JPS62278190A - Production of single crystal - Google Patents

Production of single crystal

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Publication number
JPS62278190A
JPS62278190A JP11994586A JP11994586A JPS62278190A JP S62278190 A JPS62278190 A JP S62278190A JP 11994586 A JP11994586 A JP 11994586A JP 11994586 A JP11994586 A JP 11994586A JP S62278190 A JPS62278190 A JP S62278190A
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JP
Japan
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lower shaft
single crystal
crystal
speed
shaft
Prior art date
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Application number
JP11994586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Nakagawa
中川 正広
Koji Tada
多田 紘二
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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Abstract

PURPOSE:To keep the liquid level in a crucible in the pulling up of a single crystal using CZ process, by continuously measuring the weight of the single crystal and lifting a lower shaft at a rate calculated from the weight data according to a specific formula or by lowering the temperature distribution according to a calculated rate. CONSTITUTION:A seed crystal 12 attached to the lower end of an upper shaft 11 is immersed in a molten raw material 10 in a crucible 9 and the shaft is pulled up under rotation to enable the pulling-up of a single crystal 2. In the above process, the first differential coefficient dW/dt and the second differential coefficient d<2>W/dt<2> of the weight W of the single crystal are calculated by a computer 5 and the constants a, b and c of the formula are determined under the condition that the height of the surface of the molten raw material 10 in the crucible 9 is invariable when the lifting speed V of the lower shaft 6 is the speed calculated by the formula. The lifting speed of the lower shaft 6 is determined from the continuously measured data of the weight W of the crystal using the constants determined above and the lower shaft 6 is lifted at the speed V. As an alternative method, the height of the lower shaft 6 is maintained at a constant level and the temperature distribution is lowered at a speed V to obtain the objective single crystal.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 (刀技術分野 この発明は、GaA、s、 B50(Bi、2SiOz
o)、Si、 CdTeなどの単結晶の製造方法に関す
る。
[Detailed description of the invention] 3. Detailed description of the invention (sword technical field)
o), Si, CdTe, etc. single crystal manufacturing method.

単結晶を製造する方法のひとつに引上げ法がある。これ
はチョクラルスキー法(CZ)、液体カプセル法(LE
C)などがある。
One of the methods for producing single crystals is the pulling method. This is the Czochralski method (CZ), the liquid capsule method (LE)
C) etc.

引上げ装置は、るつぼを支持する下軸、種結晶を垂下す
る上軸、るつぼを加熱するためのヒーター、どれらの機
構を囲む耐圧容器、引上げ状悪を観察するための容器壁
に設けたのぞき窓などがある。
The pulling device consists of a lower shaft that supports the crucible, an upper shaft that hangs the seed crystal, a heater that heats the crucible, a pressure-resistant container that surrounds each mechanism, and a peephole installed on the wall of the container to observe the pulling condition. There are windows etc.

るつぼの温度やヒータの温度を検出するためには、熱電
対が設けられている。
A thermocouple is provided to detect the temperature of the crucible and the temperature of the heater.

上軸は回転昇降自在である。上軸の上端には回転機構、
昇降機構が設けられている。また上軸の上端にはロード
セルなど、荷重を測定する装置がある。これにより、上
軸下端に付いている結晶の重量をモニタすることができ
る。
The upper shaft can be rotated up and down. At the top of the upper shaft is a rotating mechanism,
A lifting mechanism is provided. There is also a device for measuring load, such as a load cell, at the upper end of the upper shaft. This allows the weight of the crystal attached to the lower end of the upper axis to be monitored.

(イ)従来技術 るつぼ近傍の温度分布はヒーターによって与えられる。(b) Conventional technology The temperature distribution near the crucible is provided by a heater.

ヒーターの位置は変わらない。The position of the heater remains unchanged.

結晶成長とともにるつぼ内の原料融液が減少してゆく。As the crystal grows, the raw material melt in the crucible decreases.

