JP2003128496A - 単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents

単結晶の製造装置および製造方法

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JP2003128496A
JP2003128496A JP2001324487A JP2001324487A JP2003128496A JP 2003128496 A JP2003128496 A JP 2003128496A JP 2001324487 A JP2001324487 A JP 2001324487A JP 2001324487 A JP2001324487 A JP 2001324487A JP 2003128496 A JP2003128496 A JP 2003128496A
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Hideto Sato
秀人 佐藤
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望のウエハの形状に近い断面形状を持つ単
結晶を製造することができる単結晶の製造装置を提供す
る。 【解決手段】 単結晶の製造装置10は、チョクラルス
キー法による単結晶の製造装置である。反射板30は、
単結晶と同期して回転するように、単結晶の上部にかつ
単結晶引上げ軸22の周方向であって単結晶からの放熱
が抑制される位置に部分的に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は単結晶の製造装置
および製造方法に関し、特に、チョクラルスキー法によ
るたとえば酸化物単結晶を製造する単結晶の製造装置お
よび製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、単結晶の製造方法の1つとしてチ
ョクラルスキー法が用いられている。チョクラルスキー
法による単結晶の製造は、保温材によって囲まれた白金
などの貴金属からなる坩堝に単結晶原料を入れ、坩堝の
周囲に設置された高周波誘導加熱などの加熱手段により
単結晶原料を融解し、この単結晶原料の融液に種結晶を
接触させて鉛直方向に引き上げることによって行われ
る。単結晶の育成は、まずネック部とよばれる種結晶と
同程度またはこれより小さい径の単結晶を引き上げ、次
に肩部と呼ばれるネック部の結晶径を除々に所望の結晶
径まで大きくする部分を作製する。その後、所望の結晶
径となるように高周波出力を調整しながら結晶の育成を
行い、最後に単結晶を融液から切り離して徐冷する。チ
ョクラルスキー法による単結晶の製造では、製造する結
晶に適した温度分布となるように保温材などで構成した
ホットゾーンによって温度環境を制御し、育成中の異方
位成長および結晶のねじれ、冷却中のクラックなどの発
生を抑える。通常、ホットゾーンは耐火煉瓦によって構
成されるが、保温性を向上させるために、アフターヒー
タなどの熱源を配置することやたとえば特開平5−22
1786号に開示されているように反射板を配置して輻
射による放熱を抑えることが試みられている。ここで、
高周波誘導加熱により坩堝の加熱を行う場合には、金属
製の反射板を配置すると、反射板自体も誘導加熱される
ため、反射板はアフターヒータとしても機能する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、チョクラル
スキー法によって製造した単結晶は、通常、坩堝から回
転させながら引き上げられるため、円柱状の単結晶とな
る。しかし、結晶方位によって成長速度が大きく異なる
単結晶を育成する場合、育成した単結晶は角柱状になっ
たり楕円柱状になったりする。このため、育成した結晶
から円板状のウエハを採取する際には、大きく研削する
必要が生じ、効率が悪い。そのため、より円柱に近い結
晶形状が求められる。また、逆に角板状のウエハを採取
したい場合には、円柱状の育成結晶から採取するのは効
率が悪く、より角柱に近い結晶形状が求められる。この
ため、単結晶の育成時には、引上げ軸に垂直な断面が所
望のウエハ形状に近い単結晶を育成することが望まし
い。
【0004】それゆえに、この発明の主たる目的は、所
望のウエハの形状に近い断面形状を持つ単結晶を製造す
ることができる単結晶の製造装置および製造方法を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる単結晶
の製造装置は、チョクラルスキー法による単結晶の製造
装置において、反射板が、単結晶と同期して回転するよ
うに、単結晶の上部にかつ単結晶引上げ軸の周方向であ
って単結晶からの放熱が抑制される位置に部分的に配置
されていることを特徴とする、単結晶の製造装置であ
る。また、この発明にかかる単結晶の製造装置では、反
射板はたとえば単結晶引上げ軸に設けられている。さら
に、この発明にかかる単結晶の製造装置では、反射板は
たとえば貴金属製である。この発明にかかる単結晶の製
造方法は、この発明にかかる単結晶の製造方法を用いて
単結晶を製造する、単結晶の製造方法である。この発明
にかかる単結晶の製造方法では、製造される単結晶は酸
化物である。この発明にかかる単結晶の製造方法では、
製造される単結晶はたとえばLa3Ga5 SiO14単結
晶である。チョクラルスキー法による単結晶の育成で
は、固液界面での凝固潜熱は育成した結晶を介してホッ
トゾーン上部へと伝えられる。このため、結晶のある特
定の部分だけ潜熱の伝達を抑えるとその部分の結晶成長
速度は低下する。潜熱の伝達を抑えるには結晶の周囲に
