JPS63162595A - Apparatus for crystal growth - Google Patents

Apparatus for crystal growth

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Publication number
JPS63162595A
JPS63162595A JP31492486A JP31492486A JPS63162595A JP S63162595 A JPS63162595 A JP S63162595A JP 31492486 A JP31492486 A JP 31492486A JP 31492486 A JP31492486 A JP 31492486A JP S63162595 A JPS63162595 A JP S63162595A
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JP
Japan
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crystal
crucible
melt
pulling
crystal growth
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Application number
JP31492486A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Suzuki
利彦 鈴木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain uniform distribution of concn. of impurities and O2 in a grown single crystal, and to attain uniform and high rate of crystal growth even if the crystal to be grown is one having a large diameter in an apparatus for crystal growth, by pulling a crystal from melt by forming a bottom of a crucible facing oppositely to a pulling section of the crystal to a protruded shape. CONSTITUTION:For example, a trapezoidal protruded bottom 2a is provided to the center of the bottom facing oppositely to the pulling section of a crystal of a graphite external crucible 2A and graphite internal crucible 2B of a crucible 2. After allowing a seed crystal 8 to contact with melt 3, a crystal 10 is grown by pulling the seed crystal. Since, in this case, substantial depth of the melt in the crucible at the crystal growth section can be made shallower, so the generation of heat convection and turbulent flow are prevented more satisfactorily. Moreover, the thickness of a diffusion layer of impurities in the crystal pulling section is made more uniform, the ununiform distribution of concn. of impurities in the radial direction can be improved. Further, since the temp. distribution in the solid phase and liquid phase can be selected to a desired temp. with reference to the diametral direction, the crystal growth rate at each part in the diametral direction can be made more uniform and increased.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン単結晶等の単結晶を結晶材料融液から
引き上げ成長させる結晶成長装置に関わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a crystal growth apparatus for pulling and growing a single crystal such as a silicon single crystal from a crystal material melt.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は結晶材料融液から結晶を引き上げ成長させるに
その結晶材料の融液を収容するるつぼの底部を特に結晶
引上部に対向する部分において限定的に引き上げ方向に
向って突出する凸状とすることによって特に結晶の直径
方向に関する各部の不純物濃度、酸素濃度の均一化さら
に各部における結晶成長速度が均一化と高い成長速度し
たがって引き上げ速度の高速度化を図ることができるよ
うにしたものである。
In the present invention, in order to grow a crystal by pulling it from a crystal material melt, the bottom of the crucible that accommodates the crystal material melt is formed into a convex shape that protrudes in a limited manner in the pulling direction, especially in the portion facing the crystal pulling part. This makes it possible to make the impurity concentration and oxygen concentration uniform in each part particularly in the diametrical direction of the crystal, to make the crystal growth rate uniform in each part, and to achieve a high growth rate and therefore a high pulling rate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えばシリコン(Si)単結晶を得る方法としては、チ
ョクラルスキー法(CZ法)が用いられている。このC
Z法による結晶成長装置は、例えば第3図に示すように
冷却水が壁面内に循環するようになされた冷却ジャケッ
ト(11内に、結晶材料融液(3)が収容されるるつぼ
(2)がジャケット(11の軸心上に配置される。
For example, the Czochralski method (CZ method) is used as a method for obtaining silicon (Si) single crystals. This C
A crystal growth apparatus using the Z method, for example, as shown in FIG. is arranged on the axis of the jacket (11).

るつぼ(2)は例えばグラファイトよりなる外側るつぼ
(2A)内に石英の内側るつぼ(2B)が配置された構
成を有する。このるつぼ(2)は、これの軸心上に配置
された支持軸(4)によって支持される。この支持軸(
4)はるつぼ(2)の軸心を中心として回転自在にかつ
その軸心方向に推動自在とされる。
The crucible (2) has a structure in which an inner crucible (2B) made of quartz is placed within an outer crucible (2A) made of graphite, for example. This crucible (2) is supported by a support shaft (4) arranged on its axis. This support shaft (
4) The crucible (2) is rotatable about its axis and movable in the direction of its axis.

るつぼ(2)の外周にはこれと同軸心的に例えば円筒グ
ラファイト発熱体よりなる融液加熱手段(5)が配置さ
れる。この融液加熱手段(5)もまた軸心方向に上下に
推動し樽るようになされる。
A melt heating means (5) made of, for example, a cylindrical graphite heating element is arranged coaxially around the outer periphery of the crucible (2). This melt heating means (5) is also driven up and down in the axial direction so as to barrel.