るつぼの液面の高さがるつぼに対して低下してゆく。液
面の温度は一定でなければならない。これは固体と液体
の界面の温度が、その物質の融点でなければならないか
らである。
The height of the liquid level in the crucible decreases relative to the crucible. The temperature of the liquid surface must be constant. This is because the temperature at the interface between solid and liquid must be the melting point of the substance.

そこで、多くの場合、液面の低下分を補うため、低下分
に等しい量だけ下軸を上昇させてゆく。
Therefore, in many cases, in order to compensate for the drop in the liquid level, the lower shaft is raised by an amount equal to the drop.

下軸の上には、直接に、或はサセプタを介して、るつぼ
が固定されているから、下軸を上げると液面も同じたけ
上る。
Since the crucible is fixed directly above the lower shaft or via a susceptor, when the lower shaft is raised, the liquid level also rises.

また、下軸は上昇させないで、ヒーターの出力を変動さ
せて、液面降下にあわせて、温度分布を下げてゆくよっ
てする事もある。
Alternatively, the lower shaft may not be raised, but the output of the heater may be varied to lower the temperature distribution as the liquid level falls.

さて、もとに戻って、液面の高さを不変にするため、下
軸を上昇させる方法について考える。
Now, let's go back to the beginning and think about how to raise the lower axis in order to keep the liquid level unchanged.

測定されているものは、上軸全体の重量である。What is being measured is the weight of the entire upper shaft.

これは、結晶重量と上軸の重量を加えたものである。上
軸重量は一定であるから、ロードセルで測定しているも
のは結晶重量である、という事ができる。
This is the sum of the crystal weight and the upper axis weight. Since the upper axis weight is constant, it can be said that what is being measured by the load cell is the crystal weight.

結晶重量の単位時間あたりの増加量をdW/dtとする
。ロードセルによって測定した重量をL1上軸の重量を
Mとすると、結晶の重量をWとして、L = M + 
w            (1)dL     dW −= −(2) dt     dt が成立する。つまり、結晶重量増加は、ロードセルなど
の荷重測定装置によって検出できる。
The amount of increase in crystal weight per unit time is defined as dW/dt. If the weight measured by the load cell is M, the weight of the upper axis of L1, and the weight of the crystal is W, then L = M +
w (1) dL dW −= −(2) dt dt holds true. That is, an increase in crystal weight can be detected by a load measuring device such as a load cell.

るつぼの内半径をa、るつぼに於ける融液の液面の高さ
をH1融液の密度をρとする。液面の減少速度が−dH
/dtによって与えられる。結晶重量の増加dW/dt
は、 によって現わされる。
The inner radius of the crucible is a, the height of the melt level in the crucible is H1, and the density of the melt is ρ. The rate of decrease in liquid level is -dH
/dt. Increase in crystal weight dW/dt
is expressed by .

下軸の上昇速度をV、上軸の上昇速度をUとする。Let V be the rising speed of the lower axis, and U be the rising speed of the upper axis.

下軸の上昇速度Vが、液面の下降に等しいという条件は
、結局、 という事であるが、(3)、(4)から、という事でら
る。
The condition that the rising speed V of the lower axis is equal to the falling of the liquid level is, after all, as follows from (3) and (4).

望ましい結晶成長速度をqとすると、上軸速度Uは、 U = Q            (6)となる。こ
れは液面が上下に動かないからである。
When the desired crystal growth rate is q, the upper axis speed U is as follows: U = Q (6). This is because the liquid level does not move up and down.

また、下軸を上昇させない場合(V=O)は、上軸速度
Uは(Q、−’/)となる。ここでVは(5)式の値で
ある。
Furthermore, when the lower shaft is not raised (V=O), the upper shaft speed U becomes (Q, -'/). Here, V is the value of equation (5).

(り)解決しようとする問題点 (5)式によって、下軸の上昇速度を決定すると、平均
的には、液面が一定の位置に保たれる。従って、結晶成
長が安定しており、dW/dtが一定であれば(5)式
の決定法は十分満足できるものである。
(i) Problem to be solved If the rising speed of the lower shaft is determined by equation (5), the liquid level will be maintained at a constant position on average. Therefore, if the crystal growth is stable and dW/dt is constant, the method for determining equation (5) is fully satisfactory.