反射板を設置して輻射による熱の逃げを抑制するのが有
効である。しかし、通常使用されているようなホットゾ
ーン上部に設置された円筒状または円錐状の反射板で
は、引上げ軸方向については輻射による放熱効率の大小
を発生させることができるが、引上げ軸周方向の放熱効
率は一定となる。また、反射板に切込みを入れたり形状
を変形させたりして引上げ軸周方向の放熱効率に変化を
つけた場合であっても、結晶は反射板に対して回転しな
がら育成されるため、これらの効果は平均化されて結晶
の特定の部分だけの放熱効率を低下させることはできな
い。そこで、引上げ軸に垂直な結晶断面形状を所望の形
状となるように育成するためには、結晶の引上げ軸周方
向について放熱効果の小さい部分を作り、この部分の径
方向への成長を抑える必要がある。このためには、本願
発明のように、結晶の成長を抑えたい特定の方向に部分
的に反射板を配置し、かつ、この反射板を育成結晶と同
期して回転させればよい。特開平5−221786号で
は、引上げ軸に笠状の反射板を設け、シリコン単結晶の
成長初期に発生する酸化誘起積層欠陥を抑えることが試
みられている。しかし、このような反射板は結晶と同期
して回転することは可能であるが、引上げ軸周方向の放
熱抑制効果は一定となるため、引上げ軸に垂直な結晶断
面形状の制御を行うことはできない。よって、結晶と同
期して回転する反射板としては、本願発明のように、引
上げ軸周方向の放熱効果に差違が発生するように、引上
げ方向から見て部分的に配置された反射板を使用する必
要があるのである。
【0006】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0007】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1はこの発明にか
かる単結晶の製造装置の一例を示す断面図解図であり、
図2はその単結晶の製造装置に用いられる反射板を示す
図解図であり、図3はその反射板の平面図である。図1
に示す単結晶の製造装置10はチャンバー12を含む。
チャンバー12の内部には、高周波誘導コイル14が配
置される。高周波誘導コイル14の内側には、保温材と
してアルミナ炉材からなるホットゾーン16が設けられ
る。ホットゾーン16の中央には、たとえば白金ロジウ
ムからなる外径100mm高さ100mmの坩堝18が
配置される。この坩堝18の中には、単結晶原料20が
充填される。また、坩堝18の上方には、たとえばアル
ミナからなる単結晶引上げ軸22が設けられる。単結晶
引上げ軸22の下端には、種結晶保持具24が固着され
る。この種結晶保持具24の下には、種結晶26が保持
される。また、単結晶引上げ軸22の下端には、種結晶
保持具24および線状の支持部材28を介して、たとえ
ば白金からなる6枚の羽状の反射板30が取り付けられ
る。この場合、6枚の反射板30は、種結晶26の
【数1】 に配置される。また、この場合、6枚の反射板30は、
特に図2に示すように、最大径が70mmになるように
配置される。
【0008】次に、この単結晶の製造装置10を用いて
単結晶を製造する方法について説明する。まず、製造す
る単結晶としてLa3 Ga5 SiO14を選び、単結晶原
料20としてはLa23 、Ga23 、SiO2 をそ
れぞれ1537.1g、1473.9g、189.0g
乾式混合し、これをプレス成形した後に、単結晶の製造
装置10の坩堝18に充填した。単結晶の育成は、ホッ
トゾーン16を使用した。雰囲気ガスとしては、N2
スに2vol%のO2 ガスを混入した混合ガスをホット
ゾーン16の下部より流すこととした。単結晶原料20
の加熱方法は、高周波誘導コイル14で高周波誘導加熱
により行った。種結晶26には、<0001>面方位に
垂直な5mm×5mmの断面を有する長さ50mmの棒
状のLa3 Ga5 SiO14単結晶を用いた。種結晶26
を単結晶原料20の融液に接触させた。そして、回転数
19rpmで引上げ速度1.5mm/時間で種結晶26
の引上げを行い、肩部において徐々に単結晶原料20の
融液の温度を下げることによって単結晶の直径を大きく
した。また、円柱換算で単結晶の直径が55mmとなる
ようにすなわち30.2g/時間の重量増加速度になる
ように、高周波誘導コイル14に接続されている高周波
発振器(図示せず)の出力を調節しながら単結晶を育成
した。その後、30時間単結晶の直胴部の引上げを行
い、単結晶を単結晶原料20の融液から切り離して徐冷
した。引き上げた単結晶は、6角柱の角が取れて円柱に
近い角柱状であり、直胴部における直径の最大値は5
6.5mmで最小値は54.2mmであった。
【0009】(実施例2)実施例2では、実施例1と同
様のホットゾーン16を有する単結晶の製造装置10
と、実施例1と同じ単結晶原料20、種結晶26および
雰囲気ガスとを使用した。ただし、実施例2では、図4
および図5に示すように、単結晶引上げ軸22に種結晶
26の
【数2】 に白金からなる2枚の羽状の反射板30が取り付けられ
ている。実施例2では、まず、種結晶26を単結晶原料
の融液に接触させた。そして、回転数19rpmで引上
げ速度1.5mm/時間で種結晶26の引上げを行い、
肩部において徐々に単結晶原料の融液の温度を下げるこ
とによって単結晶の直径を大きくし、円柱換算で単結晶
の直径が55mmとなるようにすなわち30.2g/時
間の重量増加速度になるように、高周波発振器の出力を
調整しながら単結晶を育成した。その後、30時間単結
晶の直胴部の引上げを行い、単結晶を単結晶原料の融液
から切り離して徐冷した。引き上げた単結晶の断面形状
