JPS6246991A - 単結晶成長装置の融液対流制御法 - Google Patents

単結晶成長装置の融液対流制御法

Info

Publication number
JPS6246991A
JPS6246991A JP18172085A JP18172085A JPS6246991A JP S6246991 A JPS6246991 A JP S6246991A JP 18172085 A JP18172085 A JP 18172085A JP 18172085 A JP18172085 A JP 18172085A JP S6246991 A JPS6246991 A JP S6246991A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
melt
temp
low
beams
lump
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
JP18172085A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisashi Nakayama
中山 恒
Hitomi Masaki
正木 ひとみ
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP18172085A priority Critical patent/JPS6246991A/ja
Priority to DE19863627215 priority patent/DE3627215A1/de
Publication of JPS6246991A publication Critical patent/JPS6246991A/ja
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
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305Stirring of the melt

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

(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】 〔発明の利用分野〕 本発明はシリコン、ガリウム砒素化合物、など半導体の
単結晶、あるいはB14GesOuなど酸化物の単結晶
を成長させる装置に係り、特に結晶欠陥が少ない高品質
単結晶の生産に適する。
〔発明の背景〕
従来の装置は、結晶の品質に重要な影響を及ぼす融液の
温度変動を抑制するだめの積極的な対策を施していない
か、あるいは磁場を印加することにより融液の対流を抑
制する方法がとられていた。
しかし、後者のごとく積極的な抑制策を講じたものでも
、温度変動の発生機構についての考察が欠けており専ら
経験に頼っているため、磁場印加に要する電力消費が膨
大になる装置の占有空間が増す、などの点については配
慮されていなかった。
チョクラルスキー法による単結晶成長方法に関する発明
は特開59−39794、特開59−45991に見ら
れる。これらは結晶柱の直径の制御を目的としたもので
、特開59−39794の例ではレーザー光を、特開5
9−45991の例では集光された赤外線を、結晶柱外
周近くの融液表面に照射する。
照射位置は静止座標から見ると固定されており、融液の
回転に伴なって加熱された融液部分が円周方向に移動す
る。結晶柱周辺の融液のある部分に注目すると、ビーム
照射位置を通過するたびに加熱を受ける。これらの従来
例が狙った効果は結晶柱周辺の融液を円周に沿ってほぼ
均一に加熱し、結晶柱の直径を一定に保つことを容易に
したり、結晶柱の直径を予めプログラム化された変化曲
線に従って変化させることにある。このためビームの照
射位置を移動させたとしても半径方向にのみ移動させる
ことを考慮している。これらの方法では、円周に沿って
移動する非軸対称な融液の対流パターンの低温部分を選
択的に加熱することができない。
〔発明の目的〕 本発明の目的は、必要とする電力消費が小さく、かつ既
設の装置の構造に大きな変更を加えずに、従って装置の
占有空間が既占有空間から僅かに増すのみで済み、融液
の温度変動を効果的に抑制する手段を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
融液の温度変動のうち、結晶の品質に重要な影響を及ぼ
すのは結晶が成長する固液界面近くの温度変動であるこ
とに着目し、固液界面近く、即ち融液の自由表面近くに
見られる非軸対称対流パターンの発生機構を考察したう
えで、これの発生を抑制する方法を発明した。
本発明は、結晶柱の周辺の融液をレーザービームあるい
は電子ビームによって加熱し、これによって高温の融液
塊と低温の融液塊とを移動せしめようとする駆動力を弱
め、非軸対称な対流パターンの出現を抑制するものであ
る。加熱は、低温部が自由表面に現われる部分を選択的
に照射することにより行なう。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第1図〜第2図に示す。
1はるつぼ、2は融液、3は結晶柱、4は引き上げ棒で
ある。5はレーザービーム発生装置で、レーザービーム
7は、第2図に示すような、3個の揺動鏡SMと6個の
固定鏡Mにより分割し、結晶柱3の外周近傍の融液2を
加熱する。揺動鏡SMの動きの位相を調節することによ
シ、ビームが照射する位置(4ケ所)を定められた周期
で変えることができる。この方法の利点は、非軸対称の
対流パターンが発生する固有の周期に合わせて加熱を行
なうことができることにある。なお、レーザービームの
代りに、電子ビームを用いても同様な効果がある。
ここで、非軸対称対流パターンの発生機構を第4図〜第
7図を用い説明する。結晶柱3の近くの融液2の温度は
結晶柱に近づくほど下がり、等温線を示すと破線のよう
になる。第4図又は第5図において、比較的高温の融液
塊A(温度Tム)、比較的低温の融液塊B(温度T++
)を考えると、これらの流体塊はるつぼの回転あるいは
結晶柱の回転に起因する融液の回転のために遠心力にさ
らされる。融液塊Aは高温で密度が小さいため半径の内
方向、即ち結晶柱に近づく方向に移動しようとし、融液
塊Bは密度が大きいので半径の外方向、即ち結晶柱から
遠ざかる方向に移動しようとする。これら融液塊を移動
させようとする駆動力は、融液内の半径方向温度こう配
が大きいほど大きい。一方、融液塊の移動に抵抗する力