しかし、実際の結晶成長にあてはめる場合は、次のよう
な問題点がある。
However, when applied to actual crystal growth, there are the following problems.

dW/dtは、その時刻の直前の重量増加率である。dW/dt is the weight increase rate immediately before that time.

■は、その時刻より後の下軸上昇速度である。時間的に
同一でないので、dW/dtの変化が速い時、(5)式
のようにVを決めても液面が変動してしまう。
(2) is the lower axis rising speed after that time. Since they are not the same over time, when dW/dt changes quickly, the liquid level will fluctuate even if V is determined as in equation (5).

dW/diの変化が速い時は、測定系の時間遅れや、下
軸の駆動系に時間遅れがあるので、上昇速度■が正しく
追随できない、という事がある。
When the change in dW/di is fast, there is a time delay in the measurement system and the drive system of the lower shaft, so the rising speed (2) may not be able to follow correctly.

もうひとつはオフセットとでも呼ぶべき問題がある。通
常のサーボ系とは異なる問題がある。通常のサーボ系で
は、位置を制御し、又は速度を制御するが、位置、又は
速度について目標値が設定される。目標値とは別に、現
在の位置又は速度を測定する手段がある。そして現在値
と目標値の差を少なくする方向へ対象物を駆動する。
Another problem is what could be called an offset. There are different problems than normal servo systems. In a normal servo system, position or speed is controlled, and a target value is set for the position or speed. Apart from the target value, there is a means for measuring the current position or speed. The object is then driven in a direction that reduces the difference between the current value and the target value.

このよう【通常のサーボ系では、目標値が明確に与えら
れる。これは、どのようなサーボ系でも一般に前提され
ていることである。
In this way, [in a normal servo system, the target value is clearly given. This is a general assumption for any servo system.

しかし、引上げ法に於ける下軸の上昇運動について、こ
れは成りたたない。下軸の高さや上昇速度の現在値は明
確に測定できる。
However, this does not hold true for the upward movement of the lower shaft in the pulling method. The current value of the height and rate of rise of the lower axis can be clearly measured.

しかし、よく考えてみれば、目標値は明白でない0 (5)式に於て、右辺の値が目標値である。これは明白
な事である。しかし、その実際の値は決して明白である
わけではない。
However, if you think about it carefully, the target value is not obvious. In equation (5), the value on the right side is the target value. This is obvious. However, its actual value is by no means obvious.

容易に気付く事ではないが、密度ρ、るつぼ内径R、ロ
ードセルの精度Wについて必ず誤差がある。速度をその
ままの形で測定しているならオフセットは存在しえない
。しかし、(5)式の意味するところは、右辺の値に、
■を設定せよ、という事であり、右辺は速度そのもので
はない。ここに、オフセットが生ずる余地がある。
Although it is not easy to notice, there are always errors in the density ρ, crucible inner diameter R, and load cell precision W. If velocity is measured in its raw form, there can be no offset. However, the meaning of equation (5) is that the value on the right side is
The right side is not the speed itself. There is room for offset to occur here.

オフセントの影響は、最初の内は殆んど無視できる。The effect of offset can be almost ignored at first.

しかし、オフセントは時間とともに蓄積される。However, offcents accumulate over time.

このため、結晶成長が進行するとともに大きい影響をも
ってくる。これは、目逃されがちな問題であるが、時に
深刻な難点をひき起す。
Therefore, as the crystal growth progresses, it has a large influence. This is a problem that is often overlooked, but it can sometimes cause serious difficulties.

ρ、R%dW/dtについて、オフセットδρ、δR1
δ(dW/dt)があるとする。つまり、たとえばHに
ついて、真の値をR1既知の値(計算に使う値)をRo
とし、R=: Rつ+δRという:5な関係がぁSとす
る。
For ρ, R%dW/dt, offset δρ, δR1
Suppose there is δ(dW/dt). In other words, for example, for H, the true value is R1, the known value (value used for calculation) is Ro
Suppose that there is a :5 relationship called R = : R + δR.