また、(6)は断熱保温体で、るつぼ(2)が加熱手段
(5)によって所要の温度に加熱保持できるようにする
ものである。
Further, (6) is a heat insulating body which enables the crucible (2) to be heated and maintained at a required temperature by the heating means (5).

シャケ・7ト(1)内の上方には回転とともにその軸方
向に推動し得る軸(7)が設けられ、その下端には種結
晶(8)がチャック(9)によって保持される。軸(7
)はこれを下方に推下させることによってその種結晶(
8)を結晶材料融液(3)に接触させ、この状態から引
き上げることによって種結晶(8)から結晶(10)を
育成させるようになされている。このとき、軸(7)と
支持軸(4)とは例えば逆向きに回転するようになされ
、るつぼ(2)と種結晶(8)とが相対的に所要の回転
速度をもって回転されるようになされる。また、このと
き結晶(10)の育成によってるつぼ(2)内の結晶材
料融液(3)が減少し、その液面が下がることからるつ
ぼ(2)はこの液面の低下に追従して支持軸(4)の推
動によって持ち上げられるようになされ、常時結晶材料
融液(3)の液面が所定の位置にあるようにするととも
にその材料融液(3)の液面において常時所定の温度に
保持されるように加熱手段(5)もまた軸心方向に推動
するようになされる。また、このときジャケット(1)
内には不活性ガス例えば窒素ガスが矢印aに示すように
ジャケット(1)の上方から送り込まれて、ジャケット
(1)の下方に設けられた排出口(11)から排出する
ようになされている。(12)は結晶引上状態を観測す
るためにジャケット(1)の肩部に機密的に設けられた
観察窓を示す。
A shaft (7) that can rotate and move in the axial direction is provided at the upper part of the salmon 7 (1), and a seed crystal (8) is held at the lower end by a chuck (9). Axis (7
) by pushing it downward, the seed crystal (
The crystal (10) is grown from the seed crystal (8) by bringing the seed crystal (8) into contact with the crystal material melt (3) and pulling it up from this state. At this time, the shaft (7) and the support shaft (4) are configured to rotate in opposite directions, for example, so that the crucible (2) and the seed crystal (8) are relatively rotated at the required rotational speed. It will be done. In addition, at this time, the crystal material melt (3) in the crucible (2) decreases due to the growth of the crystal (10), and the liquid level drops, so the crucible (2) follows this drop in the liquid level and supports it. The crystal material melt (3) is lifted up by the thrust of the shaft (4) so that the surface of the crystal material melt (3) is always at a predetermined position, and the surface of the material melt (3) is always maintained at a predetermined temperature. The heating means (5) is also adapted to be propelled in the axial direction so as to be held. Also, at this time, jacket (1)
An inert gas such as nitrogen gas is fed into the jacket (1) from above as shown by arrow a, and is discharged from an outlet (11) provided below the jacket (1). . (12) shows an observation window secretly provided on the shoulder of the jacket (1) to observe the crystal pulling state.

このような結晶成長装置によれば、結晶の引上成長を行
うことができるものである。
According to such a crystal growth apparatus, it is possible to carry out pulling growth of a crystal.

ところが、このようなCZ法によって結晶育成例えばS
i結晶育成を行った場合、この結晶中に取り込まれる不
純物濃度は結晶上部で低く下部にいくにしたがって高く
なる分布を示す。すなわち、この方法による場合の濃度
分布は、棒状体の一端から他方に徐々に固化させるノー
マルフリージングに相当し、このときの固相中の不純物
濃度Csは、次のようになる。
However, with this CZ method, crystal growth, for example S
When i-crystal growth is performed, the concentration of impurities taken into the crystal exhibits a distribution that is low at the top of the crystal and increases toward the bottom. That is, the concentration distribution in the case of this method corresponds to normal freezing in which the rod-shaped body is gradually solidified from one end to the other, and the impurity concentration Cs in the solid phase at this time is as follows.

Cs = kCo(1−G)”     °−(1)こ
こでCoは初期濃度、Gは固化率、kは偏析係数である
Cs = kCo(1-G)''°-(1) where Co is the initial concentration, G is the solidification rate, and k is the segregation coefficient.

