JPS63242991A - 結晶径制御方法 - Google Patents
結晶径制御方法Info
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- JPS63242991A JPS63242991A JP62078387A JP7838787A JPS63242991A JP S63242991 A JPS63242991 A JP S63242991A JP 62078387 A JP62078387 A JP 62078387A JP 7838787 A JP7838787 A JP 7838787A JP S63242991 A JPS63242991 A JP S63242991A
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Classifications
-
- 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
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、チョクラルスキー法により製造される単結晶
の径を制御する結晶径制御方法に関する。
の径を制御する結晶径制御方法に関する。
［従来の技術］
結晶径の変化率が所定値を越えると転位が生ずる原因と
なる。
なる。
そこで、従来では、結晶の引上速度及び融液温度を調節
して結晶径を制御していた（特開昭５５−１３０８９５
）。
して結晶径を制御していた（特開昭５５−１３０８９５
）。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、結晶の引上速度を調節した場合、連応性がある
ものの、結晶欠陥や転位が発生し易い。
ものの、結晶欠陥や転位が発生し易い。
一方、融液温度の調節は、むだ時間や時定数が大きいの
で、連応性に欠け、コーン部結晶成長時には安定な制御
を行うことが困難である。
で、連応性に欠け、コーン部結晶成長時には安定な制御
を行うことが困難である。
本発明は、上記問題点に鑑み、連応性がありしかも安定
度の高い結晶径制御を行うことができ、かつ、結晶欠陥
や転位が生ずるのを防止できる結晶径制御方法を提供す
ることにある。
度の高い結晶径制御を行うことができ、かつ、結晶欠陥
や転位が生ずるのを防止できる結晶径制御方法を提供す
ることにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明では、チョクラルスキー法により製造される単結
晶の径を制御する結晶径制御方法において、 坩堝内の融液温度及び坩堝回転速度を調節して単結晶の
コーン部結晶径を制御し、コーン部結晶径が直胴部結晶
径に近付くにつれて坩堝回転速度の調節幅を狭くしてい
き、直胴部で坩堝回転速度を一定にすることを特徴とし
ている。
晶の径を制御する結晶径制御方法において、 坩堝内の融液温度及び坩堝回転速度を調節して単結晶の
コーン部結晶径を制御し、コーン部結晶径が直胴部結晶
径に近付くにつれて坩堝回転速度の調節幅を狭くしてい
き、直胴部で坩堝回転速度を一定にすることを特徴とし
ている。
［実施例］
図面に基づいて本発明の好適な一実施例を説明する。
第１図に示す如く、グラフフィト坩堝ＩＯに嵌入された
石英坩堝１２には多結晶シリコンが収容され、グラファ
イト坩堝ＩＯを囲繞するヒータＩ４により過熱熔融され
て融液１６°となる。このヒータ１４は断熱材！８に囲
まれ、これらはアルゴンガスが流入される容器２０内に
配設されている。
石英坩堝１２には多結晶シリコンが収容され、グラファ
イト坩堝ＩＯを囲繞するヒータＩ４により過熱熔融され
て融液１６°となる。このヒータ１４は断熱材！８に囲
まれ、これらはアルゴンガスが流入される容器２０内に
配設されている。
坩堝１０，１２は坩堝移動軸２２を介してモータ２４に
上り回転される。
上り回転される。
融液１６の上方には結晶引上軸２６が垂下され、結晶引
上軸２６の下端には種ホルダ２８を介して種結晶３０が
取り付けられており、結晶引上軸２６を降下させて種結
晶３０の下端を融液Ｉ６内に浸漬させ、結晶引上軸２６
を徐々に引き上げることにより、単結晶３２が絞り部、
コーン部３２Ａ。
上軸２６の下端には種ホルダ２８を介して種結晶３０が
取り付けられており、結晶引上軸２６を降下させて種結
晶３０の下端を融液Ｉ６内に浸漬させ、結晶引上軸２６
を徐々に引き上げることにより、単結晶３２が絞り部、
コーン部３２Ａ。
ショルダ一部３２Ｂ１直胴部３２Ｇの順に成長する。こ
の結晶引上軸２６はモータ３４により昇降される。結晶
引上軸２６及び坩堝移動軸２２は石英坩堝１２の回転対
称軸に一致している。
の結晶引上軸２６はモータ３４により昇降される。結晶
引上軸２６及び坩堝移動軸２２は石英坩堝１２の回転対
称軸に一致している。
なお、第１図では、簡単化のために、結晶引上軸２６の
回転用モータ及び坩堝移動軸２２の昇降用モータが省略
されている。
回転用モータ及び坩堝移動軸２２の昇降用モータが省略
されている。
容器２０の上方には、該容器２０に設けられたガラス窓
３６に対向して工業用テレビカメラ３８が配設されてお
り、そのビデオ信号が直径計測器４０へ供給されて、単
結晶３２と融液Ｉ６との界面に形成された輝環４２の直
径、すなわち単結晶３２の融液Ｉ６との界面における直