すると(5)式のかわりに、正確には が、■に装置されるべきである。(・)。は計算に使わ
れている既知の量である。
Then, instead of equation (5), exactly should be replaced by (2). (・). is a known quantity used in the calculation.

(7)式のカッコの中の1以外の値がオフセント分を表
わしている。
A value other than 1 in the parentheses of equation (7) represents the offset.

しかし、この内、融液密度ρ、るつぼ内径Rについては
、測定しやすい・量であるので、誤差を0に近づけるこ
とができる。
However, among these, the melt density ρ and the crucible inner diameter R are easy to measure quantities, so the error can be brought close to zero.

上軸にかかる重量L=M+Wについては、コードセルの
校正を厳密に行なっても、誤差があり、これはOKでき
ない事が多い。
Regarding the weight L=M+W applied to the upper axis, even if the code cell is calibrated strictly, there will be an error, and this will often not be OK.

オフセット分をβと書くと、正の重量Wと、ロードセル
などの示度Wとには W=(1+β) w         (8)の遣いが
ある。そうすると、(7)式のカッコの中はほぼ(1−
β)になり、オフセットがある。
If the offset is written as β, there is a difference between a positive weight W and a reading W of a load cell, etc., as follows: W=(1+β) w (8). Then, the inside of the parentheses in equation (7) is approximately (1-
β), and there is an offset.

これらすべてを含めてオフセットを考える。Consider the offset including all of these.

オフセット分は未知の量である。The offset is an unknown amount.

未知の量であるが定数である。Although it is an unknown quantity, it is a constant.

そこで、オフセット分をFと書くことにする。Therefore, we will write the offset amount as F.

これは速度のディメンジョンを持つ定数である。This is a constant with the dimension of speed.

正しくは とするべきである。ところがオフセットFの量がわから
ないし、オフセントがあるという事も分らない。またオ
フセットの存在の可能性にも気付いていないので、(5
)式を使う。■は正しい下軸上昇速度である。
The correct answer should be . However, I don't know the amount of offset F, and I don't know that there is an offset. Also, since I am not aware of the possibility of the existence of an offset, (5
) expression. ■ is the correct lower axis rising speed.

(9)式の(・・・)。は計算値である。(5)式に(
・・)0を付けてはいないが、これも同じく計算値であ
る。
(9) (...) of equation. is a calculated value. In equation (5), (
) Although 0 is not added, this is also a calculated value.

同じものである。It's the same thing.

るつぼの位置は、(5)式のVを積分したものである。The position of the crucible is determined by integrating V in equation (5).

るつぼが上昇しても、液面が一定であるためには、(8
)式の■で上昇させなければならない。VとVに一定差
があるから、液面の高さPが一定でない。
In order for the liquid level to remain constant even if the crucible rises, (8
) must be increased by ■ in the equation. Since there is a certain difference between V and V, the height P of the liquid level is not constant.

PのオフセントをΔPとかくと、 Δp:(V−y)t これは液面のゆっくりした変動を表わす。If we write the offset of P as ΔP, we get Δp: (V-y)t This represents a slow fluctuation in the liquid level.

先に述べたものは速い変動で、これは遅い変動である。The previous one is a fast variation and this one is a slow variation.

液面が変動すると、結晶の成長速度が変動する。As the liquid level changes, the crystal growth rate changes.

例えば、IC基板用のGaAs単結晶の製造にこの方法
を適用すると、期待どおりの低転位密度の結晶が得られ
ない。
For example, when this method is applied to the production of GaAs single crystals for IC substrates, crystals with the expected low dislocation density cannot be obtained.

また、セル成長開始の原因となったりする。It may also cause cell growth to begin.

このため、歩留りよく、単結晶成長を行なう事ができな
い。
For this reason, single crystal growth cannot be performed with good yield.

下軸を上昇させず、上軸速度Uを変更する場合であって
も同様な問題点があった。
Similar problems occur even when the upper shaft speed U is changed without raising the lower shaft.