は融液が有する粘性で、移動が実際に生ずbのは上記の
駆動力が粘性力に勝ったときである。ひとたび移動が生
ずる条件が整うと、融液塊Aが融液塊Bの上方にそして
BはAの下方に、あるいはBがAの上方にそしてAがB
の下方に移動する。回転する融液にはコリオリカが作用
しているので、実際には密度の小さい融液塊Aは密度の
大きい融液塊Bよシ相対的に大きな回転速度を有してい
る。即ち融液塊の間には回転速度の差があり、これが作
用して上記のAがBの上へ移動するパターンとAがBの
下へ移動するパターンとが、結晶柱まわりの円周に沿っ
て交互に現われる。これを融液の自由表面の上方から見
ると第6図50のごとくなる。融液の縦断面をとって見
ると第7図に示すごときパターン50゜60が組み合わ
さって結晶柱の回転速度と異なる速度でもって回転する
。結晶の成長界面に固定した一点から見た融液温度は、
時間と共に変動する温度で、これがため成長速度の変動
ひいては不純物原子の結晶への取り込みに変動が生じ、
結晶の不均質化をもたらす。
本発明は結晶柱の周辺の融液をレーザービームあるいは
電子ビームによって加熱し、これによって高温の融液塊
と低温の融液塊とを移動せしめようとする駆動力を弱め
、非軸対称な対流パターンの出現を抑制するものである
。この際、結晶柱周辺を円周方向に一様に加熱するので
はなく、低温腕Bが自由表面に現れる部分を選択的に照
射する。
低温腕Bが自由表面に現れる箇所の個数は融液の半径方
向温度こう配がゆるやかな時は少なく、温度こり配が急
になるほど多くなる。温度こう配はるつぼ壁の温度、結
晶材料の融点、るつぼ内壁から結晶柱外周までの半径方
向距離が与えられると推定でき、推定温度こう配に対応
して何個の低温腕が融液自由表面に現れるかは、予め実
験を行ない確めておく。更に低温腕は一般に結晶柱の回
転より遅い速度で結晶柱周りを移動する。この移動速度
は主として結晶柱とるつぼの回転速度により決まり、こ
れも予め実験を行ない確定しておくことができる。ビー
ムを照射する際、実際にどこに低温腕があるかは、融液
表面の透明度の変化、あるいは赤外線温度センサを用い
た融液表面の温度検知により確めることができる。ビー
ムの本数、照射位置、低温腕の移動を追随する円周方向
移動速度、は運転する引上げ装置についてひとたび定め
ておけば繰り返し用いればよい。なお、これらのパラメ
ータは結晶の引上げに伴ない変化する場合もおり、この
場合には予め制御用プログラムを作成しておき、ビーム
の制御を行なう。
他の実施例を第3図に示す。上述の実施例と同様に引き
上げ装置の上部にレーザービーム発生装置4を置き、レ
ーザービーム7を結晶柱3の上方に設置した回転鏡9に
より反射し、るつぼ1の上方に設けた固定鏡8に当てる
。固定鏡8で反射されたビーム7は結晶柱3の周辺の融
液2を加熱する。回転鏡90回転数とビーム照射位置の
移動とは同期しているので、回転数を調節して照射位置
の移動速度を変えることができる。第1の実施例と比較
した場合のこの方法の利点は、レーザービームの照射位
置を連続的に変えられるので、非軸対称対流パターンの
発生周期とよりよく一致した周期で加熱を行ない、これ
によって非軸対称対流パターンの発生をより確実に抑制
することができる点にある。更に第1の実施例では固定
鏡Mから外れた位置の炉壁をビームが照射してしまう期
間があり、無効なエネルギー消費があるが、この実施例
ではレーザー発生装置から発したビームのエネルギーが
有効に利用できる。
なお、第6図には、1個のレーザービーム発生装置しか
例示されていないが、複数個のレーザービーム発生装置
と反射鏡を垂直方向に重ねて設置し、かつ、回転鏡の回
転位相をずらせることにより、複数個のビームを異なる
位相で結晶周りに移動させることもできる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、低温腕にビームを照射することによυ
結晶柱周辺の融液の温度変動を抑制することができるの
で、結晶の固液界面における成長速度の変動を抑制し、
ひいては不純物原子が結晶内に取り込まれる濃度の変動
を抑え、即ち高品質単結晶が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の単結晶成長装置の要部縦断
面を示す図、第2図は第1図の装置の平面図、第3図は
本発明の他の実施例の平面図、第4図、第5図は各々結
晶柱と融液部分の断面図、第6図及び第7図は従来の冷
却法における問題点を説明するための図で、第6図は平
面図、第7図は縦断面図である。 1・・・るつぼ、2・・・融液、3・・・結晶柱、5・
・・レーザ竿10 不2 口 早 3 口 箒4 口 第 5 [¥]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、るつぼに入れた融液から単結晶を凝固させつつ引き
    上げる装置において、融液の温度変動を抑制するために
    、レーザービーム、あるいは電子ビームなどの照射によ
    る光学的方法により、結晶柱周辺の融液を加熱するもの
    において、結晶柱周辺の融液自由表面に表われる低温塊
    を検出し、該低温塊に1個ないし複数個のビームを照射
    しながら該ビームを結晶柱周囲の円周方向に移動させる
    ことを特徴とする単結晶成長装置の融液対流制御法。 2、低温塊の位置を融液表面の透明度の変化によつて検
    出することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の単
    結晶成長装置の融液対流制御法。 3、低温塊の位置を融液表面の温度によつて検出するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結晶成長
    装置の融液対流制御法。
JP18172085A 1985-08-21 1985-08-21 単結晶成長装置の融液対流制御法 Pending JPS6246991A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18172085A JPS6246991A (ja) 1985-08-21 1985-08-21 単結晶成長装置の融液対流制御法
DE19863627215 DE3627215A1 (de) 1985-08-21 1986-08-11 Verfahren zum steuern der konvektion einer schmelze beim zuechten eines einkristalls