径が計測される。
３６に対向して工業用テレビカメラ３８が配設されてお
り、そのビデオ信号が直径計測器４０へ供給されて、単
結晶３２と融液Ｉ６との界面に形成された輝環４２の直
径、すなわち単結晶３２の融液Ｉ６との界面における直
径が計測される。
また、容器２０の下部側面に設けられたガラス窓４４に
対向して放射温度計４８が配設されており、断熱材１８
の側面に形成された凹部４６の温度が検出され、間接的
に融液１６の温度が検出される。
対向して放射温度計４８が配設されており、断熱材１８
の側面に形成された凹部４６の温度が検出され、間接的
に融液１６の温度が検出される。
結晶径の制御を行うマイクロコンピュータ５０は、ＣＰ
Ｕ５２、ＲＯＭ ５４、ＲＡＭ５６、人力ボート５８及
び出力ポートロ０を備えて周知の如く構成されており、
ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４にごき込まれたプログラムに
従って、入力ボート５８を介し、直径計測器４０から１
ｍ結品３２の直径りを読み込み、Ａ／Ｄ変換器６２から
融液１６の温度Ｔを間接的に読み込み、さらに、設定器
６４により設定される直胴部３２の目標直径Ｄ０を読み
込む。
Ｕ５２、ＲＯＭ ５４、ＲＡＭ５６、人力ボート５８及
び出力ポートロ０を備えて周知の如く構成されており、
ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４にごき込まれたプログラムに
従って、入力ボート５８を介し、直径計測器４０から１
ｍ結品３２の直径りを読み込み、Ａ／Ｄ変換器６２から
融液１６の温度Ｔを間接的に読み込み、さらに、設定器
６４により設定される直胴部３２の目標直径Ｄ０を読み
込む。
ここで、ＲＯＭ５４には単結晶３２のコーン部３２Ａの
直径変化率の目標値を算出する式が書き込まれており、
該算出式に用いられる定数は、前記目標直径Ｄ０により
決定される。また、Ｉｔ ＯＭ５４には、第３図に示す
ような坩堝回転速度の上限値と下限値を算出する式が書
き込まれている。
直径変化率の目標値を算出する式が書き込まれており、
該算出式に用いられる定数は、前記目標直径Ｄ０により
決定される。また、Ｉｔ ＯＭ５４には、第３図に示す
ような坩堝回転速度の上限値と下限値を算出する式が書
き込まれている。
この上下限値は、時間の経過とともに直胴部における坩
堝回転速度の目標値（一定）に収束する。
堝回転速度の目標値（一定）に収束する。
ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４に書き込まれたこれらの算出
式を用い、ＲＡＭ５６との間でデータの授受を行って演
算処理し、ヒータ１４への電力供給量及びモータ２４の
目標回転速度を算出して出力ポートロ０へ操作信号を出
力し、駆動回路６６を介してヒータＩ４及びモータ２４
を制御する。
式を用い、ＲＡＭ５６との間でデータの授受を行って演
算処理し、ヒータ１４への電力供給量及びモータ２４の
目標回転速度を算出して出力ポートロ０へ操作信号を出
力し、駆動回路６６を介してヒータＩ４及びモータ２４
を制御する。
なお、モータ３４の回転速度は、結晶成長時には一定で
ある。
ある。
ここで、石英坩堝１２の回転速度を速くすると、融液１
６の上面中央部の温度は上面周辺部の温度よりも低くな
り、単結晶３２の成長速度が速くなる。この石英坩堝１
２の回転速度の変化に対する単結晶３２の成長速度の応
答は速いが、ヒータ１４への供給電力の変化に対する単
結晶３２の成長速度の応答は遅い。一方、単結晶３２に
取り込まれる酸素の量は石英坩堝１２の回転速度に依存
するので、直胴部３４Ｃの成長時には石英坩堝１２の回
転速度を一定にして成長結晶を均質にする必要がある。
６の上面中央部の温度は上面周辺部の温度よりも低くな
り、単結晶３２の成長速度が速くなる。この石英坩堝１
２の回転速度の変化に対する単結晶３２の成長速度の応
答は速いが、ヒータ１４への供給電力の変化に対する単
結晶３２の成長速度の応答は遅い。一方、単結晶３２に
取り込まれる酸素の量は石英坩堝１２の回転速度に依存
するので、直胴部３４Ｃの成長時には石英坩堝１２の回
転速度を一定にして成長結晶を均質にする必要がある。
そこで、コーン部３２Ａの径が小さい時には、結晶径制
御における石英坩堝１２の回転制御の寄与を大きくして
連応性をもたせ、コーン部３２Ａの径が直胴部３２Ｇの
径に近付くにつれて、石英坩堝Ｉ２の回転速度の変化よ
りもヒータ１４の寄与を大きくする。このようにして、
製品として利用されないコーン＄３２Ａの体積を小さく
することが可能となるとともに、品質の良い直胴部の結
晶径制御に移行させることができる。
御における石英坩堝１２の回転制御の寄与を大きくして
連応性をもたせ、コーン部３２Ａの径が直胴部３２Ｇの
径に近付くにつれて、石英坩堝Ｉ２の回転速度の変化よ
りもヒータ１４の寄与を大きくする。このようにして、
製品として利用されないコーン＄３２Ａの体積を小さく
することが可能となるとともに、品質の良い直胴部の結
晶径制御に移行させることができる。
次に、マイクロコンピュータ５０のソフトウェアの構成
を第２図に基づいて説明する。第２図は、ＲＯＭ ５４
に書き込まれたプログラムに対応した、コーン部形成の
フローチャートである。
を第２図に基づいて説明する。第２図は、ＲＯＭ ５４
に書き込まれたプログラムに対応した、コーン部形成の