に)発明の構成 最初に述べたものは、測定系、駆動系の遅れによるもの
である。遅れが、ひとつの遅延時間τで表わされるもの
とする。
B) Structure of the Invention The first problem is due to delays in the measurement system and drive system. Assume that the delay is represented by one delay time τ.

(5)式の左辺は現在の制御値であってv(t)と書け
る。
The left side of equation (5) is the current control value and can be written as v(t).

(5)式の右辺は、現在値ではなく、τだけ過去の値を
、現在値としている。理想的には現在のCdW/dt)
の値を代入すべきである。しかしこの値は分らない。こ
の値は、系にτの遅れがあることから、τ秒後の将来の
値dW/dtなのである。
The right side of equation (5) is not the current value, but the past value by τ is set as the current value. Ideally current CdW/dt)
should be assigned the value of But I don't know this value. Since there is a delay of τ in the system, this value is the future value dW/dt after τ seconds.

テーラ展開して、(t+τ)の値を予測すると、という
事になる。つまり(5)式の右辺のかわりに(11)式
を(dW/dt)とすれば、時間遅れの問題が克服され
る事になる。
The value of (t+τ) can be predicted by Taylor expansion. In other words, by using equation (11) as (dW/dt) instead of the right side of equation (5), the time delay problem can be overcome.

次にオフセットの問題であるが、(9)式に於て、オフ
セラ)Fが予め分ればよいが、これは分らないQ そこでオフセットをできるだけ抑制するための下軸上昇
速度をで表わし、これが結晶重量Wに比例する部分を持
つものとする。(9)式のかわりにとする。液面の高さ
Pの差をδPとかくと、α0のかわりに によって計算される。
Next, regarding the issue of offset, in equation (9), it is sufficient to know offset (F) in advance, but this is not known. It shall have a portion proportional to the crystal weight W. Instead of equation (9). If the difference in height P of the liquid level is written as δP, it is calculated by instead of α0.

1=0から引上げをはじめてt=Tで終了したとする。Assume that the pulling starts from 1=0 and ends at t=T.

そして、O<t3<Tとなる、結晶引上げの途中の時間
に於て、液面の高さPの差δPがOになるように決めた
いと仮定する。t=(3での結晶重量をW3、t=’T
での結晶重量をWtとする。
Assume that it is desired to determine the difference δP in the liquid level height P to be O at a time during crystal pulling where O<t3<T. t=(crystal weight at 3 is W3, t='T
Let Wt be the crystal weight at .

を得る。get.

(11)式及び(12)式から、(5)式のかわりとし
て、によって、下軸上昇速度を計算すると、るつぼ内の
液面高さPの変動を抑制できる、という事が分る。
From equations (11) and (12), it can be seen that if the lower axis rising speed is calculated using equation (5) instead of equation (5), it is possible to suppress fluctuations in the liquid level height P in the crucible.

しかし、τ、γは直接に測定可能な値ではない。However, τ and γ are not directly measurable values.

むしろ、τ、γは、実際に液面高さPを不変とする条件
から、実験を重ねて求める、という方が現実的である。
Rather, it is more realistic to find τ and γ through repeated experiments under the condition that the liquid level height P remains unchanged.

(16)式右辺に於て、第2項、第3項は第1項に比べ
て小さい値である。第2項は、測定系、駆動系の時定数
τの方が、結晶成長速度dW/dtの変化の時定数より
小さい事から明らかである。
In the right side of equation (16), the second and third terms are smaller values than the first term. The second term is clear from the fact that the time constant τ of the measurement system and drive system is smaller than the time constant of the change in the crystal growth rate dW/dt.

そこで、一般に、下軸上昇速度を、引上げられた結晶重
量Wの函数として、 によって与える事にする。
Therefore, in general, the lower axis rising speed is given as a function of the lifted crystal weight W by the following equation.

これが本発明の方法である。ただし、aは、1/πρR
2であるか、又は、これに近い値である。
This is the method of the invention. However, a is 1/πρR
2 or a value close to this.

b、cの選びかたによりaは、この値から少しずらすこ
ともできる。
Depending on how b and c are selected, a can be slightly shifted from this value.