また、上述の構成による場合、予めるつぼ(2)内には
結晶育成に必要となる量の結晶材料融液(3)を収容さ
せておく必要があることからそのるつぼ(2)の深さは
一般にるつぼ(2)の直径と同程度に深いものが用いら
れる。ところがこのようにるつぼ(2)の深さが大とな
ると、融液(3)における熱対流の発生が激しくなり、
結晶(10)の育成引上部におけるその固相一液相界面
における温度変動や不規則な融液の流れを発生させ、こ
れによってさらに結晶中の不純物濃度に不均一性を招来
させたりまた結晶欠陥の発生の原因を生じる。また結晶
(10)の育成中において結晶の成長とともに減少する
融液の液面を一定位置に保持させるためにるつぼ(2)
の支持軸(4)を上方に推動させ、さらにこれとともに
加熱手段(5)を推動させていくための機械的構成及び
制御手段は複雑となり、またこれによって液面に揺動が
生じることな(、また一定温度に保持させるための加熱
手段(5)の位置制御も煩雑であり、また高精度の制御
が難しいという問題点がある。
In addition, in the case of the above-mentioned configuration, since it is necessary to store the crystal material melt (3) in an amount necessary for crystal growth in the crucible (2) in advance, the depth of the crucible (2) is Generally, one that is as deep as the diameter of the crucible (2) is used. However, as the depth of the crucible (2) increases, thermal convection in the melt (3) becomes more intense.
This causes temperature fluctuations and irregular flows of the melt at the solid-liquid phase interface in the growing part of the crystal (10), which further causes non-uniformity in the impurity concentration in the crystal and also causes crystal defects. cause the occurrence of In addition, during the growth of the crystal (10), the crucible (2) is used to maintain the liquid level of the melt, which decreases as the crystal grows, at a constant position.
The mechanical structure and control means for pushing the support shaft (4) upward and pushing the heating means (5) together with it are complicated, and it is difficult to prevent the liquid level from fluctuating ( Furthermore, the position control of the heating means (5) for maintaining the temperature at a constant temperature is complicated, and there are also problems in that highly accurate control is difficult.

また、結晶育成部における固相一液相界面においては不
純物偏析による拡散層が発生するものであり、この拡散
層は結晶の中心で厚く周辺で薄い層を形成する。このた
め結晶中の不純物濃度は中心で高く周辺で低い分布を形
成し、その直径方向に関しても不純物濃度の不均一化が
生じる。この直径方向の不純物の不均一化を解消するた
めには一般に結晶回転速度、るつぼ回転速度を早めるこ
とによる強制対流を増加させて融液(3)を攪拌し、拡
散層を平坦化する手法がとられる。しかしながら、この
場合結晶回転やるつぼの回転を増加させるに伴って、育
成された結晶形状に変形を来し、各部一様の直径を有し
、軸心が直線的な良好な円柱形状が得難くなるという問
題点を招来する。
Further, a diffusion layer is generated due to impurity segregation at the solid phase-liquid phase interface in the crystal growth region, and this diffusion layer is thick at the center of the crystal and thin at the periphery. For this reason, the impurity concentration in the crystal forms a distribution that is high at the center and low at the periphery, and the impurity concentration also becomes non-uniform in the diametrical direction. In order to eliminate this non-uniformity of impurities in the diametrical direction, there is generally a method of increasing forced convection by increasing the crystal rotation speed and crucible rotation speed to agitate the melt (3) and flatten the diffusion layer. Be taken. However, in this case, as the rotation of the crystal or the rotation of the crucible increases, the shape of the grown crystal is deformed, making it difficult to obtain a good cylindrical shape with uniform diameters and a straight axis. This brings about the problem of becoming.

また、育成された結晶においては、るつぼ(2)の石英
よりなる内側るつぼ(2B)から溶解された酸素が導入
されるものであり、この酸素は育成された結晶を各種半
導体装置の半導体材料として用いて各種半導体装置を製
造する場合例えばその製造工程で導入された結晶欠陥等
の発生を招来する不純物金属のゲッターとして作用する
ことから、この酸素が所要の濃度をもって、結晶(10
)中に取り込まれることが望まれる。ところが上述した
ような石英るつぼ(2B)と融液(3)との相対的接触
移動が、上述した強制対流によって激しくなる場合、そ
の酸素の溶解度が変化、例えば大となりすぎて所要の酸
素濃度以上の取り込みがなされて必要な酸素濃度の制御
が保持できなくなるなどの問題点を招来する。
In addition, dissolved oxygen is introduced into the grown crystal from the inner crucible (2B) made of quartz of the crucible (2), and this oxygen allows the grown crystal to be used as a semiconductor material for various semiconductor devices. When using oxygen to manufacture various semiconductor devices, for example, this oxygen acts as a getter for impurity metals that are introduced during the manufacturing process and causes crystal defects.
). However, when the relative contact movement between the quartz crucible (2B) and the melt (3) becomes intense due to the forced convection described above, the solubility of oxygen changes, for example, becomes too large and exceeds the required oxygen concentration. This causes problems such as the inability to maintain necessary control of oxygen concentration.