フローチャートである。
最初にステップ１００で、設定器６４を操作して直胴部
直径の目標値り。を設定する。次にステップ＋０２で、
この目標値り。を読み込み、ｒｔＡＭ５６に書き込む。
直径の目標値り。を設定する。次にステップ＋０２で、
この目標値り。を読み込み、ｒｔＡＭ５６に書き込む。
次にステップ１０４で、ＲＯＭ５４に書き込まれた算出
式に従って直径変化率の目標値及び坩堝回転速度の上下
限値を算出する。
式に従って直径変化率の目標値及び坩堝回転速度の上下
限値を算出する。
次にステップ１０６で、入力ボート５８を介して直径計
測器４°０から結晶直径りを読み込み、ＲＡＭ５６に書
き込む。
測器４°０から結晶直径りを読み込み、ＲＡＭ５６に書
き込む。
次にステップ１０８で、ＲＡＭ５６に書き込まれている
今回、前回及び萌々回の結晶直径りの値から結晶直径り
の一次微分係数及び二次微分係数を算出する。
今回、前回及び萌々回の結晶直径りの値から結晶直径り
の一次微分係数及び二次微分係数を算出する。
次にステップ１１０で、ステップ１０４及びステップ１
０８において算出した値を用いてＰ（比例）Ｄ（＠分）
動作の操作量を算出し、この操作量に応じた融液温度の
目標値を算出する。すなわち、カスケード設定を行う。
０８において算出した値を用いてＰ（比例）Ｄ（＠分）
動作の操作量を算出し、この操作量に応じた融液温度の
目標値を算出する。すなわち、カスケード設定を行う。
次にステップ１１２で、Ａ／Ｄ変換器６２から間接的に
融液温度Ｔを読み取り、該温度が前記目標温度になるよ
うヒータ１４へ電力を供給して融液１６の温度調節を行
う。
融液温度Ｔを読み取り、該温度が前記目標温度になるよ
うヒータ１４へ電力を供給して融液１６の温度調節を行
う。
次にステップ１１４で、ステップ１０４及びステップ１
０８において算出した値を用いてＰ動作の操作量を算出
し、これに応じた坩堝回転速度の目標値Ｖを算出する。
０８において算出した値を用いてＰ動作の操作量を算出
し、これに応じた坩堝回転速度の目標値Ｖを算出する。
すなわちカスケード設定をおこなう。
次に■１≦■≦Ｖ、である場合には、ステップｌ１６．
１１８．１２４へ進み、Ｖ＜Ｖｌの場合にはステップ１
１６．１２０で■をＶｌとした後ステップ１２４へ進み
、Ｖ＞Ｖｔの場合にはステップ１１６．１１８．１２２
へ進んでＶをＶ、とした後ステップ１２４へ進む。ステ
ップ１２４では、石英坩堝１２の回転速度が■になるよ
うモータ２４を駆動する。
１１８．１２４へ進み、Ｖ＜Ｖｌの場合にはステップ１
１６．１２０で■をＶｌとした後ステップ１２４へ進み
、Ｖ＞Ｖｔの場合にはステップ１１６．１１８．１２２
へ進んでＶをＶ、とした後ステップ１２４へ進む。ステ
ップ１２４では、石英坩堝１２の回転速度が■になるよ
うモータ２４を駆動する。
次にステップ１０４へ戻り、以上の処理を繰り返す。
なお、ステップ１１０において、坩堝回転速度の上下限
値が収束するに伴い徐々に大きくなって収束時点で１に
なる係数を算出結果に乗じてこれを融液温度の目標値と
することにより、直胴部に近付くにつれて融液温度の調
節側゛合をさらに大きくするようにしてもよい。
値が収束するに伴い徐々に大きくなって収束時点で１に
なる係数を算出結果に乗じてこれを融液温度の目標値と
することにより、直胴部に近付くにつれて融液温度の調
節側゛合をさらに大きくするようにしてもよい。
また、上記実施例では坩堝回転速度の上限値及び下限値
を、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて該
上下限値が所定値に収束するように設定する場合を説明
したが、本発明は結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれ
て坩堝回転速度の調節幅を狭くするものであればよく、
例えば、坩堝回転速度のゲインを、コーン部結晶径が直
胴部に近付くにつれて小さくするようにしてもよいこと
は勿論である。
を、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて該
上下限値が所定値に収束するように設定する場合を説明
したが、本発明は結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれ
て坩堝回転速度の調節幅を狭くするものであればよく、
例えば、坩堝回転速度のゲインを、コーン部結晶径が直
胴部に近付くにつれて小さくするようにしてもよいこと
は勿論である。
［発明の効果］
本発明に係る結晶径制御方法では、坩堝内の融液温度及
び坩堝回転速度を調節して単結品のコーン部結晶径を制
御し、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて
坩堝回転速度の調節幅を狭くしていくようになっており
、コーン部結晶径が小さい時には結晶径制御における坩
堝回転速度調節の寄与が大きいので、連応性を有し、安
定に結晶径を制御できる、結晶欠陥や転位の発生を防止
できるという優れた効果がある。
び坩堝回転速度を調節して単結品のコーン部結晶径を制
御し、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて
坩堝回転速度の調節幅を狭くしていくようになっており
、コーン部結晶径が小さい時には結晶径制御における坩