以上説明したものは、下軸を上昇させて、液面の高さを
一定としたものである。
In the device described above, the lower shaft is raised to keep the liquid level constant.

先に述べたように、ヒーターの作る温度分布を下降させ
る事ができる場合は、下軸を上昇させず(V=O)、上
軸速度Uを、 とする。Qは結晶成長速度である。
As mentioned above, if the temperature distribution created by the heater can be lowered, the lower shaft is not raised (V=O) and the upper shaft speed U is set as follows. Q is the crystal growth rate.

本発明の単結晶製造方法は、以上に述べたとおりである
The single crystal manufacturing method of the present invention is as described above.

この方法を実行するための単結晶製造装置を第1図によ
って説明する。
A single crystal manufacturing apparatus for carrying out this method will be explained with reference to FIG.

これは、公知の装置である。This is a known device.

耐圧容器1の中には、回転昇降自在の下軸6と、上軸1
1が、下方及び上方から設けられている。
Inside the pressure vessel 1, there is a lower shaft 6 that can be rotated up and down, and an upper shaft 1.
1 are provided from below and above.

下軸6の上にはるつぼ9が設置されている。上軸11の
下端には単結晶2が取付けられている。
A crucible 9 is installed on the lower shaft 6. A single crystal 2 is attached to the lower end of the upper shaft 11.

上軸11の上端には重量センサ3があって、結晶の重量
Wを測定している。
A weight sensor 3 is provided at the upper end of the upper shaft 11 to measure the weight W of the crystal.

重量センサ3ではアナログ量として重量Wが検呂される
。A/Dコンバータ4は、これをディジタル呟に変換す
る。テイジタル値となった重量Wの値はコンピュータ5
へ送られる。
The weight sensor 3 detects the weight W as an analog quantity. The A/D converter 4 converts this into a digital signal. The value of weight W, which has become a digital value, is calculated by computer 5.
sent to.

るつぼ9の中には原料融液10が収容されている。るつ
ぼ9の周囲に設けられたヒーター8により、原料融液1
0が加熱される。
A raw material melt 10 is contained in the crucible 9 . The raw material melt 1 is heated by the heater 8 provided around the crucible 9.
0 is heated.

原料融液10の中へ、上軸11の下端につけた種結晶を
漬ける。これを回転させながら引上げると、単結晶2が
種結晶12に続いて引上げられる。
A seed crystal attached to the lower end of the upper shaft 11 is dipped into the raw material melt 10. When this is pulled up while rotating, the single crystal 2 is pulled up following the seed crystal 12.

単結晶2が上がってゆくと、原料融液10が減少してゆ
くので、下軸を回転させながら、ゆっくりと上昇させて
ゆく。上軸の引上速度は結晶成長の速度にほぼ等しい。
As the single crystal 2 rises, the raw material melt 10 decreases, so it is slowly raised while rotating the lower shaft. The pulling speed on the upper axis is approximately equal to the crystal growth speed.

これはチョクラルスキー炉である。GaAsなどの化合
物半導体を弓1上げる場合は、るつぼ9に、B2O3の
液体カプセルを入れて、N2ガスで高圧を加える。
This is a Czochralski furnace. When raising a compound semiconductor such as GaAs, a liquid capsule of B2O3 is placed in a crucible 9 and high pressure is applied with N2 gas.

さて、コンピュータ5ば、A/Dコンバータがら入力さ
れたWの値から、1階微分dW/dt、 2階微分d2
s/dt2を計算する。
Now, the computer 5 calculates the first differential dW/dt and the second differential d2 from the value of W input from the A/D converter.
Calculate s/dt2.

そして(17)式に従い、下軸の上昇速度V或は上軸の
上昇速度Uを計算する((18)式)。
Then, according to equation (17), the rising speed V of the lower shaft or the rising speed U of the upper shaft is calculated (formula (18)).