そして、例えば特開昭61−36197号公開公報に開
示されたCZ技術による単結晶成長装置及び方法におい
ては、結晶の引上とともに材料の供給を行うようにして
るつぼの深さを浅くして熱対流や乱流の発生を抑制する
ようにしている。これによれば、前述した熱対流等によ
る諸問題の改善がかなり良好になされている。しかしな
がら、このような装置及び方法によってもなお、引上単
結晶の大径化に伴うその直径方向に関するドーパントと
しての不純物あるいは酸素の濃度分布の均−性及びこの
直径方向の各部における軸方向の育成速度の均一性にお
いて必ずしも満足ができていないという問題点がある。
For example, in the single crystal growth apparatus and method using the CZ technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-36197, the depth of the crucible is made shallow and the material is supplied while the crystal is pulled up. It is designed to suppress the occurrence of convection and turbulence. According to this, the various problems caused by heat convection and the like mentioned above have been considerably improved. However, even with such an apparatus and method, as the diameter of the pulled single crystal increases, the uniformity of the concentration distribution of impurities or oxygen as a dopant in the diametrical direction and the axial growth in each part of the pulled single crystal in the diametrical direction cannot be improved. There is a problem in that the uniformity of speed is not always satisfactory.

この育成速度の不均一性は、結晶の中心部の温度が放散
しにくいことからこの中心部における固相一液相界面近
傍の温度勾配がゆるやかになっていることに因る。
This non-uniform growth rate is due to the fact that the temperature at the center of the crystal is difficult to dissipate, so the temperature gradient near the solid-liquid interface in this center becomes gentle.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は上述したように育成する結晶の大径化において
も、その引上軸方向はもとより直径方向に関する不純物
ないしは酸素の濃度分布育成速度の均一と高速化をより
改善することができるようにした結晶成長装置を提供す
るものである。
The present invention makes it possible to further improve the uniformity and acceleration of the growth rate of impurity or oxygen concentration distribution not only in the direction of the pulling axis but also in the diametrical direction even when the diameter of the crystal to be grown is increased as described above. The present invention provides a crystal growth apparatus.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は第1図に示すように結晶材料融液(3)を収容
するるつぼ(2)とこのるつぼ(2)の周囲に配された
融液を加熱する加熱手段(5)と、融液(3)から結晶
すなわち単結晶(10)を引上げる結晶引上手段(15
)と融液(3)中に結晶材料を供給する手段とを有する
結晶成長装置において、そのるつぼ(2)の結晶引上部
に対向する底部(2a)を凸状とする。
As shown in FIG. 1, the present invention comprises a crucible (2) containing a crystalline material melt (3), a heating means (5) disposed around the crucible (2) for heating the melt, and a melt A crystal pulling means (15) for pulling a crystal, that is, a single crystal (10) from (3)
) and means for supplying crystal material into the melt (3), the bottom (2a) of the crucible (2) facing the crystal pulling part is made convex.

〔作用〕[Effect]

上述したように本発明においては、るつぼ(2)の底部
(2a)を凸状としたことによって結晶用上部直下にお
ける融液の収容部の実質的深さがより浅くなったことに
よってここにおける熱対流及び乱流の発生がより抑制さ
れるので結晶育成が安定に行われドーパントとしての不
純物や酸素濃度の不均一あるいは引上げられた結晶に変
形が生じたりするような不都合が回避される。
As described above, in the present invention, by making the bottom (2a) of the crucible (2) convex, the substantial depth of the melt storage area directly below the upper part for crystals becomes shallower, so that heat therein is reduced. Since the generation of convection and turbulence is further suppressed, crystal growth is performed stably, and disadvantages such as impurities as dopants, nonuniform oxygen concentration, and deformation of the pulled crystal are avoided.

また、凸状底部(2a)の存在すなわち熱放散路が結晶
引上部近傍すなわちその固相一液相界面近傍にせまって
存在していることによって、この固相一液相界面の温度
分布が急峻となり、これによって結晶育成速度したがっ
て結晶引上速度を早めることができ、能率のよい結晶成
長を行うことができる。
Furthermore, due to the presence of the convex bottom (2a), that is, the heat dissipation path is present near the crystal pulling part, that is, near the solid-liquid phase interface, the temperature distribution at this solid-liquid phase interface is steep. As a result, the crystal growth rate and therefore the crystal pulling rate can be increased, and efficient crystal growth can be performed.

また、この凸状底部(2a)による熱放散路が結晶引上
近傍に迫っていることによって特に結晶中心における熱
の放散を高めることができ、半径方向に関しての各部に
おける結晶育成速度を均一化することができる。
In addition, since the heat dissipation path by this convex bottom (2a) approaches the vicinity of the crystal pulling, heat dissipation can be particularly enhanced at the center of the crystal, and the crystal growth rate at each part in the radial direction can be made uniform. be able to.