堝回転速度調節の寄与が大きいので、連応性を有し、安
定に結晶径を制御できる、結晶欠陥や転位の発生を防止
できるという優れた効果がある。
そのうえ、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつ
れて坩堝回転速度の調節幅が狭くなり、直胴部で坩堝回
転速度が一定になるので、良品質の単結晶を得る直胴部
結晶径制御に滑らかに移行することができるという優れ
た効果もある。
れて坩堝回転速度の調節幅が狭くなり、直胴部で坩堝回
転速度が一定になるので、良品質の単結晶を得る直胴部
結晶径制御に滑らかに移行することができるという優れ
た効果もある。
第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係り、第１図は
全体構成図、第２図はマイクロコンピュータ５０のソフ
トウェア構成を示すフローヂャート、第３図は坩堝回転
数の上下限値を示す線図である。 １２・・・石英坩堝 １４・・・ヒータ １６・・・融液 ３２・・・単結晶 ３８・・・工業用テレビカメラ ４８・・・放射温度計 ５０・・・マイクロコンピュータ 代理人 弁理士 松 本 眞、吉 第２図
全体構成図、第２図はマイクロコンピュータ５０のソフ
トウェア構成を示すフローヂャート、第３図は坩堝回転
数の上下限値を示す線図である。 １２・・・石英坩堝 １４・・・ヒータ １６・・・融液 ３２・・・単結晶 ３８・・・工業用テレビカメラ ４８・・・放射温度計 ５０・・・マイクロコンピュータ 代理人 弁理士 松 本 眞、吉 第２図
Claims (3)
- （１）チョクラルスキー法により製造される単結晶の径
を制御する結晶径制御方法において、坩堝内の融液温度
及び坩堝回転速度を調節して単結晶のコーン部結晶径を
制御し、コーン部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれ
て坩堝回転速度の調節幅を狭くしていき、直胴部で坩堝
回転速度を一定にすることを特徴とする結晶径制御方法
。 - （２）前記坩堝回転速度の上限値及び下限値を、コーン
部結晶径が直胴部結晶径に近付くにつれて該上下限値が
所定値に収束するように設定することにより、前記調節
幅を狭くしていくことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の結晶径制御方法。 - （３）前記坩堝回転速度のゲインを、コーン部結晶径が
直胴部に近付くにつれて小さくすることにより、前記調
節幅を狭くしていくことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の結晶径制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62078387A JPS63242991A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 結晶径制御方法 |
| EP88104931A EP0285943B1 (en) | 1987-03-31 | 1988-03-26 | Crystal diameter controlling method |
| DE8888104931T DE3872290T2 (de) | 1987-03-31 | 1988-03-26 | Verfahren zur regelung des kristalldurchmessers. |
| US07/174,583 US4973377A (en) | 1987-03-31 | 1988-03-28 | Crystal diameter controlling method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62078387A JPS63242991A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 結晶径制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63242991A true JPS63242991A (ja) | 1988-10-07 |
| JPH0438719B2 JPH0438719B2 (ja) | 1992-06-25 |
Family
ID=13660604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62078387A Granted JPS63242991A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 結晶径制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4973377A (ja) |
| EP (1) | EP0285943B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63242991A (ja) |
| DE (1) | DE3872290T2 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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