下軸6の下端には下軸駆動部7があって、下軸を回転さ
せ、また計算値Vに従い、下軸を上昇させる。
A lower shaft drive unit 7 is provided at the lower end of the lower shaft 6, which rotates the lower shaft and raises the lower shaft according to the calculated value V.

(4)効 果 結晶成長の速度dW/dtの測定に遅れがあっても、本
発明によれば、るつぼ内の液面を一定に保つことができ
る。このため成長速度dW/dtを一定て保つことがで
きる。
(4) Effect Even if there is a delay in measuring the crystal growth rate dW/dt, according to the present invention, the liquid level in the crucible can be kept constant. Therefore, the growth rate dW/dt can be kept constant.

また、結晶成長速度dW/dtの測定に定常的な誤差が
あっても、この影響を除去し、成長速度の定常性を保つ
ことができる。
Furthermore, even if there is a steady error in the measurement of the crystal growth rate dW/dt, this influence can be removed and the constancy of the growth rate can be maintained.

このため、低転位密度の単結晶を引上げることができる
。またセル成長を防ぐことができる。
Therefore, a single crystal with a low dislocation density can be pulled. It can also prevent cell growth.

(A実施例 Inを3,000 wtppm添加したGaAs単結晶
をLEC法によって成長させた。
(Example A A GaAs single crystal to which 3,000 wtppm of In was added was grown by the LEC method.

融液上部表面の位置の測定は困鷺てらるので、製造した
単結晶のセル成長歩留まりによって本発明の利点をのべ
る。
Since it is difficult to measure the position of the upper surface of the melt, the advantages of the present invention will be explained by the cell growth yield of the produced single crystal.

6kgの多結晶原料GaAsにInを添加し、3インチ
径のGaAs単結晶を成長させた。
In was added to 6 kg of polycrystalline raw material GaAs to grow a GaAs single crystal with a diameter of 3 inches.

結晶Aは従来の方法で引上げた。Crystal A was pulled using conventional methods.

結晶Bは本発明に従い、下軸を上昇させながら液面が一
定高さになるように制御した。
According to the present invention, crystal B was controlled so that the liquid level was kept at a constant height while raising the lower axis.

結晶A、Bともに重量は5.0kgであった。Both crystals A and B weighed 5.0 kg.

′両結晶A、Bを引上げ軸を含む面でスライスし、X線
トポグラフによって、結晶を撮影した。
'Both crystals A and B were sliced along the plane containing the pulling axis, and the crystals were photographed using an X-ray topography.

結晶Aでは固化率が0.53のところからセル成長が開
始していた。
In crystal A, cell growth started at a solidification rate of 0.53.

結晶Bでは固化率が0.76のところからセル校長が開
始していた。本発明のものの方がセル成長の開始が遅い
という事が分る。
For Crystal B, Principal Cell started at a solidification rate of 0.76. It can be seen that cell growth starts later in the case of the invention.