そして、特にこの凸状底部(2a)の断面形状を適当に
選定することによって結晶育成部の結晶の直径方向に関
する固相一液相界面近傍の不純物拡散層の均−化及び所
要の温度分布等を得ることができ、この直径方向に関す
る不純物濃度分布及び育成速度のより均一化を図ること
ができる。
In particular, by appropriately selecting the cross-sectional shape of this convex bottom (2a), it is possible to equalize the impurity diffusion layer near the solid phase-liquid phase interface in the diametrical direction of the crystal in the crystal growth section, and to achieve the required temperature distribution, etc. can be obtained, and the impurity concentration distribution and growth rate in the diametrical direction can be made more uniform.

〔実施例〕〔Example〕

さらに第1図を参照して本発明装置の一実施例を説明す
る。第1図において第3図と対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略するが、この場合冷却ジャケッ
ト11は、ジャケット本体(1八)とその上方の蓋体部
(IB)とによって構成される。そして、この場合にお
いても冷却ジャケット(1)の蓋体部(IB)の中心軸
上に内方に突出して例えば水冷パイプが壁面内に挿入さ
れて冷却水の循環がなされてその冷却が行われるように
した冷却円筒(13)が挿入され、この冷却円筒(13
)内に結晶引上手段(15)が配置される。
Further, an embodiment of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 3 are given the same reference numerals and redundant explanations will be omitted. Consisted of. In this case as well, a water cooling pipe, for example, is inserted into the wall surface of the cooling jacket (1) by protruding inward on the central axis of the cover (IB) to circulate the cooling water and perform cooling. A cooling cylinder (13) is inserted into the cooling cylinder (13).
) A crystal pulling means (15) is disposed within.

結晶引上手段(15)は、第3図で説明したと同様に、
その軸心上に回転及び軸方向に推動する軸(7)が設け
られ、その先端に種結晶(8)をチャック(9)によっ
て保持するようになされている。
The crystal pulling means (15) is similar to that explained in FIG.
A shaft (7) that rotates and moves in the axial direction is provided on its axis, and a seed crystal (8) is held at its tip by a chuck (9).

この冷却円筒(13)の下端は、るつぼ(2)を所定の
位置に保持した状態でるつぼ(2)の開口部内に入り込
むようになされる。そしてこの冷却円筒(13)の内周
面の結晶引上手段(15)によって引上成長された結晶
(10)と対向する内周面には耐熱性を有し熱輻射の反
射防止すなわち熱吸収の大なる黒色のグラファイト塗膜
、SiC塗膜あるいは黒色薄膜の付着等による輻射熱反
射防止面(17)が形成される。また、この冷却円筒(
13)の外周面から冷却ジャケット(11の蓋体部(I
B)及びジャケット本体(1八)の各内周面にはそれぞ
れ例えば繊維状グラファイトよりなる耐熱断熱体(16
)を被着する。また、冷却円筒(13)の下端面、すな
わちるつぼ(2)内の原料融液の液面と対向する端面に
は、放射熱の反射が効果的に行われる輻射熱反射面(1
8)を形成する。この反射面(18)は例えば滑面を有
し、耐熱性に優れたMo、Ta、W等の金属箔あるいは
金属箔を被着することによって形成し得る。
The lower end of the cooling cylinder (13) is adapted to fit into the opening of the crucible (2) while holding the crucible (2) in a predetermined position. The inner circumferential surface of the cooling cylinder (13), which faces the crystal (10) pulled and grown by the crystal pulling means (15), has heat resistance to prevent reflection of thermal radiation, that is, to absorb heat. A radiant heat reflection prevention surface (17) is formed by adhering a large black graphite coating, SiC coating, or black thin film. Also, this cooling cylinder (
13) from the outer peripheral surface of the cooling jacket (11)
B) and the jacket body (18) are each provided with a heat-resistant insulator (16) made of, for example, fibrous graphite on the inner peripheral surface.
). Further, on the lower end surface of the cooling cylinder (13), that is, on the end surface facing the liquid surface of the raw material melt in the crucible (2), a radiant heat reflecting surface (1) that effectively reflects radiant heat is provided.
8). This reflective surface (18) has a smooth surface, for example, and can be formed by applying a metal foil such as Mo, Ta, W, etc., or a metal foil having excellent heat resistance.