は、図6に示すように、6角形の2つの角が取れた長方
形に近い形状となった。
【0010】(比較例1)実施例1と同様のホットゾー
ン16を有する単結晶の製造装置10と、実施例1と同
じ単結晶原料20および種結晶26とを使用した。ただ
し、比較例1では、製造装置において、反射板を設けて
いない。まず、種結晶を単結晶原料の融液に接触させ
た。そして、回転数19rpmで引上げ速度1.5mm
/時間で種結晶の引上げを行い、肩部において徐々に単
結晶原料の融液の温度を下げることによって単結晶の直
径を大きくした。また、円柱換算で単結晶の直径が55
mmとなるようにすなわち30.2g/時間の重量増加
速度になるように、単結晶を育成した。その後、30時
間単結晶の直胴部の引上げを行い、単結晶を単結晶原料
の融液から切り離して徐冷した。引き上げた単結晶は、
6角柱状であり、直胴部における直径の最大値は60.
0mmで最小値は52.0mmであった。
【0011】上述のように、反射板を設けていない比較
例1では、6角柱状の単結晶が製造されてしまうが、反
射板を設けた実施例1では、円柱に近い角柱状の単結晶
を製造することができた。そのため、実施例1によれ
ば、製造された単結晶から円板状のウエハを採取する際
に効率がよい。また、実施例2では、6角形の2つの角
が取れた長方形に近い形状の単結晶を製造することがで
きた。
【0012】なお、上述の実施例1では6枚の反射板が
放射状に配置されているが、この発明では、反射板は、
製造される単結晶の径方向への成長を抑えたい方位に対
応させて配置されればよい。このように単結晶の径方向
の成長を抑えるために単結晶の上部の放熱を抑えるに
は、1枚または複数枚の反射板を単結晶の上部の円錐部
に向けて配置し、単結晶引上げ軸自体に反射板を保持す
る機構を設けて、この機構で反射板を保持し、単結晶と
共に反射板を回転すればよい。たとえば、図4に示すよ
うに、2枚の反射板30が、単結晶の上部の円錐部に対
向するように、2つの支持部材28を介して単結晶引上
げ軸22に取り付けられてもよい。また、反射板は、単
結晶の側面部からの放熱も抑えるために、単結晶の半径
方向の外側にまで達して、単結晶の側面に対向している
ことが好ましい。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、チョクラルスキー法
による単結晶の製造において、所望のウエハ断面形状を
持つ単結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる単結晶の製造装置の一例を示
す図解図である。
【図2】図1に示す単結晶の製造装置に用いられる反射
板を示す図解図である。
【図3】図2に示す反射板の平面図である。
【図4】この発明にかかる単結晶の製造装置に用いられ
る反射板の他の例を示す図解図である。
【図5】図4に示す反射板の平面図である。
【図6】図4および図5に示す反射板を用いた単結晶の
製造装置で製造された単結晶を示す断面図解図である。
【図7】反射板のさらに他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 単結晶の製造装置 12 チャンバー 14 高周波誘導コイル 16 ホットゾーン 18 坩堝 20 単結晶原料 22 単結晶引上げ軸 24 種結晶保持具 26 種結晶 28 支持部材 30 反射板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョクラルスキー法による単結晶の製造
    装置において、 反射板が、単結晶と同期して回転するように、単結晶の
    上部にかつ単結晶引上げ軸の周方向であって単結晶から
    の放熱が抑制される位置に部分的に配置されていること
    を特徴とする、単結晶の製造装置。
  2. 【請求項2】 前記反射板は前記単結晶引上げ軸に設け
    られている、請求項1に記載の単結晶の製造装置。
  3. 【請求項3】 前記反射板は貴金属製である、請求項1
    または請求項2に記載の単結晶の製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載の単結晶の製造装置を用いて単結晶を製造する、単結
    晶の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記単結晶は酸化物である、請求項4に
    記載の単結晶の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記単結晶はLa3 Ga5 SiO14単結
    晶である、請求項4に記載の単結晶の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010120789A (ja) * 2008-11-18 2010-06-03 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の製造方法
WO2012090951A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 住友金属工業株式会社 SiC単結晶の製造装置、製造装置に用いられる治具、及びSiC単結晶の製造方法
CN107604432A (zh) * 2017-10-30 2018-01-19 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种导模法大尺寸氧化镓单晶生长装置的热场结构

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