲気１８に関
係なく、低温に冷却されるので、柚ｎ、＋’ｉ晶３を通
しての単結晶の冷却が大きくなり、結晶径の増大が容易
と７より、結＝ｊｉの大型化が”Ｉ　ｌｊｌとなる。
この場合、冷却のｆａｔ力は冷却用刀′ス又はト、テ却
液の直置、温度を調整することにより調整がＣきる。
な２、内側の引上げ主軸は図に示すような２７ｉｉ’ｉ
；ｊ’式の強制冷却軸に限定されるものではなく、池の
万代の強制冷却軸（例、ヒートパイプＬｌＰ、通常の俸
状構通のものであっても良く、同様の効果全引上げ１Ｉ
ｑｉＩを＄婦した。
Ａ；引上げ１１も１外側に博黙Ｊ脅のない従来の通常の
棒状乍（・を造のもの（従来例）。
Ｂ；ｊｉｉｊ常の棒状構厄の引上げ軸の外１ｌＩｆｌに
一１熱層を設けたもの（本発明）。
Ｃ：第３図に示すように、２厘管式強ＩＩす冷却１ｉＱ
ｉｌの外ｊａｉｌ　＆こｈｉｒ熱層を設けたもの（本発
明）。
Ａ、Ｈの引上げ軸、Ｃの強制冷却軸はいずれもモリブデ
ン裟の外径２０ｍｒｎのものを用いた。又Ｂ。
Ｃのｉｄｒ　Ｎ’ｒ　１ｙＩとしてジルコニアを、最外
管としてモリブデン又は石火を、Ａ１冷却にガス？ノー
」い７こ。
上述の引上げ：＋；ｊｉをそれぞれ一体１ＬｌｊＡ度プ
ロファイル？−ぼする縦型管状炉に挿入し、１２０分間
加熱後、引上げＩＩＩＩＩＩ各魚の温度分１１１を測定
した結果はｍ１４ト１ｔこ示す通りである。炉の温度は
引上げ軸下ＮＩＦｊが刺８００℃に＞（７）−１）％に
温度１ｉ１１御した。
ここで、結晶成長に寄与する引上げ輔を通しての熱移動
量（６ｉ’！　１図に示すＱ５）は引上げ軸下端での可
の値ｔよ、従来例のＡで＋５℃／’　ＣＩｌ＋　＋　４
−発明的のＺ Ｂで一り℃／ｃａｒ、Ｃで一り３℃／ｃ＋ｎ＜ガスｂ：
Ｃ量ｌＯ１／分）であり、本発明に上る効果が大きいこ
とが分つ／こ。
（発明の効果） 上述のように横Ｊｆｊ、された本発明の単結晶引上げｌ
ｉｌは次のような効果がある。
Ｕ）引上げ届が内−１１１１１の引上げ主軸とそり外ｉ
Ｉｉ！ｌのＩす１熱層とより成るため、断熱層が引上げ
主＋１４１を外部雰囲気より熱遮断することにより、引
上げ−１１１」体がヒータ等から受ける熱流入を防止し
、引」二げ主軸による冷却効果が相殺されることなく、
種結晶を辿しての冷却が有効に行なわれる。
従っ゛Ｃ低温反勾−〇下での結晶引上げ−Ｃも、梱結０
、−を通しての冷却が大きくなり、帖晶径の増大が容易
となり、低転位単結晶の大型化が可口しとなる。
（ロ）引上げ主軸として２重・ｉ′溝造のシ虫１ｉｉＩ
Ｊ蹟ム１１軸を用いると、ｉｔ熱層により冷却用ガス又
Ｖよ冷却液による冷却効果が、ヒーター等から受ける熱
梳入に相殺されることなく、種結晶を超しての単結晶の
冷却効果が人で、より太ビな幼果が、爵られる。
この砺６、冷却用ガス又は冷却液の匝亜調整により冷却
効果を調整できる。
４．１面の１ぼり単を説明 第１図は単結晶引上げ時の結晶内熱δ１ｔの圀を示す縦
−ｒ面図である。
第２図（イ）あ・よび（ロノはそれ一ビれ従来の引上げ
軸の例を示す叔ｌＩｉ「ｉｒ＋自ｚｌである。
第３図は本発明の実ｈＩｉ１列全示す縦Ｈｊ血図である
。
ｌ　原料を族献、２，５．８・・・引上げ’＋４ｈｘ　
３　１棟結晶、４　単結晶、６　・シードホルダー、７
　冷却フィン、９，１２　中心管、１０．１３−外管、
１１・・Ｊ虫制冷却軸（引上げ主軸）、１５　最外管、
１６−・萌熱旬、１７・・・輻射シールド、Ｉ８・外部
雰囲気。
第１ロ ア？２図 （イ）　（ロ） 左４図 ４１上プ紳ナリイ工Ｊｊ（ｍｍ）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）チョクラルスキー法により単結晶を引上げる引上
    げ軸において、内側の引上げ主軸とその外側のＷ１熱層
    とより成ることを特徴とする単結晶引上げ軸。 （２）引上げ主軸が、棒状構造のもの、又は２重管構造
    の強制冷却軸より成る特許請求の範囲第１項記載の単結
    晶引上げ軸。 （ａ）　２　Ｍ管が、管拐料がモリブデンである特許請
    求の範囲第２項記載の単結晶引上げ軸。 （４）断熱層が、内側の断熱層と、外側のステンレス鋼
    管又はモリブデン管を具掘する特許請求の範囲第１項、
    第２項又は第３項記載の単結晶引上げ軸。
JP58203161A 1983-10-28 1983-10-28 単結晶引上げ軸 Pending JPS6096596A (ja)

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US06/618,158 US4613486A (en) 1983-10-28 1984-06-07 Semiconductor boule pulling rod
EP84108743A EP0144512B1 (en) 1983-10-28 1984-07-24 Semiconductor boule pulling rod
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