そして、結晶引上手段(15)の側方に結晶供給手段(
20)を設ける。この結晶供給手段(20)は、るつぼ
(2)内のるつぼ(2)の周側壁近傍、したがって加熱
手段(4)による高温加熱部に結晶材料を熔融供給する
ようになされる。例えばこの手段(20)は、結晶材料
体(21) 、例えばシリコンの柱状多結晶体をその上
端において挟持する保持手段(22)を有し、この保持
手段(22)を推下することによってその結晶材料体(
21)の先端部がるつぼ(2)の高温部の融液(3)に
常時接触して結晶(10)の引上成長量に対応する量を
もって融液(3)の補給がなされるように制御される。
A crystal supply means (
20). The crystal supply means (20) is configured to melt and supply the crystal material to the vicinity of the peripheral side wall of the crucible (2) in the crucible (2), and therefore to the high temperature heating section by the heating means (4). For example, this means (20) has a holding means (22) for holding a crystal material body (21), for example, a columnar polycrystalline body of silicon, at its upper end, and by pushing down this holding means (22), Crystal material body (
The tip of the crucible (21) is constantly in contact with the melt (3) in the high temperature part of the crucible (2) so that the melt (3) is replenished in an amount corresponding to the amount of pulling growth of the crystal (10). controlled.

この制御は例えば育成される結晶(10)による重量増
加を検出しこの増加分だけ結晶材料体(21)をるつぼ
(2)内に溶かし込むことによって行い得る。
This control can be performed, for example, by detecting an increase in weight due to the grown crystal (10) and melting the crystal material (21) into the crucible (2) by the amount of this increase.

一方、るつぼ(2)のグラファイトよりなる外側るつぼ
(2A)及び内側るつぼ(2B)の結晶引上部と対向す
る中央底部に例えば第1図に示すように台形凸状底部(
2a)を設けるとか、あるいは、第2図にそのるつぼ部
の断面図を示すように単結晶引上の中心軸と同軸心上に
ある円錐形の凸状底部(2a)を設けるなど各種形状の
底部(2a)を設ける。
On the other hand, as shown in FIG. 1, for example, a trapezoidal convex bottom (
2a), or a conical convex bottom (2a) coaxial with the central axis of pulling the single crystal, as shown in the cross-sectional view of the crucible in Figure 2. A bottom portion (2a) is provided.

るつぼ(2)の支持軸(4)は先端にカーボン−等の高
耐熱部(4A)を有するステンレス軸等の所要の熱伝導
性を有する軸より成り、これを回転し得るように構成す
るとともに、その軸方向推動すなわちるつぼ(2)の持
ち上げるようになし得るもこの場合の軸方向の推動は結
晶の育成に応じて引上げる必要はなく初期の位置を決定
するための推動のみでよい。
The support shaft (4) of the crucible (2) consists of a shaft having the required thermal conductivity such as a stainless steel shaft having a high heat resistant part (4A) made of carbon or the like at the tip, and is configured to be rotatable. The crucible (2) can be moved in the axial direction, that is, lifted up, but in this case, the axial movement does not need to be pulled up in accordance with the growth of the crystal, and is only needed to determine the initial position.

また、冷却円筒(13)には、引上げられた結晶(10
)を観察することができる観察窓(19)を設は得る。
The cooling cylinder (13) also has a pulled crystal (10
) is provided with an observation window (19) through which the images can be observed.

このような構成による結晶成長装置によって結晶引上を
行うには種結晶(8)を融液(3)に接触させて後、こ
れを引上げる結晶(10)の育成を行うものであるが、
この場合においても引上手段(15)とるつぼ(2)と
を相対的にそれぞれの軸(7)及び(4)によって回転
させつつその結晶引上育成を行う。この場合、冷却円f
fi (13)中を通じて矢印aで示すようにその上方
から下端に向って不活性ガスの供給をなし、るつぼ(2
)内から冷却円筒(13)の外周、さらにるつぼ(2)
外に不活性ガスを流し冷却ジャケット(1)のジャケッ
ト本体(IA)の下端に設けた排出口(11)から排出
する。
In order to pull a crystal using a crystal growth apparatus having such a configuration, the seed crystal (8) is brought into contact with the melt (3), and then the crystal (10) to be pulled is grown.
In this case as well, the crystal is pulled and grown while relatively rotating the pulling means (15) and the crucible (2) about their respective axes (7) and (4). In this case, the cooling circle f
fi (13) Supply inert gas from the top to the bottom as shown by arrow a through the crucible (2
) from the inside to the outer periphery of the cooling cylinder (13) and then to the crucible (2)
Inert gas is passed outside and discharged from the outlet (11) provided at the lower end of the jacket body (IA) of the cooling jacket (1).