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18172085A JPS6246991A (ja) 1985-08-21 1985-08-21 単結晶成長装置の融液対流制御法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6246991A true JPS6246991A (ja) 1987-02-28

Family

ID=16105691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18172085A Pending JPS6246991A (ja) 1985-08-21 1985-08-21 単結晶成長装置の融液対流制御法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPS6246991A (ja)
DE (1) DE3627215A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04144990A (ja) * 1990-10-05 1992-05-19 Osaka Titanium Co Ltd 結晶成長方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD161231A1 (de) * 1981-03-31 1985-07-31 Freiberg Spurenmetalle Veb Verfahren zur ueberwachung, steuerung und regelung von kristallzuechtungsprozessen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04144990A (ja) * 1990-10-05 1992-05-19 Osaka Titanium Co Ltd 結晶成長方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE3627215A1 (de) 1987-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6272398B2 (ja) 結晶の製造方法
JP6538558B2 (ja) ワークピース表面に対するレーザ硬化のための方法及び装置
KR101467103B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 장치 및 그 성장 방법
CA1308001C (en) Process for crystal growth of ktiopo_ from solution
Wald et al. Natural and forced convection during solution growth of CdTe by the traveling heater method (THM)
US5217565A (en) Contactless heater floating zone refining and crystal growth
US3607139A (en) Single crystal growth and diameter control by magnetic melt agitation
US4309239A (en) Method and means for manufacturing mono-crystalline silicon in tape form
JPS6246991A (ja) 単結晶成長装置の融液対流制御法
US20040087116A1 (en) Semiconductor devices and methods of manufacture thereof
CN1328416C (zh) 用于制造单晶棒的设备和方法
KR20200111799A (ko) 실리콘 단결정의 산소 농도 추정 방법 및 실리콘 단결정의 제조 방법
JP3740446B2 (ja) 単結晶を製造するための方法および装置
JP2509477B2 (ja) 結晶成長方法及び結晶成長装置
US3414388A (en) Method and apparatus for increasing the cross section of a crystalline rod during crucible-free zone melting
KR101596550B1 (ko) 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법
US3685973A (en) Method for crucible-free zone melting using a displaced heater
JPH08259381A (ja) 単結晶引上げ制御方法
KR0161523B1 (ko) 수지상 실리콘 웨브의 전위부 발생 억제방법
US4072556A (en) Device for crucible-free floating-zone melting of a crystalline rod and method of operating the same
JPH09263485A (ja) 単結晶引き上げ制御方法、単結晶製造方法および装置
KR101754501B1 (ko) 플로트 존으로부터 단결정을 결정화하여 단결정을 성장시키기 위한 방법
JP2008189523A (ja) 単結晶の製造方法
JPS6353157B2 (ja)
JPH0474789A (ja) 半導体単結晶引上方法