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

第1図は本発明の単結晶製造方法を実行するための単結
晶引上装置の略縦断面図。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a single crystal pulling apparatus for carrying out the single crystal manufacturing method of the present invention.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)耐圧容器1と、耐圧容器1の中に上方から設けら
れた回転昇降自在の上軸11と、耐圧容器1の中に下方
から設けられた回転昇降自在の下軸6と、上軸11の上
端に設けられた重量センサ3と、下軸6の下端に設けら
れた下軸を回転昇降するための下軸駆動部7と、下軸6
の上端に取付けられ原料融液10を収容すべきるつぼ9
と、るつぼ9の周囲に設けられて、原料融液10を加熱
するヒータ8と、重量センサ3で測定された結晶重量値
Wをディジタル値に変換するA/Dコンバータ4と、結
晶重量値Wを入力し下軸6、又は上軸11の昇降速度を
計算し、下軸駆動部7は、或は上軸駆動部へ昇降指令を
出力するコンピュータ5を含む装置を用い、るつぼ内の
原料融液9の中に、上軸11の下端に取付けた種結晶1
2を漬け、回転しながら引上げる事によつて、単結晶を
引上げ、重量センサで測定された単結晶の重量値Wに基
づいてるつぼ内に於ける原料融液の液面の減少を計算し
、液面が一定高さになるよう下軸6を上昇させるか、或
は下軸6を上昇させず温度分布を下降させるようにした
単結晶製造方法に於て、コンピュータ5が、結晶重量W
の1階微分dW/dt、2階微分d^2W/dt^2を
計算し、下軸6の上昇速度Vが V=a(dW)/dt+bW+c(d^2W)/dt^
2である時にるつぼ内の原料融液面の高さPが不変であ
るという条件を課して、a、b、cの定数を定め、これ
らの定数を使つて、結晶重量Wの連続的な測定値から下
軸6の上昇速度Vを決め下軸をVで上昇させるか、又は
下軸6の高さを一定とし温度分布をVの速さで下降させ
るようにした事を特徴とする単結晶製造方法。
(1) A pressure vessel 1, an upper shaft 11 provided in the pressure vessel 1 from above and capable of rotating up and down, a lower shaft 6 provided in the pressure vessel 1 from below and capable of rotating up and down, and an upper shaft. a weight sensor 3 provided at the upper end of the lower shaft 6;
A crucible 9 that is attached to the upper end and should contain the raw material melt 10
, a heater 8 provided around the crucible 9 to heat the raw material melt 10, an A/D converter 4 that converts the crystal weight value W measured by the weight sensor 3 into a digital value, and a crystal weight value W. The lower shaft drive section 7 calculates the vertical speed of the lower shaft 6 or the upper shaft 11 by inputting Seed crystal 1 attached to the lower end of upper shaft 11 in liquid 9
2, and then pull up the single crystal by pulling it up while rotating, and calculate the decrease in the liquid level of the raw material melt in the crucible based on the weight value W of the single crystal measured by the weight sensor. In a single crystal manufacturing method in which the lower shaft 6 is raised so that the liquid level becomes a constant height, or the lower shaft 6 is not raised and the temperature distribution is lowered, the computer 5 calculates the crystal weight W.
Calculate the first differential dW/dt and second differential d^2W/dt^2, and the rising speed V of the lower axis 6 is V=a(dW)/dt+bW+c(d^2W)/dt^
2, the height P of the raw material melt surface in the crucible remains unchanged, determine the constants a, b, and c, and use these constants to calculate the continuous value of the crystal weight W. The unit is characterized in that the rising speed V of the lower shaft 6 is determined from the measured value and the lower shaft is raised at a rate of V, or the height of the lower shaft 6 is kept constant and the temperature distribution is lowered at a speed of V. Crystal manufacturing method.
(2)融液の密度をρ、るつぼの内径をRとし、a=1
/πρR^2とした事を特徴とする特許請求の範囲第(
1)項記載の単結晶製造方法。
(2) The density of the melt is ρ, the inner diameter of the crucible is R, and a=1
/πρR^2
1) Single crystal production method described in section 1).
(3)下軸6を速度Vで上昇させ、上軸11を成長速度
Qに等しい速度で上昇させる事を特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載の単結晶製造方法。
(3) The method for producing a single crystal according to claim (1), characterized in that the lower shaft 6 is raised at a speed V, and the upper shaft 11 is raised at a speed equal to the growth rate Q.
(4)下軸6を昇降させず、速度Vで温度分布を下げ、
上軸11は成長速度QからVを差引いた(Q−V)の速
度で上昇させる事を特徴とする特許請求の範囲第(1)
項記載の単結晶製造方法。
(4) Lower the temperature distribution at speed V without raising or lowering the lower shaft 6,
Claim (1) characterized in that the upper axis 11 is increased at a rate of growth rate Q minus V (Q-V).
Single crystal production method described in Section 1.
JP11994586A 1986-05-23 1986-05-23 Production of single crystal Pending JPS62278190A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0498653A2 (en) * 1991-02-08 1992-08-12 Shin-Etsu Handotai Company Limited A method for measuring the diameter of single crystal ingot
CN106757316A (en) * 2017-04-07 2017-05-31 天通吉成机器技术有限公司 A kind of single crystal growing furnace

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