この場合、不活性ガスは、るつぼ(2)内の融液(3)
に接触して流れるものであるが、冷却円筒(13)の外
周面には断熱体(16)が存在していることによってこ
れによって急激に冷却されることがないので、このガス
が融液に接触し、かつ石英るつぼ(2B)と接触するこ
とによってSiOが生成された場合においても、このS
iOはそのまま気体として外部に送り出されるので固相
のSiO析出物が融液(3)中に入り込んで引上げられ
た結晶(10)に双晶あるいは転位を発生させるような
不都合が回避される。
In this case, the inert gas flows through the melt (3) in the crucible (2).
However, since there is a heat insulator (16) on the outer circumferential surface of the cooling cylinder (13), the cooling cylinder (13) is prevented from being rapidly cooled. Even if SiO is generated by contacting the quartz crucible (2B), this S
Since iO is directly sent out as a gas, it is possible to avoid inconveniences such as solid-phase SiO precipitates entering the melt (3) and causing twins or dislocations in the pulled crystal (10).

また、この例では、冷却円筒(13)の内周面には、輻
射熱反射防止面(17)が形成されていることによって
他部からの放射熱がこの冷却円筒(13)によって反射
して結晶(10)に向うような不都合が回避されるもの
であり、またこの例では反射面(18)が設けられてい
ることによってるつぼf21内の融液(3)からの放射
熱は有効に融液へと反射させることができるので融液部
の温度を高めることができ結晶(10)と融液との固相
一液相界面における温度勾配を急峻に保持することがで
きることになってさらに結晶引上速度が高められる。
In addition, in this example, a radiant heat reflection prevention surface (17) is formed on the inner peripheral surface of the cooling cylinder (13), so that radiant heat from other parts is reflected by this cooling cylinder (13) and crystallized. (10) is avoided, and in this example, by providing the reflective surface (18), the radiant heat from the melt (3) in the crucible f21 is effectively transferred to the melt. Since the temperature of the melt can be increased, the temperature gradient at the solid-liquid interface between the crystal (10) and the melt can be maintained steeply, further increasing crystal attraction. Top speed is increased.

また、必要に応じて結晶材料供給部と結晶引上部との間
に、結晶供給による融液面(3)に波が発生し、これが
結晶引上部の固相−液相面に影口を与えることを阻止す
る壁部(32)を設けることができる。
In addition, if necessary, waves are generated on the melt surface (3) due to the crystal supply between the crystal material supply part and the crystal pulling part, and this gives a shadow to the solid phase-liquid phase surface of the crystal pulling part. A wall (32) can be provided to prevent this.

また、上述した結晶供給手段(20)においては、柱状
結晶材料体(21)によって結晶材料の供給を行うよう
にした場合であるが、この結晶材料としては粒状あるい
は塊状等の結晶材料を供給する方法をとることもできる
。この場合には、結晶供給手段(20)として石英パイ
プを配置し、この石英バイブ内に結晶材料の粒状あるい
は塊状材料を装填装給するようになし得る。
In addition, in the above-mentioned crystal supply means (20), the crystal material is supplied by the columnar crystal material body (21), and this crystal material is supplied in the form of grains or blocks. You can also use methods. In this case, a quartz pipe may be disposed as the crystal supply means (20), and granular or bulk crystal material may be loaded into the quartz vibe.

また、本発明装置は、磁界印加型の結晶成長装置に適用
することもでき、この場合においては第1図に鎖線で示
すように電磁石あるいは永久磁石等による直流磁界印加
手段(31)をシャケ:/ト(1)の外周に設ければよ
い。
Furthermore, the apparatus of the present invention can be applied to a magnetic field application type crystal growth apparatus, and in this case, as shown by the chain line in FIG. It may be provided on the outer periphery of / (1).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように本発明装置においては、るつぼ(2)内
の融液(3)に結晶供給手段(20)によって逐時結晶
(10)の成長に対応する量だけ結晶材料の供給を行う
構成としたので、るつぼ(2)の全体の深さを浅くでき
、またるつぼ(2)の融液(3)の液面を常時一定の位
置に保持することができるのでそれ自体対流の抑制及び
乱流の抑制ができる。さらにるつぼ(2)を持ち上げて
液面を一定位置に保持するための制御手段を回避できる
ので装置の簡略化と優れた結晶及び不純物濃度結晶性等
の改善が図られる。
As described above, the apparatus of the present invention has a structure in which the crystal supply means (20) supplies the crystal material to the melt (3) in the crucible (2) in an amount corresponding to the growth of the crystal (10) at one time. Therefore, the overall depth of the crucible (2) can be made shallow, and the liquid level of the melt (3) in the crucible (2) can be maintained at a constant position at all times, which in itself suppresses convection and turbulence. can be suppressed. Furthermore, since the control means for lifting the crucible (2) and maintaining the liquid level at a constant position can be avoided, the apparatus can be simplified and excellent crystallinity and impurity concentration crystallinity can be improved.

加えて特に本発明においては、るつぼ(2)の結晶引上
部に対向する位置に凸状底部(2a)を設けたことによ
って、より結晶育成部における実質的融液のるつぼの深
さを浅(することができ熱対流及び乱流の発生を、より
抑制することができること、さらにこの凸状底部(2a
)の存在によって結晶引上部における不純物拡散層の厚
さの均一化を図ることができ、これによって不純物の半
径方向の濃度分布の不均一さを改善できる。また、この
凸状底部(2a)によって結晶引上部の固相一液相の温
度分布を結晶の直径方向に関して所要の温度に選定でき
ることによってこの直径方向の各部における結晶育成速
度を均一にかつ高速度化することができる。すなわち、
結晶の直径方向特に台形結晶の引上を行う場合、その中
心部における熱放散が不充分となってここにおける固相
一液相界面の温度分布がなだらかとなりがちでこの中心
部における結晶速度は周辺部のそれより低まる傾向を示
すが、本発明によれば凸状底部(2a)の存在によって
またその形状の選定によってその温度分布を適当に選定
できることによって中心部といえども周辺部と同程度に
その結晶速度を早めることができる。
In addition, particularly in the present invention, by providing the convex bottom portion (2a) at a position opposite to the crystal pulling portion of the crucible (2), the depth of the crucible of the melt in the crystal growth portion can be made shallower ( The convex bottom (2a
), it is possible to make the thickness of the impurity diffusion layer in the crystal pulling part uniform, thereby improving the non-uniformity of the impurity concentration distribution in the radial direction. In addition, this convex bottom part (2a) allows the temperature distribution of the solid phase and liquid phase in the crystal pulling part to be selected to a desired temperature in the diametrical direction of the crystal, thereby making the crystal growth rate uniform and high at each part in the diametrical direction. can be converted into That is,
When pulling a crystal in the diametrical direction, especially a trapezoidal crystal, heat dissipation at the center is insufficient, and the temperature distribution at the solid-liquid interface tends to be gentle, and the crystal velocity at the center tends to be lower than that at the periphery. However, according to the present invention, due to the existence of the convex bottom part (2a) and by selecting the shape of the bottom part, the temperature distribution tends to be lower than that in the peripheral part. The crystallization speed can be accelerated.

上述したように本発明装置によれば、優れた結晶(10
) 、特に直径方向に関して所要の不純物濃度分布また
結晶成長状態の均一化を図ることができて実用に供して
その利益は大である。
As mentioned above, according to the apparatus of the present invention, excellent crystals (10
), it is possible to make the required impurity concentration distribution and crystal growth state uniform, especially in the diametrical direction, and the benefits are great in practical use.

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

第1図は本発明による結晶成長装置の一例の路線的断面
図、第2図は他の例の要部の断面図、第3図は従来の結
晶成長装置の路線的断面図である。 (1)は冷却ジャケット、(2)はるつぼ、(3)は結
晶材料融液、(5)は加熱手段、(15)は結晶引上手
段、(20)は結晶供給手段、(2a)はるつぼ(2)
の凸状底部である。 同  松隈秀盛 7足来醍置/I#T面閉 第3図
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a crystal growth apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of another example, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional crystal growth apparatus. (1) is a cooling jacket, (2) is a crucible, (3) is a crystal material melt, (5) is a heating means, (15) is a crystal pulling means, (20) is a crystal supply means, (2a) is Crucible (2)
It has a convex bottom. Hidemori Matsukuma 7-legged station / I#T side closed Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 結晶材料の融液を収容するるつぼと、該るつぼの周囲に
配された融液加熱手段と、上記融液から結晶を引き上げ
る結晶引上手段と、上記融液中に結晶材料を供給する手
段とを具備する結晶成長装置において、 上記るつぼの結晶引上部に対向する底部が凸状とされた
ことを特徴とする結晶成長装置。
[Scope of Claims] A crucible containing a melt of a crystal material, a melt heating means arranged around the crucible, a crystal pulling means for pulling a crystal from the melt, A crystal growth apparatus comprising a means for supplying a material, characterized in that the bottom of the crucible facing the crystal pulling part is convex.
JP31492486A 1986-12-25 1986-12-25 Apparatus for crystal growth Pending JPS63162595A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005206448A (en) * 2003-12-26 2005-08-04 Siltronic Japan Corp Crucible for growing silicon crystal and method of growing silicon crystal
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